JP2023077726A - 排気配管装置 - Google Patents

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Abstract

【目的】プラズマ生成を均一な状態に近づけることが可能であり、真空ポンプ近くの排気配管内部に堆積する生成物を除去することが可能な排気配管装置を提供する。【構成】実施形態の排気配管装置１００は、プロセスチャンバと前記プロセスチャンバ内を排気する真空ポンプとの間に配置される排気配管の一部として用いられる排気配管装置１００であって、誘電体管（内管１９０）と、高周波電極１０４と、プラズマ生成回路１０６と、を備える。高周波電極１０４は、前記誘電体管の外周側に配置された金属薄板５０と前記金属薄板の外周側に配置された緩衝部材５２と前記緩衝部材の外周側に配置された導電性の中空構造体５４とを有し、高周波電圧が印加される。プラズマ生成回路１０６は、前記誘電体管の内側にプラズマを生成させる。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、排気配管装置に関する。
化学気相成長（ＣＶＤ）装置に代表される成膜装置では、原料ガスを成膜チャンバ内に導入して、成膜チャンバに配置される基板上に所望の膜を成膜する。そして、成膜チャンバ内に残存する原料ガスは、排気配管を経由して真空ポンプにより排気される。その際、原料ガスに起因する生成物が排気配管内に堆積し、排気配管を閉塞させてしまうといった問題や、排気配管よりも下流側の真空ポンプ内に堆積し、真空ポンプを停止させてしまうといった問題があった。かかる堆積物の除去には、リモートプラズマソース（ＲＰＳ）装置によるクリーニング処理が実施される。しかしながら、ＲＰＳ装置は一般に成膜チャンバ内のクリーニングを主眼としているので、ＲＰＳ装置から距離が離れた真空ポンプ近くの排気配管内および真空ポンプ内に堆積する生成物までクリーニングするにはクリーニング性能が不十分であった。
ここで、セラミック又はクオーツなどの絶縁性物質の導管の外周に配置された高周波電極に高周波電圧を印加して、導管内部にプラズマを生成する。そして、このプラズマにより、アッシング、エッチング、蒸着、洗浄及び窒化処理の工程で生じる未反応ガスや廃ガスを除去するといった技術が開示されている。しかしながら、導管と高周波電極との接触が不十分な場合、導管内部でのプラズマ生成が不均一になるといった問題が生じ得る。
米国特許出願公開第２００７／００７４６６２号明細書 特開２０１４－５０８０２９号公報 米国特許出願公開第２０２１／０２４９２３８号明細書
本発明の実施形態は、プラズマ生成を均一な状態に近づけることが可能であり、真空ポンプ近くの排気配管内部に堆積する生成物を除去することが可能な排気配管装置を提供する。
実施形態の排気配管装置は、プロセスチャンバと前記プロセスチャンバ内を排気する真空ポンプとの間に配置される排気配管の一部として用いられる排気配管装置であって、
誘電体管と、高周波電極と、プラズマ生成回路と、を備える。高周波電極は、前記誘電体管の外周側に配置された金属薄板と前記金属薄板の外周側に配置された緩衝部材と前記緩衝部材の外周側に配置された導電性の中空構造体とを有し、高周波電圧が印加される。プラズマ生成回路は、前記誘電体管の内側にプラズマを生成させる。
第１の実施形態における半導体製造装置の排気系の構成の一例を示す構成図である。 第１の実施形態における排気配管装置の一例の正面方向から見た断面図である。 第１の実施形態における排気配管装置の一例の上面方向から見た断面図である。 第１の実施形態における高周波電極の構成の一例を示す図である。 第１の実施形態における高周波電極の組み立て方の一例を示す図である。 第１の実施形態の比較例１におけるプラズマの生成状態の一例を示す上面図である。 第１の実施形態におけるプラズマの生成状態の一例を示す上面図である。 内管温度とクリーニング処理時間との関係を説明するためのグラフである。 第１の実施形態における冷却配管のレイアウトの一例を示す図である。 第１の実施形態の比較例２における排気配管装置の一例の正面図である。 第２の実施形態における排気配管装置の一例の正面方向から見た断面図である。 第３の実施形態における排気配管装置の一例の正面方向から見た断面図である。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における半導体製造装置の排気系の構成の一例を示す構成図である。図１の例では、半導体製造装置として、成膜装置、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ）装置２００を示している。図１の例では、２つの成膜チャンバ２０２を配置したマルチチャンバ方式のＣＶＤ装置２００が示されている。ＣＶＤ装置２００では、所望の温度に制御された成膜チャンバ２０２内に、成膜対象の半導体基板２０４（２０４ａ，２０４ｂ）を配置する。そして、真空ポンプ４００により排気配管１５０，１５２を通じて真空引きを行って、調圧バルブ２１０により所望の圧力に制御された成膜チャンバ２０２内に原料ガスを供給する。成膜チャンバ２０２内では、原料ガスの化学反応により所望の膜が基板２０４上に成膜される。例えば、シラン（ＳｉＨ４）系のガスを主原料ガスとして導入して、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を成膜する。その他、例えば、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガス等を主原料ガスとして導入して、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）を成膜する。これらの膜を成膜する際に、成膜チャンバ２０２内及び排気配管１５０，１５２内には、原料ガスに起因する生成物が堆積する。そのため、成膜プロセスサイクルでは、成膜工程の他にクリーニング工程が実施される。
クリーニング工程では、成膜チャンバ２０２の上流側に配置されるリモートプラズマソース（ＲＰＳ）装置３００に三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス等のクリーニングガスやアルゴン（Ａｒ）ガス等のパージガスを供給して、プラズマによりフッ素（Ｆ）ラジカルを生成する。そして、成膜チャンバ２０２内及び排気配管１５０側にＦラジカルを供給（拡散）することで、堆積する生成物のクリーニングを行っている。クリーニングにより堆積物を分解後に生成される、例えば、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）は、揮発性が高いため、排気配管１５０，１５２を通って真空ポンプ４００から排気される。
しかしながら、排気配管１５０，１５２のうち成膜チャンバ２０２から距離が離れた部分までは、Ｆラジカルが届き難く、クリーニング性能が劣化してしまう。特に、真空ポンプ４００の吸気口に近い位置では、圧力が低くなるためクリーニングレートが低くなってしまう。その結果、排気配管１５０，１５２内が堆積した生成物により閉塞してしまう場合がある。また、真空ポンプ４００内に堆積した生成物によりローターとケーシングとの間の隙間が埋まってしまい過負荷状態となり真空ポンプ４００が停止してしまう場合がある。そこで、第１の実施形態では、図１に示すように、成膜チャンバ２０２に比べて真空ポンプ４００の吸気口に近い位置に排気配管装置１００を配置する。
図１において、第１の実施形態における排気配管装置１００は、成膜チャンバ２０２（プロセスチャンバの一例）と成膜チャンバ２０２内を排気する真空ポンプ４００との間に配置される排気配管１５０，１５２を含む排気配管の一部として用いられる。排気配管装置１００は、外部管１０２と、誘電体による内管１９０（誘電体管）と、プラズマ生成回路１０６と、を備えている。外部管１０２は、例えば、通常の排気配管１５０，１５２と同じ材料の配管材が用いられる。例えば、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼材が用いられる。但し、外部管１０２の材料としては、クリーニングガスに対する耐食性の観点から、より好ましくは、ＳＵＳ３１６鋼材が用いられる。また、外部管１０２は、例えば、通常の排気配管１５０，１５２と同じサイズの配管材が用いられる。但し、これに限るものではない。排気配管１５０，１５２よりも大きいサイズの配管であっても構わない。或いは、小さいサイズの配管であっても構わない。
内管１９０と外部管１０２の両端部には、フランジが配置され、一方の端部が同サイズのフランジが配置された排気配管１５０に接続され、他方の端部が同サイズのフランジが配置された排気配管１５２に接続される。図１において、排気配管装置１００のフランジと、排気配管１５０，１５２の各フランジとを固定する、クランプ等の図示は省略している。以下、各図において同様である。また、排気配管１５０，１５２との接続に用いるＯリング等のシール材の図示は省略している。以下、各実施形態では、排気配管装置１００と真空ポンプ４００との間に排気配管１５２を挟んでいる場合を示しているが、これに限るものではない。真空ポンプ４００の吸気口に直接、排気配管装置１００が配置される場合であっても構わない。誘電体による内管１９０は、外部管１０２の内部に配置される。プラズマ生成回路１０６は、内管１９０外周側に配置される後述する電極を用いて、誘電体による内管１９０の内部に容量結合プラズマ（ＣＣＰ）を生成させる。
図２は、第１の実施形態における排気配管装置の一例の正面方向から見た断面図である。図３は、第１の実施形態における排気配管装置の一例の上面方向から見た断面図である。図２において、断面構造は、排気配管装置１００について示し、その他の構成は断面を示していない。以下、正面方向から見た各断面図において同様である。図２及び図３において、排気配管装置１００は、外部管１０２と、外部管１０２の内側に配置される誘電体による内管１９０との２重管構造に形成される。内管１９０の形状は、外部管１０２と同種の形状に形成される。図２及び図３の例では、断面が円形の筒状（環状）の外部管１０２に対して、断面が同種の円形の筒状（環状）の内管１９０が用いられる。その他、断面が矩形の筒状の外部管１０２に対して、同種の矩形の筒状の内管１９０が用いられても構わない。
内管１９０は、外部管１０２の内壁と空間３６を隔てて配置される。内管１９０となる誘電体の材料は、空気の誘電率よりも大きい材料であれば良い。内管１９０の材料として、例えば、石英、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、ハフニア（ＨｆＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、或いは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等を用いると好適である。排気性能に支障が無い範囲であれば、内管１９０の厚さは適宜設定すればよい。
外部管１０２よりも内側であって、内管１９０の外周側には高周波電極１０４が配置される。高周波電極１０４は、誘電体管となる内管１９０の外周側に配置された金属薄板５０と、金属薄板５０の外周側に配置された緩衝部材５２と、緩衝部材５２の外周側に配置された導電性の中空構造体５４と、を有する。金属薄板５０と中空構造体５４とは、導通するように配置される。
高周波電極１０４が内管１９０の外周側に配置された状態では、高周波電極１０４は、内管１９０の外周形状に合わせた形状に形成される。例えば、断面が円形の筒状（環状）の内管１９０に対して、断面が同種の円形の筒状（環状）の高周波電極１０４が用いられる。また、高周波電極１０４の長さは、図２に示すように、内管１９０の長さよりも短く形成される。図２の例に示すように、内管１９０の上端側と下端側に隙間を残して、高さ方向中央部に高周波電極１０４が配置される。
内管１９０の端部側にフランジ１９が配置される。図２の例では、内管１９０の両端部にそれぞれ配管用のフランジ１９が配置される。ガスの流れに対して上流側のフランジ１９と、排気配管１５０のフランジとが固定される。ガスの流れに対して下流側のフランジ１９と、排気配管１５２のフランジとが固定される。両フランジ１９は、例えば、通常の排気配管１５０，１５２と同じ材料の配管材が用いられる。例えば、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼材が用いられる。但し、フランジ１９の材料としては、クリーニングガスに対する耐食性の観点から、より好ましくは、ＳＵＳ３１６鋼材が用いられる。
また、第１の実施形態では、図２に示すように、内管１９０及び内管１９０の外周側を覆う外部管１０２の上下端部に配置されるシール機構１６によって、外部管１０２と内管１９０との間の空間を、大気及び内管１９０内の空間から遮断する。シール機構１６は、例えば、以下のように構成すると好適である。各シール機構１６は、凸部１０、Ｏリング抑え１１、Ｏリング１２及びＯリング１４を有している。各凸部１０は、内管１９０の両端部の各フランジ１９において、それぞれのフランジ１９面にリング状に設けられ、内管１９０の外部側で各フランジ１９面から高周波電極１０４側に延びる。排気配管１５０側（上流側）のＯリング１４は、外部管１０２の排気配管１５０側（上流側）のフランジ面とフランジ１９との間に配置される。排気配管１５２側（下流側）のＯリング１４は、外部管１０２の排気配管１５２側（下流側）のフランジ面とフランジ１９との間に配置される。かかる場合、排気配管装置１００の上流側では、フランジ１９を挟んで外部管１０２のフランジと配管１５０のフランジがクランプ接続されると良い。排気配管装置１００の下流側では、フランジ１９を挟んで外部管１０２のフランジと配管１５２のフランジがクランプ接続されると良い。Ｏリング１４によって、外部管１０２内の雰囲気を大気から遮蔽している。
また、各Ｏリング１２は、内管１９０端部の外周面と凸部１０の内周面との間に押圧された状態で配置される。そのため、凸部１０の内径が内管１９０外径サイズよりも大きく、凸部１０の外径が外部管１０２の内径サイズよりも小さく形成される。各Ｏリング１２は、Ｏリング抑え１１によって押圧される。Ｏリング抑え１１は、１つの部材で構成されても良いし、図２に示すように、内管１９０端部の外周面と凸部１０の内周面との間に配置されるリング状部材とかかるリング状部材を支持する外側の部材との２つの部材の組み合わせにより構成されてもよい。これにより、Ｏリング１２を介して内管１９０内の雰囲気を外部管１０２と内管１９０との間の空間３６から遮蔽している。
第１の実施形態では、以上のような外部管１０２と内管１９０との密閉された２重管構造を形成することにより、誘電体の内管１９０が破損した場合でも、排気配管を流れるガスが大気中にリークする（漏れる）ことを防止できる。同様に、排気配管内に大気が突入（流入）することを防止できる。なお、外部管１０２と内管１９０との間の空間を大気圧に制御する場合でも、外部管１０２と内管１９０との間の空間の容量が小さいため、真空ポンプ４００の故障を引き起こすほどの大気の流入を起こさないようにできる。
図２及び図３の例では、内管１９０の外側に外部管１０２を配置した２重管構造を示しているが、これに限るものではない。外部管１０２が無い状態を排除するものではない。
図４は、第１の実施形態における高周波電極の構成の一例を示す図である。上述したように、高周波電極１０４は、金属薄板５０と、緩衝部材５２と、中空構造体５４とを有する。
金属薄板５０は、中空構造体５４よりも厚さが薄く形成される。これにより、中空構造体５４よりも折り曲げ易くできる。具体的には、金属薄板５０は、金属製の薄い板を環状、例えば円状に折り曲げて形成される。厚さが、例えば、０．１ｍｍ～３ｍｍ程度の薄い板を用いる。薄板を曲げる方向の両端部には、外側に折り返したつば部が形成される。つば部にはボルト穴が形成される。図４の例では上下２か所ずつ形成される。金属薄板５０の材料として、抵抗率が低く、かつ柔らかい材料が好適である。例えば、銅（Ｃｕ）或いはアルミニウム（Ａｌ）を用いると好適である。抵抗率が低いことで厚さが薄い場合でも全面が中空構造体５４と電気的に同電位になり易くできる。また、柔らかいことで折り曲げ易くできる。ステンレス材よりも柔らかい例えば銅材を用いることで例えば３ｍｍの厚さがある場合でも簡易に曲げることができる。
中空構造体５４は、円筒形状の円周を半割した一方の半割中空構造体５４－１と他方の半割中空構造体５４－２との組み合わせにより構成される。中空構造体５４内に空洞３４が形成される。具体的には、半割中空構造体５４－１と半割中空構造体５４－２とにそれぞれ空洞３４が形成される。空洞３４は、中空構造体５４内全体にわたって形成されると好適である。中空構造体５４は、導電性材料により形成される。また、後述するように空洞３４に冷却水を流す観点から伝導率が高い、例えば、銅材が用いられる。或いは、アルミニウム材やＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の鋼材を用いても構わない。中空構造体５４は、導入端子１１１から印加される高周波電位を金属薄板５０に導くと共に冷却機構の一部である熱交換器として機能する。半割中空構造体５４－１と半割中空構造体５４－２の半割端部には取り付け用のつば部が形成される。つば部には、ボルト穴が形成される。図４の例では上下２か所ずつ形成される。半割中空構造体５４－１と半割中空構造体５４－２のボルト穴は、金属薄板５０のボルト穴と位置をずらして形成される。
緩衝部材５２は、金属薄板５０と中空構造体５４との間に挟まれ、両者の緩衝材として機能する。緩衝部材５２は、円筒形状の円周を半割した一方の半割緩衝部材５２－１と他方の半割緩衝部材５２－２との組み合わせにより構成される。緩衝部材５２は、誘電体管となる内管１９０からの熱を中空構造体５４に効率よく伝熱させるため、熱伝導率の高い材料が望ましい。熱伝導率は、例えば、１～１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であると好適である。また、誘電体で生じる発熱に耐え得る耐熱性が求められる。例えば、１００～１５０℃程度の耐熱性があると好適である。これらの機能を有する材料として、例えば、シート状のシリコーンポリマーを緩衝部材５２として用いると好適である。或いは、緩衝部材５２としてシリコーンゲル材を中空構造体５４の内面に塗布しても好適である。緩衝部材５２の厚さは、例えば、０．１～０．５ｍｍ程度にすると好適である。
図５は、第１の実施形態における高周波電極の組み立て方の一例を示す図である。まず、内管１９０の外周に金属薄板５０を取り付ける。金属薄板５０は、つば部のボルト穴にネジ５６を通してつば部同士を近づけるように締め込むことで、金属薄板５０を内管１９０の外周面に密着させることができる。
次に、半割緩衝部材５２－１を内面に配置した半割中空構造体５４－１と半割緩衝部材５２－２を内面に配置した半割中空構造体５４－２とで金属薄板５０を挟むように外周側から取り付ける。そして、半割中空構造体５４－１と半割中空構造体５４－２とのつば部のボルト穴にネジ５８を通してつば部同士を近づけるように締め込むことで、緩衝部材５２を介して中空構造体５４を金属薄板５０の外周側に取り付ける。その際、図２に示すように、金属薄板５０と接するネジ５６の先端が中空構造体５４に接するように組み立てる。これにより、中空構造体５４を金属薄板５０に電気的に導通させることができる。なお、半割中空構造体５４－１と半割中空構造体５４－２との間についても、ネジ５８を介して互いが導通する。
ネジ５６を用いて中空構造体５４を金属薄板５０との間を導通させる場合について説明したがこれに限るものではない。例えば、緩衝部材５２となるシリコーンポリマーに導電性のナノ粒子を添加しても良い。これにより、緩衝部材５２が中空構造体５４と金属薄板５０との間を導通させるように構成しても好適である。
図２及び図３の例では、プラズマ生成回路１０６によって高周波電極１０４に高周波（ＲＦ）電界が印加される。具体的には、外部管１０２の外周面に接続された導入端子ポート１０５から導入端子１１１（高周波導入端子の一例）を外部管１０２内部に導入し、導入端子１１１を高周波電極１０４に接続する。また、第１の実施形態において、フランジ１９は、グランド電極（接地電極）として作用する。また、外部管１０２についても接地する。
そして、プラズマ生成回路１０６は、高周波電極１０４とグランド電極との容量結合を用いて、内管１９０の内側にプラズマを生成させる。具体的には、フランジ１９をグランド電極として接地（グランド電位を印加）した状態で、プラズマ生成回路１０６は、導入端子１１１を介して高周波電極１０４の中空構造体５４に高周波（ＲＦ）電圧を印加する。これにより、中空構造体５４と導通する金属薄板５０は、中空構造体５４と電気的に同電位になる。よって、高周波電極１０４（金属薄板５０）とフランジ１９間の電位差で、誘電体の内管１９０内に、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）を生成させる。また、クリーニング工程では、上述したＮＦ３ガス等のクリーニングガスが上流側において供給されているので、その残りを利用して、内管１９０の内側にプラズマによるＦラジカルが生成される。そして、かかるＦラジカルにより、内管１９０内部に堆積する生成物を除去する。これにより、排気配管内で高いクリーニング性能を発揮できる。
その後、Ｆラジカルによる堆積物の分解後に生成される、例えば、ＳｉＦ４は、揮発性が高いため、排気配管１５２を通って真空ポンプ４００により排気される。また、排気配管装置１００で生成されるラジカルの一部が排気配管１５２を通って真空ポンプ４００に侵入し、真空ポンプ４００内に堆積する生成物をクリーニングする。これにより、真空ポンプ４００内に堆積する生成物の堆積量を低減できる。例えば、内管１９０の下端部側の内壁面の一部で生じたプラズマにより生成されたＦラジカルを、内管１９０内部での消費が少ない状態で真空ポンプ４００に侵入させることができる。
図６は、第１の実施形態の比較例１におけるプラズマの生成状態の一例を示す上面図である。図６に示す比較例１では、図２及び図３の例のうち、金属薄板５０と緩衝部材５２とを配置せずに、中空構造体３５４を直接、内管１９０の外周に配置する。比較例１では、中空構造体３５４を内管１９０の周りに取り付けた際に、中空構造体３５４内周面と内管１９０外周面との間に、接触する箇所と非接触となる箇所が生じてしまう。中空構造体３５４に高周波電圧を印加した場合、接触する箇所では、高周波電界が強く、プラズマの発光が強くなるのに対して、非接触になる箇所では、高周波電界が弱く、プラズマの発光が弱くなってしまう。このように、比較例１の構成では、非接触になる箇所にプラズマが広がらず、プラズマ生成が不均一になってしまう。その結果、クリーニング効果が低下してしまう。
図７は、第１の実施形態におけるプラズマの生成状態の一例を示す上面図である。第１の実施形態では、中空構造体５４よりも厚さが薄い金属薄板５０を内管１９０に密着させることができるので、金属薄板５０内周面と内管１９０外周面との間に、非接触となる箇所を生じさせないようにできる。中空構造体５４に高周波電圧を印加した場合、導通する金属薄板５０全体を中空構造体５４と電気的に略同電位にできる。その結果、図７に示すように、発光が弱い箇所が生じずに周方向にわたって均一なプラズマの生成が期待できる。
ここで、上述した例では、誘電体による内管１９０の破損に伴うリーク及び大気突入を回避するべく、２重管構造を構成した。かかる誘電体による内管１９０の破損の原因として内管１９０の温度上昇が挙げられる。
図８は、内管温度とクリーニング処理時間との関係を説明するためのグラフである。図８において、縦軸に排気配管における内管の温度、横軸にクリーニング工程での排気配管に対する連続処理時間を示す。また、図８の例に示すグラフは、内管１９０を冷却しないで使用した場合の一例を示す。クリーニング工程では、高周波電極１０４に高周波電圧を印加するため、高周波電極１０４の温度が上昇する。これに伴い、プラズマが内部に生成する誘電体管である内管１９０の温度が上昇する。図８のグラフに示すように、冷却しないまま処理を続けると、クリーニング処理時間が長くなるのに伴って温度が上昇していき、最終的に内管１９０は破損に至る場合がある。誘電体の内管１９０の温度上昇に伴う破損を抑制するためには、内管１９０を冷却することが望まれる。そこで、第１の実施形態において、内管１９０の温度上昇を抑制可能な構成について以下説明する。
第１の実施形態では、冷却機構を配置する。冷却機構は、中空構造体５４内の空間３４に冷却水（冷媒の一例）を導入し、緩衝部材５２と金属薄板５０とを介して、内管１９０（誘電体管）を冷却する。
図９は、第１の実施形態における冷却配管のレイアウトの一例を示す図である。図２及び図３の例に示したように、中空構造体５４内に空洞３４が形成される。空洞３４は、中空構造体５４内全体にわたって形成されると好適である。上述したように、中空構造体５４は、半割中空構造体５４－１と半割中空構造体５４－２との組み合わせにより構成される。そこで、半割中空構造体５４－１内の空洞３４下部に冷却配管３０が配置される。半割中空構造体５４－２内の空洞３４上部に冷却配管３２が配置される。そして、半割中空構造体５４－１内の空洞３４上部と半割中空構造体５４－２内の空洞３４下部との間に冷却配管３７が配置される。半割中空構造体５４－１と半割中空構造体５４－２とを組み立てやすくするために、冷却配管３７として、フレキシブルチューブを用いると好適である。但しこれに限るものではない。半割中空構造体５４－１と半割中空構造体５４－２とを組み立てた後に、自在に曲げることが難しい固定された冷却配管３７を取り付けても構わない。
また、図２の例において、排気配管１５２側（下流側）のフランジ１９内部に、空洞３１が形成される。同様に、排気配管１５０側（上流側）のフランジ１９内部に、空洞３３が形成される。空洞３１，３３は、それぞれのフランジ１９内全体にわたって形成されても良いし、一部に形成されてもよい。例えば、直線上に延びる円筒状の２つの空洞がＬ字型に繋がるように形成されてもよい。空洞３１は、フランジ１９の側面に流入口が設けられると共に、外部管１０２と内管１９０との間の空間３６側に流出口が形成される。空洞３３は、外部管１０２と内管１９０との間の空間３６側に流入口が設けられると共に、フランジ１９の側面に流出口が形成される。空洞３１の流出口と中空構造体５４（例えば、半割中空構造体５４－１）内の空洞３４下部との間を冷却配管３０が繋いでいる。そして、半割中空構造体５４－１の空洞３４上部と半割中空構造体５４－２の空洞３４下部との間を冷却配管３７が繋いでいる。また、半割中空構造体５４－２内の空洞３４上部と空洞３３の流入口との間を冷却配管３２が繋いでいる。空洞３１が形成されたフランジ１９、空洞３３が形成されたフランジ１９、冷却配管３０，３２，３７、及び空洞３４が形成された中空構造体５４は、冷却機構の一部を構成する。
排気配管１５２側（下流側）のフランジ１９の側面に供給された冷却水は、排気配管１５２側（下流側）のフランジ１９内の空洞３１を経由し、冷却配管３０を通って半割中空構造体５４－１内の空洞３４下部に進む。半割中空構造体５４－１内の空洞３４下部に供給された冷却水は、空洞３４内を下部から上部に向けて溜まっていく。半割中空構造体５４－１内の空洞３４上部から溢れた冷却水は、冷却配管３７を通って半割中空構造体５４－１内の空洞３４下部に供給される。半割中空構造体５４－２内の空洞３４下部に供給された冷却水は、空洞３４内を下部から上部に向けて溜まっていく。半割中空構造体５４－２内の空洞３４上部から溢れた冷却水は、冷却配管３２を通って排気配管１５０側（上流側）のフランジ１９内の空洞３３に進む。そして、フランジ１９内の空洞３３を経由し、フランジ１９側面の流出口から排水される。
かかる冷却水が流れている状態で、プラズマ生成回路１０６は、高周波電極１０４を用いて、内管１９０の内側にプラズマを生成させる。プラズマ生成回路１０６は、高周波電極１０４に高周波電圧を印加する。このとき、中空構造体５４内を流れる冷却水を用いて、内部でのプラズマ生成により温度が上昇する誘電体管である内管１９０、及び内管１０９と外部管１０２との間の空間３６を冷却する。これにより、高周波電圧が印加され、温度が上昇する高周波電極１０４を直接冷却する。第１の実施形態では、中空構造体５４と金属薄膜５０との間に熱伝導率が大きい緩衝部材５２を挟んで隙間なく密着させている。よって、中空構造体５４を直接冷却することで金属薄膜５０を効率よく冷却できる。さらに、金属薄膜５０の内周面と密着する内管１０９を効率よく冷却できる。よって、内管１９０の温度上昇を抑制できる。
図１０は、第１の実施形態の比較例２における排気配管装置の一例の正面図である。図１０の比較例２では、誘電体管３９０の外周側の外部管３０２と誘電体管３９０との間の空間に、高周波電極３０４が配置される場合を示している。また、誘電体管３９０の両端部には、グランド電極として作用する配管用フランジ３１９が配置される。そして、フランジ３１９をグランド電極として、高周波電極３０４に高周波（ＲＦ）電圧を印加することで容量結合プラズマ（ＣＣＰ）を生成する。かかる構成では、フランジ３１９と高周波電極３０４との間で容量結合し、放電することになる。
図１０の例において、誘電体管３９０及び高周波電極３０４の外周側に配置された外部管３０２の外周面を、冷却水の供給により冷却することも考えられる。しかしながら、外部管３０２の外側を冷却しても、外部管３０２を介して外部管３０２と誘電体管３９０との間の空間を十分に冷却することは困難である。そのため、外部管３０２の冷却では、誘電体管３９０の温度は上昇していき、破損するおそれがある。
これに対して、第１の実施形態では、内管１９０外周面を高周波電極１０４で直接冷却するので、外部管１０２の外側から冷却する場合に比べて、内管１９０の温度上昇を抑制できる。なお、第１の実施形態において、内管の外側に外部管を配置した２重管構造が形成されない場合に、空洞３４が形成された中空構造体５４を冷却機構の一部として冷却することで、内管１９０の温度上昇を抑制可能なように構成しても好適である。
以上のように、第１の実施形態によれば、プラズマ生成を均一な状態に近づけることができると共に、真空ポンプ近くの排気配管内部に堆積する生成物を除去することができる。
（第２の実施形態）
図１０に示した比較例２の構成では、フランジ３１９と高周波電極３０４との間で容量結合し、放電することになる。放電は、誘電体管３９０内部だけではなく、誘電体管３９０外部において、例えば大気圧とされた側でも生じ得る。そのため、フランジ３１９（グランド電極）と高周波電極３０４との間の距離Ｌ３を大気圧側が放電しない程度まで大きくすることが望まれる。フランジ３１９（グランド電極）と高周波電極３０４との間の距離Ｌ３が大きい場合、誘電体管３９０内のガス流量や圧力が増加するとプラズマの生成が困難となり、不安定な放電になってしまう。これに対して、高周波電極３０４のガスの流れ方向の電極サイズを小さくし、電圧を上げる、或いは／及びフランジ３１９（グランド電極）と高周波電極３０４との間の距離Ｌ３を小さくすることでプラズマを生成し易くなるものの、大気圧側での異常放電（アーキング）が生じ易くなってしまう。
そこで、第２の実施の形態では、高周波電極１０４との距離が内管１９０の外部側よりも内部側の方が小さくなるようにグランド電極を配置する。
図１１は、第２の実施形態における排気配管装置の一例の正面方向から見た断面図である。第２の実施形態における排気配管装置の一例の上面方向から見た断面図は省略する。図１１において、内管１９０の内部側に各フランジ１９面から高周波電極１０４側に延びるリング状の凸部１８がそれぞれ配置された点以外は、図２と同様である。
各凸部１８は、導電性材料で形成され、グランド電極の一部を構成する。各凸部１８は、例えば、それぞれが接続されるフランジ１９と一体で形成される。或いは、フランジ１９と導通していればフランジ１９と別体として形成されても構わない。また、各Ｏリング抑え１１が導電性材料で形成される場合、各Ｏリング抑え１１は、凸部１０と当接されることにより、グランド電極の一部を構成することになる。
そして、図１１の例においては、内管１９０の外部側では、凸部１０の先端或いはＯリング抑え１１の高周波電極１０４側の露出面が高周波電極１０４と最も近いため、凸部１８の先端と高周波電極１０４との距離Ｌ１が、内管１９０の外部側の凸部１０の先端或いはＯリング抑え１１の高周波電極１０４側の露出面と高周波電極１０４との距離Ｌ２よりも小さくなるように凸部１８が形成されている。凸部１０が無い場合には、凸部１８の先端と高周波電極１０４との距離Ｌ１が、内管１９０の外部側のフランジ面と高周波電極１０４との距離よりも小さくなるように凸部１８を配置する。これにより、高周波電極１０４に高周波電圧を印加した際、凸部１８と高周波電極１０４との間で先に放電が生じる。そのため、例えば大気圧とされた側で異常放電（アーキング）を起こすほどの電圧を印加することなく、内管１９０内部で容量結合によるプラズマを生成することができる。真空側の電極間距離を小さくすることで、アーキングの抑制の他に、さらに、プラズマの着火性や安定性を高めることができる。
なお、凸部１８の先端と高周波電極１０４との距離Ｌ１が、さらに、接地された外部管１０２と高周波電極１０４との距離よりも小さくなるように凸部１８が配置されることが望ましい。
その他の構成は、図２と同様である。
以上のように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果の他に、さらに、アーキングといった異常放電を回避しながら、真空ポンプ近くの排気配管内部に堆積する生成物を除去できる。
（第３の実施形態）
上述した各実施形態では、冷却水を中空構造体５４内の空洞３４に流すことにより、高周波電極１０４と密着する内管１９０を直接冷却する構成について説明した。第３の実施形態の冷却機構は、さらに、内管１９０と外部管１０２との間の空間３６を冷却する構成について説明する。
図１２は、第３の実施形態における排気配管装置の一例の正面方向から見た断面図である。第３の実施形態における排気配管装置の一例の上面方向から見た断面図は省略する。図１２において、さらに、ガス導入口４１、バルブ４０（或いは逆止弁４２）、ガス排出口４３、及びバルブ４４（或いは逆止弁４６）を追加した点以外は、図１１と同様である。第３の実施形態における冷却機構は、バルブ４０（或いは逆止弁４２）を介して、外部管１０２の外周面の下部側に配置されたガス導入口４１から冷却ガス（冷媒の他の一例）を内管１０９と外部管１０２との間の空間３６内に導入する。そして、外部管１０２の外周面の上部側に配置されたガス排出口４３から、バルブ４４（或いは逆止弁４６）を介して、冷却ガスを外部に排出する。かかる冷却ガスを内管１０９と外部管１０２との間の空間３６内に流すことで、内部でのプラズマ生成により温度が上昇する誘電体管である内管１９０、及び内管１０９と外部管１０２との間の空間３６を冷却する。冷却ガスにより内管１０９が冷却されることで、内管１０９の破損の抑制効果をさらに高めることができる。冷却ガスとして、例えば、空気が用いられる。
冷却ガスは、大気圧よりも高い圧力で内管１０９と外部管１０２との間の空間３６内に導入される。よって、内管１０９と外部管１０２との間の空間３６内の圧力は、内管１０９の内側の空間の圧力及び大気圧よりも高い圧力に制御される。内管１０９と外部管１０２との間の空間３６内の圧力は、外部管１０２の外周面に配置された通気口４７を介して圧力センサ４８によって測定され、空間３６内の圧力の変動がモニタされる。ここで、内部でのプラズマ生成により温度が上昇する誘電体管である内管１９０が仮に破損した場合、真空側に多くの冷却ガスが流れ込むと真空破壊が生じてしまう。そこで、圧力センサ４８によって内管１９０の破損を検知する。
具体的には、圧力センサ４８によって圧力低下が検知された場合に、バルブ４０，４４を遮断するように制御する。これにより、冷却ガスの排気ラインへの流入を最小限に留めることができる。バルブ４０の代わりに逆止弁４２が用いられる場合、１次圧と２次圧の圧力差が０．１ＭＰａより高い圧力であって、冷却ガスの供給圧よりも低い圧力で遮断するようにクラッキング圧が設定された逆止弁４２を用いる。冷却ガスの供給が供給元において停止すると、１次圧（逆止弁の１次側）が大気圧、２次圧（外部管１０２内部）が大気圧以下（破損により圧力が大気圧より低下）、差圧が０．１ＭＰａ以下となるので、０．１ＭＰａ＜クラッキング圧力＜供給圧としておけば、冷却ガスは流れない。よって、内管１９０の破損の検知に応じて冷却ガスの供給が供給元において停止していれば、１次側が大気に開放された場合でも大気を外部管１０２内部へと流入させないようにできる。また、バルブ４４の代わりに逆止弁４６を用いる場合、内管１９０が破損すれば１次圧が２次圧よりも低くなるので流路を遮断できる。よって、大気を外部管１０２内部へと流入させないようにできる。
その他の構成は、図１１と同様である。
以上のように、第３の実施形態によれば、第１と第２の実施形態と同様の効果の他に、さらに、内管１９０の冷却効果を高めることができる。
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、本発明の実施形態において、エッチング装置等成膜装置以外の半導体製造装置に排気配管装置が適用されても良い。
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての排気配管装置は、本発明の範囲に包含される。
１８ 凸部、１９ フランジ、３０，３２，３７ 冷却配管、３１，３３，３４ 空洞、４０，４４ バルブ、４１ ガス導入口、４２，４６ 逆止弁、４３ ガス排出口、５０ 金属薄板、５２ 緩衝部材、５４ 中空構造体、５６，５８ ネジ、１００ 排気配管装置、１０２ 外部管、１０４ 高周波電極、１０５ 導入端子ポート、１０６ プラズマ生成回路、１１１ 導入端子、１５０，１５２ 配管、１９０ 内管、２０２ 成膜チャンバ、４００ 真空ポンプ

Claims (5)

  1. プロセスチャンバと前記プロセスチャンバ内を排気する真空ポンプとの間に配置される排気配管の一部として用いられる排気配管装置であって、
    誘電体管と、
    前記誘電体管の外周側に配置された金属薄板と前記金属薄板の外周側に配置された緩衝部材と前記緩衝部材の外周側に配置された導電性の中空構造体とを有し、高周波電圧が印加される高周波電極と、
    前記誘電体管の内側にプラズマを生成させるプラズマ生成回路と、
    を備えたことを特徴とする排気配管装置。
  2. 前記中空構造体内の空間に冷媒を導入し、前記緩衝部材と前記金属薄板とを介して、前記誘電体管を冷却する冷却機構をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の排気配管装置。
  3. 前記金属薄板の厚さは、前記中空構造体の厚さより薄いことを特徴とする請求項１又は２記載の排気配管装置。
  4. 前記中空構造体に前記高周波電圧が印加され、
    前記金属薄板は、前記中空構造体を介して前記高周波電圧が印加され、
    前記中空構造体と前記金属薄板は、電気的に略同電位であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の排気配管装置。
  5. 前記誘電体管の端部側に配置され、前記誘電体管を固定するフランジをさらに備え、
    前記フランジは接地され、
    前記高周波電極とフランジ間の電位差により前記プラズマが生成されることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の排気配管装置。
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