JP6945844B2

JP6945844B2 - プラズマ生成装置及びイオン源

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Publication number: JP6945844B2
Application number: JP2017140552A
Authority: JP
Inventors: 佑介長田; 椋一豊田
Original assignee: 株式会社昭和真空
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2021-10-06
Anticipated expiration: 2037-07-20
Also published as: JP2019021558A

Description

本発明は、プラズマ生成装置及びイオン源に関する。

従来より、内部でプラズマを発生させ、発生されたプラズマを使用して被処理基板の表面をエッチング、クリーニング、あるいはスパッタリングをすることに利用されるプラズマ生成装置が知られている。プラズマ生成装置は、特許文献１に開示されたように、ガス供給源から原料ガスをガス配管を介してプラズマ生成室に導入し、高周波電源から高周波が供給されることで生成される誘導電界により、プラズマ生成室内のガスを電離させ、プラズマを発生させる装置である。発生されたプラズマにおけるイオンや電子等の荷電粒子は、その一部がガス配管内に侵入し、ガス配管内にプラズマが発生し、異常放電が生じることがある。

ガス配管内での荷電粒子による異常放電を防止するために、ガス配管とプラズマ生成装置の間に荷電粒子を捕捉する捕捉部材を設けている。図８に一般的な捕捉部材を備えたプラズマ生成装置を示す。図８（ａ）は、プラズマ生成装置の上面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ’線での切断図を示す。図８（ｂ）には、ハッチングを施していない。図示されたように、プラズマ生成装置２００は、プラズマ生成室２１０と、プラズマ生成室２１０内にプラズマを発生させるプラズマ生成手段２２０と、プラズマ生成室２１０から侵入する荷電粒子を捕捉する捕捉部材２３０と、捕捉部材２３０とプラズマ生成室２１０とを接続する接続配管２４０と、を備える。

捕捉部材２３０は、プラズマ生成室２１０の上流側に配置され、プラズマ生成室２１０と接続配管２４０を介して接続される。捕捉部材２３０の内部は、迷路状に形成されており、プラズマ生成室２１０で発生して接続配管２４０から侵入する荷電粒子を捕捉する。

プラズマ生成装置２００において、プラズマ生成室２１０と接続配管２４０とは、接続ブロック２４１を介して接続されている。接続ブロック２４１は、プラズマ生成室２１０の底面２１０ａと対向する対向面２４１ａを備え、底面２１０ａと対向面２４１ａとが当接して、プラズマ生成室２１０と接続配管２４０とは接続される。したがって、プラズマ生成室２１０と接続配管２４０とは、気密性を保って接続される。

特開２０１７−８５１６１号公報

しかしながら、捕捉部材２３０と接続配管２４０は、接続配管２４０の一端を捕捉部材２３０の孔に差し込むことにより、接続されている。接続配管２４０と捕捉部材２３０とは、このような接続方法を採用することで、プラズマ生成室２１０のメンテナンス時に脱着が容易となる。一方で、気密性に劣り、捕捉部材２３０と接続配管２４０の接続部分から、ガスが漏れることがあった。捕捉部材２３０と接続配管２４０の接続部分からガスが漏れると、異常放電が起きるとともにプラズマ生成室２１０内でのプラズマ発生の効率が落ちるという問題があった。また、異常放電発生部の部品が腐食するという問題もあった。同様な装置は、他にも散見される。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ガスの漏出を防止することで、異常放電の発生を抑制し、プラズマ発生の効率を向上させるとともに、部品の腐食を防止できるプラズマ生成装置及びイオン源を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るプラズマ生成装置は、
原料ガスを内部に導入するための第１の孔が形成された第１の端面を備え、内部にプラズマが生成されるプラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室にプラズマを生成させるプラズマ生成手段と、
第２の端面を備え、一方の開口が前記第２の端面に開口し、他方の開口から前記原料ガスが供給される第２の孔を有する、ガス配管と、
前記プラズマ生成室と前記ガス配管の間に配置され、前記第１の端面と当接し、前記第１の孔と連通する第３の孔が形成された第３の端面と、前記第２の端面と当接し、前記第２の孔と連通する第４の孔が形成された第４の端面と、を備え、前記プラズマ生成室から前記ガス配管に侵入する荷電粒子を内部に捕捉する捕捉部材と、
前記第１の端面と前記第３の端面と垂直方向、又は前記第２の端面と前記第４の端面と垂直方向に、前記ガス配管の側から押圧力を付与する押圧手段と、を備える。

前記ガス配管は、当該ガス配管の軸に垂直方向に突出する突出部を備え、
前記押圧手段は、前記突出部に押圧力を付与してもよい。

前記ガス配管は、前記捕捉部材と対向して配置されるガス導入ブロックを備え、
当該ガス導入ブロックが、前記第２の端面と、前記突出部を備えてもよい。

前記押圧手段は、ばね部材であってもよい。

前記プラズマ生成室と前記捕捉部材とは、固定部材により固定されていてもよい。

本発明に係るイオン源は、上記のプラズマ生成装置と、前記プラズマ生成室からプラズマ中のイオンを引き出す引出電極と、を備える。

本発明によれば、ガスの漏出を防止することで、異常放電の発生を抑制し、プラズマ発生の効率を向上させるとともに、部品の腐食を防止できるプラズマ生成装置及びイオン源を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るプラズマ生成装置を備えるプラズマ処置装置の概念構成図である。本発明の実施の形態に係るプラズマ生成装置を備えるプラズマ処理装置を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線での切断図である。本実施の形態に係るプラズマ生成装置の要部の分解図である。本実施の形態に係るプラズマ生成装置の要部の拡大図である。本実施の形態に係るプラズマ生成装置の変形例を示す図である。本実施の形態に係るプラズマ生成装置の他の変形例を示す図である。本実施の形態に係るプラズマ生成装置の他の変形例を示す図である。従来のプラズマ生成装置を備えるプラズマ処理装置の概念構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線での切断図である。

以下、本発明に係るプラズマ生成装置の実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は説明のためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施の形態を採用することが可能であるが、これらの実施の形態も本発明の範囲に含まれる。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ生成装置１を備えるプラズマ処理装置１００の概略構成図である。プラズマ処理装置１００は、プラズマ生成装置１において生成されたプラズマからイオンを引出し、引き出したイオンにより、被処理対象である基板Ｗの表面にエッチング処理又はクリーニング処理を施したり、引き出したイオンを、スパッタターゲットに照射して、スパッタ粒子を被処理基板Ｗ上に付着、堆積させるスパッタ処理を施す装置である。

プラズマ処理装置１００は、プラズマを生成させるプラズマ生成装置１と、中和器２と、処理室３を備える。プラズマ生成装置１と中和器２と処理室３とは、真空チャンバ４の内部に配置されている。真空チャンバ４は、真空ポンプ５により所定の圧力に減圧され、処理室３内には、被処理対象である基板Ｗが配置される。

プラズマ生成装置１は、プラズマ生成室１０と、プラズマ生成室１０の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段２０と、プラズマ生成室１０から侵入する荷電粒子を捕捉する捕捉部材３０と、プラズマ生成室１０に原料ガスを供給するガス配管４０と、プラズマ生成室１０の側に押圧力を付与するばね部材６０と、を備える。プラズマ生成装置１のプラズマ生成室１０に引出電極５０を取付けた装置を、イオン源という。プラズマ生成室１０、捕捉部材３０、ガス配管４０、及びばね部材６０の詳細については、後述する。

プラズマ発生手段２０は、高周波アンテナ２１と、高周波アンテナ２１に電力を供給する高周波電源２２と、マッチング回路２３と、を備える。

高周波アンテナ２１は、プラズマ生成室１０の外周にコイル状に巻回されて配置される。高周波アンテナ２１の一端がマッチング回路２３に接続され、マッチング回路２３を介して、高周波電源２２から、高周波アンテナ２１に電力が印加される。高周波アンテナ２１の他端は、電気的に接地されている。高周波電源２２の電源周波数は例えば１０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚである。

高周波アンテナ２１は、高周波電源２２から電力が印加されることで、プラズマ生成室１０内に誘導電界を発生させ、プラズマ生成室１０内に導入された原料ガスを電離させ、プラズマを生成させるとともに、生成されたプラズマと誘導結合してプラズマ生成室１０内においてプラズマの形成を安定に維持する。

捕捉部材３０は、プラズマ生成室１０の底面である第１の端面１０ａに取り付けられ、プラズマ生成室１０内で発生したプラズマが、ガス配管４０に侵入することを防止する。

ガス配管４０は、原料ガス源４１からプラズマ生成室１０へ原料ガスを供給する配管である。原料ガスとしては、ＣＦ４、ＳＦ６、Ｃ２Ｆ６等のフッ素系ガスが用いられる。フッ素系ガスの代わりに、Ａｒ、Ｏ_２、Ｎ_２、Ｘｅ等のガスを用いてもよい。実施の形態では、フッ素ガスにＨ_２を添加するものとする。ガス圧力は、例えば、０．０１Ｐａ〜１０Ｐａである。

引出電極５０は、プラズマが発生したプラズマ生成室１０内からイオンを引き出すグリッド電極である。引出電極５０は、プラズマ生成室１０の開口部１０ｂに取り付けられる。引出電極５０は、図１、図２、図４に示すように、円板状の部材に複数の孔が形成されたグリッド部材である。引出電極５０は、モリブデン、グラファイト等の耐スパッタ材料で形成されている。

引出電極５０は、スクリーン電極５１と、加速電極５２とを備える。スクリーン電極５１は、プラズマ生成室１０の開口部１０ｂに設けられ、プラズマ生成室１０と加速電極５２の間に配置される。スクリーン電極５１は、正電圧を印加する直流電源５５に接続されている。

加速電極５２は、負電圧を印加するための直流電源５４に接続されている。スクリーン電極５１を正電位、加速電極５２を負電位とすることにより、電極間に生じる電界がプラズマ中の正イオンのみを射出方向に引出し、加速する。実施の形態では、２つの電極を備える引出電極５０を例として示したが、加速電極５２のイオンビーム射出側に減速電極を備えてもよい。電極は、少なくとも２つあればよい。

中和器２は、処理室３内に設置され、引出電極５０から引き出されたイオンにより帯電した基板Ｗを、中和するために電子を放出する装置である。基板Ｗへ電子を供給することで、基板Ｗへの電荷のチャージを防止する。

次に、プラズマ生成装置１を備えるプラズマ処理装置１００の動作を、イオンビーム装置を例にして、図１を参照しながら説明する。

まず、真空ポンプ５を作動させて、真空チャンバ４内を所定の圧力まで減圧する。そして、原料ガス源４１から、ガス配管４０及び捕捉部材３０を介して、プラズマ生成室１０に原料ガスを供給する。一方、処理室３には、被処理体である基板Ｗが載置されている。そして、高周波電源２２からマッチング回路２３を介して、高周波アンテナ２１に高周波電力が印加される。高周波アンテナ２１に高周波電力が印加されることにより、プラズマ生成室１０に導入された原料ガスが電離されて、プラズマ生成室１０内にプラズマが発生する。

プラズマ生成室１０内に生成されたプラズマのうち、イオンが、引出電極５０により引き出されて加速され、イオンビームとして基板Ｗに照射され、エッチング処理等の処理が行われる。イオンにより帯電した基板Ｗは、中和器２から放出される電子により中和される。エッチング処理が終了した基板Ｗは、処理室３から取り出され、処理が終了する。

次に、プラズマ生成装置１の要部について、図２から図４に基づき詳細に説明する。図２から図４は、図１とは上下が逆転しているが、説明のためであり、図１〜図４において、プラズマ生成装置１を処理室３の上に配置してもよいし、下に配置してもよい。図２（ａ）は、プラズマ生成装置１と、プラズマ生成装置１に使用される中和器２を示す上面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’線での切断面を示す。切断面にはハッチングは施していない。図３は、プラズマ生成室１０と、捕捉部材３０と、ガス配管４０の分解図である。図４は、プラズマ生成装置１の要部拡大図である。

プラズマ生成装置１は、図２に示すように、プラズマ生成室１０と、プラズマ発生手段２０と、捕捉部材３０と、ガス配管４０と、引出電極５０と、ばね部材６０と、を備える。プラズマ生成室１０、捕捉部材３０、ガス配管４０は、原料ガス源４１から供給されるガス流の下流に向けて、ガス配管４０、捕捉部材３０、プラズマ生成室１０の順に並べられる。

プラズマ生成室１０は、石英やアルミニウム酸化物等の誘電体材料によって形成された、円筒状の凹状の容器である。プラズマ生成室１０の凹部の底部に、第１の端面１０ａが形成される。第１の端面１０ａには、内部に原料ガスを導入するための第１の孔１０ｃが形成される。プラズマ生成室１０には、第１の孔１０ｃから原料ガスが導入され、プラズマ発生手段２０により、内部に導入された原料ガスはプラズマ化される。

捕捉部材３０は、図４に示すように、セラミック等の絶縁材料により形成された円筒部材であり、プラズマ生成室１０とガス配管４０との間に配置され、プラズマ生成室１０で生成された荷電粒子を捕捉して、荷電粒子がガス配管４０に入ることを阻止する。捕捉部材３０は、プラズマ生成室１０と同一直線上、具体的には、同軸上に配置される。捕捉部材３０の内壁には、複数の板状部材３０ｅが軸方向に沿って取り付けられている。複数の板状部材３０ｅは、対向する内周壁から交互に軸に向けて伸びて形成され、互いに軸付近で重複するように並べられる。複数の板状部材３０ｅは、このように配置されることで、捕捉部材３０の内部に迷路状の通路を形成する。プラズマ生成室１０で生成された荷電粒子が捕捉部材３０の内部に入り込むと、迷路状の通路を通過する過程で、板状部材３０ｅに捕捉される。

捕捉部材３０は、図３に示すように、円筒部材の上面と下面を形成する第３の端面３０ａと第４の端面３０ｂを備える。第３の端面３０ａは、プラズマ生成室１０の第１の端面１０ａと対向して当接する。第３の端面３０ａの、第１の端面１０ａに形成された第１の孔１０ｃと対向する位置に、第３の孔３０ｃが形成される。第４の端面３０ｂは、ガス配管４０と対向し、第４の孔３０ｄが形成される。なお、捕捉部材３０の形状は、円筒状に限定されず、第３の端面３０ａと第４の端面３０ｂを備える形状であればよく、四角柱などの筒状部材を利用できる。

捕捉部材３０とプラズマ生成室１０とは、固定部材により固定される。具体的には、図４に示すように、ボルト３１により固定される。捕捉部材３０の軸方向に貫通する孔に、ボルト３１を第４の端面３０ｂから挿入して、プラズマ生成室１０の第１の端面１０ａに形成されたねじ溝（図示せず）に螺合して固定する。このように固定することで、プラズマ生成室１０と捕捉部材３０とは一体化する。

捕捉部材３０とプラズマ生成室１０とは、ボルト３１により固定されるので、第１の端面１０ａと第３の端面３０ａとは密着され、第１の端面１０ａと第３の端面３０ａの当接部分から、ガスが漏れることを防止できる。

ガス配管４０は、捕捉部材３０を介して、プラズマ生成室１０に原料ガス源４１から、原料ガスを供給する部材である。ガス配管４０は、図３、図４に示すように、ガス配管本体４２と、ガス導入ブロック４３と、を備える。

ガス配管本体４２は、一端部が原料ガス源４１に接続され、他端部がガス導入ブロック４３に接続される。ガス配管本体４２は、内部に第１の貫通孔４２ａが形成され、原料ガス源４１に蓄積された原料ガスを、第１の貫通孔４２ａに通して、ガス導入ブロック４３まで送る。

ガス導入ブロック４３は、円筒状の部材であり、内部に第２の貫通孔４３ａが形成されている。また、ガス導入ブロック４３は、ガス導入ブロック４３の外周部から、軸と垂直方向に突出する円板状の突出部４３ｂを備える。ガス導入ブロック４３の一端部には第２の端面４０ａが形成され、第２の端面４０ａは、捕捉部材３０の第４の端面３０ｂと対向して当接される。ガス導入ブロック４３の他端部は、ガス配管本体４２に接続される。

図３、図４に示すように、第２の貫通孔４３ａの一方の開口は、第２の端面４０ａに開口する。当該開口は、捕捉部材３０の第４の孔３０ｄと対向する位置に形成される。第２の貫通孔４３ａの他方の開口は、ガス配管本体４２の第１の貫通孔４２ａと連通する。第１の貫通孔４２ａと第２の貫通孔４３ａとで、ガス配管４０の貫通孔である第２の孔４０ｂを形成する。

第１の孔１０ｃと、第３の孔３０ｃと、第４の孔３０ｄとは、同軸上に配置されて連通し、原料ガス源４１から供給された原料ガスは、第２の孔４０ｂ、第４の孔３０ｄ、第３の孔３０ｃ、第１の孔１０ｃの順に流れて、プラズマ生成室１０内に流入する。

引出電極５０は、図４に示すように、一対の電極保持部材５６によって、外周部を上下方向から挟持されて支持される。また、引出電極５０には、電極棒５７が接続されており、電極棒５７を介して、直流電源５４、５５から引出電極５０に電力が供給される。

ばね部材６０は、ガス導入ブロック４３に、捕捉部材３０及びプラズマ生成室１０に向けて押圧力を付与する押圧手段である。図２、図４に示すように、ばね部材６０は、突出部４３ｂの板面をプラズマ生成室１０の側にＦ１の力で押圧する部材であり、突出部４３ｂの周方向に沿って、等間隔に複数配置される。ばね部材６０により突出部４３ｂの板面が押圧されることで、ガス導入ブロック４３、プラズマ生成室１０、捕捉部材３０に、軸方向の押圧力が付与される。ばね部材６０により、ガス配管４０の第２の端面４０ａと捕捉部材３０の第４の端面３０ｂは、密着され、ガスが漏れることを防止する。

プラズマ生成装置１は、図２、図４に示すように、更に、構成部品を取り付ける基台１１と、取り付けられた構成部品の周囲を囲む遮蔽筒１５とを備える。遮蔽筒１５は、高周波アンテナ２１の周囲を囲む金属材料からなり、高周波電界を静電遮断するためのシールドとして機能する。遮蔽筒１５は、一端部が基台１１に固定され、他端部は、構成部品を挿入するための開口部１５ａを備える。

基台１１には、後述する支持棒１２を取り付けるための４つの孔１１ａが、プラズマ生成室１０の外周を取り囲むように、等間隔に形成されている。４つの孔１１ａのそれぞれには、支持棒１２を固定するためのねじ溝が形成されている。基台１１の中央部には、ガス導入ブロック４３を受け入れるための凹部１１ｂが形成され、凹部１１ｂの底面には、ばね部材６０を挿入するための挿入孔１１ｃが形成される。挿入孔１１ｃは、挿入されるばね部材６０の数と同一の個数が形成される。また、凹部１１ｂと孔１１ａとの間には、電極棒５７を取り付けるための孔１１ｄと、高周波アンテナ２１を取り付けるための孔１１ｅが形成される。

４本の支持棒１２は、プラズマ生成室１０と捕捉部材３０とを遮蔽筒１５内に支持し、プラズマ生成室１０と捕捉部材３０の軸方向の位置決めをする部材である。４本の支持棒１２は、基台１１の４つの孔１１ａに挿入される。支持棒１２の一端部には、ねじ溝が形成され、基台１１の４つの孔１１ａに形成されたねじ溝に螺合される。支持棒１２の両端部は、縮径した形状を有し、縮径した部分に肩部１２ａ、１２ｂが形成されている。

基台１１の凹部１１ｂには、ガス導入ブロック４３が挿入され、ガス導入ブロック４３の第２の端面４０ａに、捕捉部材３０の第４の端面３０ｂが当接されて、プラズマ生成室１０、捕捉部材３０、引出電極５０、電極保持部材５６が、遮蔽筒１５内に収納されている。

基台１１の孔１１ｄには、電極棒５７が挿入され、孔１１ｅには、高周波アンテナ２１が挿入され、挿入孔１１ｃには、ばね部材６０が挿入されている。

また、電極保持部材５６と対向して、位置決めブロック１３が配置され、支持棒１２の他端部に、位置決めブロック１３が取り付けられる。位置決めブロック１３は、環状に形成され、周方向に沿って、４つ支持棒１２の他端部に対応する位置に、４つの取付孔１３ａが形成されている。位置決めブロック１３の４つの取付孔１３ａに、支持棒１２が差し込まれ、支持棒１２の肩部１２ａに位置決めブロック１３の対向する面が当接して、位置決めブロック１３の位置が画定される。

位置決めブロック１３の、電極保持部材５６と対向する面と反対側の面には、固定板１４が当接される。固定板１４は、位置決めブロック１３に当接されたときに、位置決めブロック１３の取付孔１３ａと対応する位置に取付孔１４ａが形成される。位置決めブロック１３の取付孔１３ａから突出した支持棒１２の端部は、固定板１４の取付孔１４ａを通り、支持棒１２の先端部は、ナット１４ｂにより締結される。

絶縁材料からなる捕捉部材３０をプラズマ生成室１０に直接固定するため、意図しない異常放電が発生した場合でも、腐食を防止できる。

このようなプラズマ生成装置１を組み立てる方法について、図４に基づいて説明する。

まず、遮蔽筒１５を基台１１に固定し、遮蔽筒１５の開口部１５ａから、構成部品を挿入して組み立てる。挿入孔１１ｃにばね部材６０を挿入し、凹部１１ｂにガス導入ブロック４３が挿入し、４本の支持棒１２の一端部を４つの孔１１ａに螺合する。また、電極棒５７を孔１１ｄに挿入し、高周波アンテナ２１の先端を孔１１ｅに挿入する。なお、遮蔽筒１５は、固定板１４を取り付ける前に、基台１１に取り付けてもよい。

次に、ボルト３１により一体化されたプラズマ生成室１０と捕捉部材３０、及び引出電極５０を保持する電極保持部材５６を、遮蔽筒１５内に挿入する。捕捉部材３０とプラズマ生成室１０とは、高周波アンテナ２１の巻回された導線の内部を通り、捕捉部材３０の第４の端面３０ｂと、ガス導入ブロック４３の第２の端面４０ａとが当接する。

次に、位置決めブロック１３の取付孔１３ａに支持棒１２の他端部を挿入して、位置決めブロック１３を支持棒１２に取り付ける。位置決めブロック１３と電極保持部材５６とは、図示しないボルトにより固定される。そして、位置決めブロック１３の取付孔１３ａを通過した支持棒１２の他端部を、固定板１４の取付孔１４ａに挿入し、固定板１４から突出した支持棒１２の先端をナット１４ｂで締結する。

このように、４つの支持棒１２と、位置決めブロック１３と、固定板１４とにより、プラズマ生成室１０と捕捉部材３０は、遮蔽筒１５の内部に固定される。このとき、ばね部材６０により突出部４３ｂが押されることで、プラズマ生成室１０と捕捉部材３０の方向に押圧力が付与され、付与された押圧力を、位置決めブロック１３と固定板１４により受け止めるので、捕捉部材３０の第４の端面３０ｂとガス導入ブロック４３の第２の端面４０ａとの間には、密着力が働き、第４の端面３０ｂと第２の端面４０ａとの間から、ガスが漏れることを防止できる。

プラズマ生成室１０及び捕捉部材３０のメンテナンスをする場合には、支持棒１２に螺合したナット１４ｂを取り外すことにより、固定板１４を取りはずし、位置決めブロック１３を、図示矢印Ｘ方向に持ち上げる。位置決めブロック１３をＸ方向に持ち上げると、位置決めブロック１３に固定された電極保持部材５６、電極棒５７、引出電極５０、プラズマ生成室１０、及び捕捉部材３０を、一体として引き出すことができる。図４に示す斜線部分の部材が、一体として遮蔽筒１５から引き出せる部材である。したがって、引出電極５０、プラズマ生成室１０、捕捉部材３０をまとめて取り出すことで、各部材のメンテナンスを効率的に行うことができる。

本実施の形態によれば、ガス導入ブロック４３の突出部４３ｂをばね部材６０により押圧することで、プラズマ生成室１０、捕捉部材３０に向けて押圧力が付与される。したがって、捕捉部材３０の第４の端面３０ｂとガス導入ブロック４３の第２の端面４０ａとの密着を強固にし、第４の端面３０ｂと第２の端面４０ａとの間からガスが漏れることを防止する。したがって、遮蔽筒１５で異常放電が発生することを防止するとともに、異常放電による遮蔽筒１５内の部品の腐食を防止する。

本実施の形態によれば、ガス配管本体４２にガス導入ブロック４３を取り付けて、押圧力を伝える構造としたので、既存のガス配管にガス導入ブロック４３を取り付けるだけで、容易に押圧力を付与できる。また、ガス導入ブロック４３が腐食された場合でも、容易に交換できる。

本実施の形態によれば、ガス導入ブロック４３に突出部４３ｂを設けて、突出部４３ｂを、ばね部材６０で押圧する構造としたので、簡単な構造の押圧手段を提供できる。

本実施の形態によれば、ばね部材６０を備えるプラズマ生成装置を、イオン源に利用できる。したがって、プラズマ生成装置１の内部でのガス漏れや、異常放電を防止することができる。

（変形例１）
実施の形態では、プラズマ生成室１０と捕捉部材３０が、ボルト３１により一体とされ、ガス導入ブロック４３の突出部４３ｂに、ばね部材６０により押圧力を付与していると説明した。本発明は、このような構造に限定されず、一体とする部材の組合せを適宜変更することが可能である。一体とする部材の組合せに応じて、第１の端面１０ａと第３の端面３０ａと垂直方向、又は第２の端面４０ａと第４の端面３０ｂと垂直方向に、ガス配管４０の側から押圧力を付与する押圧手段の組合せを、適宜選択できる。

図５に、ガス配管４０のガス導入ブロック４３と捕捉部材３０を一体とし、プラズマ生成室１０を別体とした例を示す。ガス配管４０と捕捉部材３０を固定するためには、プラズマ生成室１０と捕捉部材３０を固定した固定部材、例えば、ボルトで締結して固定する。

本変形例によれば、ばね部材６０により、ガス導入ブロック４３の対向面がＦ２の力で押されることにより、プラズマ生成室１０の第１の端面１０ａと捕捉部材３０の第３の端面３０ａとの間が密着され、プラズマ生成室１０と捕捉部材３０との接合面におけるガス漏れを防止する。また、捕捉部材３０の第４の端面３０ｂに、図示しない押圧手段により、軸方向に力Ｆ３を付与してもよい。また、力Ｆ２及び力Ｆ３の双方の押圧力を付与してもよい。

プラズマ生成室１０の第１の端面１０ａと捕捉部材３０の第３の端面３０ａとの密着度に応じて、あるいは、基台１１と位置決めブロック１３までの距離に応じて、ばね部材６０による力Ｆ２と、他の押圧手段による力Ｆ３との組合せを選択して、全体の押圧力を調整できる。

（変形例２）
図６に、他の変形例を示す。本変形例は、プラズマ生成室１０と捕捉部材３０とガス導入ブロック４３とが、それぞれ別体である例である。

本変形例によれば、ばね部材６０により、ガス導入ブロック４３の対向面が力Ｆ２で押されることにより、プラズマ生成室１０の第１の端面１０ａと捕捉部材３０の第３の端面３０ａとの間が密着され、プラズマ生成室１０と捕捉部材３０との接合面におけるガス漏れを防止する。また、同様に、捕捉部材３０の第４の端面３０ｂとガス導入ブロック４３の第２の端面４０ａとの間が密着され、捕捉部材３０とガス導入ブロック４３との接合面におけるガス漏れを防止する。本変形例では、力Ｆ２に加えて、捕捉部材３０の第４の端面３０ｂから、図示しない押圧手段により、軸方向に力Ｆ３を付与してもよい。

プラズマ生成室１０の第１の端面１０ａと捕捉部材３０の第３の端面３０ａとの密着度、捕捉部材３０の第４の端面３０ｂとガス導入ブロック４３の第２の端面４０ａとの密着度、あるいは、基台１１と位置決めブロック１３までの距離に応じて、ばね部材６０による力Ｆ２と、他の押圧手段による力Ｆ３との組合せを選択して、全体の押圧力を調整することができる。

（変形例３）
実施の形態、変形例１及び変形例２では、ガス導入ブロック４３は、第２の端面４０ａと、突出部４３ｂと、をそれぞれ備えると説明したが、突出部４３ｂに第２の端面４０ａが形成されてもよい。図７に示すように、ガス導入ブロック４３は、円筒部材の一端部から、半径方向に突出する突出部４３ｂが形成されている。突出部４３ｂの捕捉部材３０と対向する面に第２の端面４０ａが形成されている。突出部４３ｂの第２の端面４０ａの反対側には、ばね部材６０が配置されている。ばね部材６０が突出部４３ｂを押圧することにより、第１の端面１０ａと第３の端面３０ａ、及び第４の端面３０ｂと第２の端面４０ａとが密着される。なお、プラズマ生成室１０と捕捉部材３０とは、固定部材により固定されていてもよい。

本変形例によれば、第１の端面１０ａと第３の端面３０ａとの間、及び第４の端面３０ｂと第２の端面４０ａとの間から、ガスが漏れ出すことを防止できる。

本変形例によれば、ガス導入ブロック４３の突出部４３ｂに第２の端面４０ａを形成したので、ガス導入ブロック４３の高さを低くでき、ガス導入ブロック４３が取付けられるプラズマ生成装置１の高さも低くすることができる。また、第２の端面４０ａと捕捉部材３０の第４の端面３０ｂとは、実施の形態、変形例１、２に比べて大きな接触面積で接触する。したがって、密着度合が増加して、より効果的にガスの漏洩を防止できる。

本実施の形態では、捕捉部材３０は、迷路状の通路を形成する板状部材３０ｅを備えると説明したが、本発明は、迷路状の通路を形成する捕捉部材３０に限定されない。例えば、捕捉部材３０内部に、複数の球状部材を封入し、球状部材の表面に荷電粒子を捕捉してもよい。

本実施の形態では、捕捉部材３０とプラズマ生成室１０を固定する方法として、ボルト３１を捕捉部材３０に通して固定すると説明したが、本発明は、このような固定方法に限定されない。例えば、プラズマ生成室１０の第１の端面１０ａと、捕捉部材３０の第３の端面３０ａ又は外周とに、それぞれ、おねじとめねじを切って、螺合させて固定してもよい。

本実施の形態では、突出部４３ｂは円板状であると説明したが、ガス導入ブロック４３の軸方向に垂直に突出すればよく、ガス導入ブロック４３の軸から垂直に突出する棒状の突出部であってもよい。

本実施の形態では、ガス配管本体４２と別部材であるガス導入ブロック４３を、捕捉部材３０に当接させている。本発明は、別部材のガス導入ブロック４３を設けずに、ガス配管４０の径を大きくして、ガス配管４０の一端部を直接、捕捉部材３０に当接させてもよい。その場合には、ガス配管４０の外周に、リング状あるいは棒状の突出部４３ｂに相当する部材を取り付けることができる。

本実施の形態では、押圧手段としてばね部材６０を用いると説明したが、本発明の押圧手段は、ばね部材６０に限定されない。例えば、ゴムなどの弾性部材を使用してもよい。

本実施の形態では、プラズマ発生手段２０として、高周波アンテナ２１を用いた例を説明したが、本発明は、このようなプラズマ発生手段２０に限定されない。マイクロ波を用いたプラズマ発生手段、直流を用いたプラズマ発生手段等にも適用できる。

本実施の形態では、イオン源を用いたイオンビーム装置を、プラズマ処理装置の例として説明したが、本発明のプラズマ生成装置を利用するプラズマ処理装置は、イオンビーム装置に利用される場合に限定されず、プラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置などのプラズマ処理装置に適用できる。

本発明は、押圧手段を備えるプラズマ生成装置及びイオン源に利用することができる。

１プラズマ生成装置
２中和器
３処理室
４真空チャンバ
５真空ポンプ
１０プラズマ生成室
１０ａ第１の端面
１０ｂ開口部
１０ｃ第１の孔
１１基台
１１ａ、１１ｄ、１１ｅ孔
１１ｃ挿入孔
１１ｂ凹部
１２支持棒
１２ａ、１２ｂ肩部
１３位置決めブロック
１３ａ取付孔
１４固定板
１４ａ取付孔
１４ｂナット
１５遮蔽筒
１５ａ開口部
２０プラズマ発生手段
２１高周波アンテナ
２２高周波電源
２３マッチング回路
３０捕捉部材
３０ａ第３の端面
３０ｂ第４の端面
３０ｃ第３の孔
３０ｄ第４の孔
３０ｅ板状部材
３１ボルト
４０ガス配管
４０ａ第２の端面
４０ｂ第２の孔
４１原料ガス源
４２ガス配管本体
４２ａ第１の貫通孔
４３ガス導入ブロック
４３ａ第２の貫通孔
４３ｂ突出部
５０引出電極
５１スクリーン電極
５２加速電極
５４、５５直流電源
５６電極保持部材
５７電極棒
６０ばね部材
１００プラズマ処理装置
２００プラズマ生成装置
２１０プラズマ生成室
２１０ａ底面
２２０プラズマ生成手段
２３０捕捉部材
２４０接続配管
２４１接続ブロック
２４１ａ対向面

Claims

原料ガスを内部に導入するための第１の孔が形成された第１の端面を備え、内部にプラズマが生成されるプラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室にプラズマを生成させるプラズマ生成手段と、
第２の端面を備え、一方の開口が前記第２の端面に開口し、他方の開口から前記原料ガスが供給される第２の孔を有する、ガス配管と、
前記プラズマ生成室と前記ガス配管の間に配置され、前記第１の端面と当接し、前記第１の孔と連通する第３の孔が形成された第３の端面と、前記第２の端面と当接し、前記第２の孔と連通する第４の孔が形成された第４の端面と、を備え、前記プラズマ生成室から前記ガス配管に侵入する荷電粒子を内部に捕捉する捕捉部材と、
前記第１の端面と前記第３の端面と垂直方向、又は前記第２の端面と前記第４の端面と垂直方向に、前記ガス配管の側から押圧力を付与する押圧手段と、を備える、
プラズマ生成装置。
前記ガス配管は、当該ガス配管の軸に垂直方向に突出する突出部を備え、
前記押圧手段は、前記突出部に押圧力を付与する、
請求項１に記載のプラズマ生成装置。
前記ガス配管は、前記捕捉部材と対向して配置されるガス導入ブロックを備え、
当該ガス導入ブロックが、前記第２の端面と、前記突出部を備える、
請求項２に記載のプラズマ生成装置。
前記押圧手段は、ばね部材である、
請求項１から３の何れか１項に記載のプラズマ生成装置。
前記プラズマ生成室と前記捕捉部材とは、固定部材により固定されている、
請求項１から４の何れか１項に記載のプラズマ生成装置。
請求項１から５の何れか１項に記載のプラズマ生成装置と、
前記プラズマ生成室からプラズマ中のイオンを引き出す引出電極と、を備える、
イオン源。