JP5105775B2 - Insulating piping, plasma processing apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁配管、イオン化室とガス導入系間を絶縁する絶縁配管を用いたプラズマ処理方法及び装置に関する。
特に、絶縁配管、並びにイオン照射装置、イオン注入装置、イオンミリング装置、イオンビーム加工装置等のガス導入部に高電圧が印加されるプラズマ処理装置及び方法に関するものである。
The present invention relates to a plasma processing method and apparatus using an insulating pipe and an insulating pipe for insulating between an ionization chamber and a gas introduction system.
In particular, the present invention relates to a plasma processing apparatus and method in which a high voltage is applied to an insulating pipe and a gas introduction unit such as an ion irradiation apparatus, an ion implantation apparatus, an ion milling apparatus, and an ion beam processing apparatus.
原料ガスをプラズマ化し、これに高電圧を印加して加速し、イオンビームとして試料に照射する装置として、イオンビーム注入装置、イオンミリング装置、イオンビーム加工装置などがあるが、ここではそれらを一括してプラズマ処理装置と呼ぶことにする。
プラズマ処理装置においては、イオン化方法、ガス種、ガス圧などの様式は様々である。
また、イオン化方法には、高周波によるもの、マイクロ波によるもの、フィラメントによるもの、電子銃によるものなどがあるが、いずれにしてもイオン源の部分には高電圧が印加される。
従って、原料ガスは高電圧のイオン化室に接続されなければならない。
There are ion beam implantation equipment, ion milling equipment, ion beam processing equipment, etc. as devices that turn source gas into plasma, accelerate it by applying a high voltage to it, and irradiate the sample as an ion beam. It will be called a plasma processing apparatus.
In the plasma processing apparatus, there are various modes such as an ionization method, a gas type, and a gas pressure.
Also, ionization methods include those using high frequency, microwaves, filaments, and electron guns. In any case, a high voltage is applied to the ion source.
Therefore, the source gas must be connected to a high voltage ionization chamber.
従来、イオン化室のガス圧力が10-2Pa〜10Pa程度となるようなプラズマ処理装置において、ガスボンベから高電圧にあるイオン源にガスを供給する場合、つぎの二つの形態が知られている。
すなわち、その一つはガスボンベを高電位に設けるガスボンベ高電位方式であり(例えば、特許文献1参照)、他の一つはガスボンベを接地電位に設けるガスボンベ接地電位方式である(例えば、特許文献2参照)。
Conventionally, in a plasma processing apparatus in which the gas pressure in an ionization chamber is about 10 −2 Pa to 10 Pa, the following two modes are known when supplying gas from a gas cylinder to an ion source at a high voltage.
That is, one is a gas cylinder high potential system in which a gas cylinder is provided at a high potential (see, for example, Patent Document 1), and the other is a gas cylinder ground potential system in which a gas cylinder is provided at a ground potential (for example, Patent Document 2). reference).
以下に、これらの各方式について説明する。
(1)ガスボンベ高電位方式
この方式においては、ガスボンベをイオン化室と同電位に設置する。こうすることで、イオン化室とガスボンベとの間を絶縁する必要が無くなる。
つぎに、図2を用いてガスボンベ高電位方式の一例として、イオン源にECRプラズマ装置を用いたプラズマ処理装置について説明する。
図2において、コイル201に電流を流し磁場を発生させながら、導波管202を通してマイクロ波を真空窓203に入射すると、イオン化室204の中にプラズマ205が発生する。
このときイオン化室204及び処理チャンバー206は排気装置207により真空に引かれている。
同時にガスボンベ208からガス流量制御器209を介して任意の流量に調整された原料ガスが金属配管210を通ってイオン化室204に導入される。
その時イオン化室204内圧力は0.05〜0.5Pa程度である。
また、イオンを加速して試料211に照射するために、処理チャンバー206を接地電位にし、イオン化室204を加速電源212により1KV以上の高電位にする。
イオン化室204と処理チャンバー206の間には絶縁碍子213により互いに絶縁されている。
同様に互いに絶縁されているグリッド導電板214、215および216に任意の電位を与えることにより、プラズマ205からイオン217が引き出され、加速されて試料211に照射される。
金属配管210、ガスボンベ208、ガス流量制御器209等のガス導入系は全てイオン化室と同じく高電位になるので、全体を高電圧架台218に載せて接地電位から絶縁する。
Hereinafter, each of these methods will be described.
(1) Gas cylinder high potential system In this system, the gas cylinder is installed at the same potential as the ionization chamber. This eliminates the need for insulation between the ionization chamber and the gas cylinder.
Next, a plasma processing apparatus using an ECR plasma apparatus as an ion source will be described as an example of a gas cylinder high potential method with reference to FIG.
In FIG. 2, when a microwave is incident on the
At this time, the
At the same time, the raw material gas adjusted to an arbitrary flow rate is introduced from the
At that time, the pressure in the
In order to accelerate the ions and irradiate the
The
Similarly, by applying an arbitrary potential to the grid
Since the gas introduction system such as the
(2)ガスボンベ接地電位方式
この方式においては、ガスボンベを接地電位として、ガスボンベと1KV以上の高電位のイオン化室との間に絶縁配管を設けて絶縁する。
つぎに、図3を用いてガスボンベを接地電位方式の一例として、イオン源にECRプラズマ装置を用いたプラズマ処理装置について説明する。
図3において、コイル301に電流を流し磁場を発生させながら、導波管302を通してマイクロ波を真空窓303に入射すると、イオン化室304の内部にプラズマ305が発生する。
このときイオン化室304及び処理チャンバー306は排気装置307により真空に引かれている。
同時にガスボンベ308からガス流量制御器309を介して任意の流量に調整された原料ガスが金属配管310を通ってイオン化室に導入される。
その時イオン化室304の圧力は0.05〜0.5Pa程度である。
また、イオンを加速し試料311に照射するために、処理チャンバー306を接地電位にし、イオン化室304を加速電源312により高電位にする。
イオン化室304と処理チャンバー306の間には絶縁碍子313により互いに絶縁されている。
同様に互いに絶縁されているグリッド導電板314、315および316に任意の電位を与えることにより、プラズマ305からイオン317が引き出され、加速されて試料311に照射される。
このとき、ガスボンベ308は接地電位にあるので、ガスボンベ308とガス流量制御器309との間を絶縁配管318により絶縁し、ガス流量制御器309、および金属配管310は、イオン化室と同じ電圧になる高電圧架台319に載せる。
さらに、絶縁配管318内部のガス圧力は放電を防止するために、103Pa〜105Pa程度に調整されている。
Next, a plasma processing apparatus using an ECR plasma apparatus as an ion source will be described using FIG. 3 as an example of a grounding gas gas cylinder.
In FIG. 3, when a microwave is incident on the
At this time, the
At the same time, the raw material gas adjusted to an arbitrary flow rate is introduced from the
At that time, the pressure in the
In order to accelerate ions and irradiate the
The
Similarly, by applying an arbitrary potential to the grid
At this time, since the
Further, the gas pressure inside the
しかしながら、上記従来例のガスボンベ高電位方式及びガスボンベ接地電位方式には、それぞれつぎのような課題を有している。
まず、ガスボンベ高電位方式においては、ガスボンベを含めたガス導入系全体を高電位に設置するために、広い高電圧架台のスペースが必要となる。
また、バルブや流量制御器と制御装置との通信や制御に電線を使うことが出来ず、光ファイバー等の高価な通信手段が必要となる。
その他にも、作業の安全を確保するための煩雑なインターロック等を設けなければならない。
これらの結果、装置が非常に大掛りで複雑なものになり高価格となる。さらに、高電圧架台に載せたガスボンベが空になってしまうと、一時装置を停止し、高圧電源を切ってからガスボンベの交換をしなければならないので、スループットの低下にも繋がってしまうこととなる。
However, the conventional gas cylinder high potential system and gas cylinder ground potential system have the following problems, respectively.
First, in the gas cylinder high potential system, a large space for a high voltage gantry is required to install the entire gas introduction system including the gas cylinder at a high potential.
In addition, an electric wire cannot be used for communication and control between the valve or the flow rate controller and the control device, and an expensive communication means such as an optical fiber is required.
In addition, a complicated interlock for ensuring the safety of work must be provided.
As a result, the apparatus becomes very large and complicated, and the price is high. Furthermore, if the gas cylinder placed on the high-voltage gantry becomes empty, the temporary device must be stopped and the gas cylinder must be replaced after turning off the high-voltage power supply, leading to a decrease in throughput. .
つぎに、ガスボンベ接地電位方式においては、バルブ類やガス流量制御器等が高電位になるので、やはりある程度広い高電圧架台が必要となる。
特に、数種類の原料ガスを任意の割合で混合して使用する場合、原料ガス種の数だけ絶縁碍子が必要となる。
また、ガスボンベ高電位方式の場合と同様に、バルブや流量制御器と制御装置との通信や制御に電線を使うことが出来ず、光ファイバー等の高価な通信手段が必要となる。
その他にも、作業の安全を確保するための煩雑なインターロック等を設けなければならないので、装置が非常に大掛りで複雑なものになり高価格となる。
さらに、絶縁配管としてプラスチック等を用いると、ガス透過率が大きく不純物を混入し高精度なプロセスに適さない。
また、セラミック等を用いると更に高価となるだけでなく、放電防止のために絶縁配管内部の圧力を比較的高くしなければならないことから、セラミックの機械的強度が弱いため、安全性に支障を及ぼすこととなる。
Next, in the gas cylinder ground potential system, valves and gas flow rate controllers are at a high potential, so a high voltage base that is somewhat wide is also required.
In particular, when several kinds of source gases are mixed and used at an arbitrary ratio, the number of insulators required for the number of source gas types is required.
Further, as in the case of the gas cylinder high potential method, an electric wire cannot be used for communication and control between the valve and the flow rate controller and the control device, and an expensive communication means such as an optical fiber is required.
In addition, since a complicated interlock or the like for ensuring the safety of work must be provided, the apparatus becomes very large and complicated, resulting in a high price.
Further, when plastic or the like is used as the insulating pipe, the gas permeability is large and impurities are mixed, which is not suitable for a highly accurate process.
In addition, the use of ceramics is not only more expensive, but also the pressure inside the insulated piping must be relatively high to prevent discharge, so the mechanical strength of the ceramic is weak, which hinders safety. Will be affected.
本発明は、上記課題に鑑み、省スペース化及び低コスト化を図ることができ、操作性を改善することが可能となる絶縁配管、イオン化室とガス導入系間を絶縁する絶縁配管を用いたプラズマ処理装置及び方法を提供することを目的としている。 In view of the above-mentioned problems, the present invention uses an insulating pipe that can save space and cost and can improve operability, and an insulating pipe that insulates between the ionization chamber and the gas introduction system. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and method.
本発明は上記課題を解決するため、次のように構成した絶縁配管、イオン化室とガス導入系間を絶縁する絶縁配管を用いたプラズマ処理装置及び方法を提供するものである。
本発明の絶縁配管は、管の両端が電気的に絶縁されている絶縁配管であって、
間隔をおいて配置された、開口を有する金属フランジと、
前記間隔をおいて配置された金属フランジ間に配された絶縁碍子と、
前記金属フランジ及び前記絶縁碍子によって形成された空間内を、
半月状の開口部を有する金属板を、前記開口部が異なる位置になるように複数配置することにより内部流路が直線にならないように分割し、
前記分割された空間に、前記金属フランジと導通された複数の開口部を有し、前記絶縁配管内の圧力下で放電が起こらない間隔で、複数枚重ねて配設された多孔導電板と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の絶縁配管は、前記多孔導電板の間にはスペーサーが配されていることを特徴とする。
また、本発明のプラズマ処理装置は、イオン化室と、該イオン化室に原料ガスを導入するガス導入系とを備え、
該イオン化室と該ガス導入系との間を絶縁する、上記したいずれかに記載の絶縁配管を有することを特徴とする。
また、本発明のプラズマ処理方法は、イオン化室と、ガス導入系を備え、前記イオン化室に前記ガス導入系から原料ガスを導入し、前記イオン化室にて発生させたプラズマで試料を処理するプラズマ処理方法において、
前記イオン化室とガス導入系との間を、絶縁配管によって絶縁し、該絶縁配管を通して前記イオン化室に前記原料ガスを導入するに際し、
前記絶縁配管として、間隔をおいて配置された、開口を有する金属フランジと、
前記間隔をおいて配置された金属フランジ間に配された絶縁碍子と、
前記金属フランジ及び前記絶縁碍子によって形成された空間内を、
半月状の開口部を有する金属板を、前記開口部が異なる位置になるように複数配置することにより内部流路が直線にならないように分割し、
前記分割された空間に、前記金属フランジと導通された複数の開口部を有し、前記絶縁配管内の圧力下で放電が起こらない間隔で、複数枚重ねて配設された多孔導電板と、
を有する絶縁配管を用いることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a plasma processing apparatus and method using an insulating pipe configured as follows, and an insulating pipe for insulating an ionization chamber and a gas introduction system.
The insulated pipe of the present invention is an insulated pipe in which both ends of the pipe are electrically insulated,
Metal flanges with openings, spaced apart;
An insulator disposed between the metal flanges arranged at intervals, and
In the space formed by the metal flange and the insulator,
Dividing the metal plate having a half-moon shaped opening so that the internal flow path does not become a straight line by arranging a plurality of the openings so that the openings are at different positions,
In the divided space, having said metal flange with a plurality of openings which are conductive, at intervals discharge under pressure does not occur in the insulation pipe, and the porous conductive plate arranged to overlap a plurality of sheets,
It is characterized by having.
Moreover, the insulating pipe of the present invention is characterized in that a spacer is disposed between the porous conductive plates.
The plasma processing apparatus of the present invention includes an ionization chamber and a gas introduction system for introducing a source gas into the ionization chamber,
The insulating pipe according to any one of the above, which insulates between the ionization chamber and the gas introduction system.
Further, the plasma processing method of the present invention includes an ionization chamber and a gas introduction system, and a raw material gas is introduced into the ionization chamber from the gas introduction system, and a sample is processed with plasma generated in the ionization chamber. In the processing method,
Insulating between the ionization chamber and the gas introduction system by an insulating pipe, and when introducing the source gas into the ionization chamber through the insulating pipe,
As the insulating pipe, metal flanges having openings arranged at intervals, and
An insulator disposed between the metal flanges arranged at intervals, and
In the space formed by the metal flange and the insulator,
Dividing the metal plate having a half-moon shaped opening so that the internal flow path does not become a straight line by arranging a plurality of the openings so that the openings are at different positions,
In the divided space, having said metal flange with a plurality of openings which are conductive, at intervals discharge under pressure does not occur in the insulation pipe, and the porous conductive plate arranged to overlap a plurality of sheets,
It is characterized by using an insulating pipe having
本発明によれば、省スペース化及び低コスト化を図ることができ、操作性を改善することが可能となるイオン化室とガス導入系間を絶縁する絶縁配管、絶縁配管を用いたプラズマ処理装置及び方法を実現することができる。
According to the present invention, space saving and cost reduction can be achieved, and an insulation pipe that insulates between an ionization chamber and a gas introduction system that can improve operability, and a plasma processing apparatus using the insulation pipe And methods can be realized.
上記構成により、本発明の課題を達成することができるが、それは本発明者らのつぎのような知見に基づくものである。
一般に、あるガス雰囲気の中に平行平板電極を設け、それらの間に電圧を印加した際に、放電を開始する電圧とガス圧力および電極間距離との関係は、パッシェンの法則により良い近似が与えられることが知られている。
パッシェンの法則によれば、電極間距離をD、ガス圧力をP、放電開始電圧をVsとすると、VsはPとDとの積P・Dの関数として定められる。
この関数の概観図を図4に示す。図4のように、P・Dに対するVsの曲線はV字状であり、Vsが最小値VsmとなるP・Dm、が存在し、このVsmは最小火花電圧と呼ばれている。
大気圧下のように圧力が十分に高い領域では、電極間距離Dを広げ、P・Dを大きくすることで比較的容易に放電を防ぐことが出来る。
しかし、一般的に放電を起こしやすいといわれているガス圧力10-2Pa〜10Pa の領域では、大気圧下での放電防止を目的で設計された絶縁配管を用いると、P・DがこのP・Dmと近い値になるために低い電圧で容易に放電が起こってしまう。
また、このような放電の起こりやすい圧力下で絶縁碍子を長くし、P・Dをより大きくすることで放電を防止しようとすると、必要な絶縁碍子の長さは非常に大きくなってしまい、コストおよび装置スペースの面でも不利になってしまうこととなる。
The above configuration can achieve the object of the present invention, which is based on the following knowledge of the present inventors.
In general, when parallel plate electrodes are provided in a gas atmosphere and a voltage is applied between them, the relationship between the voltage at which discharge starts, the gas pressure, and the distance between the electrodes is given a good approximation by Paschen's law. It is known that
According to Paschen's law, assuming that the distance between electrodes is D, the gas pressure is P, and the discharge start voltage is Vs, Vs is determined as a function of the product P · D of P and D.
An overview of this function is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the curve of V s with respect to P · D is V-shaped, and there is P · D m where Vs has the minimum value V sm, and this V sm is called the minimum spark voltage. .
In a region where the pressure is sufficiently high, such as under atmospheric pressure, discharge can be prevented relatively easily by increasing the inter-electrode distance D and increasing P · D.
However, in the region of gas pressure of 10 −2 Pa to 10 Pa, which is generally said to easily cause discharge, when an insulated pipe designed for the purpose of preventing discharge under atmospheric pressure is used, P · D becomes this P -Since it is close to Dm , discharge easily occurs at a low voltage.
Also, if the insulator is lengthened under such a pressure that is likely to cause a discharge and the discharge is prevented by increasing P · D, the required length of the insulator becomes very large, resulting in a cost increase. In addition, the device space is disadvantageous.
このような課題を解決するため、本発明は電極間距離Dを狭め、P・DをP・Dmよりも十分小さくしても、放電を防ぐことが可能となる絶縁配管を構成したものである。
すなわち、絶縁配管における電極として、複数の開口部を有する導電板もしくはメッシュ導電板(以下、多孔導電板とする)を用い、これにより省スペース化及び低コスト化を図り、操作性を改善することを可能とした。
本実施の形態では、このような多孔導電板を用いた絶縁配管を、プラズマ処理装置における、例えば1kV以上の高い電位にあるイオン化室に原料ガスを導入するに際し、つぎのようなプラズマ処理装置の絶縁配管として用いることができる。
例えば、ガスボンベおよびガス流量制御器を接地電位に設け、ガス流量制御器とイオン化室とを繋ぐ配管の一部を構成する絶縁配管として用いることができる。
In order to solve such problems, the present invention comprises an insulating pipe that can prevent discharge even when the distance D between the electrodes is narrowed and P · D is sufficiently smaller than P · D m. is there.
That is, a conductive plate or a mesh conductive plate (hereinafter referred to as a porous conductive plate) having a plurality of openings is used as an electrode in an insulated pipe, thereby reducing space and cost and improving operability. Made possible.
In the present embodiment, when the source gas is introduced into the ionization chamber at a high potential of, for example, 1 kV or higher in the plasma processing apparatus, the insulating pipe using such a porous conductive plate is used in the following plasma processing apparatus. It can be used as insulating piping.
For example, the gas cylinder and the gas flow controller can be provided at the ground potential, and can be used as an insulating pipe constituting a part of the pipe connecting the gas flow controller and the ionization chamber.
以下に、本発明のプラズマ処理装置の実施の形態について説明する。
[第1の実施の形態]
本実施の形態では、小さい開口部を有する多孔導電板を用いた、プラズマ処理装置の絶縁配管の構成例について説明する。
図5(a)に従来の絶縁配管内の電界について説明する図を、また、図5(b)に本実施の形態における多孔導電板を用いた絶縁配管内の電界について説明する図を示す。
Hereinafter, embodiments of the plasma processing apparatus of the present invention will be described.
[First Embodiment]
In this embodiment, a configuration example of an insulating pipe of a plasma processing apparatus using a porous conductive plate having a small opening will be described.
FIG. 5A is a diagram for explaining an electric field in a conventional insulated pipe, and FIG. 5B is a diagram for explaining an electric field in an insulated pipe using the porous conductive plate in the present embodiment.
図5(a)に示されるように、一般的な絶縁碍子に用いられているような円筒状の金属フランジ501が電極となると、その電極が作る電界は502のようになり、その電界中を電子が飛行できる行程が金属フランジ間距離Dに比べて長くなってしまう。
これに対し、本実施の形態では、図5(b)に示されるように、十分小さい開口部を有する多孔導電板503を用いることで、それらが作る電界504がより平行平板に近い電界となる。
このような多孔導電板を用いた場合、多孔導電板により配管のコンダクタンスが低下し、絶縁配管内のガス圧力が上昇してしまうと放電が起き易くなってしまうので、開口部全体の面積をなるべく大きくするために、開口部の数はなるべく多くするのが好ましい。
As shown in FIG. 5 (a), when a
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 5B, by using a porous
When such a porous conductive plate is used, the conductance of the pipe decreases due to the porous conductive plate, and discharge easily occurs when the gas pressure in the insulating pipe rises. In order to increase the size, it is preferable to increase the number of openings as much as possible.
図6に、以上に基づいて設計された本実施の形態におけるプラズマ処理装置の絶縁配管の具体的構成を示す。
図6において、絶縁碍子601は金属フランジ602、603により挟まれて配置され、前記金属フランジ602、603及び絶縁碍子601によって空間を形成している。
また、多孔導電板604はそれぞれ金属フランジ602、603と導通されている。
絶縁碍子601の長さは大気圧下で放電が起こらないように十分に長くなっており、逆に多孔導電板間距離は絶縁配管内の圧力下で放電が起こらないように十分小さくなっている。
FIG. 6 shows a specific configuration of the insulation piping of the plasma processing apparatus in the present embodiment designed based on the above.
In FIG. 6, an
The porous
The length of the
次に、この絶縁配管を用いて行った耐電圧試験の結果を図7に示す。
図7は、多孔導電板間距離を0.5mm、1mm、2mm、5mm、10mm、20mm、50mmとした時の絶縁碍子内の圧力と放電開始電圧の関係をプロットしたものである。
この試験に用いた多孔導電板は、孔径φ0.5mm、ピッチ1mmの複数開口部を有するφ200mmの多孔導電板であり、絶縁碍子は円筒状のアルミナで、長さは150mmである。なお、絶縁配管内に導入したガスはアルゴンガスである。
図7より、本試験においては多孔導電板間距離が1mmのときにこの絶縁配管は最も高い耐電圧を有することが分かる。
Next, the result of the withstand voltage test performed using this insulated piping is shown in FIG.
FIG. 7 is a plot of the relationship between the pressure in the insulator and the discharge start voltage when the distance between the porous conductive plates is 0.5 mm, 1 mm, 2 mm, 5 mm, 10 mm, 20 mm, and 50 mm.
The porous conductive plate used in this test is a φ200 mm porous conductive plate having a plurality of openings having a hole diameter of φ0.5 mm and a pitch of 1 mm. The insulator is cylindrical alumina and the length is 150 mm. The gas introduced into the insulating pipe is argon gas.
FIG. 7 shows that this insulated pipe has the highest withstand voltage when the distance between the porous conductive plates is 1 mm in this test.
[第2の実施の形態]
本実施の形態では、さらに高い耐電圧を得ることが可能となる絶縁配管の構成例について説明する。
図8に、本実施の形態における絶縁配管の構成を示す。
図8は図6に示した絶縁配管を、開口部を有する導電板801を、隣り合う導電板の開口部を合致させず、隙間をあけて複数枚重ねることにより、隣り合う絶縁配管802、803、804の内部流路が直線にならないように複数段接続したものである。
[Second Embodiment]
In this embodiment, a configuration example of an insulating pipe that can obtain a higher withstand voltage will be described.
FIG. 8 shows the configuration of the insulating piping in the present embodiment.
FIG. 8 shows the insulating
この多段の絶縁配管を用いて行った耐電圧試験の結果を図9に示す。
図9は絶縁配管の段数を1段、2段、3段としたときの、絶縁碍子内の圧力と放電開始電圧の関係をプロットしたものである。
この試験に用いた多孔導電板は、孔径φ0.5mm、ピッチ1mmの複数開口部を有するφ200mmの多孔導電板であり、絶縁碍子は円筒状のアルミナで、長さは100mmである。
多孔導電板間の距離は全て1mmとしている。また本試験においては、隣り合う絶縁配管の内部流路が直線にならないように、半月状の開口部を有する厚さ1mmの金属板を3枚用いている。なお、絶縁配管内に導入したガスはアルゴンガスである。
図9から、このように絶縁配管を多段とすると耐電圧は絶縁配管の段数に比例することが分かる。
本試験においては、隣り合う絶縁配管の内部流路が直線にならないように複数枚の金属板を用いたが、このような構成に限定されるものではない。
例えば、これ以外にも図10に示すように、エルボやフレキシブル配管等の曲がった金属配管1001を用いて隣り合う絶縁配管1002、1003の内部流路が直線にならないようにする構成によっても、同様の効果を奏する。
FIG. 9 shows the results of a withstand voltage test performed using this multistage insulating pipe.
FIG. 9 is a plot of the relationship between the pressure in the insulator and the discharge start voltage when the number of stages of insulating piping is one, two, and three.
The porous conductive plate used in this test is a φ200 mm porous conductive plate having a plurality of openings with a hole diameter of 0.5 mm and a pitch of 1 mm, and the insulator is cylindrical alumina and has a length of 100 mm.
The distance between the porous conductive plates is all 1 mm. In this test, three metal plates with a thickness of 1 mm having a half-moon shaped opening are used so that the internal flow paths of adjacent insulating pipes do not become straight. The gas introduced into the insulating pipe is argon gas.
From FIG. 9, it can be seen that the withstand voltage is proportional to the number of stages of the insulating pipes when the insulating pipes are multistage in this way.
In this test, a plurality of metal plates were used so that the internal flow paths of adjacent insulating pipes were not straight, but the present invention is not limited to such a configuration.
For example, in addition to this, as shown in FIG. 10, the configuration is also the same by using a
[第3の実施の形態]
本実施の形態では、高い耐電圧を得ることが可能となる別の形態の絶縁フランジを構成した例について説明する。
図11に、本実施の形態における絶縁フランジの構成を示す。
本実施の形態では、絶縁碍子1101は金属フランジ1102・1103により挟まれている。
絶縁碍子の内面には階段状の加工が施されており、それぞれの段に複数の多孔導電板1104が設けられている。
また、両端の多孔導電板は金属フランジ1102、1103と導通されている。
[Third Embodiment]
In the present embodiment, an example in which an insulating flange of another form that can obtain a high withstand voltage is configured will be described.
FIG. 11 shows the configuration of the insulating flange in the present embodiment.
In this embodiment, the
A stepped process is applied to the inner surface of the insulator, and a plurality of porous
The porous conductive plates at both ends are electrically connected to the
これら多孔導電板1104の孔の位置関係について図12を用いて説明する。
図12(a)のように隣り合う多孔導電板1201、1202、1203、1204の孔の位置が合致していると、局所的に導電板間の距離が長くなってしまい放電が起き易くなってしまう。
そこで、図12(b)のように隣り合う多孔導電板1205、1206、1207、1208の開口位置を十分ずらすことにより、局所的な導電板間の距離が最長でも多孔導電板の導電板間距離のほぼ2倍とすることができる。
また、この場合は導電板の穴の径は大きくてもよく、穴の径が十分大きければコンダクタンスが損なわれにくいので穴の数が少なくてもよい。
さらに、多孔導電板の枚数を増やすことにより、図8および図10の場合と同様に、耐電圧を導電板の枚数に比例して高めることができる。
ここで、絶縁碍子の抵抗値があまり高すぎると、多孔導電板が帯電してしまい、結果的に絶縁配管の耐電圧が下がってしまう。
そこで、絶縁碍子に抵抗値の高すぎない材料を用いる、多孔導電板間に低抵抗材料のスペーサーを挟む、あるいは絶縁碍子の内面に帯電防止膜をコーティングする等の工夫が必要である。
The positional relationship of the holes of the porous
If the positions of the holes of adjacent porous
Therefore, by sufficiently shifting the opening positions of adjacent porous
In this case, the hole diameter of the conductive plate may be large, and if the hole diameter is sufficiently large, the conductance is unlikely to be impaired, so the number of holes may be small.
Furthermore, by increasing the number of porous conductive plates, the withstand voltage can be increased in proportion to the number of conductive plates, as in the case of FIGS.
Here, when the resistance value of the insulator is too high, the porous conductive plate is charged, and as a result, the withstand voltage of the insulating pipe is lowered.
Therefore, it is necessary to devise such as using a material having a resistance value not too high for the insulator, sandwiching a spacer of a low resistance material between the porous conductive plates, or coating the inner surface of the insulator with an antistatic film.
この絶縁フランジを用いて行った耐電圧試験の結果を図13に示す。
図13は多孔導電板の枚数を3枚、5枚、10枚としたときの、絶縁碍子内の圧力と放電開始電圧の関係をプロットしたものである。
この試験に用いた多孔導電板は、孔径φ1.0mm、ピッチ3.0mmの複数開口部を有するφ200mmの導電板であり、多孔導電板間距離は全て0.5mmとしている。
また、隣り合う多孔導電板の開口部は全て2.5mmずつずれるように設計されている。
なお、絶縁碍子には多孔導電板の帯電を防止する目的で、体積抵抗率が109Ω・cm程度に調整されたアルミナを用いており、長さは100mmである。絶縁配管内に導入したガスはアルゴンガスである。
図13から、耐電圧は多孔導電板の枚数が増えるに従って高くなっていることが分かる。
また、このような多孔導電板を複数枚備える絶縁配管を、図8や図10のように多段にすることにより、さらに耐電圧を高めることが可能である。
FIG. 13 shows the result of a withstand voltage test performed using this insulating flange.
FIG. 13 is a plot of the relationship between the pressure in the insulator and the discharge start voltage when the number of porous conductive plates is 3, 5, and 10.
The porous conductive plate used for this test is a φ200 mm conductive plate having a plurality of openings with a hole diameter of φ1.0 mm and a pitch of 3.0 mm, and the distance between the porous conductive plates is all 0.5 mm.
Also, the openings of adjacent porous conductive plates are all designed to be shifted by 2.5 mm.
The insulator is made of alumina whose volume resistivity is adjusted to about 10 9 Ω · cm for the purpose of preventing charging of the porous conductive plate, and the length is 100 mm. The gas introduced into the insulating pipe is argon gas.
FIG. 13 shows that the withstand voltage increases as the number of porous conductive plates increases.
Further, the withstand voltage can be further increased by providing a multi-stage insulating pipe having a plurality of such porous conductive plates as shown in FIGS.
以下に、本発明の実施例について説明する。
[実施例1]
実施例1においては、絶縁配管として第1の実施の形態を適用して構成したイオンミリング装置について説明する。
図1に、本実施例のイオンミリング装置の構成を説明する図を示す。
図1(a)はイオン源にECRプラズマ方式を用いたイオンミリング装置の概略を示す図であり、図1(b)は本実施例に用いられる絶縁配管の概略を示す図である。
Examples of the present invention will be described below.
[Example 1]
In Example 1, an ion milling apparatus configured by applying the first embodiment as an insulating pipe will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of an ion milling apparatus according to this embodiment.
FIG. 1A is a diagram showing an outline of an ion milling apparatus using an ECR plasma system as an ion source, and FIG. 1B is a diagram showing an outline of an insulating pipe used in this embodiment.
図1(a)において、コイル101に電流を流し磁場を発生させながら、導波管102を通して2.45GHzマイクロ波を真空窓103に入射すると、イオン化室104の中にプラズマ105が発生する。
このとき、イオン化室104及び処理チャンバー106は排気装置107により真空に引かれている。同時に、ガスボンベ108からガス流量制御器109を介して任意の流量に調整された原料ガスが、金属配管110を通ってイオン化室104に導入される。
使用する原料ガスはAr、Xe、Kr、N2の4種である。作動時のイオン化室104内圧力は約0.12〜0.43Paである。
In FIG. 1A, when a 2.45 GHz microwave is incident on the
At this time, the
There are four kinds of raw material gases, Ar, Xe, Kr, and N 2 . The pressure in the
また、接地電位にある試料111とイオン化室104の間には、加速電源112により0.5kV〜15kVの高電圧が印加される。
イオン化室104と処理チャンバー106の間は絶縁碍子113により互いに絶縁されている。
同様に、互いに絶縁されているグリッド導電板114、115、116に任意の電位を与えることにより、プラズマからイオンが引き出され、加速されて試料111に照射される。
ガスボンベ108、ガス流量制御器109およびバルブ122等のガス導入系は接地電位にあり、バルブ122より下流の絶縁配管117によりイオン化室と絶縁されている。
A high voltage of 0.5 kV to 15 kV is applied between the
The
Similarly, by applying an arbitrary potential to the grid
The gas introduction system such as the
図1(b)に示されるように、絶縁配管117を構成する絶縁碍子118は円筒状のアルミナで、大きさは外径φ120mm、φ内径100mm、長さ50mmである。
金属フランジ119、120と導通されている2枚の多孔導電板121は、孔径φ0.2mm、ピッチ0.4mmの複数開口部を有する外径φ99mmのステンレス板であり、多孔導電板間距離は1mmとされている。
また、多孔導電板121には電子の電界放出が起こらぬよう、表面に電界研磨処理が施されている。
この装置を用いて、実際の使用状態において0.5kV〜15kVの範囲で耐電圧試験を行ったところ、絶縁配管117内での放電は起こらなかった。
As shown in FIG. 1B, the
The two porous
The porous
When this apparatus was used and a withstand voltage test was performed in the range of 0.5 kV to 15 kV in an actual use state, no discharge occurred in the insulating
[実施例2]
実施例2においては、絶縁配管として第2の実施の形態を適用し、絶縁フランジとして第3の実施の形態を適用して構成したイオンミリング装置について説明する。
図14に、本実施例のイオンミリング装置の構成を説明する図を示す。
図14(a)はイオン源にECRプラズマ方式を用いたイオンミリング装置の概略を示す図である。
また、図14(b)は本実施例に用いられる絶縁配管の概略を示す断面図である。
また、図14(c)は本実施例に用いられる絶縁フランジの概略を示す断面図であり、図14(d)はその平面図である。
[Example 2]
In Example 2, an ion milling device configured by applying the second embodiment as an insulating pipe and applying the third embodiment as an insulating flange will be described.
FIG. 14 is a diagram illustrating the configuration of the ion milling apparatus according to the present embodiment.
FIG. 14A is a diagram showing an outline of an ion milling apparatus using an ECR plasma system as an ion source.
Moreover, FIG.14 (b) is sectional drawing which shows the outline of the insulation piping used for a present Example.
FIG. 14C is a cross-sectional view schematically showing an insulating flange used in this embodiment, and FIG. 14D is a plan view thereof.
図14(a)において、コイル1401に電流を流し磁場を発生させながら、石英管1402の表面に設けられたアンテナ1403に13.56MHzの高周波を印加すると、イオン化室1404の中にプラズマ1405が発生する。
このとき、イオン化室1404及び処理チャンバー1406は排気装置1407により真空に引かれている。
同時に、ガスボンベ1408からガス流量制御器1409を介して任意の流量に調整された原料ガスが金属配管1410を通ってイオン化室1404に導入される。
使用する原料ガスはAr、O2、SF6、CF4、NF3の5種である。作動時のイオン化室1404内圧力は約1.2〜4.8Paである。
In FIG. 14A, when a high frequency of 13.56 MHz is applied to the
At this time, the
At the same time, the raw material gas adjusted to an arbitrary flow rate is introduced from the
There are five kinds of source gases used: Ar, O 2 , SF 6 , CF 4 , and NF 3 . The pressure in the
また、接地電位にある試料1411とイオン化室1404の間には、加速電源1412により5kV〜50kVの高電圧が印加される。
イオン化室1404と処理チャンバー1406の間は絶縁碍子1440により互いに絶縁されている。
その内部に設けられている引き出し導電板1413、集束レンズ1414によりプラズマ1405からイオンビーム1415が引き出され、集束されて試料1411に照射される。
ガスボンベ1408、ガス流量制御器1409およびバルブ1416等のガス導入系は接地電位にあり、バルブ1416より下流の絶縁配管1417によりイオン化室と絶縁されている。
また、処理チャンバーには試料の帯電防止用のRF電子銃1418が設けられている。
そして、ガスボンベ1408からガス流量制御器1419を介して任意の流量に調整されたArガスが金属配管1425、絶縁フランジ1420を介して電子銃のイオン化室1421に導入される。
A high voltage of 5 kV to 50 kV is applied between the sample 1411 at the ground potential and the
The
The ion beam 1415 is extracted from the
The gas introduction system such as the
The processing chamber is provided with an
Then, Ar gas adjusted to an arbitrary flow rate is introduced from the
イオン化室1421では、ガス圧力10Pa程度において13.56MHzのRF波を入射することによりプラズマが発生し、そこから電子が引き出され試料1411に照射される。
また、フィードスルー1422を介して接続された加速電源1423により、RF電子銃1418は200V〜5kVの高電位になるので、RF電子銃1418は絶縁フランジ1420により処理チャンバー1406と絶縁されている。
図14(b)に示すように、絶縁配管1417は3つの絶縁配管1426、1427、1428が、半月状の開口部を有する厚さ1mmの金属板1429を3枚用いて隣り合う絶縁配管の内部流路が直線にならないように連結されている。
絶縁碍子1430は円筒状のアルミナで、大きさは外径φ120mm、φ内径100mm、長さ30mmである。
多孔導電板1431は、厚さ0.5mm、孔径φ0.5mm、ピッチ1mmの複数開口部を有する外径φ99mmのステンレス板であり、導電板間距離は全て1mmとされている。
また、多孔導電板1431はそれぞれ金属フランジ1432、1433、1434、1435と導通されている。
また、全ての多孔導電板1431には電子の電界放出が起こらぬよう、表面に電界研磨処理が施されている。
In the
Further, the
As shown in FIG. 14 (b), the insulating
The insulator 1430 is cylindrical alumina, and has an outer diameter of 120 mm, an inner diameter of 100 mm, and a length of 30 mm.
The porous
The porous
Further, all the porous
また、図14(c)に示すように、絶縁フランジ1420においては、体積抵抗率が109Ω・cm程度に調整されたアルミナで作られている絶縁碍子1436の内面に階段状の加工が施されている。
そして、それぞれの段に多孔導電板1437が、0.5mm間隔で10枚設けられている。
両端の多孔導電板は、それぞれ金属フランジ1438、1439と導通されている。
多孔導電板1437は図14(d)に示すように、厚さ0.5mm、外形φ40mm〜50mmのステンレス板に、幅3mmの円弧状孔1441がピッチ9mmで並べられている。
そして、隣り合う多孔導電板の円弧状孔の半径が4.5mmずつずれるように設計されている。
全ての多孔導電板1437には電子の電界放出が起こらぬよう、表面に電界研磨処理を施してある。
この装置を用いて実際の使用状態における耐電圧試験を行ったところ、絶縁配管1417および絶縁フランジ1420内での放電は起こらなかった。
Further, as shown in FIG. 14C, in the insulating
Ten porous
The porous conductive plates at both ends are electrically connected to the
As shown in FIG. 14D, the porous
And it is designed so that the radius of the arc-shaped hole of adjacent porous conductive plates may be shifted by 4.5 mm.
All the porous
When a withstand voltage test was performed using this apparatus in an actual use state, no discharge occurred in the insulating
[実施例3]
実施例3においては、上記各実施例とは別の形態の絶縁配管を適用して構成したイオン注入装置について説明する。
図15に、本実施例のイオン注入装置の構成を説明する図を示す。
図15(a)はイオン源に容量結合プラズマ方式を用いたイオン注入装置の概略を示す図である。
また、図15(b)は本実施例に用いられる絶縁配管の概略を示す断面図であり、図15(c)はその多孔導電板の構成を説明する図である。
[Example 3]
In Example 3, an ion implantation apparatus configured by applying an insulating pipe having a different form from the above-described examples will be described.
FIG. 15 is a diagram illustrating the configuration of the ion implantation apparatus according to this embodiment.
FIG. 15A is a diagram showing an outline of an ion implantation apparatus using a capacitively coupled plasma system as an ion source.
FIG. 15B is a cross-sectional view showing an outline of the insulating piping used in this embodiment, and FIG. 15C is a diagram for explaining the configuration of the porous conductive plate.
図15(a)に示されるように、本実施例のイオン注入装置はイオン源に容量結合プラズマ方式を用いて構成されている。
そして、イオン化室1501とこれに絶縁碍子1502を介して取り付けられた高周波フランジ部1503は、高周波電源1504に接続されている。
イオン化室1501及び処理チャンバー1505は排気装置1506により真空に引かれている。
同時に、ガスボンベ1507からガス流量制御器1508を介して任意の流量に調整された原料ガスが、金属配管1509を通ってイオン化室1501に導入される。
使用する原料ガスはPH3、AsH3、NH3、Ar、O2の5種である。
作動時のイオン化室1501内圧力は約0.8Pa〜9.4Paである。
As shown in FIG. 15A, the ion implantation apparatus of the present embodiment is configured by using a capacitively coupled plasma system as an ion source.
An
The
At the same time, a raw material gas adjusted to an arbitrary flow rate from a
There are five kinds of source gases used: PH 3 , AsH 3 , NH 3 , Ar, and O 2 .
The pressure in the
また、接地電位にある処理チャンバー1505とイオン化室1501の間には、加速電源1510により10kV〜150kVの高電圧が印加される。
高周波印加によりプラズマチャンバー1501で発生したプラズマ1511から、引き出し導電板1512によりイオンビーム1513が引き出され、集束レンズ1514で集束された後、質量分離器1515により所望のイオンだけが選別される。
選別されたイオンは、集束レンズ1516および偏向レンズ1517により試料1518上の所望の領域に照射される。
ガスボンベ1507、ガス流量制御器1508およびバルブ1519等のガス導入系は接地電位にあり、バルブ1519より下流の絶縁配管1520によりイオン化室と絶縁されている。
Further, a high voltage of 10 kV to 150 kV is applied between the
The
The selected ions are irradiated to a desired region on the
The gas introduction system such as the
絶縁配管1520のより詳細な概略図を図15(b)に示す。
この絶縁配管1520は、体積抵抗率が109Ω・cm程度に調整されたアルミナで作られている3つの絶縁碍子1521、1522、1523が、金属フランジ1524、1525、1526、1527を介して連結されている。
そして、それら金属フランジの内部には、半月状の開口部を有する厚さ1mmの金属板1528が隣り合う絶縁配管の内部流路が直線にならないように3枚ずつ設けられている。また、絶縁碍子1521、1522、1523の内面には階段状の加工が施されており、それぞれの段に多孔導電板1529が並べられている。
両端の多孔導電板は、それぞれ金属フランジ1524、1525、1526、1527と導通されている。
また、多孔導電板1529は、一つの絶縁碍子内に0.5mm間隔で20枚ずつ、合計60枚設けられている。
A more detailed schematic diagram of the insulating
In this insulating
Inside each of these metal flanges, three
The porous conductive plates at both ends are electrically connected to
In addition, a total of 60 porous
図15(c)に示されるように、本実施例の多孔導電板1529は、対向した扇形孔1531を有する厚さ0.5mm、外形φ181mm〜200mmであり、隣り合う多孔導電板の開口位置が合致しないように、90度ずつずらして並べられている。
また、全ての多孔導電板1529には電界研磨処理が施されている。
さらに、多孔導電板および金属フランジの帯電を防ぐために、1000Ωの抵抗1530により金属フランジ1524、1525、1526、1527を繋いでいる。
この装置を用いて、実際の使用状態において10〜150kVの範囲で耐電圧試験を行ったところ、絶縁配管1520内での放電は起こらなかった。
As shown in FIG. 15 (c), the porous
Further, all the porous
Further, in order to prevent charging of the porous conductive plate and the metal flange, the
When this apparatus was used and a withstand voltage test was performed in the range of 10 to 150 kV in an actual use state, no discharge occurred in the insulating
117、1417、1520:絶縁配管
118、601、1101、1430、1436、1521、1522、1523:絶縁碍子
121、604、1104、1431、1437、1529:多孔導電板
801、1429、1528:導電板(金属板)
1001:曲がった配管
1420:絶縁フランジ
117, 1417, 1520: Insulation piping 118, 601, 1101, 1430, 1436, 1521, 1522, 1523:
1001: bent pipe 1420: insulation flange
Claims (4)
間隔をおいて配置された、開口を有する金属フランジと、
前記間隔をおいて配置された金属フランジ間に配された絶縁碍子と、
前記金属フランジ及び前記絶縁碍子によって形成された空間内を、
半月状の開口部を有する金属板を、前記開口部が異なる位置になるように複数配置することにより内部流路が直線にならないように分割し、
前記分割された空間に、前記金属フランジと導通された複数の開口部を有し、前記絶縁配管内の圧力下で放電が起こらない間隔で、複数枚重ねて配設された多孔導電板と、
を有することを特徴とする絶縁配管。 Insulated piping in which both ends of the tube are electrically insulated,
Metal flanges with openings, spaced apart;
An insulator disposed between the metal flanges arranged at intervals, and
In the space formed by the metal flange and the insulator,
Dividing the metal plate having a half-moon shaped opening so that the internal flow path does not become a straight line by arranging a plurality of the openings so that the openings are at different positions,
In the divided space, having said metal flange with a plurality of openings which are conductive, at intervals discharge under pressure does not occur in the insulation pipe, and the porous conductive plate arranged to overlap a plurality of sheets,
Insulating piping characterized by having.
該イオン化室と該ガス導入系との間を絶縁する、請求項1または請求項2に記載の絶縁配管を有することを特徴とするプラズマ処理装置。 An ionization chamber, and a gas introduction system for introducing a raw material gas into the ionization chamber,
A plasma processing apparatus comprising the insulating pipe according to claim 1 or 2 , wherein the ionization chamber is insulated from the gas introduction system.
前記イオン化室とガス導入系との間を、絶縁配管によって絶縁し、該絶縁配管を通して前記イオン化室に前記原料ガスを導入するに際し、
前記絶縁配管として、間隔をおいて配置された、開口を有する金属フランジと、
前記間隔をおいて配置された金属フランジ間に配された絶縁碍子と、
前記金属フランジ及び前記絶縁碍子によって形成された空間内を、
半月状の開口部を有する金属板を、前記開口部が異なる位置になるように複数配置することにより内部流路が直線にならないように分割し、
前記分割された空間に、前記金属フランジと導通された複数の開口部を有し、前記絶縁配管内の圧力下で放電が起こらない間隔で、複数枚重ねて配設された多孔導電板と、
を有する絶縁配管を用いることを特徴とするプラズマ処理方法。 In a plasma processing method comprising an ionization chamber and a gas introduction system, introducing a source gas from the gas introduction system into the ionization chamber, and processing a sample with plasma generated in the ionization chamber,
Insulating between the ionization chamber and the gas introduction system by an insulating pipe, and when introducing the source gas into the ionization chamber through the insulating pipe,
As the insulating pipe, metal flanges having openings arranged at intervals, and
An insulator disposed between the metal flanges arranged at intervals, and
In the space formed by the metal flange and the insulator,
Dividing the metal plate having a half-moon shaped opening so that the internal flow path does not become a straight line by arranging a plurality of the openings so that the openings are at different positions,
In the divided space, having said metal flange with a plurality of openings which are conductive, at intervals discharge under pressure does not occur in the insulation pipe, and the porous conductive plate arranged to overlap a plurality of sheets,
The plasma processing method characterized by using the insulation piping which has this.
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