JP5950789B2 - Cooling mechanism and cooling method of plasma generation source - Google Patents

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本発明は、基材にＣＶＤやスパッタを行う際に用いるプラズマ発生源を冷却する冷却機構及び冷却方法に関するものである。   The present invention relates to a cooling mechanism and a cooling method for cooling a plasma generation source used when performing CVD or sputtering on a substrate.

スパッタ、プラズマＣＶＤなどを用いて基材に成膜を行うに際しては、真空成膜装置が用いられる。この真空成膜装置は、真空チャンバと真空チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生電極を備えるものとなっている。
ところで、この真空成膜装置を用いて成膜処理を行う場合は、プラズマ発生源に投入された電気エネルギの一部分乃至は大部分が熱エネルギに変化するため、プラズマ発生源には大きな熱負荷が加わる。そこで、プラズマ発生源には、プラズマと接する電極の温度上昇を抑制するために冷却機構が設けられる。 When film formation is performed on a substrate using sputtering, plasma CVD, or the like, a vacuum film formation apparatus is used. This vacuum film-forming apparatus includes a vacuum chamber and a plasma generation electrode that generates plasma in the vacuum chamber.
By the way, when a film forming process is performed using this vacuum film forming apparatus, a part of or most of the electric energy input to the plasma generation source is changed to thermal energy, and thus the plasma generation source has a large heat load. Join. Therefore, the plasma generation source is provided with a cooling mechanism in order to suppress the temperature rise of the electrode in contact with the plasma.

例えば、特許文献１には、マグネトロン・スパッタリング装置を冷却する装置であって、ターゲットを支持するバッキングプレート（電極板）の背後に設けられた冷却水路に冷却水を供給して、バッキングプレートを冷却する冷却機構が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses an apparatus for cooling a magnetron sputtering apparatus, which supplies cooling water to a cooling water channel provided behind a backing plate (electrode plate) that supports a target to cool the backing plate. A cooling mechanism is disclosed.

特開平５−１４８６４３号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-148463

ところで、特許文献１の冷却機構では、バッキングプレートの背後に設けられた冷却経路に沿って冷却水を循環させることで、プラズマ発生源（この場合はスパッタ蒸発源）自体の冷却が可能になる。
ところが、冷却経路に沿って冷却水を流通させる冷却方式（水冷）の場合は、冷却水が流通し下流側へ行くに従って冷却水の温度が徐々に上昇し、冷却経路の終点近くでは、バッキングプレートの冷却が十分でなく、当該箇所の温度が上昇する問題が生じていた。また、水冷方式の場合は、真空成膜装置の規模が大きくなれば、プラズマ発生源（スパッタ蒸発源）も大型化し、冷却経路も一般的に長く、複雑なものとなる傾向がある。 By the way, in the cooling mechanism of Patent Document 1, it is possible to cool the plasma generation source (in this case, the sputtering evaporation source) by circulating the cooling water along the cooling path provided behind the backing plate.
However, in the case of a cooling method (water cooling) in which cooling water is circulated along the cooling path, the temperature of the cooling water gradually rises as the cooling water flows and goes downstream, and near the end of the cooling path, the backing plate There was a problem that the temperature of the part was not sufficiently cooled. In the case of the water cooling method, if the scale of the vacuum film forming apparatus is increased, the plasma generation source (sputter evaporation source) is also increased in size and the cooling path is generally long and tends to be complicated.

さらに、水冷の場合は、冷却経路内の温度が異なる層に分かれてこの層間に境膜が発生することがある（層流境界層などの発生）。冷却経路内に境膜が発生すると伝熱効率が極めて悪くなる。それゆえ、冷却経路には乱流が発生しやすいような構造物を設けたり、あえて乱流が起きやすいような流速を採用する必要があり、一般的に冷却水を流通させる際の圧損が非常に大きくなる。   Furthermore, in the case of water cooling, a layer in the cooling path is divided into different layers, and a boundary film may be generated between the layers (generation of a laminar boundary layer or the like). When a film is formed in the cooling path, the heat transfer efficiency is extremely deteriorated. Therefore, it is necessary to install a structure that easily generates turbulent flow in the cooling path, or to adopt a flow velocity that tends to generate turbulent flow. In general, pressure loss when circulating cooling water is extremely high. Become bigger.

加えて、特許文献１のようなプラズマ発生源に放出される熱は非常に大きく、このような大きな熱を除去してバッキングプレートを十分に冷却しようとすれば冷却経路に沿って大量の冷却水を流通させる必要がある。必要な冷却水量を確保するために供給圧力も上がり、バッキングプレートの背面側には通常０．２〜０．７ＭＰａと大きな圧力（水圧）が加わる。その一方で、バッキングプレートの正面側は通常０．１×１０−３ＭＰａ（１００Ｐａ）以下に減圧されているので、水圧に真空の圧力が加算されてバッキングプレートの正面側と背面側との間には大きな圧力差が発生する。この圧力差は例えば０．３ＭＰａ以上と大きくなり、このような大きな圧力差が加わっても破壊、変形、漏れが起きないような堅牢な作りがバッキングプレートや冷却水のシール機構には要求される。 In addition, the heat released to the plasma generation source as in Patent Document 1 is very large. If the large heat is removed to sufficiently cool the backing plate, a large amount of cooling water is provided along the cooling path. Need to be distributed. In order to secure the necessary amount of cooling water, the supply pressure also rises, and a large pressure (water pressure) of usually 0.2 to 0.7 MPa is applied to the back side of the backing plate. On the other hand, since the front side of the backing plate is normally depressurized to 0.1 × 10 −3 MPa (100 Pa) or less, the vacuum pressure is added to the water pressure, so that there is a gap between the front side and the back side of the backing plate. A large pressure difference is generated. This pressure difference becomes as large as 0.3 MPa or more, for example, and the backing plate and the cooling water sealing mechanism are required to be robust so that destruction, deformation, or leakage does not occur even when such a large pressure difference is applied. .

つまり、特許文献１のように水冷方式の冷却機構では、プラズマ発生源を均一に冷却することが難しく、均一冷却を意図すると冷却経路が複雑なものとなったりする。水冷方式でプラズマ発生源の外部に放熱しようとすれば、大量の冷却水をプラズマ発生電極の背面側に流通させる必要があり、大がかりなポンプなどのシステムが必要となる。加えて、バッキングプレートの正面側と背面側との間の圧力差に耐える構造とするためにバッキングプレートが厚くなったり、冷却水のシール機構が大がかりになったりして、その分、製造コストが高騰する可能性が大である。   That is, in the cooling mechanism of the water cooling system as in Patent Document 1, it is difficult to uniformly cool the plasma generation source, and if the uniform cooling is intended, the cooling path becomes complicated. In order to dissipate heat to the outside of the plasma generation source by the water cooling method, it is necessary to distribute a large amount of cooling water to the back side of the plasma generation electrode, which requires a large-scale system such as a pump. In addition, the backing plate becomes thicker and the cooling water sealing mechanism becomes larger in order to have a structure that can withstand the pressure difference between the front side and the back side of the backing plate. The possibility of soaring is great.

大きな圧力差に耐えられるようにバッキングプレートを厚くすると、磁場発生機構を電極内に備えたマグネトロンスパッタ蒸発源の場合には、別の問題が発生する。つまり、バッキングプレートの厚みを増やした分だけプラズマ発生源の内側（バッキングプレート背面側）に設けられる磁場発生機構と、プラズマ発生源の外側（バッキングプレート表面側）に設けられるターゲットとの距離が大きくなる。このように磁場発生機構からターゲット表面までの距離が大きくなると、磁場発生機構により発生する磁場がターゲットに達したときには弱くなるので、ターゲット表面で十分な磁場強度を得るには、強力な（したがって大型の）磁場発生機構が必要になるといった問題が生じる。   When the backing plate is made thick to withstand a large pressure difference, another problem occurs in the case of a magnetron sputter evaporation source having a magnetic field generating mechanism in the electrode. That is, the distance between the magnetic field generation mechanism provided inside the plasma generation source (backing plate back side) and the target provided outside the plasma generation source (backing plate surface side) is increased by the increase in the thickness of the backing plate. Become. Thus, when the distance from the magnetic field generation mechanism to the target surface increases, the magnetic field generated by the magnetic field generation mechanism becomes weak when the target reaches the target. The problem arises that a magnetic field generation mechanism is required.

また、バッキングプレートは背面側のスペースに余裕がないことが普通であり、このような狭隘なスペースにシール機構や冷却配管などの部材を別途設けること自体が困難な場合も多い。
つまり、液体の冷却媒体を流通させる冷却方式を用いてバッキングプレートを直接冷却しようとすれば、必然的に大きな圧力差に耐えられるようにバッキングプレートを厚くしたり堅牢な作りにしたりする必要がある。ところが、バッキングプレートを厚くしたり堅牢な作りにしたりすること自体が、上述した磁場発生機構との関係や設計の自由度との関係から不可能である場合も少なくなく、プラズマ発生源を均一且つ効果的に冷却できるものではなかった。 Further, the backing plate usually has no space on the back side, and it is often difficult to separately provide a member such as a seal mechanism or a cooling pipe in such a narrow space.
In other words, if the backing plate is directly cooled using a cooling method in which a liquid cooling medium is circulated, it is inevitably necessary to make the backing plate thicker or more robust to withstand a large pressure difference. . However, it is not always possible to make the backing plate thicker or more robust due to the relationship with the magnetic field generation mechanism and the degree of freedom of design described above. It could not be cooled effectively.

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、バッキングプレートを厚くしたり、冷却液のシール機構を大がかりにしたりすることなく、プラズマ発生源を均一且つ効果的に冷却することのできるプラズマ発生源の冷却機構及び冷却方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and can uniformly and effectively cool a plasma generation source without increasing the thickness of a backing plate or enlarging a cooling liquid sealing mechanism. An object is to provide a cooling mechanism and a cooling method for a plasma generation source.

上記課題を解決するため、本発明のプラズマ発生源の冷却機構は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のプラズマ発生源の冷却機構は、内部が真空排気された真空チャンバ内に設けられると共にこの真空チャンバ内でプラズマを発生させるプラズマ発生源を冷却するために用いられるプラズマ発生源の冷却機構であって、前記プラズマ発生源のプラズマ発生電極の内部には減圧空間が設けられており、前記減圧空間には、一旦内部を真空に排気した上で、プラズマ発生電極の背面側で気化することで前記プラズマ発生電極から熱を奪う冷却媒体が封入されていて、前記減圧空間の内部には、気化した冷却媒体を液化するための液化面が設けられており、前記液化面は、前記プラズマ発生電極の背面に接触することで気化した前記冷却媒体を液化させると共に、前記液化面で液化した冷却媒体を前記プラズマ発生電極の背面側に戻す構成とされていて、前記プラズマ発生電極は、円筒状の筐体を有しており、前記筐体の内部が前記減圧空間とされ、前記筐体の外周面が前記プラズマ発生電極とされていて、前記円筒状の筐体の軸心位置に、液化面が設けられており、前
記円筒状のプラズマ発生源の筐体は、水平な軸心回りに回転自在に配備されていることを特徴とする。
好ましくは、前記プラズマ発生源のプラズマ発生電極の背面側の空間と、この空間に連通した拡張部とが、減圧空間とされており、前記拡張部に、気化した冷却媒体を液化するための液化面が設けられているとよい。
好ましくは、前記プラズマ発生電極は、円筒状の筐体と筐体の軸心位置から真空チャンバの外部に伸びる拡張部を有しており、 前記筐体の内部に設けられる共に前記プラズマ発生源のプラズマ発生電極の背面側の空間と、この空間に連通した拡張部とが、減圧空間とされており、 前記筐体の外周面が前記プラズマ発生電極とされていて、前記拡張部に、気化した冷却媒体を液化するための液化面が設けられているとよい。
好ましくは、前記プラズマ発生源のプラズマ発生電極の背面は、液体の冷却媒体を重力の作用で背面の全面に亘って均等に広げることができるように、水平に対して傾斜して形成されているとよい。
好ましくは、前記プラズマ発生源のプラズマ発生電極の背面には、液体の冷却媒体を毛細管現象の作用で背面の全面に亘って均等に広げることができるように、前記冷却媒体を案内する溝が形成されているとよい。
好ましくは、前記真空チャンバの外部には、拡張部が設けられており、前記拡張部が減圧空間を構成しているとよい。
一方、本発明のプラズマ発生源の冷却方法は、内部が真空排気された真空チャンバ内に設けられると共にこの真空チャンバ内でプラズマを発生させるプラズマ発生源を冷却するために用いられるプラズマ発生源の冷却方法であって、前記プラズマ発生源のプラズマ発生電極の内部に減圧空間を設けて、一旦内部を真空に排気した上で、プラズマ発生電極の背面側で気化することで前記プラズマ発生電極から熱を奪う冷却媒体を封入しておき、前記減圧空間に気化した冷却媒体を液化するための液化面を設けておいて、前記減圧空間に封入された液体の冷却媒体をプラズマ発生電極の背面で気化させて蒸気に変化させ、気化した冷却媒体を液化面で液化し、液化した液体の冷却媒体を前記プラズマ発生電極の背面側に戻すものであり、前記プラズマ発生電極は、円筒状の筐体を有しており、前記筐体の内部が前記減圧空間とされ、前記筐体の外周面が前記プラズマ発生電極とされていて、前記円筒状の筐体の軸心位置に、液化面が設けられていて、前記円筒状のプラズマ発生源の筐体は、水平な軸心回りに回転自在に配備されており、筐体の回転に伴ってプラズマ発生電極の内周面に液体の冷却媒体を塗り広げて、プラズマ発生源のプラズマ発生電極から熱を奪うことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the cooling mechanism for a plasma generation source according to the present invention employs the following technical means.
That is, the cooling mechanism of the plasma generation source according to the present invention is provided in a vacuum chamber whose inside is evacuated and also used for cooling the plasma generation source that generates plasma in the vacuum chamber. The mechanism has a reduced pressure space provided inside the plasma generation electrode of the plasma generation source, and the pressure reduction space is first evacuated to a vacuum and then vaporized on the back side of the plasma generation electrode. A cooling medium that takes heat away from the plasma generating electrode is enclosed, and a liquefied surface for liquefying the vaporized cooling medium is provided inside the decompression space, and the liquefied surface is the plasma both the liquefying the cooling medium vaporized by contact with the back of the generating electrode, returns the coolant liquefied by the liquefaction surface on the rear side of the plasma generating electrode Have been the formation, the plasma generating electrode has a cylindrical housing, the interior of the housing is to the vacuum space, the outer peripheral surface of the housing have been with the plasma generating electrode A liquefaction surface is provided at the axial position of the cylindrical casing,
The casing of the cylindrical plasma generation source is provided so as to be rotatable around a horizontal axis .
Preferably, a space on the back side of the plasma generation electrode of the plasma generation source and an extended portion communicating with the space are reduced pressure spaces, and the extended portion is liquefied for liquefying the vaporized cooling medium. It is good that a surface is provided.
Preferably, the plasma generating electrode has a cylindrical casing and an extended portion extending from the axial center position of the casing to the outside of the vacuum chamber. The space on the back side of the plasma generating electrode and the extended portion communicating with this space are reduced pressure spaces, and the outer peripheral surface of the housing is the plasma generating electrode, and the expanded portion is vaporized. It is preferable that a liquefaction surface for liquefying the cooling medium is provided.
Preferably, the back surface of the plasma generation electrode of the plasma generation source is formed to be inclined with respect to the horizontal so that the liquid cooling medium can be evenly spread over the entire back surface by the action of gravity. Good.
Preferably, a groove for guiding the cooling medium is formed on the back surface of the plasma generating electrode of the plasma generating source so that the liquid cooling medium can be uniformly spread over the entire back surface by the action of capillary action. It is good to be.
Preferably, an expansion part is provided outside the vacuum chamber, and the expansion part constitutes a decompression space.
On the other hand, the cooling method of the plasma generation source of the present invention is provided in a vacuum chamber whose inside is evacuated and used to cool a plasma generation source that generates plasma in the vacuum chamber. In this method, a reduced pressure space is provided inside the plasma generation electrode of the plasma generation source, and after the inside is evacuated to a vacuum, the heat is generated from the plasma generation electrode by vaporizing on the back side of the plasma generation electrode. The cooling medium to be taken is enclosed, a liquefied surface for liquefying the vaporized cooling medium is provided in the decompression space, and the liquid cooling medium enclosed in the decompression space is vaporized on the back surface of the plasma generating electrode. The vaporized cooling medium is liquefied on the liquefaction surface, and the liquefied liquid cooling medium is returned to the back side of the plasma generating electrode. The generator electrode has a cylindrical casing, the inside of the casing is the decompressed space, the outer peripheral surface of the casing is the plasma generating electrode, and the cylindrical casing A liquefied surface is provided at the axial center position of the cylindrical plasma generation source, and the casing of the cylindrical plasma generation source is disposed so as to be rotatable around a horizontal axis. A liquid cooling medium is spread on the inner peripheral surface of the substrate to take heat away from the plasma generation electrode of the plasma generation source.

本発明のプラズマ発生源の冷却機構及び冷却方法を用いることで、バッキングプレートを厚くしたり、冷却液のシール機構を大がかりにしたりすることなく、プラズマ発生源を均一且つ効果的に冷却することができる。   By using the cooling mechanism and cooling method of the plasma generation source of the present invention, the plasma generation source can be uniformly and effectively cooled without increasing the thickness of the backing plate or enlarging the sealing mechanism of the coolant. it can.

第１実施形態のプラズマ発生源の冷却機構を示す図である。It is a figure which shows the cooling mechanism of the plasma generation source of 1st Embodiment. 第１実施形態のプラズマ発生源の冷却機構の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the cooling mechanism of the plasma generation source of 1st Embodiment. 第１実施形態のプラズマ発生源の冷却機構の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the cooling mechanism of the plasma generation source of 1st Embodiment. 第２実施形態のプラズマ発生源の冷却機構を示す図である。It is a figure which shows the cooling mechanism of the plasma generation source of 2nd Embodiment. 図４のＡ−Ａ線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 第３実施形態のプラズマ発生源の冷却機構を示す図である。It is a figure which shows the cooling mechanism of the plasma generation source of 3rd Embodiment. 第３実施形態の冷却機構の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the cooling mechanism of 3rd Embodiment. 第３実施形態の冷却機構の別変形例を示す図である。It is a figure which shows another modification of the cooling mechanism of 3rd Embodiment.

［第１実施形態］
以下、本発明に係るプラズマ発生源２の冷却機構１を、図面に基づき詳しく説明する。
図１は、第１実施形態の冷却機構１が設けられたプラズマ発生源２を備える真空成膜装置３の全体構成を示している。
真空成膜装置３は、内部が真空排気可能とされた箱状の真空チャンバ４を有している。この真空チャンバ４には図示しない真空ポンプが接続されていて、真空ポンプを用いて排気することにより真空チャンバ４の内部は真空または極低圧状態とされる。真空チャンバ４内には、成膜対象であるウエハ、ガラス、フィルムなどの基板（処理対象物）Ｗが配備されると共に、この基板Ｗに対向してプラズマ発生源２とが設けられている。プラズマ発生源２にはプラズマ電源（図示略）からプラズマ発生用の電力（ＤＣ（直流），ＰｕｌｓｅＤＣ（間欠的直流），ＭＦ−ＡＣ（中間周波数領域の交流）あるいはＲＦ（高周波）など）の電力が供給可能である。 [First Embodiment]
Hereinafter, the cooling mechanism 1 of the plasma generation source 2 according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an overall configuration of a vacuum film forming apparatus 3 including a plasma generation source 2 provided with a cooling mechanism 1 of the first embodiment.
The vacuum film forming apparatus 3 has a box-shaped vacuum chamber 4 whose inside can be evacuated. A vacuum pump (not shown) is connected to the vacuum chamber 4, and the inside of the vacuum chamber 4 is brought into a vacuum or an extremely low pressure state by exhausting using the vacuum pump. In the vacuum chamber 4, a substrate (processing object) W such as a wafer, glass, or film that is a film formation target is provided, and a plasma generation source 2 is provided facing the substrate W. The plasma generation source 2 is supplied with power for generating plasma (DC (direct current), PulseDC (intermittent direct current), MF-AC (intermediate frequency range alternating current) or RF (high frequency)) from a plasma power source (not shown). Can be supplied.

この真空成膜装置３で成膜を行う場合は、真空ポンプを作動させて真空チャンバ４内を真空状態とした上で、プラズマ電源によりプラズマ発生源２のプラズマ発生電極５に電位をかけることでプラズマＰを発生させる。
なお、以降の説明では、主に、真空成膜装置３としてスパッタ装置を念頭に置きながら説明（本発明の冷却機構１の説明）を進める。しかしながら、本発明の冷却機構１は、スパッタ装置以外の真空成膜装置３に設けられたプラズマ発生源２の冷却、具体的には、プラズマＣＶＤ、エッチングなどを行う真空成膜装置３のプラズマ発生源２を冷却する場合にも用いることができる。 When film formation is performed by the vacuum film formation apparatus 3, the vacuum pump 4 is operated to make the vacuum chamber 4 in a vacuum state, and then a potential is applied to the plasma generation electrode 5 of the plasma generation source 2 by a plasma power source. Plasma P is generated.
In the following description, the description (explanation of the cooling mechanism 1 of the present invention) will proceed mainly with the sputtering apparatus as the vacuum film forming apparatus 3 in mind. However, the cooling mechanism 1 of the present invention cools the plasma generation source 2 provided in the vacuum film forming apparatus 3 other than the sputtering apparatus, specifically, generates plasma in the vacuum film forming apparatus 3 that performs plasma CVD, etching, and the like. It can also be used when cooling the source 2.

図１に示す如く、プラズマ発生源２は、スパッタ装置の場合にはスパッタ蒸発源であり、内部が空洞とされた平板状の筐体５を有している。この筐体５は、基板Ｗ側に開口を向けるようにして配備された角状乃至は円板状で有底の筐体本体６と、この筐体本体６の開口を閉鎖する板状のプラズマ発生電極８とを有している。このプラズマ発生電極８を用いて筐体本体６の開口を閉鎖することで、筐体５の内部を外部の真空チャンバ４内から気密的に隔離できるようになっている。そして、スパッタ装置の場合には、プラズマ発生電極８は、皮膜原料であるスパッタターゲットであり、多くの場合は、バッキングプレート７の上に皮膜原料であるターゲット９を取り付けた構造である。   As shown in FIG. 1, the plasma generation source 2 is a sputter evaporation source in the case of a sputtering apparatus, and has a plate-like casing 5 having a hollow inside. The casing 5 has a rectangular or disc-shaped bottomed casing main body 6 disposed so that the opening faces the substrate W side, and a plate-shaped plasma that closes the opening of the casing main body 6. And a generation electrode 8. By closing the opening of the housing body 6 using the plasma generating electrode 8, the inside of the housing 5 can be hermetically isolated from the inside of the external vacuum chamber 4. In the case of a sputtering apparatus, the plasma generating electrode 8 is a sputter target that is a film material, and in many cases, a structure in which a target 9 that is a film material is mounted on a backing plate 7.

バッキングプレート７は通常金属で板状に形成され、熱伝導性と電気伝導性との双方に優れた銅が多く使われるが、ＳＵＳ、アルミなども使用できる。ターゲット９は、皮膜の原材料であり、あらゆる金属材料やＣ、Ｓｉなどの無機物、ＩＴＯなどの透明導電膜材料、ＳｉＯ２、ＳｉＮなどの化合物、有機物など板状に形成可能なあらゆる材料が使用可能である。また、例えば、ＣｕやＴｉなどをターゲット材にする場合には、バッキングプレート７を省略してターゲット９をそのままプラズマ発生電極８として利用可能である。 The backing plate 7 is usually formed in a plate shape with a metal, and a lot of copper excellent in both thermal conductivity and electrical conductivity is used, but SUS, aluminum or the like can also be used. The target 9 is a raw material for the film, and any metal material, inorganic materials such as C and Si, transparent conductive film materials such as ITO, compounds such as SiO 2 and SiN, and all materials that can be formed into a plate shape such as organic materials can be used. It is. For example, when Cu or Ti is used as a target material, the backing plate 7 can be omitted and the target 9 can be used as it is as the plasma generating electrode 8.

このターゲット９上、すなわちプラズマ発生電極８上でプラズマを発生させると、プラズマ中のＡｒなどのイオンがプラズマ発生電極の負の電位に引かれて、高エネルギーでターゲット９に衝突し、ターゲット９の原子をスパッタリング現象によりはじき出して、基板Ｗ上に皮膜として堆積し、成膜処理を行なうものである。一方で、ターゲット９に衝突したＡｒのエネルギーは、ターゲット９を加熱し、この熱はバッキングプレート７に伝わり、プラズマ発生電極８を加熱し、結果としてプラズマ発生源２全体の温度を上昇させる。   When plasma is generated on the target 9, that is, on the plasma generating electrode 8, ions such as Ar in the plasma are attracted to the negative potential of the plasma generating electrode and collide with the target 9 with high energy. Atoms are ejected by a sputtering phenomenon, deposited as a film on the substrate W, and a film forming process is performed. On the other hand, the energy of Ar colliding with the target 9 heats the target 9, and this heat is transmitted to the backing plate 7 to heat the plasma generating electrode 8, and as a result, the temperature of the entire plasma generating source 2 is raised.

なお、真空成膜装置３がプラズマＣＶＤ装置やエッチング装置である場合は、ターゲット材はなく、プラズマ発生電極８があるだけである。また、装置構成によっては、プラズマ発生電極８に基板Ｗが取り付けられる場合もある。また、スパッタ装置のようにプラズマ発生電極（ターゲット）が蒸発する訳ではないが、プラズマ発生電極８近傍にプラズマが発生し、プラズマ発生電極にプラズマ中の高エネルギを有するイオンあるいは電子が衝突し、このエネルギがプラズマ発生電極８を加熱するのはスパッタ装置と同様である。   If the vacuum film forming apparatus 3 is a plasma CVD apparatus or an etching apparatus, there is no target material and only the plasma generating electrode 8 is present. Depending on the apparatus configuration, the substrate W may be attached to the plasma generating electrode 8. Further, although the plasma generating electrode (target) does not evaporate as in the sputtering apparatus, plasma is generated in the vicinity of the plasma generating electrode 8, and ions or electrons having high energy in the plasma collide with the plasma generating electrode, This energy heats the plasma generating electrode 8 as in the sputtering apparatus.

プラズマ発生源２の筐体５の外側には、基板Ｗの表面以外の場所にプラズマＰが発生することを抑制するプラズマ発生防止シールド１０が配備されている。このプラズマ発生防止シールド１０は、プラズマ発生電極８の表側の表面を除く他の表面（前後左右の側面及び上面）を、筐体５から一定の距離を保ちつつ外側から包囲しており、筐体５の外表面を物理的に覆うことによりプラズマ発生電極８以外の筐体５表面にプラズマＰが発生することを防止している。   A plasma generation preventing shield 10 that suppresses the generation of plasma P in a place other than the surface of the substrate W is disposed outside the casing 5 of the plasma generation source 2. This plasma generation prevention shield 10 surrounds the other surfaces (front, rear, left and right side surfaces and upper surface) of the plasma generation electrode 8 from the outside while maintaining a certain distance from the housing 5 except the front surface. 5 is physically covered to prevent plasma P from being generated on the surface of the housing 5 other than the plasma generating electrode 8.

一方、プラズマ発生源２の筐体５の内側には、仮想線で示す位置に磁場発生機構１１が設けられる場合もある。
磁場発生機構１１は、プラズマ発生電極８の表面近傍に磁場を発生させるものであり、発生した磁場の作用でプラズマＰの生成を容易にし、プラズマＰを収束させる役割を有している。この磁場発生機構１１には、例えばレーストラック式のマグネトロン磁場発生機構などを用いることができる。 On the other hand, a magnetic field generation mechanism 11 may be provided inside the casing 5 of the plasma generation source 2 at a position indicated by a virtual line.
The magnetic field generation mechanism 11 generates a magnetic field in the vicinity of the surface of the plasma generation electrode 8, and has a role of facilitating the generation of the plasma P by the action of the generated magnetic field and converging the plasma P. For example, a racetrack magnetron magnetic field generation mechanism can be used as the magnetic field generation mechanism 11.

ところで、本発明のプラズマ発生源２の冷却機構１は、上述したプラズマ発生源２を冷却するために用いられるものであって、プラズマ発生源２のプラズマ発生電極８の背面側には、減圧空間１３が設けられている。
そして、この減圧空間１３は一旦に内部を真空排気した上で、冷却媒体が封入されていて、この冷却媒体をプラズマ発生電極８の背面で気化させることでプラズマ発生電極８から熱（気化熱）を奪うことができるようになっている。また、減圧空間１３には気化した
冷却媒体を液化するための液化手段１２が設けられていて、この液化手段１２を用いてプラズマ発生電極８から奪った熱を減圧空間１３や真空チャンバ４の外部に排出（排熱）できるようになっている。 By the way, the cooling mechanism 1 of the plasma generation source 2 according to the present invention is used for cooling the plasma generation source 2 described above, and a reduced pressure space is provided on the back side of the plasma generation electrode 8 of the plasma generation source 2. 13 is provided.
The decompression space 13 is evacuated once, and a cooling medium is enclosed. The cooling medium is vaporized on the back surface of the plasma generating electrode 8 to generate heat (heat of vaporization) from the plasma generating electrode 8. Can be taken away. The decompression space 13 is provided with liquefaction means 12 for liquefying the vaporized cooling medium. The heat taken from the plasma generating electrode 8 by using the liquefaction means 12 is removed from the decompression space 13 and the vacuum chamber 4. Can be discharged (heat exhausted).

つまり、上述したように液体の冷却媒体をプラズマ発生電極に直接導いてプラズマ発生電極内で循環させる方式を用いてプラズマ発生電極を冷却する冷却機構（従来の冷却機構）では、プラズマ発生電極（バッキングプレート）を厚く堅牢なものとする必要があるが、このようにプラズマ発生電極やバッキングプレートを厚く堅牢なものにすることはスペース的な制約や磁場発生手段との関係から困難な場合が多い（従来技術で説明した事項を参照）。   That is, as described above, in the cooling mechanism (conventional cooling mechanism) that cools the plasma generating electrode using the method in which the liquid cooling medium is directly guided to the plasma generating electrode and circulated in the plasma generating electrode, the plasma generating electrode (backing) Plate) needs to be thick and robust, but it is often difficult to make the plasma generating electrode and backing plate thick and robust in this way due to space constraints and the relationship with magnetic field generation means ( (See the discussion in the prior art).

そこで、本発明のプラズマ発生源２の冷却機構１では、減圧空間１３にプラズマ発生電極８の背面側で気化することでプラズマ発生電極８から熱を奪う冷却媒体を封入しておいて、減圧空間１３に設けられた液化手段１２で気化した冷却媒体を液化することによりプラズマ発生源２を均一且つ効果的に冷却しているのである。
次に、第１実施形態の冷却機構１を構成する減圧空間１３、冷却媒体、液化手段１２について詳しく説明する。 Therefore, in the cooling mechanism 1 of the plasma generation source 2 according to the present invention, the decompression space 13 is sealed with a cooling medium that takes heat away from the plasma generation electrode 8 by being vaporized on the back side of the plasma generation electrode 8. The cooling medium vaporized by the liquefying means 12 provided at 13 is liquefied to cool the plasma generation source 2 uniformly and effectively.
Next, the decompression space 13, the cooling medium, and the liquefying means 12 constituting the cooling mechanism 1 of the first embodiment will be described in detail.

図１に示すように、第１実施形態の冷却機構１は、水平方向に沿って配備された平板状のプラズマ発生源２に設けられて、この平板状のプラズマ発生源２を冷却するものである。
プラズマ発生源２は、上述したように下面がプラズマ発生電極８となっている。そして、このプラズマ発生電極８の背面側（上側）は、上述したように筐体本体６とバッキングプレート７とで囲まれた減圧空間１３となっている。 As shown in FIG. 1, the cooling mechanism 1 of the first embodiment is provided in a flat plate-shaped plasma generation source 2 arranged along the horizontal direction, and cools the flat plate-shaped plasma generation source 2. is there.
As described above, the bottom surface of the plasma generation source 2 is the plasma generation electrode 8. The back side (upper side) of the plasma generating electrode 8 is a decompressed space 13 surrounded by the housing body 6 and the backing plate 7 as described above.

減圧空間１３は、真空チャンバ４の外部に連通することなく且つ真空チャンバ４の内部空間に対しても気密状に隔離されている。この減圧空間１３には、事前に（プラズマ発生源２の組み立て時に）真空排気された上で、冷却媒体が封入されている。
冷却媒体は、上述した減圧空間１３に事前に封入された媒体であり、減圧空間１３内では一部が液体となり、残りが気体（蒸気）となり、減圧空間内はプラズマ発生源２の温度における冷却媒体の飽和蒸気圧となっている。冷却媒体としては水を用いることができ、動作中のプラズマ発生源２の温度が３０℃〜６０℃程度であれば、減圧空間の圧力は水の蒸気の圧力で４ｋＰａ〜２０ｋＰａ程度の範囲となる。冷却媒体が水以外の場合には、媒体の蒸気圧と目標とする冷却温度の関係で圧力は決まるが、プラズマ発生源２の強度面のメリットを享受するには、５０ｋＰａを超えないようにするのが望ましい。 The decompression space 13 is airtightly isolated from the interior space of the vacuum chamber 4 without communicating with the outside of the vacuum chamber 4. The decompression space 13 is evacuated in advance (when the plasma generation source 2 is assembled) and then filled with a cooling medium.
The cooling medium is a medium sealed in advance in the above-described decompression space 13, and part of the decompression space 13 becomes liquid and the rest becomes gas (vapor), and the inside of the decompression space is cooled at the temperature of the plasma generation source 2. It is the saturated vapor pressure of the medium. Water can be used as the cooling medium, and if the temperature of the operating plasma generation source 2 is about 30 ° C. to 60 ° C., the pressure in the decompression space is in the range of about 4 kPa to 20 kPa as the water vapor pressure. . When the cooling medium is other than water, the pressure is determined by the relationship between the vapor pressure of the medium and the target cooling temperature, but in order to enjoy the advantages of the strength of the plasma generation source 2, it should not exceed 50 kPa. Is desirable.

減圧空間１３に封入されたもののうち液体の冷却媒体が、加熱されたプラズマ発生電極８の背面に接触することで気化し、気化に際してプラズマ発生電極８から気化熱が奪われ、気化熱が奪われることでプラズマ発生電極８が冷却される。また、冷却媒体の蒸気が、液化手段１２で液化し、液化に際して気化熱を液化手段１２に受け渡し、液体に戻った冷却媒体が再び背面での気化に供されることになる。つまり、冷却媒体は減圧空間１３内で気化と液化とを交互に繰り返すことで、プラズマ発生電極８に加わった熱を奪い、プラズマ発生源２の外部、ひいては真空チャンバ４の外部に排出できるようになっている。   The liquid cooling medium enclosed in the decompression space 13 is vaporized by contacting the back surface of the heated plasma generating electrode 8, and the heat of vaporization is removed from the plasma generating electrode 8 at the time of vaporization. As a result, the plasma generating electrode 8 is cooled. Further, the vapor of the cooling medium is liquefied by the liquefying means 12, and heat of vaporization is transferred to the liquefying means 12 at the time of liquefaction, and the cooling medium returned to the liquid is again used for vaporization on the back surface. In other words, the cooling medium is alternately vaporized and liquefied in the decompression space 13 so that the heat applied to the plasma generating electrode 8 can be taken away and discharged to the outside of the plasma generating source 2 and thus to the outside of the vacuum chamber 4. It has become.

液化手段１２は、減圧空間１３内で気化した冷却媒体の蒸気を冷却することによって液体の冷却媒体に凝縮させるものであり、本実施形態では低温の冷却水を循環させることで液化面１４を冷却し、冷却された液化面１４に冷却媒体の蒸気を接触させて熱交換を行うことにより、冷却媒体の蒸気の液化を促進する。
具体的には、液化手段１２は、減圧空間１３の内側に設けられた液化面１４と、この液化面１４に真空チャンバ４の外部から低温とされた冷却水等を導入する冷却配管１５と、を有している。また、冷却面１４は蒸気の気化を促進するために蒸気との接触面積を増やすためのフィン状の構造をしていても良い。 The liquefying means 12 cools the vapor of the cooling medium vaporized in the decompression space 13 to condense it into a liquid cooling medium. In this embodiment, the liquefying surface 14 is cooled by circulating low-temperature cooling water. Then, the vapor of the cooling medium is brought into contact with the cooled liquefaction surface 14 to perform heat exchange, thereby promoting the liquefaction of the vapor of the cooling medium.
Specifically, the liquefying means 12 includes a liquefied surface 14 provided inside the decompression space 13, a cooling pipe 15 for introducing cooling water or the like that has been cooled to the liquefied surface 14 from the outside of the vacuum chamber 4, have. The cooling surface 14 may have a fin-like structure for increasing the contact area with steam in order to promote vaporization of the steam.

なお、本実施形態の場合、液化面１４は、筐体本体６の表面のうち、減圧空間１３に面した表面の一つである。本実施形態の表面は、プラズマ発生電極８の背面に対向するように設けられており、背面と平行に並んで配備されている。
冷却配管１５は、冷却水を流通可能な配管であって、その一端は真空チャンバ４の外側
に設けられた冷却水の供給元に接続されている。この供給元からは、減圧空間１３の温度より低温で且つ気化した冷却媒体を液化可能な温度とされた冷却水が冷却配管１５内に供給されている。冷却配管１５は、供給元が設けられた真空チャンバ４の外側から筐体本体６内を貫通するように通って真空チャンバ４の内部に設けられた液化面１４の近傍まで伸びている。そして、冷却配管１５は、液化面１４の近傍で曲がり、液化面１４に沿って液化面１４より内側の筐体本体６の内部を蛇行するように伸びており、筐体本体６の内側から液化面１４をムラなく全面に亘って均等に冷却できるようになっている。このようにして液化面１４の近傍を蛇行した冷却配管１５は、再び筐体本体６内を貫通するように通って真空チャンバ４の外部に戻り、液化面１４との熱交換で吸収された熱が冷却水と共に真空チャンバ４の外部に排出される。 In the case of the present embodiment, the liquefaction surface 14 is one of the surfaces of the housing body 6 facing the decompression space 13. The surface of this embodiment is provided so as to face the back surface of the plasma generating electrode 8 and is arranged in parallel with the back surface.
The cooling pipe 15 is a pipe through which cooling water can be circulated, and one end of the cooling pipe 15 is connected to a cooling water supply source provided outside the vacuum chamber 4. From this supply source, cooling water having a temperature lower than the temperature of the decompression space 13 and a temperature at which the vaporized cooling medium can be liquefied is supplied into the cooling pipe 15. The cooling pipe 15 extends from the outside of the vacuum chamber 4 provided with the supply source so as to penetrate through the inside of the housing body 6 to the vicinity of the liquefying surface 14 provided inside the vacuum chamber 4. The cooling pipe 15 bends in the vicinity of the liquefying surface 14 and extends along the liquefying surface 14 so as to meander inside the housing body 6 inside the liquefying surface 14, and liquefies from the inside of the housing body 6. The surface 14 can be uniformly cooled over the entire surface without unevenness. Thus, the cooling pipe 15 meandering in the vicinity of the liquefying surface 14 passes through the housing body 6 again, returns to the outside of the vacuum chamber 4, and is absorbed by heat exchange with the liquefied surface 14. Is discharged to the outside of the vacuum chamber 4 together with the cooling water.

次に、上述した冷却機構１を用いてプラズマ発生源２を冷却する方法、言い換えれば本発明の冷却方法を説明する。
例えば、上述した平板状のプラズマ発生源２（スパッタ蒸発源）と基板Ｗとをそれぞれに水平方向に沿って且つ互いに平行となるように配備し、真空チャンバ４の内部を真空に排気した後に、プラズマ発生用のガス（例えばＡｒ）を供給しプラズマ発生源２（スパッタ蒸発源）にプラズマ電源を用いて電位を与え、プラズマ発生源２のプラズマ発生電極８の近傍にプラズマＰを発生させてスパッタ成膜処理を行う場合を考える。このようなプラズマＰの発生に際しては、プラズマ発生電極８の表面（すなわちターゲット９）に多量の熱が発生する。 Next, a method for cooling the plasma generation source 2 using the cooling mechanism 1 described above, in other words, the cooling method of the present invention will be described.
For example, after arranging the flat plate-like plasma generation source 2 (sputter evaporation source) and the substrate W to be parallel to each other in the horizontal direction and exhausting the inside of the vacuum chamber 4 to a vacuum, A plasma generation gas (for example, Ar) is supplied, a potential is applied to the plasma generation source 2 (sputter evaporation source) using a plasma power source, and plasma P is generated in the vicinity of the plasma generation electrode 8 of the plasma generation source 2 to perform sputtering. Consider a case where a film forming process is performed. When such plasma P is generated, a large amount of heat is generated on the surface of the plasma generating electrode 8 (that is, the target 9).

このようにプラズマ発生電極８で発生した熱は、プラズマ発生電極８の背面（バッキングプレート７の上面）に伝わる。この背面には、液体の冷却媒体が膜状に積層された状態で存在しており、熱が伝わると液体の冷却媒体が気化して、冷却媒体の蒸気に変化する。この冷却媒体の気化に合わせて背面から気化熱が奪われ、気化熱が奪われることでプラズマ発生電極８が冷却される。   Thus, the heat generated in the plasma generating electrode 8 is transmitted to the back surface of the plasma generating electrode 8 (the upper surface of the backing plate 7). On this back surface, the liquid cooling medium exists in a state of being laminated in a film shape, and when the heat is transmitted, the liquid cooling medium is vaporized and changed to vapor of the cooling medium. As the cooling medium vaporizes, the heat of vaporization is deprived from the back surface, and the heat of vaporization is deprived, thereby cooling the plasma generating electrode 8.

この蒸発により、減圧空間内の冷却媒体の蒸気の量は増加し、言い換えると減圧空間内の蒸気の圧力は上昇する。この蒸気の圧力が、プラズマ発生電極８の背面に対向するように設けられ液化面１４、言い換えれば背面の上方に設けられると共に下方を向く液化面１４の温度での冷却媒体の飽和蒸気圧よりも高くなると、液化面１４では冷却媒体の蒸気が凝縮されて液体の冷却媒体に戻る（液化する）。この液体の冷却媒体に戻る際に、背面から奪われた気化熱が液化面１４に伝わる。   By this evaporation, the amount of the vapor of the cooling medium in the decompression space increases, in other words, the pressure of the steam in the decompression space increases. The vapor pressure is higher than the saturated vapor pressure of the cooling medium at the temperature of the liquefying surface 14 provided to face the back surface of the plasma generating electrode 8, in other words, provided above the back surface and facing downward. When it becomes higher, the vapor of the cooling medium is condensed on the liquefaction surface 14 and returned to the liquid cooling medium (liquefied). When returning to the liquid cooling medium, the heat of vaporization taken from the back surface is transmitted to the liquefaction surface 14.

そして、液体に戻った冷却媒体は液滴となって減圧空間１３内の壁面を伝わるか、あるいは液滴のまま下方に滴り落ち、減圧空間１３の下側（プラズマ発生電極８の背面の上）に戻る。このようにして冷却媒体が気化と液化とを交互に繰り返し、プラズマ発生電極８で発生した熱が液化面１４に伝達される。
このような蒸発と液化の現象は、説明を簡略化するためにプラズマ発生電極８の背面と冷却面１４で起ると説明をしたが、減圧空間はその全体が冷却媒体の蒸気で同じ圧力になっているため、冷却媒体の液化（壁面の加熱）は減圧空間内部で相対的に温度が低い場所では発生し、一方、冷却媒体の気化（壁面の冷却）は相対的に温度が高い場所であってそこに液体の冷却媒体が存在すると発生する。結果として、入熱が起るプラズマ発生電極８の背面に冷却媒体が存在さえすれば、減圧空間を取り囲む壁面は媒体蒸気を通じて効率的に熱交換され、全体としてほぼ同じ温度になる。 Then, the cooling medium that has been returned to the liquid becomes droplets and propagates through the wall surface in the decompression space 13, or drops down as it is, and drops below the decompression space 13 (above the back surface of the plasma generating electrode 8). Return to. In this manner, the cooling medium alternately repeats vaporization and liquefaction, and heat generated by the plasma generating electrode 8 is transmitted to the liquefaction surface 14.
In order to simplify the explanation, it has been explained that such a phenomenon of evaporation and liquefaction occurs on the back surface of the plasma generating electrode 8 and the cooling surface 14, but the decompression space is entirely made up of the same pressure by the vapor of the cooling medium. Therefore, liquefaction of the cooling medium (heating of the wall surface) occurs in a place where the temperature is relatively low inside the decompression space, while vaporization of the cooling medium (cooling of the wall surface) occurs in a place where the temperature is relatively high. It occurs when there is a liquid cooling medium there. As a result, as long as there is a cooling medium on the back surface of the plasma generating electrode 8 where heat input occurs, the wall surface surrounding the decompression space is efficiently heat-exchanged through the medium vapor, and the temperature as a whole becomes substantially the same temperature.

このようにして液化面１４に伝わった熱は、液化面１４の内側を液化面１４に沿って蛇行するように配設された冷却配管１５を流通する冷却水によって真空チャンバ４外に運ばれ、冷却水を排水ピットなどに排出すれば冷却水と一緒に排熱することも可能となる。
上述した冷却機構１であれば、冷却水を流通させる冷却配管１５をプラズマ発生電極８（バッキングプレート７）から離れた場所に設けることができ、バッキングプレート７に直接冷却配管１５を取り付ける必要はない。それゆえ、従来の冷却機構のように冷却配管１５の配設に合わせてプラズマ発生電極８の厚みを厚くする（補強する）必要はない。また、プラズマ発生電極８の近傍に冷却配管１５の設置スペースが確保できないような真空成膜装置に対しても、冷却機構１を容易に設けることもできる。 The heat transmitted to the liquefied surface 14 in this way is carried out of the vacuum chamber 4 by the cooling water flowing through the cooling pipe 15 arranged so as to meander along the liquefied surface 14 inside the liquefied surface 14, If the cooling water is discharged into a drainage pit, the heat can be discharged together with the cooling water.
In the case of the cooling mechanism 1 described above, the cooling pipe 15 for circulating the cooling water can be provided at a location away from the plasma generating electrode 8 (backing plate 7), and there is no need to attach the cooling pipe 15 directly to the backing plate 7. . Therefore, it is not necessary to increase (reinforce) the thickness of the plasma generating electrode 8 in accordance with the arrangement of the cooling pipe 15 as in the conventional cooling mechanism. The cooling mechanism 1 can also be easily provided for a vacuum film forming apparatus in which the installation space for the cooling pipe 15 cannot be secured in the vicinity of the plasma generating electrode 8.

加えて、上述した冷却機構１の場合、冷却水を循環させる冷却配管１５を設ける場所はプラズマ発生電極８の近傍のような狭隘な場所でなく、比較的スペースに余裕がある筐体本体６内とされている。それゆえ、設置スペースを気にすることなく、流通する冷却水に乱流を発生させるような構造物（例えば邪魔板など）を冷却配管１５内に設けたり、大きな流速に耐えられるような大径の配管を冷却配管１５として利用することが可能となり、真空成膜装置３の設計の自由度を高めることができる。   In addition, in the case of the cooling mechanism 1 described above, the place where the cooling pipe 15 for circulating the cooling water is provided is not a narrow place such as the vicinity of the plasma generating electrode 8 but the inside of the housing body 6 having a relatively large space. It is said that. Therefore, a structure (such as a baffle plate) that generates a turbulent flow in the circulating cooling water is provided in the cooling pipe 15 without worrying about the installation space, or has a large diameter that can withstand a large flow rate. This can be used as the cooling pipe 15, and the degree of freedom in designing the vacuum film forming apparatus 3 can be increased.

なお、図２に示すように、プラズマ発生源２のプラズマ発生電極８の背面は、液体の冷却媒体を重力の作用で背面全面に亘って均等に広げられるように、水平に対して傾斜状に形成されたものであっても良い。このように傾斜した背面としては、図中に示すように水平方向の一方側（図２の左端側）の端部から他端側（図２の右端側）に向かって徐々に高くなっていくように傾斜しているものを用いることができる。   As shown in FIG. 2, the back surface of the plasma generating electrode 8 of the plasma generating source 2 is inclined with respect to the horizontal so that the liquid cooling medium can be spread evenly over the entire back surface by the action of gravity. It may be formed. As shown in the figure, the inclined rear surface gradually increases from one end (left end in FIG. 2) in the horizontal direction toward the other end (right end in FIG. 2). As shown in FIG.

また、このように液体の冷却媒体が接触する面を傾斜させる場合には、背面だけでなく液化面１４を傾斜させても良い。例えば、液化面１４としては、背面とは逆に、水平方向の一方側（図２の左端側）の端部から他端側（図２の右端側）に向かって徐々に低くなっていくように傾斜したものを用いることもできる。
このように背面や液化面１４を水平に対して傾斜させれば、液化面１４において液化された液体の冷却媒体が傾斜した液化面１４を伝って重力の作用で左端側から右端側に流れ落ち、続いて傾斜したプラズマ発生電極８の背面に沿って右端側から左端側に流下しつつ気化が行われる。その結果、液体の冷却媒体を液化面１４から確実に集め、集められた液体の冷却媒体を背面全面に均等に広げて用いることができ、プラズマ発生源２を効率的に冷却することが可能となる。 Further, in the case where the surface that the liquid cooling medium contacts in this way is inclined, not only the back surface but also the liquefied surface 14 may be inclined. For example, the liquefaction surface 14 is gradually lowered from the end on one side in the horizontal direction (left end side in FIG. 2) toward the other end side (right end side in FIG. 2) as opposed to the back surface. It is also possible to use a slanted one.
Thus, if the back surface or the liquefied surface 14 is inclined with respect to the horizontal, the liquid cooling medium liquefied on the liquefied surface 14 flows down the inclined liquefied surface 14 from the left end side to the right end side by the action of gravity, Subsequently, vaporization is performed while flowing down from the right end side to the left end side along the inclined back surface of the plasma generating electrode 8. As a result, the liquid cooling medium can be reliably collected from the liquefying surface 14, and the collected liquid cooling medium can be spread evenly over the entire back surface, and the plasma generation source 2 can be efficiently cooled. Become.

また、液体の冷却媒体を重力の作用で背面全面に亘って均等に広げる冷却機構１としては、図３に示すように鉛直方向に沿って配備されたプラズマ発生源２を冷却するものであって、プラズマ発生電極８やその背面が上下方向に沿う垂直面となったものを用いても良い。
すなわち、上下方向に沿う垂直面として設けられたプラズマ発生電極８の背面に対して、この背面に接するように液化部材１６（液化手段１２）を取り付ける。この液化部材１６は、水平方向に対して傾斜した向きに取り付けられた板状の部材であり、背面に接する側の端部に比べて離れた側の端部が高くなるように傾斜して取り付けられている。そして、この液化部材１６の内部には上述した冷却配管１５が貫通状に（水平方向に沿って貫通するように）配備されている。そして、冷却配管１５には上述の場合と同様に、冷却媒体の液化温度より低温とされた冷却水が流通しており、液化部材１６の表面（特に、下面）を上述した液化面１４として利用することができるようになっている。 The cooling mechanism 1 that evenly spreads the liquid cooling medium over the entire back surface by the action of gravity is to cool the plasma generation source 2 arranged along the vertical direction as shown in FIG. Alternatively, the plasma generating electrode 8 or the back surface thereof may be a vertical surface along the vertical direction.
That is, the liquefying member 16 (liquefying means 12) is attached to the back surface of the plasma generating electrode 8 provided as a vertical surface along the vertical direction so as to be in contact with the back surface. The liquefying member 16 is a plate-like member attached in an inclined direction with respect to the horizontal direction, and is attached so as to be inclined so that the end on the side far from the end on the side in contact with the back surface is higher. It has been. The cooling pipe 15 described above is provided in the liquefying member 16 in a penetrating manner (so as to penetrate along the horizontal direction). In the same manner as described above, cooling water having a temperature lower than the liquefaction temperature of the cooling medium flows through the cooling pipe 15, and the surface (particularly the lower surface) of the liquefying member 16 is used as the liquefying surface 14 described above. Can be done.

このようにすれば液化面１４において液化された液体の冷却媒体が傾斜した液化部材１６の下面（液化面１４）を伝って流れ落ち、次に流れ落ちた液体の冷却媒体が鉛直方向を向く背面に沿って背面を伝うようにして流れ落ちる。そして、背面を流れ落ちる際に、液体の冷却媒体が背面全面に亘って広がって気化が促進されるので、効果的にプラズマ発生源２を冷却することが可能となる。   In this manner, the liquid cooling medium liquefied on the liquefied surface 14 flows down along the inclined lower surface (liquefied surface 14) of the liquefied member 16, and then the liquid coolant that has flowed down flows along the back surface in the vertical direction. Then it flows down along the back. When the liquid flows down the back surface, the liquid cooling medium spreads over the entire back surface and vaporization is promoted, so that the plasma generation source 2 can be effectively cooled.

また、冷却媒体を背面全面に広げる手段として毛細管現象を利用することも可能である。例えば、図示は省略するが、プラズマ発生電極８の背面に対しては、液体の冷却媒体を毛細管現象の作用で背面の全面に亘って均等に広げることができるように、冷却媒体を案内する溝やメッシュ状構造体が形成されていても良い。このような毛細管現象の作用で液体の冷却媒体を広げる機構を上述した背面に形成しておくことにより、液体の冷却媒体が背面全面に均等に広げて、局所的に液体の冷却媒体がなくなってしまう箇所が生じるのを防ぎ、プラズマ発生電極８を均一に冷却することが可能となる。   It is also possible to use capillary action as means for spreading the cooling medium over the entire back surface. For example, although not shown, a groove for guiding the cooling medium is provided on the back surface of the plasma generating electrode 8 so that the liquid cooling medium can be evenly spread over the entire back surface by the action of capillary action. Alternatively, a mesh-like structure may be formed. By forming a mechanism for spreading the liquid cooling medium by the action of the capillary action on the back surface described above, the liquid cooling medium is evenly spread over the entire back surface, and the liquid cooling medium is locally lost. It is possible to prevent the occurrence of such a portion and cool the plasma generating electrode 8 uniformly.

また、さらには、液体の冷却媒体をプラズマ発生電極８の背面に効果的に均一に供給する目的で、減圧空間１３内に液体の冷却媒体の液溜まりを設け、液溜まりから冷却媒体を送出して、プラズマ発生電極背面に噴霧等の方法で供給する循環機構を設けることも効果的である。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態のプラズマ発生源２の冷却機構１を説明する。 In addition, for the purpose of effectively and uniformly supplying the liquid cooling medium to the back surface of the plasma generating electrode 8, a liquid cooling medium reservoir is provided in the decompression space 13, and the cooling medium is delivered from the liquid reservoir. It is also effective to provide a circulation mechanism that supplies the plasma generating electrode back by a method such as spraying.
[Second Embodiment]
Next, the cooling mechanism 1 of the plasma generation source 2 of 2nd Embodiment is demonstrated.

図４及び図５に示すように、第２実施形態の冷却機構１は、円筒状のプラズマ発生源２を冷却するものであり、この円筒状のプラズマ発生源２はその外周面がプラズマ発生電極８とされている。図例では、プラズマ発生源２は水平を向く軸心回りに回転自在に配備されたロールとなっている。
以下、第２実施形態のプラズマ発生源２、及びこの電極に設けられた冷却機構１について詳細に説明する。以下の説明は、プラズマ発生源２が、スパッタ蒸発源であり、円筒回転ターゲットを具備した、いわゆるロータリマグネトロンスパッタ蒸発源である場合を例としている。 As shown in FIGS. 4 and 5, the cooling mechanism 1 of the second embodiment cools a cylindrical plasma generation source 2, and the cylindrical plasma generation source 2 has a plasma generating electrode on the outer peripheral surface thereof. It is set to 8. In the illustrated example, the plasma generation source 2 is a roll that is disposed so as to be rotatable about a horizontal axis.
Hereinafter, the plasma generation source 2 of the second embodiment and the cooling mechanism 1 provided on the electrode will be described in detail. In the following description, the case where the plasma generation source 2 is a sputter evaporation source and is a so-called rotary magnetron sputter evaporation source having a cylindrical rotating target is taken as an example.

第２実施形態の場合、真空チャンバ４の側壁（図４の左側に設けられた壁）には、正面視で円形の開口部２３が形成されており、プラズマ発生源２（ロータリマグネトロンスパッタ蒸発源）は、この開口部２３から真空チャンバ４の内部に向かって先端側を挿し込んだ状態で真空チャンバ４の内部に収容されている。
具体的には、プラズマ発生源２は円筒状の筐体５を有しており、この円筒状の筐体５が真空チャンバ４の開口部２３から真空チャンバ４の内部に向かって挿し込まれるようになっている。 In the case of the second embodiment, a circular opening 23 is formed in the side wall of the vacuum chamber 4 (the wall provided on the left side in FIG. 4) when viewed from the front, and the plasma generation source 2 (rotary magnetron sputter evaporation source) is formed. ) Is housed inside the vacuum chamber 4 in a state where the tip side is inserted from the opening 23 toward the inside of the vacuum chamber 4.
Specifically, the plasma generation source 2 has a cylindrical casing 5 so that the cylindrical casing 5 is inserted into the vacuum chamber 4 from the opening 23 of the vacuum chamber 4. It has become.

この円筒状の筐体５の（基端側の）外周面と、上述した真空チャンバ４の開口部２３の開口縁との間には、真空チャンバ４に対して円筒状の筐体５を水平軸回りに回転自在に支持するベアリング部２４、及びこの真空チャンバ４に対する筐体５の回転を邪魔することなく真空チャンバ４の内部の気密性を保持するシール部２５が設けられている。なお、第一の実施形態と同様に、回転する円筒状の筺体５には、プラズマ発生用の電位を与えることが必要で、図示は省略するが、ベアリング部２４のチャンバー側か筺体側何れかに絶縁をとるための機構が取り付けられる。   Between the outer peripheral surface (on the base end side) of the cylindrical casing 5 and the opening edge of the opening 23 of the vacuum chamber 4 described above, the cylindrical casing 5 is placed horizontally with respect to the vacuum chamber 4. A bearing portion 24 that is rotatably supported around an axis, and a seal portion 25 that maintains the airtightness of the inside of the vacuum chamber 4 without interfering with the rotation of the housing 5 with respect to the vacuum chamber 4 are provided. As in the first embodiment, it is necessary to apply a potential for generating plasma to the rotating cylindrical casing 5, and although illustration is omitted, either the chamber side or the casing side of the bearing portion 24 is omitted. A mechanism is installed for insulation.

上述した円筒状の筐体５の外周面はプラズマの生成のためのプラズマ発生電極８とされており、第１実施形態のプラズマ発生電極８と同様に、プラズマ発生電極８は、バッキングチューブ１８上にターゲット９を取り付けたものである。ロータリマグネトロンスパッタリングの場合には、プラズマ発生電極８の内部に磁場発生機構１１が固定状態で取り付けらており、磁場発生機構１１の生成するレーストラック状のマグネトロン磁場がターゲット表面に形成される場所に選択的にレーストラック状の磁場が生成される。図６の例では、磁場発生機構１１は下向きに取り付けられ、プラズマＰはプラズマ発生電極８の下方のみに生成され、その場所でスパッタ蒸発が発生する。一方で、プラズマ発生電極８、すなわち、円筒状ターゲット９は回転するので、プラズマによりスパッタされる箇所は、円筒ターゲット９の回転により順次変わるので、結果として円筒全周にわたりターゲットはスパッタ蒸発する。   The outer peripheral surface of the cylindrical casing 5 described above is used as a plasma generating electrode 8 for generating plasma. Like the plasma generating electrode 8 of the first embodiment, the plasma generating electrode 8 is mounted on the backing tube 18. To which a target 9 is attached. In the case of rotary magnetron sputtering, the magnetic field generation mechanism 11 is fixedly attached inside the plasma generation electrode 8, and the racetrack-like magnetron magnetic field generated by the magnetic field generation mechanism 11 is formed at the target surface. A racetrack-like magnetic field is selectively generated. In the example of FIG. 6, the magnetic field generation mechanism 11 is mounted downward, and the plasma P is generated only below the plasma generation electrode 8, and sputter evaporation occurs at that location. On the other hand, since the plasma generating electrode 8, that is, the cylindrical target 9, rotates, the locations sputtered by the plasma are sequentially changed by the rotation of the cylindrical target 9. As a result, the target is sputter evaporated over the entire circumference of the cylinder.

プラズマ発生源２の筐体５の内部は空洞となっており、この内部には後述する液化手段１２の冷却配管１５が挿し込まれている。そして、この冷却配管１５の外周面と筐体５の開口部の内周縁との間にもベアリング部２６とシール部２７とが設けられており、円筒状の筐体５は冷却配管１５に対しても回転自在となっている。具体的には、筐体５の内部は、第１実施形態と同様に外部から気密状に隔離した密閉空間であって、予め真空排気された上でこの減圧空間１３内には第１実施形態と同様に冷却媒体が封入されており、プラズマ発生電極８の背面（筐体５の内周面）で液体の冷却媒体を気化できるようになっている。また、減圧空間１３には、背面で気化した冷却媒体の蒸気を液化面１４と接触させて熱交換することにより液化させる液化手段１２が設けられている。   The inside of the housing 5 of the plasma generation source 2 is hollow, and a cooling pipe 15 of the liquefying means 12 described later is inserted into the inside. A bearing portion 26 and a seal portion 27 are also provided between the outer peripheral surface of the cooling pipe 15 and the inner peripheral edge of the opening of the casing 5, and the cylindrical casing 5 is connected to the cooling pipe 15. But it is free to rotate. Specifically, the inside of the housing 5 is a sealed space that is airtightly isolated from the outside in the same manner as in the first embodiment, and after being evacuated in advance, the decompressed space 13 has the first embodiment. Similarly, the cooling medium is enclosed, and the liquid cooling medium can be vaporized on the back surface of the plasma generating electrode 8 (inner peripheral surface of the housing 5). The decompression space 13 is provided with a liquefying means 12 for liquefying the vapor of the cooling medium vaporized on the back surface by bringing it into contact with the liquefaction surface 14 and exchanging heat.

液化手段１２は、第１実施形態と同様に筐体５内に設けられたプラズマ発生電極８の背面で気化した冷却媒体の蒸気を、冷却水を循環させることで冷却された液化面１４に接触させて熱交換することによって、液体の冷却媒体に液化（凝縮）させるものである。第２実施形態の液化手段が第１実施形態と異なっている点は、冷却配管１５が円筒状の筐体５内に挿し込めるように棒状に形成されており、冷却配管１５の表面（外周面）が液化面１４とされている点である。   Like the first embodiment, the liquefying means 12 contacts the liquefied surface 14 cooled by circulating the cooling water vapor of the cooling medium vaporized on the back surface of the plasma generating electrode 8 provided in the housing 5. The liquid is liquefied (condensed) into a liquid cooling medium by heat exchange. The liquefying means of the second embodiment is different from that of the first embodiment in that the cooling pipe 15 is formed in a rod shape so that it can be inserted into the cylindrical housing 5. ) Is the liquefaction surface 14.

具体的には、冷却配管１５は、筐体５の内部に配備された円筒状の配管であって、水平
方向に軸心を向けるようにして円筒状の筐体５の軸心位置に配備されている。冷却配管１５は、互いに径が異なる円筒を同心状に且つ内外二重に組み合わせたような構造となっており、内側の円筒配管１７内を通って基端側（左側）から先端側（右側）に向かって流通してきた低温の冷却水が、内側の円筒配管１７（冷却配管１５）の先端で内側の円筒配管１７内から外側の円筒配管１８内に移動し、外側の円筒配管１８内を通って先端側（右側）から基端側（左側）に向かって戻る構成となっている。 Specifically, the cooling pipe 15 is a cylindrical pipe provided inside the casing 5 and is provided at the axial center position of the cylindrical casing 5 so that the axis is directed in the horizontal direction. ing. The cooling pipe 15 has a structure in which cylinders with different diameters are concentrically combined with each other inside and outside, and passes through the inner cylindrical pipe 17 from the proximal side (left side) to the distal side (right side). The low-temperature cooling water that has circulated toward the center moves from the inner cylindrical pipe 17 into the outer cylindrical pipe 18 at the tip of the inner cylindrical pipe 17 (cooling pipe 15), and passes through the outer cylindrical pipe 18. Thus, it is configured to return from the distal end side (right side) toward the proximal end side (left side).

液化面１４は、上述した冷却配管１５のうち外側の円筒配管１８の外周面に設けられていて、内側及び外側の円筒配管１７、１８を流れる冷却水、特に外側の円筒配管１８を流れる冷却水によって冷却されて冷却媒体の蒸気を液化できるようになっている。この液化面１４で冷却されて液化した冷却媒体は、冷却配管１５の外周面を伝って流れ落ち、冷却配管１５の下方に設けられたプラズマ発生電極８の内面に滴り落ちる。このようにして内面に滴り落ちた冷却媒体は、筐体５の回転に伴って均等に筐体５の内周面（プラズマ発生電極８の背面）に塗り広げられ、再び気化に供される。   The liquefying surface 14 is provided on the outer peripheral surface of the outer cylindrical pipe 18 among the cooling pipes 15 described above, and the cooling water flowing through the inner and outer cylindrical pipes 17, 18, particularly the cooling water flowing through the outer cylindrical pipe 18. The vapor of the cooling medium can be liquefied by being cooled by. The cooling medium cooled and liquefied by the liquefying surface 14 flows down along the outer peripheral surface of the cooling pipe 15 and drops down on the inner surface of the plasma generating electrode 8 provided below the cooling pipe 15. The cooling medium dripped onto the inner surface in this way is spread evenly on the inner peripheral surface of the housing 5 (the back surface of the plasma generating electrode 8) as the housing 5 rotates, and is again subjected to vaporization.

ところで、第２実施形態の筐体５の内部にも、第１実施形態と同様に磁場発生機構１１を設けることができる。この場合、磁場発生機構１１は、図５に仮想線で示すように、筐体５の内部であって冷却配管１５の下方または側方のいずれか、プラズマＰを発生させたい位置に対応して設ければよい。
以上、第２の実施形態は、円筒状のプラズマ発生源２がロータリーマグネトロンスパッタ蒸発源である場合を例にとり説明を実施したが、プラズマＣＶＤ装置やエッチング装置にも適用可能である。例えば、プラズマＣＶＤ装置であって、特開２００８−１９６００１号公報に開示されるような、回転円筒電極をプラズマ発生源として使用すると共に、フィルム状の基板をその表面に巻き付けて、円筒電極の回転と共にフィルムを真空中で搬送しながら、フィルム上に皮膜形成を行うような装置の、回転円筒状プラズマ発生源（成膜ロール）の冷却機構として使用することが出来る。この場合は、ロータリーマグネトロンスパッタ蒸発源の場合とは、プラズマ発生電極８がターゲット材ではなく蒸発しないこと、基板Ｗがフィルム状でありプラズマ発生電極８に密着して巻き付けられており、スパッタ法ではなくプラズマＰで原料ガスを分解しフィルムに蒸着するプラズマＣＶＤ法を用いている等の相違点はある。しかしながら、前記の回転円筒を有するプラズマ発生源２は真空チャンバ４の中に設置されており、発生したプラズマＰのエネルギがフィルム基板を介して回転する円筒状プラズマ発生電極８に伝達されて冷却の必要性があり、内部に回転しない磁場発生機構も設けられており、ロータリーマグネトロンスパッタ蒸発源と基本構造は同一であり、本発明の冷却機構の適用が有効である。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態のプラズマ発生源２の冷却機構１について説明する。 By the way, the magnetic field generation mechanism 11 can be provided in the housing 5 of the second embodiment as in the first embodiment. In this case, the magnetic field generation mechanism 11 corresponds to the position where the plasma P is to be generated, either inside or below the cooling pipe 15 and on the side of the cooling pipe 15, as indicated by phantom lines in FIG. What is necessary is just to provide.
As described above, the second embodiment has been described by taking the case where the cylindrical plasma generation source 2 is a rotary magnetron sputtering evaporation source as an example. However, the second embodiment can also be applied to a plasma CVD apparatus or an etching apparatus. For example, in a plasma CVD apparatus, a rotating cylindrical electrode as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-196001 is used as a plasma generation source, and a film-like substrate is wound around the surface to rotate the cylindrical electrode. At the same time, it can be used as a cooling mechanism for a rotating cylindrical plasma generation source (film forming roll) in an apparatus for forming a film on the film while transporting the film in a vacuum. In this case, in the case of the rotary magnetron sputtering evaporation source, the plasma generating electrode 8 is not a target material and does not evaporate, and the substrate W is in a film shape and is tightly wound around the plasma generating electrode 8. There are differences such as using a plasma CVD method in which the source gas is decomposed by plasma P and deposited on a film. However, the plasma generation source 2 having the rotating cylinder is installed in the vacuum chamber 4, and the energy of the generated plasma P is transmitted to the rotating cylindrical plasma generating electrode 8 through the film substrate to cool the plasma. There is a necessity and a magnetic field generation mechanism that does not rotate is provided inside, the basic structure is the same as that of the rotary magnetron sputter evaporation source, and the application of the cooling mechanism of the present invention is effective.
[Third Embodiment]
Next, the cooling mechanism 1 of the plasma generation source 2 according to the third embodiment will be described.

図６に示すように、第３実施形態の冷却機構１は、内部が空洞とされた筐体５から構成されるプラズマ発生源２に連通する拡張部３０を有しており、この拡張部３０と筐体５の内部空間とを合わせた空間が減圧空間１３とされている。この減圧空間１３には、プラズマ発生電極８の背面で気化することで、プラズマ発生電極８から熱（気化熱）を奪う冷却媒体が封入されており、拡張部３０には、気化した冷却媒体を液化するための液化手段１２が設けられている。   As shown in FIG. 6, the cooling mechanism 1 according to the third embodiment has an extended portion 30 that communicates with a plasma generation source 2 that includes a housing 5 that is hollow inside. And the internal space of the housing 5 is a decompression space 13. The decompression space 13 is filled with a cooling medium that takes heat (vaporization heat) from the plasma generation electrode 8 by being vaporized on the back surface of the plasma generation electrode 8, and the expanded portion 30 contains the vaporized cooling medium. A liquefying means 12 for liquefying is provided.

第３実施形態における他の構成、例えば真空チャンバ４の構成など、またプラズマの発生に伴ってプラズマ発生源２に熱が発生する点などは、第１実施形態や第２実施形態と略同様である。それ故、以下では、第３実施形態の特徴である拡張部３０について詳しく説明を行う。
図６に示すが如く、第３実施形態のプラズマ発生源２は、第１実施形態や第２実施形態と同様に内部が空洞（空洞部３１）とされた筐体５から構成される。筐体５の上部中央からは、上下に伸びる短尺且つ管状の連通部３３が延設されており、この連通部３３は、真空チャンバ４の上壁を貫通し外部に延びている。連通部３３は、筐体５や拡張チャンバ３２（詳細は後述）に比べて小径とされ、筐体５と拡張チャンバ３２との間で冷却媒体の流通を可能としている。 Other configurations in the third embodiment, such as the configuration of the vacuum chamber 4 and the point that heat is generated in the plasma generation source 2 with the generation of plasma are substantially the same as those in the first embodiment and the second embodiment. is there. Therefore, in the following, the expansion unit 30 that is a feature of the third embodiment will be described in detail.
As shown in FIG. 6, the plasma generation source 2 of the third embodiment is composed of a casing 5 having a hollow interior (hollow portion 31) as in the first and second embodiments. From the upper center of the housing 5, a short and tubular communication portion 33 extending vertically is extended, and the communication portion 33 extends through the upper wall of the vacuum chamber 4. The communication portion 33 has a smaller diameter than the casing 5 and the expansion chamber 32 (details will be described later), and allows a cooling medium to flow between the casing 5 and the expansion chamber 32.

一方、拡張チャンバ３２は真空チャンバ４の上壁に隣接するように設けられ、この拡張チャンバ３２の内部が拡張部３０とされている。拡張チャンバ３２には、真空チャンバ４内から延設されてきた連通部３３が接続され、空洞部３１と拡張部３０とが連通するようになる。この連通した空間が減圧空間１３とされている。すなわち、本実施形態は、減圧空間１３を真空チャンバ４の外部に拡張した構成となっている。   On the other hand, the extension chamber 32 is provided so as to be adjacent to the upper wall of the vacuum chamber 4, and the inside of the extension chamber 32 is an extension portion 30. A communication part 33 extending from the inside of the vacuum chamber 4 is connected to the expansion chamber 32 so that the cavity 31 and the expansion part 30 communicate with each other. This communicating space is a decompression space 13. That is, this embodiment has a configuration in which the decompression space 13 is extended to the outside of the vacuum chamber 4.

拡張チャンバ３２の内部には、気化した冷却媒体を液化するための液化手段１２が設けられている。液化手段１２は、冷却媒体を冷却して液化させる冷却コイル３６（熱交換器）から構成されている。この冷却コイル３６には、拡張チャンバ３２の外側に設けられたクーリングタワーなどの冷却系統（図示省略）から冷却配管を介して冷媒が流通している。つまり、第３実施形態の冷却機構１では、この冷媒によって冷却された冷却コイル３６の表面が、冷却媒体の蒸気を液化させる液化面１４となっている。   Inside the expansion chamber 32, liquefying means 12 for liquefying the vaporized cooling medium is provided. The liquefying means 12 includes a cooling coil 36 (heat exchanger) that cools and liquefies the cooling medium. A refrigerant flows through the cooling coil 36 through a cooling pipe from a cooling system (not shown) such as a cooling tower provided outside the expansion chamber 32. That is, in the cooling mechanism 1 of the third embodiment, the surface of the cooling coil 36 cooled by this refrigerant is the liquefaction surface 14 that liquefies the vapor of the cooling medium.

次に、上述した拡張部３０を備えた冷却機構１を用いた冷却方法について述べる。
第１実施形態と同様に、プラズマ発生源２のプラズマ発生電極８の近傍にプラズマＰを発生させてスパッタ成膜処理を行う場合を考える。このようなプラズマＰの発生に際しては、プラズマ発生電極８の表面に多量の熱が発生する。
このようにプラズマ発生電極８で発生した熱は、プラズマ発生電極８の背面（バッキングプレート７の上面）に伝わる。この背面には、液体の冷却媒体が膜状に積層された状態で存在しており、熱が伝わると液体の冷却媒体が気化して、冷却媒体の蒸気に変化する。この冷却媒体の気化に合わせてプラズマ発生電極８の背面から気化熱が奪われ、気化熱が奪われることでプラズマ発生電極８が冷却される。 Next, a cooling method using the cooling mechanism 1 including the above-described expansion unit 30 will be described.
As in the first embodiment, consider the case where the plasma P is generated in the vicinity of the plasma generation electrode 8 of the plasma generation source 2 to perform the sputter film formation process. When such plasma P is generated, a large amount of heat is generated on the surface of the plasma generating electrode 8.
Thus, the heat generated in the plasma generating electrode 8 is transmitted to the back surface of the plasma generating electrode 8 (the upper surface of the backing plate 7). On this back surface, the liquid cooling medium exists in a state of being laminated in a film shape, and when the heat is transmitted, the liquid cooling medium is vaporized and changed to vapor of the cooling medium. As the cooling medium evaporates, heat of vaporization is taken from the back surface of the plasma generating electrode 8, and the heat of vaporization is taken away to cool the plasma generating electrode 8.

このようにしてプラズマ発生電極８の背面で気化した蒸発は、筐体５内の空洞部３１の上側に集まり、空洞部３１の上側壁面に開口した連通部３３を通過して上方に移動し、拡張部３０に入る。そして、真空チャンバ４の外側に設けられた拡張部３０に移動した冷却媒体の蒸気は、拡張部３０内に設けられた冷却コイル３６により冷却される。具体的には、冷却コイル３６の表面では冷却媒体の蒸気が凝縮されて液体の冷却媒体に戻り（液化し）、液体となった冷却媒体が落ちて拡張部３０（拡張チャンバ３２）の底部に溜まる。この液体の冷却媒体に戻る際に、プラズマ発生電極８の背面から奪われた気化熱が液化面１４を介して冷却配管の冷媒に移動し、クーリングタワーを介して外部に排熱される。   The evaporation thus vaporized on the back surface of the plasma generating electrode 8 gathers on the upper side of the cavity portion 31 in the housing 5 and moves upward through the communication portion 33 opened on the upper wall surface of the cavity portion 31. The expansion unit 30 is entered. Then, the vapor of the cooling medium that has moved to the expansion portion 30 provided outside the vacuum chamber 4 is cooled by the cooling coil 36 provided in the expansion portion 30. Specifically, the vapor of the cooling medium is condensed on the surface of the cooling coil 36 and returned (liquefied) to the liquid cooling medium, and the cooling medium turned into a liquid falls to the bottom of the expansion portion 30 (expansion chamber 32). Accumulate. When returning to the liquid cooling medium, the heat of vaporization taken from the back surface of the plasma generating electrode 8 moves to the refrigerant in the cooling pipe through the liquefied surface 14 and is exhausted to the outside through the cooling tower.

そして、液体に戻った冷却媒体は、拡張部３０の底部から連通部３３の内壁面を伝って下方に流れ落ち、筐体５内の空洞部３１に戻って空洞部３１の底部に溜まることになる。このようにして減圧空間１３の中では空洞部３１で蒸発した冷却媒体が気化し、気化した冷却媒体が拡張部３０で液化するというサイクルを交互に繰り返し、プラズマ発生電極８で発生した熱が冷却機構の外部に効率的に排熱される。   Then, the cooling medium that has returned to the liquid flows down from the bottom of the extended portion 30 along the inner wall surface of the communicating portion 33, returns to the hollow portion 31 in the housing 5, and accumulates at the bottom of the hollow portion 31. . In this way, the cycle in which the cooling medium evaporated in the cavity 31 is vaporized in the decompression space 13 and the vaporized cooling medium is liquefied in the expansion section 30 is repeated alternately, and the heat generated in the plasma generating electrode 8 is cooled. Heat is efficiently exhausted outside the mechanism.

このようにプラズマ発生電極８よりやや離れた位置であって真空チャンバ４の外側に拡張部３０を設け、この拡張部３０に冷却コイル３６を設けて冷却を行う構成とすることで、幾つかのメリットが生じるようになる。例えば、拡張部３０をプラズマ発生電極８の背面側以外の場所に設けることができるので、バリエーションに富んだ装置構成を採用でき、冷却機構１の設計の幅を広げることが可能となる。   As described above, the extended portion 30 is provided outside the vacuum chamber 4 at a position slightly away from the plasma generating electrode 8, and a cooling coil 36 is provided in the extended portion 30 to perform cooling. Benefits will arise. For example, since the extended portion 30 can be provided at a location other than the back side of the plasma generating electrode 8, a variety of apparatus configurations can be adopted, and the design range of the cooling mechanism 1 can be widened.

また、真空チャンバ４の外部に設けられた拡張部３０で冷却媒体の冷却を行うようにすれば、外部に排熱する場所を真空チャンバ４の外側に移動させることができ、プラズマ発生電極８を備えた筐体５の容積を小さくすることが可能となる。つまり、第３実施形態の冷却機構１では、筐体５の容積が小さくなった分だけ、真空チャンバ４をコンパクトなものにすることが可能となり、例えば真空チャンバ４内を減圧する時間を大幅に短縮できるといった作用効果や冷却機構の構成を簡便なものにすることができる。   Further, if the cooling medium is cooled by the extended portion 30 provided outside the vacuum chamber 4, the heat exhausting place can be moved to the outside of the vacuum chamber 4, and the plasma generating electrode 8 can be moved. The volume of the housing 5 provided can be reduced. That is, in the cooling mechanism 1 according to the third embodiment, the vacuum chamber 4 can be made compact by the amount the volume of the housing 5 is reduced. For example, the time for decompressing the inside of the vacuum chamber 4 is greatly increased. The effect of being shortened and the configuration of the cooling mechanism can be simplified.

なお、図７、図８に示す如く、第３実施形態の拡張部３０を設ける位置は、プラズマ発生電極８の上方でなくてもよく、筐体５やプラズマ発生電極８の設置方向に合わせて適宜変更することができる。
例えば、図７（ａ）に示すように、プラズマ発生電極８が左右方向を向くように配備された筐体５（言い換えれば、プラズマ発生電極８が左右方向を向くプラズマ発生源２）に対して拡張部３０を設ける場合には、筐体５の上部側から、水平方向に沿ってプラズマ発
生電極８から離れると共に上方に向かって緩やかに傾斜するように連通部３３を設け、連通部３３の先端を真空チャンバ４の外側まで伸ばすようにする。 As shown in FIGS. 7 and 8, the position where the extended portion 30 according to the third embodiment is provided need not be above the plasma generating electrode 8, but according to the installation direction of the housing 5 and the plasma generating electrode 8. It can be changed as appropriate.
For example, as shown in FIG. 7A, with respect to the housing 5 (in other words, the plasma generation source 2 in which the plasma generation electrode 8 faces in the left-right direction) arranged so that the plasma generation electrode 8 faces in the left-right direction. In the case where the extended portion 30 is provided, the communication portion 33 is provided so as to be separated from the plasma generating electrode 8 along the horizontal direction from the upper side of the housing 5 and gently inclined upward, and the tip of the communication portion 33 is provided. Is extended to the outside of the vacuum chamber 4.

そして、この真空チャンバ４の外側に設けられた拡張チャンバ３２に連通部３３を接続させ、拡張チャンバ３２の内部である拡張部３０と連通させるようにする。その上で、拡張部３０の内部に上述したような冷却コイル３６を設ければ、筐体５で気化した冷却媒体を拡張部３０の内部で液化させることが可能となり、図６に示す冷却機構１と同様な作用効果を発揮させることができる。   The communication portion 33 is connected to the expansion chamber 32 provided outside the vacuum chamber 4 so as to communicate with the expansion portion 30 inside the expansion chamber 32. In addition, if the cooling coil 36 as described above is provided in the extension portion 30, the cooling medium vaporized in the housing 5 can be liquefied in the extension portion 30, and the cooling mechanism shown in FIG. The same effect as 1 can be exhibited.

なお、図７（ａ）に示すような冷却機構１を採用した場合には、プラズマ発生電極８が水平方向に電極面を向けるように切り立って設けられているので、水平方向に沿って配備された場合のようにプラズマ発生電極８の表面に対して液体の冷却媒体を均等に広げることが困難になる。そこで、図７（ｂ）の冷却機構１では、拡張部３０の底部に冷却コイル３６で液化した冷却媒体をトラップし貯留する液だめ部３４を設け、この液だめ部３４からプラズマ発生電極８の上端まで冷却媒体を流下させる１又は複数のチューブ３５を設けている。   When the cooling mechanism 1 as shown in FIG. 7A is adopted, the plasma generating electrode 8 is provided so as to face the electrode surface in the horizontal direction, so that it is arranged along the horizontal direction. It becomes difficult to spread the liquid cooling medium evenly over the surface of the plasma generating electrode 8 as in the case of the above. Therefore, in the cooling mechanism 1 of FIG. 7B, a liquid reservoir 34 that traps and stores the cooling medium liquefied by the cooling coil 36 is provided at the bottom of the extended portion 30, and the plasma generating electrode 8 One or a plurality of tubes 35 for allowing the cooling medium to flow down to the upper end are provided.

このような液だめ部３４やチューブ３５を設けてプラズマ発生電極８の上端に液体の冷却媒体を供給すれば、プラズマ発生電極８の上端に供給された液体の冷却媒体が電極面に沿って下方に流れ落ち、流れ落ちる際に電極面に沿って液体の冷却媒体が広がるため、液体の冷却媒体をプラズマ発生電極８の電極面の全面に亘って均等に広げることが可能となる。   When the liquid reservoir 34 and the tube 35 are provided and a liquid cooling medium is supplied to the upper end of the plasma generating electrode 8, the liquid cooling medium supplied to the upper end of the plasma generating electrode 8 is lowered along the electrode surface. Since the liquid cooling medium spreads along the electrode surface when flowing down, the liquid cooling medium can be spread evenly over the entire surface of the plasma generating electrode 8.

また、図８に示すように、水平を向く軸心回りに回転自在に配備されたロール状のプラズマ発生電極８やその表面に積層されたプラズマ発生源２を冷却する冷却機構１に、拡張部３０を設ける場合には、次のような構成を採用することもできる。
すなわち、図８に示す冷却機構１が第２実施形態と異なる点は、プラズマ発生源２が軸心を水平方向に向けて配備された円筒状の筐体５とされており、この円筒状の筐体５の回転軸心と同軸状に管状の連通部３３が一方側から差し込まれるように設けられ、この連通部３３が、真空チャンバ４の外側に設けられた拡張部３０に繋がっていることである。 Further, as shown in FIG. 8, an expansion unit is provided in the cooling mechanism 1 for cooling the roll-shaped plasma generation electrode 8 and the plasma generation source 2 stacked on the surface of the roll-shaped plasma generation electrode 8 which are arranged to be rotatable around a horizontal axis. When 30 is provided, the following configuration may be employed.
That is, the cooling mechanism 1 shown in FIG. 8 is different from the second embodiment in that the plasma generation source 2 is a cylindrical casing 5 arranged with its axis oriented in the horizontal direction. A tubular communication portion 33 is provided so as to be inserted from one side coaxially with the rotation axis of the housing 5, and the communication portion 33 is connected to an expansion portion 30 provided outside the vacuum chamber 4. It is.

具体的には、図８の冷却機構１では、筐体５の端面は側方（図例では左方）に向かって開口しており、この開口部の内周縁にベアリング部２６とシール部２７とが設けられている。このベアリング部２６及びシール部２７を設けることにより、連通部３３が位置不動のまま、円筒状の筐体５は水平方向を向く軸回りに機密性を保持したまま回動可能となっている。また、連通部３３は、水平方向に沿って配備された円管状の部材であり、筐体５に差し込まれた側とは反対側の端部は、拡張チャンバ３２の下端側に連通している。さらに、拡張チャンバ３２は、内部が空洞とされた筺状の部材であって、その内部には図６や図７の場合と同様に冷却コイル３６が配備されている。   Specifically, in the cooling mechanism 1 of FIG. 8, the end surface of the housing 5 opens toward the side (left side in the illustrated example), and a bearing portion 26 and a seal portion 27 are formed on the inner periphery of the opening. And are provided. By providing the bearing portion 26 and the seal portion 27, the cylindrical portion 5 can be rotated while maintaining the confidentiality around the axis in the horizontal direction while the communication portion 33 remains stationary. The communication portion 33 is a circular tubular member arranged along the horizontal direction, and an end portion on the opposite side to the side inserted into the housing 5 is in communication with the lower end side of the expansion chamber 32. . Furthermore, the expansion chamber 32 is a bowl-shaped member having a hollow inside, and a cooling coil 36 is disposed in the expansion chamber 32 as in the case of FIGS.

この変形例の作動態様は、前述した例と略同様であるため、説明は省略する。
なお、変形例を含む第３の実施形態の冷却機構１では、冷却媒体の蒸気を液化させる方式として、図６〜図８に示したように拡張部３０に冷却コイル３６を設けて、この冷却コイル３６内に冷却した冷媒を流通させることで、冷却媒体の蒸気を液化させるものを例示した。このような冷却コイル３６を設けて気体の冷却媒体を液化すれば、拡張チャンバ３２の内部が減圧状態となり、ポンプなどの手段を設けなくても筐体５内で発生した気体の冷却媒体を拡張部３０側に吸い上げることが可能となる。それゆえ、冷却媒体の蒸気を液化させる方式として、特に冷却コイル３６を採用するのが好ましい。 Since the operation mode of this modification is substantially the same as the above-described example, description thereof is omitted.
In the cooling mechanism 1 according to the third embodiment including the modification, as a method for liquefying the vapor of the cooling medium, the cooling coil 36 is provided in the extended portion 30 as shown in FIGS. The thing which liquefied the vapor | steam of a cooling medium by distribute | circulating the cooled refrigerant | coolant in the coil 36 was illustrated. If such a cooling coil 36 is provided to liquefy the gaseous cooling medium, the inside of the expansion chamber 32 is depressurized, and the gaseous cooling medium generated in the housing 5 can be expanded without providing a means such as a pump. It becomes possible to suck up to the part 30 side. Therefore, it is particularly preferable to employ the cooling coil 36 as a method for liquefying the vapor of the cooling medium.

しかし、冷却媒体の蒸気を液化させる方式には、他の手段を採用することもできる。例えば、冷却コイル３６に代えて、シェル＆チューブ式あるいはプレート式の熱交換器などを設けても良いし、拡張部３０（拡張チャンバ３２）の壁面に冷却配管などを巡らせて壁面を直接冷却する方式も有効である。また、減圧空間１３に貯留された冷却媒体と同じ種類の冷却媒体を新たに拡張部３０の内部に供給して、新たに供給される冷却媒体を用いて拡張部３０を直接冷却することも可能である。なお、このように冷却媒体を新たに拡張部３０の内部に供給する場合は、減圧空間１３内に存在する冷却媒体の量を一定に保つように、熱交換後の冷却媒体を拡張部３０の外部に排出する手段を別途設けるのが好ましい。   However, other means can be employed for the method of liquefying the vapor of the cooling medium. For example, instead of the cooling coil 36, a shell & tube type or plate type heat exchanger may be provided, or the wall surface of the expansion unit 30 (expansion chamber 32) is directly cooled by circulating a cooling pipe or the like. The method is also effective. It is also possible to supply a new cooling medium of the same type as the cooling medium stored in the decompression space 13 to the inside of the expansion unit 30 and directly cool the expansion unit 30 using the newly supplied cooling medium. It is. When a new cooling medium is supplied to the inside of the expansion unit 30 in this way, the cooling medium after heat exchange is kept in the expansion unit 30 so as to keep the amount of the cooling medium existing in the decompression space 13 constant. It is preferable to separately provide a means for discharging to the outside.

ところで、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。また、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。   By the way, this invention is not limited to said each embodiment, The shape, structure, material, combination, etc. of each member can be suitably changed in the range which does not change the essence of invention. Further, in the embodiment disclosed this time, matters that are not explicitly disclosed, for example, operating conditions and operating conditions, various parameters, dimensions, weights, volumes, and the like of a component deviate from a range that a person skilled in the art normally performs. However, matters that can be easily assumed by those skilled in the art are employed.

例えば、上述した冷却機構１は、いずれも冷却媒体として水を採用することが好ましいものの、水以外の物質を用いることもできる。
また、冷却配管１５を介して回収された冷却水については、再び冷却などを行うことで液化手段１２の冷却水として再利用することもできる。
また、第２実施形態のプラズマ発生源２において、プラズマ発生源２は水平を向く軸心回りに回転自在に配備されていたが、これには限定されない。プラズマ発生源２は斜めを向く軸心回りに回転自在に配備されていてもよい。 For example, although all of the cooling mechanisms 1 described above preferably employ water as a cooling medium, substances other than water can also be used.
In addition, the cooling water collected via the cooling pipe 15 can be reused as cooling water for the liquefying means 12 by cooling again.
Further, in the plasma generation source 2 of the second embodiment, the plasma generation source 2 is disposed so as to be rotatable around the horizontal axis, but is not limited thereto. The plasma generation source 2 may be arranged so as to be rotatable around an axis oriented obliquely.

また、第３の実施形態に関しては、減圧空間１３を拡張するために、連通部３３を設けており、このため、一旦空間が狭まった領域（空洞部３１）と拡張部３０とが明確に分かれている。しかしながらこの構成に限定されるものではなく、空洞部３１を真空チャンバ４の外側に膨張させるようにして拡張部３０を形成し、減圧空間１３を広げてもよい。なお、この構成であると真空チャンバ４に大きな開口を設ける必要がある。   In the third embodiment, the communication portion 33 is provided in order to expand the decompression space 13, and therefore, the region once narrowed (cavity portion 31) and the expansion portion 30 are clearly separated. ing. However, the present invention is not limited to this configuration, and the expansion portion 30 may be formed so as to expand the hollow portion 31 to the outside of the vacuum chamber 4 to expand the decompression space 13. In this configuration, it is necessary to provide a large opening in the vacuum chamber 4.

１ 冷却機構
２ プラズマ発生源
３ 真空成膜装置
４ 真空チャンバ
５ 筐体
６ 筐体本体
７ バッキングプレート（バッキングチューブ）
８ プラズマ発生電極
９ ターゲット
１０ プラズマ発生防止シールド
１１ 磁場発生機構
１２ 液化手段
１３ 減圧空間
１４ 液化面
１５ 冷却配管
１６ 液化部材
１７ 内側の円筒配管
１８ 外側の円筒配管
２３ 開口部
２４ 外側のベアリング部
２５ 外側のシール部
２６ 内側のベアリング部
２７ 内側のシール部
３０ 拡張部
３１ 空洞部
３２ 拡張チャンバ
３３ 連通部
３４ 液だめ部
３５ チューブ
３６ 冷却コイル
Ｐ プラズマ
Ｗ 基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cooling mechanism 2 Plasma generation source 3 Vacuum film-forming apparatus 4 Vacuum chamber 5 Case 6 Case body 7 Backing plate (backing tube)
8 Plasma generation electrode 9 Target 10 Plasma generation prevention shield 11 Magnetic field generation mechanism 12 Liquefaction means 13 Decompression space 14 Liquefaction surface 15 Cooling pipe 16 Liquefaction member 17 Inner cylindrical pipe 18 Outer cylindrical pipe 23 Opening 24 Outer bearing part 25 Outer Seal portion 26 inner bearing portion 27 inner seal portion 30 expansion portion 31 cavity portion 32 expansion chamber 33 communication portion 34 liquid reservoir portion 35 tube 36 cooling coil P plasma W substrate

Claims (7)

内部が真空排気された真空チャンバ内に設けられると共にこの真空チャンバ内でプラズマを発生させるプラズマ発生源を冷却するために用いられるプラズマ発生源の冷却機構であって、
前記プラズマ発生源のプラズマ発生電極の内部には減圧空間が設けられており、
前記減圧空間には、一旦内部を真空に排気した上で、プラズマ発生電極の背面側で気化することで前記プラズマ発生電極から熱を奪う冷却媒体が封入されていて、
前記減圧空間の内部には、気化した冷却媒体を液化するための液化面が設けられており、
前記液化面は、前記プラズマ発生電極の背面に接触することで気化した前記冷却媒体を液化させると共に、前記液化面で液化した冷却媒体を前記プラズマ発生電極の背面側に戻す構成とされていて、
前記プラズマ発生電極は、円筒状の筐体を有しており、
前記筐体の内部が前記減圧空間とされ、
前記筐体の外周面が前記プラズマ発生電極とされていて、前記円筒状の筐体の軸心位置に、液化面が設けられており、
前記円筒状のプラズマ発生源の筐体は、水平な軸心回りに回転自在に配備されている
ことを特徴とするプラズマ発生源の冷却機構。 A cooling mechanism for a plasma generation source, which is provided in an evacuated vacuum chamber and used to cool a plasma generation source that generates plasma in the vacuum chamber,
A reduced pressure space is provided inside the plasma generation electrode of the plasma generation source,
In the decompression space, after evacuating the inside once, a cooling medium that takes heat from the plasma generation electrode by being vaporized on the back side of the plasma generation electrode is enclosed,
A liquefaction surface for liquefying the vaporized cooling medium is provided inside the decompression space,
The liquefaction surface, the both the liquefying the cooling medium vaporized by contact with the rear surface of the plasma generating electrode, the coolant liquefied by the liquefaction surface is configured to return to the rear side of the plasma generating electrode ,
The plasma generating electrode has a cylindrical housing,
The interior of the housing is the decompression space,
The outer peripheral surface of the housing is the plasma generating electrode, and a liquefaction surface is provided at the axial center position of the cylindrical housing,
A cooling mechanism for a plasma generation source, wherein the casing of the cylindrical plasma generation source is rotatably arranged around a horizontal axis . 前記プラズマ発生源のプラズマ発生電極の背面側の空間と、この空間に連通した拡張部とが、減圧空間とされており、
前記拡張部に、気化した冷却媒体を液化するための液化面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生源の冷却機構。 The space on the back side of the plasma generation electrode of the plasma generation source and the extended portion communicating with the space are reduced pressure space,
The cooling mechanism for a plasma generation source according to claim 1 , wherein a liquefaction surface for liquefying the vaporized cooling medium is provided in the extended portion. 前記プラズマ発生電極は、円筒状の筐体と筐体の軸心位置から真空チャンバの外部に伸びる拡張部を有しており、
前記筐体の内部に設けられる共に前記プラズマ発生源のプラズマ発生電極の背面側の空間と、この空間に連通した拡張部とが、減圧空間とされており、
前記筐体の外周面が前記プラズマ発生電極とされていて、
前記拡張部に、気化した冷却媒体を液化するための液化面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生源の冷却機構。 The plasma generating electrode has a cylindrical housing and an extension extending from the axial center position of the housing to the outside of the vacuum chamber,
A space on the back side of the plasma generation electrode of the plasma generation source and an extended portion communicating with this space are provided in the housing, and a decompression space,
The outer peripheral surface of the housing is the plasma generating electrode,
The cooling mechanism for a plasma generation source according to claim 1 , wherein a liquefaction surface for liquefying the vaporized cooling medium is provided in the extended portion. 前記プラズマ発生源のプラズマ発生電極の背面は、液体の冷却媒体を重力の作用で背面の全面に亘って均等に広げることができるように、水平に対して傾斜して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生源の冷却機構。 The back surface of the plasma generation electrode of the plasma generation source is formed to be inclined with respect to the horizontal so that a liquid cooling medium can be evenly spread over the entire back surface by the action of gravity. The plasma generation source cooling mechanism according to claim 1 . 前記プラズマ発生源のプラズマ発生電極の背面には、液体の冷却媒体を毛細管現象の作用で背面の全面に亘って均等に広げることができるように、前記冷却媒体を案内する溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ発生源の冷却機構。 A groove for guiding the cooling medium is formed on the back surface of the plasma generation electrode of the plasma generation source so that the liquid cooling medium can be uniformly spread over the entire back surface by the action of capillary action. The cooling mechanism for a plasma generation source according to any one of claims 1 to 4 . 前記減圧空間を構成する拡張部は、前記真空チャンバの外部にあることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ発生源の冷却機構。 The cooling mechanism of the plasma generation source according to claim 2 , wherein the expansion part constituting the decompression space is outside the vacuum chamber. 内部が真空排気された真空チャンバ内に設けられると共にこの真空チャンバ内でプラズマを発生させるプラズマ発生源を冷却するために用いられるプラズマ発生源の冷却方法であって、
前記プラズマ発生源のプラズマ発生電極の内部に減圧空間を設けて、一旦内部を真空に排気した上で、プラズマ発生電極の背面側で気化することで前記プラズマ発生電極から熱を奪う冷却媒体を封入しておき、前記減圧空間に気化した冷却媒体を液化するための液化面を設けておいて、
前記減圧空間に封入された液体の冷却媒体をプラズマ発生電極の背面で気化させて蒸気に変化させ、気化した冷却媒体を液化面で液化し、液化した液体の冷却媒体を前記プラズマ発生電極の背面側に戻すものであり、
前記プラズマ発生電極は、円筒状の筐体を有しており、
前記筐体の内部が前記減圧空間とされ、
前記筐体の外周面が前記プラズマ発生電極とされていて、前記円筒状の筐体の軸心位置に、液化面が設けられていて、
前記円筒状のプラズマ発生源の筐体は、水平な軸心回りに回転自在に配備されており、筐体の回転に伴ってプラズマ発生電極の内周面に液体の冷却媒体を塗り広げて、プラズマ発生源のプラズマ発生電極から熱を奪うことを特徴とするプラズマ発生源の冷却方法。 A cooling method for a plasma generation source, which is provided in an evacuated vacuum chamber and used to cool a plasma generation source that generates plasma in the vacuum chamber,
Provide a decompression space inside the plasma generation electrode of the plasma generation source, evacuate the inside to a vacuum, and then enclose a cooling medium that takes heat away from the plasma generation electrode by vaporizing on the back side of the plasma generation electrode In addition, a liquefied surface for liquefying the vaporized cooling medium is provided in the decompression space,
The liquid cooling medium sealed in the reduced pressure space is vaporized at the back surface of the plasma generating electrode to be changed into vapor, the vaporized cooling medium is liquefied at the liquefied surface , and the liquefied liquid cooling medium is converted into the back surface of the plasma generating electrode. To return to the side ,
The plasma generating electrode has a cylindrical housing,
The interior of the housing is the decompression space,
The outer peripheral surface of the housing is the plasma generating electrode, and a liquefying surface is provided at the axial center position of the cylindrical housing,
The casing of the cylindrical plasma generation source is disposed so as to be rotatable around a horizontal axis, and spreads a liquid cooling medium on the inner peripheral surface of the plasma generation electrode as the casing rotates, A method for cooling a plasma generation source, wherein heat is taken from a plasma generation electrode of the plasma generation source.
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