JP7042143B2 - プラズマ発生装置 - Google Patents

Description

本発明は誘導結合型のプラズマ発生装置に関する。

半導体製造プロセスにおいては、プラズマを用いた半導体ウェハの成膜処理、エッチング処理等が行われている。特許文献１には、誘導結合プラズマ（ICP :Inductively Coupled Plasma）型のプラズマ発生装置が開示されている。当該プラズマ発生装置においては、アンテナコイルとプラズマとの静電結合の度合いを弱めるために、アンテナコイルと、真空管との間にファラデーシールドと呼ばれる金属板が挿入されている。

特表２００２－５３７６４８号公報

本発明の目的は、アンテナコイルにて真空管を効率的に冷却することができるプラズマ発生装置を提供することにある。

本発明に係るプラズマ発生装置は、材料ガスが流入する真空管と、該真空管の外周に巻回され、該真空管内に材料ガスのプラズマを発生させるためのアンテナコイルとを備えるプラズマ発生装置であって、前記アンテナコイルは、内部に冷媒が通流する冷媒流路を有し、前記真空管に対して熱的に接触しており、前記真空管の軸方向における前記アンテナコイルの間隙に配され、前記アンテナコイル又は前記真空管の熱を放熱する放熱部材を備える。

本発明にあっては、冷媒流路を有するアンテナコイルが真空管に対して熱的に接触している。従って、アンテナコイルに冷媒を通流させることによって、真空管を冷却することができる。また、アンテナコイルを構成する導線部分の間隙に放熱部材が配されている。従って、真空管の熱は、アンテナコイル及び放熱部材を通じて、放出される。また、放熱部材を真空管に対して熱的に接触させた場合、真空管から放熱部材を通じて、直接的に放熱することもできる。よって、真空管をより効率的に冷却することができる。

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記アンテナコイルは、断面角形のエッジワイズコイルであり、前記真空管の外周面に直接的又は間接的に面接触している。

本発明にあっては、アンテナコイルはエッジワイズコイルであり、真空管に対して直接的又は間接的に面接触している。従って、真空管をより効率的に冷却することができる。

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記放熱部材は弾性を有するシリコン樹脂である。

本発明にあっては、放熱部材は弾性を有するため、アンテナコイルの熱膨張に対応することができる。また、放熱部材はシリコン樹脂であるため、絶縁性と、所要の熱伝導率を担保することができる。

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記真空管の外周面に成膜された導電性材料からなるファラデーシールド膜と、該ファラデーシールド膜を覆う絶縁膜とを備え、前記アンテナコイルは前記絶縁膜に対して熱的に接触している。

本発明にあっては、プラズマ発生装置は、プラズマ発生装置は、真空管の外周面に成膜されたファラデーシールド膜と、ファラデーシールド膜を覆う絶縁膜とを有する。ファラデーシールド膜及び絶縁膜は、薄膜であるため真空管のより近傍にアンテナコイルを配することができ、アンテナコイルとプラズマとの誘導結合の度合いを向上させることができる。アンテナコイルは絶縁膜に接触している。従って、アンテナコイル及び真空管の距離は最短であり、アンテナコイルとプラズマとの誘導結合の度合いを最大化することができる。
またアンテナコイルを絶縁膜の外周面に熱的に接触させることにより、真空管を効果的に冷却することができる。従って、アンテナコイル及び真空管の間にファラデーシールド膜を設けた場合であっても、冷媒流路を有するアンテナコイルにて、真空管を効率的に冷却することができる。また、アンテナコイル及びプラズマの誘導結合の度合いを向上させることができる。

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記絶縁膜は、前記真空管の周方向全周を覆う。

本発明にあっては、絶縁膜は真空管の周方向全周を覆っている。従って、絶縁膜をファラデーシールド膜部分のみに形成する場合に比べて、真空管の外周面を均一に均すことができる。よって、アンテナコイル及び真空管の接触面積を大きくし、冷却性を向上させることができる。

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記ファラデーシールド膜は導電性材料を溶射又はメッキしてなる。

本発明にあっては、導電性材料の溶射によって真空管の外周面にファラデーシールド膜を形成している。そのため、膜の厚みを調整することができる（例えば１０μｍオーダで膜の厚みを調整することができる）。

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記ファラデーシールド膜の厚みは１０μｍ以上３００μｍ未満である。

本発明にあっては、ファラデーシールド膜は１０μｍ以上３００μｍ未満であるため、真空管の近傍にアンテナコイルを配することができ、アンテナコイル及びプラズマの誘導結合の度合いを向上させることができる。

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記ファラデーシールド膜を複数備え、各ファラデーシールド膜は前記真空管の軸方向に長く、互いに周方向に離隔しており、一部の前記ファラデーシールド膜は基準電位に接続されている。

本発明にあっては、真空管の長手方向に伸びた帯状のファラデーシールド膜が、真空管の周方向に離隔して複数形成されている。従って、アンテナコイルが形成する磁場によって誘導された渦電流が、真空管の周方向に流れないようにすることができる。また、アンテナコイルとプラズマとの静電結合の度合いを全体的に弱めることができる。
また、複数のファラデーシールド膜の全部を基準電位に接続するのでは無く、その一部のファラデーシールド膜を基準電位に接続する構成であるため、静電結合の度合いを調整することができる。

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記ファラデーシールド膜と基準電位とを接続するグランド線を開閉するスイッチを備える。

本発明にあっては、前記ファラデーシールド膜と基準電位とを接続するグランド線を開閉するスイッチを備えているので、ファラデーシールド膜の基準電位への接続の有無を切り換えて、静電結合の度合いを調整することができる。

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記絶縁膜は非導電性材料を溶射してなる。

本発明にあっては、非導電性材料の溶射によって真空管の外周面に絶縁膜を形成してある。従って、１０μｍオーダの絶縁膜を真空管の外周面に形成することができる。

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記ファラデーシールド膜と前記絶縁膜との厚みの合計は、３００μｍ未満である。

本発明にあっては、ファラデーシールド膜及び絶縁膜を溶射又はメッキにて形成でき、従来よりも薄く形成することができるので、３００μｍ未満にすることが可能である。そのため、誘導結合の低下度合いを大幅に低減させることができる。

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記ファラデーシールド膜と絶縁膜との間に中間層を有する。

本発明にあっては、中間層を設けることによって、ファラデーシールド膜と絶縁膜との結合性を向上させることができる。中間層は、ファラデーシールド膜及び絶縁膜の中間的物性を有する材料である。

本発明に係るプラズマ発生装置は、前記真空管と前記ファラデーシールド膜との間に中間層を有する。

本発明にあっては、中間層を設けることによって、真空管とファラデーシールド膜との結合性を向上させることができる。中間層は、真空管及びファラデーシールド膜の中間的物性を有する材料である。

本発明によれば、アンテナコイルにて真空管を効率的に冷却することができる。

本実施形態１に係るプラズマ発生装置の構成例を示すブロック図である。 真空管及びアンテナコイルの構成例を示す斜視図である。 ファラデーシールド膜の構成例を示す斜視図である。 真空管及びアンテナコイルの構成例を示す側断面図である。 真空管及びアンテナコイルの構成例を示す軸断面図である。 ファラデーシールド膜及び絶縁膜の平坦化処理方法を示す概念図である。 実施形態２に係る真空管及びアンテナコイルの構成例を示す斜視図である。 実施形態２に係る真空管及びアンテナコイルの他の構成例を示す斜視図である。

以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施形態１）
図１は本実施形態１に係るプラズマ発生装置の構成例を示すブロック図である。実施形態１に係るプラズマ発生装置は、ＩＣＰ型のプラズマ発生装置である。プラズマ発生装置は、真空管１内にプラズマを発生させるためのアンテナコイル２と、アンテナコイル２に高周波電圧を印加する高周波電源３と、アンテナコイル２及び高周波電源３間に設けられたインピーダンス整合回路４とを備える。
このようなプラズマ発生装置では、高周波電源３から出力する高周波電圧及び高周波電流がインピーダンス整合回路４を介してアンテナコイル２に供給されるので、アンテナコイル２に高周波電流が流れる。一方、真空管１内には、後述するように材料ガスが供給される。その結果、アンテナコイル２に流れる高周波電流による誘導結合よって材料ガスがプラズマ化し、プラズマが生成される。このプラズマを利用して、各種の処理（エッチング等）が行われる。
なお、高周波電源３から出力する高周波電圧の周波数は、１～３ＭＨｚ程度である。しかし、これに限定されるものではなく、プラズマを発生させるために適した周波数であれば、上記に示した周波数以外でもよい。

図２は真空管１及びアンテナコイル２の構成例を示す斜視図、図３はファラデーシールド膜５の構成例を示す斜視図、図４は真空管１及びアンテナコイル２の構成例を示す側断面図、図５は真空管１及びアンテナコイル２の構成例を示す軸断面図である。真空管１は、材料ガスが流入する流入口１ａと、プラズマ化したガスが流出する流出口１ｂとを両端側に有する管状である（図１参照）。真空管１は、例えば石英、アルミナ等の非導電性材料からなる。真空管１の内径及び外径は、例えば約７６ｍｍ及び約８０ｍｍであり、厚みが約２ｍｍである。真空管１の長手方向の長さは例えば約３１０ｍｍである。

真空管１の外周面には、図３に示すように導電性材料からなるファラデーシールド膜５が形成されている。ファラデーシールド膜５は、銅等の導電性材料を真空管１の外周面に溶射することによって成膜される。ファラデーシールド膜５の厚みは、例えば、約１０μｍ以上３００μｍ未満、好ましくは約１０μｍ以上１００μｍ未満である。なお、上記膜厚の範囲は、１０μｍ、１００μｍ、３００μｍを基準値として、公差を許容するものである。例えば、約１０μｍ以上３００μｍ未満には、公差の範囲で１０μｍより薄いファラデーシールド膜５、３００μｍより厚いファラデーシールド膜５も含まれる。また、約１０μｍ以上１００μｍ未満には、公差の範囲で１０μｍより薄いファラデーシールド膜５、１００μｍより厚いファラデーシールド膜５も含まれる。
また、１０μｍオーダでファラデーシールド膜５の厚みを調整することができる。

なお、ファラデーシールド膜５の厚みが１０μｍ程度あれば、アンテナコイル２とプラズマとの静電結合の度合いを抑制することが可能である。

ところで、ファラデーシールド膜５を形成した場合、アンテナコイル２が真空管１に接触するように真空管１の外周に巻回する場合に比べて、ファラデーシールド膜５の厚みの分だけアンテナコイル２とプラズマとの距離が開くので、誘導結合の度合いが弱まり、力率が低下する。この低下分を補うために、アンテナコイル２に電圧及び電流を供給する高周波電源の出力を大きくする必要がある。すなわち、電力損失が大きくなるという問題が生じている。

ここで、上記の誘導結合に関するシミュレーションを行い、アンテナコイル２と真空管１の外周面との距離Ｄと、距離Ｄ＝０ｍｍの誘導結合の度合いを１００％とした場合の誘導結合の度合いＲ［％］との関係を調査した。
その結果、表１に示すように、アンテナコイル２と真空管１の外周面との距離Ｄ＝１０ｍｍの場合（金属板の厚みが１０ｍｍの場合に相当）には、誘導結合の度合いＲ＝約５３％となるので、誘導結合の度合いが約４７％低下することが分かった。
また、アンテナコイル２と真空管１の外周面との距離Ｄ＝１ｍｍの場合には、誘導結合の度合いＲ＝約９０％となるので、誘導結合の度合いが約１０％低下することが分かった。
このように、アンテナコイル２と真空管１との距離が大きくなると、誘導結合の度合いが大きく低下し、ひいては大きな電力損失が生じてしまうことが分かった。

なお、上記シミュレーションは、次の条件で行った。
・真空管１の形状：円筒形状
・真空管１の材質：石英、アルミナ等の非導電性材料
・真空管１の内径：約７６ｍｍ
・真空管１の外径：約８０ｍｍ
・真空管１の厚み：約２ｍｍ
・真空管１の長手方向の長さ：約３１０ｍｍ
・アンテナコイル２の材質：銅
・アンテナコイル２：１０ｍｍ角のエッジワイズ
・アンテナコイル２の内径：真空管１外周面と距離Ｄ（０～１０ｍｍ）だけ離隔する寸法
・アンテナコイル２に流れる電流の周波数：１ＭＨｚ

以上の通り、ファラデーシールド膜５の厚みが厚くなるにつれて、アンテナコイル２とプラズマとの誘導結合の度合いが低下していき、ファラデーシールド膜５の厚みが１００μｍ程度以上になると、誘導結合の度合いが低下し始める。ただし、ファラデーシールド膜５の厚みが約１００μｍまでであれば、誘導結合の低下度合いは殆ど気にする必要がないレベルである。

一方、ファラデーシールド膜５は、厚みが３００μｍ程度になると溶射によって成膜することが難しくなる。厚みが３００μｍ程度になっても従来よりはファラデーシールドを薄くできるので効果的であるが、製作が難しく歩留りが悪い。そのため、３００μｍ程度が上限値となる。厚みが１００μｍ程度であれば、溶射によって成膜することが容易である。

ここで、表１を参照すると、アンテナコイル２と真空管１の外周面との距離が３００μｍの場合（ファラデーシールド膜５の厚みが３００μｍの場合において、ファラデーシールド膜５が無い箇所におけるアンテナコイル２と真空管１の外周面との距離に相当）には、誘導結合の度合いが約３％しか低下しない。
同様に、表１を参照すると、アンテナコイル２と真空管１の外周面との距離が１００μｍの場合（ファラデーシールド膜５の厚みが１００μｍの場合において、ファラデーシールド膜５が無い箇所におけるアンテナコイル２と真空管１の外周面との距離に相当）には、誘導結合の度合いが約０．７％しか低下しない。
当然ながら、アンテナコイルと真空管の外周面との距離が１００μｍ未満の場合は、誘導結合の低下度合いは更に低くなる。

ファラデーシールド膜５は真空管１の軸方向に長い帯状であり、複数形成されている。例えば５本のファラデーシールド膜５が形成されており、各ファラデーシールド膜５は互いに周方向に離隔している。ファラデーシールド膜５の数は一例であり、特に限定されるものでは無い。ファラデーシールド膜５の長手方向の長さは、アンテナコイル２が真空管１に巻回される長手方向の長さよりも幅広である。

また、真空管１に形成されたファラデーシールド膜５は、図２に示すように、絶縁膜６に覆われている。絶縁膜６は、セラミック、アルミナ（酸化アルミニウム）等の非導電性材料を真空管１の外周面に溶射することによって成膜される。絶縁膜６は、厚みが１０μｍ程度あれば、アンテナコイル２及びファラデーシールド膜５の放電を抑制することが可能である。
例えば、２０℃におけるアルミナの体積抵抗率は、１０¹⁴［Ω・ｃｍ］超なので、１０μｍの厚さのアルミナの薄膜を２０ｃｍ×１０ｃｍ角に形成した場合、抵抗値は約５００［ＭΩ］となり、絶縁材として十分な機能を有することが分かる。

一方、絶縁膜６は、厚みが３００μｍ程度になると溶射によって成膜することが難しくなる。そのため、３００μｍ程度が上限値となる。厚みが１００μｍ程度であれば、溶射によって成膜することが容易である。
なお、上記絶縁膜６の膜厚の範囲は、１００μｍ、３００μｍを基準値として、公差を許容するものである。例えば、１００μｍ程度には、公差の範囲で１００μｍより薄い又は厚い絶縁膜６も含まれる。また、３００μｍ程度の膜厚には、公差の範囲で３００μｍより薄い又は厚い絶縁膜６も含まれる。

上記のように、ファラデーシールド膜５及び絶縁膜６は、それぞれ３００μｍ程度の厚みまでであれば成膜できるが、膜の厚みが増すほどアンテナコイルと真空管の外周面との距離が離れていき、ひいては、誘導結合の度合いが低下していく。
そのため、ファラデーシールド膜５及び絶縁膜６の厚みの上限は、各膜の厚みの合計が、例えば３００μｍ未満となるように設定すると良い。好ましくは、各膜の厚みの合計が、２００μｍ未満となるように設定すると良い。

表１に示したシミュレーション条件では、各膜の厚みの合計が３００μｍであれば、誘導結合の低下度合いを約３％程度に抑えることができる。また、各膜の厚みの合計が１００μｍであれば、誘導結合の低下度合いを約０．７％程度に抑えることができる。

なお、ファラデーシールド膜５は、溶射によって成膜するだけでなく、メッキ等によって真空管１の外周面に成膜してもよい。メッキの場合も銅等の導電性材料が用いられる。なお、メッキの場合は、厚みが１０μｍ以上かつ１００μｍ以下のファラデーシールド膜５を成膜することができる。また、メッキの場合も溶射と同様の効果を得ることができる。なお、上記１０μｍは膜厚の基準値を示すものであり、公差の範囲で１０μｍより薄いファラデーシールド膜５も本実施形態１に含まれる。同様に、１００μｍは膜厚の基準値を示すものであり、公差の範囲で１００μｍより厚いファラデーシールド膜５も本実施形態１に含まれる。
また、１０μｍオーダでファラデーシールド膜５の厚みを調整することができる。

絶縁膜６は、真空管１の周方向全周を覆っており、長手方向の長さは、ファラデーシールド膜５の長手方向の長さよりも長く、ファラデーシールド全体を覆っている。また、真空管１の周方向、２本のファラデーシールド膜５の間に形成された絶縁膜６の少なくとも一部は、アンテナコイル２に接触している。後述するようにアンテナコイル２の内部には冷媒が通流しており、絶縁膜６とアンテナコイル２との接触性を向上させることにより、真空管１の熱をより効率的に放射することができる。なお、絶縁膜６は真空管１の軸方向全体を覆うように形成しても良い。

また、ファラデーシールド膜５及び絶縁膜６を真空管１の外周面に形成した際の軸断面は可能な限り真円である方が望ましいが、ファラデーシールド膜５を形成した後に絶縁膜６を形成するので、凹凸が生じる場合がある。

図６は、ファラデーシールド膜５及び絶縁膜６の平坦化処理方法を示す概念図である。なお、図６は、軸断面の一部を拡大するとともに、真空管１の外周面を直線的に表したイメージ図である。

図６Ａはファラデーシールド膜５及び絶縁膜６の理想的な状態を示している。図６Ａに示すように、成膜されたファラデーシールド膜５及び絶縁膜６の表面は凹凸が殆ど無いのが理想である。
しかし、図６Ｂに示すように、絶縁膜６表面の凹凸の度合いが大きい場合、図６Ｃ～図６Ｅに示す平坦化処理を行うと良い。

図６Ｃは、図６Ｂに示す状態から絶縁膜６の表面を研磨することによって凹凸の度合いを低減させる平坦化処理を行った状態を示している。この場合は、研磨によって絶縁膜６の厚みが薄くなるため、研磨を見越して絶縁膜６を厚めに形成しておくと良い。

図６Ｄは、図６Ｂに示す状態から凹凸の度合いが低減するように凹部に第２の絶縁膜６ａを更に形成する処理を行った状態を示している。凹凸はファラデーシールド膜５の厚みに近い厚みであると考えられるので、更に形成する絶縁膜６の厚みは、ファラデーシールド膜５の厚みを目安にすればよい。

図６Ｅは、図６Ｄに示す状態から絶縁膜６の表面を研磨することによって凹凸の度合いを低減させる平坦化処理を行った状態を示している。図６Ｄに示した絶縁膜６の表面をより平坦化させることができる。図６Ｅの処理は必須では無いが、かかる処理を行ってもよい。

アンテナコイル２は、真空管１の外周側、流入口１ａ側から流出口１ｂ側に亘って巻回されている。アンテナコイル２は、例えば銅等の導電性材料からなるエッジワイズコイルであり、図３に示すように、アンテナコイル２を構成する導線の断面は矩形状である。アンテナコイル２を構成する導線の内部には、冷媒が通流する冷媒流路２ａが形成されており、アンテナコイル２の一端から他端へ冷媒が通流するように構成されている。
アンテナコイル２を構成する導線は絶縁膜６に対して熱的に接触している。より具体的には、当該導線は絶縁膜６に対して面接触している。アンテナコイル２は絶縁膜６に対して直接的に接触していても良いし、熱伝導材料を介して絶縁膜６に接触していても良い。なお、熱伝導材料は、非導電性材料であり、好ましくは弾性を有する。

また、真空管１の軸方向におけるアンテナコイル２の導線部分の間隙には、アンテナコイル２又は真空管１の熱を放熱する放熱部材７を備える。放熱部材７はアンテナコイル２及び絶縁膜６に対して熱的に接触している。放熱部材７は、弾性を有する非導電性材料（例えばシリコン樹脂）が好ましいが、弾性を有しない非導電性材料（例えばセラミックを溶かした接着剤）を用いることも可能である。放熱部材７としてシリコン樹脂を用いる場合、例えば、シリコン系の熱硬化性樹脂を、アンテナコイル２の導線部分の間隙に塗布し、熱硬化させることによって放熱部材７が形成される。

このように構成された実施形態１に係るプラズマ発生装置によれば、真空管１の外周面にファラデーシールド膜５を形成することにより、従来の金属板の場合よりもアンテナコイル２を真空管１に近づけることができる。ひいては従来の金属板の場合よりもアンテナコイル２を真空管１内で発生するプラズマに近づけることができる。そのため、アンテナコイル２とプラズマとの静電結合の度合いを抑制しつつ、アンテナコイル２とプラズマとの誘導結合の度合いを最大化することができる。

また、ファラデーシールド膜５は、溶射によって形成された膜厚１０μｍ以上１００μｍ未満の薄膜層であるため、真空管１の近傍にアンテナコイル２を配することができ、アンテナコイル２とプラズマとの誘導結合の度合いを向上させることができる。

更に、ファラデーシールド膜５を絶縁膜６で覆っているため、アンテナコイル２及びファラデーシールド間の放電を抑制することができ、真空管１のより近傍にアンテナコイル２を配することができる。従って、アンテナコイル２とプラズマとの誘導結合の度合いを向上させることができる。

更にまた、絶縁膜６は、溶射によって形成された膜厚１０μｍ以上１００μｍ未満の薄膜層であるため、真空管１の近傍にアンテナコイル２を配することができ、アンテナコイル２とプラズマとの誘導結合の度合いを向上させることができる。

更にまた、ファラデーシールド膜５を周方向に離隔して複数形成してあるため、アンテナコイル２が形成する磁場によって誘導された渦電流が、真空管１の周方向に流れないようにすることができる。

更にまた、冷媒流路２ａを有するアンテナコイル２が絶縁膜６に対して熱的に接触している。従って、アンテナコイル２に冷媒を通流させることによって、真空管１を冷却することができる。

更にまた、アンテナコイル２はエッジワイズコイルであり、絶縁膜６に対して直接的又は間接的に面接触している。従って、真空管１をより効率的に冷却することができる。

更にまた、絶縁膜６は真空管１の周方向全周を覆っている。従って、絶縁膜６をファラデーシールド膜５部分のみに形成する場合に比べて、真空管１の外周面を均一に均すことができる。よって、アンテナコイル２及び真空管１の接触面積を大きくし、冷却性を向上させることができる。

更にまた、アンテナコイル２を構成する導線部分の間隙に放熱部材７が配されている。従って、真空管１の熱は、アンテナコイル２及び放熱部材７を通じて、放出される。よって、真空管１をより効率的に冷却することができる。

更にまた、放熱部材７は弾性を有するため、アンテナコイル２の熱膨張に対応することができる。

更にまた、放熱部材７はシリコン樹脂であるため、絶縁性と、所要の熱伝導率を担保することができる。

なお、本実施形態１ではファラデーシールド膜５に絶縁膜６を直接溶射する例を説明したが、導電性材料（ファラデーシールド膜５）に非導電性材料（絶縁膜６）を形成すると異種接合になるので、広い範囲で絶縁膜６を形成することが困難になる可能性がある。そのような場合は、ファラデーシールド膜５の導電性材料と絶縁膜６の非導電性材料との中間的物性を有する傾斜機能材料からなる中間層をファラデーシールド膜５及び絶縁膜６間に形成しても良い。中間層も傾斜機能材料を溶射することによって形成すると良い。
同様に、真空管１（非導電性材料）にファラデーシールド膜５（導電性材料）を形成すると異種接合になるので、真空管１の非導電性材料とファラデーシールド膜５の導電性材料との中間的物性を有する傾斜機能材料からなる中間層を真空管１及びファラデーシールド膜５間に形成しても良い。

アンテナコイル２としてエッジワイズコイルを例示したが、アンテナコイル２を構成する導線の断面形状は特に限定されるものでは無く、その他、任意の形状であっても良い。アンテナコイル２の断面形状は、熱伝導材料を用いて、アンテナコイル２と絶縁膜６との接触面積を増大できる形状が好ましい。

（実施形態２）
実施形態２に係るプラズマ発生装置は、ファラデーシールド膜５の基準電位への接続に係る構成が実施形態１と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態１と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

図７は、実施形態２に係る真空管１及びアンテナコイル２の構成例を示す斜視図である。実施形態２に係るプラズマ発生装置は、実施形態１と同様の真空管１、アンテナコイル２、ファラデーシールド膜５及び絶縁膜６等を有する。複数のファラデーシールド膜５のうち、一部のファラデーシールド膜５のみが、グランド線８を介して基準電位となる筐体（図略）に接続される。

ファラデーシールド膜５は、上記のように、アンテナコイル２とプラズマとの静電結合の度合いを弱めるために用いられるが、基準電位への接続の有無で静電結合の度合いが異なる。

基準電位に接続したファラデーシールド膜５の電位は、基準電位（通常は０［Ｖ］）で確定するので、時間的な変化が生じない。すなわち、アンテナコイル２の電位の変化に関係なく常に電位は一定値なので、基準電位に接続したファラデーシールド膜５が形成された部分では真空管１の内部に高周波電界が入り込まない。

一方、基準電位に接続していないファラデーシールド膜５の電位は確定していないので、アンテナコイル２の電位の変化に応じて電位が変化する。
そのため、基準電位に接続していないファラデーシールド膜５が形成された部分では、真空管１の内部に高周波電界が入り込む。もちろん、ファラデーシールド膜５が形成されていない部分に比べると、真空管１の内部に入り込む高周波電界の大きさは小さいが、基準電位に接続したファラデーシールド膜５の場合よりも真空管１の内部に入り込む高周波電界の大きさは大きい。

従って、アンテナコイル２とプラズマとの間の静電結合の度合いを弱めるという目的であれば、基準電位に接続したファラデーシールド膜５を用いた方がより効果がある。
しかし、静電結合の度合いが弱まる分、プラズマの着火性が低くなる。そのため、プラズマの着火性を確保しつつ、アンテナコイル２とプラズマとの間の静電結合の度合いを弱めるという目的を達成するために、必要に応じてファラデーシールド膜５を基準電位に接続させればよい。
例えば、複数のファラデーシールド膜５のうち、基準電位に接続するファラデーシールド膜５の数を調整することによって、プラズマの着火性、静電結合の度合いを調整することができる。

ただし、真空管１の周方向における静電結合の度合いが均一でないと、真空管１内部に生じるプラズマの状態に偏りが生じて、プラズマ密度の高い部分と低い部分が生じてしまう。不均一になればなるほどプラズマ密度に差異が生じる。また、プラズマ密度が高い部分はプラズマ密度が低い部分に比べて真空管１の内壁が摩耗の度合いが高くなるので、プラズマ密度の差異が大きい程、真空管１の寿命が短くなってしまう。

しかし、構造上、ファラデーシールド膜５を形成する部分と形成しない部分が存在するので、静電結合の度合いを均一にすることはできない。そのため、基準電位に接続するファラデーシールド膜５を設ける場合であっても、できるだけ真空管１の周方向における静電結合の度合いを均一に近づける工夫を行うのが好ましい。

例えば、基準電位に接続したファラデーシールド膜５と、基準電位に接続していないファラデーシールド膜５とを、真空管１の周方向に沿って交互に設けると良い。
この際、基準電位に接続したファラデーシールド膜５及び基準電位に接続していないファラデーシールド膜５は、それぞれ真空管１の周方向に等間隔に複数設けることが好ましい。このようにすれば、真空管１の周方向における等方性を向上させることができ、プラズマの均一性を向上させることができる。

なお、上記の実施形態１のような構成でも、ファラデーシールド膜５は、１の周方向に等間隔に複数設けることが好ましい。

本実施形態２では一部のファラデーシールド膜５をグランド線８によって定常的に基準電位に接続する例を説明したが、図８に示すように、ファラデーシールド膜５と基準電位との間を開閉するスイッチ８１をグランド線８に設けるとともに、スイッチの開閉を制御する制御部８２を設け、任意のタイミングでファラデーシールド膜５を基準電位となる筐体（図略）に接続するように構成しても良い。なお、この実施形態では、スイッチ８１と制御部８２とを合わせた構成が切換手段となる。

例えば、プラズマの着火時には比較的大きな高周波電界が必要になるが、プラズマの着火後は、プラズマの着火時ほど高周波電界の大きさを必要としない。そのため、プラズマの着火後は、プラズマの着火時よりも真空管１の内部に入り込む高周波電界の大きさを小さくすることが望ましい場合がある。

そのような場合には、プラズマの着火後に高周波電源３の出力を小さくすることで対応可能であるが、ファラデーシールド膜５の基準電位への接続の有無によっても調整することができる。

具体的には、プラズマの着火時にはスイッチ８１を開にして、ファラデーシールド膜５がグランド線８を介して基準電位となる筐体（図略）に接続しないようにする。また、プラズマの着火後は、スイッチ８１を閉にして、ファラデーシールド膜５がグランド線８を介して基準電位となる筐体（図略）に接続するようにすればよい。スイッチ８１の開閉は制御部８２において行う。

また図８では、グランド線８を介して基準電位に接続するファラデーシールド膜５は１つであるが、複数のファラデーシールド膜５をグランド線８を介して基準電位に接続してもよい。また、切換手段があるので、全てのファラデーシールド膜５をグランド線８を介して基準電位に接続するようにしてもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 真空管
１ａ 流入口
１ｂ 流出口
２ アンテナコイル
２ａ 冷媒流路
３ 高周波電源
４ インピーダンス整合回路
５ ファラデーシールド膜
６ 絶縁膜
７ 放熱部材
８ グランド線
８１ スイッチ
８２ 制御部

Claims (1)

1. 材料ガスが流入する真空管と、該真空管の外周に巻回され、該真空管内に材料ガスのプ
   ラズマを発生させるためのアンテナコイルとを備えるプラズマ発生装置であって、
   前記アンテナコイルは、内部に冷媒が通流する冷媒流路を有し、前記真空管に対して熱
   的に接触しており、
   前記真空管の軸方向における前記アンテナコイルの間隙に配され、前記アンテナコイル
   又は前記真空管の熱を放熱する放熱部材と、
   前記真空管の外周面に成膜された導電性材料からなるファラデーシールド膜と、
   該ファラデーシールド膜を覆う絶縁膜と
   を備え、
   前記アンテナコイルは前記絶縁膜に対して熱的に接触しており、
   前記ファラデーシールド膜と絶縁膜との間、又は前記真空管と前記ファラデーシールド膜との間に中間層を有する
   プラズマ発生装置。

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