特許 6872935 プラズマ発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6872935

(24)【登録日】2021年4月22日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】プラズマ発生装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20210510BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20210510BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20210510BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20210510BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 L

   H01L21/302 101C

   C23C16/505

   C23C16/44 B

【請求項の数】4

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-38746(P2017-38746)

(22)【出願日】2017年3月1日

(65)【公開番号】特開2018-60769(P2018-60769A)

(43)【公開日】2018年4月12日

【審査請求日】2019年11月5日

(31)【優先権主張番号】特願2016-194058(P2016-194058)

(32)【優先日】2016年9月30日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】天立 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】建部 英二

(72)【発明者】

【氏名】納富 隼人

(72)【発明者】

【氏名】谷口 道夫

【審査官】 鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１９１５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００７１０３５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−１６５５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２３７８９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００８−５１９４１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／２４

Ｃ２３Ｃ １６／５０５

Ｃ２３Ｃ １６／５０７

Ｃ２３Ｃ １４／３５４

Ｃ２３Ｃ １４／３４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性材料により環状に形成され、形状に沿って材料ガスのガス流路が内部に形成されてあるチャンバと、該チャンバへ高周波電流を供給する高周波電源とを備えるプラズマ発生装置であって、
前記チャンバは、
環形状の一部を欠落させた本体部分と、
前記本体部分の外面に密着されており、外部から供給される冷却媒体からの熱を前記本体部分へ伝える冷却部と
を含み、
前記チャンバの本体部分は、
導電性材料にて矩形の縦断面を有し同一形状に屈曲成形された基材に夫々、各辺の中心を通る貫通孔を設けて形成された２つの分体と、
該分体の断面形状に対応する断面形状を有する絶縁体と
を含み、
前記２つの分体の端面同士を対向させ、一方の端面間に前記絶縁体、他方の端面間には導電体製のスペーサを介装して四角環状となるように接続されており、
前記冷却部は、
前記本体部分の外面に沿って密着固定させた熱伝導板と、
該熱伝導板に固着されて前記冷却媒体が内部に流れる熱伝導体製の冷却管と
を含み、
前記冷却部の熱伝導板は、前記２つの分体に亘って外面に沿い密着固定させた１つの熱伝導板を含む
ことを特徴とするプラズマ発生装置。

【請求項2】

前記本体部分の外面は平坦面を有しており、
前記熱伝導板は、前記平坦面の一部又は全部に密着固定されている
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。

【請求項3】

前記冷却部は、
前記本体部分の外面に設けられ、前記冷却媒体が流れる凹部と、
該凹部を覆う蓋と
を含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。

【請求項4】

前記冷却部は導電性材料の部材を含み、
前記チャンバの１又は複数箇所に設けられた環状の磁性コアを更に備え、
該磁性コアは断面視で前記チャンバ及び前記冷却部の少なくとも一部の外側を囲って設けられている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のプラズマ発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘導結合型のプラズマ発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマ発生装置は、コーティング、微細加工、表面改質、汚染物除去等、様々な分野で利用されている。プラズマ発生装置は、容量結合型（ Capacitively Coupled Plasma、別名電界結合型）と誘導結合型（Inductively Coupled Plasma、別名磁界結合型）とが知られている。容量結合型では、プラズマ化させる材料ガスを流すチャンバ内に設けられた電極によって直接的に高周波電界を加えることでプラズマを発生させる。誘導結合型では、例えば細長い管状のチャンバを磁性コアに通し、磁性コアに巻回させた誘導コイルに高周波電流を流してチャンバ周囲に高周波磁界を発生させ、その高周波磁界によりチャンバ内に、長手方向の高周波電界を発生させることによりプラズマを発生させる。

【0003】

特許文献１には、誘導結合型のプラズマ発生装置に関し、環状のチャンバの一部を包囲するように設けられた磁気コアに巻回させた一次巻線へ高周波電流を流し、環状チャンバの形状に沿った高周波電界を発生させる構成が開示されている。そして特許文献１のプラズマ発生装置では、その環状チャンバを金属製とすることによってプラズマ処理に通常用いられる特定の材料ガスによる化学反応及び高温に対して耐性を高めることができるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４０７０１５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

プラズマ発生装置では、プラズマを発生させるためにチャンバが非常に高温になる。高エネルギーのプラズマを発生するには大電流が必要となり、更にチャンバの冷却の必要性が問題になるが特許文献１には開示がない。冷却方法については装置の大型化を許すならば大掛かりな空冷、水冷等の冷却機構を限りなく実現できるが、装置の小型化と高出力との両立が求められる。

【0006】

本発明は斯かる事情を鑑みてなされたものであり、冷却機構を備えつつ装置全体の小型化を実現するプラズマ発生装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係るプラズマ発生装置は、導電性材料により環状に形成され、形状に沿って材料ガスのガス流路が内部に形成されてあるチャンバと、該チャンバへ高周波電流を供給する高周波電源とを備えるプラズマ発生装置であって、前記チャンバは、環形状の一部を欠落させた本体部分と、前記本体部分の外面に密着されており、外部から供給される冷却媒体からの熱を前記本体部分へ伝える冷却部とを含む。

【0008】

これにより本開示に係るプラズマ発生装置では、高周波電源から供給される高周波電流がチャンバの本体部分を流れる上、チャンバの本体部分の外面に沿う冷却部により直接的に、外部から供給される冷却媒体との熱交換を行なうから効率的にチャンバの高温化を抑制することができる。

【0009】

本開示に係るプラズマ発生装置では、前記冷却部は、前記本体部分の外面に沿って密着固定させた熱伝導板と、該熱伝導板に固着されて前記冷却媒体が内部に流れる熱伝導体製の冷却管とを含む。

【0010】

これにより本開示に係るプラズマ発生装置では、本体部分に密着固定した熱伝導体板を用いることでチャンバの高温化を低コストで抑制することが可能になる。

【0011】

本開示に係るプラズマ発生装置では、前記本体部分の外面は平坦面を有しており、前記熱伝導板は、前記平坦面の一部又は全部に密着固定されている。

【0012】

これにより本開示に係るプラズマ発生装置では、本体部分が用いる平坦面に熱伝導体製の板を密着固定することで実現されるから、チャンバの高温化を低コストで抑制することができる。

【0013】

本開示に係るプラズマ発生装置では、前記冷却部は、前記本体部分の外面に設けられ、前記冷却媒体が流れる凹部と、該凹部を覆う蓋とを含む。

【0014】

これにより本開示に係るプラズマ発生装置では、本体部分に設けられた凹部又は本体部分に固定された熱伝導性を有する板状部材に設けた凹部に冷却媒体を流すことで本体部分を直接的に冷却するからチャンバの高温化を効率化に実現することができる。

【0015】

本開示に係るプラズマ発生装置では、前記チャンバの本体部分は、導電性材料にて矩形の縦断面を有し同一形状に屈曲成形された基材に夫々、各辺の中心を通る貫通孔を設けて形成された２つの分体と、該分体の断面形状に対応する断面形状を有する絶縁体とを含み、前記２つの分体の端面同士を対向させ、一方の端面間に前記絶縁体、他方の端面間には導電体製のスペーサを介装して四角環状となるように接続されており、前記冷却部の熱伝導板は、前記２つの分体に亘って外面に沿い密着固定させた１つの熱伝導板を含む。

【0016】

これにより本開示に係るプラズマ発生装置では、２つの同一形状の分体を絶縁体及びスペーサを挟むようにして接続させた本体部分に設ける冷却部に、該２つの分体に亘る１つの熱伝導板を用いるようにすることで、装置のコンパクト化と冷却効率の向上とを実現することができる。

【0017】

本開示に係るプラズマ発生装置では、前記冷却部は導電性材料の部材を含み、前記チャンバの１又は複数箇所に設けられた環状の磁性コアを更に備え、該磁性コアは断面視で前記チャンバ及び前記冷却部の少なくとも一部の外側を囲って設けられている。

【0018】

これにより本開示に係るプラズマ発生装置では、前記冷却部は導電性材料で構成され、しかも磁性コアの内側を通る。チャンバの本体部分に高周波電源からの高周波電流が供給される場合に冷却部も電流経路となるが、冷却部が磁性コアの内側を通るので、冷却部が磁性コアの内側を通らない場合に比べて漏れ磁束を低減させてインダクタンス成分を増大させることができる。

【発明の効果】

【0019】

また本開示のプラズマ発生装置による場合、高周波電源から供給される高周波電流がチャンバの本体部分を流れ、その本体部分の内側の放電空間にプラズマ電流が流れるから、環状の高周波電流及びプラズマ電流夫々の経路は近接し、略同軸である。したがって漏れ磁束を低減させることができ、結合力を強化させることができる。このように高周波電流をチャンバに直接流すとしても、チャンバの本体部分の外面に沿う冷却部を用いて効率的に冷却可能であるから大型の冷却機構を用いることなしに高温化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施の形態１におけるプラズマ発生装置の概要を示す説明図である。

【図2】実施の形態１におけるチャンバの外観を示す斜視図である。

【図3】実施の形態１におけるチャンバの分解斜視図である。

【図4】図２中のＡ−Ｂ線によるチャンバの横断面図である。

【図5】図２中のＣ−Ｄ線によるチャンバの縦断面図である。

【図6】冷却部の他の構成例を示す外観斜視図である。

【図7】冷却部の他の構成例のチャンバの分解斜視図である。

【図8】実施の形態２におけるチャンバの外観を示す斜視図である。

【図9】実施の形態２におけるチャンバの分解斜視図である。

【図10】実施の形態３におけるチャンバの外観を示す斜視図である。

【図11】実施の形態３におけるチャンバの外観を示す斜視図である。

【図12】実施の形態３におけるチャンバの分解斜視図である。

【図13】実施の形態３におけるチャンバの磁性コアの配設態様の一例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

【0022】

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るプラズマ発生装置１の概要を示す説明図である。プラズマ発生装置１は、チャンバ２、磁性コア３、及び高周波電源４を備える。

【0023】

チャンバ２は、図１に示す平面視において外形が略四角環状であり、環の縦断面は全周に亘って矩形状であり、中央に円形の孔が設けられている。チャンバ２は、一辺の中央部を適長欠落させた欠落部（図１のハッチング部分）を有する本体部分２０と、該欠落部に介装した絶縁体とを備える。本体部分２０は、例えばアルミニウム等の導電性に優れた金属材料製である。なお本体部分２０は、銅、鉄等の他の金属材料製であってもよく、適切な強度と導電性とを有していれば、金属以外の材料製であってもよい。絶縁体は、例えばセラミックス等の絶縁性材料によって形成されており、本体部分２０と同一の縦断面を有している。本体部分２０及び絶縁体に設けられた孔は、チャンバ２の内部に全周に亘って連続するガス流路２９を形成している。ガス流路２９は、本体部分２０の相対向する２つの角部に開設されたガス入口及びガス出口により外部に連通されている。ガス流路２９では、図１にＩＮ及びＯＵＴで示すように、ガス入口に供給された材料ガスが内部でプラズマ化され、ガス出口から後工程へ送出されるように流れる。

【0024】

磁性コア３は、フェライト磁性体製の環状体である。磁性コア３は、本体部分２０の四辺夫々の外側に填め合わせてある。なお磁性コア３は必須ではなく、またその数は図１に示しているような４つに限られず、プラズマの発生状況に応じて適宜設計される。

【0025】

高周波電源４は、欠落部（絶縁体）を挟んで対向する本体部分２０の端部の内、ガス入口側の端部に接続されている。なお本体部分２０のガス出口側の端部は接地されている。高周波電源４から供給される電流は、図１に実線の白抜き矢符で示すように、ガス入口側の端部からガス出口側の端部へ流れる。

【0026】

以上の如く構成されるプラズマ発生装置１では、高周波電源４から供給される高周波電流がチャンバ２の本体部分を周方向（トロイダル方向）に流れ、本体部分２０の環の断面を周回する方向（ポロイダル方向）に沿って高周波磁界が発生する。なお磁気コア３が設けられていることで磁束の漏れが低減される。そして高周波磁界の電磁誘導の作用によって、図１に破線の白抜き矢符で示すように、本体部分２０の形状に沿って周方向に、本体部分２０を流れる上述の高周波電流とは逆向きの高周波電界がチャンバ２内のガス流路２９内に発生する。ガス入口からガス流路２９内に供給された材料ガスは、この高周波電界によってプラズマ化され、ガス出口から送出される。このようにプラズマ発生装置１では、チャンバ２の本体部分２０に流れる高周波電流を励磁電流として、誘導結合によりその本体部分２０の内側のガス流路２９にプラズマ電流が流れる。高周波電流及びその逆向きに流れるプラズマ電流夫々の経路は近接し、略同軸であって漏れ磁束を低減させることができ、結合力を強化させることができる。

【0027】

以下このように、漏れ磁束を低減させる構造とした上で更に高温化を防止しつつ装置全体の小型化を実現することができるチャンバ２の具体的構成について詳細に説明する。以下の説明においては、図１に示したプラズマ発生装置１の内、磁性コア３については説明を省略している。

【0028】

図２は、実施の形態１におけるチャンバ２の外観を示す斜視図であり、図３はチャンバ２の分解斜視図であり、図４は、図２中のＡ−Ｂ線によるチャンバ２の横断面図、図５は図２中のＣ−Ｄ線によるチャンバ２の縦断面図である。

【0029】

チャンバ２は、同一形状の分体２０ａ，２０ｂを絶縁体２３及びスペーサ２４を介して接続し、全体として四角環状をなすように構成されている。分体２０ａ，２０ｂは、アルミニウム等の導電性に優れた金属材料にて形成されている。分体２０ａ，２０ｂは、矩形の縦断面を有して屈曲成形（図２等ではコの字（Ｕの字）形に形成した例を示す）した基材に、各辺の中心を通る円形断面の貫通孔を形成し、コの字の角部（図４中に破線により示す部分）を斜めに切除して各辺の貫通孔の交差部を露出させた構成を有する。また分体２０ａ，２０ｂの一端部には、連結用のフランジ２８が一体に形成されている。フランジ２８の大きさは、分体２０ａ，２０ｂの縦断面の大きさと同一である。

【0030】

絶縁体２３及びスペーサ２４は、分体２０ａ，２０ｂの断面外形と同一の外形を有する等厚の板であり、夫々の中心には、分体２０ａ，２０ｂの孔と同径の貫通孔の形成により空洞部分２３１，２４１が設けられている。絶縁体２３及びスペーサ２４は、分体２０ａ，２０ｂと同一の断面形状を有している。絶縁体２３は、例えばセラミックス等の適切な強度を有する絶縁性材料製である。スペーサ２４は、分体２０ａ，２０ｂと同一又は異なる導電性に優れた金属材料製である。なお絶縁体２３及びスペーサ２４の断面形状は夫々、空洞部分２３１，２４１が分体２０ａ，２０ｂの空洞部分と連通するような対応する形状であればよく、寸法も含めて分体２０ａ，２０ｂと同一形状でなくともよい。絶縁体２３及びスペーサ２４同士も同一形状でなくてよい。

【0031】

チャンバ２は、分体２０ａ，２０ｂのフランジ２８が設けられた一端部と、分体２０ａ，２０ｂ夫々の他端部とを対向させ、対向する端面間に絶縁体２３、スペーサ２４を介装し、フランジ２８に通した複数本の固定ボルト２７により一体に接続して構成される。そして分体２０ａ，２０ｂの切除部分をインレットポート２１、アウトレットポート２２、及び２つの蓋板２５により覆うことで各々管状に形成する。これによりチャンバ２は、分体２０ａ，２０ｂの中心の孔と絶縁体２３及びスペーサ２４の中心の孔とにより管状に連続するガス流路２９を設けて構成される。

【0032】

このように、同一形状の分体２０ａ，２０ｂの一端面間で絶縁体２３を介装し、他方の端面間の隙間には導電体製のスペーサ２４を介装することで、図１に示すような一部を欠落させた環状の本体部分２０を容易に作製することができる。分体２０ａ，２０ｂを同一形状とすることにより製作コストを低減させることができる。また分体２０ａ，２０ｂは、平坦面を広く含む形状とすることで取扱いも容易になる。なお分体２０ａ，２０ｂは、相互に同一形状とし、接続して環状（四角環に限らず六角環、八角環等の多角環、又は円環、楕円環等）とすることができれば、これに限られない。分体２０ａ，２０ｂは、屈曲した管状の部材であれば環状に接続することが可能であり、例えば図２〜図５に示した例のようなコの字のみならずＬ字状、円弧状の形状に形成されていてもよい。更に断面外形は方形であることには限られない。

【0033】

更に、実施の形態１におけるチャンバ２では図４に示すように、本体部分２０の欠落部に対応する箇所に設けられる絶縁体２３の空洞部分２３１に、管体２６が内嵌されている。スペーサ２４の空洞部分２４１にももう１つの管体２６が内嵌されている。管体２６は、十分な強度を有した絶縁性材料により形成されており、絶縁体２３及びスペーサ２４の長さに比べて十分に長い。分体２０ａ，２０ｂ夫々の絶縁体２３又はスペーサ２４に接する端面近くの内周に設けられたＯリング２６１が、管体２６の外周に弾接されており、これにより絶縁体２３及びスペーサ２４の接続部分の気密性を保持している。

【0034】

蓋板２５は、分体２０ａ，２０ｂの角部分の矩形に対応する金属製の平板である。蓋板２５の一方又は両方に、中央部にガラス製の窓２５１が設けられている。窓２５１は、ガス流路２９内部のプラズマ発生状態の観察を可能とする。

【0035】

インレットポート２１は、分体２０ｂの角部分の矩形に対応する金属製の平板の中央に小径のガス管２１０が立設されて形成されており、材料ガスが通ることが可能である。アウトレットポート２２は、分体２０ａの角部分の矩形に対応する金属製の平板中央に大径のガス管２２０が立設されて形成されており、材料ガスが通ることが可能である。これにより分体２０ａ，２０ｂ内部に構成されるガス流路２９がインレットポート２１のガス管２１０及びアウトレットポート２２のガス管２２０を介して外部と連通する。

【0036】

チャンバ２は更に、冷却部５を含む。冷却部５は、分体２０ａ，２０ｂの外面に沿って夫々密着固定させた熱伝導板５１と、該熱伝導板５１上に夫々固着させた冷却管５２とを含む。熱伝導板５１及び冷却管５２はいずれも、例えば銅などの熱伝導性に優れた材料製である。熱伝導板５１は例えば、分体２０ａ，２０ｂのＬ字状面と略同形に形成されている。冷却管５２は熱伝導板５１夫々の中心線上に沿って屈曲するように配管されている。各冷却管５２の一端は、分体２０ａ，２０ｂの外向きに夫々曲げて外側まで延ばしてあり、その延長端は、コネクタ５３を介して冷却媒体の供給装置（図示せず）に接続されている。また各冷却管５２の他端は、分体２０ａ，２０ｂの内向きに夫々曲げて内側まで延ばしてあり、その延長端はコネクタ５３，５３及び接続管５４により相互に接続されている。これにより供給装置から供給される冷却水等の冷却媒体は、例えば分体２０ａ側の冷却管５２の外側の延長端から冷却管５２内部を流れ、接続管５４を介して分体２０ｂ側の冷却管５２内部へ流れ、外側の延長端から再度供給装置へ戻るか又は排水される。これにより、冷却管５２に接触している熱伝導板５１が冷却され、熱伝導板５１により材料ガスのプラズマ化によって高温化する分体２０ａ，２０ｂの温度上昇を抑制する。なお接続管５４は、絶縁体製であることが好ましい。冷却部５は、チャンバ２の分体２０ａ，２０ｂにて構成される本体部分２０の内周よりも内側を通る構成としてあるので、冷却部５の導電性材料の構成部材にも電流が流れることを防止するためである。本体部分２０の内側を通る接続管５４を含む冷却部５に電流が流れることは、チャンバ２内におけるプラズマの発生及び維持のいずれにも寄与しないし、チャンバ２のインダクタンス成分が減少する。接続管５４を絶縁体製とすることにより、接続管５４及びコネクタ５３で接続される冷却管５２と、冷却管５２が夫々密着固定された分体２０ａ側の熱伝導板５１及び分体２０ｂ側の熱伝導板５１とに、分体２０ａ，２０ｂとは別の電流経路が形成されることが回避される。

【0037】

なお分体２０ａ側の冷却管５２と２０ｂ側の冷却管５２とは一本の屈曲管で構成されてもよいことは勿論である。また図２〜図５に示す例において、熱伝導板５１夫々の中心線上に１本の冷却管５２を屈曲させて配管されているが、熱伝導板５１上を蛇行するように配管されてもよいし、１枚の熱伝導板５１に２本以上の冷却管５２が配管される構成としてもよい。更には、冷却部５は熱伝導板５１を含まず、冷却管５２が直接的に分体２０ａ，２０ｂの外面夫々に固定されるようにしてもよい。この場合、冷却管５２は分体２０ａ，２０ｂの外面上で多くの熱交換の機会を得るべく蛇行するように構成されるか、又は複数の冷却管５２が用いられるように構成されるとよい。また、図２及び図３に示す例では冷却部５は分体２０ａ，２０ｂのＬ字状面の一方のみに設けられているが、他方の面にも設けられていてもよい。また図２に示す分体２０ａ，２０ｂは、Ｌ字状面以外にも平坦面を有しているからこれらの面（外側面及び内側面）にも熱伝導板（あるいは冷却管自体）を密着固定させ、該熱伝導板に冷却媒体が供給される冷却管を固着させるようにしてもよい。なお冷却部５を構成する熱伝導板５１は、分体２０ａ，２０ｂの外面に沿わせ得る形状であればよい。

【0038】

このように、実施の形態１におけるチャンバ２では、冷却部５を直接的に分体２０ａ及，２０ｂに密着固定させるため、効率的に高温化を抑制することができる。特に分体２０ａ，２０ｂは、断面が矩形であってしかもコの字に成形されているために平坦面が多い。平坦面は、熱伝導板５１を密着固定させることが容易であり、低コストで冷却をより効率化させることが可能である。

【0039】

更に冷却部５は、熱伝導板５１及び冷却管５２を含む構成とは限らない。図６は、冷却部５の他の構成例を示す外観斜視図であり、図７はチャンバ２の分解斜視図である。冷却部５は、分体２０ａ，２０ｂのＬ字状面に沿って密着固定された熱伝導性に優れた材料からなる熱伝導板５８に形成された凹部５５と、該凹部５５を覆う蓋板５６とを含む。凹部５５は分体２０ａ，２０ｂの外面に直接的に形成されてもよい。図７に示すように、熱伝導板５８夫々の凹部５５の外壁には外側及び内側の２箇所に孔５７が設けられ、内側の孔５７はコネクタ５３，５３及び接続管５４により相互に接続されている。また外側の孔５７は夫々、コネクタ５３を介して冷却媒体の供給装置（図示せず）に接続されている。また凹部５５には、孔５７が設けられている箇所間を離隔するように内壁５９が設けられており、一方の孔５７から供給される冷却水等の冷却媒体に一定の流れを発生させる流路を形成している。図６及び図７に示す例では、冷却媒体が流れる範囲が拡大され、分体２０ａ，２０ｂとの熱交換の機会がより増大し、冷却効果が向上することが期待される。

【0040】

チャンバ２は更に、導電部６を含む。導電部６は、例えば銅等の導電性に優れた金属製であって、接続した分体２０ａ，２０ｂ、即ちチャンバ２に沿って周回する細板状の導電体６０を含む。導電体６０の一端は、分体２０ｂのフランジ２８上に固定されている接続体６４に固定されている。接続体６４は導電性材料により形成されておりフランジ２８の厚みと略等しい厚みを有している。そして導電体６０はチャンバ２に沿うようにして、その本体部分２０の外周から出ないように、分体２０ａ，２０ｂの冷却部５側に、冷却部５の熱伝導板５１から所定の間隔を隔てて設けられている。具体的には、導電体６０の他端が、分体２０ｂ側の熱伝導板５１上の蓋板２５寄りの位置に固定されている支持体６２に支持され、中間部は分体２０ａ側の熱伝導板５１上の蓋板２５寄りの位置に固定されている支持体６３に支持されている。支持体６２，６３はいずれも絶縁性材料より形成されており、導電体６０と熱伝導板５１との間に所定の間隔を形成すると共に、冷却部５との電気的接触を回避する機能を発揮し、冷却管５２を避けた位置に固定されている。接続体６４、及び支持体６２，６３により固定された導電体６０は、接続された分体２０ａ，２０ｂの環形状の中心軸方向からみて、シルエットが分体２０ａ，２０ｂ内に収まる形状となるようにしてある。つまり実施の形態１における導電体６０は、接続された分体２０ａ，２０ｂによって構成される本体部分２０の外側面及び内側面を除く面（四角環状面）内に収まる形状である。つまり、前記環形状の中心軸方向から見たときの導電体６０の外周は本体部分２０の外周よりも小さく、それに加えて内周については本体部分２０の内周よりも大きい。導電体６０は少なくとも、前記中心軸方向から見た場合に本体部分２０の外形から外側へはみ出さない範囲の大きさとすることにより、チャンバの大型化を抑制できる。更に、支持体６２によって支持されている導電体６０の他端は、内向きに曲げられてチャンバ２の内側に延びており、延長端の先端に接続棒６１が立ち上がるように設けられている。導電体６０は、チャンバ２の中央上方に位置する接続棒６１から分体２０ｂの形状に沿って分体２０ａ側に渡り、更に分体２０ａの形状に沿って分体２０ｂ側に戻って該分体２０ｂのフランジ２８に接続している。

【0041】

このように構成されるチャンバ２を用いるプラズマ発生装置１では、導電部６の接続棒６１に、高周波電源４を接続し、アウトレットポート２２の平板部分を接地電位に接続する。高周波電源４からの電圧を印加すると、接続棒６１から電流が導電体６０中を図２において反時計回りに伝わり、接続体６４を介して金属製の分体２０ｂのフランジ２８から、該フランジ２８が接している絶縁体２３とは反対側へ流れ、分体２０ｂの他端側からスペーサ２４を介して分体２０ａへ伝わる。分体２０ａに伝わった電流はアウトレットポート２２経由にて接地電位へ流れる。つまり導電体６０における電流と、分体２０ａ及び分体２０ｂ上を流れる電流とで向きは同一であり、接続棒６１から接地電位まで螺旋状に流れる。このとき導電部６０は、チャンバ２の本体部分２０（分体２０ａ，２０ｂ及びスペーサ２４）により形成されるインダクタンス成分に対する追加のインダクタンス成分としての機能を発揮する。

【0042】

なお導電部６は必須の構成要件ではない。本開示の冷却部５は導電部６を備えない構成としたチャンバへも適用することが可能である。

【0043】

（実施の形態２）
図８は、実施の形態２におけるチャンバ２の外観を示す斜視図であり、図９はチャンバ２の分解斜視図である。実施の形態２のプラズマ発生装置１は、冷却部５の構成及び磁性コア３の配設態様以外は実施の形態１と同様であるから、共通する構成部材には同一の符号を付して説明を省略する。

【0044】

実施の形態２における冷却部５は、熱伝導板５１と、該熱伝導板５１上に固着させた冷却管５２とを含む。熱伝導板５１及び冷却管５２はいずれも、銅などの熱伝導性に優れた材料製である。実施の形態２における熱伝導板５１は図８及び図９に示す如く、分体２０ａ，２０ｂの両者に渡って１枚でその外面に沿うように略Ｃ型に形成されており、分体２０ａ，２０ｂの外面に密着固定されている。冷却管５２は熱伝導板５１の中心線上に沿う一本の屈曲管により構成されている。冷却管５２の両端は夫々、分体２０ａ，２０ｂの外向きに曲げて外側まで伸ばしてあり、その延長端は、コネクタ５３を介して冷却媒体の供給装置（図示せず）へ接続されている。これにより供給装置から供給される冷却水等の冷却媒体は、例えば分体２０ａ側の冷却管５２の外側の延長端から冷却管５２内部を流れてそのまま分体２０ｂ側へ流れ、分体２０ｂ側の外側の延長端から再度供給装置へ戻るか又は排水される。これにより、冷却管５２に接触している熱伝導板５１が冷却され、熱伝導板５１により分体２０ａ，２０ｂの温度上昇を抑制する。

【0045】

なお実施の形態２において導電部６の分体２０ａ側の支持体６３は、熱伝導板５１上に固定されるが、一本の屈曲管である冷却管５２を避けるために、図９に示す如く熱伝導板５１に接する面に半円形状の切り欠きを形成してその中を冷却管５２が通るようにしてある。

【0046】

実施の形態２における熱伝導板５１は、実施の形態１の熱伝導板５１よりも面積が大きいため、冷却面積が更に増大して冷却効果が向上する。また、実施の形態２では接続管５４を不要とし、冷却水を本体部分２０の内周よりも内側に通さない構成としたから、接続管５４が通る空間が不要になり、本体部分２０の径をより小さくしてプラズマ発生装置１全体を更に小型化することも可能である。

【0047】

また実施の形態２では、磁性コア３の配設態様を示している。磁性コア３は、単体ではコの字状に屈曲成形された２つのフェライト磁性体を接合して構成された環状体である。磁性コア３は、チャンバ２の絶縁体２３及びスペーサ２４夫々に対応する箇所と、分体２０ａ，２０ｂ夫々の中途部とに設けられている。そして磁性コア３は、チャンバ２の本体部分２０の断面を周回する方向（ポロイダル方向）に沿うようにして、断面視で絶縁体２３及び導電体６０の両者の外側を囲うように設けられている。スペーサ２４の対応箇所では、磁性コア３はスペーサ２４、冷却部５及び導電部６の導電体６０の外側を囲うように設けられている。分体２０ａ，２０ｂの中途部に設けられた磁性コア３も夫々、分体２０ａ，２０ｂ、冷却部５、及び導電体６０の外側を囲うように設けられている。なお磁性コア３は、図８及び図９に示したような４つとする例のみならず、３つ以下、例えば１つのみであってもよい。なお磁性コア３を１つとする場合には、スペーサ２４に対応する箇所に設けられるとよい。

【0048】

このようにして実施の形態２では、冷却部５に、分体２０ａ及び分体２０ｂの両者に渡る導電性の熱伝導板５１及び冷却管５２を使用した。チャンバ２の導電部６の接続棒６１に、高周波電源４を接続し、アウトレットポート２２の平板部分を接地電位に接続した場合、冷却部５も電流経路となる。熱伝導板５１及び冷却管５２は、磁性コア３の内部を通過するから、磁性コア３の内部を通る電流量を増大させ、チャンバ２全体としてのインダクタンスを増大させることができる。

【0049】

（実施の形態３）
図１０及び図１１は、実施の形態３におけるチャンバ２の外観を示す斜視図であり、図１２はチャンバ２の分解斜視図である。なお実施の形態３におけるプラズマ発生装置１は、チャンバ２の具体的な形状以外の全体としての概要は実施の形態１及び２と同様である。実施の形態３のプラズマ発生装置１の磁性コア３については後述する。そして実施の形態３のチャンバ２は、導電部６を設けていない構成であるが、実施の形態１及び２のチャンバ２と共通する構成部材を備える。これらの共通する構成部材には同一の符号を付して一部詳細な説明を省略する。

【0050】

実施の形態３においてもチャンバ２は、同一形状の分体２０ａ，２０ｂを絶縁体２３及びスペーサ２４を介して接続し、全体として四角環状をなすように構成されている。実施の形態３における分体２０ａ，２０ｂは、コの字の角部の一方を貫通孔が露出する深さで斜めに切除してあり、他方の角部は貫通孔が露出しない程度に斜めに切除してある。分体２０ａ，２０ｂの両端部には、連結用のフランジ２８が一体に形成されている。実施の形態３におけるフランジ２８は、四角環状の中心軸方向へ端面が拡張するようにして形成されており、即ちその大きさは分体２０ａ，２０ｂの縦断面よりも前記中心軸方向に拡大されている。また図１０〜図１２に示す如く、浅めに切除された角部寄りのフランジ２８には、中央部に矩形の切り欠きが設けられており、切り欠きの内側面が分体２０ａ，２０ｂのコの字状の外面と連続するようにしてある。

【0051】

絶縁体２３及びスペーサ２４は、分体２０ａ，２０ｂの断面外形、更にはフランジ２８よりも大きい矩形の等厚板であり、夫々の中心には、分体２０ａ，２０ｂの孔と同径の貫通孔（図示せず）が形成してある。絶縁体２３は、例えばセラミックス等の適切な強度を有する絶縁性材料製である。スペーサ２４は、分体２０ａ，２０ｂと同一又は異なる導電性に優れた金属材料製であり、フランジ２８の切り欠きと対応する矩形状の切り欠きを両短辺の中央部に有する。

【0052】

チャンバ２は、分体２０ａ，２０ｂの切り欠きが形成されたフランジ２８同士を対向させてその端面間にスペーサ２４を介装し、他方のフランジ２８同士を対向させてその端面間に絶縁体２３を介装し、フランジ２８夫々に通した複数の固定ボルト２７により一体に接続して構成される。そして分体２０ａの深めの切除部分にはアウトレットポート２２が、分体２０ｂの深めの切除部分には蓋板２５が、夫々切除部分を覆うように設けられている。分体２０ｂの浅めの切除部分にはインレットポートに対応するガス管２１０が、内部の貫通孔と導通するように形成されている。これによりチャンバ２は、分体２０ａ，２０ｂの中心の孔と絶縁体２３及びスペーサ２４の中心の孔とにより管状に連続するガス流路２９を設けて構成される。

【0053】

チャンバ２は更に、本体部分２０の四角環状面の両方に密着固定される２つの冷却部５ｃを含む。冷却部５ｃは、分体２０ａ，２０ｂの外面に沿って密着固定された蹄鉄形状（Ｕ字状）の熱伝導板５８に形成された凹部５５と、該凹部５５を覆う蓋板５６とを含む。熱伝導板５８の中央部はフランジ２８の切り欠き部分に嵌合するようにしてある。熱伝導板５８の両端は、斜めに切除されて分体２０ｂの蓋板２５との境界面、及び分体２０ａのアウトレットポート２２との境界面に沿うようにしてある。蓋板５６は、凹部５５との対向面に壁（図示せず）が突設されて断面がＴ字状になっており、この壁が内壁となって凹部５５に細かな循環流路を形成するようにしてある。図１２の分解図に示すように、熱伝導板５８夫々の凹部５５の外壁には、その蹄鉄形状の踵部分に対応する部分（Ｕ字の角部に相当する部分）の２箇所に孔５７が設けられ、接続管５９を介して冷却媒体の供給装置（図示せず）に接続されている。なお図１１に示すように、分体２０ａ側の接続管５９は分体２０ａ側へ向けて屈曲されている。本体部分２０の反対側に固定された冷却部５ｃの屈曲された接続管５９同士を接続しておくことにより、両面に固定された冷却部５ｃ，５ｃ間で冷却媒体の循環流路が連続するようになる。このように、冷却管５２を用いずに流路を内部に形成する熱伝導板５８では、冷却媒体が流れる範囲が拡大され、分体２０ａ，２０ｂとの熱交換の機会がより増大し、冷却効果が向上することが期待される。

【0054】

実施の形態３におけるチャンバ２を用いるプラズマ発生装置１では、分体２０ｂの絶縁体２３と接するフランジ２８に高周波電源４を接続し、分体２０ａ側のアウトレットポート２２の平板部分を接地電位に接続する。高周波電源４からの電圧を印加すると、電流が分体２０ｂのフランジ２８から、該フランジ２８が接している絶縁体２３とは反対側へ分体２０ｂを流れ、分体２０ｂの他端側からスペーサ２４を介して分体２０ａへ伝わる。分体２０ａに伝わった電流はアウトレットポート２２経由にて接地電位へ流れる。また、電流は分体２０ｂのフランジ２８から分体２０ｂへ流れると、その外面に接している冷却部５ｃの熱伝導板５８へ流れ、更にアウトレットポート２２側の他端経由でアウトレットポート２２から接地電位へ流れる。このようにして高周波電源４から供給される高周波電流が、チャンバ２の本体部分２０（分体２０ａ，２０ｂ及びスペーサ２４）及び冷却部５ｃを周方向（トロイダル方向）に流れ、本体部分２０の環の断面を周回する方向（ポロイダル方向）に沿って高周波磁界を発生させることができる。冷却部５ｃの電流経路は、本体部分２０に沿っているから、インダクタンス成分の増大の効果を発揮し得る。また実施の形態３では、四角環状の内周の内側の接続管５４を不要とするから本体部分２０の径を更に小さくしてプラズマ発生装置１をコンパクト化することができる。

【0055】

次にチャンバ２に磁性コア３を設ける場合の具体例について図面を参照して説明する。図１３は、実施の形態３におけるチャンバ２の磁性コア３の配設態様の一例を示す斜視図である。磁性コア３単体は、実施の形態２にて説明したものと同一である。実施の形態３においても磁性コア３は、チャンバ２の絶縁体２３及びスペーサ２４夫々に対応する箇所と、分体２０ａ，２０ｂ夫々の中途部とに設けられている。磁性コア３は、チャンバ２の本体部分２０の断面を周回する方向（ポロイダル方向）に沿うようにして、断面視で絶縁体２３及び冷却部５ｃの両者の外側を囲うように設けられている。スペーサ２４の対応箇所では、磁性コア３はスペーサ２４及び冷却部５ｃの外側を囲うように設けられている。分体２０ａ，２０ｂの中途部に設けられた磁性コア３も夫々、分体２０ａ，２０ｂ及び冷却部５ｃの外側を囲うように設けられている。なお磁性コア３は、図１３に示したように４つの例のみならず、３つ以下、例えば１つのみであってもよい。なお磁性コア３を１つとする場合には、スペーサ２４に対応する箇所に設けられるとよい。また図１０〜１３に示したように本体部分２０の両面に冷却部５ｃを設けることで更に冷却効果が向上する。

【0056】

このようにして実施の形態３では、冷却部５ｃに、分体２０ａ及び分体２０ｂの両者に渡る導電性の熱伝導板５８及び蓋板５６を使用して冷却部５ｃも電流経路とし、更に磁性コア３の内部を通過させる構成とした。これにより、冷却効果を向上させるのみならず、磁性コア３の内側を通る電流量を増大させ、チャンバ２全体としてのインダクタンスを増大させることができる。

【0057】

なお、上述のように開示された本実施の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。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0058】

１ プラズマ発生装置
２ チャンバ
２０ 本体部分
２０ａ，２０ｂ 分体
２３ 絶縁体
２９ ガス流路
３ 磁性コア
４ 高周波電源
５，５ｃ 冷却部
５１，５８ 熱伝導板
５２ 冷却管
５５ 凹部
５６ 蓋板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】