(57)【要約】【課題】プラズマの生成効率を維持しつつ、プラズマによる消耗の影響を低減させたアンテナカバー及びそれを用いたプラズマ発生装置を提供する。【解決手段】プラズマ室１２の内部に設けられ、当該プラズマ室１２内に高周波を放射するアンテナ２０の表面を保護するアンテナカバー３０が提供される。アンテナカバー３０は、当該アンテナカバー３０の外表面における電位の空間依存性が低減されるように、アンテナ２０の表面に直交する方向のうち少なくとも一方向におけるアンテナカバー３０の厚さが、当該表面上の位置に応じて異なる。アンテナカバー３０は、少なくとも一方向の厚さが、アンテナ２０が延びる方向に沿って変化してもよい。【選択図】図２
2015115172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ室の内部に設けられ、当該プラズマ室内に高周波を放射するアンテナの表面を保護するアンテナカバーであって、
前記アンテナカバーは、当該アンテナカバーの外表面における電位の空間依存性が低減されるように、前記アンテナの表面に直交する方向のうち少なくとも一方向におけるアンテナカバーの厚さが、当該表面上の位置に応じて異なることを特徴とするアンテナカバー。
【請求項２】
前記少なくとも一方向の厚さが、前記アンテナが延びる方向に沿って変化することを特徴とする請求項１に記載のアンテナカバー。
【請求項３】
前記アンテナは、当該アンテナの両端に設けられ、コンデンサを介して高周波電源に接続される第１端子および第２端子を備え、前記第１端子は、前記第２端子と比べて容量の大きいコンデンサに接続されており、
前記第１端子側における前記少なくとも一方向の厚さは、前記第２端子側における前記少なくとも一方向の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナカバー。
【請求項４】
前記アンテナは、前記第１端子を有する第１直線部と、前記第２端子を有する第２直線部と、前記第１直線部と前記第２直線部を接続する曲線部と、により構成されるＵ字形状を有しており、
前記アンテナカバーは、前記第１直線部の表面を保護する第１直線保護部と、前記第２直線部の表面を保護する第２直線保護部と、前記曲線部の表面を保護する曲線保護部と、を備え、
前記第１直線保護部における前記少なくとも一方向の厚さは、前記第２直線保護部における前記少なくとも一方向の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項３に記載のアンテナカバー。
【請求項５】
前記曲線保護部における前記少なくとも一方向の厚さは、前記第１直線保護部における前記少なくとも一方向の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項４に記載のアンテナカバー。
【請求項６】
前記曲線保護部における前記少なくとも一方向の厚さは、前記第２直線保護部における前記少なくとも一方向の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項４または５に記載のアンテナカバー。
【請求項７】
前記アンテナのＵ字形状が作る面に交差する方向を上下方向とした場合に、当該アンテナの表面のうち、少なくとも上半分または下半分を被覆することを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載のアンテナカバー。
【請求項８】
前記プラズマ室内を前記上下方向に二分するように仕切る区画部をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のアンテナカバー。
【請求項９】
石英（ＳｉＯ２）により構成されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のアンテナカバー。
【請求項１０】
プラズマ室と、
前記プラズマ室の内部に磁場を印加する磁石と、
前記プラズマ室の内部に設けられ、当該プラズマ室内に高周波を放射するアンテナと、
前記アンテナの表面を保護するアンテナカバーと、
を備え、
前記アンテナカバーは、当該アンテナカバーの外表面における電位の空間依存性が低減されるように、前記アンテナの表面に直交する方向のうち少なくとも一方向におけるアンテナカバーの厚さが、当該表面上の位置に応じて異なることを特徴とするプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置のアンテナを保護するアンテナカバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ発生装置では、例えば、プラズマ室内のアンテナ近傍に生じるＲＦ電界により、プラズマ電子を加速してプラズマを生成する。このとき、アンテナがプラズマに曝されると、アンテナがスパッタされプラズマの汚染原因となることから、発生するプラズマからアンテナを保護する部材が設けられる。例えば、プラズマ室とアンテナ室との間に仕切り板を設けることによりアンテナが保護される（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２３４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アンテナの保護部材はプラズマに曝されるため、プラズマにより損傷を受けることとなる。仮に、プラズマの影響により消耗されて保護部材に穴があいてしまうと、アンテナが露出してプラズマが汚染されてしまう。保護部材を厚くしたり、プラズマの発生位置からアンテナや保護部材を遠ざけたりすれば、保護部材の消耗を低減させることができるが、プラズマを生成する効率の低下につながる。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、プラズマの生成効率を維持しつつ、プラズマによる消耗の影響を低減させたアンテナカバー及びそれを用いたプラズマ発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によると、プラズマ室の内部に設けられ、当該プラズマ室内に高周波を放射するアンテナの表面を保護するアンテナカバーが提供される。アンテナカバーは、当該アンテナカバーの外表面における電位の空間依存性が低減されるように、アンテナの表面に直交する方向のうち少なくとも一方向におけるアンテナカバーの厚さが、当該表面上の位置に応じて異なる。
【０００７】
本発明のある態様によると、プラズマ発生装置が提供される。本装置は、プラズマ室と、プラズマ室の内部に磁場を印加する磁石と、プラズマ室の内部に設けられ、当該プラズマ室内に高周波を放射するアンテナと、アンテナの表面を保護するアンテナカバーと、を備える。アンテナカバーは、当該アンテナカバーの外表面における電位の空間依存性が低減されるように、アンテナの表面に直交する方向のうち少なくとも一方向におけるアンテナカバーの厚さが、当該表面上の位置に応じて異なる。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、プラズマの生成効率を維持しつつ、プラズマによる消耗の影響を低減させたアンテナカバー及びそれを用いたプラズマ発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係るイオン注入装置を概略的に示す図である。
【図２】実施の形態に係るプラズマ発生装置を概略的に示す図である。
【図３】実施の形態に係るアンテナおよびアンテナカバーを示す外観斜視図である。
【図４】比較例に係るアンテナおよびアンテナカバーを模式的に示す図である。
【図５】比較例に係るアンテナカバーの厚さとアンテナカバーの外表面におけるイオンエネルギーの関係を示すグラフである。
【図６】実施の形態に係るアンテナカバーの厚さとアンテナカバーの外表面におけるイオンエネルギーの関係を示すグラフである。
【図７】他の実施の形態に係るプラズマ発生装置を概略的に示す図である。
【図８】他の実施の形態に係るプラズマ発生装置を概略的に示す図である
【図９】他の実施の形態に係るアンテナカバーを示す外観斜視図である。
【図１０】他の実施の形態に係るプラズマ発生装置を概略的に示す図である。
【図１１】実他の施の形態に係るプラズマ発生装置を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００１２】
図１は、実施の形態に係るイオン注入装置１００を概略的に示す図である。イオン注入装置１００は、被処理物６０の表面にイオンビームＩＢを照射して、イオン注入処理をするよう構成されている。被処理物６０は、筐体５０の内部に設けられるステージ５２に固定されており、イオン源（図示せず）からのイオンビームＩＢが照射される。被処理物６０は、例えば基板であり、例えばウエハである。
【００１３】
イオン注入装置１００は、プラズマ発生装置１０を備える。プラズマ発生装置１０は、プラズマ室１２の内部でプラズマＰを生成し、プラズマ中の電子ｅを引き出して筐体５０の内部に供給する。これにより、イオンビームＩＢの照射による被処理物６０の表面の帯電（チャージアップ）を抑制する。
【００１４】
プラズマ発生装置１０は、磁石装置１４によりプラズマ室１２の内表面に閉じ込め磁場を形成し、これによりプラズマ電子の散逸を抑制してプラズマＰを維持生成する。アンテナ２０は、プラズマの生成効率を高めるためにプラズマＰが発生する箇所に配置されることから、プラズマＰからアンテナ２０を保護するためのアンテナカバー３０が設けられる。本実施の形態では、アンテナ２０の表面上の位置に応じて、アンテナカバー３０の厚さを変えることにより、プラズマＰによるアンテナカバー３０の局所的な消耗を抑制する。以下、本実施の形態に係るプラズマ発生装置１０について説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
プラズマ発生装置１０は、プラズマ室１２と、磁石装置１４と、絶縁部材１６と、引出開口１８と、を備える。プラズマ室１２は、略直方体の箱型形状であり、アルミニウムやステンレス鋼などの非磁性の金属材料で構成される。プラズマ室１２の内壁には、プラズマ室１２の内部に磁場を印加するための磁石装置１４が設けられる。プラズマ室１２の一面には、内部で生成されたプラズマを引き出すための引出開口１８が設けられる。
【００１６】
磁石装置１４は、プラズマ室１２の内壁を覆うように取り付けられる。磁石装置１４は、プラズマ室１２の内表面に閉じ込め磁場を形成し、これによりプラズマ電子の散逸を抑制してプラズマＰを維持生成させる。磁石装置１４は、例えば、永久磁石であり、極性の異なる磁石がプラズマ室１２の内壁に沿って交互に並ぶように配置される。磁石装置１４の配置や磁力の強さなどにより、プラズマＰが生成される位置が調整される。なお、磁石装置１４として電磁石などを用いてもよい。また、磁石装置１４をプラズマ室１２の外部に配置することとしてもよい。
【００１７】
絶縁部材１６は、磁石装置１４の内側に配置され、プラズマ室１２および磁石装置１４をプラズマＰから保護する。また、プラズマ室１２や磁石装置１４がプラズマＰによりスパッタされ、プラズマＰが金属粒子などにより汚染されることを防ぐ。絶縁部材１６は、例えば、石英（ＳｉＯ２）や、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミック材料により構成される。
【００１８】
プラズマ発生装置１０は、アンテナ２０と、アンテナカバー３０と、を備える。アンテナ２０は、プラズマ室１２の内部に設けられ、その中を流れるＲＦ電流によって励起されるＲＦ電界を表面からある距離の範囲で生じさせる。アンテナ２０は、Ｕ字形状をしている。Ｕ字形状のアンテナ２０の両端には、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波が入力される。
【００１９】
アンテナ２０の一端は、第１容量Ｃａを有する第１コンデンサ４２を介して高周波電源４０に接続される。アンテナ２０の他端は、第２容量Ｃｂを有する第２コンデンサ４４を介して接地される。なお、第１コンデンサ４２および第２コンデンサ４４は、高周波電源４０とのインピーダンス整合に用いられる整合器に対応し、インピーダンス整合に適切なコンデンサの容量Ｃａ、Ｃｂが選択される。なお、本実施の形態では、第１容量Ｃａよりも第２容量Ｃｂが大きい（Ｃａ＜Ｃｂである）場合について説明する。
【００２０】
アンテナカバー３０は、アンテナ２０の表面を被覆して、アンテナ２０をプラズマＰから保護する。アンテナカバー３０は、Ｕ字形状のアンテナ２０に対応して、Ｕ字の管形状を有する。アンテナカバー３０は、石英（ＳｉＯ２）や、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミック材料により構成され、より好ましくは石英により構成される。
【００２１】
図２は、第１の実施の形態に係るプラズマ発生装置１０を概略的に示す図であり、図１のＸ−Ｘ線断面を示す。図３は、第１の実施の形態に係るアンテナ２０およびアンテナカバー３０を示す外観斜視図である。なお、図１は、図２のＹ−Ｙ線断面を示す。図示されるように、本実施の形態のアンテナカバー３０は、Ｕ字形状のアンテナ２０が延びる方向に沿って径方向の厚み（ＷＡ〜ＷＥ）が変化する構造を有する。ここで、径方向とは、アンテナ２０が延びる方向に交差ないし直交する方向であり、アンテナ２０の表面に交差ないし直交する方向である。
【００２２】
アンテナ２０は、第１直線部２２ａと、第２直線部２２ｂと、円弧状に曲がった曲線部２４とを有し、これらによりＵ字形状を構成する。アンテナ２０は、棒状ないし中空状の導電性材料、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）で構成される。例えば、中空の銅パイプにＵ字状の曲げ加工を施したもので構成する。また、アンテナ２０は、両端に第１端子２０ａと第２端子２０ｂを有する。第１直線部２２ａに設けられる第１端子２０ａは、第１コンデンサ４２を介して高周波電源４０に接続される、第２直線部２２ｂに設けられる第２端子２０ｂは、第２コンデンサ４４を介して接地される。
【００２３】
以下の説明において、アンテナ２０の表面上の位置を説明するために、Ａ地点、Ｂ地点
、Ｃ地点、Ｄ地点、Ｅ地点の表現を用いることがある。Ａ地点は、第１直線部２２ａのうち第１端子２０ａに近い位置を示し、Ｂ地点は、第１直線部２２ａのうち曲線部２４に近く、第１端子２０ａから離れた位置を示す。Ｃ地点は、曲線部２４の中央部分の位置を示す。Ｄ地点は、第２直線部２２ｂのうち曲線部２４に近く、第２端子２０ｂから離れた位置を示す。Ｅ地点は、第２直線部２２ｂのうち第２端子２０ｂに近い位置を示す。
【００２４】
また、アンテナ２０が延びる方向に直交する方向として、内方向、外方向、上方向、下方向の表現を用いることがある。内方向とは、Ｕ字形状のアンテナ２０の内側に向かう方向であり、その反対方向が外方向である。上方向とは、アンテナ２０のＵ字形状が作る面に交差する方向のうち引出開口１８に向かう方向であり、その反対方向が下方向である。例えば、第１直線部２２ａが延びる方向を基準とした場合、図３に示すように、第１直線部２２ａから第２直線部２２ｂに向かう方向が内方向、その反対が外方向である。また、第１直線部２２ａが延びる方向と内外方向の双方に直交する方向が上下方向であり、そのうち、引出開口１８に向かう方向が上方向であり、その反対が下方向である。
【００２５】
アンテナカバー３０は、第１直線部２２ａを被覆する第１直線保護部３２ａと、第２直線部２２ｂを被覆する第２直線保護部３２ｂと、曲線部２４を被覆する曲線保護部３４とを有する。アンテナカバー３０は、第１直線保護部３２ａ、第２直線保護部３２ｂ、曲線保護部３４が一体的に成型されたＵ字形状を有する。なお、それぞれの部材が分割され、これらの部材を組み合わせることによりＵ字形状のアンテナカバー３０を構成してもよい。
【００２６】
第１直線保護部３２ａは、Ａ地点およびＢ地点を含む第１直線部２２ａを被覆する中空部材である。第１直線保護部３２ａは、円錐の頂部から小円錐を取り除いた円錐台の形状を有しており、Ａ地点を被覆する径方向の厚さＷＡが、Ｂ地点を被覆する径方向の厚さＷＢよりも大きい。したがって、第１直線保護部３２ａは、Ａ地点からＢ地点に向かって径方向の厚さが徐々に小さくなる形状を有する。
【００２７】
第２直線保護部３２ｂは、Ｄ地点およびＥ地点を含む第２直線部２２ｂを被覆する中空部材である。第２直線保護部３２ｂは、円錐台の形状を有しており、Ｄ地点を被覆する径方向の厚さＷＤが、Ｅ地点を被覆する径方向の厚さＷＥよりも大きい。したがって、第２直線保護部３２ｂは、Ｄ地点からＥ地点に向かって径方向の厚さが徐々に小さくなる形状を有する。
【００２８】
曲線部２４は、Ｃ地点を含む曲線部２４を被覆し、曲線部２４の形状に対応して円弧状（Ｃ字状）に曲がった中空部材である。曲線部２４は、Ｃ地点における径方向の厚さＷＣが、Ｂ地点における径方向の厚さＷＢよりも小さく、Ｄ地点における径方向の厚さＷＤよりも大きくなるように形成される。また、曲線部２４は、Ｂ地点からＤ地点に向かって径方向の厚さが徐々に小さくなる形状を有する。
【００２９】
以上の形状の第１直線保護部３２ａ、第２直線保護部３２ｂ、曲線保護部３４を組み合わせることにより、アンテナカバー３０は、アンテナ２０が延びる方向に沿ってＡ地点からＥ地点に向けて径方向の厚さが徐々に小さくなる形状を有する。なお、径方向の厚さの変化の仕方は、線形的であってもよいし、非線形であってもよい。
【００３０】
なお、アンテナカバー３０は、径方向の厚さがそれぞれの地点において等方的となるように形成される。ここで、径方向の厚さが等方的とは、アンテナ２０が延びる方向に直交する方向のうち、異なる複数の方向に対する厚さがほぼ同じであることを意味し、例えば、内外方向それぞれの厚さと、上下方向それぞれの厚さがそれぞれ略等しいことを意味する。
【００３１】
つづいて、アンテナ２０の表面上の位置に応じてアンテナカバー３０の径方向の厚さを異ならせることとした理由について述べる。まず、比較例を用いてプラズマによるアンテナカバーの局所的な消耗について説明する。つづいて、本実施の形態におけるアンテナカバーの局所的消耗を抑制させる効果について説明する。
【００３２】
図４は、比較例に係るアンテナ２０およびアンテナカバー８０を模式的に示す図である。比較例に係るアンテナカバー８０は、本実施の形態と異なり、径方向の厚さＷが場所によらず一定となる形状を有する。比較例に係るアンテナ２０は、本実施の形態と同様である。第１端子２０ａには、相対的に容量の小さい第１容量Ｃａの第１コンデンサ４２が接続され、第２端子２０ｂには、相対的に容量の大きい第２容量Ｃｂの第２コンデンサ４４が接続される。
【００３３】
プラズマ中におかれたアンテナカバー８０の外表面には、プラズマ中の電子が帯電してシース（Sheath）が形成される。シースが形成されると、アンテナカバー８０の外表面がプラズマに対して負の直流電位（ＤＣ電位）を有することとなり、プラズマ中の陽イオンが加速されながら引き寄せられてアンテナカバー８０の外表面に衝突する。衝突する陽イオンのイオンエネルギーは、アンテナカバー８０の外表面の電位に比例することから、外表面のうち電位の高い箇所にはイオンエネルギーの高い陽イオンが衝突し、アンテナカバー８０の消耗が局所的に大きくなる。
【００３４】
このとき、アンテナカバー８０の外表面における電位は、アンテナ２０の容量およびアンテナカバー８０の容量により決められ、容量が小さいほど電位が大きくなる。Ｕ字形状のアンテナの場合、アンテナ容量はアンテナ２０の両端に接続されるコンデンサの容量によって決められる。また、アンテナカバー８０の容量は、アンテナカバー８０の厚さや構成する材料の誘電率などにより決められる。比較例においては、アンテナカバー８０の厚さが場所によらず一定であるため、アンテナ２０の両端に接続されるコンデンサの容量Ｃａ、Ｃｂにより決まる。アンテナ２０の両端に接続されるコンデンサ容量Ｃａ、Ｃｂは、非対称であるため、位置によってアンテナカバー８０の外表面における電位が異なることとなる。
【００３５】
図５は、比較例に係るアンテナカバー８０の厚さとアンテナカバー８０の外表面におけるイオンエネルギーの関係を示すグラフである。比較例において、容量の小さい第１コンデンサ４２が接続される第１端子２０ａに近いＡ地点では、アンテナカバー８０の外表面でのイオンエネルギーが大きくなる。一方で、容量の大きい第２コンデンサ４４が接続される第２端子２０ｂに近いＥ地点では、アンテナカバー８０の外表面でのイオンエネルギーが小さい。中間のＣ地点では、Ａ地点とＥ地点の間のイオンエネルギーの値をとる。
【００３６】
グラフにおいて、アンテナカバー８０の厚さをＷ１とすると、Ａ地点、Ｃ地点、Ｅ地点におけるイオンエネルギーは異なる値ＥＡ１、ＥＣ１、ＥＥ１となる。Ａ地点におけるイオンエネルギーは他の地点と比べて大きいことから、カバーの消耗が激しく、他の場所よりも損傷しやすくなる。すると、アンテナカバー８０の他の地点における消耗が小さい場合であっても、Ａ地点における局所的な消耗によりアンテナカバー８０が寿命を迎えてしまう。
【００３７】
一方で、アンテナカバー８０の厚さをＷ２にすると、Ａ地点、Ｃ地点、Ｅ地点におけるイオンエネルギーを相対的に小さな値ＥＡ２、ＥＣ２、ＥＥ２とすることができるため、アンテナカバー８０の消耗を低減させることができる。しかし、アンテナカバー８０の厚さを全体的に厚くすると、アンテナ２０からプラズマＰまでの距離が大きくなり、それに従ってプラズマＰが発生する位置でのＲＦ電界も小さくなるため、プラズマの生成効率が低下してしまう。
【００３８】
なお、アンテナ２０の両端に接続されるコンデンサ４２、４４の容量Ｃａ、Ｃｂが等しくなるようにすれば、アンテナ２０の場所に応じたイオンエネルギーの差異を低減することができるかもしれない。しかしながら、アンテナ２０に接続されるコンデンサ容量は、アンテナへの高周波供給手法によって決められてしまうことから、任意の値を取ることは難しい。一般的なインピーダンス整合器においては、アンテナ２０の両端に接続されるコンデンサ容量は非対称となることが多い。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、アンテナカバー３０の厚みを場所によって変えることにより、アンテナカバー３０の外表面における電位の空間依存性が低減されるようにする。図６は、実施の形態に係るアンテナカバー３０の厚さとアンテナカバー３０の外表面におけるイオンエネルギーの関係を示すグラフである。グラフに示すように、Ａ地点、Ｃ地点、Ｅ地点の各地点におけるイオンエネルギーが同じ値Ｅとなるように、アンテナカバー３０の厚さを各地点で変えて、それぞれＷＡ、ＷＣ、ＷＥ（ＷＡ＞ＷＣ＞ＷＥ）とする。
【００４０】
図２および図３を用いて上述した通り、アンテナ容量の小さいＡ地点の近くでは、アンテナカバー３０の厚さを相対的に大きくし、アンテナ容量の大きいＥ地点に近づくほどアンテナカバー３０の厚さを小さくする。これにより、アンテナカバー３０に衝突する陽イオンのエネルギーを均一化させることができ、アンテナカバー３０の局所的な消耗を抑制することができる。局所的な消耗を抑制させることで、アンテナカバー３０の寿命を延ばすことができ、プラズマ発生装置１０およびイオン注入装置１００の信頼性を高めることができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、アンテナカバー３０の厚みを場所によって変えることにより、アンテナカバー３０の容量を場所によって変えることができるとも言える。アンテナ２０の容量が相対的に小さいＡ地点では、アンテナカバー３０の厚さを大きくすることでアンテナ２０の周囲における誘電率を高くし、アンテナカバー３０の容量を大きくする。一方で、アンテナ２０の容量が相対的に大きいＥ地点では、アンテナカバー３０の厚さを小さくすることでアンテナ２０の周囲における誘電率を低くし、アンテナカバー３０の容量を小さくする。つまり、アンテナ２０とアンテナカバー３０の容量の双方を非対称とすることにより、アンテナ２０とアンテナカバー３０の容量の合計値の非対称性を低減させる。これにより、アンテナカバー３０の外表面における電位の空間依存性を低減させて、アンテナカバー３０の局所的な消耗を抑制することができる。
【００４２】
（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態に係るプラズマ発生装置１０を概略的に示す図である。本実施の形態では、プラズマ室１２の内部をプラズマが生成される第１区画１２ａと、アンテナ２０が設けられる第２区画１２ｂとに区画するアンテナカバー１３０を用いる点で、上述した第１の実施の形態と異なる。また、本実施の形態では、プラズマ室１２の上半分の領域に相当する第１区画１２ａにプラズマＰが生成されるよう構成される。以下、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４３】
アンテナカバー１３０は、被覆部１３２と、区画部１３４と、を備える。区画部１３４は平板形状であり、プラズマ室１２を構成する壁面のうち、引出開口１８に対向する底面１２ｃと対向して設けられる。これにより、区画部１３４は、プラズマ室１２の内部を上下方向に二分し、主にプラズマＰが生成される上半分の領域である第１区画１２ａと、プラズマが生成されない下半分の領域である第２区画１２ｂとに仕切る。なお、平板形状の区画部１３４のうち、アンテナ２０が配置される位置には溝部１３６が設けられる。溝部１３６には、上方向に突起する被覆部１３２が設けられる。
【００４４】
被覆部１３２は、Ｕ字形状のアンテナ２０の表面を被覆して保護する。被覆部１３２は、円筒部材を軸方向に半分に切断したような形状を有し、アンテナ２０の表面のうち主に上半分の領域を被覆するように設けられる。被覆部１３２は、区画部１３４から上方向に突出するように設けられており、内側にアンテナ２０が収容される溝部１３６が設けられる。被覆部１３２を上方向に突出させることにより、第１区画１２ａの中央に近い位置にアンテナ２０を配置することができる。
【００４５】
被覆部１３２は、アンテナ２０の表面上の位置に応じて径方向の厚さが異なるように設けられる。第１の実施の形態と同様に、容量の小さい第１コンデンサ４２の接続位置に近いＡ地点では、径方向の厚さを相対的に大きいＷＡとし、容量の大きい第２コンデンサ４４の接続位置に近いＥ地点では、径方向の厚さが相対的に小さいＷＥとする。また、被覆部１３２は、アンテナ２０が延びる方向にＡ地点からＥ地点に向かうにしたがって、径方向の厚さが徐々に小さくなるように設けられる。
【００４６】
第２の実施の形態においては、プラズマＰが主にプラズマ室１２の上半分の領域である第１区画１２ａに生成されるため、アンテナカバー１３０のうち、アンテナ２０よりも上半分の領域である被覆部１３２がプラズマに曝される。アンテナカバー１３０の外表面における電位は、プラズマＰが存在する方向に対する厚さによって決まる。したがって、アンテナカバー１３０の外表面におけるイオンエネルギーを均一化するためには、プラズマＰに曝される箇所の厚さを適切に設定すればよいこととなる。
【００４７】
第２の実施の形態によれば、アンテナ２０のアンテナ容量の非対称性に応じて被覆部１３２の厚さを変化させることで、プラズマＰに曝される被覆部１３２の外表面においてイオンエネルギーを均一化させることができる。このため、アンテナカバー１３０がアンテナ２０の全面を覆っていない場合であっても、上述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
また、第２の実施の形態によれば、第１区画１２ａと第２区画１２ｂを仕切る区画部１３４が設けられるため、アンテナ２０が設けられる第２区画１２ｂにプラズマが侵入することを防ぐことができる。これにより、アンテナ２０の表面が溝部１３６の位置で露出していたとしても、プラズマＰからアンテナ２０を保護することができる。また、仮に第２区画１２ｂにおいてプラズマが発生してアンテナ２０がスパッタされ、金属粒子が発生する場合であっても、アンテナカバー１３０の仕切りにより第１区画１２ａのプラズマＰが汚染されてしまうことを防ぐことができる。
【００４９】
また、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態よりも容易にアンテナカバー１３０をアンテナ２０に取り付けることができる。第１の実施の形態では、アンテナカバー３０がアンテナ２０の表面の全体を被覆していることから、アンテナ２０とアンテナカバー３０を一体的に成型したり、分割された複数の部材を組み合わせてアンテナカバー３０を形成する必要がある。一方、第２の実施の形態によれば、アンテナカバー１３０の溝部１３６にアンテナ２０を嵌め込めばよいため、アンテナ２０とアンテナカバー１３０を別々に成型することが容易となり、また、組み立てもしやすい。
【００５０】
（第３の実施の形態）
図８は、第３の実施の形態に係るプラズマ発生装置１０を概略的に示す図であり、図９は、第３の実施の形態に係るアンテナカバー１８０を示す外観斜視図である。本実施の形態では、アンテナ２０の上半分を被覆する被覆部１８２の断面形状が矩形状であり、被覆部１８２の外表面が平坦な上面１８２ａ、外側面１８２ｂ、内側面１８２ｃにより構成される点で、上述した第２の実施の形態と異なる。本実施の形態では、第１区画１２ａのうち、主にアンテナ２０の内側の領域にプラズマＰが生成されるよう構成される。以下、第２の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５１】
アンテナカバー１８０は、被覆部１８２と、区画部１８４と、を備える。区画部１８４は、上述した第２の実施の形態に係る区画部１３４と同様の構成を有する。一方、被覆部１８２は、アンテナ２０が延びる方向の断面が略矩形状であり、アンテナ２０が延びる方向に長い角柱部材の一面にアンテナ２０を収容するための溝部１８６を形成した形状を有する。
【００５２】
被覆部１８２は、第１区画１２ａに接する面として、上面１８２ａと、外側面１８２ｂと、内側面１８２ｃとを有する。上面１８２ａは、アンテナ２０から上方向に離れて設けられる面である。同様に、外側面１８２ｂは、アンテナ２０から外方向に離れて設けられる面であり、内側面１８２ｃは、アンテナ２０から内方向に離れて設けられる面である。
【００５３】
被覆部１８２の径方向の厚さは、その方向によって厚さが異なる。アンテナ２０から上面１８２ａまでの厚さは、アンテナ２０が延びる方向に沿って変化させず、一定の値Ｗｕｐとなるように設けられる。同様に、アンテナ２０から外側面１８２ｂまでの厚さは、アンテナ２０が延びる方向に沿って変化させず、一定の値Ｗｏｕｔとなるように設けられる。上面１８２ａおよび外側面１８２ｂは、プラズマＰに曝されにくい位置にあるため、その厚さを変化させたとしてもアンテナカバー１８０の局所的な消耗の低減には寄与しにくいからである。
【００５４】
一方、アンテナ２０から内側面１８２ｃまでの厚さは、上面１８２ａや外側面１８２ｂとは相違して、アンテナ２０が延びる方向の位置によって異なる厚さとしている。例えば、容量の小さい第１コンデンサ４２の接続位置に近いＡ地点では、径方向の厚さを相対的に大きいＷＡｉｎとし、容量の大きい第２コンデンサ４４の接続位置に近いＥ地点では、径方向の厚さが相対的に小さいＷＥｉｎとする。内側面１８２ｃは、アンテナ２０の内側の領域に生成されるプラズマＰに曝される位置にあるため、その厚さを変化させることで、アンテナカバー１８０の局所的な消耗の低減に寄与するからである。
【００５５】
図１０は、プラズマ発生装置１０を概略的に示す図であり、図８のＸ−Ｘ線断面を示す。被覆部１８２は、第１直線部２２ａを保護する第１直線保護部１９２ａと、第２直線部２２ｂを保護する第２直線保護部１９２ｂと、曲線部２４を保護する曲線保護部１９４とを有する。
【００５６】
図示されるように、被覆部１８２の径方向の厚さのうち、外方向の厚さは、第１直線保護部１９２ａおよび第２直線保護部１９２ｂにおいて一定のＷｏｕｔとなっている。言いかえれば、Ａ地点、Ｂ地点、Ｄ地点、Ｅ地点においては、外方向の厚さを一定のＷｏｕｔとしている。一方、曲線保護部１９４においては、曲線部２４の形状によらずに外方向の厚さを任意に設定することで、曲線保護部１９４における外側面１９４ｂが平坦面となるようにしている。外方向の厚さをこのように設定することで、アンテナ２０が延びる方向に沿って厚さを変化させる場合よりも、アンテナカバー１８０の成型が容易となる。
【００５７】
また、被覆部１８２の径方向の厚さのうち、内方向の厚さは、第１直線保護部１９２ａにおいて一定のＷＡｉｎとし、第２直線保護部１９２ｂにおいて一定のＷＢｉｎとしている。言いかえれば、Ａ地点およびＢ地点では、外方向の厚さを共通のＷＡｉｎとし、Ｄ地点およびＥ地点では、外方向の厚さを共通のＷＥｉｎとしている。一方、曲線保護部１９４における内方向の厚さは、Ｂ地点からＤ地点に向けて徐々に小さくなるようにし、Ｃ地点における内方向の厚さをＷＣｉｎとしてている。したがって、Ｂ地点、Ｃ地点、Ｄ地点の内方向の厚さは、ＷＡｉｎ＞ＷＣｉｎ＞ＷＥｉｎの関係となる。
【００５８】
第３の実施の形態では、被覆部１８２の径方向の厚さについて、外方向および上方向についてはアンテナ２０の位置によらず任意の値を設定することにより、アンテナカバー１８０の加工容易性を高めている。一方で、主にプラズマに曝されることとなる内側面１８２ｃに対する厚さ、つまり、プラズマに向かう内方向の厚さについては、アンテナ２０の位置に応じて厚さを変化させることとする。これにより、プラズマにより消耗しやすい内側面１８２ｃにおけるイオンエネルギーを均一化させて、アンテナカバー１８０の局所的な消耗を低減させることができる。
【００５９】
また、第３の実施の形態では、第１直線保護部１９２ａおよび第２直線保護部１９２ｂにおいて内方向の厚さを一定値とすることで、内側面１８２ｃの加工容易性を高めている。この場合、内側面１８２ｃにおけるイオンエネルギーを空間依存性を低減させる効果は下がるものの、第１直線保護部１９２ａと第２直線保護部１９２ｂとでは厚さが異なるため、第１直線保護部１９２ａにおける消耗度と第２直線保護部１９２ｂにおける消耗度の差を低減させることができる。これにより、加工容易性を持たせつつ、局所的な消耗を低減させることのできるアンテナカバー１８０とすることができる。
【００６０】
（第４の実施の形態）
図１１は、第４の実施の形態に係るプラズマ発生装置２１０を概略的に示す図である。本実施の形態は、アンテナ２２０がＵ字形状ではなく直線形状である点で、上述の実施の形態と相違する。また、アンテナカバー２３０も、アンテナ２２０に対応して直線形状を有する。以下、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００６１】
プラズマ発生装置２１０は、プラズマ室１２と、磁石装置１４と、絶縁部材１６と、引出開口１８と、アンテナ２２０と、アンテナカバー２３０と、を備える。プラズマ室１２の内部には、直線形状のアンテナ２２０と、アンテナ２２０の表面を保護するアンテナカバー２３０が設けられる。
【００６２】
アンテナ２２０は、両端に第１端子２２０ａと、第２端子２２０ｂと、を有する。第１端子２２０ａは、第１容量Ｃａの第１コンデンサ４２を介して高周波電源４０に接続され、第２端子２２０ｂは、第２容量Ｃｂの第２コンデンサ４４を介して接地される。コンデンサ４２、４４の容量は、第１容量Ｃａよりも第２容量Ｃｂが大きい（Ｃａ＜Ｃｂである）。
【００６３】
アンテナカバー２３０は、直線状のアンテナ２２０を被覆する中空部材である。アンテナカバー２３０は、円錐台の形状を有しており、第１端子２２０ａの近傍を被覆する第１端部２３０ａにおける径方向の厚さＷＡが、第２端子２２０ｂの近傍を被覆する第２端部２３０ｂにおける径方向の厚さＷＢよりも大きい。したがって、アンテナカバー２３０は、第１端部２３０ａから第２端部２３０ｂに向かって径方向の厚さが徐々に小さくなる形状を有する。
【００６４】
第４の実施の形態においても、アンテナ容量の小さい第１端子２２０ａの近くでは、アンテナカバー２３０の厚さを相対的に大きくし、アンテナ容量の大きい第２端子２２０ｂに近づくほどアンテナカバー２３０の厚さを小さくする。これにより、アンテナカバー２３０に衝突する陽イオンのエネルギーを均一化させることができ、アンテナカバー２３０の局所的な消耗を抑制することができる。局所的な消耗を抑制させることで、アンテナカバー２３０の寿命を延ばすことができる。
【００６５】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【００６６】
上述の実施の形態では、アンテナの両端のうち、相対的に小さい容量Ｃａの第１コンデンサが接続される第１端子側に高周波電源を接続し、相対的に大きい容量Ｃｂの第２コンデンサが接続される第２端子側を接地する場合について説明した。変形例においては、容量の小さい第１端子側を接地し、容量Ｃｂが大きい第２端子側に高周波電源を接続してもよい。この場合、アンテナ容量の小さい第１端子側のアンテナカバーの厚さを大きくし、アンテナ容量の大きい第２端子側のアンテナカバーの厚さを小さくすればよい。
【００６７】
上述の実施の形態では、Ｕ字形状のアンテナの表面の全体や、上半分の全体を覆うアンテナカバーについて説明した。変形例においては、アンテナ経路の一部分に相当する表面のみを覆うアンテナカバーとしてもよい。例えば、Ｕ字形状の曲線部にはアンテナカバーを設けず、直線部のみにアンテナカバーを設けることとしてもよい。また、プラズマが生成される位置の近傍にのみアンテナカバーを設けることとしてもよい。
【００６８】
上述の実施の形態では、Ｕ字形状のアンテナが延びる経路に沿って、径方向の厚さが徐々に小さくなる形状のアンテナカバーについて説明した。変形例においては、アンテナ経路のある区間において、径方向におけるアンテナカバーの厚さを一定にすることとしてもよい。例えば、第１直線部と曲線部の厚さを一定にし、第２直線部の厚さをそれよりも小さい一定値としてもよい。第１直線部の厚さを一定にし、曲線部と第２直線部の厚さをそれよりも小さい一定値としてもよい。このとき、第１直線部と第２直線部とで厚さに差をもうけることで、アンテナカバーの外表面におけるイオンエネルギーの相対差を低減させることができる。
【００６９】
上述の実施の形態では、径方向の厚さのうち内方向の厚さをアンテナ経路に沿って変化させ、それ以外の厚さについては任意の厚さとするアンテナカバーについて説明した。変形例においては、径方向におけるアンテナカバーの厚さのうち、少なくとも一方向についてはアンテナ経路に沿って変化させる一方で、別の方向についてはアンテナ経路によらず一定値または任意の値とすることとしてもよい。この場合、プラズマに向かう方向におけるアンテナカバーの厚さをアンテナ経路に沿って変化させることで、プラズマの影響を受けやすい箇所におけるイオンエネルギーの相対差を低減させることができる。例えば、プラズマがアンテナの外側の領域において主に生成される場合においては、内方向の厚さは任意の値とし、上下方向や、外方向におけるアンテナカバーの厚さをアンテナ経路に沿って変化させることとしてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０…プラズマ発生装置、１２…プラズマ室、２０…アンテナ、２０ａ…第１端子、２０ｂ…第２端子、２２ａ…第１直線部、２２ｂ…第２直線部、２４…曲線部、３０…アンテナカバー、３２ａ…第１直線保護部、３２ｂ…第２直線保護部、３４…曲線保護部、４０…高周波電源、１３０…アンテナカバー、１３２…被覆部、１３４…区画部、１８０…アンテナカバー、１８２…被覆部、１８４…区画部、１９２ａ…第１直線保護部、１９２ｂ…第２直線保護部、１９４…曲線保護部、Ｐ…プラズマ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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