JP2021068694A - プラズマ源 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡素であって、装置に要するコストを抑えることができるアンテナの冷却機構を有する誘導結合型のプラズマ源を提供する。【解決手段】プラズマ源１０は、真空容器２１内にプラズマを生成する装置であって、真空容器２１の壁２１１に設けられる枠（アンテナ固定枠１２）と、前記枠内に固定された面状のアンテナ１１とを備える。アンテナ１１は、その周囲を前記枠に囲まれていることから、アンテナ１１で発生した熱はその周囲から枠に流出し、更に枠から真空容器に流出するため、効率よく冷却される。そのため、液体又は気体の冷媒を用いる必要がなく、構造を簡素化することができると共に、冷媒の温度管理装置や循環装置が不要になるため、装置に要するコストを抑えることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、誘導結合型のプラズマ源に関する。

誘導結合型のプラズマ源では、プラズマを生成する空間にガスを導入したうえで、該空間の近傍又は該空間内に配置されたアンテナに高周波電流を流し該空間に高周波電磁界を生成することにより、ガスの分子を陽イオンと電子に電離させてプラズマを生成する。その際、アンテナに高周波電流が流れることでジュール熱が生じるため、アンテナを冷却する必要がある。特許文献１には、アンテナとして導電体製の管を用い、この管内に液体又は気体の冷媒を流すことにより、アンテナを冷却することが記載されている。アンテナは、フィードスルーを介して金属（例えばステンレス鋼）製の蓋に取り付けられ、真空容器の壁に設けられた開口を塞ぐように蓋を壁に固定することにより、真空容器に取り付けられている。

特開2010-212105号公報

特許文献１に記載のプラズマ源では、アンテナである導電体製の管の両端に、高周波電流を導入するための電極を接続すると共に、管内に液体又は気体の冷媒を導入するための（アンテナとは）別の管を接続しなければならず、構造が複雑になる。また、冷媒の温度を管理するための装置や、冷媒を循環させて使用する場合には循環装置が必要になる等、装置に要するコストが発生する。

本発明が解決しようとする課題は、構造が簡素であって、装置に要するコストを抑えることができるアンテナの冷却機構を有する誘導結合型のプラズマ源を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係るプラズマ源は、真空容器内にプラズマを生成する装置であって、
a) 前記真空容器の壁に設けられる枠と、
b) 前記枠内に固定された面状のアンテナと
を備えることを特徴とする。

本発明に係るプラズマ源では、面状のアンテナで発生する熱を、該アンテナが固定された枠を介して、熱浴である真空容器に伝導させることにより、アンテナを冷却する。この面状のアンテナは、周囲を枠に囲まれていることから、アンテナで発生した熱はその周囲から枠に流出し、更に枠から真空容器に流出するため、効率よく冷却される。そのため、液体又は気体の冷媒を用いる必要がなく、構造を簡素化することができると共に、冷媒の温度管理装置や循環装置が不要になるため、装置に要するコストを抑えることができる。

通常のプラズマ処理装置であれば、真空容器は大きな質量を有する金属体で構成されているため、アンテナで発生する熱をこのような大きな金属体（熱浴）で吸収することは十分に可能である。これにより、アンテナに電流を供給する電源側への熱の伝導も軽減することができる。

前記枠の材料には、熱伝導率が高いという点で、金属を用いることが好ましい。あるいは、金属以外の熱伝導率が高い材料、例えば窒化アルミニウム（AlN）を用いてもよい。

本発明に係るプラズマ源において、前記枠及び前記アンテナは、前記真空容器が有する開口を塞ぐ蓋に設けられている、という構成を取ることができる。あるいは、前記枠及び前記アンテナが該開口の蓋として用いられてもよい。これにより、面状のアンテナは真空容器の開口に配置されることから、アンテナで発生する熱を、枠を通して真空容器に伝導させるだけでなく、アンテナの面から真空容器の外に放出することもできる。そのため、アンテナをより効率よく冷却することができる。

前記枠及び前記アンテナが前記蓋に設けられている場合にはさらに、前記アンテナの前記開口側に配置される、誘電体製の板材である誘電体窓を備えることが望ましい。これにより、真空容器内のプラズマからアンテナを保護することができる。ここで誘電体窓はプラズマから熱を受けるが、本発明ではこの熱もアンテナ及び枠を通して真空容器に逃がすことができる。誘電体窓の厚さは、できるだけ強度を弱めずに高周波電磁界を真空容器内に生成するために薄い方が望ましく、例えば5mm以下とする。

アンテナの開口側に誘電体窓が配置されている場合にはさらに、前記開口の周囲の前記壁と前記誘電体窓の間に配置される真空シールを備えることが望ましい。これにより、誘電体窓と真空シールによって開口が気密に閉鎖される。

また、アンテナの開口側に誘電体窓が配置されている場合にはさらに、前記アンテナと前記誘電体窓の間に誘電体製の接着剤が充填されていることが望ましい。これにより、誘電体窓が直接アンテナに接触している場合よりも密着性が良く、誘電体窓と接着剤、及び接着剤とアンテナが接触するため、誘電体窓がプラズマから受けた熱を、接着剤を介してアンテナに効率よく伝導させることができる（アンテナに伝導した熱は、前述のように枠を介して真空容器に流れる）。そのような接着剤として、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、テフロン（登録商標）系樹脂等の樹脂製の接着剤や、フリットガラス等のガラス製の接着剤を好適に用いることができるが、ここに例示したものには限られない。

前記枠及び前記アンテナが前記蓋に設けられている場合にはさらに、絶縁体製の板材であって前記枠と接触する絶縁体板を備えることが望ましい。これにより、真空容器内と大気との間の圧力差を絶縁体板で受けることができると共に、アンテナと枠を電気的に絶縁することができる。アンテナの熱は絶縁体板を介して枠に流れることから、絶縁体板の材料には、AlN等の熱伝導率が高い材料から成るものを用いることが望ましい。

前記絶縁体板を備える場合にはさらに、前記アンテナと前記絶縁体板の間に誘電体製の接着剤が充填されていることが望ましい。これにより、前述のアンテナと誘電体窓の間に接着剤が充填されている場合と同様に、アンテナで発生した熱を、接着剤を介して絶縁体板に効率よく伝導させることができる。ここで用いる接着材にもシリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、テフロン系樹脂等の樹脂製の接着剤や、フリットガラス等のガラス製の接着剤を好適に用いることができるが、ここに例示したものには限られない。

面状のアンテナでは高周波電流が表皮効果によって表面付近のみを流れるため、面状のアンテナを厚くすることは材料の無駄となる。そのため、前記アンテナの厚さは、機械的強度を維持できる範囲内で薄い方が望ましく、例えば1〜1000μmとすればよい。なお、面状のアンテナは平面状の（曲がっていない）ものには限られず、曲面状であってもよい。また、面状のアンテナは可撓性を有するものであってもよい。

本発明により、誘導結合型のプラズマ源におけるアンテナの冷却機構の構造を簡素化し、装置に要するコストを抑えることができる。

本発明に係るプラズマ源の第１実施形態を含むプラズマ処理装置の概略構成図(a)、並びに該プラズマ源及びその周辺の部分拡大図(b)。 第１実施形態のプラズマ源における熱の流れを矢印で示す図。 第１実施形態のプラズマ源におけるアンテナ中の電流の流れを矢印で示す図。 第１実施形態のプラズマ源と、従来の導電体製の管から成るアンテナを用いたプラズマ源により生成したプラズマの電子密度を示すグラフ。 本発明に係るプラズマ源の第２実施形態を示す概略構成図。 第２実施形態のプラズマ源における熱の流れを矢印で示す図。 第２実施形態のプラズマ源におけるプラズマ生成中のアンテナ(a)、第１絶縁材(b)、第２絶縁材(c)、及び誘電体窓(d)の温度変化を測定した結果を示すグラフ。

図１〜図７を用いて、本発明に係るプラズマ源の実施形態を説明する。

(1) 第１実施形態のプラズマ源の構成
図１は、第１実施形態のプラズマ源１０、及び該プラズマ源１０を有するプラズマ処理装置１の構成の概略を示す図である。このプラズマ処理装置１はプラズマＣＶＤ法による成膜装置であって、プラズマ源１０の他に、真空容器２１、真空ポンプ２２、ガス供給部２３、基体保持部２４、基体搬入出口２５、高周波電源２６、及びインピーダンス整合器２７を有する。

まず、プラズマ源１０以外のプラズマ処理装置１の構成要素を説明する。真空容器２１は金属（例えばステンレス鋼）製の壁２１１を有し、壁２１１の内側に形成されている真空容器２１の内部空間２１２にプラズマが生成される。真空ポンプ２２は、内部空間２１２を真空引きするポンプである。ガス供給部２３はガスボンベ（図示省略）及びガス導入管で構成されており、アルゴンガスや水素ガス等のプラズマ生成ガス、及び成膜原料のガスを内部空間２１２に供給するものである。なお、スパッタ法による成膜やプラズマを用いた基体Ｓの洗浄等、成膜原料のガスを用いることなく基体Ｓに対する処理を行う場合には、ガス供給部２３からはプラズマ生成ガスのみを内部空間２１２に供給する。基体保持部２４は、基体Ｓを保持するものである。基体搬入出口２５は壁２１１に設けられており、成膜前に真空容器２１の外から基体保持部２４に基体Ｓを搬入する際、及び成膜後に基体保持部２４から真空容器２１の外に基体Ｓを搬出する際に、基体Ｓを通過させる搬入出口である。基体Ｓを搬入出するとき以外は、基体搬入出口２５は蓋２５１で密閉されている。高周波電源２６は次に述べるアンテナ１１に高周波電流を供給する電源である。インピーダンス整合器２７は、高周波電源２６からの高周波電流が効率よくアンテナ１１に導入されるようにインピーダンスを調整するものである。

プラズマ源１０は、本実施形態では1台のプラズマ処理装置１に2個設けられている。但し、プラズマ源１０の個数はこれには限定されず、1個のみであってもよいし、3個以上であってもよい。各プラズマ源１０は、アンテナ１１と、アンテナ固定枠（前記の枠）１２と、板状の絶縁材１３と、板状の誘電体窓１４と、2本の高周波電流供給バー１５と、気密保持部１６とを有する。

本実施形態では、アンテナ１１には金属製の板から成る面状アンテナを用いる。アンテナ１１の材料には、本実施形態では銅を用いるが、銅以外の導電体であってもよい。アンテナ１１の一方の表面には2本の高周波電流供給バー１５がそれぞれ接触している。これら2本の高周波電流供給バー１５は、互いに略平行に向いており、給電端子１５１及び給電線１５２により高周波電源２６及びインピーダンス整合器２７に接続されている。各高周波電流供給バー１５の長さは30mm、2本の高周波電流供給バー１５の間隔は150mmである。

アンテナ１１の前記一方の表面には、高周波電流供給バー１５が接触している部分を除いて、絶縁材１３が接触している。絶縁材１３のアンテナ１１と接触する面には、高周波電流供給バー１５を収容する切り欠きが設けられている。アンテナ１１の他方の表面には、誘電体窓１４が接触している。従って、アンテナ１１は絶縁材１３と誘電体窓１４によって挟まれた状態となっている。言い換えれば、絶縁材１３、アンテナ１１、誘電体窓１４の順に積層された積層体１１０が形成されている。積層体１１０は、誘電体窓１４の側を、真空容器２１の壁（上壁）２１１に設けられた開口２１３に向けて配置されている。

絶縁材１３の材料には、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム等を用いることができる。これらの材料の中では、熱伝導率が比較的高いという点で、窒化アルミニウムを好適に用いることができる。誘電体窓１４にも絶縁材１３と同様の材料を用いることができる。

アンテナ固定枠１２は、積層体１１０の側面を囲む枠本体部１２１と、該枠本体部１２１から積層体１１０の絶縁材１３側の表面にせり出して該表面の一部を覆うせり出し部１２２とを有する。積層体１１０の絶縁材１３側を上側とすると、アンテナ固定枠１２は積層体１１０に垂直な断面において逆Ｌ字形の形状を呈している。枠本体部１２１には上面から下面に貫く孔が設けられており、この孔に挿通されたボルト１２３によって、アンテナ固定枠１２は、開口２１３の周囲にある真空容器２１の壁（上壁）２１１に固定されている。壁（上壁）２１１の上面の枠本体部１２１よりも内側には気密保持部１６が配置されており、積層体１１０はせり出し部１２２と気密保持部１６に上下を挟まれた状態で固定されている。気密保持部１６は、枠状の部材の上面及び下面のそれぞれにシール材（Ｏリング）１６１が設けられたものである。上面のシール材１６１は誘電体窓１４に押さえつけられ、下面のシール材１６１は壁（上壁）２１１に押さえつけられる。このような構成により、プラズマ源１０は、開口２１３を気密に閉鎖する蓋として機能している。

真空容器２１の内部空間２１２に生成される高周波電磁界を大きくするために、積層体１１０内の誘電体窓１４は薄い方が望ましい。また、アンテナ１１では高周波電流が表皮効果によって表面付近のみを流れるため、アンテナ１１を厚くすることは材料の無駄となる。一方、積層体１１０は、誘電体窓１４側が真空である真空容器２１の内部空間２１２と接し、絶縁材１３側が大気と接しており、真空と大気圧との圧力差による力を受けるため、この圧力差に耐えることができる機械的強度を有する必要がある。そのため、絶縁材１３は厚い方が望ましい。但し、絶縁材１３を厚くし過ぎると、アンテナ１１の熱を逃がす効率が低下してしまう。また、必要となる機械的強度は、真空容器２１の開口２１３の大きさにも依存する。以上の点を勘案して、アンテナ１１、絶縁材１３及び誘電体窓１４の厚さを定める。本実施形態では、開口２１３が長辺210mm、短辺160mmの長方形であって、アンテナ１１の厚さは0.6mm、絶縁材１３の厚さは20mm、誘電体窓１４の厚さは3mmとした。もちろん、これらの厚さは適宜変更することが可能である。例えば、アンテナ１１の厚さは1〜1000μmの範囲内、絶縁材１３の厚さは3〜20mmの範囲内、誘電体窓１４の厚さは5mm以下の範囲内とすることができ、さらには各部材の厚さはここで挙げた範囲の外であってもよい。

なお、本実施形態のプラズマ源１０には、冷媒を流すことによってアンテナ１１を冷却する冷却機構は設けられていない。

(2) 第１実施形態のプラズマ源の動作
第１実施形態のプラズマ源１０の動作を、該プラズマ源１０を有するプラズマ処理装置１の動作と共に説明する。

まず、基体搬入出口２５の蓋２５１を開放し、基体Ｓを真空容器２１の内部空間２１２に搬入する。そのうえで、基体Ｓを、基体保持部２４の上に載置することにより該基体保持部２４に保持させる。その後、基体搬入出口２５の蓋２５１を閉鎖し、真空ポンプ２２により真空容器２１の内部空間２１２を真空にする。さらに、ガス供給部２３より、プラズマ生成ガス及び成膜原料ガスを内部空間２１２に供給する。そして、高周波電源２６からアンテナ１１に高周波電流を導入する。これにより、内部空間２１２に高周波電磁界が生成され、プラズマ生成ガスの分子が電離することによりプラズマが生成される。このプラズマにより、成膜原料ガスの分子が分解されて基体Ｓ上に堆積し、成膜がなされる。

このように成膜を行う間、高周波電流が流れることによってアンテナ１１から熱が発生する。こうして発生した熱は、図２に矢印で示すように、絶縁材１３及びアンテナ固定枠１２を通って、真空容器２１の壁２１１に流入する。ここでアンテナ１１の周囲がアンテナ固定枠１２で囲まれているため、アンテナ１１で発生した熱をその周囲からアンテナ固定枠１２に効率よく流出させることができる。また、真空容器２１の壁２１１は十分に大きい熱容量を有するうえに、大気と接しており放熱も生じるため、熱を十分に逃がしてアンテナ１１を冷却することができる。この冷却の際に冷媒を流すことによってアンテナ１１を冷却する冷却機構を用いる必要がないため、本実施形態のプラズマ源１０は装置のイニシャルコスト及びランニングコストを抑えることができる。

また、本実施形態では面状のアンテナ１１を用いており、該アンテナ１１の表面に接触し互いに略平行である2本の高周波電流供給バー１５の間に高周波電流を供給するため、高周波電流は図３に矢印で示すように面状アンテナの面に拡がって流れる。そのため、本実施形態のアンテナ１１には線状のアンテナよりも大きい電流を流すことができる。また、面状のアンテナ１１の表面から絶縁材１３を介して大気へも熱が放出されるため、放熱の効率をより高くすることができる。

以下に、第１実施形態のプラズマ源を用いて生成したプラズマの電子密度を測定する実験を行った結果を示す。比較例として、従来の導電体製の管から成る管状アンテナの管内に冷媒を流しながら生成したプラズマの電子密度を測定した結果を併せて示す。管状アンテナは2箇所の位置で90°ずつ折り曲げることで略Ｕ字状の形状としたものであって、それら2箇所の位置の間隔は100mmである。この実験では、第１実施形態のプラズマ源及び管状アンテナはそれぞれ1個ずつ用い、プラズマ生成ガスとしてアルゴンガスを圧力1.0Pa、流量10sccmとなるように導入した。そのうえで、アンテナに高周波電力を50〜400Wの範囲内で投入し、アンテナから115mm離れた位置でラングミュアプローブによりプラズマの電子密度を測定した。

実験結果を図４に示す。第１実施形態、比較例共に、高周波電力の大きさに比例して電子密度が高くなっている。これは第１実施形態、比較例共に、高周波電力を増加させてもアンテナの冷却が問題なく行われていることを意味している。従って、第１実施形態の構成によれば、冷媒を用いた冷却機構を設けることなく、そのような冷却機構を設けた比較例と同様にアンテナを冷却することができ、より低コストなプラズマ源が得られる、といえる。また、電子密度は、比較例よりも第１実施形態の方が高い。これは、比較例よりも第１実施形態の方がアンテナのインダクタンスが小さく、それにより高周波電流が大きくなることによると考えられる。

(3) 第２実施形態のプラズマ源の構成
図５に、第２実施形態のプラズマ源１０Ａの概略構成を示す。このプラズマ源１０Ａは、第１実施形態のプラズマ源１０と同様に、プラズマ処理装置１の真空容器２１に設けられた開口２１３を塞ぐように、該真空容器２１の壁２１１に取り付けられる。図５では、プラズマ源１０Ａ以外のプラズマ処理装置の構成要素は、真空容器２１の壁２１１の一部及び開口２１３のみを示し、それら以外の図示を省略する。

プラズマ源１０Ａは、アンテナ１１Ａと、アンテナ固定枠１２と、第１絶縁材１３１Ａと、第２絶縁材１３２Ａと、誘電体窓１４と、2個の高周波電流供給ブロック１５１１、１５１２と、気密保持部１６とを有する。アンテナ固定枠１２、誘電体窓１４及び気密保持部１６の構成は、第１実施形態が有するものと同様である。

第１絶縁材１３１Ａは誘電体窓１４の上に載置され、絶縁体製の板材の中央を刳り抜いた枠状の形状を有しており、その枠内にアンテナ１１Ａ及び第２絶縁材１３２Ａが配置されている。

アンテナ１１Ａは可撓性を有する厚さ500μmの金属製のシートから成る面状アンテナである。このようなシートとして、銅やアルミニウム等から成る金属箔を好適に用いることができる。

第２絶縁材１３２Ａは略直方体の絶縁体から成る。第２絶縁材１３２Ａの底面１３２３、4つの側面のうち互いに対向する2つの側面１３２２、１３２４、及びそれら2つの側面１３２２、１３２４にそれぞれ接する上面の一部の領域１３２１、１３２５には、アンテナ１１Ａが接触している。言い換えれば、アンテナ１１Ａは、一方の側面１３２２に接する上面の一部領域１３２１から、該側面１３２２、底面１３２３、他方の側面１３２４、該他方の側面１３２４に接する上面の一部の領域１３２５に巻き付けるように設けられている。この状態で、第２絶縁材１３２Ａの底面１３２３を下側にして、上記のように第１絶縁材１３１Ａの枠内にアンテナ１１Ａ及び第２絶縁材１３２Ａが配置されている。従って、アンテナ１１Ａのうち、第２絶縁材１３２Ａの底面１３２３に巻き付けられた部分は誘電体窓１４に面し、第２絶縁材１３２Ａの側面１３２２、１３２４に巻き付けられた部分は第１絶縁材１３１Ａ及びその外側のアンテナ固定枠１２に面している。

第１絶縁材１３１Ａとアンテナ１１Ａの間、及びアンテナ１１Ａとその下側に配置されている誘電体窓１４には隙間が設けられており、この隙間には誘電体であって樹脂であるシリコーングリースから成る接着剤１３４が充填されている。この接着剤１３４により、第１絶縁材１３１Ａとアンテナ１１Ａ、及びアンテナ１１Ａと誘電体窓１４は、それらが直接接触している場合よりも、熱接触が良好になる。

第１絶縁材１３１Ａにはボルト１５４により、2個の高周波電流供給ブロック１５１１、１５１２が固定されている。従って、第１絶縁材１３１Ａと第２絶縁材１３２Ａは、高周波電流供給ブロック１５１１、１５１２を介して接続されていることとなる。

第１絶縁材１３１Ａの側方はアンテナ固定枠１２の枠本体部１２１に囲まれており、第１絶縁材１３１Ａの上面の一部にはアンテナ固定枠１２のせり出し部１２２が接触している。第１絶縁材１３１Ａ、誘電体窓１４、及び気密保持部１６は、それら3つの構成要素が重なった状態で上下をせり出し部１２２と真空容器２１の壁２１１の上面に挟まれており、枠本体部１２１がボルト１２３で壁２１１に固定されることによりそれら3つの構成要素も固定されている。誘電体窓１４と気密保持部１６の間、及び気密保持部１６と真空容器２１の壁２１１の上面の間はそれぞれ、シール材（Ｏリング）１６１が設けられている。

2個の高周波電流供給ブロック１５１１、１５１２はいずれも金属製のブロックであって、一方は高周波電源２６の一方の電極に、他方は高周波電源２６の他方の電極に、それぞれ接続されている（図５では高周波電源２６は図示省略）。一方の高周波電流供給ブロック１５１１は、第２絶縁材１３２Ａの上面の前記領域１３２１においてアンテナ１１Ａを第２絶縁材１３２Ａに押さえつけることによって固定しており、他方の高周波電流供給ブロック１５１２は、前記領域１３２５においてアンテナ１１Ａを第２絶縁材１３２Ａに押さえつけることによって固定している。高周波電流供給ブロック１５１１、１５１２は、これらアンテナ１１Ａが存在する領域以外では第２絶縁材１３２Ａの上面に接触しており、ボルト１５３によって第２絶縁材１３２Ａに固定されている。

(4) 第２実施形態のプラズマ源の動作
第２実施形態のプラズマ源１０Ａが設けられたプラズマ処理装置は、第１実施形態のプラズマ処理装置１と同様の方法で、基体Ｓを基体保持部２４に保持させ、真空容器２１の内部空間２１２を真空にした後にガス供給部２３よりプラズマ生成ガス及び成膜原料ガスを真空容器２１の内部空間２１２に供給し、高周波電源２６からアンテナ１１Ａに高周波電流を導入する。これにより、真空容器２１の内部空間２１２に高周波電磁界を生成し、この高周波電磁界によってプラズマ生成ガスの分子を電離させることによりプラズマを生成する。そして、このプラズマにより分解された成膜原料ガスの分子が基体Ｓ上に堆積することにより、成膜がなされる。真空容器２１の内部空間２１２への高周波電磁界の生成には、主に、アンテナ１１Ａのうち該内部空間２１２に面している、第２絶縁材１３２Ａの底面１３２３に巻き付けられた部分が寄与する。そのため、当該部分を面状アンテナと解することができる。

成膜を行う間、高周波電流が流れることによってアンテナ１１Ａから発生する熱は、図６に矢印で示すように、一部は第２絶縁材１３２Ａ及び高周波電流供給ブロック１５１１、１５１２を通って第１絶縁材１３１Ａに流入し、別の一部は（第２絶縁材１３２Ａを介することなく）高周波電流供給ブロック１５１１、１５１２を通って第１絶縁材１３１Ａに流入し、さらに別の一部は接着剤１３４を通って第１絶縁材１３１Ａに流入する。このように複数のルートで第１絶縁材１３１Ａに流入した熱は、アンテナ固定枠１２を通って、真空容器２１の壁２１１に流入する。前述のように真空容器２１の壁２１１は十分に大きい熱容量を有するうえに、大気と接しており放熱も生じるため、熱をアンテナ１１Ａから十分に逃がし、アンテナ１１Ａを冷却することができる。ここでアンテナ１１Ａの周囲がアンテナ固定枠１２で囲まれているため、アンテナ１１Ａで発生した熱をアンテナ固定枠１２に効率よく流出させることができる。また、本実施形態では、アンテナ１１Ａのうち第２絶縁材１３２Ａの側面１３２２、１３２４に巻き付けられた部分がアンテナ固定枠１２に面しているため、アンテナ１１Ａの熱をアンテナ固定枠１２に流出させる効率をより高くすることができる。さらに、アンテナ１１Ａの熱は、第２絶縁材１３２Ａを通して大気に放出することもできる。

第２実施形態のプラズマ源１０Ａは、第１実施形態と同様に、冷媒を流すことによってアンテナ１１Ａを冷却する冷却機構を用いる必要がない。そのため、装置のイニシャルコスト及びランニングコストを抑えることができる。

以下に、第２実施形態のプラズマ源におけるアンテナ等の冷却効率を確認するために、アンテナ１１Ａ、第１絶縁材１３１Ａ、第２絶縁材１３２Ａ、及び誘電体窓１４の各部にそれぞれ温度センサを貼付し、プラズマ生成中の各部の温度変化を測定した実験の結果を説明する。併せて、アンテナ１１Ａと第１絶縁材１３１Ａの間、及びアンテナ１１Ａと誘電体窓１４の間隙に接着剤１３４を充填していない（間隙のままの）例についても実験を行った。ここで当該間隙の大きさは2mm、接着剤１３４はシリコーングリース、プラズマ生成ガスであるアルゴンガスの圧力は1.0Pa、同アルゴンガスの流量は10sccm、アンテナ１１Ａに投入する高周波電力は500Wとした。各部位の温度は、プラズマの点灯開始直後（0分）、並びに5, 10, 15及び30分後に測定した。

測定結果を図７に示す。間隙に接着剤１３４を充填した場合と充填していない場合を対比すると、第１絶縁材１３１Ａ及び第２絶縁材１３２Ａに関しては両者の間に明確な温度の差異は見られないのに対して、アンテナ１１Ａ及び誘電体窓１４に関しては接着剤１３４を充填した場合の方が顕著に温度抑制の効果を奏することがわかる。

本発明に係るプラズマ源は上記の実施形態には限定されず、本発明の主旨の範囲内で変形することが可能である。

１…プラズマ処理装置
１０、１０Ａ…プラズマ源
１１、１１Ａ…アンテナ
１１０…積層体
１２…アンテナ固定枠
１２１…枠本体部
１２２…せり出し部
１２３…アンテナ固定枠を真空容器の壁に固定するボルト
１３…絶縁材
１３１Ａ…第１絶縁材
１３２Ａ…第２絶縁材
１３２１、１３２５…第２絶縁材の上面の一部領域
１３２２、１３２４…第２絶縁材の側面
１３２３…第２絶縁材の底面
１３４…接着剤
１４…誘電体窓
１５…高周波電流供給バー
１５１…給電端子
１５１１、１５１２…高周波電流供給ブロック
１５２…給電線
１５３…高周波電流供給ブロックを第２絶縁材に固定するボルト
１５４…高周波電流供給ブロックを第１絶縁材に固定するボルト
１６…気密保持部
１６１…シール材
２１…真空容器
２１１…真空容器の壁
２１２…真空容器の内部空間
２１３…真空容器の開口
２２…真空ポンプ
２３…ガス供給部
２４…基体保持部
２５…基体搬入出口
２５１…基体搬入出口の蓋
２６…高周波電源
２７…インピーダンス整合器
Ｓ…基体

本発明に係るプラズマ源において、前記枠及び前記アンテナが前記蓋に設けられている場合にはさらに、前記アンテナの、前記真空容器の内部側に配置される、誘電体製の板材である誘電体窓を備えることが望ましい。これにより、真空容器内のプラズマからアンテナを保護することができる。ここで誘電体窓はプラズマから熱を受けるが、本発明ではこの熱もアンテナ及び枠を通して真空容器に逃がすことができる。誘電体窓の厚さは、できるだけ強度を弱めずに高周波電磁界を真空容器内に生成するために薄い方が望ましく、例えば5mm以下とする。

本発明に係るプラズマ源において、前記アンテナの、前記真空容器の内部側に誘電体窓が配置されている場合にはさらに、前記開口の周囲の前記壁と前記誘電体窓の間に配置される真空シールを備えることが望ましい。これにより、誘電体窓と真空シールによって開口が気密に閉鎖される。

また、本発明に係るプラズマ源において、前記アンテナの、前記真空容器の内部側に誘電体窓が配置されている場合にはさらに、前記アンテナと前記誘電体窓の間に誘電体製の接着剤が充填されていることが望ましい。これにより、誘電体窓が直接アンテナに接触している場合よりも密着性が良く、誘電体窓と接着剤、及び接着剤とアンテナが接触するため、誘電体窓がプラズマから受けた熱を、接着剤を介してアンテナに効率よく伝導させることができる（アンテナに伝導した熱は、前述のように枠を介して真空容器に流れる）。そのような接着剤として、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、テフロン（登録商標）系樹脂等の樹脂製の接着剤や、フリットガラス等のガラス製の接着剤を好適に用いることができるが、ここに例示したものには限られない。

Claims (10)

1. 真空容器内にプラズマを生成する装置であって、
   a) 前記真空容器の壁に設けられる枠と、
   b) 前記枠内に固定された面状のアンテナと
   を備えるプラズマ源。
2. 前記枠の材料が金属である、請求項１に記載のプラズマ源。
3. 前記枠及び前記アンテナが、前記真空容器が有する開口を塞ぐ蓋に設けられている、請求項１又は２に記載のプラズマ源。
4. さらに、前記アンテナの前記開口側に配置される、誘電体製の板材である誘電体窓を備える、請求項３に記載のプラズマ源。
5. さらに、前記開口の周囲の前記壁と前記誘電体窓の間に配置される真空シールを備える、請求項４に記載のプラズマ源。
6. 前記アンテナと前記誘電体窓の間に誘電体製の接着剤が充填されている、請求項４又は５に記載のプラズマ源。
7. 前記誘電体窓の厚さが5mm以下である、請求項４〜６のいずれか１項に記載のプラズマ源。
8. さらに、前記アンテナの前記開口の反対側に配置される、絶縁体製の板材であって前記枠と接触する絶縁体板を備える、請求項３〜７のいずれか１項に記載のプラズマ源。
9. 前記アンテナと前記絶縁体板の間に誘電体製の接着剤が充填されている、請求項８に記載のプラズマ源。
10. 前記アンテナの厚さが1〜1000μmである、請求項１〜９のいずれか１項に記載のプラズマ源。

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