(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒形状セラミックスで構成された中空構造体と、
前記中空構造体の内部に配置される導電性線状部材で構成された第１電極と、
前記中空構造体の一部であるプラズマ発生領域を前記中空構造体の外周側から覆う中空の導電性筒状部材で構成された第２電極と、
を備え、
前記第１電極は、非直線構造を有し、前記中空構造体の少なくとも前記プラズマ発生領域において前記中空構造体の軸芯を中心とする所定の径から外周側の領域に配置されている部分を有する、
プラズマ装置。
【請求項２】
前記第１電極は、前記中空構造体の前記プラズマ発生領域において前記中空構造体の内壁に接触している、
請求項１に記載のプラズマ装置。
【請求項３】
前記第１電極の前記非直線構造は、波形である、
請求項１または２に記載のプラズマ装置。
【請求項４】
前記第１電極の前記非直線構造は、コイル形状である、
請求項１または２に記載のプラズマ装置。
【請求項５】
前記セラミックスは、石英ガラスを含む、
請求項１に記載のプラズマ装置。
【請求項６】
中空構造体の内部に接地電極を備えるプラズマ装置の製造方法であって、
前記接地電極を構成する導電性線状部材に非直線構造を形成するステップと、
前記非直線構造を設けた前記導電性線状部材の一端を前記中空構造体の一端から挿通するステップと、
前記中空構造体の他端から出た前記導電性線状部材の一端を引いて前記導電性線状部材に形成された前記非直線構造を前記中空構造体のプラズマ発生領域に位置させるステップと、を備え、
前記非直線構造を形成するステップでは、
前記中空構造体に挿入する前の前記非直線構造を前記中空構造体の内径以上の幅を有するように形成する、
プラズマ装置の製造方法。
【請求項７】
前記非直線構造は、波形またはコイル形状である、
請求項６に記載のプラズマ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長期間に亘り安定してプラズマを点火させることが可能なプラズマ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体回路をエッチングしたり洗浄したりワイヤをボンディングしたりするためにプラズマを発生させるプラズマ装置が用いられている。
【０００３】
プラズマ装置の具体的な構造として、例えば、特開２００２−３４３５９９号公報には、メタルチューブの先端に細められた先端を有するガラスチューブが設けられ、ガラスチューブの周囲には高周波電力が供給される高周波コイルが巻き回され、ガラスチューブの内部には高融点金属製ワイヤ８が延設されたプラズマトーチが記載されている（特許文献１）。ガラスチューブのプラズマ発生領域部分の間壁にワイヤの先端部が接触するとガラスチューブに穴が開いたりワイヤの先端部が溶けたりすることを防止するため、プラズマ発生領域の手前でワイヤに折り曲げ箇所を設けたりコイル状部分を設けたりすることが提案されている（特許文献１、段落００４２−００４４、図５および図６）。
【０００４】
また特開２００９−１４１２１１号公報には、円筒形状の先端部と、先端部に接続される円筒形状のガラス導入管と、先端部の外部に高周波電力が供給される外部電極と、ガス導入管から先端部に向かって円筒形状の内部を延びる内部電極とで構成されるプラズマトーチが開示されている（特許文献２）。内部電極はガス導入管の内面に接触するように設けられている（特許文献、段落００２６、図３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３４３５９９号公報
【特許文献２】特開２００９−１４１２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、発明者らは、特許文献１や特許文献２に記載されたようなプラズマ発生装置では、高周波電力が供給される高周波コイルが位置するチューブの中心付近や、高周波電力が供給される外部電極が設けられている先端部の中心付近において、プラズマの温度が最も高くなることを見出した。
【０００７】
プラズマはプラズマガス内部に存在する微小な尖端部分において電荷が偏在することにより点火が促されることが判っており、そのような尖端部分はワイヤや内部電極の表面が製造当初から有している表面の微細な起伏が相当する。このような表面の微細な起伏が喪失すると、長期間に亘りプラズマを確実に発生させるという点火の安定性が失われるのである。
【０００８】
上記特許文献１や特許文献２に記載されたプラズマ発生装置では、プラズマトーチの中心付近にワイヤや内部電極が位置しているので、プラズマが相対的に高温になってワイヤや内部電極の表面を溶かす危険がある。表面が溶解したワイヤや内部電極ではプラズマの点火を促す微細な突起が喪失しているので、プラズマが徐々に点火しにくくなってしまうのである。
【０００９】
そこで、上記問題点に鑑み、本発明は、長期間に亘り安定的にプラズマを点火させることが可能なプラズマ装置を提供することを目的の一つとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のプラズマ装置は、以下の態様を有する。
（１）筒形状セラミックスで構成された中空構造体と、中空構造体の内部に配置される導電性線状部材で構成された第１電極と、中空構造体の一部であるプラズマ発生領域を中空構造体の外周側から覆う中空の導電性筒状部材で構成された第２電極と、を備え、第１電極は、非直線構造を有し、中空構造体の少なくともプラズマ発生領域において中空構造体の軸芯を中心とする所定の径から外周側の領域に配置されている部分を有することを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、中空構造体のプラズマ発生領域において変形構造を有するため、プラズマ発生時に非常に温度が高くなる軸芯付近からずれた位置に第１電極の多くの部分が位置することになる。このため、第１電極の表面の微細な起伏が高温により溶解して喪失することがなく、確実にプラズマに点火させることができる。
【００１２】
上記構成によれば、中空構造体のプラズマ発生領域において非直線構造を有するため、プラズマ発生時に非常に温度が高くなる軸芯付近からずれた位置に第１電極の多くの部分が位置することになる。このため、第１電極の表面の微細な起伏が高温により溶解して喪失することがなく、確実にプラズマに点火させることができる。
【００１３】
（２）上記（１）において、第１電極は、中空構造体のプラズマ発生領域において中空構造体の内壁に接触している。
【００１４】
（３）上記（１）において、第１電極は、中空構造体のプラズマ発生領域において中空構造体の軸を中心とする所定の径の禁止空間を回避した構造を備えることは好ましい。
【００１５】
（３）上記（１）または（２）において、第１電極の非直線構造は、波形である。
【００１６】
（４）上記（１）または（２）において、第１電極の非直線構造は、コイル形状である。
【００１７】
（５）上記（１）において、セラミックスは、石英ガラスを含む。
【００１９】
（７）中空構造体の内部に接地電極を備えるプラズマ装置の製造方法であって、
接地電極を構成する導電性線状部材に変形構造を形成するステップと、
変形構造を設けた導電性線状部材の一端を中空構造体の一端から挿通するステップと、
中空構造体の他端から出た導電性線状部材の一端を引いて導電性線状部材に形成された変形構造を中空構造体のプラズマ発生領域に位置させるステップと、を備え、
変形構造を形成するステップでは、
中空構造体に挿入する前の変形構造を中空構造体の内径以上の幅を有するように形成することを特徴とする。
【００２０】
（６）中空構造体の内部に接地電極を備えるプラズマ装置の製造方法であって、
接地電極を構成する導電性線状部材に非直線構造を形成するステップと、
非直線構造を設けた導電性線状部材の一端を中空構造体の一端から挿通するステップと、
中空構造体の他端から出た導電性線状部材の一端を引いて導電性線状部材に形成された非直線構造を中空構造体のプラズマ発生領域に位置させるステップと、を備え、
変形構造を形成するステップでは、
中空構造体に挿入する前の非直線構造を中空構造体の内径以上の幅を有するように形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、プラズマ発生時に非常に温度が高くなる中空構造体の軸芯付近の空間を回避して接地電極が位置するため、接地電極の表面の微細な起伏が高温により溶解して喪失することがなく、比較的長期間に亘って確実にプラズマに点火することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態１に係るプラズマ装置の全体構成図。
【図２】実施形態１に係るプラズマ装置の構造を説明する断面図。
【図３】中空構造体内部の温度分布の説明図。
【図４】実施形態１に係るプラズマ装置の製造方法であって、接地電極の変形構造形成工程の製造工程断面図。
【図５】実施形態１に係るプラズマ装置の製造方法であって、接地電極の挿通工程の製造工程断面図（その１）。
【図６】実施形態１に係るプラズマ装置の製造方法であって、接地電極の挿通工程の製造工程断面図（その２）。
【図７】実施形態１に係るプラズマ装置の製造方法であって、接地電極の引っ張り工程の製造工程断面図。
【図８】実施形態１に係るプラズマ装置の製造方法であって、接地電極の設置終了時の製造工程断面図。
【図９】実施形態２に係る接地電極の変形構造を説明する斜視図。
【図１０】実施形態２に係るプラズマ装置の構造を説明する断面図。
【図１１】実施形態３に係る接地電極の変形構造を説明する断面図。
【図１２】実施形態４に係る接地電極の変形構造を説明する断面図。
【図１３】実施形態５に係る接地電極の変形構造を説明する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。ただし、図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。
【００２４】
（実施形態１）
本発明の実施形態１は、波形の変形構造を有する接地電極を備えたプラズマ装置に関する。
図１に、本実施形態１におけるプラズマ装置の全体構成図を示す。図１に示すように、本実施形態１におけるプラズマ装置１は、ガスチャンバ１０、中空構造体１１、接地電極（第１電極）１２、負荷電極（第２電極）１４、および接地配線１７を備えて構成される。例えば、このプラズマ装置１は、洗浄対象である半導体装置の洗浄面に対向して配置され、プラズマを発生させて半導体装置の洗浄面を洗浄するために用いられる。
【００２５】
（ガスチャンバ１０）
ガスチャンバ１０は、中空構造体１１にプラズマガスを供給するためのガス充填室である。ガスチャンバ１０は、隔壁１６によりガス室１８と前室１９とに分離されている。ガスチャンバ１０は、壁面が金属で構成されており導電性を有する。ガス室１８には、ガス供給口１５からプラズマガスが供給されるようになっている。
【００２６】
（７）上記（６）において、非直線構造は、波形またはコイル形状である。
【００２７】
プラズマガスは、図示しないガスボンベ、コンプレッサ、圧力計、流量計、配管等を備えるガス供給系統を通じてプラズマガス供給口１５に所定の気圧、例えば大気圧から３気圧程度までに加圧されて供給されるようになっている。
【００２８】
なお、プラズマ装置１は、上記構成の他、大気圧雰囲気下でプラズマを供給する大気圧プラズマ装置として構成されていても、真空（減圧）雰囲気下でプラズマを供給する真空（減圧）プラズマ装置として構成されていても、いずれでもよい。
【００２９】
（中空構造体１１）
中空構造体１１は、プラズマで発生する高温や高反応性に耐性のある絶縁材料で構成された構造物であり、本実施形態では所定の径Ｗ0の円筒形状に形成されている。ただし、中空構造体１１の形状は円筒形状に限られることはなく、プラズマ発生に適していれば方形や多角形、楕円形などその他の形状を有していてもよい。中空構造体１１を構成する絶縁材料として、各種セラミックスは熱伝導性、耐熱性、耐プラズマ性が比較的高くて好適である。その他絶縁材料としては、石英ガラス等も利用可能である。中空構造体１１には、内部に接地電極１２が設けられている。中空構造体１１の中空内部において、負荷電極１４によって外面から覆われている領域がプラズマ発生領域１３となる。中空構造体１１はガスチャンバ１０のガス室１８に連通して設置されており、ガス室１８の加圧されたプラズマガスが接地電極１１の周囲を高速に流通するように構成されている。プラズマを使用時、中空構造体１１の端部１１ａに対向させてプラズマ照射すべき面（半導体装置の被洗浄面等）が配置される。
【００３０】
（負荷電極１４）
負荷電極１４は、本発明の第２電極に相当し、接地電極１２の対となる電極であり、高周波信号発生装置２０から高周波信号ＨＳ（高電圧ＨＶ）が印加されるようになっている。負荷電極１４は、中空構造体１１の外側から接地電極１２の一部を囲むように形成されている。本実施形態では、円筒形状の中空構造体１１に適合するように断面管形状（円環状）に形成されている。負荷電極１４によって外周から囲まれた中空構造体１１の内部がプラズマ発生領域１３となる。負荷電極１４は、耐酸化性のある金属であり、例えばステンレスまたはメッキ等により耐酸化性を付与された金属で形成されている。負荷電極１４と接地電極１２との距離は、印加する高周波信号の電力と発生させたいプラズマ密度との関係に基づき設定されている。負荷電極１４は、断面円環状に形成する他、中空構造体１１に巻き回し等したコイル状に形成されていてもよい。
【００３１】
（高周波信号発生装置２０）
高周波信号発生装置２０は、図示しないが、例えば、高周波電源、進行波・反射波検出装置、高電圧発生装置、重畳コイル等を備えて構成された、プラズマを点火するための高電圧ＨＶおよびプラズマを発生・維持させるための高周波信号ＨＳを生成する装置である。高電圧ＨＶは、負荷となるプラズマガスにプラズマを励起するのに十分な放電を与えるような電圧値、例えば０．８ｋＶから２ｋＶ程度で供給される。高電圧ＨＶの周波数は例えば１ｋＨｚでその際の供給電圧は１ｋＶである。高周波信号ＨＳは、プラズマ装置の仕様によって異なるが、プラズマの発生・維持に適した周波数として、例えば１０ｋＨｚ程度から１ＧＨｚ程度、プラズマの発生・維持に適した電力として、例えば０．１Ｗ程度〜１００Ｗ程度で供給される。
【００３２】
（整合装置２１）
整合装置２１は、高周波信号発生装置２０と負荷電極１４と間の伝送経路上に設けられており、高周波信号発生装置２０側と負荷電極１４側とのインピーダンスを整合させるよう機能する。整合装置２１は、コイルおよび可変コンデンサ等で構成されたフィルタ回路構造を有しており、プラズマが安定的に生成された状態での負荷インピーダンスが高周波信号発生装置２０の出力側から見て、特性インピーダンスＺ0（例えば５０Ω）になるように設計されている。
【００３３】
（同軸ケーブル２２）
同軸ケーブル２２は、高周波信号ＨＳを高周波信号発生装置２０から負荷電極１４に供給する特性インピーダンスＺ0の伝送経路である。同軸ケーブル２２は、整合装置２１および前室１９のそれぞれにコネクタで接続されており、同軸ケーブル２２の被覆は、整合装置２１または前室１９の少なくとも一方で接地されている。
【００３４】
（リアクタンス補正コイル２３）
リアクタンス補正コイル２３は、整合装置２１と負荷電極１４との間に接続されたインダクタ素子である。リアクタンス補正コイル２３は、負荷電極１４と接地電極１２との間に存在する容量成分によって生ずるリアクタンス（インピーダンス）の影響を抑制し、電圧定在波比ＶＳＷＲを改善するように機能する。
【００３５】
（接地電極１２の構造）
接地電極１２は、本発明の第１電極に相当し、負荷電極１４の対になる電極であり、プラズマを発生させるために接地される電極である。接地電極１２は、中空構造体１１の中空内部に設けられている。接地電極１２は、周囲に発生するプラズマの高温に耐えられるような高融点を有する導電性線状部材、例えばプラチナやタングステン等のワイヤにより構成されている。接地電極１２は、ガス室１８の壁を経て接地配線１７により電気的に接地されている。
【００３６】
図２に中空構造体１１の中空内部に設置される接地電極１２の詳細な構造を表す断面図を示す。図２において、右側は中空構造体１１の軸芯に沿った断面図であり、左側は中空構造体１１の一方の端部１１ａ側（先端側）から見た正面図である。
【００３７】
図２に示すように、中空構造体１１は内径Ｗ0の中空構造をしている。中空構造体１１は他方の端部１１ｃが隔壁１６に設けられた開口部１６ａに嵌合し、中空内部がガス室１８と連通するようになっている。よって、接地電極１２はガス室１８と連通した中空構造体１１の中空内部に設置される。
【００３８】
特に接地電極１２は、少なくともプラズマ発生領域１３において変形構造１２ｂを有することを特徴としている。接地電極１２は、プラズマ発生領域１３より先端側の端部１１ａ側では軸芯に沿った直線形状の直線部１２ａを有し、プラズマ発生領域１３より基部側（ガスチャンバ１０側）の端部１１ｃ側でも軸芯に沿った直線形状の直線部１２ｃを有している。
【００３９】
特に本実施形態１における変形構造１２ｂは波形である。この波形の変形構造１２ｂは、図２の正面図から明らかなように軸芯を通る平面において二次元的な波形形状として形成されている。変形構造１２ｂは、プラズマ発生領域１３の長さＷ1を超えて形成されていてもよい。変形構造１２ｂの波形は規則的なピッチｐで形成されている。ただし、このピッチｐは変形構造１２ｂの全長に亘って一定である必要はない。
【００４０】
図３の断面図に、中空構造体１１の中空内部の温度分布を示す。図３に示すように、プラズマは負荷電極１４で外面から覆われた中空構造体１１の内部のプラズマ発生領域１３で発生する。前述したように、プラズマは接地電極１２の表面が製造当初から有している表面の微細な起伏において電荷が偏在することにより点火される。点火されたプラズマは、図３に示すように、軸芯Ｃで最も温度が高く軸芯Ｃから離れるほど温度が低くなるような温度分布を有する。軸芯Ｃを中心とした幅Ｗ2の空間１３ｃでは接地電極１２が溶解するしきい値温度Ｔｔｈよりも高くなり、その空間１３ｃの外側では接地電極１２が溶解するしきい値温度Ｔｔｈ以下となる。このため、接地電極１２が空間１３の内側に配置されていると表面が溶解する可能性があり、空間１３の外側に配置されていると表面が溶解しない。
【００４１】
図３の下側に示されている写真は、実際のプラズマ装置でプラズマを何回か発生させた後に、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影した接地電極１２の表面写真である。軸芯Ｃの位置ｐ２では接地電極の表面が溶解して金属表面の傷や金属結晶の粒界が喪失している。これに対し、中空構造体の壁面付近である位置ｐ１やｐ３では、金属表面の傷や金属結晶の粒界が残留していることが明りょうに観察できる。このように軸芯付近に接地電極が配置されているとプラズマを点火させるために必要な微細な起伏が時間とともに喪失してしまうのである。
【００４２】
従来のプラズマ装置では、軸芯Ｃの位置に接地電極が配置されていたので、プラズマの発生を繰り返しているうちに接地電極の表面が溶解し微細な起伏が消失してしまうことが多かった。このため長期間に亘って安定的にプラズマを発生させることができなかった。プラズマを点火することができなくなった場合には接地電極を取り替える必要があるため、従来のプラズマ装置では頻繁に接地電極を交換することを余儀なくされていた。
【００４３】
そこで本実施形態１では、プラズマ発生領域１３において接地電極１２に波形の変形構造１２ｂを設けてある。変形構造１２ｂを設けることにより、変形構造１２ｂの大部分は空間１３ｃの外側、すなわち金属が溶解するしきい値温度Ｔｔｈ以下の領域に位置することになる。このため接地電極１２の表面における微細な起伏が溶解により喪失することが防止できるのである。以下、空間１３ｃを接地電極１２の配置を避けるべき空間として「禁止空間」とよぶ。
【００４４】
なお、本実施形態１では変形構造１２ｂが軸芯Ｃを通る波形に形成されているため、変形構造１２ｂの一部が禁止空間１３ｃを通過しているが、接地電極１２の大部分は禁止空間１３ｃの外側に位置するので、禁止空間１３ｃの内部に位置している電極の表面で溶解が生じたとしても、プラズマが点火しなくなるようなことはない。
【００４５】
（動作の説明）
次に本実施形態１におけるプラズマ装置１の動作を説明する。
プラズマを点火するための準備状態（以下「プラズマ待機状態」という。）となると、図示しない制御装置の制御により、または、管理者の操作により、プラズマガスがガス供給口１５からガスチャンバ１０に供給される。プラズマガスが供給されると、ガスチャンバ１０のガス室１８に充填されたプラズマガスが所定の圧力で中空構造体１１の内部を流れるようになる。プラズマガスの流れが安定したら、高周波信号発生装置２０に対し、プラズマ点火指示が出力される。
【００４６】
高周波信号発生装置２０は、システムのステータスがプラズマ待機状態か否かを判定する。プラズマ待機状態ではない場合には、プラズマ点火の準備が整っていないことを意味するので、高周波信号発生装置２０はその旨を警告する。プラズマ待機状態であったら、高周波信号発生装置２０は、周波数４５０ＭＨｚで出力３０Ｗの高周波信号ＨＳを伝送経路に出力する。高周波信号ＨＳが供給されると、負荷電極１４と接地電極１２との間に高周波電磁波が誘起される。
【００４７】
高周波信号ＨＳが供給されると、整合装置２１によって高周波信号発生装置２０の出力側のインピーダンスと負荷電極１４側のインピーダンスとが等しくなるようにマッチング制御を行う。高周波信号発生装置２０は、伝送経路における高周波信号ＨＳの進行波振幅値Ｖｆおよび負荷電極１４から反射される反射波振幅値Ｖｒを検出してＶＳＷＲ値を算出する。負荷電極１４側の負荷インピーダンスは、整合装置２１の機能により、適正なプラズマが発生している状態では、高周波信号発生装置２０の特性インピーダンスと同じ値になるようになっている。プラズマ発生前のこの段階では負荷電極１４側の負荷インピーダンスは特性インピーダンスＺ0と大幅に異なっている。このため検出される反射波振幅値Ｖｒは大きな値となり、ＶＳＷＲ値も相対的に大きな値となる。
【００４８】
次いで高周波信号発生装置２０は、算出されたＶＳＷＲ値がプラズマの発生を識別するためのしきい値Ｖｔｈより大きいと判定された場合には高電圧ＨＶの供給を開始する。生成された高電圧ＨＶは、高周波信号ＨＳに重畳されて伝送経路に出力される。高周波信号ＨＳに高電圧ＨＶが重畳されると、負荷電極１４と接地電極１２との間にも高電圧ＨＶが印加され、中空構造体１１のプラズマ発生領域１３において、接地電極１２の表面にある微細な起伏に電荷が集中し、放電が発生する。放電が発生すると、電子が種火となってプラズマが発生する。プラズマが発生すると、負荷電極１４に印加されている高周波信号ＨＳによりプラズマが維持される。安定的にプラズマが発生すると、中空構造体１１の端部１１ａからプラズマジェットが噴出し、必要な半導体装置等の表面に供給することが可能となる。プラズマが発生すると、負荷電極１４側の負荷インピーダンスは特性インピーダンスＺ0に向けて収束していく。
【００４９】
ＶＳＷＲ値がしきい値Ｖｔｈ以下となった場合には、高周波信号発生装置２０は、高電圧ＨＶの重畳を停止する。伝送経路には、高周波信号ＨＳのみが供給されるようになる。この段階では、プラズマが安定的に発生しているので、高電圧ＨＶの重畳が存在しなくなってもプラズマが消失することはなくなっている。
【００５０】
本実施形態１によれば、上記のようなプラズマ点火動作を繰り返しても、プラズマ発生領域１３において接地電極１２に変形構造１２ｂが形成されているので表面の微細な起伏が消失することがなく、長期間に亘り安定的にプラズマの点火を繰り返すことが可能なのである。
【００５１】
（プラズマ装置の製造方法）
次に上記プラズマ装置の好適な製造方法を説明する。図４−図８は、本実施形態１におけるプラズマ装置の製造方法を説明する、中空構造体１１の軸芯Ｃにおける製造工程断面図である。
【００５２】
（変形構造形成工程）
図４に、接地電極の変形構造形成工程を示す。
接地電極形成工程では、図４に示すように、接地電極１２を構成する導電性線状部材に変形構造１２ｂを形成する。そのために、まず接地電極１２の材料となる導電性線状部材を所定の長さに裁断する。導電性線状部材としては、プラズマの高温に耐えられるような高融点を有する金属であることが好ましい。例えばプラチナやタングステン等の線材とする。線材の太さ（直径）は中空構造体１１の内部に変形構造を含めて収納できる程度の太さであり、中空構造体１１の大きさに対応して適宜定める。
【００５３】
裁断する長さとしては、加工を容易にするために十分長めに裁断することが好ましい。最終製品において必要な長さは、変形構造１２ｂを設けた接地電極１２を中空構造体１１に収納してガスチャンバ１０の隔壁１６に取り付けて、接地電極１２の直線部１２ｃをガス室１８の内壁に接地するに足りる長さがあればよい。しかし、後述する引っ張り工程において接地電極１２が中空構造体１１に収容される前の状態で線状部材の直線部１２ｃをピンセットで把持して引っ張り張力を与えることができるように、把持するための長さを確保する。すなわち、変形構造１２ｂを除いた直線部１２ｃの長さが、中空構造体１１の長さに、ピンセットで把持しうるだけの長さを付け加えた長さとなるように導電性線状部材を切断する。
【００５４】
裁断した導電性線状部材において、中空構造体１１に設置する際にプラズマ発生領域１３に相当する位置に変形構造１２ｂを形成する。本実施形態では接地電極１２の接地端側の直線部１２ｃを引っ張るようにするため、先端側の直線部１２ａから測って変形構造１２ｂを形成する位置を定める。
【００５５】
変形構造１２ｂとしては規則的な波形とする。波形の山の数や波形の周期に相当するピッチを所望の数やピッチにして、波形を所望の形状に構成することが可能であるが、少なくとも３つの山（頂点、極大点）を形成することが好ましい。山の頂点が３つあれば、中空構造体１１の内壁に３点において接触し、変形構造１２ｂを安定的に設置することができるからである。
【００５６】
変形構造１２ｂの軸方向における形成時の長さは、後述する引っ張り工程において変形構造１２ｂが変形して導電性線状部材が引っ張り方向に延びることを想定して、設置後の長さよりも若干短くなるように変形構造１２ｂの設置前の長さを設定する。
【００５７】
波形の振幅に相当する幅は、中空構造体１１の内径以上の幅に形成することが好ましい。本実施形態では、中空構造体１１の内径Ｗ0よりも若干量（Δｗ≧０）だけ大きくなるよう形成する。この若干量Δｗは、後述する引っ張り工程において線状部材の直線部１２ｃを引っ張ることで及ぼされる張力によって波形の頂点が潰れるように十分変形し、中空構造体１１の内壁に納めることが可能な量にする。このように中空構造体１１の内径Ｗ0より若干大きな幅に形成された変形構造１２ｂを中空構造体１１に収納することによって、変形に伴う導電性線状部材の弾性力によってプラズマ発生領域１３に変形構造１２ｂが両側の内壁に突っ張って安定的に固定できる。
【００５８】
（挿通工程）
図５および図６に、接地電極の挿通工程を示す。
挿通工程では、図５に示すように、変形構造１２ｂを設けた導電性線状部材の直線部１２ｃを中空構造体１１の先端側の端部１１ａから内部に挿通する。本実施形態では、導電性線状部材の直線部１２ｃが長めに裁断されている。このため図６に示すように、中空構造体１１に一方の端部１１ａから挿通された導電性線状部材の端部１２が他方の端部１１ｃから突き出ることになる。若干大きめの幅に形成した導電性線状部材の変形構造１２ｂが中空構造体１１の先端側の端部１１ａに当接するまで挿通させる。
【００５９】
（引っ張り工程）
図７に、接地電極の引っ張り工程を示す。
引っ張り工程では、図７に示すように、中空構造体１１の他方の端部１１ｃから出た導電性線状部材の直線部１２ｃを引いて導電性線状部材に形成された変形構造１２ｂを中空構造体１１のプラズマ発生領域１３に位置させる。
【００６０】
具体的には、中空構造体１１の他方の端部１１ｃから導電性線状部材の直線部１２ｃが出て変形構造１２ｂが中空構造体１１の端部１１ａに当接したら、ピンセットで直線部１２ｃを把持してゆっくり、図７に示す矢印の方向に張力を加える。張力が加えられることで中空構造体１１の端部１１ａに当接した変形構造１２ｂの波形の山の部分が弾性変形し、図７に示すように、中空構造体１１の内径Ｗ0の幅に縮められて中空構造体１１の中空部分に入り込む。総ての波形の山が中空構造体１１の中空部分に入り込んだら、さらに変形構造１２ｂの主要部分がプラズマ発生領域１３に位置するまでスライドさせる。
【００６１】
図８に、変形構造１２ｂの主要部がプラズマ発生領域１３に位置した場合の様子を示す。導電性線状部材の変形構造１２ｂの主要部がプラズマ発生領域１３に位置したら、引っ張り工程を終了する。
【００６２】
最後に接地電極１２が設置された中空構造体１１をプラズマ装置１に取り付ける。図２に示すように、隔壁１６に設けられた開口部１６ａから導電性線状部材の直線部１２ｃをガス室１８に挿入して、導電性線状部材を適当な長さに切断する。そして切断した端部をガス室１８の導電性の壁面に電気的に接続して接地する。最後に、図２に示すように、中空構造体１１の端部１１ｃを隔壁１６の開口１６ａに嵌合して、プラズマ装置１を完成させる。
【００６３】
なお、上記引っ張り工程では、導電性線状部材の直線部１２ｃを引っ張ることにしたが、先端方向の直線部１２ａを引っ張るようにしてもよい。直線部１２ａを引っ張るようにする場合、導電性線状部材の直線部１２ａの長さを、中空構造体１１の長さに、ピンセットで把持しうる程度の長さを付け加えた長さに切断しておく。次いで、中空構造体１１の基部側（ガスチャンバ側）の端部１１ｃから導電性線状部材の直線部１２ａを挿通し、中空構造体１１の先端側の端部１１ａから飛び出た導電性線状部材の直線部１２ａを引っ張る。
【００６４】
（本実施形態１の利点）
本実施形態１では以下の利点を有する。
（１）本実施形態１によれば、中空構造体１１のプラズマ発生領域１３において変形構造１２ｂを有するため、プラズマ発生時に非常に温度が高くなる軸芯Ｃの付近（幅Ｗ2の禁止空間１３ｃ）からずれた位置に接地電極１２の多くの部分が位置することになる。このため、接地電極１２の表面の微細な起伏が高温により溶解して喪失することがなく、確実にプラズマに点火させることができる。
【００６５】
（２）本実施形態１によれば、接地電極１２は、中空構造体１１のプラズマ発生領域１３において中空構造体１１の内壁に接触しているので、中空構造体１１を伝って接地電極１２を放熱することができる。特に本実施形態１によれば、中空構造体１１はセラミックで形成されているので、ガラスに比べ熱伝導率が高く、中空構造体１１の内壁との接触により効果的に熱を逃すことが可能である。
【００６６】
（３）本実施形態１によれば、接地電極１２は、中空構造体１１のプラズマ発生領域１３において径Ｗ2の禁止空間１３ｃを極力回避した構造となっている。すなわち波形の変形構造１２ｂを設けたことにより線状部材が禁止空間１３ｃを横切る回数を些少に抑えてある。よって、プラズマ発生領域１３において接地電極１２の大部分は表面を溶解させるしきい値温度Ｖｔｈ以下となるため、接地電極１２の表面の微細な起伏が高温により溶解して喪失することがなく、比較的長期間に亘って確実にプラズマに点火することができる。
【００６７】
（４）本実施形態１によれば、接地電極１２の変形構造１２ｂを波形としたので、比較的簡単に変形構造１２ｂを形成可能である。波形の変形構造１２ｂであれば、変形構造形成工程において波形の山の数や変形構造１２ｂの長さを調整することが比較的容易であり、引っ張り工程における設置作業も容易である。
【００６８】
（５）本実施形態１によれば、中空構造体１１の内径Ｗ0より若干大きめの幅（Ｗ0＋Δｗ）に形成した導電性線状部材の変形構造１２ｂを中空構造体１１の中空内部に引っ張って設置するので、変形に伴う導電性線状部材の弾性力によってプラズマ発生領域１３に変形構造１２ｂが両側の内壁に突っ張ることにより、接地電極１２を安定的に中空構造体１１の内部に固定できる。また変形構造１２ｂの山の頂部が弾性力により中空構造体１１の内壁に押しつけられるので、接地電極１２と中空構造体１１との接触面積を大きくし、放熱効果を高めることができる。
【００６９】
（実施形態２）
上記実施形態１では波形の変形構造を接地電極に適用したが、本実施形態２ではコイル形状の変形構造を適用する。
【００７０】
図９に、本実施形態２に係る接地電極１２Ｂの斜視図を示す。図１０に、中空構造体１１の中空内部に設置される接地電極１２Ｂの詳細な構造を表す断面図を示す。図１０の右側の図が側面断面図、右側の図が正面図である。
【００７１】
上記実施形態１における接地電極１２と同様に、本実施形態２に係る接地電極１２Ｂも本発明の第１電極に相当し、負荷電極１４の対になる電極であり、プラズマを発生させるために接地される電極である。接地電極１２Ｂは、上記実施形態１と同様に、プラズマ発生領域１３より端部１１ａ側では軸芯に沿った直線形状の直線部１２ａを有し、プラズマ発生領域１３より基部側（ガスチャンバ１０側）の端部１１ｂ側でも軸芯に沿った直線形状の直線部１２ｃを有しており、中空構造体１１の内径Ｗ0の中空内部に設けられる。中空構造体１１は端部１１ｂにおいて隔壁１６に設けられた開口部１６ａに嵌合し、中空内部がガス室１８と連通するようになっている。接地電極１２Ｂの直線部１２ｃは、ガス室１８の壁を経て接地配線１７により電気的に接地される。接地電極１２Ｂは、高融点を有する導電性線状部材、例えばプラチナやタングステン等のワイヤにより構成されている。
【００７２】
特に本実施形態２の接地電極１２Ｂでは、変形構造１２ｂがコイル形状である点に特徴がある。コイル形状の変形構造１２ｂは、図１０から明らかなように、中空構造体１１のプラズマ発生領域１３において中空構造体１１の軸Ｃを中心とする幅（径）Ｗ2の禁止空間１３ｃを回避した構造を備えている。また上記実施形態１と同様に、コイル形状の変形構造１２ｂは、プラズマ発生領域１３の長さＷ1を超えて形成されていることが好ましい。変形構造１２ｂの巻き回しは規則的なピッチｐで形成されているが、このピッチｐは変形構造１２ｂの全長に亘って一定である必要はない。
【００７３】
本実施形態２によれば、上記実施形態１と同様の作用効果を奏する他、接地電極１２Ｂの変形構造１２ｂとしてコイル形状を適用したので、接地電極１２Ｂが溶解しうるしきい値温度Ｔｔｈよりも温度が高くなる禁止空間１３には接地電極１２Ｂが存在しないので、表面が溶解してプラズマを点火させるために必要な微細な起伏が時間とともに喪失してしまうことを効果的に防止可能である。よって、さらに長時間に亘って確実にプラズマに点火することができるプラズマ装置を提供可能である。
【００７４】
（実施形態３）
本実施形態３は、上記実施形態１における波形の変形構造を接地電極の変形例に関する。
図１１に、中空構造体１１の中空内部に設置される接地電極１２Ｃの構造を表す断面図を示す。本実施形態３における接地電極１２Ｃは、変形構造１２ｂが上記実施形態１と同様に波形に形成されているが、図１１に示すように波形の山のピッチが規則的でない点で上記実施形態１と異なる。その他の構造については上記実施形態１と同様であるため説明を省略する。
【００７５】
具体的に本実施形態３の接地電極１２Ｃでは、変形構造１２ｂの波形が、基部側（ガスチャンバ１０側）に近くなるほど密なピッチとなり、先端側に近くなるほど疎なピッチとなっている。このように変形構造１２ｂは、複数の屈曲点を備えており中空構造体１１の中空内部に安定的に接地されるものなら、規則的なピッチを備えていなくてもよい。
【００７６】
なお、変形構造１２ｂの波形の幾つかが中空構造体１１の内壁に接触していなくてもよい。接地電極１２Ｃが溶解しうるしきい値温度Ｔｔｈよりも温度が高くなる禁止空間１３ｃを回避している限り、表面の溶解には至らないからである。
【００７７】
また波形の疎密に方向性や規則性は必要なく、波形の疎密の向きが図１１と逆であったり波形の一部のみが密であったり疎であったりしてもよい。
【００７８】
さらに、上記実施形態２で説明したようなコイル形状に疎密が存在してもよい。その際、コイル形状の疎密に方向性や規則性は必要なく、コイル形状の疎密の向きが図１１と逆であったりコイル形状の一部のみが密であったり疎であったりしてもよい。
【００７９】
このような疎密は、上記実施形態１において説明したプラズマ装置の製造工程において生じうる。変形構造形成工程において変形構造１２ｂに規則的な波形やコイル形状を形成したとしても、引っ張り工程において中空構造体１１の内壁と変形構造１２ｂとの摩擦が局所的に異なることによって変形構造１２ｂの引き延ばされ方に相違が生ずることによって出現しうる。
本実施形態３によれば、上記実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【００８０】
（実施形態４）
本実施形態４は、上記実施形態１における波形や上記実施形態２におけるコイル形状に代えて矩形形状を変形構造に適用する。
【００８１】
図１２に、中空構造体１１の中空内部に設置される接地電極１２Ｄの構造を表す断面図を示す。本実施形態４における接地電極１２Ｄは、変形構造１２ｂが矩形形状に形成されている点で上記各実施形態と異なる。その他の構造については上記実施形態１と同様であるため説明を省略する。
【００８２】
具体的に本実施形態４の接地電極１２Ｄでは、変形構造１２ｂが連続する矩形形状に形成されている。特に変形構造１２ｂを矩形形状とすることで、中空構造体１１の内壁との接触面積を大きくすることができるので、放熱効果を高めることができる。
【００８３】
また接地電極１２Ｄが比較的大きな接触面積で中空構造体１１の内壁と接触するので、接地電極１２Ｄを安定的に中空構造体１１に設置することが可能である。
【００８４】
このような変形構造１２ｂを有する接地電極１２Ｄを備えたプラズマ装置も上記と同様の製造方法によって製造しうる。例えば上記プラズマ装置の製造工程において、変形構造形成工程では、屈曲部の角度がほぼ直角になるように変形構造１２ｂを作成する。引っ張り工程において、接地電極１２Ｄの端部１２ｃを引っ張ると、変形構造１２ｂの矩形形状が引き延ばされ、図１２に示すような台形状になって、プラズマ発生領域１３に設置される。
【００８５】
なお、上記実施形態３で説明したように、矩形形状のピッチは規則的である必要はなく、矩形形状のピッチに疎密があってもよい。また、矩形形状の一部が中空構造体１１の内壁に接触していなくてもよい。
【００８６】
本実施形態４によれば、上記実施形態１と同様の作用効果を奏する他、中空構造体１１の内壁と接地電極１２Ｄとの接触面積を大きくすることができるので、放熱効果を高めることができる。
【００８７】
また本実施形態４によれば、接地電極１２Ｄが比較的大きな接触面積で中空構造体１１の内壁と接触するので、さらに接地電極１２Ｄを安定的に中空構造体１１に設置することが可能である。
【００８８】
（実施形態５）
本実施形態５は、上記各実施形態における繰り返し形状の変形構造に代えて最も少ない接触点で効果的にかつ安定的に設置可能な変形構造を有する接地電極に関する。
【００８９】
図１３に、中空構造体１１の中空内部に設置される接地電極１２Ｅの構造を表す断面図を示す。図１３に示すように、本実施形態５における接地電極１２Ｅは、変形構造１２ｂに３つの屈曲点ｃ１、ｃ２、およびｃ３を備える。屈曲点ｃ１およびｃ３は、プラズマ発生領域１３の前後に設けられており、中空構造体１１の内壁に接している。屈曲点ｃ２は、プラズマ発生領域１３の中程で中空構造体１１の内壁に接している。屈曲点ｃ１およびｃ３は、プラズマ発生領域１３に入る前に十分に接地電極１２Ｅを撓らせてプラズマ発生領域１３の禁止空間１３ｃを回避可能なように、位置決めおよび曲率が設定されている。
【００９０】
上記変形構造形成工程において、屈曲点ｃ１およびｃ２と屈曲点ｃ３との間の幅を中空構造体１１の内径Ｗ0より十分大きく形成することで、引っ張り工程による接地電極１２Ｅの挿通後に、屈曲点ｃ２は中空構造体１１の内壁に適度な応力で接することになり、放熱効果を高めることができる。
【００９１】
本実施形態５によれば、上記実施形態１と同様の作用効果を奏する他、最少の屈曲数で接地電極１２Ｅを安定的に中空構造体１１の内部に設置しつつ、プラズマ発生領域１３の禁止空間１３ｃを完全に回避することが可能である。
【００９２】
（その他の変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、用途または目的に応じて、適宜組み合わせた実施例、または、変更若しくは改良を加えた応用例として適用することができ、上記発明の実施の形態を通じて説明された実施例に限定されるものではない。用途または目的に応じて適宜組み合わせられた実施例または応用例についても、本発明の課題を逸脱しない範囲において、本発明の技術的範囲に属する。
【００９３】
例えば変形構造は、上記実施形態で説明した波形、コイル形状、矩形状に限定されない。プラズマ発生領域における禁止空間を極力回避しうるように積極的に接地電極を変形させたあらゆる態様が本発明の技術的範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明のプラズマ装置は、半導体装置の表面を洗浄する表面洗浄装置に適用するのみならず、プラズマを用いるあらゆる用途に適用することが可能である。例えば、洗浄（アッシング）処理の他に、エッチング処理、ＣＶＤ処理、スパッタ処理等に適用可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１…プラズマ装置、１０…ガスチャンバ、１１…中空構造体（セラミックチューブ）、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…端部、１２、１２Ｂ〜１２Ｅ…接地電極、１２ａ、１２ｃ…直線部、１２ｂ…変形構造、１３…プラズマ発生領域、１３ｃ…禁止空間、１４…負荷電極、１５…ガス供給口、１６…隔壁、１６ａ…開口部、１７…接地配線、１８…ガス室、１９…前室、２０…高周波信号発生装置、２１…整合装置、２２…同軸ケーブル、２３…リアクタンス補正コイル、ＨＳ…高周波信号、ＨＶ…高電圧
【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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【図１２】
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【図１３】
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