JPH02189841A - マイクロ波プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は表面改質や、薄膜の成膜やエツチング等の加工
に用いられるマイクロ波プラズマ装置に主として利用さ
れるプラズマ等の発生装置に関するものである。

従来の技術 近年２．４５０）ｌｚのマイクロ波電力と８７５Ｇの共
鳴磁界を用いて高密度なプラズマを発生する種々のマイ
クロ波プラズマ装置が提案されている。

第５図は特願昭１１ｉ３−２０５２７号公報に記載され
た一例であるが、マイクロ波電力１を放電室２に伝達す
る手段として内導体３と外導体４からなる同軸管５を用
いている。

この従来例について以下簡単に説明する。

マイクロ波電力発振器（図示せず）から送り出された２
、４５ＧＨｚのマイクロ波電力１は矩形導波管６および
同軸管５を経て放電室２内に供給される。

この時、内導体３の放電室２内に位置する部分３ａは放
電室２内にマイクロ波電力を放射するアンテナとして作
用する。

８はマイクロ波電力１を透過し、かつ放電室２内を真空
に保つためのマイクロ波窓で、アルミナや石英等の誘電
体材料で形成される。このマイク口波窓８には図のよう
に内導体３が貫通しており、両者はロウ付けやガラスフ
リットもしくは有機接着剤等で、真空が漏れることなく
接合されている。

放電室２内に放射されたマイクロ波電力はソレノイド９
の発生する８７５Ｇの共鳴磁界により電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマ１０を発生して薄膜の加工に利用される
。

なお、１１は同軸管５の他端を短絡するための可動短絡
板である。

またプラズマ１０が発生するとプラズマに接した部分が
高温に加熱されるため、内導体３内には冷却水１２を流
し、更に放電室２の周囲には冷却水を流した冷却コイル
１３を設けて冷却している。

発明が解決しようとする課題 上記従来技術により高密度なプラズマを発生でき薄膜の
加工速度を向上することができるが、生産性の面からは
より高速化が望まれている。この要求を満足する方法と
して、放電室２に供給するマイクロ波電力を増大し、よ
り高密度なプラズマを発生する手段がある。

しかし、従来例のマイクロ波プラズマ装置に大電力のマ
イクロ波を投入し長時間の運転を行なうと第６図に例示
したようにマイクロ波窓８に円周方向および直径方向に
ひび割れ１３が生じてしまい、放電室２内の真空を保て
なくなってしまうという課題があった。

なお、マイクロ波窓８にこのようなひび割れ１３か生じ
る原因は次のように考えられる。

すなわち内導体３は冷却水１２により冷却されているた
め室温程度であるが、マイクロ波窓８は冷却することが
できないためにプラズマ１ｏによって高温に加熱される
。一方、マイクロ波窓８に使用するアルミナ等は熱伝導
率が極めて小さい。

従って、第７図に模式的に図示したようにマイクロ波窓
８の半径方向の温度分布は、冷却された内導体３に接し
た部分では低く、半径にともなって急激に高くなる。そ
のために、マイクロ波窓８にはこの温度差によって生し
る熱膨張の違いによる歪か発生し第６図のようなひび割
れ１３が生じるものと考えられる。すなわち、マイクロ
波窓８がひび割れる原因はマイクロル窓８に冷却された
内導体３が貫通しているためである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため、本発明はマイクロ波電力を透
過し真空をシールする誘電体からなるマイクロ波窓を、
該導波管と放電室との間に配置し、放電室内に棒状もし
くは板状の導体を配置し、該導体を前記マイクロ波窓に
接することなく配置したことを特徴とする。

作　　　用 」二記構成により、マイクロ波窓に同軸管の内導体等を
貫通することなしにマイクロ波電力を放電室内に供給で
きる。この結果マイクロ波窓の温度分布が均一となり、
ひび割れの問題を解決することができる。

実施例 本発明の第１の実施例を、第１図を参照しながら説明す
る。なお、本実施例において、第５図の従来例と同一の
構成要素には同一の番号をイ１している。

第１図において、１４はマイクロ波電力１を透過し真空
をシールするアルミナを用いたマイクロ波窓１５を有す
る円形導波管で、放電室２と接続している。１６は円形
導波管１４にマイクロ波電力１を伝達する同軸管で内導
体１７と外導体１８から成っており、この内導体１７は
円形導波管１４や放電室２で反射されるマイクロ波の量
を調節するために、矢印ａの方向に長さを調節可能にな
っている。この内導体１７の長さは、内導体１７の先端
が図示した位置からマイクロ波窓１５に接する位置まで
調節可能である。

このように構成することにより、マイクロ波電力１は同
軸管１６から円形導波管１４に伝達され、マイクロ波窓
１５を透過し放電室２に供給される。

また、放電室２内には棒状の導体１９をマイクロ波窓１
５に接することなく配置している。この導体１９は第５
図の従来例のアンテナ３ａと同様に放電室２内にマイク
ロ波を放射するアンテナとして作用し、放射されたマイ
クロ波によりプラズマ１０が発生する。なお、導体１９
は本実施例では２本のセラミック棒２０て放電室２に固
定されている。

本実施例では従来例のようにマイクロ波窓１５を同軸管
１６の内導体１７が貫通していない。そのためマイクロ
波窓１５はプラズマ１０によって加熱されるが、従来例
の第６図のように内導体３に流れる冷却水１２によって
マイクロ波窓８が冷却され、マイクロ波窓８に急激な温
度分布が生じることがない。すなわち、マイクロ波窓１
５はほぼ均一な温度であるため、熱膨張による歪の発生
がわずかでありマイクロ波窓１５がひひ割れるという問
題が生じない。

次に、本発明の第２の実施例を第２図に示す。

本実施例は、第１の実施例の同軸管１６を取り除き、マ
イクロ波窓１５を円形導波管１４の端部に設けた例であ
る。

更に、本発明の第３の実施例を第３図及び第４図に示す
。本実施例は、マイクロ波を放電室２内により均一に放
射するために、第１の実施例の導体１９を２１のような
形状にした例である。

以−」二の実施例では放電室２内に配置した導体１９．
２１は棒状てあったが、本発明では棒状に限られるもの
ではなく板状等であっても良い。またマイクロ波窓１５
を有する導波管も、円形導波管に限らず、矩形導波管等
であっても良い。

なお、」−記実施例ではいづれも本発明をプラズマ源と
して用いた場合について説明したが、本発明は単にプラ
ズマ源としてだけてはなく、例えばイオンを引き出す電
極等を設けてイオン源等として用いる場合にも適用でき
る。

また、マイクロ波の周波数および磁界の強度も各々２．
４５ＧＨｚと８７５Ｇに限定するものではなく、発生す
るプラズマも電子サイクロトロン共鳴プラズマに限って
本発明が適用されるものでもない。

発明の効果 本発明によりマイクロ波窓がひび割れるという問題が発
生しないため、大電力のマイクロ波を投入でき、薄膜の
加工速度を向上するすることができるプラズマ等の発生
装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に関するマイクロ波プラ
ズマ発生装置の縦断面図、第２図は本発明の第２の実施
例におけるマイクロ波プラズマ発生装置の縦断面図、第
３図は本発明の第３の実施例におけるマイクロ波プラズ
マ発生装置の縦断面図、第４図はその横断面図、第５図
は従来例の縦断図、第６図は従来例のマイクロ波窓に発
生するひび割れの説明図、第７図は従来例のマイクロ波
窓に生じる温度分布の説明図である。 ２・壷Φ放電室、１４−−−導波管、１５・・・マイク
ロ波窓、１９．２１・・拳導体。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はが１名第 図 第７図 １？

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波電力を透過し真空をシールする誘電体
   からなるマイクロ波窓を、導波管と放電室との間に配置
   し、放電室内に棒状もしくは板状の導体を配置し、該導
   体を前記マイクロ波窓に接することなく配置したことを
   特徴とするマイクロ波プラズマ発生装置。
2. （２）導波管にマイクロ波電力を供給するマイクロ波伝
   達回路が同軸管であることを特徴とする請求項１記載の
   マイクロ波プラズマ発生装置。
3. （３）導波管にマイクロ波電力を供給する同軸管の内導
   体の長さを調節可能としたことを特徴とする請求項２記
   載のマイクロ波プラズマ発生装置。