JP3088604B2 - 高周波誘導熱プラズマ装置 - Google Patents

高周波誘導熱プラズマ装置

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JP3088604B2
JP3088604B2 JP06042260A JP4226094A JP3088604B2 JP 3088604 B2 JP3088604 B2 JP 3088604B2 JP 06042260 A JP06042260 A JP 06042260A JP 4226094 A JP4226094 A JP 4226094A JP 3088604 B2 JP3088604 B2 JP 3088604B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、管内に適宜な圧力のガ
スを供給し、管の外側に配置した誘導コイルに高周波を
供給することにより管内にプラズマを発生させるように
した高周波誘導熱プラズマ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図1は、高周波誘導プラズマを用いた成
膜装置に使用されるプラズマトーチを示しており、高周
波誘導プラズマトーチ1は、外管に石英および内管に窒
化珪素などの絶縁性物質で形成された円筒状の水冷の二
重管2、ガスリング3および二重管2の周囲に巻回され
た誘導コイル4などより構成されている。誘導コイル4
には、絶縁のためにテフロンチューブが被覆されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような高周波誘導
熱プラズマトーチでは、ガスリング3先端が高温のプラ
ズマに接するため、先端部が溶融しないように、ガスリ
ング3などへ加熱させた冷却媒体の循環路を設ける必要
がある。図1において、30はガスリング3の先端部に
設けられたキャップであり、キャップ30は耐腐食性及
び電気絶縁性で熱の良伝導体材料、例えば窒化珪素(S
34)などで形成されている。またキャップ30は薄
肉構造となっており、その内側の一部Sにはネジが切ら
れており、ガスリングのベース部材31に対してネジ止
めされている。キャップ30とベース部材31との間は
冷却媒体の通路32となり、通路32には入口通路33
から冷却媒体が供給され、出口通路34から媒体が排出
される構造となっている。なお、Oはオーリングシール
である。このような構成の動作を次に説明する。
【0004】ガスリング3の組み立ては、ベース部材3
1に対してキャップ30を捩じ込むことによって行われ
る。その後、入口通路33,通路32,出口通路34に
冷却媒体を流すと共に、図1では図示していないが、ベ
ース部材31に設けられた孔を介してリング状の通路B
にプラズマガスを流し、誘導コイル4に高周波電力を供
給し、図示してない点火機構を用いて点火すれば、二重
管2内に高周波誘導プラズマを形成することができる。
【0005】さらに、通路Bを介して二重管2内に成膜
材料(気体)を供給すれば、成膜材料をプラズマ化する
ことができる。この結果、キャップ30部分は高温のプ
ラズマに晒されることになる。しかしながら、キャップ
30は冷却媒体によって冷却されるため、長期間使用し
ても溶融されることはない。なお、入口通路33から通
路32に供給される冷却媒体として、180℃程度の温
度の熱媒体油が使用される。この熱媒体油はプラズマに
対してはキャップ30を冷却する効果があり、ベース部
材31中の孔を介して通路Bから二重管2内に供給され
る成膜材料に対しては凝縮を防ぐための加熱の役割を有
している。
【0006】上記した構造の問題点は、油を循環媒体と
していることである。もし、ガスリング先端のキャップ
30部分が高温のプラズマにより破損した場合、二重管
2や排出管および容器が全て油まみれになり、その後は
使用できなくなってしまう。冷却媒体として、高圧水
(100°C以上に加熱した水)を用いることも考えら
れるが、その場合には設備が複雑となるほか、高圧水の
配管が破裂する危険を考慮しなければならないなど他の
問題が生じる。
【0007】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、冷却媒体として油を用いず冷却水
によって安全にガスリング先端部の冷却を行うことがで
きる高周波誘導熱プラズマ装置を実現するにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に基づく高周波誘
導熱プラズマ装置は、絶縁性物質で形成された管と、管
の一端に設けられ、プラズマガスを管内に供給するため
のガスリングと、管の外側に配置された高周波誘導コイ
ルとを備え、管内でプラズマを発生させるようにした高
周波誘導熱プラズマ装置において、ガスリングの先端部
分の内部に冷却水を供給するように構成すると共に、ガ
スリングのプラズマガス供給路に沿って加熱手段を配設
したことを特徴としている。
【0009】
【作用】本発明に基づく高周波誘導熱プラズマ装置は、
プラズマガスを供給するためのガスリングの冷却を通常
の冷却水で行い、更に、プラズマガスの供給路に沿って
加熱手段を配設し、プラズマガスが冷却され凝縮される
ことを防ぐ。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図2は、本発明に基づく高周波誘導熱プラ
ズマ装置を示しており、図1に示した従来の装置と同一
ないしは類似要素には同一番号が付されている。この図
2において、絶縁性支持棒50には入口通路51と出口
通路52とを形成するフランジ53,54が取り付けら
れ、また、フランジ53,54の間に二重管2が配置さ
れている。入口通路51からの冷却水は、二重管2内部
を通り、出口通路52から排出される。二重管2の外側
には誘導コイル4が設けられている。
【0011】二重管2の上部にはガスリング3が設けら
れているが、このガスリング3は基本的には図1の構成
と同一である。すなわち、30はガスリング3の先端部
に設けられたキャップであり、キャップ30は耐腐食性
及び電気絶縁性で熱の良伝導体材料、例えば、ジルコニ
ウム、ジルコニア、窒化珪素などで形成されている。ま
たキャップ30は薄肉構造となっており、その内側の一
部Sにはネジが切られており、ガスリングのベース部材
31に対してネジ止めされている。キャップ30とベー
ス部材31との間は冷却媒体の通路32となり、通路3
2には入口通路33から冷却媒体とに通常の冷却水が供
給され、出口通路34から冷却水が排出される構造とな
っている。なお、Oはオーリングシールである。
【0012】ベース部材31の側面には、ベース部材3
1に熱が奪われないようにセラミックスなどの保温材5
5を介してパイプ状のヒーターが取り付けられている。
フランジ54上には、フランジ57と58とが設けら
れ、フランジ57には、プラズマガスの供給路59と、
供給路59と連通したリング状の溝60とが内部に形成
されている。
【0013】また、フランジ58には、プラズマガスの
供給路61と、供給路61と連通したリング状の溝62
とが内部に形成されている。溝60と62の内側には、
プレート63が貼り付けられており、このプレート63
にはプラズマガスを通路Bに噴き出させるための複数の
微小孔64が穿たれている。フランジ57と58との境
界部には、円盤状のヒーター65が設けられている。な
お、フランジ57とフランジ54との間、および、フラ
ンジ58とガスリング3との間には、テフロンなどの熱
伝導の悪い材料で形成された保温用のフランジ66,6
7が配設されている。
【0014】前記パイプ状のヒーター56は、真空導入
端子68を介して図示していない加熱電源に接続され、
また、円盤状ヒーター65は、真空導入端子69を介し
て図示していない加熱電源に接続されている。また、真
空導入端子68,69の装着部分は、セラミックスなど
で固められており、水蒸気等による電気ショートを防ぐ
ように構成されている。また、各ヒーターの表面には、
セラミックスやフロン等の電気絶縁コーティングが全面
にわたり施されている。このような構成の動作を次に説
明する。
【0015】管2内におけるプラズマの着火は、図1に
示した従来構成と同様に、最初ガスリング3のプラズマ
ガス供給路59と61にアルゴンガスのみを供給して行
う。その後、成膜材料のガスが供給路59と61からそ
れぞれ溝60,62に入り、更に、溝内部からプレート
63に穿たれた微小孔64を通って通路B内に噴き出さ
れ、プラズマP中に導入される。
【0016】ここで、ガスリング3の先端部のキャップ
30部分は高温のプラズマに晒されることになる。しか
しながら、入口通路33から通路32に通常の冷却水が
供給されており、キャップ30は冷却水によって冷却さ
れるため、長期間使用しても溶融されることはない。一
方、冷却水の供給により、キャップ30部分の冷却が効
率良く行われることは好ましいが、冷却水によって混合
ガスの供給路59,61や通路Bの側面も冷却されるこ
とになる。
【0017】この供給路59,61や通路Bが冷却され
ると、供給される成膜材料ガスが冷やされ、凝縮する。
凝縮した液滴がプラズマP中に導入されると、プラズマ
の状態を不安定とし、極端な場合にはプラズマが消えて
しまうこともある。そのため、本実施例では、プラズマ
ガス供給路59,61を形成するフランジ57,58を
円盤状ヒーター65によって加熱するように構成してい
る。また、通路Bの側面にはパイプ状ヒーター56が設
けられており、このヒーターにも外部の加熱電源から加
熱電流を供給して加熱するようにしている。その結果、
プラズマガス供給路59,61を通り、更に通路Bを通
る成膜材料のガスは、ヒーター65,56により適宜加
熱されるため、凝縮することなく管2内に形成されてい
るプラズマP中に導入される。従って、プラズマを長時
間安定に維持することができる。
【0018】上記したように、ガスリング3内に供給す
る冷却媒体として、通常の冷却水を用いたので、万一キ
ャップ30部分が破損し、冷却媒体が管2内部などに飛
散したとしても、冷却媒体が従来の油を用いず通常の冷
却水であるため、その後の管2内部や排気管125およ
び容器17や130の回復を容易に行うことができる。
又、高い加熱温度とするための高圧水を用いる必要がな
いため、冷却媒体の供給管などの冷却媒体通路について
高圧対策などの特別な安全対策を施す必要もない。
【0019】図3は本発明の他の実施例を示している
が、この実施例で図2の実施例と同一ないしは類似の構
成要素には同一番号を付しその詳細な説明は省略する。
この実施例で、ガスリングの構造が図2に示した実施例
と異なっている。図3において、ガスリング80はベー
ス部材81の中心に可動の水冷プローブ(三重管構造)
82を設け、更に、プローブ82の中心に加熱ヒーター
83を取り付けている。又、水冷プローブ82にヒータ
ーパイプ83の熱が奪われないように、プローブ82の
内壁とヒーターパイプ83との間に熱伝導の悪いセラミ
ックスパイプ84を入れている。ヒーターパイプ83は
真空導入端子85を介して加熱電源86に繋がってい
る。なお、プローブ82は入口通路87を介して冷却水
が供給され、出口通路88からその冷却水が排出され
る。
【0020】上記した構成は、プラズマP中へ原料、例
えば、SiCl4などのCVD用ガスを供給する場合に
用いられる。一般に、物質は温度を上昇させると固体か
ら液体となり、更に気体へと変化する。この気体を更に
高温に加熱すると、プラズマ状態となることが知られて
いる。従って、原料をよりスムーズに反応させるために
は、プラズマに原料を供給する前段階として、なるべく
プラズマに近い状態、すなわち、気体状態とすることが
望ましい。又、液体よりも気体のほうがより拡散しやす
く、均一な反応が期待できることや、プラズマそのもの
を乱さないなど、より良い効果をもたらす。従って、S
iCl4など常温で液体の原料を加熱させて気体化さ
せ、プラズマに供給することは重要なポイントとなる。
【0021】このような点に鑑みて、図3の構成では、
気体状態に加熱した原料Gをガスリング80のプローブ
82の中心から供給するようにしている。そしてガスリ
ング80の水冷プローブは水冷されているものの、中心
部分には加熱ヒーターパイプ83が設けられており、こ
の加熱ヒーターパイプ83を加熱することにより、この
パイプ83を通る気体状態の原料Gを、その状態を維持
してプラズマP中に導入することができる。
【0022】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
はこの実施例に限定されない。例えば、主として成膜用
のプラズマ装置について説明したが、他の用途のための
プラズマ装置にも本発明を適用することができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく高
周波誘導熱プラズマ装置は、プラズマガスを供給するた
めのガスリングの冷却を通常の冷却水で行い、更に、プ
ラズマガスの供給路に沿って加熱手段を配設するように
構成した。その結果、プラズマガス供給路を通り、プラ
ズマ中に向かうガスは、加熱手段により適宜加熱される
ため、凝縮することなくプラズマ中に導入される。従っ
て、プラズマを長時間安定に維持することができる。ま
た、ガスリング内に供給する冷却媒体として、通常の冷
却水を用いたので、万一プラズマに晒されるガスリング
先端部分が破損し、冷却媒体が管内部などに飛散したと
しても、冷却媒体が従来の油を用いず通常の冷却水であ
るため、その後の管内部の回復を容易に行うことができ
る。又、高い加熱温度とするための高圧水を用いる必要
がないため、冷却媒体の供給管などの高圧冷却媒体通路
について特別な安全対策を施す必要もない。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の高周波誘導プラズマトーチを示す図であ
る。
【図2】本発明に基づく高周波誘導熱プラズマ装置の一
実施例におけるガスリング部分の一部詳細を示す図であ
る。
【図3】本発明に基づく高周波誘導熱プラズマ装置の他
の実施例におけるガスリング部分の一部詳細を示す図で
ある。
【符号の説明】 2 二重管 3 ガスリング 4 誘導コイル 30 キャップ 31 ベース部材 32 冷却媒体通路 33 入口通路 34 出口通路 56 パイプ状ヒーター 53,54,57,58 フランジ 55 保温材 59,61 プラズマガス供給路 60,62 溝 63 プレート 64 微小孔 65 円盤状ヒーター 68,69 真空導入端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 1/30 H05H 1/46 C23C 4/00 C23C 16/50

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性物質で形成された管と、管の一端
    に設けられ、プラズマガスを管内に供給するためのガス
    リングと、管の外側に配置された高周波誘導コイルとを
    備え、管内でプラズマを発生させるようにした高周波誘
    導熱プラズマ装置において、ガスリングの先端部分の内
    部に冷却水を供給するように構成すると共に、ガスリン
    グのプラズマガス供給路に沿って加熱手段を配設したこ
    とを特徴とする高周波誘導熱プラズマ装置。
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