JP7494059B2 - 排気配管装置 - Google Patents

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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高周波電極を配置し、導管の両端部に設けられた配管用フランジを接地電極として、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、かかる構成では、導管外部でのアーキングといった異常放電を回避するため高周波電極と接地電極との距離を大きくする必要が生じると共に電圧の増加にも制限が生じる。この結果、導管内部でのプラズマ生成が不安定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
本発明の実施形態は、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、成膜チャンバと前記成膜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、グランド電極と、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、高周波電圧が印加される。グランド電極は、前記誘電体管の端部に配置され、前記高周波電極との距離が前記誘電体管の外部側よりも内部側の方が小さくなるように配置され、グランド電位が印加される。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の実施形態の比較例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の実施形態の変形例における冷却機構の構成の一例を示す構成図である。
（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の内壁と空間を開けて配置される。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、内管１９０の外周形状に合わせた形状で形成される。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。高周波電極１０４は、内管１９０と接触して配置されることが望ましいが、これに限るものではない。
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、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に高周波（ＲＦ）電圧を印加することで、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４は、第１の実施形態の比較例における排気配管装置の一例の正面図である。図４の比較例では、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。放電は、誘電体管３９０内部だけではなく、誘電体管３９０外部の大気側でも生じ得る。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を放電しない程度まで大きくする必要が生じる。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、大気側での異常放電（アーキング）が生じてしまう。
そこで、第１の実施形態では、図２に示すように、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。具体的には、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がそれぞれ形成される。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２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、大気側での異常放電（アーキング）を起こすほどの電圧まで印加電圧を高める必要はない。よって、大気側での異常放電（アーキング）を起こさずに内管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。
以上のように、第１の実施形態によれば、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２の実施形態）
第１の実施形態では、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構成を説明したが、大気側での異常放電（アーキング）を回避する手法はこれに限るものではない。第２の実施形態では、大気側での金属部分の露出を無くす構成について説明する。また、以下、特に説明しない点は、第１の実施形態と同様である。
図５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５の例では、内管１９０の外側において、少なくとも高周波電極１０４と対向する位置のグランド電極となる金属部分と高周波電極１０４との間を空気よりも誘電率の大きい誘電体で遮蔽する。そのために、例えば、内管１９０の外側において高周波電極１０４とグランド電極との少なくとも一方を誘電体による電極カバーで被覆する。
具体的には、内管１９０の外側において高周波電極１０４の内周面以外を誘電体による高周波電極カバー２０で被覆する。また、図５の例では、さらに、内管１９０の外側において、排気配管１５０側（上流側）のフランジ１９面と凸部１０とＯリング抑え１１とを含むグランド電極の露出面を誘電体によるグランド電極カバー２２で被覆する。同様に、内管１９０の外側において、排気配管１５２側（下流側）のフランジ１９面と凸部１０とＯリング抑え１１とを含むグランド電極の露出面を誘電体によるグランド電極カバー２４で被覆する。また、外部管１０２の内周面を誘電体による外部管カバー２６で被覆する。誘電体による各カバーの厚さは、適宜設定すればよい。その他の構成は、図２と同様である。
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に高周波（ＲＦ）電圧を印加することで、誘電体の内管１９０内に、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）を生成させる。これにより、第１の実施形態と同様、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。
図５の例では、大気側の金属部分を誘電体で被覆しているので、仮に高周波電極１０４に印加する電圧を上げた場合でも、大気側でのアーキングを抑制しながら内管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。さらに言えば、凸部１８を配置しない場合でも、大気側の金属部分を誘電体で被覆しているので、大気側でのアーキングを抑制しながら内管１９０内部で高周波電極１０４とフランジ１９面（グランド電極）との容量結合によるプラズマを生成することができる。
（第３の実施形態）
上述した各実施の形態では、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。第３の実施形態では、内管１９０の温度上昇を抑制可能な構成について説明する。また、以下、特に説明しない点は、第１の実施形態と同様である。
図６は、第３の実施形態におけ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。図６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６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である内管１９０の温度が上昇する。図６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。
これに対し、例えば、図４に示した比較例において、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。そこで、第３の実施形態では、排気配管装置に冷却機構を配置する。そして、冷却機構が、外部管と内管との間の空間とかかる空間内の部材との少なくとも一方に冷媒を導入することによって内管を冷却する。
図７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７の例では、高周波電極１０４内に空洞３４が形成される。空洞３４は、高周波電極１０４内全体にわたって形成されると好適である。
そして、図７の例では、外部管１０２と内管１９０との間の空間３６内の部材の一例である高周波電極１０４内の空洞３４に冷却水（冷媒の一例）を供給する。具体的には、以下のように構成する。図７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の流出口と高周波電極１０４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、高周波電極１０４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、及び空洞３４が形成された高周波電極１０４は、第３の実施形態における冷却機構の一部を構成する。
図７の例では、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を通って高周波電極１０４内の空洞３４下部に進む。高周波電極１０４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。高周波電極１０４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。
具体的には、プラズマ生成回路１０６は、フランジ１９及び凸部１８をグランド電極として接地した状態で、高周波電極１０４に導入端子１１１を介して高周波電圧を印加することで、高周波電極１０４の内側に配置される誘電体の内管１９０内に、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）を生成させる。このとき、高周波電極１０４内を流れる冷却水を用いて、プラズマ生成により温度が上昇する誘電体である内管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を直接冷却すると共に、高周波電極１０４の内周面と接触する内管１０９を冷却する。よって、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。
また、第３の実施形態の冷却機構は、図７に示すように、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）を有する。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、プラズマ生成により温度が上昇する誘電体である内管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の破損を抑制できる。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、プラズマ生成により温度が上昇する誘電体である内管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２と同様である。
なお、図７の例では、内管１０９を冷却するための冷媒として、冷却水及び冷却ガスを導入する冷却機構を説明したがこれに限るものではない。例えば、内管１０９を冷却するための冷媒として、冷却水及び冷却ガスの一方のみを導入する冷却機構を搭載した構成としても良い。
図８は、第３の実施形態の変形例における冷却機構の構成の一例を示す構成図である。図８の変形例では、冷却機構として、高周波電極１０４の外周面上に冷却パイプ３５を螺旋状に巻き付けた構成にしている。冷却パイプ３５の下端部には冷却配管３０が接続される。冷却パイプ３５の上端部には冷却配管３２が接続される。そして、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を通って冷却パイプ３５内を流れ、冷却パイプ３５内を下部から上部に向けて溜まっていく。冷却パイプ３５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。かかる冷却パイプ３５内を流れる冷却水によって、高周波電極１０４が冷却されると共に内管１９０が冷却される。さらに、内管１０９と外部管１０２との間の空間３６も冷却できる。その他の構成は図７と同様である。
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。
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 冷却配管、３１，３３，３４ 空洞、３５ 冷却パイプ、４０，４４ バルブ、４１ ガス導入口、４２，４６ 逆止弁、４３ ガス排出口、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 (4)

  1. 成膜チャンバと前記成膜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、高周波電圧が印加される高周波電極と、
    前記誘電体管の端部に配置され、前記高周波電極との距離が前記誘電体管の外部側よりも内部側の方が小さくなるように配置され、グランド電位が印加されるグランド電極と、
    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. 前記誘電体管の外側で前記高周波電極と前記グランド電極との少なくとも一方を被覆する誘電体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. 成膜チャンバと前記成膜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前記誘電体管との間に空間を開けて配置された外部管と、
    前記誘電体管の外周側の前記空間に配置され、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、
    前記外部管と前記誘電体管との間の空間と前記空間内の部材との少なくとも一方に冷媒を導入し前記誘電体管を冷却する冷却機構と、
    を備え、
    前記外部管にガス導入口及びガス排出口が形成され、
    前記冷却機構は、前記外部管のガス導入口及びガス排出口を経由して、前記外部管と前記誘電体管との間の空間に前記冷媒としての冷却ガスを流すことを特徴とする排気配管装置。
  4. 前記誘電体管の端部側に配置され、内部に空洞が形成されたフランジをさらに備え、
    前記冷却機構は、前記フランジ内の空洞を経由して、前記冷媒を導入することを特徴とする請求項３記載の排気配管装置。
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