JP6656685B1 - 除電装置及び除電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高真空領域と低真空領域とを備える必要がない除電装置を提供すること。【解決手段】帯電物を内部に設置可能であり、高真空処理部を備える真空チャンバと、前記真空チャンバの内部に電子サイクロトロン共鳴によるプラズマを供給するプラズマ源を備えるプラズマ発生装置と、を備える除電装置。【選択図】図１

Description

本発明は、除電装置及び除電方法に関する。

従来、真空チャンバを備える除電装置であって、真空チャンバ内の帯電物に対して、真空蒸着等の処理と除電とを行う除電装置がある。このような除電装置の真空チャンバ内は真空蒸着等の処理のための空間であって真空度の高い空間である高真空領域と、除電のための空間であって真空度の低い空間である低真空領域との二つの空間を有する必要がある。このような除電装置は、真空引きされた真空チャンバ内において除電対象である帯電物に向けてガスを噴出することにより帯電物を除電する（特許文献１参照）。より具体的には、このような除電装置は、帯電物に受動的に放電させることによって帯電物を除電する。このような除電装置は、例えば、除電を行う低真空領域にガス導入管を介してアルゴン等のガスを流し、直流電源によりプラズマを発生させ、除電対象とプラズマを接触させることにより帯電物を除電する（特許文献２参照）。

特開２００９−１８１９３８号公報 特開平１０−２９８７５８号公報

しかしながら、このような除電装置は高真空領域と低真空領域とを備える必要があるため、装置が大型化してしまうという課題があった。
上記事情に鑑み、本発明は、高真空領域と低真空領域とを備える必要がない除電装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、帯電物を内部に設置可能であり、高真空処理部を備える真空チャンバと、前記真空チャンバの内部に電子サイクロトロン共鳴によるプラズマを供給するプラズマ源を備えるプラズマ発生装置と、を備える除電装置である。

本発明により、高真空領域と低真空領域とを備える必要がない除電装置を提供することが可能となる。

実施形態の除電装置１００の構成の一例を示す図である。 実施形態のプラズマ発生装置５００の構成の一例を示す図である。 実施形態におけるプラズマ源５０１の模式的断面図である。 実施形態におけるプラズマ源５０１の模式的上面図である。 実施形態におけるプラズマ源５０１の動作を説明する模式的断面図である。 実施形態におけるノズル部６０が複数の開口部６１０を有する場合の、開口部６１０の配置の一例を示す図である。 実施形態における引き出し電極５０７によってプラズマ源５０１からプラズマが引き出される効果を示す実験結果を示す図である。 変形例における阻害材１０１の一例を示す図である。 変形例における阻害材１０１の効果を示す実験の実験環境を説明する説明図である。 変形例における阻害材１０１の効果を示す実験結果の一例を示す図である。

図１は、実施形態の除電装置１００の構成の一例を示す図である。
除電装置１００は、帯電物９を除電する。さらに、除電装置１００は、帯電物９に蒸着等の高真空を必要とする処理を実行する。以下、説明の簡単のため、高真空を必要とする処理を高真空処理という。帯電物９は、帯電可能なものであればどのようなものであってもよく、例えば、蒸着処理の対象となるフィルムシートであってもよい。除電装置１００は、例えば、フィルムシートの加工における加工精度の低下であってフィルムシートの帯電による加工精度の低下を抑制するために、フィルムシートを除電する。フィルムシートの帯電は、フィルムシートを構成する高分子材料の移動や摩擦等によって生じる。除電装置１００は、例えば、高分子材料などの絶縁物の搬送工程中の除電が必要な工程において除電を行う。除電装置１００は、例えば、後述する高真空処理部３が実行する処理のうち除電が必要な工程において除電を行う。

除電装置１００は、例えば、真空チャンバ１、真空ポンプ２、高真空処理部３、送り出し部４−１、ガイド部４−２〜４−５、巻き取り部４−６、コンベア４−７及び除電処理部５を備える。

真空チャンバ１は、内部が空洞の筐体である。真空チャンバ１は、外部の圧力と内部の圧力との差が所定の圧力未満であれば変形しない。真空チャンバ１は、帯電物９を内部に設置可能である。
真空ポンプ２は、真空チャンバ１内の空気を引き、真空チャンバ１内の圧力を所定の圧力にする。所定の圧力は、例えば、１０^−５Ｐａ以上１Ｐａ以下である。
高真空処理部３は、帯電物９に対して高真空処理を実行する。高真空処理は、高真空において実行される処理である。高真空は、１０^−５Ｐａ以上１Ｐａ以下の真空である。高真空処理部３は、高真空処理を実行するものであればどのようなものであってもよく、例えば、蒸着部であってもよい。
高真空処理部３は、例えば、高真空が維持された真空チャンバー内で高分子材料などの絶縁物の搬送工程、アルミニウム、ニッケル、チタン、クロム等の金属蒸着工程、ＳｉＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＦ_２、ＳｎＯ_２等のセラミック蒸着工程、ＶＬＳＩ（very large scale integration）製造でのウエハー等の半導体材料の微細加工程工程や薄膜形成工程、有機ＥＬ（electro-luminescence）生産工程における有機材料の薄膜生成工程や陰極として使用するアルミニウム蒸着工程等を実行する。

送り出し部４−１、ガイド部４−２〜４−５、巻き取り部４−６、コンベア４−７によって帯電物９が搬送される。より具体的には、帯電物９は送り出し部４−１によって送りだされ、コンベア４−７によって、ガイド部４−２〜４−５を経由して、巻き取り部４−６まで搬送される。

除電処理部５は、帯電物９を除電し、プラズマ発生装置５００を備える。プラズマ発生装置５００はプラズマを発生し、フランジによって真空チャンバ１に接続される。
プラズマ発生装置５００が発生させたプラズマは、真空チャンバ１の内部に充満する。

図２は、実施形態のプラズマ発生装置５００の構成の一例を示す図である。
プラズマ発生装置５００は、例えば、プラズマ源５０１、接続部５０２、伝熱部５０３、フランジ５０４、ガスポート５０５、マイクロ波フィードスルー５０６、引き出し電極５０７、マイクロ波チューナー５０８、フィラメント５０９、ガス源５１０、流量計５１１、ＲＦ発振器５１２及び電力計５１３を備える。

プラズマ源５０１は、電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマを発生する。プラズマ源５０１は、電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマを発生するため無電極である。プラズマ源５０１の詳細な構成については後述する。

接続部５０２は、フランジ５０４とプラズマ源５０１とを接続するとともに、プラズマ源５０１において発生する熱を、伝熱部５０３を介してフランジ５０４に伝熱する。接続部５０２は、プラズマ源５０１が所定の温度以上になることを抑制する。接続部５０２は、プラズマ源５０１が所定の温度以上になることを抑制するほどの熱伝導率を有するものであればどのようなものであってもよい。接続部５０２は、例えば、アルミニウムのブロックであってもよいし、銅のブロックであってもよいし、カーボンのブロックであってもよい。

伝熱部５０３は、接続部５０２が伝熱した熱をフランジ５０４に伝熱する。伝熱部５０３は、プラズマ源５０１が所定の温度以上になることを抑制する。伝熱部５０３は、プラズマ源５０１が所定の温度以上になることを抑制するほどの熱伝導率を有するものであって、接続部５０２よりも高い熱伝導率を有するものであればどのようなものであってもよい。伝熱部５０３は、例えば、銅のメッシュであってもよいし、カーボンシートであってもよい。

フランジ５０４は、プラズマ源５０１を真空チャンバ１に接続し、プラズマ源５０１を真空チャンバ１の内部に設置する。フランジ５０４は、接続部５０２に接続され、接続部５０２及び伝熱部５０３を介して伝熱された熱を真空チャンバ１の外部に放熱する。フランジは、どのようなフランジであってもよく、例えば、ＩＣＦ規格に基づいたフランジであってもよい。

ガスポート５０５は、プラズマ源５０１にガスを供給する。例えば、ガスポート５０５は、後述する空間２１にガスを供給する。ガスポート５０５が供給するガスはプラズマの発生を助長するガスであればどのようなものであってもよい。ガスポート５０５が供給するガスは、例えば、キセノンや、アルゴンや、窒素等の不活性ガスであってもよいし、空気や酸素等の活性ガスであってもよい。以下、ガスポート５０５が供給するガスを放電ガスという。

マイクロ波フィードスルー５０６は、マイクロ波を真空チャンバ１の外部からプラズマ源５０１まで伝送する。マイクロ波フィードスルー５０６は、マイクロ波を真空チャンバ１の外部からプラズマ源５０１まで伝送可能であればどのようなものであってもよい。マイクロ波フィードスルー５０６は、例えば、ＳＭＡ端子に接続されるマイクロ用同軸ケーブルであってもよい。なお、マイクロ波フィードスルー５０６が伝送するマイクロ波の周波数は電子サイクロトロン共鳴条件を満たす周波数であればどのような周波数であってもよく、例えば、４．２５ＧＨｚであってもよい。

引き出し電極５０７は、プラズマ源５０１によって発生したプラズマを引き寄せる。例えば、引き出し電極５０７は、所定の電圧が印加されることで所定の電位を有し、プラズマ源５０１との間の電位差によってプラズマを引き寄せる。引き出し電極５０７は、プラズマを閉じ込めない形状であればどのような形状であってもよく、例えば直径２ｃｍの円であってもよい。

マイクロ波チューナー５０８は、プラズマ源５０１へのマイクロ波の伝送効率の低下を抑制する。例えば、マイクロ波チューナー５０８は、プラズマ源５０１によって吸収されずに反射されたマイクロ波をプラズマ源５０１に向けて反射することで、伝送効率の低下を抑制する。このことは、マイクロ波チューナー５０８が、マイクロ波フィードスルー５０６とプラズマ源５０１において発生するプラズマとの間のインピーダンスを整合させることを意味する。

フィラメント５０９は、プラズマ源５０１内部に供給されたガスに点火する。フィラメント５０９は、プラズマ点火用のフィラメントであって、小流量のガスと、イオン化エネルギーの大きいガスとに点火可能である。なお、プラズマ発生装置５００は必ずしもフィラメント５０９を備えなくてもよい。

ガス源５１０は、ガスポート５０５に放電ガスを供給する。ガス源５１０は、ガスポート５０５に放電ガスを供給可能であればどのようなものであってもよく、例えば、放電ガスの入った容器であってもよい。

流量計５１１は、ガスポート５０５を流れるガスの流量を測定する。

ＲＦ発振器５１２は、マイクロ波を生成する。ＲＦ発振器５１２が生成したマイクロ波は、マイクロ波フィードスルー５０６を介してプラズマ源５０１まで伝送される。

電力計５１３は、マイクロ波フィードスルー５０６を伝送され、プラズマ源５０１によって反射されたマイクロ波の電力を測定する。ユーザは電力計５１３の計測値を読み取り、読み取った計測値によってプラズマが点火したか否かを判断することができる。

このようにプラズマ発生装置５００は、フランジ５０４を備えるため、ユーザは真空チャンバ１の任意の場所にプラズマ源５０１を設置することができる。

＜プラズマ源５０１の詳細＞
ここで、図３及び図４を参照しつつ、プラズマ源５０１の詳細について説明する。以下、説明の簡単のため、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を有する直交座標を導入する。

プラズマ源５０１は、高真空中でプラズマを発生する。より具体的には、プラズマ源５０１は、高真空処理部３の真空度に略同一の真空度において、プラズマを発生する。以下、プラズマ源５０１の詳細を説明する。

図３は、実施形態におけるプラズマ源５０１の模式的断面図である。
図４は、実施形態におけるプラズマ源５０１の模式的上面図である。図３には、図４のＡ１−Ａ２線の位置での断面が示されている。

プラズマ源５０１は、筒状磁石部１０と、筒状体２０と、第１磁気回路部３０と、第２磁気回路部４０と、アンテナ５０と、ノズル部６０と、ガスポート５０５と、絶縁部材７０とを具備する。

筒状磁石部１０は、筒状の磁性体であり、その内部が中空になっている。筒状磁石部１０は、開口端１０ａ（第１開口端）と、開口端１０ａとは反対側に位置する開口端１０ｂ（第２開口端）とを有する。筒状磁石部１０では、例えば、開口端１０ａがＳ極性（第１極性）を有し、開口端１０ｂがＳ極性とは反対のＮ極性（第２極性）を有している。

筒状磁石部１０では、図４に示すように例えば、サマリウムコバルトで構成された複数のブロック状の磁石１０ＭがＸ−Ｙ軸平面において環状に並べられている。筒状磁石部１０の極性は、上記の例に限らず、開口端１０ａがＮ極性を示し、開口端１０ｂがＳ極性を示してよい。

筒状磁石部１０の外形は、例えば、円状である。筒状磁石部１０の外径は、例えば、５０ｍｍ以下に構成され、プラズマ源５０１の小型化が実現されている。筒状磁石部１０の外形は、円状に限らず、三角形、四角形、五角形、六角形・・、といった多角形であってもよい。

筒状体２０は、筒状磁石部１０に囲まれている。筒状体２０の内部は、中空である。筒状体２０は、開口端２０ａと、開口端２０ａとは反対側に位置する開口端２０ｂとを有する。開口端２０ａは、開口端１０ａに面一に構成される。開口端２０ｂは、開口端１０ｂに面一に構成される。Ｘ−Ｙ軸平面において、筒状体２０と筒状磁石部１０とは、同心円状に位置する。筒状体２０と筒状磁石部１０とは、必ずしも、同心円状に位置する必要はなく、それぞれの中心軸同士が若干ずれてもよい。

筒状体２０の外形は、筒状磁石部１０の外形に応じて適宜変更される。図４の例では、筒状体２０の外形は、円状である。筒状体２０は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）を含む。

磁気回路部３０（第１磁気回路部）は、筒状磁石部１０の開口端１０ａ及び筒状体２０の開口端２０ａに接する。磁気回路部３０は、開口端１０ａ、２０ａを閉塞する。ここで、「閉塞」とは、磁気回路部３０が開口端１０ａ、２０ａを隙間なく封じ切ることに限らず、微小の隙間がある場合、または、磁気回路部３０に他の部材を貫通させる小径孔が設けられた状態で閉じる場合も含む。磁気回路部３０は、板状である。磁気回路部３０は、強磁性体であり、例えば、軟鉄で構成されている。磁気回路部３０の外形は、筒状磁石部１０の外形に応じて適宜変更される。図４の例では、磁気回路部３０の外形は、円状である。

磁気回路部３０は、空間２１に設けられた突出部９０を有する。突出部９０は、磁気回路部３０から後述する角部４１０に向かって突出している。突出部９０は、筒状であり、アンテナ５０の一部を囲む。突出部９０の先端部９１は、磁気回路部４０（第２磁気回路部）の角部４１０に向かうほど、その肉厚が薄くなっている。先端部９１の角度は、例えば、鋭角に構成されている。先端部９１と角部４１０との間に形成される磁場のミラー比は、１．５以上である。突出部９０をＺ軸方向から見た断面は、位相幾何学における種数１の形状であればどのような形状であってもよく、例えば、円環であってもよい。

また、電子サイクロトロン共鳴によって加熱された電子をミラー閉じ込めするために、先端部９１と角部４１０との磁場強度は電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場より高くなければならない。マイクロ波周波数ｆと電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場Ｂとには、２πｆ＝ｅＢ／ｍの関係がある。ここでｅは電気素量、ｍは電子質量。マイクロ波周波数が２．４５ＧＨｚの場合、電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場は８７５Ｇａｕｓｓになる。

磁気回路部４０は、筒状磁石部１０の開口端１０ｂ及び筒状体２０の開口端２０ｂに接する。磁気回路部４０は、筒状磁石部１０を介して磁気回路部３０に対向配置される。磁気回路部４０は、板状である。磁気回路部４０は、強磁性体であり、例えば、軟鉄で構成されている。磁気回路部４０の外形は、筒状磁石部１０の外形に応じて適宜変更される。図４の例では、磁気回路部４０の外形は、円状である。

磁気回路部４０は、筒状体２０によって囲まれた空間２１を開口する開口部４２０（第１開口部）を有する。開口部４２０は、磁気回路部３０及び４０に対して、同心円状に配置されている。開口部４２０は、磁気回路部３０及び４０に対して、同心円状に配置されている必要はなく、それぞれの中心軸同士が若干ずれてもよい。開口部４２０の内径は、突出部９０の外径よりも大きい。突出部９０の外径とは、Ｚ軸に直交する断面における中心を通る外周対角線長の最大値である。なお、外周対角線長とは、円環状に形成された突出部９０の外縁線がなす円の直径である。また、別の観点では、突出部９０の外径は、開口部４２０の内周線で囲まれる領域の内側である。

ここで角部４１０について説明する。角部４１０は、第２磁気回路部４０において、第２磁気回路部４０の第１磁気回路部３０側の主面４０ａと、第１開口部４２０の内壁４２０ｗとが交差する位置である。以下、主面４０ａと内壁４２０ｗとがなす角を角部４１０の角度という。磁気回路部４０に開口部４２０が設けられたことにより、磁気回路部４０においては、磁気回路部４０の磁気回路部３０側の主面４０ａと、開口部４２０の内壁４２０ｗとが交差する角部４１０が形成される。角部４１０の角度は、図３の例では、略９０°となっている。角部４１０の角度は、鋭角であってもよい。例えば、角部４１０の角度が鋭角の場合、開口部４２０の断面形状は、その内径が磁気回路部３０から遠ざかるほど、徐々に広がるテーパ状になる。なお、磁気回路部４０の主面４０ａと反対側に位置する主面を主面４０ｂとする。

アンテナ５０は、プラズマ源５０１外からプラズマ源５０１内に導入される。例えば、アンテナ５０は、磁気回路部３０を貫通し、空間２１に導入される。アンテナ５０は、いわゆるマイクロ波ランチャーである。アンテナ５０は、例えば、モリブデンを含む。

アンテナ５０は、マイクロ波フィードスルー５０６に接続される。アンテナ５０は、マイクロ波フィードスルー５０６を介してＲＦ発振器５１２に接続され、ＲＦ発振器５１２によるマイクロ波電力の供給を受ける。これにより、アンテナ５０は、マイクロ波を空間２１に放射する。マイクロ波の波長は電子サイクロトロン共鳴条件を満たす波長であればどのような波長であってもよい。マイクロ波の波長は、例えば、１２２ｍｍ（２．４５ＧＨｚ）であってもよい。

アンテナ５０は、例えば、棒状であり、その途中が折り曲がっている。例えば、アンテナ５０は、第１アンテナ部５１と、第１アンテナ部５１に連結する第２アンテナ部５２とを有する。
アンテナ５０の形状は、必ずしも棒状であり、その途中が折り曲がっている形状である必要はない。アンテナ５０の形状は、マイクロ波フィードスルー５０６に接続され、マイクロ波を空間２１に放射可能であればどのような形状であってもよい。アンテナ５０の形状は、例えば、直線の形状であってもよい。

第１アンテナ部５１は、例えば、磁気回路部３０に直交し、磁気回路部３０から後述するノズル部６０に向かう方向に延在する。第１アンテナ部５１は、例えば、磁気回路部３０の中心軸上に位置する。

第２アンテナ部５２は、第１アンテナ部５１と交差する。図３の例では、第１アンテナ部５１と第２アンテナ部５２とが直交し、アンテナ５０がＬ字型になっている。第２アンテナ部５２は、さらに、先端部９１と角部４１０との間に位置している。つまり、第２アンテナ部５２は、磁場Ｂ１に挿入されている。なお、磁場Ｂ１の詳細は後述するが、磁場Ｂ１は磁気回路部３０、磁気回路部４０、及び筒状磁石部１０によって空間２１内に形成される磁場である。このように、アンテナ５０が折れ曲がった構成になることにより、マイクロ波がプラズマ中に効率よく吸収される。第１アンテナ部５１と第２アンテナ部５２とがなす角度は、直交に限らず、鈍角または鋭角であってもよい。

ノズル部６０は、磁気回路部３０とは反対側において磁気回路部４０に接する。例えば、ノズル部６０は、磁気回路部４０の主面４０ｂに接している。ノズル部６０は、開口部６１０（第２開口部）を有する。開口部６１０は、開口部４２０に連通する。開口部６１０の開口面積は、開口部４２０の開口面積よりも小さい。ノズル部６０は、開口部を有するものであればどのようなものであってもよい。ノズル部６０は、例えば、パンチングメタルであってもよい。

開口部６１０は、開口部４２０に対して、同心円状に配置されている。開口部６１０は、開口部４２０に対して、同心円状に配置されている必要はなく、それぞれの中心軸同士が若干ずれてもよい。開口部６１０の内径は、例えば、５ｍｍである。空間２１が開口部６１０を介して装置外と通じていることにより、空間２１に発生したプラズマを開口部６１０から取り出すことができる。ノズル部６０は、例えば、モリブデンを含む。開口部の厚さは、例えば、５ｍｍや、２．５ｍｍや、１ｍｍである。

ガスポート５０５は、プラズマ源５０１の外部から空間２１に導入される。ガスポート５０５は、例えば、磁気回路部３０を貫通し、空間２１に導入される。ガスポート５０５は、例えば、筒状磁石部１０及び筒状体２０を貫通し、空間２１に導入される。ガスポート５０５は、例えば、磁気回路部４０及びノズル部６０を貫通し、空間２１に導入される。

ガスポート５０５において放電ガスが供給される供給口を供給口５０５ｐとして、供給口５０５ｐは、供給口５０５ｐとアンテナ５０の先端５０ｐとの距離が最も短くなるように配置される。例えば、ガスポート５０５及びアンテナ５０をＺ軸方向から上面視した場合、供給口５０５ｐと先端５０ｐとは、互いに対向する。

絶縁部材７０は、アンテナ５０と磁気回路部３０との間に設けられている。絶縁部材７０は、フッ化炭素樹脂、石英等を含む。これにより、アンテナ５０と磁気回路部３０との絶縁が保たれる。

プラズマ源５０１において、筒状体２０の内径をａ（ｍｍ）、空間２１に供給されるマイクロ波電力のマイクロ波遮断波長をλ（ｍｍ）としたときに、プラズマ源５０１は、λ＞３．４１×（ａ／２）の関係式を満たすように構成されている。筒状体２０が多角径の場合は、内径ａは、筒状体２０の中心軸を通過する内径の最大内径とする。

図５は、実施形態におけるプラズマ源５０１の動作を説明する模式的断面図である。 プラズマ源５０１において、筒状磁石部１０に接続された磁気回路部３０及び筒状磁石部１０に接続された磁気回路部４０は、それぞれヨーク材として機能する。さらに、磁気回路部３０は、突出部９０を有し、磁気回路部４０は、角部４１０を有する。これにより、双方の突起間（突出部９０と角部４１０との間）に、ミラー比の高い磁場Ｂ１（ミラー磁場）が形成される。さらに、磁場Ｂ１は、突出部９０が筒状であり、磁気回路部４０の開口部４２０が円状であることから、円環状に形成される。

このような状況下で、空間２１に供給口５０５ｐから放電ガスが供給され、アンテナ５０から空間２１にマイクロ波が供給されると、放電ガスが放電し、マイクロ波と磁場Ｂ１との相互作用によって、空間２１に電子サイクロトロン共鳴が起こる。これにより、プラズマ中の電子に選択的かつ直接的にエネルギーが供給され、高いエネルギーを持った電子と、放電ガスとが衝突して空間２１に高密度プラズマが発生する。

ここで、プラズマ源５０１は、λ＞３．４１×（ａ／２）の関係式を満たすように構成されている。これにより、空間２１では、マイクロ波が共振しにくくなり、空間２１におけるマイクロ波の進行が抑制される。この結果、プラズマ源５０１からはマイクロ波が漏洩しにくくなる。また、共振させなければ、マイクロ波電界が高くならず、マイクロ波電界に比例する容器壁面でのマイクロ波損失を抑制することができる。

さらに、プラズマ源５０１においては、突出部９０と角部４１０との間に、ミラー磁場（磁場Ｂ１）を形成し、磁場Ｂ１に閉じ込めた電子が連続的に電子サイクロトロン共鳴により加熱される。これにより、マイクロ波の電界が弱くても、放電ガスを電離できるほどの高エネルギー電子を生成できる。

また、プラズマ源５０１においては、開口部４２０の内径が突出部９０の外径よりも大きく構成されている。これにより、磁場Ｂ１においては、磁力線が突出部９０から角部４１０に向かうほど、より疎になる。この結果、ノズル部６０側の磁束密度は、突出部９０側の磁束密度よりも小さくなる。

これにより、空間２１においては、ノズル部６０の開口部６１０付近に低磁場領域が形成され、開口部６１０付近では、プラズマが磁場によって捕捉されにくくなっている。このため、開口部６１０付近でのプラズマの移動度が高まり、プラズマ中の電子またはイオンが開口部６１０から効率よく噴射される。

例えば、空間２１に供給口５０５ｐから流量０．３ｓｃｃｍ程度のキセノンガスを導入し、８Ｗのマイクロ波をアンテナ５０に投入したとき、開口部６１０から２００ｍＡ程度の電子電流と、５ｍＡ程度のイオン電流とが得られている。

なお、空間２１に残ったプラズマ中のイオンは、磁場Ｂ１を通り抜けて、筒状体２０の内壁または磁気回路部３０、４０の主面に到達する。筒状体２０または磁気回路部３０、４０に当たったイオンは、電荷を失い、中性ガスに戻り、放電ガスとして再利用される。このため、プラズマ源５０１では、極力少ないガス流量でプラズマの維持が可能になっている。

一方、突出部９０側では、磁力線が角部４１０から突出部９０に向かうほど、より密になっている。これにより、絶縁部材７０付近には、高磁場領域が形成され、空間２１に発生するプラズマにおいては、絶縁部材７０に晒されるプラズマの密度が開口部４２０に発生するプラズマの密度よりも高くなる。

これにより、放電中に、絶縁部材７０にコンタミ、被膜等の異物が堆積したとしても、異物は、プラズマによるスパッタリング効果によって即座に除去される。仮に、異物が金属を含み、絶縁部材７０に異物が堆積することになれば、アンテナ５０と磁気回路部３０とが導通し、アンテナ５０から空間２１にマイクロ波を充分に供給できないことになる。

これに対し、プラズマ源５０１では、空間２１にプラズマを発生さえすれば、絶縁部材７０上の異物がセルフクリーニングにより除去される。すなわち、プラズマ源５０１は、メンテナンスフリーで長期間にわたり稼動することができる。

また、プラズマ源５０１では、供給口５０５ｐとアンテナ５０の先端５０ｐとが最も近くなるように構成されていることから、第２アンテナ部５２付近に放電ガスが供給される。これにより、供給口５０５ｐから空間２１に導入された放電ガスは、アンテナ５０から発せられるマイクロ波によって効率よく電離する。この結果、高密度のプラズマが空間２１に発生する。

また、磁気回路部３０とノズル部６０との間の距離をＬ（ｍｍ）としたときに、プラズマ源５０１は、λ＞３．４１×（Ｌ／２）の関係式を満たすように構成されてもよい。これにより、マイクロ波は、ノズル部６０の開口部６１０からより確実に漏洩しにくくなる。

このように、プラズマ源５０１は、筒状磁石部１０と、筒状体２０と、第１磁気回路部３０と、第２磁気回路部４０と、アンテナ５０と、ノズル部６０と、ガスポート５０５と、絶縁部材７０とを備える。
筒状磁石部１０は、第１開口端１０ａと、第１開口端１０ａとは反対側に位置する第２開口端１０ｂとを有し、第１開口端１０ａが第１極性を有し、第２開口端１０ｂが第１極性とは反対の第２極性を有する。
筒状体２０は、筒状磁石部１０に囲まれる。
第１磁気回路部３０は、第１開口端１０ａに接し、第１開口端１０ａを閉塞する。
第２磁気回路部４０は、第２開口端１０ｂに接し、第１磁気回路部３０に対向配置され、筒状体２０によって囲まれた空間２１を開口する第１開口部４２０を有する。
アンテナ５０は、第１磁気回路部３０を貫通し、空間２１に導入され、空間２１にマイクロ波電力を供給することが可能である。
ノズル部６０は、第１磁気回路部３０とは反対側において第２磁気回路部４０に接し、第１開口部４２０よりも開口面積が小さく第１開口部４２０に連通する第２開口部６１０を有する。
ガスポート５０５は、筒状磁石部１０及び筒状体２０を貫通し、空間２１に放電ガスを供給することも可能である。
絶縁部材７０は、アンテナ５０と第１磁気回路部３０との間に設けられる。
また、プラズマ源５０１においては、筒状体２０の内径をａ（ｍｍ）、空間２１に供給されるマイクロ波電力のマイクロ波遮断波長をλ（ｍｍ）としたときに、λ＞３．４１×（ａ／２）の関係式が満たされる。

このようなプラズマ源５０１は、プラズマ源５０１からマイクロ波が漏洩しにくく、プラズマ源５０１によって高密度のプラズマが発生し、電子またはイオンをプラズマ源５０１の外に噴射することができる。

より具体的には、プラズマ発生装置５００は、プラズマ源５０１からマイクロ波が漏洩しにくいため、低流量でのプラズマの生成が可能である。そのため、プラズマ発生装置５００は、プラズマの生成にともなう真空チャンバ１内部の真空度の低下を抑制することができる。なお、低流量とは、０．０５ＳＣＭ〜５０ＳＣＭなどのプラズマの維持が可能な流量を意味する。

上記において説明したように、ノズル部６０は、マイクロ波の漏洩と、放電ガスの漏洩とを抑制する。ノズル部６０が、マイクロ波及び放電ガスの漏洩を抑制する大きさは、ノズル部６０の厚さと、開口部６１０の大きさ又は数に依存する。また、プラズマが開口部６１０を介して空間２１から真空チャンバ１の内部に放出される量も、ノズル部６０の厚さと、開口部６１０の大きさ又は数に依存する。
具体的には、ノズル部６０の厚さが薄いほど、マイクロ波、放電ガス及びプラズマは真空チャンバ１内部に漏洩しやすくなる。また、開口部６１０の大きさ又は数が大きいほど、マイクロ波、放電ガス及びプラズマは真空チャンバ１内部に漏洩しやすくなる。マイクロ波及び放電ガスの漏洩が大きいほど、プラズマの発生効率が下がる。プラズマの放出の量が低いほど、除電の効率が下がる。

このように、ノズル部６０は、マイクロ波の漏洩と、放電ガスの漏洩と、プラズマの放出の量とを制御するため、除電装置１００の設計者は、ノズル部６０の厚さと、開口部６１０の大きさ又は数とを目的に応じて適切に設計する必要がある。

図６は、実施形態におけるノズル部６０が複数の開口部６１０を有する場合の、開口部６１０の配置の一例を示す図である。
図６において、ノズル部６０は、円形であり径の長さが同じ複数の開口部６１０を格子状に備える。

図７は、実施形態における引き出し電極５０７によってプラズマ源５０１からプラズマが引き出される効果を示す実験結果を示す図である。
図７において横軸は、プラズマ源５０１から発生するイオン電流の到達距離を表す。図７において縦軸は、イオン電流の電流値を表す。図７は、引き出し電極５０７によって、イオン電流の電流値が大きくなることを示す。このことは、引き出し電極５０７がプラズマを引き出す効果を有することを示す。

＜まとめ＞
このように構成された除電装置１００は、低流量の放電ガスによってプラズマを発生することができるプラズマ源５０１と、プラズマ源５０１によって発生する熱を装置の外部に伝熱する接続部５０２とを備えるプラズマ発生装置５００を備えるため、真空チャンバ１内部の真空度の低下を抑制しながらプラズマを発生することができる。そのため、高真空領域と低真空領域とを有する必要がなく、装置の大型化を抑制することができる。

このように構成された除電装置１００は、プラズマ発生装置５００がフランジ５０４を備える。そのため、このように構成された除電装置１００は、真空チャンバ１の筐体上にフランジを取り付けることで、真空チャンバ１の筐体上のフランジが位置する任意の箇所にプラズマ発生装置５００を備えることができる。

また、このように構成された除電装置１００は、伝熱部５０３を備えるため、プラズマ源５０１において発生した熱を放熱することができ、高熱による不安定な動作の発生を抑制することができる。

また、このように構成された除電装置１００は、プラズマ発生装置５００を備えるため、上述したように高真空領域と低真空領域とを有する必要がない。そのため、このように構成された除電装置１００は、真空ポンプ２の負荷を軽減することができる。

また、このように構成された除電装置１００は、無電極なプラズマ発生装置５００を備えるため、直流放電によってプラズマを発生する必要がない。そのため、このように構成された除電装置１００は、放電のための電極が消耗することによるプラズマの発生効率の低下と、除電装置１００の劣化とを抑制することができる。

また、このように構成された除電装置１００は、放電ガスの流量が０．０５ＳＣＭ〜５０ＳＣＭの範囲内であれば、プラズマを発生することができる。また、このように構成された除電装置１００は、複数種類の放電ガスによってプラズマを発生することができる。そのため、帯電物９の除電に適した種類の放電ガスと流量とによって、帯電物９を除電することができる。帯電物９の除電に適したとは、除電による帯電物９への侵襲が所定の度合よりも低いことを意味する。

（変形例）
なお、プラズマ発生装置５００は、プラズマを噴出する開口部６１０として、必ずしもひとつの開口部６１０のみを備える必要は無い。プラズマ発生装置５００は、プラズマを噴出する開口部として、複数の開口部６１０を備えてもよい。複数の開口部６１０を有するプラズマ発生装置５００は、開口部６１０がひとつの場合よりも多く、プラズマ源５０１の空間２１において発生したプラズマを除電装置１００内部に放出することができる。

プラズマ発生装置５００は、プラズマを噴出する開口部として、例えば、ハニカム状に位置する複数の開口部６１０、格子状に位置する複数の開口部６１０、各開口部の大きさが同一ではない複数の開口部６１０、または最近接の開口部との距離が一定ではない複数の開口部６１０、を備えてもよい。

なお、引き出し電極５０７は、プラズマを引き出し可能であればどのような形状であってもよい。
引き出し電極５０７は、例えば、プラズマ源５０１の中心と帯電物９の中心とを結ぶ線が略中心を通る中空の形状であってもよく、例えば、筒状であってもよいし、円環状であってもよい。

なお、除電装置１００は、帯電物９の一部の箇所とプラズマとの接触を阻害する阻害板を備えてもよい。
図８は、変形例における阻害材１０１の一例を示す図である。
図８において、図２と同様の機能を有するものは、同じ符号を付すことで説明を省略する。図８において、阻害材１０１は、帯電物９の一部を覆い、プラズマと帯電物９との接触を阻害する。このように、阻害材１０１によってプラズマとの接触が阻害された箇所は、帯電したままであり、除電されない。阻害材１０１は、例えば、除電を必要としない箇所においてプラズマを遮断する導電性部材であってよい。阻害材１０１は、例えば、パンチングメタルであってよい。
このように構成された変形例の除電装置１００は、阻害材１０１を備えるため、帯電物９の一部のみを除電できる。

図９は、変形例における阻害材１０１の効果を示す実験の実験環境を説明する説明図である。
中和器９００は、プラズマを放射する。中和器９００からの下方６００ｍｍの位置に、阻害材１０１が位置する。阻害材１０１から下方２０ｍｍの位置に、帯電電極９０１が位置する。帯電電極９０１は、中和器９００による除電対象である。帯電電極９０１には、１００Ｖが印加されている。実験においては、阻害材１０１の一端と帯電電極９０１の一端との間の距離をＬとして、距離Ｌを変化させた場合に流れる除電電流を測定した。除電電流は、帯電電極９０１がプラズマと接触した場合に帯電電極９０１に流れる電流である。実験においては、測定された除電電流の大きさによって中和器９００から放射されたプラズマが阻害材１０１によって減衰する減衰率が算出された。

図１０は、変形例における阻害材１０１の効果を示す実験結果の一例を示す図である。 図１０の縦軸は、プラズマの透過率を表す。透過率は阻害材１０１が無い場合に帯電電極９０１に流れた除電電流に対する阻害材１０１がある場合に帯電電極９０１に流れた除電電流の比率である。図１０の横軸は、距離Ｌを表す。図１０は、距離Ｌが大きくなるほどプラズマの透過率が下がることを示す。

なお、プラズマ発生装置５００は、プラズマ源５０１と接続部５０２との間に、接続部５０２よりも高い熱伝導率を有する伝熱部５０３ａを備えてもよい。伝熱部５０３ａは、接続部５０２よりも高い熱伝導率を有するものであればどのようなものであってもよい。伝熱部５０３ａは、例えば、銅のメッシュであってもよいし、カーボンシートであってもよい。

なお、真空チャンバ１は接続先の一例である。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…真空チャンバ、 ２…真空ポンプ、 ３…高真空処理部、 ４−１…送り出し部、 ４−２…ガイド部、 ４−３…ガイド部、 ４−４…ガイド部、 ４−５…ガイド部、 ４−６…巻き取り部、 ４−７…コンベア、 ５…除電処理部、 １００…除電装置、 ５００…プラズマ発生装置、 ５０１…プラズマ源、 ５０２…接続部、 ５０３…伝熱部、 ５０３ａ…伝熱部、 ５０４…フランジ、 ５０５…ガスポート、 ５０６…マイクロ波フィードスルー、 ５０７…引き出し電極、 ５０８…マイクロ波チューナー、 ５０９…フィラメント、 ５１０…ガス源、 ５１１…流量計、 ５１２…ＲＦ発振器５１２、 ５１３…電力計、 １０…筒状磁石部、 ２０…筒状体、 ３０…第１磁気回路部、 ４０…第２磁気回路部、 ５０…アンテナ、 ６０…ノズル部、 ７０…絶縁部材、 １０１…阻害材

Claims (12)

1. 帯電物を内部に設置可能であり、高真空処理部を備える真空チャンバと、
   前記真空チャンバの内部に電子サイクロトロン共鳴によるプラズマを供給するプラズマ源を備えるプラズマ発生装置と、
   を備える除電装置。
2. 前記プラズマ源は、前記真空チャンバの内部に設置される、
   請求項１に記載の除電装置。
3. 前記プラズマ源と前記帯電物との間に位置し、前記プラズマ源が発生した前記プラズマを引き寄せる引き出し電極をさらに備える、
   請求項１または２に記載の除電装置。
4. 前記引き出し電極は、前記プラズマ源の中心と前記帯電物の中心とを結ぶ線が略中心を通る中空の形状である、
   請求項３に記載の除電装置。
5. 前記プラズマ源は、前記プラズマが発生する空間と、前記空間において発生した前記プラズマを外部に噴射する複数の開口部と、
   を備える請求項１から４のいずれか一項に記載の除電装置。
6. 前記真空チャンバ内の圧力は、１０^−５Ｐａ以上１Ｐａ以下である、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の除電装置。
7. 前記帯電物の一部と前記プラズマとの接触を阻害する阻害材をさらに備える、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の除電装置。
8. 前記高真空処理部は、金属蒸着工程と、セラミック蒸着工程と、半導体材料の微細加工程工程と、半導体薄膜の形成工程と、有機材料の薄膜生成工程と、陰極として使用されるアルミニウムの蒸着工程との少なくともひとつを実行する、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の除電装置。
9. 前記真空チャンバの外部に設置され、マイクロ波を発生するＲＦ発振器と、
   前記ＲＦ発振器が発生した前記マイクロ波を前記真空チャンバの内部に伝送するマイクロ波フィードスルーと、
   をさらに備える、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の除電装置。
10. 前記プラズマ源を前記真空チャンバの内部に設置するフランジをさらに備える、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の除電装置。
11. 前記真空チャンバの外部に設置され、前記プラズマの発生を助長するガスを前記真空チャンバの内部に供給するガス源をさらに備える、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の除電装置。
12. 高真空処理部を備える真空チャンバの内部に電子サイクロトロン共鳴によるプラズマを供給し、
    前記真空チャンバの内部に設置された帯電物を前記プラズマにより除電する、
    除電方法。

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