JP2016138598A - パイプ保持接続構造およびそれを備える高周波アンテナ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 構造全体の幅を小さくし、かつ部品数および組立作業工程を少なくすることができるパイプ保持接続構造を提供する。【解決手段】 このパイプ保持接続構造３０ａは、真空容器４の開口部６を気密に塞ぐように固定されたハウジング３２と、端部付近が開口部６およびハウジング３２を貫通している第１のパイプ５０と、その端部の雄ねじ部５６と螺合する雌ねじ部６４を有する第２のパイプ６０とを備えている。パイプ５０は係止部５２を有している。両パイプ５０、６０内に流体２が流される。パイプ５０とハウジング３２およびパイプ６０の端部との間にパッキン７２、７３がそれぞれ設けられている。このパイプ保持接続構造３０ａは、高周波アンテナ装置に用いることができる。【選択図】 図２

Description

この発明は、例えばプラズマ処理装置やイオン源等のように真空容器を備えている真空装置に用いられるものであって、内部に流体が流されるパイプが真空容器の開口部を貫通している部分において、第１のパイプを保持すると共に当該第１のパイプと第２のパイプとを接続するパイプ保持接続構造、およびそれを備えている高周波アンテナ装置に関する。
内部に流体が流されるパイプが真空容器の開口部を貫通している部分において、第１のパイプを保持すると共に当該第１のパイプと第２のパイプとを接続するパイプ保持接続構造の一例が特許文献１に記載されている。それを図１を参照して説明する。
開口部６を有する真空容器４の外壁に、開口部６を気密に塞ぐように、ボルト１０を用いてハウジング８が固定されている。ハウジング８と真空容器４との間には、両者間を真空シールするＯリング１２が設けられている。
真空容器４内に設けられていて内部に流体２が流される第１のパイプ１６の端部付近が真空容器４の開口部６およびハウジング８を貫通している。ハウジング８と第１のパイプ１６との間には、両者間を真空シールするＯリング１４が設けられている。流体２は、例えば、第１のパイプ１６を冷却するための冷却水のような冷媒や、各種ガスである。
真空容器４外に設けられていて内部に上記流体２が流される第２のパイプ１８の端部内に、上記第１のパイプ１６の端部が挿入されて、両パイプ１６、１８が互いに接続されており、その接続部はＯリング２８によってシールされている。第１のパイプ１６の真空容器４外側方向への動きは係止部２０によって止められる。
第２のパイプ１８の端部に鍔部２２が設けられており、この鍔部２２と上記ハウジング８のねじ穴９との間に、少なくとも２本のスタッドボルト２４が設けられていて、これでパイプ１８をハウジング８に固定している。２６はナットである。
上記のような構造によって、真空容器４に対して第１のパイプ１６を保持すると共に、当該パイプ１６と第２のパイプ１８とを接続することができる。従って、パイプ１８からパイプ１６へ、またはその逆に、流体２を供給することができる。
特開２０１１−２４１９１７号公報（段落００１９−００２８、図２）
上記従来のパイプ保持接続構造においては、Ｏリング２８による第１のパイプ１６と第２のパイプ１８との間のシール性能を確保する等のために、第２のパイプ１８をハウジング８に対して傾かずにしっかりと固定する必要があり、そのためには少なくとも２本のスタッドボルト２４が必要である。そして各スタッドボルト２４をねじ込むためのねじ穴９をハウジング８に設ける必要があり、そのぶんスペースが必要になるので、構造全体の幅が大きくなる。
また、第１のパイプ１６一本に対してスタッドボルト２４およびナット２６がそれぞれ少なくとも２個ずつ必要であるので、部品数が多くなると共に、それらを結合して組み立てるための組立作業工程も多くなる。
そこでこの発明は、上記のような点を改善して、構造全体の幅を小さくし、かつ部品数および組立作業工程を少なくすることができるパイプ保持接続構造を提供することを一つの目的としている。
また、そのようなパイプ保持接続構造を備えている高周波アンテナ装置を提供することを他の目的としている。
この発明に係る第１のパイプ保持接続構造は、内部に流体が流されるパイプが真空容器の開口部を貫通している部分の構造であって、前記真空容器の外壁に、前記開口部を気密に塞ぐように固定されたハウジングと、前記真空容器内に設けられていて内部に前記流体が流される第１のパイプであって、その端部付近が前記真空容器の開口部および前記ハウジングを貫通しており、かつ当該端部付近に、前記ハウジングの真空容器側端部と係わり合って当該第１のパイプの真空容器外側方向への動きを止める係止部を有しており、更に端部に雄ねじ部を有している第１のパイプと、前記ハウジングと前記第１のパイプとの間を真空シールするパッキンと、前記真空容器外に設けられていて内部に前記流体が流される第２のパイプであって、その端部に、前記第１のパイプの雄ねじ部と螺合して両パイプを接続する雌ねじ部を有している第２のパイプと、前記第１のパイプの端部と前記第２のパイプの端部との間をシールするパッキンとを備えている、ことを特徴としている。
この第１のパイプ保持接続構造においては、前記係止部によって、第１のパイプの真空容器外側方向への動きを止めることができる。また、第１のパイプの端部の雄ねじ部と第２のパイプの端部の雌ねじ部とが螺合して両パイプを接続する構造であるので、従来技術のようなスタッドボルトおよびナット等を用いなくても、第１のパイプと第２のパイプとを、両パイプ間のパッキンによるシール性能を確保しつつ接続することができる。
この発明に係る第２のパイプ保持接続構造は、内部に流体が流されるパイプが真空容器の開口部を貫通している部分の構造であって、前記真空容器の外壁に、前記開口部を気密に塞ぐように固定されたハウジングであって、その内部に貫通穴ならびに当該貫通穴につながる第１の雌ねじ部および第２の雌ねじ部を有しているハウジングと、前記真空容器内に設けられていて内部に前記流体が流される第１のパイプであって、その端部付近が前記真空容器の開口部を貫通しており、かつ当該端部付近に、前記ハウジングの真空容器側端部と係わり合って当該第１のパイプの真空容器外側方向への動きを止める係止部を有しており、更に端部に、前記ハウジングの第１の雌ねじ部と螺合して当該第１のパイプと前記ハウジングとを接続する雄ねじ部を有している第１のパイプと、前記ハウジングと前記第１のパイプとの間を真空シールするパッキンと、前記真空容器外に設けられていて内部に前記流体が流される第２のパイプと、前記第２のパイプの端部を接続する部分および前記ハウジングの第２の雌ねじ部と螺合する雄ねじ部を有していて、前記第２のパイプを前記ハウジングに、前記流体をシールした状態で接続する継手とを備えている、ことを特徴としている。
この第２のパイプ保持接続構造においては、前記係止部によって、第１のパイプの真空容器外側方向への動きを止めることができる。更に、第１のパイプの端部の雄ねじ部とハウジングの第１の雌ねじ部とが螺合する構造であるので、上記係止部と協働して、第１のパイプの軸方向の動きをより確実に止めることができる。
また、ハウジングの第１の雌ねじ部に第１のパイプの端部の雄ねじ部を螺合させ、かつ当該ハウジングの第２の雌ねじ部と螺合する継手によって第２のパイプをハウジングに接続する構造であるので、従来技術のようなスタッドボルトおよびナット等を用いなくても、第１のパイプと第２のパイプとを、各接続部のシール性能を確保しつつ接続することができる。
この発明に係る高周波アンテナ装置においては、前記第１のパイプは導体から成り、その両端部付近が前記真空容器の壁面に設けられた二つの開口部をそれぞれ貫通しており、かつ当該第１のパイプの各端部付近が前記各開口部を貫通している部分に、前記第１のパイプ保持接続構造または前記第２のパイプ保持接続構造を備えている。第１のパイプの一方の端部付近に前記第１のパイプ保持接続構造を備えており、かつ他方の端部付近に前記第２のパイプ保持接続構造を備えていても良い。
請求項１に記載の発明によれば、第１のパイプの端部の雄ねじ部と第２のパイプの端部の雌ねじ部とが螺合して両パイプを接続する構造であるので、従来技術のようなスタッドボルトおよびナット等を用いなくても、第１のパイプと第２のパイプとを、両パイプ間のパッキンによるシール性能を確保しつつ接続することができる。その結果、スタッドボルトおよびナット等を用いる場合に比べて、当該構造全体の幅を小さくし、かつ部品数および組立作業工程を少なくすることができる。
請求項２に記載の発明によれば、ハウジングの第１の雌ねじ部に第１のパイプの端部の雄ねじ部を螺合させ、かつ当該ハウジングの第２の雌ねじ部と螺合する継手によって第２のパイプをハウジングに接続する構造であるので、従来技術のようなスタッドボルトおよびナット等を用いなくても、第１のパイプと第２のパイプとを、各接続部のシール性能を確保しつつ接続することができる。その結果、スタッドボルトおよびナット等を用いる場合に比べて、当該構造全体の幅を小さくし、かつ部品数および組立作業工程を少なくすることができる。
更に、第２のパイプは継手を介してハウジングに接続する構造であるので、第２のパイプの形状、材質等の選択の自由度が増大する。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１記載の発明の前記効果と同様の効果を奏する高周波アンテナ装置を実現することができる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項２記載の発明の前記効果と同様の効果を奏する高周波アンテナ装置を実現することができる。
請求項５に記載の発明によれば、請求項１記載のパイプ保持接続構造を備えている部分については請求項１記載の発明の前記効果と同様の効果を奏し、請求項２記載のパイプ保持接続構造を備えている部分については請求項２記載の発明の前記効果と同様の効果を奏する高周波アンテナ装置を実現することができる。
請求項６に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、高周波アンテナとして機能する第１のパイプを中空絶縁体によって複数区分に分割し、かつ各中空絶縁体の外周部に設けたコンデンサによって上記複数区分を電気的に直列接続した構造をしていて、第１のパイプの合成リアクタンスは、簡単に言えば、誘導性リアクタンスから容量性リアクタンスを引いた形になるので、第１のパイプのインピーダンスを低減させることができる。その結果、第１のパイプを長くする場合でもそのインピーダンスの増大を抑えることができる。従って、当該第１のパイプの両端間に大きな電位差が発生するのを抑えることができる。また、第１のパイプを長くする場合でもそのインピーダンスの増大を抑えることができるので、第１のパイプに高周波電流が流れやすくなる。
請求項７に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、第１のパイプの真空容器内に位置する部分は絶縁パイプ内に配置されているので、当該絶縁パイプによって第１のパイプを保護することができる。例えば、当該高周波アンテナ装置をプラズマ生成に用いても、プラズマ中の荷電粒子が第１のパイプに入射するのを防止することができる。その結果、第１のパイプにプラズマが入射することによるプラズマ電位の上昇を抑制することができると共に、第１のパイプがプラズマ中の荷電粒子によってスパッタされるのを防止することができる。
従来のパイプ保持接続構造の一例を示す断面図である。 この発明に係るパイプ保持接続構造の一実施形態を示す断面図である。 図２中のフランジ周りを示す平面図であり、図２は線Ｄ−Ｄ方向に見て示す断面図である。 図２中のＡ部拡大図である。 この発明に係るパイプ保持接続構造の他の実施形態を示す断面図である。 図５に示すパイプ保持接続構造を高周波アンテナ装置に用いる場合の例を示す断面図である。 この発明に係る高周波アンテナ装置の一実施形態を示す断面図であり、図中のＢ−Ｂ部はＢ′−Ｂ′部に続く。 この発明に係る高周波アンテナ装置の他の実施形態を示す断面図であり、図中のＣ−Ｃ部はＣ′−Ｃ′部に続く。 図８中の一つの中空絶縁体およびコンデンサ周りの一例を示す拡大断面図である。 図８に示す高周波アンテナ装置の電気的な等価回路図である。 この発明に係る高周波アンテナ装置を備えている誘導結合型のプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。
（１）パイプ保持接続構造
図２に、この発明に係るパイプ保持接続構造の一実施形態を示す。
このパイプ保持接続構造３０ａは、内部に流体２が流されるパイプ（この実施形態では第１のパイプ５０）が真空容器４の開口部６を貫通している部分の構造である。真空容器４は、例えば金属製である。開口部６は、真空容器４に直接形成されていても良いし、真空容器４に取り付けられたフランジに形成されていても良い。後者の場合のフランジは真空容器４の一部と見ることができるので、この出願においては両方の場合を包括して、真空容器４の開口部６と呼んでいる。
流体２は、液体または気体である。例えば、第１のパイプ５０が発熱したり他からそれに熱が伝わることの対策として、パイプ５０を冷却する場合は、流体２として冷却水のような冷媒を採用すれば良い。図７、図８に示す高周波アンテナ装置９０ａ、９０ｂはこの場合の例である。また、第１のパイプ５０を通して真空容器４内に各種ガスを導入する場合は、流体２として各種ガスを採用すれば良い。
真空容器４の外壁に、開口部６を気密に塞ぐように、この実施形態では４本のボルト３４を用いて、ハウジング３２が固定されている。このボルト３４の平面的な配置の例を図３に示す。この例のようにボルト３４をハウジング３２の四隅に配置すると、ハウジング３２の幅Ｗをより小さくすることができる。ハウジング３２と真空容器４との間には、両者間を真空シールするパッキン７１が設けられている。ハウジング３２は、例えば金属製であるが、絶縁物製にする場合もある（これについては後述する）。
パッキン７１は、例えばＯリングであるが、その他のパッキンでも良い。後述する他のパッキン７２〜７７についても同様である。
真空容器４内に設けられていて内部に上記流体２が流される第１のパイプ５０の端部付近が、真空容器４の開口部６およびハウジング３２を貫通している。このパイプ５０は、その端部に雄ねじ部５６を有している。
第１のパイプ５０は、更に、その端部付近に、ハウジング３２の真空容器４側端部と係わり合って当該パイプ５０の真空容器４外側方向への動きを止める係止部５２を有している。この係止部５２の一例を図４に拡大して示す。ハウジング３２はその貫通穴３８の真空容器４側端部の周囲に円錐状部３５を有しており、かつパイプ５０はその外周部に、当該円錐状部３５に対応した形状をしていて円錐状部３５と係わり合ってパイプ５０の真空容器４外側方向への動きを止める円錐状部５３を有している。係止部５２をこのような円錐状部３５、５３を用いて構成することによって、パイプ５０の中心軸をハウジング３２（具体的にはその貫通穴３８）の中心軸に位置合わせしやすくなる。もっとも、係止部５２は、図５に示す例のような平坦部３６、５４を有するものでも良い。
上記係止部５２によって、第１のパイプ５０の軸方向の動きの内の、真空容器４外側方向への動きを止めることができる。パイプ５０の上記とは反対方向への動きは、例えば熱膨張等による動きは、許容することができる。
ハウジング３２と第１のパイプ５０との間には、両者間を真空シールするパッキン７２が設けられている。
このパイプ保持接続構造３０ａは、更に、真空容器４外に設けられていて内部に上記流体２が流される第２のパイプ６０を備えている。このパイプ６０は、その端部に、上記第１のパイプ５０の雄ねじ部５６と螺合して両パイプ５０、６０を接続する雌ねじ部６４を有している。雌ねじ部６４は、この例では、パイプ６０の端部に設けられた雌コネクタ６２内に形成されている。
第１のパイプ５０の端部と第２のパイプ６０の端部との間には、両者間をシール（密封）するパッキン７３が設けられている。
第１のパイプ５０および第２のパイプ６０の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等の金属であるが、これに限られるものではない。後述する他の実施形態においても同様である。ハウジング３２が金属製の場合の材質も、例えば上記と同様である。
このパイプ保持接続構造３０ａは、上記のような構造によって、真空容器４に対して第１のパイプ５０を保持すると共に、当該第１のパイプ５０と第２のパイプ６０とを接続することができる。従って、パイプ６０からパイプ５０へ、またはその逆に、流体２を供給することができる。
このパイプ保持接続構造３０ａは、第１のパイプ５０の端部の雄ねじ部５６と第２のパイプ６０の端部の雌ねじ部６４とが螺合して両パイプ５０、６０を接続する構造であるので、従来技術のようなスタッドボルトおよびナット等を用いなくても、第１のパイプ５０と第２のパイプ６０とを、両パイプ５０、６０間のパッキン７３によるシール性能を確保しつつ接続することができる。その結果、スタッドボルトおよびナット等を用いる場合に比べて、当該構造３０ａ全体の幅Ｗ（図３参照）を小さくし、かつ部品数および組立作業工程を少なくすることができる。
次に、パイプ保持接続構造の他の実施形態を図５に示す。上記パイプ保持接続構造３０ａと同一または相当する部分には同一符号を付して、以下においてはそれとの相違点を主に説明する。
図５に示すパイプ保持接続構造３０ｂを構成するハウジング３２は、その内部に、貫通穴３８ならびに当該貫通穴３８につながる第１の雌ねじ部４０および第２の雌ねじ部４２を有している。このハウジング３２を真空容器４の外壁に、開口部６を気密に塞ぐように固定する構造は、上記パイプ保持接続構造３０ａの場合と同じである。
真空容器４内に設けられた第１のパイプ５０の端部付近が真空容器４の開口部６を貫通している。このパイプ５０は、その端部に、ハウジング３２の第１の雌ねじ部４０と螺合してパイプ５０とハウジング３２とを接続する雄ねじ部５８を有している。
第１のパイプ５０は、更に、その端部付近に、ハウジング３２の真空容器４側端部と係わり合って当該パイプ５０の真空容器４外側方向への動きを止める係止部５２を有している。より具体的には、ハウジング３２はその貫通穴３８の真空容器４側端部の周囲に平坦部３６を有しており、かつパイプ５０はその外周部に、平坦部３６と係わり合ってパイプ５０の真空容器４外側方向への動きを止める平坦部５４を有している。係止部５２をこのような平坦部３６、５４を用いて構成することによって、パイプ５０の真空容器４外側方向への動きを所定位置でより確実に止めることができる。もっとも、係止部５２は、図２、図４に示す例のような円錐状部３５、５３を有するものでも良い。
上記係止部５２によって、第１のパイプ５０の軸方向の動きの内の、真空容器４外側方向への動きを止めることができる。更に、第１のパイプ５０の端部の雄ねじ部５８とハウジング３２の第１の雌ねじ部４０とが螺合する構造であるので、上記係止部５２と協働して、第１のパイプ５０の軸方向の動きをより確実に止めることができる。かつパイプ５０の中心軸をハウジング３２の中心軸に確実に位置合わせすることができる。
ハウジング３２と第１のパイプ５０との間には、両者間を真空シールするパッキン７４が設けられている。
このパイプ保持接続構造３０ｂは、真空容器４外に設けられていて内部に上記流体２が流される第２のパイプ６０を備えている。
このパイプ保持接続構造３０ｂは、更に、上記第２のパイプ６０をハウジング３２に、流体２をシール（密封）した状態で接続する継手８０を備えている。この継手８０は、パイプ６０の端部を接続する部分であるパイプ挿入穴８２およびハウジング３２の第２の雌ねじ部４２に螺合する雄ねじ部８４を有している。
この継手８０は、例えば、公知のフェルール継手であり、中にフェルール（締付リング）を有しており、パイプ挿入穴８２に第２のパイプ６０の端部を挿入してナット８６を締め付けることによって、パイプ６０と継手８０とを結合することができる。その状態で、ナット部８８を回すことによって、当該継手８０をハウジング３２に結合したり、その結合を外したりすることができる。もっとも、継手８０はフェルール継手に限られるものではない。
なお、フェルール継手の例は、多くの特許文献に記載されている。例えば、特開２００６−２０７７９５号公報に記載されている。
上記ハウジング３２の第２の雌ねじ部４２および継手８０の雄ねじ部８４は、通常の平行ねじでも良いし、テーパねじにしても良い。テーパねじにすると、シール（密封）性能をより高めることができる。
このパイプ保持接続構造３０ｂは、上記のような構造によって、真空容器４に対して第１のパイプ５０を保持すると共に、当該第１のパイプ５０と第２のパイプ６０とを接続することができる。従って、パイプ６０からパイプ５０へ、またはその逆に、流体２を供給することができる。
このパイプ保持接続構造３０ｂは、ハウジング３２の第１の雌ねじ部４０に第１のパイプ５０の端部の雄ねじ部５８を螺合させ、かつ当該ハウジング３２の第２の雌ねじ部４２と螺合する継手８０によって第２のパイプ６０をハウジング３２に接続する構造であるので、従来技術のようなスタッドボルトおよびナット等を用いなくても、第１のパイプ５０と第２のパイプ６０とを、各接続部のシール性能を確保しつつ接続することができる。その結果、スタッドボルトおよびナット等を用いる場合に比べて、当該構造３０ｂ全体の幅Ｗ（図３参照）を小さくし、かつ部品数および組立作業工程を少なくすることができる。
更に、第２のパイプ６０は継手８０を介してハウジング３２に接続する構造であるので、第２のパイプ６０の形状、材質等の選択の自由度が増大する。例えば、第２のパイプ６０として可撓性を有するチューブ等を用いて、当該パイプ６０を曲げた状態でハウジング３２に接続することができるので、狭い場所においてもパイプ６０の配置が容易になる。
上記パイプ保持接続構造３０ａおよび３０ｂは、例えば、プラズマ処理装置等を構成する高周波アンテナ装置に用いることができる。これについては以下に詳述する。その他、イオン源等にも用いることができる。例えば、イオン源を構成する真空容器内に設けられた電極またはフィラメントに冷媒および電力を供給するためのフィードスルー（電流導入端子）に用いることができる。この場合は、第１のパイプ５０は、上記電極またはフィラメントに直接的または間接的に接続される。
（２）高周波アンテナ装置
次に、上記パイプ保持接続構造３０ａ、３０ｂを備えている高周波アンテナ装置の実施形態を説明する。以下においては、上記パイプ保持接続構造３０ａ、３０ｂと同一または相当する部分には同一符号を付して、それとの相違点を主に説明する。
図７に、この発明に係る高周波アンテナ装置の一実施形態を示す。この高周波アンテナ装置９０ａにおいては、真空容器４内に設けられている上記第１のパイプ５０は導体から成り、その両端部付近が、真空容器４の壁面に設けられた二つの開口部６をそれぞれ貫通している。より具体的には、この実施形態ではパイプ５０は直線状をしていて、その両端部付近が、真空容器４の相対向する壁面に設けられた二つの開口部６をそれぞれ貫通している。
この場合の第１のパイプ５０の材質は、例えば前述したようなものであるが、それらの内でも、銅、アルミニウム、これらの合金等の高導電率のものが好ましい。
上記第１のパイプ５０の各端部付近が各開口部６を貫通している部分に、図２等を参照して説明した上記パイプ保持接続構造３０ａであって、そのハウジング３２が絶縁物製である構造を備えている。
従って、第１のパイプ５０は、その両端部付近に設けられている二つの上記係止部５２（図２等参照）によって、その軸方向に沿う両方向の動きが止められる。
ハウジング３２の材質は、例えば、アルミナ等のセラミックス、石英、またはポリフェニンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のエンジニアリングプラスチック等であるが、これに限られるものではない。
真空容器４の各開口部６には、真空容器４と第１のパイプ５０との間を電気絶縁する絶縁物９２が設けられている。この絶縁物９２の材質は、例えば、上記ハウジング３２の材質として例示したようなものであるが、それに限られるものではない。
上記第１のパイプ５０は、高周波電源（例えば図１１の高周波電源１３０参照）から高周波電流ＩR （これの向きは時間によって反転する）が流されて高周波アンテナとして機能する。このパイプ５０に高周波電流ＩR を流すための電気的な接続は、例えば、ハウジング３２から外に突き出ている部分のパイプ５０、または第２のパイプ６０が導体から成る場合はパイプ５０に接続されているパイプ６０の部分で行えば良い。
パイプ５０は、抵抗を有しているために、それに高周波電流ＩR を流すことによって発熱する（即ち、ジュール熱を発生する）。このパイプ５０は、その中に流される流体（例えば冷却水。以下同様）２によって冷却することができる。
この高周波アンテナ装置９０ａによれば、上記パイプ保持接続構造３０ａが奏する上記効果と同様の効果を奏する高周波アンテナ装置を実現することができる。
この例のように、高周波アンテナとして機能する第１のパイプ５０の真空容器４内に位置する部分は、絶縁パイプ９４内に配置されていても良い。絶縁パイプ９４の材質は、例えば、石英、アルミナ、フッ素樹脂、窒化シリコン、炭化シリコン、シリコン等であるが、これに限られるものではない。
上記のように構成することによって、絶縁パイプ９４によって第１のパイプ５０を保護することができる。例えば、当該高周波アンテナ装置９０ａをプラズマ生成に用いても（例えば図１１に示すプラズマ処理装置参照）、プラズマ中の荷電粒子が第１のパイプ５０に入射するのを防止することができる。その結果、第１のパイプ５０にプラズマが入射することによるプラズマ電位の上昇を抑制することができると共に、第１のパイプ５０がプラズマ中の荷電粒子によってスパッタされるのを防止することができる。その結果、例えば、プラズマに対して金属汚染（メタルコンタミネーション）が生じるのを抑制することができる。
第１のパイプ５０は、この例のように、上記絶縁パイプ９４内に、空間を介して配置しておくのが好ましい。そのようにすると、パイプ５０に高周波電流ＩR を流すことによってパイプ５０の電位が上昇しても、絶縁パイプ９４の表面の電位上昇を抑えることができる。その結果、例えば、上記プラズマの電位上昇を抑えることができる。図８に示す高周波アンテナ装置９０ｂの場合も同様である。
図８に示す高周波アンテナ装置９０ｂのように、高周波アンテナとして機能する第１のパイプ５０の真空容器４内に位置する部分を、１以上の中空絶縁体９６を直列に介在させることによって電気的に複数の区分５１に分割し、かつ各中空絶縁体９６の外周部に層状のコンデンサ１００をそれぞれ設けて、当該コンデンサ１００を介して、上記複数の区分５１を電気的に直列接続している構造を採用しても良い。その場合の電気的な等価回路の例を図１０に示す。
各中空絶縁体９６の材質は、例えば、アルミナ等のセラミックス、フッ素樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、またはポリフェニンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のエンジニアリングプラスチック等であるが、これに限られるものではない。
この高周波アンテナ装置９０ｂは、中空絶縁体９６およびコンデンサ１００を二つずつ有していて、第１のパイプ５０を電気的に三つの区分５１に分割している例であるが、パイプ５０の分割数はこれに限られるものではない。
各コンデンサ１００も、主として中空絶縁体９６との間の熱伝導によって、パイプ５０内に流される流体２によって冷却することができる。
図８中の一つの中空絶縁体９６およびコンデンサ１００周りの一例を拡大して図９に示す。コンデンサ１００は、その構造を分かりやすくするために、他の要素に比べて厚さを大きく拡大して図示している。
各中空絶縁体９６とその左右の区分５１との間に、結合用のねじ部９８、９９および流体２のシール用のパッキン７５、７６が設けられている。
各コンデンサ１００は、（ａ）中空絶縁体９６の外周部に配置された電極であって、当該中空絶縁体９６の一方側に接続された区分５１に電気的に接続された第１の電極１０２と、（ｂ）中空絶縁体９６の外周部に、第１の電極１０２と重なるように配置された電極であって、当該中空絶縁体９６の他方側に接続された区分５１に電気的に接続された第２の電極１０４と、（ｃ）第１の電極１０２と第２の電極１０４との間に配置された誘電体１０６とを有している。
各コンデンサ１００は、第１の電極１０２、第２の電極１０４および誘電体１０６を、それぞれ１層ずつ有していても良いし（図９はこの場合の例を示す）、それぞれ複数層ずつ有していても良い。
上記高周波アンテナ装置９０ｂは、高周波アンテナとして機能する第１のパイプ５０を中空絶縁体９６によって複数の区分５１に分割し、かつ各中空絶縁体９６の外周部に設けたコンデンサ１００によって上記複数の区分５１を電気的に直列接続した構造をしていて、第１のパイプ５０の合成リアクタンスは、簡単に言えば、誘導性リアクタンスから容量性リアクタンスを引いた形になるので、第１のパイプ５０のインピーダンスを低減させることができる。
これを、図１０に示す等価回路の場合を例にして説明する。ここでは、各区分５１のインダクタンスをＬ、抵抗をＲ、各コンデンサ１００の静電容量をＣとしている。各区分５１のインダクタンスＬと抵抗Ｒは、各区分５１を互いに実質的に同じ長さにすれば、実質的に同じ値にすることができる。この第１のパイプ５０のインピーダンスＺは次式で表すことができる。ωは高周波電流ＩR の角周波数、ｊは虚数単位である。
［数１］
Ｚ＝３Ｒ＋ｊ（３ωＬ−２／ωＣ）
上記式の虚数部が第１のパイプ５０の合成リアクタンスであり、誘導性リアクタンス３ωＬから容量性リアクタンス２／ωＣを引いた形となっているので、コンデンサ１００を直列接続することによって、第１のパイプ５０のインピーダンスＺを低減させることができる。換言すれば、区分５１およびコンデンサ１００の個数等を適宜選定することができるので、それによって、第１のパイプ５０の長さに関わらず、第１のパイプ５０のインピーダンスＺを適当な値に設計することができる。
その結果、第１のパイプ５０を長くする場合でもそのインピーダンスＺの増大を抑えることができる。従って、当該第１のパイプ５０の両端間に大きな電位差が発生するのを抑えることができる。また、第１のパイプ５０を長くする場合でもそのインピーダンスＺの増大を抑えることができるので、第１のパイプ５０に高周波電流ＩR が流れやすくなる。
上記のような高周波アンテナ装置９０ａまたは９０ｂは、例えば、高周波アンテナに高周波電流ＩR を流すことによって発生する誘導電界によって誘導結合型のプラズマ（略称ＩＣＰ）を生成し、当該プラズマを用いて基板に処理を施す誘導結合型のプラズマ処理装置に用いることができる。このようなプラズマ処理装置の概略例を図１１に示す。
真空排気装置１２０によって真空排気されると共に、ガス導入口１２５を経由して所要のガス１２６が導入される真空容器４内に、処理しようとする基板１２２を保持する基板ホルダ１２４が設けられている。そして、直線状をしている第１のパイプ５０が真空容器４内を基板１２２の上方において横切るように、上記高周波アンテナ装置９０ａまたは９０ｂが設けられている。これら９０ａ、９０ｂは、ここでは非常に簡略化して図示している。
高周波アンテナ装置９０ａまた９０ｂを構成する第１のパイプ５０には、高周波電源１３０から整合回路１３２を介して高周波電流ＩR が流される。高周波電流ＩR の周波数は、例えば、一般的な１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではない。
第１のパイプ５０に高周波電流ＩR を流すことによって、第１のパイプ５０の周囲に高周波磁界が発生し、それによって高周波電流ＩR と逆方向に誘導電界が発生する。この誘導電界によって、真空容器４内において、電子が加速されて第１のパイプ５０の近傍のガス１２６を電離させて第１のパイプ５０の近傍にプラズマ（即ち誘導結合型のプラズマ）１２８が発生する。このプラズマ１２８は基板１２２の近傍まで拡散し、このプラズマ１２８によって基板１２２に、例えば、ＣＶＤ法等による膜形成、エッチング、アッシング、スパッタリング等の処理を施すことができる。
上記高周波アンテナ装置９０ａ、９０ｂを構成する上記二つのパイプ保持接続構造３０ａの代わりに、図５に示したパイプ保持接続構造３０ｂを二つ備えていても良い。
上記パイプ保持接続構造３０ｂを高周波アンテナ装置に用いる場合の例を図６に示す。以下においては、上記パイプ保持接続構造３０ａを用いる場合との相違点を主に説明する。
この場合は、ハウジング３２は金属製であり、かつ真空容器４の開口部６およびその周りに、真空容器４と第１のパイプ５０およびハウジング３２との間を電気絶縁する絶縁物９３が設けられている。絶縁物９３はボルト９５によって真空容器４に固定されており、絶縁物９３と真空容器４との間はパッキン７７によって真空シールされている。絶縁物９３は、真空容器４と第１のパイプ５０との間の絶縁用のものと、真空容器４とハウジング３２との間の絶縁用のものとに分けても良い。絶縁物９３の材質は、例えば上記絶縁物９２の材質と同様のものであるが、それに限られるものではない。パイプ５０に高周波電流ＩR を流すための電気的な接続は、例えば、金属製のハウジング３２の部分で行えば良い。
高周波アンテナ装置が上記パイプ保持接続構造３０ｂを二つ備えている場合は、上記パイプ保持接続構造３０ｂが奏する上記効果と同様の効果を奏する高周波アンテナ装置を実現することができる。
また、上記高周波アンテナ装置９０ａ、９０ｂを構成する二つのパイプ保持接続構造の内の一方を上記パイプ保持接続構造３０ａとし、他方を上記パイプ保持接続構造３０ｂとしても良い。そのようにすれば、パイプ保持接続構造３０ａを備えている部分については上記パイプ保持接続構造３０ａが奏する上記効果と同様の効果を奏し、パイプ保持接続構造３０ｂを備えている部分については上記パイプ保持接続構造３０ｂが奏する上記効果と同様の効果を奏するアンテナ装置を実現することができる。
２ 流体
４ 真空容器
６ 開口部
３０ａ、３０ｂ パイプ保持接続構造
３２ ハウジング
３８ 貫通穴
４０ 第１の雌ねじ部
４２ 第２の雌ねじ部
５０ 第１のパイプ
５２ 係止部
５６、５８ 雄ねじ部
６０ 第２のパイプ
６４ 雌ねじ部
８０ 継手
８２ パイプ挿入穴
８４ 雄ねじ部
９０ａ、９０ｂ 高周波アンテナ装置
９２、９３ 絶縁物
９４ 絶縁パイプ
９６ 中空絶縁体
１００ コンデンサ

Claims (7)

  1. 内部に流体が流されるパイプが真空容器の開口部を貫通している部分の構造であって、
    前記真空容器の外壁に、前記開口部を気密に塞ぐように固定されたハウジングと、
    前記真空容器内に設けられていて内部に前記流体が流される第１のパイプであって、その端部付近が前記真空容器の開口部および前記ハウジングを貫通しており、かつ当該端部付近に、前記ハウジングの真空容器側端部と係わり合って当該第１のパイプの真空容器外側方向への動きを止める係止部を有しており、更に端部に雄ねじ部を有している第１のパイプと、
    前記ハウジングと前記第１のパイプとの間を真空シールするパッキンと、
    前記真空容器外に設けられていて内部に前記流体が流される第２のパイプであって、その端部に、前記第１のパイプの雄ねじ部と螺合して両パイプを接続する雌ねじ部を有している第２のパイプと、
    前記第１のパイプの端部と前記第２のパイプの端部との間をシールするパッキンとを備えている、ことを特徴とするパイプ保持接続構造。
  2. 内部に流体が流されるパイプが真空容器の開口部を貫通している部分の構造であって、
    前記真空容器の外壁に、前記開口部を気密に塞ぐように固定されたハウジングであって、その内部に貫通穴ならびに当該貫通穴につながる第１の雌ねじ部および第２の雌ねじ部を有しているハウジングと、
    前記真空容器内に設けられていて内部に前記流体が流される第１のパイプであって、その端部付近が前記真空容器の開口部を貫通しており、かつ当該端部付近に、前記ハウジングの真空容器側端部と係わり合って当該第１のパイプの真空容器外側方向への動きを止める係止部を有しており、更に端部に、前記ハウジングの第１の雌ねじ部と螺合して当該第１のパイプと前記ハウジングとを接続する雄ねじ部を有している第１のパイプと、
    前記ハウジングと前記第１のパイプとの間を真空シールするパッキンと、
    前記真空容器外に設けられていて内部に前記流体が流される第２のパイプと、
    前記第２のパイプの端部を接続する部分および前記ハウジングの第２の雌ねじ部と螺合する雄ねじ部を有していて、前記第２のパイプを前記ハウジングに、前記流体をシールした状態で接続する継手とを備えている、ことを特徴とするパイプ保持接続構造。
  3. 前記第１のパイプは導体から成り、その両端部付近が前記真空容器の壁面に設けられた二つの開口部をそれぞれ貫通しており、
    前記第１のパイプの各端部付近が前記各開口部を貫通している部分に、請求項１記載のパイプ保持接続構造であって前記ハウジングが絶縁物製である構造を備えており、
    前記真空容器の各開口部には、前記真空容器と前記第１のパイプとの間を電気絶縁する絶縁物が設けられており、
    かつ前記第１のパイプは、それに高周波電流が流されて高周波アンテナとして機能するものである、ことを特徴とする高周波アンテナ装置。
  4. 前記第１のパイプは導体から成り、その両端部付近が前記真空容器の壁面に設けられた二つの開口部をそれぞれ貫通しており、
    前記第１のパイプの各端部付近が前記各開口部を貫通している部分に、請求項２記載のパイプ保持接続構造であって前記ハウジングが金属製である構造を備えており、
    前記真空容器の各開口部およびその周りには、前記真空容器と前記第１のパイプおよび前記ハウジングとの間を電気絶縁する絶縁物が設けられており、
    かつ前記第１のパイプは、それに高周波電流が流されて高周波アンテナとして機能するものである、ことを特徴とする高周波アンテナ装置。
  5. 前記第１のパイプは導体から成り、その両端部付近が前記真空容器の壁面に設けられた二つの開口部をそれぞれ貫通しており、
    前記第１のパイプの一方の端部付近が前記開口部を貫通している部分に、請求項１記載のパイプ保持接続構造であって前記ハウジングが絶縁物製である構造を備えており、かつ当該真空容器の開口部には、当該真空容器と前記第１のパイプとの間を電気絶縁する絶縁物が設けられており、
    前記第１のパイプの他方の端部付近が前記開口部を貫通している部分に、請求項２記載のパイプ保持接続構造であって前記ハウジングが金属製である構造を備えており、かつ当該真空容器の開口部およびその周りには、当該真空容器と前記第１のパイプおよび前記ハウジングとの間を電気絶縁する絶縁物が設けられており、
    かつ前記第１のパイプは、それに高周波電流が流されて高周波アンテナとして機能するものである、ことを特徴とする高周波アンテナ装置。
  6. 前記第１のパイプの前記真空容器内に位置する部分は、１以上の中空絶縁体を直列に介在させることによって電気的に複数区分に分割されており、
    かつ前記各中空絶縁体の外周部に層状のコンデンサをそれぞれ設けて、当該コンデンサを介して、前記複数区分を電気的に直列接続している請求項３、４または５記載の高周波アンテナ装置。
  7. 前記第１のパイプの前記真空容器内に位置する部分は、絶縁パイプ内に配置されている請求項３、４、５または６記載の高周波アンテナ装置。
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