WO2022202702A1 - プラズマ処理装置及びフィルタユニット - Google Patents

Abstract

プラズマ処理装置であって、プラズマ処理が行われる処理容器と、前記処理容器の内部に設けられる電気的部材に線路を介して電気的に接続される外部回路と、前記線路に設けられるフィルタユニットと、を有し、前記フィルタユニットは、前記電気的部材側に設けられる第１のフィルタと、前記外部回路側に設けられ、前記第１のフィルタと直列に接続される第２のフィルタと、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタを収容する筐体と、を有し、前記第１のフィルタは、空芯コイルを有し、前記第２のフィルタは、トロイダルコアを備えるコイルを有し、前記トロイダルコアは、Ｍｎ－Ｚｎ系のフェライト又はナノ結晶軟磁性材料からなる。

Description

プラズマ処理装置及びフィルタユニット

　本開示は、プラズマ処理装置及びフィルタユニットに関する。

　特許文献１には、プラズマ処理装置において処理容器内の高周波電極その他の電気的部材から給電ラインや信号線等の線路上に入ってくる高周波ノイズを遮断するためのフィルタが開示されている。フィルタは、１個の空芯コイルと、空芯コイルを収容する円筒形の外導体とを有している。空芯コイルと外導体とは電気的に絶縁され、これら空芯コイルと外導体と間に形成される分布定数線路が、規則的な複数の周波数で並列共振をなしている。

特開２０１１－１３５０５２号公報

　本開示にかかる技術は、プラズマ処理装置において、フィルタユニットを用いて複数の周波数の高周波ノイズを適切に遮断しつつ、当該フィルタユニットを小型化する。

　本開示の一態様は、プラズマ処理装置であって、プラズマ処理が行われる処理容器と、前記処理容器の内部に設けられる電気的部材に線路を介して電気的に接続される外部回路と、前記線路に設けられるフィルタユニットと、を有し、前記フィルタユニットは、前記電気的部材側に設けられる第１のフィルタと、前記外部回路側に設けられ、前記第１のフィルタと直列に接続される第２のフィルタと、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタを収容する筐体と、を有し、前記第１のフィルタは、空芯コイルを有し、前記第２のフィルタは、トロイダルコアを備えるコイルを有し、前記トロイダルコアは、Ｍｎ－Ｚｎ系のフェライト又はナノ結晶軟磁性材料からなる。

　本開示によれば、プラズマ処理装置において、フィルタユニットを用いて複数の周波数の高周波ノイズを適切に遮断しつつ、当該フィルタユニットを小型化することができる。

本実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。 本実施形態にかかるフィルタユニットの回路構成を示す説明図である。 本実施形態にかかるフィルタユニットの物理的構造を示す縦断面図である。 トロイダルコアのサイズの説明図である。 他の実施形態においてトロイダルコイルの種々の配置を模式的に示す説明図である。 図５に示したトロイダルコイルの種々の配置について、第２のフィルタのインピーダンスを調べた実験結果を示すグラフである。 図５に示したトロイダルコイルの種々の配置について、第２のフィルタのインピーダンス等を調べた実験結果を示す表である。 第１のコンデンサの容量特性を調べた実験結果を示すグラフである。 他の実施形態にかかるフィルタユニットの回路構成を示す説明図である。 ナノ結晶軟磁性トロイダルコアとＭｎ－Ｚｎ系トロイダルコアを比較した実験結果を示すグラフである。 Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアを用いた場合の、高周波ノイズ波形を調べた実験結果を示すグラフである。 ナノ結晶軟磁性トロイダルコアを用いた場合の、高周波ノイズ波形を調べた実験結果を示すグラフである。 他の実施形態にかかるフィルタユニットの回路構成を示す説明図である。 他の実施形態にかかるフィルタユニットの物理的構造を示す縦断面図である。 他の実施形態にかかるトロイダルコイルの構成の概略を示す説明図である。 他の実施形態にかかるトロイダルコイルの構成の概略を示す説明図である。

　半導体デバイスの製造工程では、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）にプラズマ処理が行われる。プラズマ処理では、処理ガスを励起させることによりプラズマを生成し、当該プラズマによってウェハを処理する。このプラズマ処理では、ウェハ上のプラズマ密度分布の制御と共に、ウェハの温度又は温度分布の制御が重要である。ウェハの温度制御が適正に行われないと、プラズマ処理の均一性が確保できなくなり、半導体デバイスの製造歩留まりが低下するおそれがある。

　プラズマ処理装置は、一般的に、チャンバ、ステージ、高周波（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）電源を備える。一例では、高周波電源は、第１の高周波電源と第２の高周波電源を備える。第１の高周波電源は、チャンバ内のガスのプラズマを生成するために、第１の高周波電力を供給する。第２の高周波電源は、ウェハにイオンを引き込むために、バイアス用の第２の高周波電力を供給する。第２の高周波電力の周波数は、第１の高周波電力の周波数より高い。そして、これら高周波電力を用いて、チャンバの内部空間でプラズマが生成される。

　ステージは、チャンバ内に設けられる。ステージは、プラズマ空間に高周波を印加する高周波電極の機能と、ウェハを静電吸着等で保持する保持部の機能と、ウェハを伝熱で所定温度に制御する温度制御部の機能とを有している。温度制御機能に関しては、プラズマやチャンバ壁からの輻射熱の不均一性によるウェハへの入熱特性の分布や、ウェハ支持機構による熱分布を適切に補正できることが望まれている。

　従来、ステージの温度、さらにはウェハの温度を制御するために、ステージに通電により発熱する発熱体を組み込んで当該発熱体を制御するヒータ方式が多く用いられている。しかしながら、ヒータ方式を用いた場合、高周波電源よりステージに供給された高周波電力の一部が、ノイズとして発熱体からヒータ給電ラインに入り込みやすい。高周波ノイズがヒータ給電ラインを通ってヒータ電源に到達すると、ヒータ電源の動作又は性能が害されるおそれがある。さらに、ヒータ給電ライン上で高周波の電流が流れると、高周波電力が無駄に消費される。このため、発熱体からの高周波のノイズを減衰させ、又は阻止するためのフィルタをヒータ給電ライン上に設けている。また、プラズマ処理装置では、上述したように周波数の異なる高周波電力が用いられる。かかる場合、フィルタは、これら異なる周波数の高周波ノイズを遮断する必要がある。

　しかしながら、例えば特許文献１に開示されたフィルタは、１個の空芯コイルしか備えておらず、例えば第１の高周波電力のノイズしか遮断できず、第２の高周波電力のノイズは遮断できない。

　この点、第２の高周波電力のノイズを遮断するため、フィルタにトロイダルコイルをさらに設けることが考えられる。しかしながら、単にフィルタに空芯コイルとトロイダルコイルを設けただけでは、フィルタのサイズが大きくなる。その結果、プラズマ処理装置のレイアウト設計の自由度が低くなる。

　ここで、上述したようにプラズマ処理においてはウェハの温度分布の制御が重要となるが、このウェハの温度分布を制御するため、ステージに複数の発熱体を設け、さらに複数の発熱体に接続される複数のヒータ給電ラインを設ける場合がある。かかる場合、チャンバの下部においてフィルタも複数設けられるが、チャンバの下部のスペースには限界がある。このため、上述したように各フィルタのサイズが大きくなると、複数のフィルタを配置することが困難になる。したがって、従来のフィルタには改善の余地がある。

　本開示にかかる技術は、フィルタユニットを用いて複数の周波数の高周波ノイズを適切に遮断しつつ、当該フィルタユニットを小型化する。以下、本実施形態にかかるプラズマ処理装置及びフィルタユニットについて、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜プラズマ処理装置＞
　先ず、本実施形態にかかるプラズマ処理装置について説明する。図１は、プラズマ処理装置１の構成の概略を示す縦断面図である。プラズマ処理装置１は、容量結合型のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１では、ウェハＷに対してプラズマ処理、例えばエッチングを行う。

　図１に示すようにプラズマ処理装置１は、略円筒形状の処理容器としてのチャンバ１０を有している。チャンバ１０は、その内部においてプラズマが生成される処理空間Ｓを画成する。チャンバ１０は、例えばアルミニウムからなる。チャンバ１０は接地電位に接続されている。

　チャンバ１０の内部には、ウェハＷを載置するステージ１１が収容されている。ステージ１１は、下部電極（サセプタ）１２、静電チャック１３、及びエッジリング１４を有している。なお、下部電極１２の下面側には、例えばアルミニウムからなる電極プレート（図示せず）が設けられていてもよい。ステージ１１は、下部電極１２の下面側において、支持部材１５に締結されて支持される。支持部材１５は、チャンバ１０の底部に設けられ、略円筒形状を有し、絶縁体からなる。また、支持部材１５の外側には、当該支持部材１５の外周に沿って支持部材１６が設けられている。支持部材１６は、チャンバ１０の底部に設けられ、略円筒形状を有し、導電体からなる。

　下部電極１２は、導電性の材料、例えばアルミニウム等の金属からなり、略円板形状を有している。

　下部電極１２の内部には、例えば円周方向に延びる環状の冷媒通路２０が設けられている。冷媒通路２０には、チラーユニット（図示せず）より冷媒供給管を介して冷媒、例えば冷却水ＣＷが循環供給される。冷媒の温度によって下部電極１２の温度を制御できる。また、下部電極１２にウェハＷを熱的に結合させるために、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガス、例えばＨｅガスが、ガス供給管と下部電極１２の内部のガス通路２１を介して、静電チャック１３とウェハＷとの接触界面に供給されるようになっている。

　下部電極１２には、第１の高周波電源３０と第２の高周波電源３１がそれぞれ、マッチングユニット３２と給電棒３３を介して電気的に接続されている。

　第１の高周波電源３０は、主としてプラズマ発生用の第１の高周波電力ＨＦを発生して、当該第１の高周波電力ＨＦを下部電極１２に供給する。第１の高周波電力ＨＦの周波数は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数であってよい。なお、第１の高周波電源３０は、下部電極１２に電気的に結合されていなくてもよくマッチングユニット３２を介して上部電極である後述のシャワーヘッド６０に結合されていてもよい。

　第２の高周波電源３１は、主としてウェハＷにイオンを引き込むための第２の高周波電力（高周波バイアス電力）ＬＦを発生して、当該第２の高周波電力ＬＦを下部電極１２に供給する。第２の高周波電力ＬＦの周波数は、第１の高周波電力ＨＦの周波数より低く、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であってよい。なお、第２の高周波電源３１に代えて、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ）パルス生成部を用いてもよい。この場合、パルス周波数は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であってよい。

　マッチングユニット３２には、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源３１とプラズマ負荷との間でインピーダンスの整合をとるための第１の整合器及び第２の整合器（図示せず）が収容されている。

　給電棒３３は、所定の外径を有する円筒形又は円柱形の導体からなる。給電棒３３の上端は下部電極１２の下面中心部に接続され、給電棒３３の下端はマッチングユニット３２に接続されている。また、チャンバ１０の底部とマッチングユニット３２との間には、給電棒３３の周りを囲む円筒形の導体カバー３４が設けられている。

　下部電極１２の上面は、ウェハＷと略同形状（円形）且つ略同サイズの中心領域であるウェハ載置部と、このウェハ載置部の外側に延在する環状のエッジリング載置部とに区画されている。ウェハ載置部には静電チャック１３が設けられ、エッジリング載置部にはエッジリング１４が載置される。

　静電チャック１３は、ウェハＷをクーロン力により吸着保持可能に構成された部材である。エッジリング１４は、静電チャック１３の中央部の上面に載置されたウェハＷを囲むように配置される、環状部材である。エッジリング１４は、プラズマ処理（エッチング）の均一性を向上させるために設けられる。このため、エッジリング１４は、エッチングに応じて適宜選択される材料から構成されており、例えばＳｉやＳｉＣから構成され得る。

　静電チャック１３の内部には、ＤＣ電極４０と、電気的部材としての発熱体５０が設けられている。静電チャック１３は、絶縁材料からなる絶縁材（誘電体）の間にＤＣ電極４０と発熱体５０を挟んだ構成を有する。

　ＤＣ電極４０には、チャンバ１０の外部に配置される外付けの直流電源４１が、スイッチ４２、高抵抗値の抵抗４３及びＤＣ高圧線４４を介して電気的に接続されている。直流電源４１からの高圧の直流電圧がＤＣ電極４０に印加されることにより、クーロン力でウェハＷを静電チャック１３上に吸着保持できる。

　発熱体５０は、例えば螺旋状の抵抗発熱線からなり、静電チャック１３の内部において内側の発熱線５０ａと外側の発熱線５０ｂに分割されている。内側発熱線５０ａは、絶縁被覆された給電導体５１ａ、フィルタユニット５２ａ及び電気ケーブル５３ａを介して、チャンバ１０の外部に配置されるヒータ電源５４ａに電気的に接続されている。外側発熱線５０ｂは、絶縁被覆された給電導体５１ｂ、フィルタユニット５２ｂ及び電気ケーブル５３ｂを介して、チャンバ１０の外部に配置されるヒータ電源５４ｂに電気的に接続されている。本実施形態では、給電導体５１ａと電気ケーブル５３ａが本開示における線路を構成し、給電導体５１ｂと電気ケーブル５３ｂが本開示における線路を構成する。また、ヒータ電源５４ａ、５４ｂはそれぞれ、外部回路としてのヒータ制御回路を有している。なお、フィルタユニット５２ａ、５２ｂの構成と作用については後述する。

　なお、本実施形態の発熱体５０の分割数は２つであったが、これに限定されない。例えば発熱体５０を３つ以上に分割する場合、分割された発熱線のそれぞれに対して、フィルタユニットが設けられる。

　チャンバ１０の天井部には、ステージ１１と対向するように、シャワーヘッド６０が設けられている。シャワーヘッド６０は、処理空間Ｓに面して配置される電極板６１と、電極板６１の上方に設けられ、当該電極板６１を着脱自在に支持する電極支持体６２とを有している。電極板６１は、下部電極１２と一対の上部電極として機能する。後述するように第１の高周波電源３０が下部電極１２に電気的に結合されている場合には、シャワーヘッド６０は、接地電位に接続される。電極板６１は例えばＳｉ、ＳｉＣ、Ｃ等の導電体又は半導体からなり、電極支持体６２は例えばアルマイト処理されたアルミニウムからなる。

　電極支持体６２の内部には、ガス室７０が設けられている。ガス室７０からは、下部電極１２側に貫通する複数のガス吐出孔７１が、電極支持体６２の内部と電極板６１の内部に設けられている。ガス室７０の上部に設けられるガス導入口７０ａには、ガス供給部７２からのガス供給管７３が接続されている。プラズマ処理装置１においては、ガス供給部７２からの処理ガスが、ガス供給管７３、ガス室７０及びガス吐出孔７１を介して、処理空間Ｓ内にシャワー状に分散されて供給される。

　チャンバ１０の下部には、チャンバ１０の内壁と支持部材１６との間に環状の排気路８０が形成されている。排気路８０の底面には排気口８１が設けられており、処理空間Ｓは排気路８０を介して排気口８１に連通している。排気口８１には、排気管８２を介して排気装置８３が接続されている。排気装置８３は、例えばターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。

　また、チャンバ１０の側壁には、ウェハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ８４が取り付けられている。

　以上のプラズマ処理装置１には、制御部９０が設けられている。制御部９０は、例えばＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、プラズマ処理装置１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、当該記憶媒体Ｈから制御部９０にインストールされたものであってもよい。また、上記記憶媒体Ｈは、一時的なものであっても非一時的なものであってもよい。

＜プラズマ処理方法＞
　次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１を用いて行われるプラズマ処理、本実施形態ではエッチングについて説明する。

　先ず、チャンバ１０の内部にウェハＷを搬入し、静電チャック１３上にウェハＷを載置する。その後、静電チャック１３のＤＣ電極４０に直流電圧を印加することにより、ウェハＷはクーロン力によって静電チャック１３に静電吸着され、保持される。この際、ヒータ電源５４ａ、５４ｂをオンにして、内側発熱線５０ａと外側発熱線５０ｂを各々独立したジュール熱で発熱させ、下部電極１２上面の温度と温度分布を設定値に制御する。また、ウェハＷの搬入後、排気装置８３によってチャンバ１０の内部を所望の真空度まで減圧する。

　次に、ガス供給部７２からシャワーヘッド６０を介して処理空間Ｓに処理ガスを供給する。また、第１の高周波電源３０によりプラズマ生成用の第１の高周波電力ＨＦを下部電極１２に供給し、処理ガスを励起させて、プラズマを生成する。この際、第２の高周波電源３１によりイオン引き込み用の第２の高周波電力ＬＦを供給する。そして、生成されたプラズマの作用によって、ウェハＷにエッチングが施される。

　エッチングを終了する際には、先ず、第１の高周波電源３０からの第１の高周波電力ＨＦの供給、第２の高周波電源３１からの第２の高周波電力ＬＦの供給、及びガス供給部７２による処理ガスの供給を停止する。次いで、ウェハＷの裏面への伝熱ガスの供給を停止し、静電チャック１３によるウェハＷの吸着保持を停止する。その後、チャンバ１０からウェハＷを搬出して、ウェハＷに対する一連のエッチングが終了する。

　なお、このエッチング中、下部電極１２に印加される第１の高周波電力ＨＦの一部と第２の高周波電力ＬＦの一部が、下部電極１２の内部の内側発熱線５０ａと外側発熱線５０ｂを介して給電導体５１ａ、５１ｂに高周波ノイズとして入り込んでくる。これら２周波の高周波ノイズのいずれかでもヒータ電源５４ａ、５４ｂに到達すれば、ヒータ電源５４ａ、５４ｂの動作又は性能が害されるおそれがある。なお、以下の説明においては、第１の高周波電力ＨＦのノイズを「第１の高周波ノイズ」といい、第２の高周波電力ＬＦのノイズを「第２の高周波ノイズ」という。

　この点、上述したように、ヒータ電源５４ａ、５４ｂと内側発熱線５０ａ及び外側発熱線５０ｂとを電気的に結ぶ給電ライン上にフィルタユニット５２ａ、５２ｂが設けられている。これらのフィルタユニット５２ａ、５２ｂは、以下に詳しく述べるように、内側発熱線５０ａと外側発熱線５０ｂから給電ライン上に入ってくる第１の高周波ノイズと第２の高周波ノイズのいずれに対しても、インピーダンスの十分に高いフィルタ遮断機能を低消費電力で効率的にかつ安定確実に発揮する。これにより、本実施形態のプラズマ処理装置１は、ヒータ方式のウェハ温度制御機能を向上させることができる。また、チャンバ１０から下部電極１２の内部の発熱体５０を介して給電ライン上に第１の高周波電力ＨＦと第２の高周波電力ＬＦが漏れるのを効果的に抑制し、プラズマプロセスの再現性及び信頼性を向上させることができる。

＜フィルタユニットの回路構成＞
　次に、上述したフィルタユニット５２ａ、５２ｂの回路構成（等価回路）について説明する。本実施形態では、発熱体５０の内側発熱線５０ａと外側発熱線５０ｂのそれぞれに対して実質的に同一の回路構成を有するフィルタユニット５２ａ、５２ｂを接続し、内側発熱線５０ａと外側発熱線５０ｂの発熱量又は発熱温度を独立に制御するようにしている。以下の説明においては、フィルタユニット５２ａの回路構成について説明するが、フィルタユニット５２ｂの回路構成も同様である。図２は、フィルタユニット５２ａの回路構成を示す説明図である。

　図２に示すようにフィルタユニット５２ａは、筐体１００の内部に第１のフィルタ１０１と第２のフィルタ１０２を収容した構成を有している。筐体１００は導電性を有し、接地されている。第１のフィルタ１０１と第２のフィルタ１０２は、給電導体５１ａと電気ケーブル５３ａを接続する給電ライン１０３上において、直列に接続されている。第１のフィルタ１０１は内側発熱線５０ａ側に設けられ、第２のフィルタ１０２はヒータ電源５４ａ側に設けられている。

　第１のフィルタ１０１は、例えば３つのリアクタンス素子を有し、すなわち２つの空芯コイル１１０ａ、１１０ｂと１つの第１のコンデンサ１１１を有している。空芯コイル１１０ａ、１１０ｂは内側発熱線５０ａ側からこの順で直列に接続されている。第１のコンデンサ１１１は、一方が給電ライン１０３において空芯コイル１１０ｂより後述のトロイダルコイル１２０ａ側の端子１１２に電気的に接続されており、もう一方が筐体１００と同電位となるよう接地されている。

　第２のフィルタ１０２は、例えば３つのリアクタンス素子を有し、すなわち２つのトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂと１つの第２のコンデンサ１２１を有している。トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂは空芯コイル１１０ｂ側からこの順で直列に接続されている。第２のコンデンサ１２１は、一方が給電ライン１０３においてトロイダルコイル１２０ｂよりヒータ電源５４ａ側の端子１２２に電気的に接続されており、もう一方が筐体１００と同電位となるよう接地されている。トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂのコア部（以下、「トロイダルコア」という。）は、Ｍｎ－Ｚｎ系のフェライトからなる。

＜フィルタユニットの物理的構造＞
　次に、上述したフィルタユニット５２ａ、５２ｂの物理的構造について説明する。以下の説明においては、フィルタユニット５２ａの物理的構造について説明するが、フィルタユニット５２ｂの物理的構造も同様である。図３は、フィルタユニット５２ａの物理的構造を示す縦断面図である。

　図３に示すようにフィルタユニット５２ａは、筐体１００を有している。上述したように、フィルタユニット５２ｂもフィルタユニット５２ａと同じ構造を有し、筐体１００を有している。換言すれば、各フィルタユニット５２ａ、５２ｂに設けられた筐体１００が、内側発熱線５０ａと外側発熱線５０ｂを区画して分割された、異なるヒータ領域に対応している。

　筐体１００は、その内部に設けられた各部材から絶縁距離、例えば１０ｍｍ以上離して設けられている。内部部材である空芯コイル１１０ａ、１１０ｂ、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂ、連結ケーブル１３０等は、高周波放射の漏洩を抑制するため、高耐圧を有するためである。

　筐体１００は、側面視において略Ｌ字型を有している。すなわち、筐体１００は、鉛直方向（上下方向）に延伸する鉛直延伸部１００ａと、鉛直延伸部１００ａの下端から水平方向に延伸する水平延伸部１００ｂとを有している。なお、筐体１００は、上述したように導電性を有し、例えばアルミニウムからなり、接地されている。

　筐体１００の内部には、発熱体５０の内側発熱線５０ａから見て、前段に第１のフィルタ１０１の空芯コイル１１０ａ、１１０ｂが配置され、後段に第２のフィルタ１０２のトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂが配置されている。前段の空芯コイル１１０ａ、１１０ｂは、鉛直延伸部１００ａの内部において、内側発熱線５０ａ側から、すなわち上方から下方に鉛直方向にこの順で並べて配置されている。後段のトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂは、水平延伸部１００ｂの内部において、空芯コイル１１０ｂ側から水平方向にこの順で並べて配置されている。空芯コイル１１０ａ、１１０ｂの鉛直軸と、トロイダルコイル１２０ａの鉛直軸と、トロイダルコイル１２０ｂの鉛直軸とは、異なっている。このように鉛直軸が異なっているため、例えば空芯コイル１１０ａ、１１０ｂの鉛直軸と、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂの鉛直軸とが同軸である場合に比べて、プラズマ処理時の電界の影響を受け難くすることができる。なお、以下の説明においては、内側発熱線５０ａから見た前段と後段をそれぞれ、単に「前段」と「後段」という場合がある。

　空芯コイル１１０ｂとトロイダルコイル１２０ａは、連結ケーブル１３０で接続されている。連結ケーブル１３０は、鉛直延伸部１００ａと水平延伸部１００ｂに亘って設けられている。連結ケーブル１３０の上端部は後述する基板１４４に固定され、下端部は後述する基板１６０に固定されている。なお、フィルタユニット５２ａの連結ケーブル１３０の長さと、フィルタユニット５２ｂの連結ケーブル１３０の長さとは同じである。

　空芯コイル１１０ａ、１１０ｂは、エッジワイズ巻のコイルである。空芯コイル１１０ａ、１１０ｂは、当該空芯コイル１１０ａ、１１０ｂのコイル導体が軸方向（鉛直方向）に重なり合って並進しながら各々複数段階に可変の巻線ピッチで螺旋状に巻かれている。巻線ピッチは、任意に設計できるが、例えば特開２０１５－１７３０２７号公報に開示されているように、高周波用フィルタとしての特性を確保するように設計される。

　空芯コイル１１０ａ、１１０ｂはそれぞれ、略円筒状の支持部材１４０ａ、１４０ｂに支持されている。支持部材１４０ａ、１４０ｂは、鉛直延伸部１００ａの内側面に支持されている。支持部材１４０ａ、１４０ｂの内側面には凹凸が形成され、当該凹凸に空芯コイル１１０ａ、１１０ｂの巻線部が固定される。また、支持部材１４０ａ、１４０ｂは、例えば樹脂からなる。

　前段の空芯コイル１１０ａの上端端子は、金属ブロック１４１に固定されている。金属ブロック１４１は、筐体１００の上方に設けられた絶縁体１４２に覆われ、給電導体５１ａに接続されている。空芯コイル１１０ａの下端端子は、基板１４３に固定されている。

　後段の空芯コイル１１０ｂの上端端子は、基板１４３に固定されている。すなわち、基板１４３には、空芯コイル１１０ａの下端端子と空芯コイル１１０ｂの上端端子が固定され、基板１４３を介して空芯コイル１１０ａ、１１０ｂは直列に接続されている。空芯コイル１１０ｂの下端端子は、基板１４４に固定されている。

　トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂはそれぞれ、Ｍｎ－Ｚｎ系のフェライトからなるトロイダルコア１５０に、例えば銅線からなるコイル導体１５１を螺旋状に巻き付けた構成を有している。図４に示すようにトロイダルコア１５０において内半径をａ、外半径をｂ、厚みをｔとした場合に、厚みｔは下記式（１）を満たしている。例えば、特開２０１４－５６７０６号公報や特開２０１４－２２９５６５号公報には、一般的な単体のトロイダルコアとして、ｔ≒（ｂ－ａ）の関係が開示されている。この点、本実施形態では、下記式（１）を満たしており、すなわちｔが大きい又は（ｂ－ａ）が小さいので、トロイダルコア１５０の透磁率を大きくすることができる。
ｔ≧（ｂ－ａ）　・・・（１）

　図３に示すようにトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂはそれぞれ、基板１６０の下面に設けられている。トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂは、基板１６０に形成されたパターンで直列に接続されている。基板１６０は、側面視においてロの字形状を有する支持部材１６１に支持され、支持部材１６１は水平延伸部１００ｂの底面に固定されている。また、基板１６０は、例えばガラスエポキシ系からなる。

　基板１６０の表面には、第１のフィルタ１０１の第１のコンデンサ１１１が設けられている。第１のコンデンサ１１１は、基板１６０の表面に設けられた連結ケーブル１３０の端子及びトロイダルコイル１２０ａ間と、グランドとの間に設けられている。

　また、基板１６０の表面には、第２のフィルタ１０２の第２のコンデンサ１２１が設けられている。第２のコンデンサ１２１は、トロイダルコイル１２０ｂ及び基板１６０の表面に設けられた電気ケーブル５３ａの端子間と、グランドとの間に設けられている。

　筐体１００の底面外側には、当該筐体１００の内部にエアを供給するファン１７０が設けられている。筐体１００の底面においてトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂの下方には複数のパンチ穴が形成され、さらに筐体１００の鉛直延伸部の１００ａ上端にも複数のパンチ穴が形成さている。ファン１７０から筐体１００の内部に供給されたエアは、水平延伸部１００ｂと鉛直延伸部１００ａを順に流通し、筐体１００の上部から外部に流出する。この際、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂと空芯コイル１１０ａ、１１０ｂがエアによって冷却される。

＜フィルタユニットの作用及び効果＞
　次に、以上のように構成されたフィルタユニット５２ａ、５２ｂの作用及び効果について説明する。以下の説明においては、フィルタユニット５２ａの作用及び効果について説明するが、フィルタユニット５２ｂの作用及び効果も同様である。

［第１の作用及び効果］
　本実施形態のフィルタユニット５２ａにおいては、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂのトロイダルコア１５０はＭｎ－Ｚｎ系のフェライトからなる。ここで、一般的なＮｉ－Ｚｎ系のフェライトからなるトロイダルコアを比較例とする。以下の説明においては、本実施形態のＭｎ－Ｚｎ系のフェライトからなるトロイダルコア１５０を「Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコア」といい、比較例のＮｉ－Ｚｎ系のフェライトからなるトロイダルコアを「Ｎｉ－Ｚｎ系トロイダルコア」という場合がある。

　Ｎｉ－Ｚｎ系トロイダルコアは、高周波領域、例えば１ＭＨｚ～１００ＭＨｚのノイズ抑制効果が大きく、例えば３０００Ｈ／ｍ以下の低透磁率である。このように低透磁率であると、許容損失（耐圧）が不足するため、周波数の低い第２の高周波電力ＬＦを下部電極１２に供給すると、Ｎｉ－Ｚｎ系トロイダルコアが発熱するおそれがある。また、透磁率を高くするため、Ｎｉ－Ｚｎ系トロイダルコアを直列接続し、又はスタック数（重ね合わせ数）多くする場合があるが、かかる場合、トロイダルコイルが大型化してしまう。

　これに対して、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアは、低周波領域、例えば１０ＭＨｚ以下のノイズ抑制効果が大きく、例えば６０００Ｈ／ｍ以上の高透磁率である。したがって、周波数の低い第２の高周波電力ＬＦを下部電極１２に供給しても、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアが発熱するのを抑制することができる。

　また、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアは、低周波領域で高透磁率であるため、Ｎｉ－Ｚｎ系トロイダルコアを用いた場合のように直列接続する必要がなく、またスタック数を低減することができる。したがって、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂを小型化することができる。具体的には、上述したようにトロイダルコア１５０が式（１）を満たすように、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂを小型化することができる。さらには、本発明者らが鋭意検討した結果、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアを用いた場合、Ｎｉ－Ｚｎ系トロイダルコアに比べて、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂの大きさを約半分まで小型化することができた。そして、このようにトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂを小型化して、さらにはフィルタユニット５２ａを小型化することができるので、プラズマ処理装置１のレイアウト設計、特にチャンバ１０の下部のレイアウト設計の自由度を向上させることができる。その結果、チャンバ１０の下部が限られたスペースであっても、複数、本実施形態では２つのフィルタユニット５２ａ、５２ｂを適切に設けることができる。

　なお、一例において、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアであるトロイダルコア１５０の厚みｔは１２．７ｍｍ、内半径ａは９．５ｍｍ、外半径ｂは１９．０５ｍｍである。これは式（１）を満たす。そして絶縁距離を１０ｍｍとすると、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂの厚みは、３５．４ｍｍ（＝１２．７×２＋１０）となる。また、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂの平面視長さは、３８．１ｍｍ（＝１９．０５×２）となる。
　一方、Ｎｉ－Ｚｎ系トロイダルコアを用いた場合、単体のトロイダルコアの厚みｔは１３ｍｍ、内半径ａは１９ｍｍ、外半径ｂは３０．５ｍｍである。例えば、このトロイダルコアを７個積層したもの（７スタック）を、厚み方向に２個配置し、平面視において４配置して、合計８個用いる。かかる場合、８個のトロイダルコイルの厚みは、１８２ｍｍ（＝１３×７×２）となる。また、８個のトロイダルコイルの平面視長さは、１３２ｍｍ（＝３０．５×２×２＋１０）となる。
　したがって、本実施形態のようにＭｎ－Ｚｎ系トロイダルコアを用いた場合、Ｎｉ－Ｚｎ系トロイダルコアに比べて、厚さが０．２０倍、平面視長さが０．２９倍になり、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂを小型化することができる。

　以上のように本実施形態のトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂを用いた場合、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコア（トロイダルコア１５０）の発熱を抑制すると共に、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂを小型化することができる。そして、低周波領域の第２の高周波ノイズに対して、高インダクタンスのフィルタを実現することが可能となる。

　なお、トロイダルコイルが発熱するリスクは、例えば以下の原因によるものである。１つ目は、例えばヒータ電源から給電ラインに流れる電流により、Ｎｉ－Ｚｎ系トロイダルコアに巻き付けられたコイル導体（銅線）が発熱する銅損発熱である。２つ目は、例えばプラズマ側から給電ラインに引き込む電流により、コイル導体（銅線）が発熱する銅損発熱である。３つ目は、例えばプラズマ側から給電ラインに伝搬する伝導性ノイズにより、Ｎｉ－Ｚｎ系トロイダルコアに渦電流、ヒステリシス損が発生して発熱する鉄損発熱である。

　このうち、１つ目と２つ目のコイル導体の銅損に対しては、給電ラインに流れる電流値に対して、許容できるコイル導体の線径（断面積）を選定すればよい。

　また、３つ目のトロイダルコアの鉄損に対しては、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアを用いた場合、低周波領域では高透磁率であるため、鉄損は抑えられる。一方、高周波領域では透磁率が低下するため、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアを用いた場合でも鉄損が大きくなる。そこで、本実施形態のトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂでは、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂを後段に配置し、空芯コイル１１０ａ、１１０ｂを前段に配置する構成を有する。かかる場合、高周波領域である第１の高周波ノイズを空芯コイル１１０ａ、１１０ｂで遮断するため、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコア（トロイダルコア１５０）の発熱を抑制することができる。

　なお、本発明者らが鋭意検討した結果、このようにトロイダルコア１５０とコイル導体１５１の発熱を抑制することを実証した。特にファン１７０を用いた場合、トロイダルコア１５０とコイル導体１５１の発熱抑制効果が向上することを確認した。

［第２の作用及び効果］
　ここで、低周波領域の第２の高周波ノイズに対するフィルタ機能を発揮させるため、銅箔と絶縁膜を巻いたコイルを用いることが考えられる。しかしながら、このように銅箔と絶縁膜を巻いたコイルを用いた場合、所望のインピーダンスを得るためには、多くの巻き数を要するため、実抵抗値が高くなる。このため、ヒータ電源からの給電時、銅箔と絶縁膜を巻いたコイルが発熱し、電力ロスが発生する。この点、本実施形態のＭｎ－Ｚｎ系トロイダルコアを用いた場合、実抵抗値を下げることができ、電力ロスを改善することができる。実際に本発明者らが実験した結果、電力ロスを約２０％改善することができた。

［第３の作用及び効果］
　本実施形態のフィルタユニット５２ａにおいては、第１のフィルタ１０１（空芯コイル１１０ａ、１１０ｂ）によって周波数が高い第１の高周波ノイズを遮断し、第２のフィルタ１０２（トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂ）によって周波数が低い第２の高周波ノイズを遮断する。空芯コイル１１０ａ、１１０ｂは第１の高周波電力ＨＦの周波数（第１の周波数）の近くに自己共振周波数を有し、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂは第２の高周波電力ＬＦの周波数（第２の周波数）の近くに自己共振周波数を有する。また、第１のコンデンサ１１１は第２の周波数と第１の周波数の中間に第１の直列共振周波数が得られるように機能し、第２のコンデンサ１２１は第２の周波数よりも低い領域に第２の直列共振周波数が得られるように機能する。そしてこのように、第１の高周波ノイズに対するフィルタ遮断機能と、第２の高周波ノイズに対するフィルタ遮断機能をそれぞれ、空芯コイル１１０ａ、１１０ｂとトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂに役割分担させることで、フィルタユニット５２ａ全体の設計、製作、調整が容易になり、機差も生じ難くなる。

　なお、フィルタユニット５２ａにおいて、空芯コイル１１０ａ、１１０ｂとトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂとを入れ替えること、すなわちトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂを前段に配置し、空芯コイル１１０ａ、１１０ｂを後段に配置することは好ましくない。例えば、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂを前段に配置すると、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂは、第１の高周波ノイズと第２の高周波ノイズのうち、周波数の低い第２の高周波ノイズを遮断するものの、周波数の高い第１の高周波ノイズを通過させてしまう。このため、第１の高周波ノイズがトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂに突入して、高電位の第１の高周波ノイズがトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂに印加される。これによって、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂに大きなが逆電力が発生し、トロイダルコア１５０に大きな渦電流が発生するため、渦電流によりトロイダルコア１５０が発熱して高温になる。Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアであるトロイダルコア１５０は、高周波領域で低い透磁率であるため、許容損失が小さくなり、渦電流によるトロイダルコア１５０の急激な温度上昇でキュリー温度に到達すると、トロイダルコア１５０の破損、焼損に至る。

　この点、本実施形態によれば、前段の空芯コイル１１０ａ、１１０ｂが周波数の高い第１の高周波ノイズを遮断するので、後段のトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂには第１の高周波ノイズが突入することがない。したがって、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂに発生する逆起電力が小さく、渦電流が抑制され、トロイダルコア１５０が高温に発熱することを抑制できる。

　以上のように、フィルタユニット５２ａでは、空芯コイル１１０ａ、１１０ｂによって第１の高周波ノイズに対し高インピーダンスを実現し、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂによって第２の高周波ノイズに対し高インピーダンスを実現することができる。その結果、フィルタユニット５２ａは、複数の周波数の高周波電力ＨＦ、ＬＦが下部電極１２に供給された場合でも、高周波ノイズの遮断機能を適切に発揮することができる。

　なお、本実施形態では、２つの異なる周波数の高周波電力ＨＦ、ＬＦを用いた場合について説明したが、３つ以上の異なる周波数の高周波電力を用いた場合にも本開示の技術を適用できる。かかる場合、フィルタユニット５２ａにおいて、周波数に応じたコイルを選択して配置すればよい。

＜他の実施形態＞
　以上の実施形態のフィルタユニット５２ａ、５２ｂにおいて、第２のフィルタ１０２には２つのトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂを直列に配置したが、トロイダルコイル１２０の配置はこれに限定されない。

　図５は、トロイダルコイル１２０の種々の配置を模式的に示す説明図である。Ｎｏ．１は、トロイダルコイル１２０ａを１個配置した場合である。Ｎｏ．２は、２個のトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂを直列に配置した場合であり、上記実施形態（図２）と同様の配置である。Ｎｏ．３は、２個のトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂを並列に配置した場合である。Ｎｏ．４は、直列に配置した２個のトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂと、同じく直列に配置した２個のトロイダルコイル１２０ｃ、１２０ｄとを並列に配置した場合である。なお、Ｎｏ．１～Ｎｏ．４において、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄはそれぞれ、同じトロイダルコイルである。

　本発明者らは、上記Ｎｏ．１～Ｎｏ．４のケースにおいて実験を行い、測定器によってトロイダルコア１５０の高周波特性を取得し、第２のフィルタ１０２のインピーダンスを調べた。図６は、実験結果を示すグラフである。図６の横軸は高周波電力の周波数を示し、縦軸は第２のフィルタ１０２のインピーダンスを示す。また、図７は、実験結果をまとめた表である。図７では、Ｎｏ．１のケースを基準とした、Ｎｏ．２～Ｎｏ．４のインピーダンスのピーク値、並列共振周波数、耐圧、許容電流、誘電率／許容損失を示している。

　図６及び図７を参照すると、Ｎｏ．２の場合、Ｎｏ．１と比べて、並列共振位置でのインピーダンスは約２倍になり、インピーダンスのピーク値が低周波側にシフトする。Ｎｏ．３の場合、Ｎｏ．１と比べて、並列共振位置でのインピーダンスは約１／２倍になり、インピーダンスのピーク値が高周波側にシフトする。Ｎｏ．４の場合、Ｎｏ．１と比べて、並列共振位置でのインピーダンスは変化ないが、インピーダンスのピーク値が大きくなり、低周波側にシフトする。

　以上のように、第２のフィルタ１０２ではトロイダルコイル１２０の配置によって、インピーダンス特性が変化する。したがって、要求される仕様に応じて、これらトロイダルコイル１２０の配置を適宜選択すればよい。

＜他の実施形態＞
　以上の実施形態のフィルタユニット５２ａにおいて、第１のフィルタ１０１には第１のコンデンサ１１１を配置したが、本発明者らは、この第１のコンデンサ１１１の容量特性について調べた。図８は、実験結果を示すグラフである。図８の横軸は高周波電力の周波数を示し、縦軸は第１のフィルタ１０１のインピーダンスを示す。Ｎｏ．１は、図２に示した第１のフィルタ１０１において、第１のコンデンサ１１１を設けない場合である。Ｎｏ．２は、第１のコンデンサ１１１の容量をＣとした場合である。Ｎｏ．３は、第１のコンデンサ１１１の容量を、Ｎｏ．２における第１のコンデンサ１１１の容量の２倍の２Ｃとした場合である。

　図８を参照すると、第１のコンデンサ１１１の容量を大きくすると、インピーダンスのピーク値が低周波側にシフトし、急峻な周波数特性となる。したがって、要求される仕様に応じて、これら第１のコンデンサ１１１の容量を適宜選択すればよい。

＜他の実施形態＞
　以上の実施形態のフィルタユニット５２ａ、５２ｂでは、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂのトロイダルコア１５０にＭｎ－Ｚｎ系のフェライトを用いたが、これに代えて、ナノ結晶軟磁性材料を用いてもよい。以下の説明においては、フィルタユニット５２ａの構成について説明するが、フィルタユニット５２ｂのも同様である。図９は、他の実施形態にかかるフィルタユニット５２ａの回路構成を示す説明図である。

　図９に示すようにフィルタユニット５２ａは、図２に示したトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂに代えて、トロイダルコイル２００ａ、２００ｂを有している。すなわち、第２のフィルタ１０２において、トロイダルコイル２００ａ、２００ｂは直列に接続されている。トロイダルコイル２００ａ、２００ｂはそれぞれ、ナノ結晶軟磁性材料からなるトロイダルコアに、例えば銅線からなるコイル導体を螺旋状に巻き付けた構成を有している。なお、フィルタユニット５２ａのその他の回路構成は、図２に示した上記実施形態におけるフィルタユニット５２ａのその他の回路構成と同様である。

　また、フィルタユニット５２ａの物理的構造も、図３に示したトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂに代えて、トロイダルコイル２００ａ、２００ｂを設けた構造を有している。トロイダルコイル２００ａ、２００ｂのサイズは、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂのサイズと同じである。なお、フィルタユニット５２ａのその他の物理的構造は、図３に示した上記実施形態におけるフィルタユニット５２ａのその他の物理的構造と同様である。

　ここで、プラズマを生成するために、方形波の高周波電力を下部電極１２に供給した場合、フィルタユニット５２ａ、５２ｂの端部において、プラズマ側から給電ライン１０３に伝搬する伝導性ノイズ（高周波ノイズ）にリンギングが発生するおそれがある。すなわち、高周波ノイズに急激な変化が発生する場合がある。フィルタユニット５２ａ、５２ｂに設けるコイルとして、例えば空芯コイル、銅箔と絶縁膜を巻いたコイル、Ｎｉ－Ｚｎ系トロイダルコアを有するトロイダルコイル、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアを有するトロイダルコイルのいずれを用いた場合でも、このリンギング発生のリスクがある。そして、高周波電力の供給時において、高周波ノイズにリンギングが発生すると、ヒータ電源５４ａのヒータ制御回路が誤動作する可能性がある。

　この点、本実施形態のようにトロイダルコイル２００ａ、２００ｂは、ナノ結晶軟磁性材料からなるトロイダルコアを有する。以下の説明においては、ナノ結晶軟磁性材料からなるトロイダルコアを「ナノ結晶軟磁性トロイダルコア」という場合がある。ナノ結晶軟磁性トロイダルコアは、結晶が小さく飽和磁歪定数が小さいため、応力が加えられた際の透磁率やコアロスの劣化が小さい。このため、可聴周波数成分を含む電流や電圧が入力されても低ノイズであり、急激な電流や電圧の変化に対応することができる。したがって、高周波電力の供給時において、高周波ノイズのリンギングを低減することができる。

　ナノ結晶軟磁性トロイダルコアは、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアと比較すると以下の特徴を有している。すなわち、ナノ結晶軟磁性トロイダルコアを用いた場合、インピーダンスが温度により大きく変化しないため、広い温度範囲で安定したノイズ抑制効果が得られる。

　また、ナノ結晶軟磁性トロイダルコアの透磁率は高く、インピーダンスのピーク値が低い。さらに、広い周波数領域でインピーダンスが高く、大きなノイズ抑制効果を発揮することが可能となる。例えばナノ結晶軟磁性トロイダルコアとＭｎ－Ｚｎ系トロイダルコアで１００ｋＨｚのインダクタンスが同一とした場合、ナノ結晶軟磁性トロイダルコアのインピーダンスは、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアのインピーダンスの約２倍となる。ナノ結晶軟磁性トロイダルコアを用いた場合、同一インダクタンスを得るのにコイル導体の必要な巻数が少ないため、巻線間容量を小さくでき、１ＭＨｚ帯以上の高周波領域で高いインピーダンスを得ることができる。

　上述したナノ結晶軟磁性トロイダルコアとＭｎ－Ｚｎ系トロイダルコアを比較するため、本発明者らは実験を行い、トロイダルコアの材料を変更して、第２のフィルタ１０２のインピーダンスを調べた。図１０は、実験結果を示すグラフである。Ｎｏ．１は、図２に示したトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂにおいてＭｎ－Ｚｎ系トロイダルコアを用いた場合である。Ｎｏ．２～Ｎｏ．４はそれぞれ、図９に示したトロイダルコイル２００ａ、２００ｂにおいてナノ結晶軟磁性トロイダルコアを用いた場合である。Ｎｏ．２～Ｎｏ．４では、定格電流をそれぞれ、２０Ａ、２５Ａ、３０Ａに変更している。

　図１０を参照すると、ナノ結晶軟磁性トロイダルコアに比べて、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアの方が、並列共振位置が高周波側にある。一方、ナノ結晶軟磁性トロイダルコアは、許容電力が大きくなるにつれて、並列共振位置は高周波側にシフトする。また、周波数がＦ未満の領域においては、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアに比べて、ナノ結晶軟磁性トロイダルコアの方が、インピーダンスが小さい。一方、周波数がＦ以上の領域においては、ナノ結晶軟磁性トロイダルコアの方が、インピーダンスが大きい。このように、ナノ結晶軟磁性トロイダルコアを用いた場合、高周波領域でのインピーダンスを高くできるので、広い周波数領域で大きなノイズ抑制効果を発揮することが可能となる。

　また、本発明者らは実験を行い、ナノ結晶軟磁性トロイダルコアを用いた場合にリンギングを低減できる効果について調べた。図１１は、図２に示したトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂにおいてＭｎ－Ｚｎ系トロイダルコアを用いた場合の、高周波ノイズの波形を示したグラフである。図１２は、図９に示したトロイダルコイル２００ａ、２００ｂにおいてナノ結晶軟磁性トロイダルコアを用いた場合の、高周波ノイズの波形を示したグラフである。図１１及び図１２の横軸は時間を示し、縦軸は高周波ノイズを示す。いずれの場合も、ヒータ電源５４ａのヒータ制御回路の直前において、高周波ノイズを測定した。

　図１１を参照すると、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアを用いた場合、高周波電力を供給し、又は高周波電力の供給を停止した際（図１１中の丸で囲った部分）、高周波ノイズにリンギングが発生している。これに対して、図１２を参照すると、ナノ結晶軟磁性トロイダルコアを用いた場合、高周波電力を供給し、又は高周波電力の供給を停止した際（図１２中の丸で囲った部分）、高周波ノイズに発生するリンギングを低減することができる。

　なお、トロイダルコイル２００ａ、２００ｂにナノ結晶軟磁性トロイダルコアを用いた場合でも、上記実施形態のようにＭｎ－Ｚｎ系トロイダルコアを用いた場合と同様の効果（上記第１～第３の作用及び効果）を享受することができる。すなわち、ナノ結晶軟磁性トロイダルコアの発熱を抑制すると共に、トロイダルコイル２００ａ、２００ｂを小型化することができる。そして、低周波領域の第２の高周波ノイズに対して、高インダクタンスのフィルタを実現することができる。

　なお、本発明者らが鋭意検討した結果、このようにナノ結晶軟磁性トロイダルコアとコイル導体の発熱を抑制することを実証した。特にファン１７０を用いた場合、ナノ結晶軟磁性トロイダルコアとコイル導体の発熱抑制効果が向上することを確認した。

　また、ナノ結晶軟磁性トロイダルコアが上述した下記式（１）を満たすように、トロイダルコイル２００ａ、２００ｂを小型化することができる。
ｔ≧（ｂ－ａ）　・・・（１）

　なお、一例において、ナノ結晶軟磁性トロイダルコアの厚みｔは２３．４ｍｍ、内半径ａは２１．４ｍｍ、外半径ｂは４０．６ｍｍである。これは式（１）を満たす。そして絶縁距離を１０ｍｍとすると、トロイダルコイル２００ａ、２００ｂの厚みは、５６．８ｍｍ（＝２３．４×２＋１０）となる。また、トロイダルコイル２００ａ、２００ｂの平面視長さは、８１．２ｍｍ（＝４０．６×２）となる。
　一方、Ｎｉ－Ｚｎ系トロイダルコアを用いた場合、単体のトロイダルコアの厚みｔは１３ｍｍ、内半径ａは１９ｍｍ、外半径ｂは３０．５ｍｍである。例えば、このトロイダルコアを７個積層したもの（７スタック）を、厚み方向に２個配置し、平面視において４配置して、合計８個用いる。かかる場合、８個のトロイダルコイルの厚みは、１８２ｍｍ（＝１３×７×２）となる。また、８個のトロイダルコイルの平面視長さは、１３２ｍｍ（＝３０．５×２×２＋１０）となる。
　したがって、本実施形態のようにナノ結晶軟磁性トロイダルコアを用いた場合、Ｎｉ－Ｚｎ系トロイダルコアに比べて、厚さが０．３２倍、平面視長さが０．６２倍になり、トロイダルコイル２００ａ、２００ｂを小型化することができる。

＜他の実施形態＞
　以上の実施形態のフィルタユニット５２ａ、５２ｂにおいて、第２のフィルタ１０２のトロイダルコイルには、Ｍｎ－Ｚｎ系のフェライトとナノ結晶軟磁性材料を組み合わせて用いてもよい。図１０に示したように、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアとナノ結晶軟磁性トロイダルコアでは、第２のフィルタ１０２のインピーダンス特性が異なる。このため、第２のフィルタ１０２において、Ｍｎ－Ｚｎ系トロイダルコアを有するトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂと、ナノ結晶軟磁性トロイダルコアを有するトロイダルコイル２００ａ、２００ｂを用いることで、両方のインピーダンス特性を活かすことができる。

　かかる場合、図１３に示すように空芯コイル１１０ｂから見て、前段にナノ結晶軟磁性トロイダルコアを有するトロイダルコイル２００ａを配置し、後段にＭｎ－Ｚｎ系トロイダルコアを有するトロイダルコイル１２０ｂを配置するのが好ましい。前段のトロイダルコイル２００ａで高周波ノイズに発生するリンギングを低減することで、後段のトロイダルコイル１２０ｂにリンギングの影響を抑制することができる。

＜他の実施形態＞
　以上の実施形態において、トロイダルコアにはＭｎ－Ｚｎ系のフェライト又はナノ結晶軟磁性材料を用いたが、トロイダルコアの材料はこれに限定されない。１０ＭＨｚ以下の周波数のノイズに対する透磁率が６０００Ｈ／ｍ以上の材料であれば、上記実施形態と同様の効果を享受することができる。すなわち、低周波領域のノイズ抑制効果が大きく、周波数の低い第２の高周波電力ＬＦを下部電極１２に供給しても、トロイダルコアが発熱するのを抑制することができる。また、トロイダルコイルを小型化することも可能である。

＜他の実施形態＞
　以上の実施形態の筐体１００は、側面視において側面視において略Ｌ字型を有していたが、図１４に示すように鉛直方向に延伸していてもよい。筐体１００の内部には、第１のフィルタ１０１の空芯コイル１１０ａ、１１０ｂ、第２のフィルタ１０２のトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂが、上方から下方に鉛直方向にこの順で並べて配置されている。かかる場合であっても、上記実施形態と同様の効果（上記第１～第３の作用及び効果）を享受することができる。

＜他の実施形態＞
　以上の実施形態のトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂはそれぞれ、トロイダルコア１５０に、コイル導体１５１を螺旋状に巻き付けた構成を有していたが、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂの構成はこれに限定されない。

　例えば図１５に示すように、トロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂはそれぞれ、Ｍｎ－Ｚｎ系のフェライトからなる管状のトロイダルコア２１０を有していてもよい。図１５では、トロイダルコア２１０の半分のみを図示しているが、当該トロイダルコア２１０は平面視において円環形状を有している。トロイダルコア２１０の内部には、例えば銅線からなるコイル導体２１１がトロイダルコア２１０の延在方向に沿って配置されている。

　なお、図１５に例示されたトロイダルコア２１０は、例えば図１６に示すように、トロイダルコア２１０の延在方向に沿う面で２つの部分２１０ａ及び２１０ｂに分割可能であってもよい。これにより、一方の部分２１０ｂにコイル導体２１１を配置した後に、他方の部分２１０ａと部分２１０ｂとを組み合わせることで、図１５に例示された状態のトロイダルコイル１２０ａ、１２０ｂを容易に作製することができる。

　また、トロイダルコイル２００ａ、２００ｂも同様に、ナノ結晶軟磁性材料からなるトロイダルコア２１０の内部に、例えば銅線からなるコイル導体２１１を設けた構成を有していてもよい。

＜他の実施形態＞
　以上の実施形態では、プラズマ処理装置１においてエッチングを行う場合について説明したが、本開示の技術が適用できるプラズマ処理はこれに限定されない。例えばプラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマ処理にも本開示の技術を適用可能である。また、本開示の処理対象の基板はウェハＷに限定されず、例えばフラットパネルディスプレイ、有機ＥＬ、太陽電池用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。

　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

　　１　　　プラズマ処理装置
　　１０　　チャンバ
　　５０　　発熱体
　　５０ａ　内側発熱線
　　５０ｂ　外側発熱線
　　５２ａ、５２ｂ　フィルタユニット
　　５４ａ、５４ｂ　ヒータ電源
　　１００　筐体
　　１０１　第１のフィルタ
　　１０２　第２のフィルタ
　　１１０ａ、１１０ｂ　空芯コイル
　　１２０ａ、１２０ｂ　トロイダルコイル
　　１５０　トロイダルコア

Claims (12)

1. プラズマ処理装置であって、
   プラズマ処理が行われる処理容器と、
   前記処理容器の内部に設けられる電気的部材に線路を介して電気的に接続される外部回路と、
   前記線路に設けられるフィルタユニットと、を有し、
   前記フィルタユニットは、
   前記電気的部材側に設けられる第１のフィルタと、
   前記外部回路側に設けられ、前記第１のフィルタと直列に接続される第２のフィルタと、
   前記第１のフィルタと前記第２のフィルタを収容する筐体と、を有し、
   前記第１のフィルタは、空芯コイルを有し、
   前記第２のフィルタは、トロイダルコアを備えるコイルを有し、
   前記トロイダルコアは、Ｍｎ－Ｚｎ系のフェライト又はナノ結晶軟磁性材料からなる、プラズマ処理装置。
2. 前記第１のフィルタは、前記空芯コイルより前記トロイダルコアを備えるコイル側の端子に電気的に接続される第１のコンデンサを有し、
   前記第２のフィルタは、前記トロイダルコアを備えるコイルより前記外部回路側の端子に電気的に接続される第２のコンデンサを有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記第２のフィルタにおいて、
   前記トロイダルコアを備えるコイルは、少なくとも直列又は並列に複数設けられる、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
4. 複数の前記トロイダルコアのうち、少なくとも一のトロイダルコアはＭｎ－Ｚｎ系のフェライトからなり、他のトロイダルコアはナノ結晶軟磁性材料からなる、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記複数のトロイダルコアを備えるコイルにおいて、
   前記Ｍｎ－Ｚｎ系のフェライトからなるトロイダルコアを備えるコイルを前記空芯コイル側に設け、
   前記ナノ結晶軟磁性材料からなるトロイダルコアを備えるコイルを前記外部回路側に設ける、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記筐体は、
   鉛直方向に延伸する鉛直延伸部と、
   前記鉛直延伸部の下端から水平方向に延伸する水平延伸部と、を有し、
   前記空芯コイルは、前記鉛直延伸部の内部に設けられ、
   前記トロイダルコアを備えるコイルは、前記水平延伸部の内部に設けられ、
   前記空芯コイルの鉛直軸と、前記トロイダルコアを備えるコイルの鉛直軸とは異なっている、請求項１～５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記筐体は鉛直方向に延伸し、
   前記空芯コイルと前記トロイダルコアを備えるコイルは、前記筐体の内部において鉛直方向に並べて設けられている、請求項１～５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記トロイダルコアを備えるコイルは、トロイダルコアの内半径をａ、外半径をｂ、厚みをｔとした場合に下記式（１）を満たす、請求項１～７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
   ｔ≧（ｂ－ａ）　・・・（１）
9. 前記筐体の底面には、当該筐体の内部にエアを供給するファンが設けられている、請求項１～８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. プラズマ処理装置であって、
    プラズマ処理が行われる処理容器と、
    前記処理容器の内部に設けられる電気的部材に線路を介して電気的に接続される外部回路と、
    前記線路に設けられるフィルタユニットと、を有し、
    前記フィルタユニットは、
    前記電気的部材側に設けられる第１のフィルタと、
    前記外部回路側に設けられ、前記第１のフィルタと直列に接続される第２のフィルタと、
    前記第１のフィルタと前記第２のフィルタを収容する筐体と、を有し、
    前記第１のフィルタは、空芯コイルを有し、
    前記第２のフィルタは、トロイダルコアを備えるコイルを有し、
    前記トロイダルコアは、１０ＭＨｚ以下の周波数のノイズに対する透磁率が６０００Ｈ／ｍ以上の材料からなる、プラズマ処理装置。
11. プラズマ処理が行われる処理容器の内部に設けられる電気的部材と、前記処理容器の外部に設けられる外部回路とが線路を介して電気的に接続されるプラズマ処理装置において、前記線路に設けられるフィルタユニットであって、
    前記電気的部材側に設けられる第１のフィルタと、
    前記外部回路側に設けられ、前記第１のフィルタと直列に接続される第２のフィルタと、
    前記第１のフィルタと前記第２のフィルタを収容する筐体と、を有し、
    前記第１のフィルタは、空芯コイルを有し、
    前記第２のフィルタは、トロイダルコアを備えるコイルを有し、
    前記トロイダルコアは、Ｍｎ－Ｚｎ系のフェライト又はナノ結晶軟磁性材料からなる、フィルタユニット。
12. プラズマ処理が行われる処理容器の内部に設けられる電気的部材と、前記処理容器の外部に設けられる外部回路とが線路を介して電気的に接続されるプラズマ処理装置において、前記線路に設けられるフィルタユニットであって、
    前記電気的部材側に設けられる第１のフィルタと、
    前記外部回路側に設けられ、前記第１のフィルタと直列に接続される第２のフィルタと、
    前記第１のフィルタと前記第２のフィルタを収容する筐体と、を有し、
    前記第１のフィルタは、空芯コイルを有し、
    前記第２のフィルタは、トロイダルコアを備えるコイルを有し、
    前記トロイダルコアは、１０ＭＨｚ以下の周波数のノイズに対する透磁率が６０００Ｈ／ｍ以上の材料からなる、プラズマ処理装置。

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