TWI689967B - 電漿產生用的天線、具有該天線的電漿處理裝置以及天線構造 - Google Patents

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Abstract

本發明減小天線的阻抗，並且消除構成電容元件的電極及介電質之間產生的間隙。本發明的天線3用於產生感應耦合型電漿P，且具備至少兩個導體要素31、設於彼此相鄰的導體要素31之間且將該些導體要素31絕緣的絕緣要素32、以及與彼此相鄰的導體要素31電性串聯的電容器33，電容器33是由與彼此相鄰的導體要素31中的一者電性連接的第一電極33A、與彼此相鄰的導體要素31中的另一者電性連接的第二電極33B、以及將第一電極33A及第二電極33B之間的空間充滿的液體介電質所構成。

Description

電漿產生用的天線、具有該天線的電漿處理裝 置以及天線構造
本發明是有關於一種用以流動高頻電流而產生感應耦合型電漿(plasma)的天線(antenna)、具有該天線的電漿處理裝置以及天線構造。
先前以來，已提出有如下電漿處理裝置，該電漿處理裝置於天線中流動高頻電流，利用藉此所生成的感應電場而產生感應耦合型電漿(Inductively Coupled Plasma，簡稱ICP)，並使用該感應耦合型電漿對基板W實施處理。
對於此種電漿處理裝置而言，若為了應對大型基板而延長天線，則該天線的阻抗(impedance)增大，藉此於天線的兩端間產生大電位差。結果有受到該大電位差的影響而電漿的密度分佈、電位分佈、電子溫度分佈等電漿的均勻性變差，甚至基板處理的均勻性變差等問題。另外，若天線的阻抗增大，則亦有難以於天線中流動高頻電流等問題。
為了解決此種問題等，如專利文獻1所示般，可想到使中空絕緣體介於相鄰金屬管間而將多個金屬管連接，並且於中空絕緣體的外周部配置有作為電容元件的電容器(condensor)。該電容器電性串聯於中空絕緣體兩側的金屬管，且具有電性連接於中 空絕緣體一側的金屬管的第一電極、電性連接於中空絕緣體另一側的金屬管且與第一電極重疊的第二電極、以及配置於第一電極與第二電極間的介電片(dielectric sheet)。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2016-72168號公報
然而，所述電容器為第一電極、介電片及第二電極的積層構造，因此有可能於電極及介電質之間產生間隙。若如此，則可想到有可能於該間隙中產生電弧放電而導致電容器劣化，故而電容器的構造存在改善的餘地。
此處，可想到為了不於電極及介電質之間產生間隙，而於介電片的兩面上塗佈黏接劑並使電極黏接。然而，該黏接劑的電氣性能會使介電片的性能變化，難以製作必要的電容值等。
再者，亦可想到為了填埋電極及介電質之間產生的間隙，而設置將該等構件自周圍進行擠壓的構造。然而，因設置擠壓構造導致天線周邊的構造變複雜，有可能使周圍所產生的電漿的均勻性變差。
因此，本發明是為了解決所述問題點而成，其主要課題在於：於天線中組入電容元件而減小天線的阻抗，並且消除構成電容元件的電極及介電質之間產生的間隙。
即，本發明的電漿產生用的天線用於流動高頻電流而產生電漿，且所述天線的特徵在於具備：至少兩個導體要素；絕緣要素，設於彼此相鄰的所述導體要素之間，且將該些導體要素絕緣；以及電容元件，與彼此相鄰的所述導體要素電性串聯；所述電容元件包含：第一電極，與彼此相鄰的所述導體要素中的一者電性連接；第二電極，與彼此相鄰的所述導體要素中的另一者電性連接，且與所述第一電極對向地配置；以及介電質，將所述第一電極及所述第二電極之間的空間充滿；所述介電質為液體。
根據此種電漿產生用的天線，由於將電容元件電性串聯於經由絕緣要素而彼此相鄰的導體要素，故簡單而言，天線的合成電抗成為由感應性電抗減去電容性電抗的形式，因此可減小天線的阻抗。結果，即便於延長天線的情形時亦可抑制其阻抗增大，容易於天線中流動高頻電流，可高效率地產生電漿。
尤其根據本發明，由於利用液體介電質將第一電極及第二電極之間的空間充滿，故而可消除構成電容元件的電極及介電質之間產生的間隙。結果，可消除電極及介電質之間的間隙中可能產生的電弧放電，從而消除由電弧放電引起的電容元件的破損。另外，可不考慮間隙而根據第一電極及第二電極的距離、對向面積及液體介電質的相對介電常數而高精度地設定電容值。進而，亦可不需要用以填埋間隙的擠壓電極及介電質的構造，從而可防止由該擠壓構造所致的天線周邊構造的複雜化及藉此所產生的電漿 均勻性的劣化。
為了進一步簡化天線的周邊構造，提高電漿的均勻性，較理想為所述絕緣要素呈管狀，且所述電容元件設於所述絕緣要素的內部。
為了將天線冷卻而穩定地產生電漿，可想到設為以下構成：使所述導體要素及所述絕緣要素呈管狀，且使冷卻液於所述導體要素及所述絕緣要素的內部流通。該構成中，較理想為將所述冷卻液供給於第一電極及第二電極之間的空間，且將所述冷卻液設為所述介電質。
藉由將冷卻液設為介電質，無需另準備與冷卻液不同的介電質，另外可將第一電極及第二電極冷卻。冷卻液通常經調溫機構調整至一定溫度，藉由將該冷卻液用作介電質，可抑制由溫度變化所致的相對介電常數的變化，從而抑制電容值的變化。進而，於將水用作冷卻液的情形時，因水的相對介電常數為約80(20℃)而大於樹脂製介電片，故可構成能耐受高電壓的電容元件。
作為各電極的具體實施態樣，較理想為所述各電極具有與所述導體要素中的所述絕緣要素側的端部電性接觸的凸緣部、以及自該凸緣部向所述絕緣要素側伸出的伸出部。
若為該構成，則可藉由凸緣部而增大與導體要素的接觸面積，並且藉由伸出部而設定電極間的對向面積。
所述各電極的伸出部較理想為呈管狀，且相互配置於同軸上。
若為該構成，則可增大電極間的對向面積，並且使導體要素中流動的高頻電流的分佈於圓周方向上均勻，產生均勻性良好的電漿。
所述各電極的凸緣部較理想為嵌合至形成於所述絕緣要素的側周壁的凹部中。
若為該構成，則藉由使凸緣部嵌合至絕緣要素的凹部中，可決定各電極的伸出部的相對位置，可使其組裝容易。
另外，本發明的電漿產生用的天線用於流動高頻電流而產生電漿，且所述天線的特徵在於具備：至少兩個導體要素；絕緣要素，設於彼此相鄰的第一導體要素及第二導體要素之間，且將該些導體要素絕緣；以及電容元件，與所述第一導體要素及所述第二導體要素電性串聯；所述電容元件具備：第一電極，其為包含所述第一導體要素的一部分的電極或與所述第一導體要素電性連接的電極，且配置於較所述絕緣要素更靠所述第一導體要素側；第二電極，與所述第二導體要素電性連接，且自所述第二導體要素側通過所述絕緣要素的內部向所述第一導體要素側延伸，與所述第一電極對向地配置；以及介電質，將所述第一電極及所述第二電極之間的空間充滿；所述介電質為液體。
若為此種電漿產生用的天線，則由於將電容元件電性串聯於經由絕緣要素而設置的彼此相鄰的導體要素，故簡單而言，天線的合成電抗成為由感應性電抗減去電容性電抗的形式，因此可減小天線的阻抗。結果，即便於延長天線的情形時亦可抑制其 阻抗增大，容易於天線中流動高頻電流，可高效率地產生電漿。
尤其根據本發明，由於利用液體介電質將第一電極及第二電極之間的空間充滿，故而可消除構成電容元件的電極及介電質之間產生的間隙。結果，可消除電極及介電質之間的間隙中可能產生的電弧放電，從而消除由電弧放電引起的電容元件的破損。另外，可不考慮間隙而根據第一電極及第二電極的距離、對向面積及液體介電質的相對介電常數而高精度地設定電容值。進而，亦可不需要用以填埋間隙的擠壓電極及介電質的構造，從而可防止由該擠壓構造所致的天線周邊構造的複雜化及藉此所產生的電漿的均勻性的劣化。此外，藉由使第二電極自第二導體要素側通過絕緣要素的內部向第一導體要素側延伸而使該第二電極與第一電極對向，故可藉由改變其伸出尺寸而容易地獲得作為電容元件所需要的電容值。
作為用以簡化電容元件的構造的實施態樣，可列舉以下構成：所述第一電極呈管狀，且所述第二電極具有插入至所述第一電極的內部空間中的伸出部。
所述第一電極的內周面與所述伸出部的外周面的距離較理想為沿著圓周方向為一定。
若為該構成，則可使導體要素中流動的高頻電流的分佈於圓周方向上均勻，產生均勻性良好的電漿。
為了將天線冷卻而穩定地產生電漿，可想到設為以下構成：將所述各導體要素設為呈管狀，且使冷卻液於所述各導體要 素的內部流通。於該構成中，較理想為以如下方式構成：於所述第一導體要素的內部流動的冷卻液流入至所述第一電極與所述第二電極之間而作為所述介電質發揮功能，自形成於所述第二電極中的一個或多個貫通孔被引導至該第二電極內，流出至所述第二導體要素的內部。
若為此種構成，則藉由將冷卻液設定為介電質，無需另準備與冷卻液不同的介電質，另外可將第一電極及第二電極冷卻。冷卻液通常經調溫機構調整至一定溫度，藉由將該冷卻液用作介電質，可抑制由溫度變化所致的相對介電常數的變化，從而抑制電容值的變化。進而，於將水用作冷卻液的情形時，因水的相對介電常數為約80(20℃)而大於樹脂製介電片，故可構成能耐受高電壓的電容元件。
於所述構成、即於第二電極中設置貫通孔並自該貫通孔將冷卻液引導至第二電極內的構成中，為了減小對冷卻液流動的阻力，所述第二電極較理想為形成有與所述貫通孔連通且沿著所述冷卻液的流動方向延伸的一個或多個槽。
構成電容元件的金屬製的各電極有因氧化而電容值經時變化之虞。結果，天線的阻抗變化，所生成的電漿的狀態亦變化，甚至所成膜的膜質或均勻性經時變化。
為了較佳地解決該問題，所述各電極較理想為至少於所述各電極彼此的相對向的表面上具有耐蝕層。
此處，作為耐蝕層，可想到鍍敷被膜、或所述第一電極 及所述第二電極的表面氧化膜。
另外，本發明的電漿處理裝置的特徵在於具備：真空容器，經真空排氣且供導入氣體；天線，配置於所述真空容器內或所述真空容器外；以及高頻電源，於所述天線中流動高頻電流；且以使用藉由所述天線所產生的電漿對基板實施處理的方式構成，並且所述天線為上文所述的構成。
根據該電漿處理裝置，可藉由所述天線而高效率地產生均勻性良好的電漿，故可提高基板處理的均勻性及效率。
為了於該電漿處理裝置中對大面積的基板實施處理，可想到具備多根所述天線。於該情形時，較理想為以如下方式構成：所述天線的兩端部伸出至所述真空容器外，藉由連接導體將相鄰的所述天線中的一根所述天線的端部與另一所述天線的端部電性連接，於所述相鄰的所述天線中流動相互反向的高頻電流。
所述連接導體較理想為於內部具有流路，且於該流路中流動冷卻液。
較理想為於所述導體要素及所述絕緣要素的內部流動冷卻液，且在相鄰的所述天線中的一根所述天線中流動的冷卻液經由所述連接導體的流路而流至另一所述天線中。
若為該構成，則可藉由共同的冷卻液將天線及連接導體兩者冷卻。另外，可藉由一條流路將多根天線冷卻，故可簡化使冷卻液循環的循環流路的構成。再者，若天線的流路及連接導體的流路變長，則有可能因冷卻液的溫度上升而產生下游側的介電常數 的降低。因此，藉由連接導體所連接的天線的根數是考慮冷卻液的溫度上升而設定，例如天線的根數為4根左右。
於利用連接導體將兩根天線的供電側端部與接地側端部連接的情形時，會產生由該連接導體所致的阻抗增加。結果，有可能因高頻電流的通電導致最靠供電側的端部的電位相對於最靠接地側的端部而上升，或因連接導體的阻抗而產生電壓的上升、下降。這一情況導致所產生的電漿不均勻。
為了較佳地解決該問題，所述連接導體較理想為具有連接於相鄰的所述天線中的一根所述天線的其中一個導體部、連接於另一所述天線的另一導體部、以及電性串聯於所述其中一個導體部及所述另一導體部的電容元件。藉由如此般於連接導體中設置電容元件，可使連接導體的阻抗相當於零，從而可消除由連接導體所致的阻抗增加。
於電漿處理裝置中，可想到以下構成：為了抑制電漿中的帶電粒子入射至構成天線的導體要素中等，而設置覆蓋天線的絕緣罩。此時，於因所述天線的構成而延長天線的情形時，天線撓曲，絕緣要素與因電漿而變為高溫的絕緣罩接觸。於絕緣要素為樹脂製的情形時，熱損傷的問題變得特別明顯。
為了較佳地解決該問題，較理想為於所述第一導體要素或所述第二導體要素的至少一者的外側周面，形成有朝向所述絕緣罩突出的凸部。
若為該構成，則即便天線撓曲，亦可藉由凸部與絕緣罩接觸 而使絕緣要素不與絕緣罩接觸。藉此，可防止絕緣要素的熱損傷。另外，藉由防止絕緣要素與絕緣罩的接觸，可防止因絕緣要素與絕緣罩接觸所致的成為電容元件的介電質的冷卻液的溫度上升。結果，可抑制冷卻液的介電常數的變化。
為了確實地防止絕緣要素與絕緣罩的接觸，所述凸部較理想為遍及所述外側周面的整個圓周方向而連續地或間歇地形成。另外，可藉由該構成而增大凸部與絕緣罩的接觸面積，從而可分散對絕緣罩的荷重。
為了確實地防止絕緣要素與絕緣罩的接觸，所述凸部較理想為形成於第一導體要素及所述第二導體要素的外側周面中鄰接於所述絕緣要素的位置。
另外，本發明的天線構造的特徵在於：具備所述天線、及覆蓋所述天線的絕緣罩，且於所述第一導體要素或所述第二導體要素的至少一者的外側周面，形成有朝向所述絕緣罩突出的凸部。
進而，本發明的電漿處理裝置的特徵在於具備：處理室，經真空排氣且供導入氣體；如第一發明至第六發明中任一項所述的天線，配置於所述處理室外；以及高頻電源，於所述天線中流動高頻電流；且以使用藉由所述天線所產生的電漿對所述處理室內的基板實施處理的方式構成。
根據該電漿處理裝置，可分別控制處理室的壓力等條件與用來配置天線的天線室的壓力等條件，從而可有效率地產生電漿且 可有效率地處理基板。
為了於該電漿處理裝置中對大面積的基板實施處理，較理想為以如下方式構成：具備多根所述天線，藉由連接導體將相鄰的所述天線中的一根所述天線的端部與另一所述天線的端部電性連接，於所述相鄰的所述天線中流動相互反向的高頻電流。
進而，本發明的天線構造的特徵在於：具備用以流動高頻電流而產生電漿的天線、及覆蓋所述天線的絕緣罩，所述天線具備：至少兩個導體要素；絕緣要素，設於彼此相鄰的第一導體要素及第二導體要素之間，且將該些導體要素絕緣；以及電容元件，與所述第一導體要素及所述第二導體要素電性串聯；所述電容元件具有：第一電極，與彼此相鄰的所述導體要素中的一者電性連接；第二電極，與彼此相鄰的所述導體要素中的另一者電性連接，且與所述第一電極對向地配置；以及介電質，將所述第一電極及所述第二電極之間的空間充滿；所述介電質為液體，於所述第一導體要素或所述第二導體要素的至少一者的外側周面，形成有朝向所述絕緣罩突出的凸部。
根據如此般構成的本發明，可藉由在天線中組入電容元件而減小天線的阻抗，並且消除構成電容元件的電極及介電質之間產生的間隙，故可高效率地產生均勻性良好的電漿。
2:真空容器
3:天線
3M:凹部
3R:環狀構件
3T:凸部
3a:供電端部
3b:終端部、接地側端部
4:高頻電源
6:真空排氣裝置
7:氣體
8:基板固持器
9:偏壓電源
10:絕緣罩
11:絕緣構件
12、13:襯墊
14:循環流路
15:環狀多面接觸子
16:密封構件
17:連接導體
17a:其中一個導體部
17b:另一導體部
17c:電容器
18:處理室
19:介電窗
20:天線室
21:氣體導入口/真空排氣裝置
31、31A、31B:金屬管(導體要素)
31a:外螺紋部
31x、32x:流路
32:絕緣管(絕緣要素)
32a:內螺紋部、外周切缺部
32b:凹部、內周切缺部
33:電容器
33a:內螺紋部
33A:第一電極
33B:第二電極
33L:耐蝕層
33x:主流路
41:匹配電路
81:加熱器
100:電漿處理裝置
141:調溫機構
142:循環機構
311:接觸部、被接觸部
331:凸緣部、接觸部
331a:切缺部
331h、332h:貫通孔
332:伸出部
332A:第一伸出部
332B:第二伸出部
332a、332c:前端角部
332g:槽
333:接觸端子、縮徑要素
334:直管要素
335:縮徑部
B:焊料
CL:冷卻液(液體介電質)
IR:高頻電流
M:焊接
P:感應耦合型電漿
S:空間
W:基板
圖1為示意性地表示第一實施形態的電漿處理裝置的構成的縱剖面圖。
圖2為示意性地表示第一實施形態的天線中的電容元件的周邊構造的放大剖面圖。
圖3為示意性地表示變形實施形態的電容元件的放大剖面圖。
圖4為示意性地表示變形實施形態的電容元件的放大剖面圖。
圖5為示意性地表示變形實施形態的天線中的電容元件的周邊構造的放大剖面圖。
圖6為示意性地表示第二實施形態的天線中的電容元件的周邊構造的放大剖面圖。
圖7為示意性地表示變形實施形態的電容元件的放大剖面圖。
圖8為示意性地表示變形實施形態的電容元件的放大剖面圖。
圖9為示意性地表示變形實施形態的電容元件的放大剖面圖。
圖10為示意性地表示變形實施形態的電容元件的放大剖面圖。
圖11為示意性地表示變形實施形態的天線中的電容元件的周邊構造的放大剖面圖。
圖12為表示凸部與絕緣罩接觸的狀態的放大剖面圖。
圖13為表示凸部的變形例的放大剖面圖。
圖14為示意性地表示變形實施形態的天線中的電容元件的周邊構造的放大剖面圖。
圖15為示意性地表示變形實施形態的天線中的電容元件的周邊構造的放大剖面圖。
圖16為示意性地表示變形實施形態的電漿處理裝置的構成的橫剖面圖。
圖17為示意性地表示變形實施形態的電漿處理裝置的構成的橫剖面圖。
圖18為示意性地表示變形實施形態的電漿處理裝置的構成的圖。
<1.第一實施形態>
以下，一面參照圖式一面對本發明的電漿處理裝置的第一實施形態進行說明。
<裝置構成>
本實施形態的電漿處理裝置100使用感應耦合型電漿P對基板W實施處理。此處，基板W例如為液晶顯示器或有機電致發光(Electroluminescence，EL)顯示器等平板顯示器(Flat Panel Display，FPD)用的基板、可撓性顯示器用的可撓性基板等。另外，對基板W實施的處理例如為利用電漿化學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition，CVD)法的膜形成、蝕刻(etching)、灰化(ashing)、濺鍍(sputtering)等。
再者，該電漿處理裝置100於藉由電漿CVD法進行膜形成的情形時亦被稱為電漿CVD裝置，於進行蝕刻的情形時亦被稱為電漿蝕刻裝置，於進行灰化的情形時亦被稱為電漿灰化裝置，於進行濺鍍的情形時亦被稱為電漿濺鍍裝置。
具體而言，如圖1所示，電漿處理裝置100具備經真空排氣且供導入氣體7的真空容器2、配置於真空容器2內的直線狀的天線3、及用以於真空容器2內生成感應耦合型電漿P的對天線3施加高頻的高頻電源4。再者，藉由自高頻電源4對天線3施加高頻而於天線3中流動高頻電流IR，於真空容器2內產生感應電場而生成感應耦合型電漿P。
真空容器2例如為金屬製容器，其內部藉由真空排氣裝置6進行真空排氣。於該例中，真空容器2電性接地。
於真空容器2內，例如經由流量調整器(省略圖示)及配置於沿著天線3的方向上的多個氣體導入口21而導入氣體7。氣體7只要與對基板W實施的處理內容相對應即可。例如於藉由電漿CVD法對基板W進行膜形成的情形時，氣體7為原料氣體或以稀釋氣體(例如H2)將原料氣體稀釋而成的氣體。若進一步列舉具體例，則於原料氣體為SiH4的情形時可於基板W上形成Si膜，於原料氣體為SiH4+NH3的情形時可於基板W上形成SiN膜，於原料氣體為SiH4+O2的情形時可於基板W上形成SiO2膜， 於原料氣體為SiF4+N2的情形時可於基板W上形成SiN：F膜(氟化氮化矽膜)。
另外，於真空容器2內設有保持基板W的基板固持器8。亦可如本例般，自偏壓電源9對基板固持器8施加偏壓電壓。偏壓電壓例如為負直流電壓、負偏壓電壓等，但不限於此。可藉藉此種偏壓電壓而控制例如電漿P中的正離子入射至基板W中時的能量，從而控制形成於基板W表面上的膜的結晶度等。亦可於基板固持器8內設置將基板W加熱的加熱器81。
天線3是以沿著基板W的表面的方式(例如與基板W的表面實質上平行地)配置於真空容器2內的基板W的上方。配置於真空容器2內的天線3可為一根，亦可為多根。
天線3的兩端部附近分別貫通真空容器2的相對向的側壁。於使天線3的兩端部向真空容器2外貫通的部分，分別設有絕緣構件11。天線3的兩端部貫通該各絕緣構件11，其貫通部例如藉由襯墊12而真空密封。各絕緣構件11與真空容器2之間亦例如藉由襯墊13而真空密封。再者，絕緣構件11的材質例如為氧化鋁等陶瓷、石英、或聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等工程塑膠等。
進而，天線3中位於真空容器2內的部分是藉由直管狀的絕緣罩10而覆蓋。該絕緣罩10的兩端部由絕緣構件11支持。再者，絕緣罩10的兩端部與絕緣構件11間亦可不密封。即便氣體7進入至絕緣罩10內的空間中，亦由於該空間小而電子的遷移 距離短，故而通常不在空間內產生電漿P。再者，絕緣罩10的材質例如為石英、氧化鋁、氟樹脂、氮化矽、碳化矽、矽等。
藉由設置絕緣罩10，可抑制電漿P中的帶電粒子入射至構成天線3的金屬管31中，故而可抑制因帶電粒子(主要為電子)入射至金屬管31所致的電漿電位的上升，並且可抑制金屬管31被帶電粒子(主要為離子)濺鍍而對電漿P及基板W產生金屬污染(metal contamination)。
於作為天線3的一端部的供電端部3a，經由匹配電路41而連接有高頻電源4，作為另一端部的終端部3b直接接地。再者，終端部3b亦可經由電容器或線圈等而接地。
藉由所述構成，可自高頻電源4經由匹配電路41於天線3中流動高頻電流IR。高頻的頻率例如為通常的13.56MHz，但不限於此。
天線3為於內部具有冷卻液CL流通的流路的中空構造。具體而言，如圖2所示，天線3具備至少兩個呈管狀的金屬製的導體要素31(以下稱為「金屬管31」)、設於彼此相鄰的金屬管31之間且將該些金屬管31絕緣的管狀的絕緣要素32(以下稱為「絕緣管32」)、以及作為與彼此相鄰的金屬管31電性串聯的電容元件的電容器33。
於本實施形態中，金屬管31的數量為兩個，絕緣管32及電容器33的數量各為一個。於以下的說明中，將其中一個金屬管31亦稱為「第一金屬管31A」，將另一金屬管亦稱為「第二金 屬管31B」。再者，天線3亦可為具有三個以上的金屬管31的構成，於該情形時，絕緣管32及電容器33的數量均較金屬管31的數量少一個。
再者，冷卻液CL藉由設於真空容器2外部的循環流路14而於天線3內流通，於所述循環流路14中，設有用以將冷卻液CL調整至一定溫度的熱交換器等調溫機構141、及用以使冷卻液CL於循環流路14中循環的泵等循環機構142。就電氣絕緣的觀點而言，冷卻液CL較佳為高電阻的水，例如較佳為純水或接近純水的水。除此以外，例如亦可使用氟系非活性液體等水以外的液態冷卻介質。
金屬管31呈直管狀，於其內部形成有冷卻液CL流通的直線狀的流路31x。而且，於金屬管31的至少長度方向一端部的外周部，形成有外螺紋部31a。本實施形態的金屬管31是利用不同零件來形成形成有外螺紋部31a的端部與其他構件並將該些零件接合，但亦可由單一構件形成。再者，為了實現與多個連接金屬管31的構成的零件通用化，較理想為預先於金屬管31的長度方向兩端部形成外螺紋部31a而具有互換性。金屬管31的材質例如為銅、鋁、該些金屬的合金、不鏽鋼等。
絕緣管32呈直管狀，於其內部形成有冷卻液CL流通的直線狀的流路32x。而且，於絕緣管32的軸方向兩端部的側周壁，形成有與金屬管31的外螺紋部31a螺合而連接的內螺紋部32a。另外，於絕緣管32的軸方向兩端部的側周壁，於較內螺紋部32a 更靠軸方向中央側，遍及整個圓周方向而形成有用以使電容器33的各電極33A、33B嵌合的凹部32b。本實施形態的絕緣管32是由單一構件形成，但不限於此。再者，絕緣管32的材質例如為氧化鋁、氟樹脂、聚乙烯(PE)、工程塑膠(例如聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等)等。
電容器33設於絕緣管32的內部，具體而言設於絕緣管32的冷卻液CL流通的流路32x中。
具體而言，電容器33具備與彼此相鄰的金屬管31中的一者(第一金屬管31A)電性連接的第一電極33A、及與彼此相鄰的金屬管31中的另一者(第二金屬管31B)電性連接且與第一電極33A對向地配置的第二電極33B，且以冷卻液CL將第一電極33A及第二電極33B之間的空間充滿的方式構成。即，於該第一電極33A及第二電極33B之間的空間中流通的冷卻液CL成為構成電容器33的介電質。
各電極33A、電極33B呈大致旋轉體形狀，且沿著其中心軸於中央部形成有主流路33x。具體而言，各電極33A、電極33B具有與金屬管31中的絕緣管32側的端部電性接觸的凸緣部331、及自該凸緣部331向絕緣管32側伸出的伸出部332。本實施形態的各電極33A、電極33B可由單一構件形成凸緣部331及伸出部332，亦可利用不同零件形成凸緣部331及伸出部332並將該些部分接合。電極33A、電極33B的材質例如為鋁、銅、該些金屬的合金等。
凸緣部331遍及整個圓周方向而與金屬管31中的絕緣管32側的端部接觸。具體而言，凸緣部331的軸方向端面遍及整個圓周方向而與形成於金屬管31端部的圓筒狀的接觸部311的前端面接觸，並且經由設於金屬管31的接觸部311外周的環狀多面接觸子15而與金屬管31的端面電性接觸。再者，凸緣部331亦可藉由該些部分中的任一者而與金屬管31電性接觸。
另外，於凸緣部331中於厚度方向上形成有多個貫通孔331h。藉由在該凸緣部331中設置貫通孔331h，可減小由凸緣部331所致的冷卻液CL的流路阻力，並且防止絕緣管32內的冷卻液CL滯留及於絕緣管32內積存氣泡。
伸出部332呈圓筒形狀，於其內部形成有主流路33x。第一電極33A的伸出部332及第二電極33B的伸出部332相互配置於同軸上。即，以將第二電極33B的伸出部332插入至第一電極33A的伸出部332的內部的狀態而設置。藉此，於第一電極33A的伸出部332與第二電極33B的伸出部332之間，形成有沿著流路方向的圓筒狀的空間。
如此般構成的各電極33A、電極33B嵌合至形成於絕緣管32的側周壁的凹部32b中。具體而言，在形成於絕緣管32的軸方向一端側的凹部32b中嵌合有第一電極33A，且在形成於絕緣管32的軸方向另一端側的凹部32b中嵌合有第二電極33B。藉由如此般使各電極33A、電極33B嵌合至各凹部32b中，而將第一電極33A的伸出部332及第二電極33B的伸出部332相互配置 於同軸上。另外，各電極33A、電極33B的凸緣部331的端面與各凹部32b的朝向軸方向外側的面接觸，藉此規定第二電極33B的伸出部332對第一電極33A的伸出部332的插入尺寸。
另外，藉由使各電極33A、電極33B嵌合至絕緣管32的各凹部32b中，並且使金屬管31的外螺紋部31a與該絕緣管32的內螺紋部32a螺合，金屬管31的接觸部311的前端面與電極33A、電極33B的凸緣部331接觸，並將各電極33A、電極33B夾持於絕緣管32與金屬管31之間並固定。如此，本實施形態的天線3成為將金屬管31、絕緣管32、第一電極33A及第二電極33B配置於同軸上的構造。再者，金屬管31及絕緣管32的連接部具有對真空及冷卻液CL的密封構造。本實施形態的密封構造是藉由設於外螺紋部31a基端部的襯墊等密封構件16而實現。再者，亦可使用錐管螺紋構造。
如此，金屬管31及絕緣管32之間的密封構造、金屬管31與各電極33A、電極33B的電性接觸是與外螺紋部31a及內螺紋部32a的締結一併進行，故而組裝作業變得非常簡便。
於該構成中，若冷卻液CL自第一金屬管31A流動而來，則冷卻液CL通過第一電極33A的主流路33x及貫通孔331h而流至第二電極33B側。流至第二電極33B側的冷卻液CL通過第二電極33B的主流路33x及貫通孔331h而流至第二金屬管31B。此時，第一電極33A的伸出部332與第二電極33B的伸出部332之間的圓筒狀的空間經冷卻液CL充滿，該冷卻液CL成為 介電質而構成電容器33。
<第一實施形態的效果>
根據如此般構成的第一實施形態的電漿處理裝置100，由於將電容器33電性串聯於經由絕緣管32而彼此相鄰的金屬管31，故簡單而言，天線3的合成電抗成為由感應性電抗減去電容性電抗的形式，因此可減小天線3的阻抗。結果，即便於延長天線3的情形時亦可抑制其阻抗增大，容易於天線3中流動高頻電流，可高效率地產生感應耦合型電漿P。
尤其根據本實施形態，由於利用液體介電質(冷卻液CL)將第一電極33A及第二電極33B之間的空間充滿，故而可消除構成電容器33的電極33A、電極33B及介電質之間產生的間隙。結果，可消除電極33A、電極33B及介電質之間的間隙中可能產生的電弧放電，從而消除由電弧放電引起的電容器33的破損。另外，可不考慮間隙而根據第一電極33A的伸出部332與第二電極33B的伸出部332的遠離距離、對向面積及液體介電質(冷卻液CL)的相對介電常數而高精度地設定電容值。進而，亦可不需要用以填埋間隙的擠壓電極33A、電極33B及介電質的構造，從而可防止由該擠壓構造所致的天線周邊構造的複雜化及藉此所產生的電漿P的均勻性的劣化。
由於將冷卻天線3的冷卻液CL設為介電質，故無需另準備與冷卻液CL不同的介電質，且可將電極33A、電極33B冷卻。另外，冷卻液CL通常經調溫機構141調整為一定溫度，藉由將該 冷卻液CL用作介電質，可抑制由溫度變化所致的相對介電常數的變化，從而抑制電容值的變化。進而，於將水用作冷卻液CL的情形時，因水的相對介電常數為約80(20℃)而大於樹脂製介電片，故可構成能耐受高電壓的電容器33。此處，因相對介電常數大，故即便電容器33為包含兩個伸出部332的雙筒構造亦可獲得充分的電容值。因此，可一方面使各電極33A、電極33B的伸出部332相對於凸緣部331的垂直度為高精度一方面製作各電極33A、電極33B，從而可高精度地設定電容值。此外，雖有可能因水的電解而混入雜質，但可藉由在循環流路14上設置離子交換膜過濾器等過濾器而加以去除，從而可抑制電容器33的電容值變化。
<第一實施形態的變形例>
例如於所述實施形態中，電容器33為包含兩個圓筒狀的伸出部的雙筒構造，但亦可如圖3所示，將三個以上的圓筒狀的伸出部332配置於同軸上。於該情形時，以將第一電極33A的伸出部332與第二電極33B的伸出部332交替配置的方式構成。圖3中，三個伸出部332中，內側及外側的兩個為第一電極33A的伸出部332，中間一個成為第二電極33B的伸出部332。若為該構成，則可不增大電容器33的軸方向尺寸而增加對向面積。
另外，為了緩和成為電容器33的對向電極的伸出部332的前端角部的電場集中，亦可如圖4所示，將伸出部332的前端角部332a的一部分切缺成圓錐狀。具體而言，將第一電極33A的伸出部332的前端角部332a的內側周面切缺成圓錐狀，且將第二 電極33B的伸出部332的前端角部332a的外側周面切缺成圓錐狀。
進而，電極33A、電極33B與金屬管31的接觸除了該些端面彼此的接觸以外，亦可如圖5所示，以於電極33A、電極33B上設置接觸端子333，且該接觸端子333與金屬管31接觸的方式構成。圖5的構成中，設置自電極33A、電極33B的凸緣部331向軸方向外側突出的接觸端子333，該接觸端子333與金屬管31的接觸部311的外側周面擠壓接觸。於該構成中，各電極33A、電極33B的相對位置是由絕緣管32的凹部32b的朝向軸方向外側的面來規定。
所述實施形態為將電容器收容於絕緣管內的構成，但亦可設定為設於絕緣管外部的構成。例如設為以下構成：將構成電容器的第一電極及第二電極設於絕緣管的外周部，並且使液體介電質於該些電極之間充滿。另外亦可設為以下構成：將第一電極及第二電極與金屬管電性連接，並且使該些電極遠離絕緣管。於該些構成中，液體介電質可為藉由自天線的內部流路分支的分支流路所供給的冷卻液，亦可為以與冷卻液不同的路徑供給的液體介電質。另外，亦可將液體介電質密封於第一電極及第二電極之間。再者，於密封的情形時，必須設置用以將該液體介電質的溫度調整為一定的調溫機構。
<2.第二實施形態>
繼而，對本發明的第二實施形態進行說明。再者，對與所述 第一實施形態相同或對應的構件標註相同符號。
第二實施形態的電漿處理裝置100中，天線3的構成、特別是電容器33的構成與所述第一實施形態不同。
天線3為於內部具有冷卻液CL流通的流路的中空構造。具體而言，如圖6所示，天線3具備至少兩個呈管狀的金屬製的導體要素31(以下稱為「金屬管31」)、設於彼此相鄰的金屬管31之間且將該些金屬管31絕緣的管狀的絕緣要素32(以下稱為「絕緣管32」)、以及作為與彼此相鄰的金屬管31電性串聯的電容元件的電容器33。
本實施形態中，金屬管31的數量為兩個，絕緣管32及電容器33的數量各為一個。於以下的說明中，將其中一個金屬管31亦稱為「第一金屬管31A」，將另一金屬管31亦稱為「第二金屬管31B」。此處，第一金屬管31A為配置於冷卻液CL的流動方向上游側的金屬管31，第二金屬管31B為配置於冷卻液CL的流動方向下游側的金屬管31。另外，此處，第一金屬管31A及第二金屬管31B的外徑及內徑彼此相同，且配置於同軸上。然而，金屬管31的外徑及內徑亦可適宜變更，關於配置，亦未必一定要設為同軸上。進而，天線3亦可為具有三個以上的金屬管31的構成，於該情形時，絕緣管32及電容器33的數量均較金屬管31的數量少一個。
金屬管31呈直管狀，於其內部形成有冷卻液CL流通的直線狀的流路31x。金屬管31的材質例如為銅、鋁、該些金屬的 合金、不鏽鋼等。
絕緣管32呈直管狀，於其內部形成有冷卻液CL流通的直線狀的流路32x。本實施形態的絕緣管32外徑與金屬管31相同，且與金屬管31配置於同軸上。另外，絕緣管32是由單一構件形成，其材質例如為氧化鋁、氟樹脂、聚乙烯(PE)、工程塑膠(例如聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等)等。再者，關於絕緣管32的尺寸或配置或構件，不限於所述內容。
電容器33介於第一金屬管31A與第二金屬管31B之間，於其內部形成有將第一金屬管31A的流路31x與第二金屬管31B的流路31x連通的主流路33x。
具體而言，電容器33具備第一電極33A及第二電極33B，且以冷卻液CL將第一電極33A及第二電極33B之間的空間S充滿的方式構成，所述第一電極33A與第一金屬管31A電性連接，且配置於較絕緣管32更靠第一金屬管31A側，所述第二電極33B與第二金屬管31B電性連接，自第二金屬管31B側通過絕緣管32的內部向第一金屬管31A側延伸，且與第一電極33A對向地配置。即，於該第一電極33A及第二電極33B之間的空間S中流動的冷卻液CL成為構成電容器33的介電質。
此處，第一電極33A與第一金屬管31A是以如下方式構成：藉由使形成於其中一者的軸方向端部的外螺紋部、與形成於另一者的軸方向端部的內螺紋部螺合，而相互連結。
本實施形態中，於第一金屬管31A的軸方向端部的內周部形 成外螺紋部31a，並且於第一電極33A的軸方向端部的外周部形成內螺紋部33a，將該些螺紋部螺合，藉此以將第一電極33A的軸方向端部插入至第一金屬管31A內的狀態連結。
另外，第二電極33B與第二金屬管31B是以如下方式構成：藉由使形成於其中一者的軸方向端部的外螺紋部、與形成於另一者的軸方向端部的內螺紋部螺合，而相互連結。
本實施形態中，於第二金屬管31B的軸方向端部的外周部形成外螺紋部31a，並且於第二電極33B的軸方向端部的內周部形成內螺紋部33a，將該些螺紋部螺合，藉此以將第二金屬管31B的軸方向端部插入至第二電極33B內的狀態連結。
以下，對各電極33A、電極33B加以詳述。
各電極33A、電極33B呈大致旋轉體形狀，且沿著其中心軸於中央部形成有主流路33x。此處的各電極33A、電極33B呈管狀，且自軸方向觀察時並未較金屬管31更向外側突出而設置。各電極33A、電極33B的材質例如為鋁、銅、該些金屬的合金等。
具體而言，各電極33A、電極33B具有藉由與金屬管31螺合而與金屬管31中的絕緣管32側的端部接觸並電性連接的接觸部331、及自該接觸部331向絕緣管32側伸出的伸出部332。接觸部331及伸出部332可由單一構件所形成，或亦可利用不同構件形成並將該些構件接合。
接觸部331遍及整個圓周方向而與金屬管31的絕緣管 32側的端部接觸。具體而言，接觸部331呈圓筒狀，且其軸方向端面遍及整個圓周方向而與形成於金屬管31端部的圓筒狀的被接觸部311的前端面接觸。再者，接觸部331的外徑為金屬管31的外徑以下，此處與金屬管31的外徑相同。
進而，該接觸部331經由設於與被接觸部311之間的環狀多面接觸子15而與金屬管31的端面電性接觸。然而，未必一定要設置被接觸部311及環狀多面接觸子15兩者，亦可藉由該等部分中的任一者而將接觸部331與金屬管31電性接觸。
另外，使對真空及冷卻液CL的密封構造介於接觸部331與被接觸部311之間。本實施形態的密封構造是藉由設於接觸部331及被接觸部311之間的O環等密封構件16而實現。
伸出部332呈圓筒狀，於其內部形成有主流路33x。第一電極33A的伸出部332(以下稱為「第一伸出部332A」)及第二電極33B的伸出部332(以下稱為「第二伸出部332B」)相互配置於同軸上，如圖6所示，構成使第一伸出部332A配置於外側且使第二伸出部332B配置於內側的雙重筒構造。
第一伸出部332A是介於第一電極33A的接觸部331與絕緣管32之間而設置，其基端部與接觸部331接合，並且前端部固定於絕緣管32上。若加以更詳細說明，則接觸部331的絕緣管32側的軸方向端部是以如下方式構成：形成有將外周部於圓周方向上切缺而成的切缺部331a，外徑小於其他部分，第一伸出部332A的基端部嵌合於該切缺部331a。另外，絕緣管32的第一金 屬管31A側的軸方向端部是以如下方式構成：形成有將外周部於圓周方向上切缺而成的外周切缺部32a，外徑小於其他部分，第一伸出部332A的前端部嵌合於該外周切缺部32a。
即，第一伸出部332A的內徑與接觸部331的絕緣管32側的軸方向端部的外徑相同或略大，且與絕緣管32的第一金屬管31A側的軸方向端部的外徑相同或略大。另一方面，第一伸出部332A的外徑是設計為金屬管31的外徑以下，此處與金屬管31的外徑相同。
再者，第一伸出部332A的基端部及接觸部331例如藉由焊接M等而接合，第一伸出部332A的前端部及絕緣管32例如藉由焊料B等而固定，但接合方法或固定方法不限於此。
如上所述，第二伸出部332B自第二金屬管31B側通過絕緣管32的內部向第一金屬管31A側延伸，與第一伸出部332A一併構成雙重筒構造。
因此，第二伸出部332B是介於第二電極33B的接觸部331及絕緣管32之間而設置，具有以前端部的外徑小於基端部的外徑的方式構成的縮徑要素333、及自縮徑要素333的前端部通過絕緣管32的內部向第一金屬管31A側延伸的直管要素334。再者，縮徑要素333與直管要素334可由單一構件形成，或亦可利用不同零件形成並藉由焊接等將該些零件接合。
縮徑要素333是以至少外徑自基端部向前端部階段性地減小或逐漸減小的方式構成，此處外徑及內徑為階段性地減小的 形狀。該縮徑要素333的基端部與接觸部331接合，並且前端部固定於絕緣管32上。若加以更詳細說明，則如上文所述，接觸部331的絕緣管32側的軸方向端部是以如下方式形成：形成有將外周部於圓周方向上切缺而成的切缺部331a，外徑小於其他部分，縮徑要素333的基端部嵌合於該切缺部331a。另外，絕緣管32的第二金屬管31B側的軸方向端部是以如下方式形成：形成有將內周部於圓周方向上切缺而成的內周切缺部32b，內徑小於其他部分，縮徑要素333的前端部嵌合於該內周切缺部32b。
即，縮徑要素333的基端部的內徑與接觸部331的絕緣管32側的軸方向端部的外徑相同或略大，縮徑要素333的前端部的外徑與絕緣管32的第一金屬管側的軸方向端部的內徑相同或略小。另外，縮徑要素333的基端部的外徑是設計為金屬管31的外徑以下，此處與金屬管31的外徑相同。
再者，縮徑要素333的基端部及接觸部331例如藉由焊接M等而接合，縮徑要素333的前端部及絕緣管32例如藉由焊料B等而固定，但接合方法或固定方法不限於此。
直管要素334自縮徑要素333的前端部向第一金屬管31A側延伸，且以通過絕緣管32的內部而插入至第一伸出部332A內部的狀態設置。藉此，於該直管要素334與第一伸出部332A之間，形成有沿著流路方向的圓筒狀的空間S。具體而言，直管要素334外徑小於絕緣管32的內徑及第一伸出部332A的內徑，且與第一伸出部332A配置於同軸上。藉此，第一伸出部332A的內周 面與直管要素334的外周面的距離沿著圓周方向成為一定。再者，此處，直管要素334的內徑是設為與縮徑要素333的前端部的內徑相同的尺寸，但不限於此。
另外，於直管要素334中形成有將其周壁於厚度方向上貫通的多個貫通孔332h。具體而言，該些貫通孔332h是以與絕緣管32的內周面的至少一部分對向的方式沿著冷卻液CL的流動方向而形成，將直管要素334及絕緣管32之間的空間與第二電極33B的主流路33x連通。該些貫通孔332h等間隔地設於圓周方向上，並且沿著軸方向設於自直管要素334的基端至第一伸出部332A的前端之間。藉由設置此種貫通孔332h，可減小由第二電極33B所致的冷卻液CL的流路阻力，並且防止絕緣管32內的冷卻液CL滯留及於絕緣管32內積存氣泡。
根據如此般構成的各電極33A、33B，藉由使金屬管31的外螺紋部31a與各電極33A、電極33B的內螺紋部33a螺合，金屬管31的被接觸部311的前端面與電極33A、電極33B的接觸部331接觸，並且該些部分之間藉由密封構件16而密封，而且，將各電極33A、電極33B相互配置於同軸上，並且規定第二電極33B的伸出部332B對第一電極33A的伸出部332A的插入尺寸。
如此，金屬管31及絕緣管32之間的密封、金屬管31與各電極33A、電極33B的電性接觸或各電極33A、電極33B的配置是與外螺紋部31a及內螺紋部33a的締結一併進行，故而組裝作業變得非常簡便。
於該構成中，若冷卻液CL自第一金屬管31A流動而來，則冷卻液CL的一部分自第一電極33A的主流路33x流向第二電極33B的主流路33x而被導向第二金屬管31B的內部，其他部分自主流路33x分支而流至第一伸出部332A與第二伸出部332B之間的空間S。流入至空間S中的冷卻液CL通過貫通孔332h而與第二電極33B的主流路33x合流，被引導至第二金屬管31B的內部。此時，冷卻液CL將第一電極33A的伸出部332A與第二電極33B的伸出部332B之間的圓筒狀的空間S充滿，該冷卻液CL作為介電質發揮功能而構成電容器33。
<第二實施形態的效果>
根據如此般構成的第二實施形態的電漿處理裝置100，由於將電容器33電性串聯於經由絕緣管32而彼此相鄰的金屬管31，故簡單而言，天線3的合成電抗成為由感應性電抗減去電容性電抗的形態，因此可減小天線3的阻抗。結果，即便於延長天線3的情形時亦可抑制其阻抗增大，容易於天線3中流動高頻電流，可高效率地產生感應耦合型電漿P。
尤其根據本實施形態，由於利用液體介電質(冷卻液CL)將第一電極33A及第二電極33B之間的空間S充滿，故可消除構成電容器33的電極33A、電極33B及介電質之間產生的間隙。結果，可消除電極33A、電極33B及介電質之間的間隙中可能產生的電弧放電，從而消除由電弧放電引起的電容器33的破損。另外，可不考慮間隙而根據第一電極33A的伸出部332A與 第二電極33B的伸出部332B的遠離距離、對向面積及液體介電質(冷卻液CL)的相對介電常數而高精度地設定電容值。進而，亦可不需要用以填埋間隙的擠壓電極33A、電極33B及介電質的構造，從而可防止由該擠壓構造所致的天線周邊構造的複雜化及藉此所產生的電漿P的均勻性的劣化。此外，藉由使第二電極33B自第二金屬管31B側通過絕緣管32的內部向第一金屬管31A側延伸而使該第二電極33B與第一電極33A對向，故可藉由改變其伸出尺寸而容易地獲得作為電容器33所需要的電容值。
由於將冷卻天線3的冷卻液CL設為介電質，故無需另準備與冷卻液CL不同的介電質，且可將電極33A、電極33B冷卻。另外，冷卻液CL通常經調溫機構141調整至一定溫度，藉由將該冷卻液CL用作介電質，可抑制由溫度變化所致的相對介電常數的變化，從而抑制電容值的變化。進而，於將水用作冷卻液CL的情形時，因水的相對介電常數為約80(20℃)而大於樹脂製介電片，故可構成能耐受高電壓的電容器33。若如此般介電質的相對介電常數大，則即便電容器33為包含兩個伸出部332A、伸出部332B的雙重筒構造亦可獲得充分的電容值。進而，藉由一方面使各電極33A、電極33B的伸出部332相對於接觸部331的垂直度為高精度一方面製作各電極33A、電極33B，可高精度地設定電容值。除此以外，雖有可能因水的電解而混入雜質，但可藉由在循環流路14上設置離子交換膜過濾器等過濾器而加以去除，從而可抑制電容器33的電容值變化。
進而，以使第一伸出部332A的內周面與第二伸出部332B的外周面(更具體而言為直管要素334的外周面)的距離沿著圓周方向成為一定的方式構成，故可使金屬管31中流動的高頻電流的分佈於圓周方向上均勻，產生均勻性良好的電漿。
<第二實施形態的變形例>
例如，於所述第二實施形態中，第二電極33B呈管狀，且自第一金屬管31A側起遍及至第二金屬管31B側而整體形成有主流路33x，但亦可如圖7所示，第二電極33B於第二金屬管31B側形成主流路33x，且使第一金屬管31A側為實心。
於該情形時，為了減小由第二電極33B所致的冷卻液CL的流路阻力，第二電極33B較佳為形成有與貫通孔332h連通且沿著冷卻液CL的流動方向延伸的一個或多個槽332g。具體而言，該槽332g為針對各貫通孔332h分別設置的於軸方向上延伸的有底槽，且以其開口與絕緣管32的內周面對向的方式形成。
另外，為了緩和第二電極33B的前端角部332c的電場集中，亦可如圖7所示般將第二伸出部332B的前端角部332c設為圓錐狀(圓錐形狀)。
進而，於如所述般第二電極33B的一部分為實心的情形時，與第二電極33B為管狀的情形相比，冷卻液CL的流路阻力變大。作為減小該流路阻力的態樣，可想到使第二電極33B變細，但若如此則第一電極33A的內周面與第二電極33B的外周面的距離變長，電容器33的電容值變小，可能產生無法耐受高電壓的可 能性。
因此，為了減小由第二電極33B所致的冷卻液CL的流路阻力，並且確保電容器33所需要的電容值，較佳為如圖8所示，第一電極33A具有形成於與第二電極33B對向的位置且內徑變小的縮徑部335。
若為此種構成，則使第二電極33B變細而減小冷卻液CL的流路阻力，並且因於第一電極33A中形成有縮徑部335，故可藉由該縮徑部335而縮短第一電極33A的外周面與第二電極33B的內周面的距離，從而可確保電容器33所需要的電容值。
另外，於所述第二實施形態中，連通孔332h是沿著軸方向而設於直管要素334的基端至第一伸出部332A的前端之間，但亦可如圖9所示，貫通孔332h沿著軸方向超過第一伸出部332A的前端而設置，雖未圖示，但亦可不延伸至直管要素334的基端而於其近前停止。
進而，於所述第二實施形態中，對第一電極33A與金屬管31為不同構件的情形進行了說明，但亦可如圖10所示，第一電極33A包含金屬管31的一部分。
作為具體實施態樣，可列舉以下構成：將第一金屬管31A的軸方向端部向絕緣管32側延伸，並且使第二電極33B自第二金屬管31B側通過絕緣管32的內部而延伸至第一金屬管31A的內部。於該情形時，第一金屬管31A的軸方向端部固定於絕緣管32上，具體的固定方法與所述實施形態相同，可列舉：於絕緣管32的第 一金屬管31A側的軸方向端部，形成將外周部於圓周方向切缺而成的外周切缺部32a，使第一金屬管31A的軸方向端部嵌合於該外周切缺部32a並藉由例如焊料B等加以固定的方法。
若為此種構成，則可使第一金屬管31A的與第二電極對向的部分作為第一電極33A發揮功能，可減少零件數並且獲得與所述實施形態相同的作用效果。
此外，於所述第二實施形態中，將配置於冷卻液CL的流動方向上游側的金屬管31設為第一金屬管31A，將配置於冷卻液CL的流動方向下游側的金屬管31設為第二金屬管31B，但亦可與其相反而將配置於冷卻液CL的流動方向下游側的金屬管31設為第一金屬管31A，將配置於冷卻液CL的流動方向上游側的金屬管31設為第二金屬管31B。換言之，亦可於如圖6所示般配置有各構件的狀態下，使冷卻液CL的流動方向與所述實施形態為反向。然而，若考慮到開始流動冷卻液CL時的空氣的排除容易性，以所述實施形態的朝向流動冷卻液CL的情況下有利。
<3.其他變形實施形態>
再者，本發明不限於所述各實施形態。
另外，亦可如圖11所示，於天線3中位於絕緣管32的軸方向兩側的至少一側的金屬管31或電極的外側周面，設置朝向絕緣罩10突出的凸部3T。再者，圖12中示出天線3撓曲且凸部3T的下部與絕緣罩10的內表面接觸的狀態。
再者，圖10所示的電容器33具有與絕緣管32的其中 一側的第一金屬管31A電性連接的第一電極33A、以及與絕緣管32的另一側的第二金屬管31B電性連接並且與第一電極33A對向地配置的第二電極33B，且以冷卻液CL將第一電極33A及第二電極33B之間的空間充滿的方式構成。即，於該第一電極33A及第二電極33B之間的空間中流動的冷卻液CL成為構成電容器33的液體介電質。各電極33A、電極33B呈大致旋轉體形狀，且沿著其中心軸於中央部形成有流路33x。具體而言，各電極33A、電極33B具有與金屬管31中的絕緣管32側的端部電性接觸的凸緣部331、及自該凸緣部331向絕緣管32側伸出的例如圓筒狀的伸出部332。凸緣部331夾持於金屬管31及絕緣管32之間。另外，於凸緣部中亦形成有供冷卻水流動的貫通孔331h。
設於天線3中的凸部3T較理想為鄰接於絕緣管32的軸方向兩側而設置。該凸部3T是遍及位於絕緣管32軸方向兩側的構件(圖11中為金屬管31A、金屬管31B)的整個圓周方向而連續地或間歇地設置。再者，若考慮到天線3的自重所致的撓曲，則亦可僅形成於金屬管31A、金屬管31B的下側部分。此處，凸部自金屬管的外側周面的突出尺寸為絕緣管32不因天線3的撓曲而接觸絕緣罩10的程度。凸部3T的剖面形狀除了如圖11所示般呈矩形狀以外，亦可至少前端部呈圓弧狀，或亦可至少前端部呈三角形狀。
於天線3中設有多個絕緣管32的情形時，該些凸部3T較理想為鄰接於各絕緣管32的軸方向兩側而設置。另外，亦可為 鄰接於各絕緣管32的軸方向一側而設置的構成。若為該構成，則於天線3的撓曲量變大的情形時，配置於軸方向上的多個凸部3T與絕緣罩10接觸，從而可分散施加於絕緣罩10的荷重。
再者，相對於絕緣管32設置凸部3T的位置不限於鄰接於絕緣管32的位置，只要為絕緣管32不因天線3的撓曲而接觸絕緣罩10般的位置即可。另外，凸部3T除了與金屬管31A、金屬管31B一體地形成的構成以外，亦可如圖13所示，藉由在金屬管31A、金屬管31B的外側周面形成凹部3M，並於該凹部3M中嵌入成為凸部3T的環狀構件3R而構成。
藉由如此般於天線3中設置凸部3T，即便天線3撓曲，亦可藉由凸部3T與絕緣罩10接觸而使絕緣管32不與絕緣罩10接觸。藉此，可防止樹脂製等的絕緣管32的熱損傷。另外，藉由防止絕緣管32與絕緣罩10的接觸，可抑制由絕緣管32與絕緣罩10接觸所致的成為電容器33的介電質的冷卻液的溫度上升。結果，可抑制冷卻液的介電常數的變化。
亦可於所述實施形態所例示的天線3中亦設置凸部3T。於該情形時，於位於所述實施形態的絕緣管32軸方向兩側的至少一側的構件(例如第一金屬管31A、第一電極33A、第二金屬管31B、第二電極33B的接觸部331或縮徑要素333)中設置凸部3T。
第一電極33A及第二電極33B較理想為至少於各電極彼此的相對向的表面上具有耐蝕層33L。於圖14中，示出於第一電 極33A及第二電極33B中於相對向的表面上形成有耐蝕層33L之例，於圖15中，示出於第一電極33A及第二電極33B中於電極的整個表面上形成有耐蝕層33L之例。此外，亦可於各電極33A、電極33B中於與冷卻液接觸的表面上形成耐蝕層。再者，於圖14中，於各電極33A、電極33B的與金屬管31的接觸面33Z上亦形成有耐蝕層33L。
此處，作為耐蝕層33L，例如可想到鍍鎳等的鍍敷被膜、或第一電極33A及第二電極33B的表面氧化膜。鍍鎳較理想為不影響金屬粒界，無針孔，能均勻地鍍敷成微細、細管內構造的非電解鍍鎳。另外，於第一電極33A及第二電極33B為容易被氧化的鋁合金的情形時，亦可於該鋁合金上形成氧化皮膜，將該氧化皮膜作為耐蝕層33L。
藉由如此般形成耐蝕層33L，可抑制各電極的氧化而防止電容值經時變化。結果，可抑制天線3的阻抗變化而維持電漿的狀態，而且可維持所成膜的膜質或均勻性。另外，因於各電極33A、電極33B的與金屬管31的接觸面33Z上亦形成有耐蝕層33L，故可抑制接觸面33Z的由氧化所致的電阻變化，從而抑制天線3的阻抗變化。
進而，亦可如圖16所示，於具有多根天線3的電漿處理裝置100中，使各天線3的兩端部伸出至真空容器2外，並藉由連接導體17將相鄰的天線3中的一根天線3的端部與另一天線3的端部電性連接。此處，藉由連接導體17所連接的2根天線的 端部為位於相同側壁側的端部。藉此，多根天線3以於相鄰的天線3中流動相互反向的高頻電流的方式構成。藉由如此般利用連接導體17將多根天線製成一根天線構造，可容易地展開處理基板的大型化。
而且，連接導體17於內部具有流路，且以冷卻液於該流路中流動的方式構成。具體而言，連接導體17的一端部與其中一根天線3的流路連通，連接導體17的另一端部與另一天線3的流路連通。藉此，於相鄰的天線3中的一根天線3中流動的冷卻液經由連接導體17的流路而流至另一天線3中。藉此，可藉由共同的冷卻液將天線3及連接導體17兩者冷卻。另外，可藉由一條流路將多根天線3冷卻，故可簡化循環流路14的構成。
進而，連接導體17具有連接於相鄰的天線3中的一根天線3的其中一個導體部17a、連接於另一天線3的另一導體部17b、以及作為電性串聯於其中一個導體部17a及另一導體部17b的電容元件的電容器17c。再者，導體部17a、導體部17b的構成例如可想到設為與所述實施形態的導體要素31相同，電容器17c的構成例如可想到設為與所述實施形態的電容器33相同。藉由如此般於連接導體17中設置電容器17c，可使連接導體17的阻抗相當於零，從而可消除由連接導體17所致的阻抗增加。另外，亦可將電容器17c設為可變電容器從而可調整靜電電容。
連接導體17的構成不限於圖16，例如亦可如圖17所示般設為連接導體17不具有電容元件的構成。於該構成的情形時， 成為以下構成：使相鄰的天線3中的一根天線3的供電側端部3a及另一天線3的接地側端部3b以及連接導體17的合計電感與其他導體要素31的電感相同，遍及多根天線3總體而連續地重複相同的感應性電抗與電容性電抗。結果，可對多根天線3總體消除由連接導體所致的阻抗的表觀上的增加。結果，可沿著天線3於長度方向及排列方向上產生均勻的電漿P。
所述實施形態的電漿處理裝置100中，將天線3配置於基板W的處理室內，但亦可如圖18所示般將天線3配置於處理室18外。於該情形時，多根天線3配置於真空容器2內藉由介電窗19而與處理室18隔開的天線室20中。再者，天線室20藉由真空排氣裝置21而進行真空排氣。此處，多根天線3可如所述圖16及圖17般藉由連接導體17相互連接，亦可不藉由連接導體17連接而分別配置。若為該電漿處理裝置100，則可分別控制處理室18的壓力等條件與天線室20的壓力等條件，可有效率地產生電漿P並且可有效率地處理基板W。
而且，所述實施形態中，天線呈直線狀，但亦可為經彎曲或屈曲的形狀。於該情形時，金屬管亦可為經彎曲或屈曲的形狀，絕緣管亦可為經彎曲或屈曲的形狀。
此外，導體要素及絕緣要素呈具有一個內部流路的管狀，但亦可具有兩個以上的內部流路，或具有經分支的內部流路。另外，導體要素及/或絕緣要素亦可為實心。
所述實施形態的電極中，伸出部為圓筒狀，但亦可為其 他角筒狀，亦可為平板狀或者經彎曲或屈曲的板狀。
此外，本發明不限於所述實施形態，當然可於不偏離其主旨的範圍內進行各種變形。
[產業上的可利用性]
根據本發明，可於天線中組入電容元件而減小天線的阻抗，並且消除構成電容元件的電極及介電質之間產生的間隙。
15:環狀多面接觸子
16:密封構件
31、31A、31B:金屬管(導體要素)
31a:外螺紋部
31x、32x:流路
32:絕緣管(絕緣要素)
32a:內螺紋部
32b:凹部
33:電容器
33A:第一電極
33B:第二電極
33x:主流路
311:接觸部
331:凸緣部
331h:貫通孔
332:伸出部
CL:冷卻液(液體介電質)

Claims (26)

  1. 一種天線，用於流動高頻電流而產生電漿，且所述天線包含：至少兩個導體要素；絕緣要素，設於彼此相鄰的所述導體要素之間，且將所述導體要素絕緣；以及電容元件，與彼此相鄰的所述導體要素電性串聯；所述電容元件包含：第一電極，與彼此相鄰的所述導體要素中的一者電性連接；第二電極，與彼此相鄰的所述導體要素中的另一者電性連接，且與所述第一電極對向地配置；以及介電質，將所述第一電極及所述第二電極之間的空間充滿；所述介電質為液體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的天線，其中所述絕緣要素呈管狀，所述電容元件設於所述絕緣要素的內部。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的天線，其中所述導體要素呈管狀，於所述導體要素及所述絕緣要素的內部流動冷卻液，所述冷卻液成為所述介電質。
  4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述的天線，其中所述各電極具有：凸緣部，與所述導體要素中的所述絕緣要素側的端部電性接觸；以及伸出部，自所述凸緣部向所述絕緣要素側伸出。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的天線，其中所述各電極的伸出部呈管狀，且相互配置於同軸上。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的天線，其中所述各電極的凸緣部嵌合至形成於所述絕緣要素的軸方向端面的凹部中。
  7. 一種天線，用於流動高頻電流而產生電漿，且所述天線包含：至少兩個導體要素；絕緣要素，設於彼此相鄰的第一導體要素及第二導體要素之間，且將所述導體要素絕緣；以及電容元件，與所述第一導體要素及所述第二導體要素電性串聯；所述電容元件包含：第一電極，其為包含所述第一導體要素的一部分的電極或與所述第一導體要素電性連接的電極，且配置於較所述絕緣要素更靠所述第一導體要素側；第二電極，與所述第二導體要素電性連接，且自所述第二導體要素側通過所述絕緣要素的內部向所述第一導體要素側延伸，與所述第一電極對向地配置；以及介電質，將所述第一電極及所述第二電極之間的空間充滿；所述介電質為液體。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的天線，其中所述第一電極呈管狀，所述第二電極具有插入至所述第一電極的內部空間中的伸出部。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的天線，其中所述第一電極的內周面與所述伸出部的外周面的距離沿著圓周方向為一定。
  10. 如申請專利範圍第7項至第9項中任一項所述的天線，其中所述各導體要素呈管狀，以於所述第一導體要素的內部流動的冷卻液流入至所述第一電極與所述第二電極之間而作為所述介電質發揮功能，自形成於所述第二電極中的一個或多個貫通孔被引導至所述第二電極內，並流出至所述第二導體要素的內部的方式構成。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的天線，其中所述第二電極形成有與所述貫通孔連通且沿著所述冷卻液的流動方向延伸的一個或多個槽。
  12. 如申請專利範圍第1項至第3項、第7項至第9項中任一項所述的天線，其中所述各電極至少於所述各電極彼此的相對向的表面上具有耐蝕層。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的天線，其中所述耐蝕層為鍍敷被膜。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的天線，其中所述耐蝕層為所述第一電極及所述第二電極的表面氧化膜。
  15. 一種電漿處理裝置，包含：真空容器，經真空排氣且供導入氣體；如申請專利範圍第1項至第14項中任一項所述的天線，配置於所述真空容器內或所述真空容器外；以及高頻電源，於所述天線中流動高頻電流；並且以使用藉由所述天線所產生的電漿對基板實施處理的方式構 成。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的電漿處理裝置，包含多根所述天線，所述天線的兩端部伸出至所述真空容器外，以藉由連接導體將相鄰的所述天線中的一根所述天線的端部與另一所述天線的端部電性連接，於所述相鄰的所述天線中流動相互反向的高頻電流的方式構成。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的電漿處理裝置，其中所述連接導體於內部具有流路，於所述流路中流動冷卻液。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的電漿處理裝置，其中於所述導體要素及所述絕緣要素的內部流動冷卻液，於相鄰的所述天線中的一根所述天線中流動的冷卻液經由所述連接導體的流路而流至另一所述天線。
  19. 如申請專利範圍第16項至第18項中任一項所述的電漿處理裝置，其中所述連接導體包含：其中一個導體部，連接於相鄰的所述天線中的一根所述天線；另一導體部，連接於另一所述天線；以及電容元件，電性串聯於所述其中一個導體部及所述另一導體部。
  20. 如申請專利範圍第15項至第18項中任一項所述的電漿處理裝置，進而包含覆蓋所述天線的絕緣罩，於所述第一導體要素或所述第二導體要素的至少一者的外側周面，形成有朝向所述絕緣罩突出的凸部。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的電漿處理裝置，其中所述凸部是遍及所述外側周面的整個圓周方向而連續地或間歇地形成。
  22. 如申請專利範圍第20項所述的電漿處理裝置，其中所述凸部是形成於第一導體要素及所述第二導體要素的外側周面中鄰接於所述絕緣要素的位置。
  23. 一種天線構造，包含：如申請專利範圍第1項至第14項中任一項所述的天線；以及絕緣罩，覆蓋所述天線；且於所述第一導體要素或所述第二導體要素的至少一者的外側周面，形成有朝向所述絕緣罩突出的凸部。
  24. 一種電漿處理裝置，包含：處理室，經真空排氣且供導入氣體；如申請專利範圍第1項至第14項中任一項所述的天線，配置於所述處理室外；以及高頻電源，於所述天線中流動高頻電流；且以使用藉由所述天線所產生的電漿對所述處理室內的基板實施處理的方式構成。
  25. 如申請專利範圍第24項所述的電漿處理裝置，包含多根所述天線，以藉由連接導體將相鄰的所述天線中的一根所述天線的端部與另一所述天線的端部電性連接，於所述相鄰的所述天線中流動 相互反向的高頻電流的方式構成。
  26. 一種天線構造，包含：天線，用於流動高頻電流而產生電漿；以及絕緣罩，覆蓋所述天線，且所述天線包含：至少兩個導體要素；絕緣要素，設於彼此相鄰的第一導體要素及第二導體要素之間，且將所述導體要素絕緣；以及電容元件，與所述第一導體要素及所述第二導體要素電性串聯；所述電容元件包含：第一電極，與彼此相鄰的所述導體要素中的一者電性連接；第二電極，與彼此相鄰的所述導體要素中的另一者電性連接，且與所述第一電極對向地配置；以及介電質，將所述第一電極及所述第二電極之間的空間充滿；所述介電質為液體，於所述第一導體要素或所述第二導體要素的至少一者的外側周面，形成有朝向所述絕緣罩突出的凸部。
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