(57)【要約】    【課題】  腐食性の高いハロゲン・プラズマを発生させるプラズマ発生装置において、プラズマ室に連結する外部装置の連結部に設けられたＯリングの腐食を防止すると共に、その連結部の大気に対する気密性を高めたＯリング構造を提供すること。    【解決手段】  ハロゲン・プラズマに対し耐腐食性の高いフッ素樹脂系資材で形成したリング径の小さい内側Ｏリング３３と、気密性の高いゴム系資材で形成したリング径の大きい外側Ｏリング３４とを設け、プラズマ室１１の上部凹所３１にマイクロ波窓として配設したアルミナ板３２と前記上部凹所３１の底部との間に、前記内側Ｏリング３３と外側Ｏリング３４とを備えたＯリング構造となっている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧するプラズマ室と外部装置との連結部にＯリングを設けてプラズマ室を密閉するプラズマ発生装置のＯリング構造において、
耐腐食性の高い資材で形成したリング径の小さい第１のＯリングと、気密性の高い資材で形成したリング径の大きい第２のＯリングとを設け、
前記連結部の連結孔側に前記第１のＯリングを、この第１のＯリングの外方に前記第２のＯリングを各々配設したことを特徴とするプラズマ発生装置のＯリング構造。
【請求項２】
請求項１に記載したＯリング構造において、
第１のＯリングをフッ素樹脂系資材で形成し、第２のＯリングをゴム系資材で形成したことを特徴とするプラズマ発生装置のＯリング構造。
【請求項３】
請求項１に記載したＯリング構造において、
プラズマ室内にマイクロ波電力を供給する導波管の連結部、プラズマ室内のプラズマ発生状態を確認するための分光器の連結部、プラズマ室内の真空度を測定する真空計の連結部などの各々の連結部の全部又はそれらの一部に前記第１、第２のＯリングを配設したことを特徴とするプラズマ発生装置のＯリング構造。
【請求項４】
請求項１に記載したＯリング構造において、
プラズマ室内にマイクロ波電力を供給するマイクロ波窓を構成する石英板のプラズマ側となる板面にアルミナ板又はアルミナ薄膜を設けると共に、前記石英板と、この石英板が設置されるプラズマ室部所との間に前記した第１、第２のＯリングを配設したことを特徴とするプラズマ発生装置のＯリング構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置に関し、詳しくは、プラズマ室と外部装置との連結部に設けられたＯリングによる気密性を高めたプラズマ発生装置のＯリング構造に係る。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ発生装置には、プラズマ室内に平行電極を配置し、この平行電極に高周波電圧を与え、減圧したプラズマ室内にプラズマを発生させる高周波型のプラズマ発生装置、また、プラズマ室の周囲に高周波コイルを設け、このコイルを高周波電源によって給電し、減圧したプラズマ室内にプラズマを発生させる誘電型のプラズマ発生装置、さらには、減圧したプラズマ室内にマイクロ波電力を供給してプラズマを発生させるマイクロ波利用のプラズマ発生装置などがある。
【０００３】
図７は、マイクロ波利用のプラズマ発生装置を示す概略構成図である。
このプラズマ発生装置１０は、プラズマ室１１の上部に石英板１２からなるマイクロ波窓１３を設け、このマイクロ波窓１３からプラズマ室１１内にマイクロ波電力を供給する。
【０００４】
すなわち、マイクロ波発振器（図示省略）から出力するマイクロ波電力が導波管１４を介して送られ、その結合孔１５、前記石英板１２、プラズマ室１１の連結孔１６を通ってプラズマ室１１内に投射される。
【０００５】
上記した石英板１２は、マイクロ波電力を供給する他に、プラズマ室１１内を大気と遮断する作用をするものであるから、その配設位置にはＯリング１７を設け、このＯリング１７による気密構成により石英板１２が配設されている。
【０００６】
その他、このプラズマ発生装置１０は、プラズマ室１１内を減圧する真空ポンプに連結する真空用パイプ１８、プラズマ室１１にガス供給するガス供給用パイプ１９などが設けられている。
【０００７】
上記したマイクロ波利用のプラズマ発生装置１０は、表面波励起プラズマ２０を発生させ、被処理物２１をプラズマ加工するが、しばしばハロゲン・プラズマを用いることがある。
ハロゲン・プラズマは、プラズマ室１１に供給するガスの種類を特定して発生させ、半導体、或いは、金属やセラミックの部品等のエッチングなどの処理を行なう。
【０００８】
しかし、ハロゲン・プラズマは、腐食性の高いプラズマであるため、石英板１２やＯリング１７などが化学的に腐食されやすくなる。
したがって、石英板１２は、機械的に強く、価格も安いが、化学的に腐食し易いために、ハロゲン・プラズマによって腐食が進み、孔があいたり、粉塵物が発生したりすると言う問題がある。
【０００９】
また、ゴム系資材のＯリング１７は、ハロゲン・プラズマによって化学的に腐食されるために、気密性を保持することができない。
つまり、ゴム系資材のＯリング１７は、一般には気密性が高いが、ハロゲン・プラズマによって腐食することから、石英板１２の気密な配設が困難となる他、腐食による粉塵物が被処理物２１に混入すると言う問題がある。
【００１０】
したがって、ハロゲン・プラズマを用いる場合には、石英板１２に換えてアルミナ板を使用し、また、フッ素樹脂系資材（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）のＯリング１７を用いている。
アルミナ板やフッ素樹脂系資材のＯリング１７は、ハロゲン・プラズマが照射されてもほとんど腐食しないが、しかし、次のような問題がある。
【００１１】
アルミナ板は、石英板に比べてマイクロ波電力の反射が多いため、プラズマ室１１の真空度を所定値以上（例えば、１Ｐａ以上）に保たなければプラズマが発生しないため、プラズマ処理する被処理物２１に制限を受けるなどの問題が生ずる。
【００１２】
フッ素樹脂系資材のＯリング１７は、価格が非常に高い上、１５０度以上の温度で塑性変形するため、被処理物２１の一回のプラズマ処理毎に交換しなければプラズマ室１１の真空度を保つことが困難となる。
したがって、Ｏリング１７のコストが高くなると共に、その交換に手数がかかると言う問題がある。
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−２８０１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記した実情にかんがみ、プラズマ室と外部装置との連結部に設けるＯリングについて、耐腐食性と気密性とを有するプラズマ発生装置のＯリング構造を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記した目的を達成するため、本発明では、第１の発明として、減圧するプラズマ室と外部装置との連結部にＯリングを設けてプラズマ室を密閉するプラズマ発生装置のＯリング構造において、耐腐食性の高い資材で形成したリング径の小さい第１のＯリングと、気密性の高い資材で形成したリング径の大きい第２のＯリングとを設け、前記連結部の連結孔側に前記第１のＯリングを、この第１のＯリングの外方に前記第２のＯリングを各々配設したことを特徴とするプラズマ発生装置のＯリング構造を提案する。
【００１６】
第２の発明としては、第１の発明のＯリング構造において、第１のＯリングをフッ素樹脂系資材で形成し、第２のＯリングをゴム系資材で形成したことを特徴とするプラズマ発生装置のＯリング構造を提案する。
【００１７】
第３の発明としては、第１の発明のＯリング構造において、プラズマ室内にマイクロ波電力を供給する導波管の連結部、プラズマ室内のプラズマ発生状態を確認するための分光器の連結部、プラズマ室内の真空度を測定する真空計の連結部などの各々の連結部の全部又はそれらの一部に前記第１、第２のＯリングを配設したことを特徴とするプラズマ発生装置のＯリング構造を提案する。
【００１８】
第４の発明としては、第１の発明のＯリング構造において、プラズマ室内にマイクロ波電力を供給するマイクロ波窓を構成する石英板のプラズマ側となる板面にアルミナ板又はアルミナ薄膜を設けると共に、前記石英板と、この石英板が設置されるプラズマ室部所との間に前記した第１、第２のＯリングを配設したことを特徴とするプラズマ発生装置のＯリング構造を提案する。
【発明の効果】
【００１９】
第１〜第３の発明によれば、フッ素樹脂系資材で形成した耐腐食性の高い第１のＯリングが連結孔に近づけて配設されているから、プラズマがこの第１のＯリングに当たる。
そして、第１のＯリングとその配設部所との隙間を通ったプラズマが第１のＯリングの外方に設けた第２のＯリングに当る。
このことから、第２のＯリングに照射するプラズマが極めて少ないから、第２のＯリングを気密性の高いゴム系資材で形成することができる。
【００２０】
つまり、腐食性の高いハロゲン・プラズマを発生させた場合、第１のＯリングが高温によって塑性変形し、気密保持が困難となるが、この第１のＯリングが第２のＯリングに当たるプラズマのほとんどを阻止する。
【００２１】
したがって、第２のＯリングを気密性の高いゴム系資材で形成しても、この第２のＯリングがハロゲン・プラズマによって腐食することがなく、第２のＯリングによって連結部が気密構造となり、大気と遮断され、プラズマ室の真空度が保持される。
【００２２】
第４の発明は、導波管を連結するマイクロ波窓に第１、第２のＯリングを配設したＯリング構造であり、マイクロ波窓が石英板となっている。
そして、その石英板にはアルミナ板又はアルミナ薄膜を設け、ハロゲン・プラズマによる腐食を防止し、さらに、この石英板とプラズマ室との間に第１、第２のＯリングを配設し、プラズマ室の真空度を保持している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明の実施形態について図面に沿って説明する。
図１は、本発明の実施形態を示すラズマ発生装置の概略構成図、図２は、導波管を省略してマイクロ波窓を示したプラズマ室の部分図である。
【００２４】
図示するように、このプラズマ発生装置３０は、プラズマ室１１の上方凹所３１にマイクロ波窓１３としてアルミナ板３２を設け、また、このアルミナ板３１と前記凹所３１の底面との間に、内側Ｏリング（第１のＯリング）３３と外側Ｏリング（第２のＯリング）３４とを設け、アルミナ板３２を気密配置する構成としてある。
【００２５】
なお、その他は図７に示す従来例のプラズマ発生装置と同じ構成であるから、同一部材及び同一部所については同符号を付してそれらの説明は省略する。
【００２６】
内側Ｏリング３３は、ハロゲン・プラズマに対し腐食の少ないフッ素樹脂系資材でリング状に形成し、図２に示す如く、プラズマ室１１の連結孔１６に近い位置に配設してある。
外側Ｏリング３４は、気密性の高いゴム系資材でリング状に形成し、図２に示すように、内側Ｏリング３３の外方に配設してある。
【００２７】
上記のプラズマ発生装置は、従来例同様にハロゲン・プラズマ２０を発生させて被処理物２１をプラズマ処理するが、その処理中にプラズマ２０が内側Ｏリング３３にも照射されるため、この内側Ｏリング３３が加熱されて塑性変形する。
【００２８】
内側Ｏリング３３はハロゲン・プラズマによって腐食することはないが、その変形のために、アルミナ板３２の間と凹所３１の底部の間に微少な隙間が生ずるために、この内側Ｏリング３３による気密作用がほとんどなくなる。
しかし、内側Ｏリング３３の変形によって生じた隙間を通って外側Ｏリング３４に達するプラズマ２０は極く僅かとなるので、外側Ｏリング３４がほとんど腐食しない。
【００２９】
この結果、気密性の高い外側Ｏリング３４によってプラズマ室１１とアルミナ板３２との間が密閉されるので、プラズマ室１１の真空度が確実に保たれる。
すなわち、内側Ｏリング３３が外側Ｏリング３４に達するプラズマ２０を阻止し、外側Ｏリング３４がプラズマ室１１内と大気との間を確実に遮断する気密作用を行なう。
【００３０】
内側Ｏリング３３と外側Ｏリング３４の気密作用について図３、図４を参照して今少し詳述する。
図３は、図２上のＡ−Ａ線拡大断面図であり、この図において、ｄは外側Ｏリング３４の線径、Ｄは外側Ｏリング３４のリング直径、ｇは内側Ｏリング３３の変形によって生じたギャップ（隙間）の厚さ、ｒは上記ギャップの半径を各々示す。
なお、ギャップは図４に示したように、内側Ｏリング３３の上下に生ずるが、説明を簡単にするために、単一層のギャップとし、ｇ＝ｇ１＋ｇ２として説明する。
【００３１】
ハロゲン・プラズマ２０が作るラジカルのうち外側Ｏリング３４を侵食するラジカルの密度をＮｒ、その平均速度をＶｒとすれば、内側Ｏリング３３のギャップを通過するフラックスＦ１は、
Ｆ１＝（１／４）・Ｎｒ・Ｖｒ・２πｒ・ｇ
このフラックスＦ１が外側Ｏリング３４を照射侵食することになる。
【００３２】
一方、従来例のように、内側Ｏリング３３がなく、外側Ｏリング３４が直接にハロゲン・プラズマ２０によって照射されると、外側Ｏリング３４に当るフラックスＦ２は、
Ｆ２＝（１／４）・Ｎｒ・Ｖｒ・π・Ｄ・ｄ
となる。
したがって、Ｆ１／Ｆ２＝２ｒｇ／Ｄｄ
となる。
ここで、２ｒ≒Ｄとし、ｇ＝０．０１ｍｍ、ｄ＝５ｍｍとすれば、
Ｆ１／Ｆ２＝２×１０−３
となるから、外側Ｏリング３４の腐食が大幅に減少することが分かる。
【００３３】
一方、外側Ｏリング３４の腐食によって生成された分子がプラズマ側に戻るには、内側Ｏリング３３のギャップを通ることになるから、その分子によるプラズマ汚染の割合は、
（Ｆ１／Ｆ２）２＝４×１０−６
となるから、腐食によるプラズマ汚染の影響がほとんど発生しない。
【００３４】
上記したように、内側Ｏリング３３と外側Ｏリング３４のＯリング構造によって、アルミナ板３２の配置部所の大気漏れを確実に防ぐことができ、また、Ｏリングが腐食しないから、その交換を要しない。
さらに、Ｏリング腐食によって発生する粉塵のプラズマ汚染も発生しない。
【００３５】
図５は、本発明の他の実施形態を示した図３同様の断面図である。
この実施形態では、マイクロ波窓１３として石英板３５が設けてある。
石英板３５は、既に述べたように、ハロゲン・プラズマ２０の照射によって化学的に腐食するため、プラズマ側となる一側面にアルミナ薄板３６が接着してある。
なお、アルミナ薄板３６に換えてアルミナ材を推積させてアルミナ薄膜を形成してもよい。
【００３６】
このように構成したプラズマ発生装置は、プラズマ発生に有利な石英板３５を使用し、かつ、外側Ｏリング３４によって気密性を保持することができる。
【００３７】
以上、本発明について、マイクロ波窓１３と導波管１４との連結部に内側Ｏリング３３と外側Ｏリング３４とのＯリング構造を設けたが、その他に本発明は、図６に示すように、プラズマ室１１に連結する分光器３７の連結部３８や真空計３９の連結部４０などについても同様に備えることができる。
【００３８】
すなわち、プラズマ発生装置３０には、一般に、プラズマを確認する分光器３７やプラズマ室１１内の真空度を測定する真空計３９などが備えられているが、これら分光器３７、真空計３９の連結部３８、４０についても、上記した内側Ｏリング３３と外側Ｏリング３４と同様の２つのＯリング４１、４２を備えることにより、ハロゲン・プラズマに対し耐腐食性の高い連結部となる。
【００３９】
なお、本発明はマイクロ波利用のプラズマ発生装置にかぎらず、高周波型のプラズマ発生装置、誘電型のプラズマ発生装置の連結部についても上記同様に実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
腐食性の高いハロゲン・プラズマを発生させるプラズマ発生装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態を示すプラズマ発生装置の概略構成図である。
【図２】導波管を省略してマイクロ波窓部を示した上記プラズマ発生装置の部分図である。
【図３】図２上のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図４】図３の一部拡大して示した部分図である。
【図５】他の実施形態を示した図３同様の拡大断面図である。
【図６】プラズマ室に連結される分光器や真空計の連結部に実施した実施形態を示すプラズマ発生装置の概略構成図である
【図７】従来例として示したプラズマ発生装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１  プラズマ室
１３  マイクロ波窓
１６  連結孔
３０  プラズマ発生装置
３２  アルミナ板
３３  内側Ｏリング（第１のＯリング）
３４  外側Ｏリング（第２のＯリング）
３５  石英板
３６  アルミナ薄板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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