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公開番号2025119565
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-14
出願番号2024157247
出願日2024-09-11
発明の名称プラズマ発生装置及び冷却ジャケット
出願人株式会社堀場エステック
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H05H 1/46 20060101AFI20250806BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】マイクロ波によってガスをプラズマ化させるプラズマ発生装置の整合器を迅速に稼働させ、整合器への負担を減らす。
【解決手段】プラズマ発生装置は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、筒状のマイクロ波によってプラズマ化されるガスが内部を流れるプラズマ発生管と、マイクロ波発生源から発生したマイクロ波をプラズマ発生管に伝達する導波管と、マイクロ波発生源とプラズマ発生管の間の導波管に設けられる整合器と、プラズマ発生管の外側周面に設けられ、プラズマ発生管を冷却する冷却ジャケットと、筒状をなしており、プラズマ発生管及び前記冷却ジャケットを収容するケーシングとを備え、冷却ジャケットは、プラズマ発生管を流れるガスの進行方向に沿って延びており、マイクロ波をプラズマ発生管へと通過させる3本のスリットと、互いに隣り合うスリットの間に設けられ、プラズマ発生管を冷却する冷却流体が流れる冷却流路とを有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、
筒状をなしており、前記マイクロ波によってプラズマ化されるガスが内部を流れるプラズマ発生管と、
前記マイクロ波発生源から発生した前記マイクロ波を前記プラズマ発生管に伝達する導波管と、
前記マイクロ波発生源と前記プラズマ発生管との間の前記導波管に設けられる整合器と、
前記プラズマ発生管の外側周面に設けられ、前記プラズマ発生管を冷却する冷却ジャケットと、
筒状をなしており、前記プラズマ発生管及び前記冷却ジャケットを収容するケーシングとを備え、
前記冷却ジャケットは、
前記プラズマ発生管を流れるガスの進行方向に沿って又は傾斜して延びており、前記マイクロ波を前記プラズマ発生管へと通過させる３本のスリットと、
互いに隣り合う前記スリットの間に設けられ、前記プラズマ発生管を冷却する冷却流体が流れる冷却流路とを有する、プラズマ発生装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記スリットは、前記マイクロ波の電界の振動方向と垂直な方向に沿って又は傾斜して延びており、
前記導波管の断面は矩形状をなすものであり、前記矩形状を構成する長辺は、前記スリットが延びる方向に沿って又は傾斜している、請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
３本の前記スリットのうち少なくとも２本の前記スリットが前記マイクロ波発生源の方を向いている、請求項１又は２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記プラズマ発生管を介して前記マイクロ波発生源に対向して前記導波管内に設けられ、前記マイクロ波発生源からのマイクロ波を前記プラズマ発生管に向けて反射する反射板をさらに備え、
３本の前記スリットのうち少なくとも１本の前記スリットが前記反射板の方を向いて形成され、少なくとも他の１本の前記スリットが前記マイクロ波発生源の方を向いて形成されている、請求項１又は２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記ケーシングには、前記プラズマ発生管の内部状態を観察する観察窓が形成されている、請求項１乃至４の何れか一項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記ケーシングは、複数の部材に分割可能に構成されている、請求項５に記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記プラズマ発生管は、イットリア、イットリアコーティングされたクオーツ、及び／又はサファイアチューブ、又は、これらの組み合わせにより構成されている、請求項１乃至６の何れか一項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
前記スリットが開口している方向に対向して配置されており、前記プラズマ発生管の内部で発生したプラズマの発光強度を検出する複数のプラズマ検出部をさらに備える、請求項１乃至７の何れか一項に記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
複数の前記プラズマ検出部は、前記ガスの進行方向に沿って配置されている、請求項８に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
複数のプラズマ検出部は、前記ガスの進行方向において、前記プラズマ発生管の上部、前記プラズマ発生管の中央部及び前記プラズマ発生管の下部それぞれにおけるプラズマの発光強度を検出する、請求項９に記載のプラズマ発生装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置及び冷却ジャケットに関するものである。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ状態のガスを利用して被加工物の加工又は薄膜の形成といった処理を行う場合に、マイクロ波によって所定のガスをプラズマ状態にするプラズマ発生装置が用いられる。
【０００３】
プラズマ発生装置は、プラズマ化されるガスが流れるプラズマ発生管と、プラズマ発生管を流れるガスをプラズマ化するためのマイクロ波を発生させるマイクロ波発生源とを備えるものが挙げられる。
【０００４】
ガスをプラズマ化する場合には熱が発生し、この熱によってプラズマ発生管が加熱されて損傷する恐れがあるので、この種のプラズマ発生装置は、例えば特許文献１に示すように、プラズマ発生管を冷却する冷却ジャケットをさらに備えるものがある。この冷却ジャケットは、プラズマ発生管を流れるガスの進行方向に沿って形成され、プラズマ発生管の外部から照射されたマイクロ波が通過する４本以上のスリットと、隣り合う各スリットの間に形成され、冷却流体が流れる複数の柱状流路とを有する。この構成により、マイクロ波発生源から発生したマイクロ波はスリットを通過して、プラズマ発生管を流れるガスをプラズマ化させるとともに、柱状流路を流れる冷却流体によってプラズマ発生管が冷却されるので、プラズマ化の際の熱によってプラズマ発生管が損傷することを防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２０－２０５１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来では、冷却ジャケットのスリットの本数を増加させると、マイクロ波をプラズマ発生管に通過させる領域が増加するので、効率よくプラズマを発生させることができると考えられていた。
【０００７】
一方、例えば８本のスリットを有する冷却ジャケットでは、図６に示すように、４ＧＨｚに冷却ジャケット及びケーシングの共振周波数が存在する。この共振周波数はマイクロ波の周波数と乖離しているので、冷却ジャケット及びケーシングの共振インピーダンスをマイクロ波発生源のインピーダンスに合わせるための調整に時間を要し、整合器による整合調整の際の負担がかかってしまう。
【０００８】
そこで、本願発明は、マイクロ波によってガスをプラズマ化させるプラズマ発生装置において、整合器を迅速に稼働させ、整合器への負担を減らすことを主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく本発明者らが鋭意検討した結果、３本のスリットを有する冷却ジャケットであれば、マイクロ波の周波数付近に、冷却ジャケット及びケーシングの共振周波数が存在することを本願発明者らが初めて見出し、本発明に至った。
【００１０】
すなわち、本発明に係るプラズマ発生装置は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、筒状をなしており、前記マイクロ波によってプラズマ化されるガスが内部を流れるプラズマ発生管と、前記マイクロ波発生源及び前記プラズマ発生管を接続して、前記マイクロ波を前記プラズマ発生管に伝達する導波管と、前記マイクロ波発生源と前記プラズマ発生管との間の前記導波管に設けられる整合器と、前記プラズマ発生管の外側周面に設けられ、前記プラズマ発生管を冷却する冷却ジャケットと、筒状をなしており、前記プラズマ発生管及び前記冷却ジャケットを収容するケーシングとを備え、前記冷却ジャケットは、前記プラズマ発生管を流れるガスの進行方向に沿って又は傾斜して延びており、前記マイクロ波を前記プラズマ発生管へと通過させる３本のスリットと、互いに隣り合う前記スリットの間に形成され、前記プラズマ発生管を冷却する冷却流体が流れる冷却流路とを有することを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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