JPH09503611A - マイクロ波プラズマ反応器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マイクロ波エネルギーにより励起してプラズマにする気体を入れる室（５２）を含むマイクロ波プラズマ反応器（５０）、室内に２つの面（６１、６３）を有し、かつマイクロ波エネルギーを一方の面から室内に放射して放射面（６３）の近くにプラズマを形成する電極（６２）、およびプラズマを形成するためのマイクロ波エネルギーを提供する２つの電極面の他方（６１）の上にマイクロ波エネルギーを導入する導波路または同軸導体（６４）。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロ波プラズマ反応器 発明の分野 本発明は、特に大形の基板を対称的に処理する拡大対称プラズマを形成するよ うになされたマイクロ波プラズマ反応器に関する。 関連出願 本願は、同じ発明者による米国特許第０８／０７２２７２号「Ｍｉｃｒｏｗａ ｖｅ Ｐｌａｓｍａ Ｒｅａｃｔｏｒ」（１９９３年６月４日出願）の一部継続 出願である。 発明の背景 マイクロ波発生プラズマは、多くの付着操作、エッチング操作および基板処理 操作に使用される。マイクロ波プラズマ反応器は、一般に、励起してプラズマを 形成する気体を入れる真空室を含む。マイクロ波エネルギーは、処理室内の真空 を維持しかつマイクロ波エネルギーを室に入れる手段を提供する誘電体窓または 誘電体障壁から室に導入される。真空室は、マイクロ波キャビティを含むか、ま たは真空室とキャビティは、交わるかまたは重なる異なった容積のものである。 しかしながら、そのようなマイクロ波装置には、それらが工業処理用途に広く 受容されることを妨げているいくつかの問題がある。誘電体窓を慎重に配置し密 封する必要があるため、速度と容易さが重要である工業用途に必要な容易な基板 アクセスに適さない分解が困難な装置となる。さらに、誘電体窓はプラ ズマにさらされる。窓は、プラズマ操作に必要なレベルの高温に当ててはならな いので、プラズマが窓に触れないように室を設計する必要がある。しかしながら 、このようにすると、プラズマのサイズが一定の圧力に対して電力に直接関係す るので、プラズマに結合できる電力量が制限される。さらに、プラズマは窓をエ ッチングしやすく、それにより窓が徐々に破壊される。さらに、このエッチング は、誘電体窓の材料による室および基板の汚染を引き起こす。また、プラズマは 、窓上にその耐用年数を制限する有害な被覆を付着させる。 また、これらのマイクロ波プラズマ発生器では、プラズマを利用可能な電力に より形成できるように、プラズマ真空室を比較的小さくする必要がある。プラズ マの温度が１０００℃以上に達するので、室壁への熱負荷は極端に高くなり、装 置をより高価にし、かつ基板にアクセスするための分解と組立を一層困難にする 複雑な冷却システムが必要となる。さらに、形成されるプラズマは、一般に不均 一（非対称）であり、プラズマに関連して基板を連続的に移動させる基板ターン テーブルなど、均一さを増加させる手段を追加しなければ、基板処理が不均一に なる。 マイクロ波プラズマ発生に関連する問題のために、半導体処理における材料の エッチングや付着などのプラズマ・プロセスでは、平行板反応器内で持続する高 周波プラズマ放電を使用することが多い。代表的な高周波プラズマ発生器を第１ 図に示す。反応器１０は、その中に平行板電極１６および１７を有する室１２を 含む。電極板１７は、それ自体高周波電源２２の一側に存在する室１２に電気的 に接続されており、高周波電源２２の 他側は、電極板１６に電気的に接続されている。気体の入口および出口が設けら れている。プラズマ２０は、基板１４がプラズマ２０によって処理されるように 、電極板１６と１７の間に形成される。 これらの高周波プラズマ発生器は、一般に１００ｋＨｚないし１３ＭＨｚの周 波数で作動する。反応器のすべての寸法は、作動周波数における波長よりもはる かに小さい。例えば、１３ＭＨｚの上限における波長は、約２０メートルであり 、そのような反応器内の電極の直径は、通常０．５メートル以下である。さらに 、電極間の距離、および室の高さと直径も、作動周波数における波長よりもはる かに小さい。これらの高周波発生器の寸法が定常波の長さに比べて小さいので、 定常波およびそれらの関連する電界分布は、反応器の作動において重要な役目を 果たさない。しかしながら、これらの反応器は、比較的低い周波数およびサイズ の制限のために比較的低エネルギーであり、多くの場合、速度、フィーチャー(f eature)の精細度、および損害の程度に関して高密度マイクロ波プラズマよりも 劣っている比較的低密度のプラズマを発生する。したがって、高周波プラズマ反 応器は、用途が広く、従来のマイクロ波プラズマ反応器ほど設計が複雑でなく、 したがって比較的操作しやすいが、業界の処理ニーズに応えることはできなかっ た。 発明の概要 したがって、本発明の目的は、比較的大きいプラズマを発生するマイクロ波プ ラズマ反応器を提供することである。 本発明の他の目的は、比較的均一なプラズマを発生するプラズマ反応器を提供 することである。 本発明の他の目的は、誘電体窓の耐用年数の長いプラズマ反応器を提供するこ とである。 本発明の他の目的は、処理室内の誘電体窓に基づく汚染がないプラズマ反応器 を提供することである。 本発明の他の目的は、従来のマイクロ波プラズマ反応器よりも冷却が容易なプ ラズマ反応器を提供することである。 本発明の他の目的は、反応器内の基板へのより容易なアクセスが可能なプラズ マ反応器を提供することである。 本発明の他の目的は、より広範囲の圧力および電力にわたって作動できるその ようなプラズマ反応器を提供することである。 本発明の他の目的は、より大きい電力をプラズマに結合できるプラズマ反応器 を提供することである。 本発明の他の目的は、基板の温度制御が改善されたプラズマ反応器を提供する ことである。 本発明は、特に工業用半導体処理操作およびダイヤモンドその他の高度材料の 化学蒸着に適した高密度プラズマ・マイクロ波プラズマ反応器が、電極の下側に マイクロ波エネルギーが印加され、電極の反対側にプラズマが形成される単一の 平板電極により達成できることが実現されたこと、およびそのような設計におい て電極の底面上に誘電体窓を使用し、それにより窓がプラズマから完全に遮蔽さ れ、窓に悪影響を及ぼしたり窓材料により室を汚染することなく、より大きく、 より高温のプラズマが得られることが実現されたことに起因する。 本発明は、マイクロ波エネルギーにより励起してプラズマにする気体を入れる 室を含むマイクロ波プラズマ反応器と、２つの面を有し、マイクロ波エネルギー を一方の面から室内に放射 して放射面の近くにプラズマを形成する室内の電極と、プラズマを形成するため のマイクロ波エネルギーを提供する２つの電極面の他方の上にマイクロ波エネル ギーを導入する手段を特徴とする。１つの実施例の電極は、円盤形である。マイ クロ波エネルギーを導入する手段には、導波路や同軸導体があり、この場合、中 心同軸導体が電極に電気的に接続されていることが好ましい。マイクロ波エネル ギーを同軸導体に伝えるマイクロ波導波路を備えることもできる。 反応器は、大気圧以下の圧力で作動する室を真空にする手段を備えることもで きる。その場合、室を大気から密封する手段も備えられる。これは、マイクロ波 エネルギーをそれに通過させる誘電体窓などの誘電体密封手段によって達成でき る。その場合、さらに、電極に対して誘電体密封手段を密封する手段も備えられ る。これは、例えば、電極に機械的に結合したスプリングを用いて、電極を誘電 体密封手段に押し付けること（means for urging）によって達成できる。誘電体 密封材は、比較的低電界の領域内、例えば励起側の電極の周縁の近くに配置する ことが好ましい。これはまた、プラズマ形成気体が、プラズマを電極の片側に保 つ電極の励起側の中心に近い高電界領域に達するのを防ぐ。 反応器は、好ましくは電極放射面の近くに比較的薄い細長いプラズマを発生さ せる手段を備える。電極放射面が平らな場合、これは、電極放射面と室の間の間 隔を不均一にすることによって達成できる。室はそれ自体、電極の周縁から中心 に向かっておおまかに増加する間隔を含む。反応器は、電極放射面と室の間に定 常波を形成する手段を備えることが好ましい。 ２つの電極面の他方は、室から１／２波長以下の距離だけ離れてよいが、室か ら１／４波長であることが好ましい。電極放射面は、少なくとも幅１／２波長の 距離だけ離れる。電極放射面の周縁は、室から１／２波長以下の距離だけ離れる 。電極放射面の中心は、室から１波長以下の距離だけ離れる。室は、マイクロ波 キャビティを含む。マイクロ波キャビティは、室と同一の容積か、または室より も小さく室内に入る。あるいは、キャビティの一部が室を越えて延びる。 本発明は、マイクロ波エネルギーにより励起してプラズマにする気体を入れる 室、および気体プラズマを形成するマイクロ波電界を含むキャビティを有するマ イクロ波プラズマ反応器をも特徴とする。キャビティ内に配置された２つの面を 有し、一方の面からマイクロ波エネルギーを放射して放射面の近くにプラズマを 形成する電極が備えられ、かつプラズマを形成するためのマイクロ波エネルギー を提供する２つの電極面の他方にマイクロ波エネルギーを導入する手段が備えら れている。 好ましい実施例では、マイクロ波キャビティは、室と同一の容積(coextensive )か、または室よりも小さく室内に含まれる。キャビティの一部は、室を越えて 延びてもよい。 反応器は、励起する気体を室内に導入する手段と、冷却液を電極に流す手段に より達成できる電極を冷却する手段を備えることが好ましい。これは、電極内に 電極放射面から離れた１つまたは複数の液体室を備えることによって達成できる 。その場合、さらに、電極放射面から液体室内の冷却液への熱の流れを調整する 手段が備えられる。これは、冷却液室と電極放射面との間の電極内に気体を提供 する手段によって達成できる。その 場合、さらに、熱の流れを制御するために気体の圧力を変化させる手段が備えら れる。 好ましい実施例の開示 当業者は、好ましい実施例の以下の説明および添付の図面から、他の目的、特 徴および利点を考え付くであろう。 第１図は、従来技術の高周波プラズマ反応器の概略図である。 第２Ａ図は、本発明によるマイクロ波プラズマ反応器の簡単化した概略図であ る。 第２Ｂ図および第２Ｃ図は、それぞれ電磁エネルギーの流れの方向を示す、第 ２Ａ図の反応器の電極の下面図および平面図である。 第３Ａ図は、本発明によるマイクロ波プラズマ反応器の好ましい実施例のより 詳細な断面図である。 第３Ｂ図は、第３Ａ図の反応器の基板および誘電体窓の下面図である。 第４Ａ図は、電極を冷却する手段の詳細も示す、第３Ａ図の反応器の電極の好 ましい実施例の拡大断面図である。 第４Ｂ図は、第３Ａ図の反応器のチョークおよびスプリング調整機構の好まし い形態のより詳細な断面図である。 第５Ａ図は、マイクロ波キャビティが真空室に含まれる、本発明によるマイク ロ波プラズマ反応器の簡単化した概略図である。 第５Ｂ図は、真空室の少なくとも一部がマイクロ波キャビティ内に含まれる、 第５Ａ図に類似した図である。 本発明は、マイクロ波エネルギーにより励起してプラズマにする気体を入れる 室を含むマイクロ波プラズマ反応器において 達成できる。マイクロ波受信面とマイクロ波放射面とを有する電極が室内に備え られ、かつマイクロ波エネルギーを電極のマイクロ波受信面上に導入し、電極が その放射面からマイクロ波エネルギーを放射して、その面上または真上にプラズ マを形成する手段が備えられている。この配置では、誘電体窓を電極のマイクロ 波受信側に配置でき、その結果、窓が電極によってプラズマから遮蔽されて、よ り高電力の操作が可能になり、窓の耐用年数も増加し、窓がプラズマ・エッチン グまたは被覆されるために窓材料により反応器が汚染されることがなくなる。 第２Ａ図から第２Ｃ図には、本発明によるマイクロ波プラズマ反応器５０が示 されている。反応器５０は、励起してプラズマにする気体を入れる真空室５２を 含む。気体は、気体流入口５６から室に供給され、排気口５８から排出される。 排気口は、室内の所望の圧力（一般に１mmTorrないし２００Torr）を維持する手 段も提供する。マイクロ波エネルギーは、マイクロ波入力輸送管５４を通って供 給される。ここで「マイクロ波」の語は、３００ＭＨｚ以上の周波数の電磁エネ ルギーを表すのに使用されている。円盤形や長方形である平らな拡大面電極６２ は、例えば、輸送管５４から入るマイクロ波エネルギーの経路内に配置されてい る。マイクロ波エネルギーは、電極６２の下側のまわりを伝播し、周縁のまわり に逆流し、電極６２の上面の中央に向かい、プラズマ６６を形成する電極６２の 上にマイクロ波放電を生じる。基板６４は、プラズマ６６の近くの室５２の壁に 配置されるか、あるいは電極６２の上に配置される。この図は、電子サイクロト ロン共鳴が望まれる状況に使用される電磁石６０の使用法も示す。室５２内の開 口７０用のカバー６８ は、基板６４を交換できるように、外部から室５２にアクセスする手段を提供す る。 発生器５０は、電極の一方（励起側）からマイクロ波電力によって励起され、 かつ電極の他方（プラズマ側）にプラズマ放電が発生するように、電力を散乱す るかまたは励起電界により電極上に誘導される電流によってマイクロ波電界を放 射する１つまたは複数の電極を特徴とする。電極（室から離れた電極）と室自体 のサイズは、定常波および反応器内の電磁界の固有モードを利用するために、作 動周波数における波長に比べて小さくないことが好ましい。電極と反応器室の寸 法および励起モードを適切に選択することにより、反応容器内の最も強い電界が 、励起源の近くではなく、電極のプラズマ側の領域内に発生する反応器の配置が 達成できる。これにより、プラズマが電極のプラズマ側のみの所望の領域内に優 先的に生じるようになり、電極の励起側の領域内に配置された誘電材料が、反応 容器をマイクロ波供給源から分離する真空障壁または圧力障壁として役立つよう になる。このようにマイクロ波窓を励起側に配置することで、電極が窓をプラズ マから遮蔽し、したがって障壁がプラズマにさらされる場合に生じる加熱、被覆 およびエッチングから誘電体障壁が保護される。 マイクロ波エネルギーが電極に結合される電極の中心からの半径方向距離が増 加するにつれて、電極６２の励起側または下側の電界強度は減少するので、誘電 体障壁は、プラズマ破壊を防げる比較的低電界内に入るように、電極６２の周縁 の近くに配置される。これは、第２Ｂ図および第２Ｃ図に示されている。これら の図は、電極６２の下側６１における電磁界が電極の 周縁に向かって放射し、かつ上側６３の電界が電極の中心に向かって逆に放射し 、効率的にプラズマが発生するように上側の中心に向かって電界強度が増加する ことを示す。 プラズマ反応器１００の好ましい形態が、第３Ａ図および第３Ｂ図に示されて いる。反応器１００は、マイクロ波エネルギーにより励起してプラズマにする気 体を入れる反応器室１０２を含む。気体は、入口１４２から供給され、真空ポン プ１４６によって出口１４４から排出される。該ポンプは、気体供給源１４２の 標準弁体と結合して、圧力と室１０２の内部を通るマスフローの両方を制御する 。平面または曲面の上側面電極１１４は、室１０２内に配置されている。電極１ ４４は、第３Ｂ図の下面図を見ると最もよくわかるように、円盤であることが最 も好ましい。 マイクロ波電力は、中心導体１２０が電極１１４に電気的、機械的に結合され 、かつ外部導体１２２がほぼ円筒形の反応器室１０２の底面金属板１０６に結合 されている基本モード同軸輸送管１１８によって、電極１１４の下側または励起 側に供給される。誘電体障壁１１６は、電界強度が比較的低い場所に入るように 、電極１１４の外縁に向かって配置された環状リングであり、その結果、窓１１ ６およびその近くにプラズマ破壊が発生しないので、他のマイクロ波プラズマ反 応器設計では周知の、窓の加熱、被覆またはエッチングが起こらない。この配置 は、また、電極の励起側の中心に近い高電界領域から気体を保護し、電極の上側 の所望の位置にプラズマを形成するのを助ける。この実施例では、中心導体が円 盤電極１１４の中心に取り付けられ、基本モードマイクロ波が導波路１２４に供 給され、 電磁界が縦軸１３５のまわりに対称となっている。半径方向の波が電極１１４の 励起側または下側において発散するので、電磁界の強度は半径方向位置が増加す るにつれて減少する。電極１１４のプラズマ側または上側では、該電界強度は、 波が軸１３５に集束するので、半径方向位置が減少するにつれて増加する傾向に あり、その結果、比較的薄い細長い円盤形のプラズマ１４０を形成する気体の破 壊に十分な強度になる。 電極１１４のプラズマ側に面した室１０２の壁の形状、および電界と室のプラ ズマ側との間の間隔は、最も均一な放電または他の所望の半径方向の電界のプロ ファイル(profile)を得るために、半径方向位置の関数として電界の強度を制御 するのに使用できる。図示の実施例では、プレート１０４とプレート１１０の整 合によって形成される面１１１および１１３は、電極半径に反比例して変化する ほぼ曲面になり、これが１次のオーダーまで電極１１４の直径の大部分にわたっ て電界強度を一定に保ち、電極１１４の面の大部分にわたって軸対称の均一なプ ラズマ円盤１４０が生じる。プラズマのサイズは、電極上に配置された基板１３ ８のサイズとほぼ同じである。 環状誘電体窓１１６は、Ｏ−リングや他の種類の市販の密封材を使用して、プ レート１０６と電極１１４の両方に対して密封される。窓１１６は、反応器１０ ２の内部に向かってバーチャル真空（virtual vacuum）、一般に中心導体１２０ の領域の外側の大気圧を受けるので、窓１１６を電極１１４とプレート１０６の 両方に半永久的に固定するか、好ましくは窓１１６をその密封材上に固定するた めに、電極１１４に下向きの力を加える必要がある。これは、第３Ａ図の実施例 では、中心導体 １２０に何らかの手段で固定された可変張力スプリング１３０を使用して、導体 １２０を通して下向きの力を電極１１４に加えることにより達成される。図示の 例では、これは、部材１２０上に固定された部材１２８上にスプリング１３０を 固定し、かつスプリング１３０の他端を調整ナット１３４にシールすることによ って達成される。調整ナットは、部材１２０に沿って調整部材１３４を回転また はスライドさせることによって調整する。スプリング１３０の圧縮が大きければ 大きいほど、電極１１４への下向きの力が大きくなる。スライド・チョーク１２ ６は、導波路１２４の頂部からほぼ１／２波長の距離Ｄのところに配置されるこ とが好ましい。このスライド・チョークは、導体１２０を通して電極１１４上に バイアスが生じるように、導体１２０から直流絶縁(DC isolated)される。 反応器１００の設計の好ましい実施例では、２．４５ＧＨｚ、５０００ワット のマイクロ波供給源が導波路１２４のところに使用されている。この周波数は、 約１２センチメートルの波長を有する。電極１１４は、プラズマを電極１１４の 上側に保つために、放電またはプラズマ１４０に等しいかまたはそれよりも大き い直径を有し、その結果、窓１１６が遮蔽される。電極円盤１１４の直径は、１ ／２波長よりも大きく、２２センチメートル程度であることが好ましい。 また、電極１１４と室１０２の上側部分の間に定常波が形成されることが望ま しい。円盤基板の直径が約１波長（１２センチメートル）であり、かつ電極１１ ４の頂部と室の頂部の内側との間の間隙が電極の半径とほぼ反比例して変化する 場合、電極１１４の底面の周縁と室１０２の底面板１０６との間の間隙 Ａは、約１／２波長またはそれ以下でよいが、窓１１６の近くにプラズマ放電が 発生するのを防止するには、２つの金属面の間に定常波が生じないように約１／ ４波長が好ましい。該間隙は、同様にプラズマ放電を発生する電界強度の増加を 防止するために、これよりも小さくない。電極１１４の頂部周縁から反応器室１ ０２の頂部までの距離Ｂも、同じ理由から約１／４波長であり、一方、電極１１ ４の中心から室１０２の頂部までの距離Ｃは、１波長以下に保たれ、プラズマ１ ４０を形成するのに望まれる領域内に電界強度を増大させる定常波を形成するた めに、１／２波長に近いことが好ましい。１つの実施例では、距離Ｃは、壁１１ １と１１３の間に画定される円形開口を有するプレート１１０に追加の厚さを加 えて、頂部板１１２の電極１１４の頂部からの距離を変化させることによって調 整可能となっている。 電極は、冷却することが好ましく、以下のように一定の温度に保つ手段を備え ることができる。 中心導体１２０ａ（第４Ａ図）は、管状であり、その中に環状間隙１７０と中 心間隙１７２とを形成する内部管状部材１３６ａを有する。これらの間隙の１つ 、例えば図の間隙１７２から、電極１１４ａの軸１３５ａの周囲に配置された複 数の扇形の室１６６内に冷却水が供給される。中心環状間隙１７２から入る水は 、室１１６内に入り、室から放射状に出て、次いで室１６６の下にあり、かつ電 極１１４ａの周縁１７１までほぼ放射状に延びるプレート１６７によって形成さ れる戻り室１６８内に入る。次いで、水は、環状間隙１７０を逆流して廃棄され るか、再循環システム用の熱交換器に送られる。内部部材１７４も中 空であり、その中央導管を通して、電極１１４ａ上に基板（図示せず）を保持す るための基板テーブル１６２の真下に加工された、円筒形室１６４への通路を提 供する。テーブル１６２内の基板から電極１１４ａへの熱伝導の速度、特に室１ １６のような室の内部の冷却水は、環状導体１７４の中心開口を通して気体を供 給して室１６４を満たすことによって制御できる。気体の圧力は、基板からの熱 伝導を効率的に制御するために、気体供給源、絞り弁、および気体媒体を通る熱 伝導速度を制御する排気ポンプなどの手段によって制御できる。このようにする と、特に高温計や基板または基板テーブル１６２中に埋め込まれた熱電対などの 他の手段によって基板の温度を測定する場合、基板の温度をより正確に調整でき る。 第４Ｂ図は、第３Ａ図の反応器のチョークおよびスプリング調整機構の好まし い形態を詳細に示す。電極１１４ａは、スプリング調整機構２１９によって、電 極と底面板１０６ａの両方に対して窓を密封するために窓１１６ａに押し付けら れる。機構２１９は、内部導体１２０ａの周囲に配置されたスプリング２１７お よび２１５のような多数のスプリングを含む。スプリング２１５および２１７に それぞれ関連する調整ネジ２１４および２１６は、スプリングへの荷重力の調整 を可能にする。ボルト２１２によって適所に保持されたクランプ・リング２１０ は、上述の電極１１４ａに下向きの圧力を加えるために、スプリングの負荷を複 数のスプリングから中心導体１２０ａに伝達する。力は、スプリング調整ネジを ねじ込み可能に受ける部材２２２を通して部材２１０に伝達される。 導波路１２４ａ用のチョーク・アセンブリは、フッ素樹脂な どの材料で製造される環状絶縁スリーブ２０２を含む。環状チョーク溝２０４は 、波長の約１／４の高さを有する。前述の電極の冷却および基板の温度制御は、 水の入口２２６と出口２２４、および前述の温度制御用の気体を供給するための 管継手２２８を使用して達成される。 励起してプラズマにする気体用の真空室と、マイクロ波エネルギーが気体プラ ズマを発生するマイクロ波キャビティの両方の機能を、室５２および１０２が果 たしているが、これは必ずしも本発明を制限するものではない。 室とキャビティは、第２Ａ図および第３Ａ図に示すように同一の容積であるが 、その必要はない。室５２ａ（第５図）は、その中に金属網３０２などの気体透 過性マイクロ波境界によって形成されるマイクロ波キャビティ３００を含む。あ るいは、キャビティ３００ｂ（第６図）は、室５２ｂを越えて延びてもよい。キ ャビティ３００ｂは、石英容器によって構成されるようなマイクロ波透過性の気 体境界でもよい。 便宜上、本発明の特定の特徴を図面のみにより示したが、これらの特徴は本発 明による他の特徴のうちのいくつかまたはすべてと組み合わせることができる。 当業者は、以下の請求の範囲内に入る他の実施例を考え付くであろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年８月１１日 【補正内容】 請求の範囲 １．マイクロ波エネルギーにより励起してプラズマにする気体を入れる室と、 ２つの面を有し、かつ一方の面からマイクロ波エネルギーを該室内に放射して 、該放射面の近くにプラズマを形成する、該室内に配置された電極と、 プラズマを形成するためのエネルギーを提供する２つの電極面の他方にマイク ロ波エネルギーを導入する手段と、 該電極を冷却する手段と、 を含むマイクロ波プラズマ反応器。 ２．該電極が円盤形であることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のマイク ロ波プラズマ反応器。 ３．該マイクロ波エネルギーを導入する手段が同軸導体を含むことを特徴とする 、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ４．該電極に中心同軸導体が電気的に結合されていることを特徴とする、請求の 範囲第３項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ５．マイクロ波エネルギーを導入する該手段が、該同軸導体にマイクロ波エネル ギーを伝導するマイクロ波導波路を含むことを特徴とする、請求の範囲第３項に 記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ６．さらに、大気圧以下の圧力で作動する該室を真空にする手段を含むことを特 徴とする、請求の範囲第１項に記截のマイクロ波プラズマ反応器。 ７．さらに、該室を大気から密封する手段を含むことを特徴とする、請求の範囲 第６項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ８．該室を密封する手段が、マイクロ波エネルギーをそれに通過させる誘電体密 封手段を含むことを特徴とする、請求の範囲第７項に記載のマイクロ波プラズマ 反応器。 ９．さらに、該室を密封する手段が、該電極に対して該誘電体密封手段を密封す る手段を含むことを特徴とする、請求の範囲第８項に記載のマイクロ波プラズマ 反応器。 １０．該電極に対して該誘電体密封手段を密封する該手段が、該誘電体密封手段 に対して該電極を押し付ける手段を含むことを特徴とする、請求の範囲第９項に 記載のマイクロ波プラズマ反応器。 １１．該押し付け手段が、該基板に機械的に結合されたスプリング手段を含むこ とを特徴とする、請求の範囲第１０項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 １２．該誘電体密封手段が比較的低電界の領域内に配置されることを特徴とする 、請求の範囲第８項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 １３．該誘電体密封手段が、他方の電極面において、電極の中心に近い比較的高 電界の領域からプラズマ形成気体を遮断して、他方の電極面の近くのプラズマ形 成を防止するために、該電極の周縁の近くにあることを特徴とする、請求の範囲 第１２項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 １４．さらに、該電極放射面の近くに比較的薄い細長いプラズマを発生する手段 を含むことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器 。 １５．該電極放射面が平らであることを特徴とする、請求の範囲第１４項に記載 のマイクロ波プラズマ反応器。 １６．該比較的薄い細長いプラズマを発生する手段が、該電極放射面と該室の間 の不均一な間隙を含むことを特徴とする、請求の範囲第１４項に記載のマイクロ 波プラズマ反応器。 １７．該不均一な間隙が、該電極の周縁から中心に向かっておおまかに増加する 間隙を含むことを特徴とする、請求の範囲第１６項に記載のマイクロ波プラズマ 反応器。 １８．該電極放射面が、少なくとも幅１／２波長の距離だけ離れることを特徴と する、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 １９．該電極放射面の周縁が、該室から１／２波長以下の距離だけ離れることを 特徴とする、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ２０．該電極放射面の中心が、該室から１波長以下の距離だけ離れることを特徴 とする、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ２１．さらに、該室内に励起する気体を導入する手段を含むことを特徴とする、 請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ２２．削除 ２３．該電極を冷却する該手段が、該電極に冷却液を流す手段を含むことを特徴 とする、請求の範囲第２２項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ２４．該電極に冷却液を流す該手段が、該電極内にあり、かつ該電極放射面から 離れた液体室を含むことを特徴とする、請求 の範囲第２３項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ２５．さらに、該電極放射面から該液体室内の冷却液への熱の流れを調整する手 段を含むことを特徴とする、請求の範囲第２４項に記載のマイクロ波プラズマ反 応器。 ２６．熱の流れを調整する該手段が、該冷却液室と該電極放射面の間の該電極内 に気体を提供する手段を含むことを特徴とする、請求の範囲第２５項に記載のマ イクロ波プラズマ反応器。 ２７．熱の流れを調整する該手段が、気体の圧力を変化させる手段を含むことを 特徴とする、請求の範囲第２６項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ２８．さらに、該電極放射面と該室の間に定常波を形成する手段を含むことを特 徴とする、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ２９．該２つの電極面のうちの他方が、該室から１／２波長以下の距離だけ離れ ることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ３０．該２つの電極面のうちの他方が、該室から１／４波長の距離だけ離れるこ とを特徴とする、請求の範囲第２９に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ３１．該室が、マイクロ波キャビティを含むことを特徴とする、請求の範囲第１ 項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ３２．該マイクロ波キャビティが、該室と同一の容積であることを特徴とする、 請求の範囲第３１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ３３．該マイクロ波キャビティが、該室よりも小さく該室内に含まれることを特 徴とする、請求の範囲第３１項に記載のマイ クロ波プラズマ反応器。 ３４．該キャビティの一部が、該室を越えて延びることを特徴とする、請求の範 囲第３１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ３５．マイクロ波エネルギーにより励起してプラズマにする気体を入れる室と、 気体プラズマを発生させるマイクロ波電界を入れるキャビティと、 ２つの面を有し、かつ一方の面からマイクロ波エネルギーを放射して、該電極 放射面の近くにプラズマを形成する、該キャビティ内に配置された電極と、 ２つの電極面の他方のまわりおよびプラズマを形成するためのマイクロ波放電 を発生させる該電極放射面の近くを通るマイクロ波エネルギーを２つの電極面の 他方に導入する手段と、 を含むマイクロ波プラズマ反応器。 ３６．該マイクロ波キャビティが、該室と同一の容積であることを特徴とする、 請求の範囲第３２項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ３７．該マイクロ波キャビティが、該室よりも小さく該室内に含まれることを特 徴とする、請求の範囲第３３項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ３８．該キャビティの一部が、該室を越えて延びることを特徴とする、請求の範 囲第３４項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ３９．マイクロ波エネルギーにより励起してプラズマにする気体を入れるほぼ円 筒形の室と、 その周縁において該室から１／２波長以下の距離だけ離れた放射面を有し、か つその周縁において該室から１／４波長の距離だけ離れた放射線受信面を有する 該室内の円盤形の電極と、 該電極に電気的かつ機械的に結合された管状中心導体を含む同軸マイクロ波導 体と、 該電極放射線受信面と該室の間の環状誘電体障壁と、 該誘電体障壁に対して該電極を密封するために、該中心導体を通して該電極に 圧力を加える手段と、 該電極放射面の近くにプラズマを形成するために、該室内に気体を導入する手 段と、 を含むマイクロ波プラズマ反応器。 ４０．マイクロ波エネルギーにより励起してプラズマにする気体を入れる室と、 該室内で該室を大気から密封する誘電体障壁手段と、 該誘電体障壁手段を該プラズマから遮蔽する該室内の電極と、 該室内で該電極の片側に該プラズマを発生させる手段と、 を含むマイクロ波プラズマ反応器。 ４１．マイクロ波エネルギーにより励起してプラズマにする気体を入れる室と、 ２つの面を有し、かつ一方の面からマイクロ波エネルギーを該室内に放射して 、該放射面の近くにプラズマを形成する、該室内に配置された電極と、 プラズマを形成するためのエネルギーを提供する２つの電極面の他方にマイク ロ波エネルギーを導入する手段と、 該電極放射面と該室の間に不均一な間隙を含む、該電極放射面の近くに比較的 薄い細長いプラズマを発生する手段と、 を含むマイクロ波プラズマ反応器。 ４２．マイクロ波エネルギーにより励起してプラズマにする気体を入れる室と、 ２つの面を有し、かつ一方の面からマイクロ波エネルギーを該室内に放射して 、該放射面の近くにプラズマを形成する、該室内に配置された電極と、 プラズマを形成するためのエネルギーを提供する２つの電極面の他方にマイク ロ波エネルギーを導入する手段と、 電極を冷却する手段と、 を含むマイクロ波プラズマ反応器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ，ＫＲ (72)発明者 セヴィラノ，エベリオ アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02173，レキシントン，ボランティア ウ ェイ ６ (72)発明者 スミス，ドナルド ケー. アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02174，アーリントン，ウェーヴァリー ストリート 167

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．マイクロ波エネルギーにより励起してプラズマにする気体を入れる室と、 ２つの面を有し、かつ一方の面からマイクロ波エネルギーを該室内に放射して 、該放射面の近くにプラズマを形成する、該室内に配置された電極と、 プラズマを形成するためのエネルギーを提供する２つの電極面の他方にマイク ロ波エネルギーを導入する手段と、 を含むマイクロ波プラズマ反応器。 ２．該電極が円盤形であることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のマイク ロ波プラズマ反応器。 ３．該マイクロ波エネルギーを導入する手段が同軸導体を含むことを特徴とする 、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ４．該電極に中心同軸導体が電気的に結合されていることを特徴とする、請求の 範囲第３項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ５．マイクロ波エネルギーを導入する該手段が、該同軸導体にマイクロ波エネル ギーを伝導するマイクロ波導波路を含むことを特徴とする、請求の範囲第３項に 記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ６．さらに、大気圧以下の圧力で作動する該室を真空にする手段を含むことを特 徴とする、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ７．さらに、該室を大気から密封する手段を含むことを特徴と する、請求の範囲第６項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ８．該室を密封する該手段が、マイクロ波エネルギーをそれに通過させる誘電体 密封手段を含むことを特徴とする、請求の範囲第７項に記載のマイクロ波プラズ マ反応器。 ９．さらに、該室を密封する該手段が、該電極に対して該誘電体密封手段を密封 する手段を含むことを特徴とする、請求の範囲第８項に記載のマイクロ波プラズ マ反応器。 １０．該電極に対して該誘電体密封手段を密封する該手段が、該誘電体密封手段 に対して該電極を押し付ける手段を含むことを特徴とする、請求の範囲第９項に 記載のマイクロ波プラズマ反応器。 １１．該押し付け手段が、該基板に機械的に結合されたスプリング手段を含むこ とを特徴とする、請求の範囲第１０項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 １２．該誘電体密封手段が比較的低電界の領域内に配置されることを特徴とする 、請求の範囲第８項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 １３．該誘電体密封手段が、他方の電極面において、電極の中心に近い比較的高 電界の領域からプラズマ形成気体を遮断して、他方の電極面の近くのプラズマ形 成を防止するために、該電極の周縁の近くにあることを特徴とする、請求の範囲 第１２項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 １４．さらに、該電極放射面の近くに比較的薄い細長いプラズマを発生する手段 を含むことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器 。 １５．該電極放射面が平らであることを特徴とする、請求の範 囲第１４項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 １６．比較的薄い細長いプラズマを発生する該手段が、該電極放射面と該室の間 に不均一な間隙を含むことを特徴とする、請求の範囲第１４項に記載のマイクロ 波プラズマ反応器。 １７．該不均一な間隙が、該電極の周縁から中心に向かっておおまかに増加する 間隙を含むことを特徴とする、請求の範囲第１６項に記載のマイクロ波プラズマ 反応器。 １８．該電極放射面が、少なくとも幅１／２波長の距離だけ離れることを特徴と する、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 １９．該電極放射面の周縁が、該室から１／２波長以下の距離だけ離れることを 特徴とする、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ２０．該電極放射面の中心が、該室から１波長以下の距離だけ離れることを特徴 とする、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ２１．さらに、該室内に励起する気体を導入する手段を含むことを特徴とする、 請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ２２．さらに、該電極を冷却する手段を含むことを特徴とする、請求の範囲第１ 項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ２３．該電極を冷却する該手段が、該電極に冷却液を流す手段を含むことを特徴 とする、請求の範囲第２２項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ２４．該電極に冷却液を流す該手段が、該電極内にあり、かつ該電極放射面から 離れた液体室を含むことを特徴とする、請求 の範囲第２３項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ２５．さらに、該電極放射面から該液体室内の冷却液への熱の流れを調整する手 段を含むことを特徴とする、請求の範囲第２４項に記載のマイクロ波プラズマ反 応器。 ２６．熱の流れを調整する該手段が、該冷却液室と該電極放射面の間の該電極内 に気体を供給する手段を含むことを特徴とする、請求の範囲第２５項に記載のマ イクロ波プラズマ反応器。 ２７．熱の流れを調整する該手段が、気体の圧力を変化させる手段を含むことを 特徴とする、請求の範囲第２６項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ２８．さらに、該電極放射面と該室の間に定常波を形成する手段を含むことを特 徴とする、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ２９．該２つの電極面のうちの他方が、該室から１／２波長以下の距離だけ離れ ることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ３０．該２つの電極面のうちの他方が、該室から１／４波長の距離だけ離れるこ とを特徴とする、請求の範囲第２９に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ３１．該室が、マイクロ波キャビティを含むことを特徴とする、請求の範囲第１ 項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ３２．該マイクロ波キャビティが、該室と同一の容積であることを特徴とする、 請求の範囲第３１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ３３．該マイクロ波キャビティが、該室よりも小さく該室内に含まれることを特 徴とする、請求の範囲第３１項に記載のマイ クロ波プラズマ反応器。 ３４．該キャビティの一部が、該室を越えて延びることを特徴とする、請求の範 囲第３１項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ３５．マイクロ波エネルギーにより励起してプラズマにする気体を入れる室と、 気体プラズマを発生させるマイクロ波電界を入れるキャビティと、 ２つの面を有し、かつ一方の面からマイクロ波エネルギーを放射して、該放射 面の近くにプラズマを形成する、該キャビティ内に配置された電極と、 プラズマを形成するためのエネルギーを提供する２つの電極面の他方にマイク ロ波エネルギーを導入する手段と、 を含むマイクロ波プラズマ反応器。 ３６．該マイクロ波キャビティが、該室と同一の容積であることを特徴とする、 請求の範囲第３２項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ３７．該マイクロ波キャビティが、該室よりも小さく該室内に含まれることを特 徴とする、請求の範囲第３３項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ３８．該キャビティの一部が、該室を越えて延びることを特徴とする、請求の範 囲第３４項に記載のマイクロ波プラズマ反応器。 ３９．マイクロ波エネルギーにより励起してプラズマにする気体を入れるほぼ円 筒形の室と、 その周縁において該室から１／２波長以下の距離だけ離れた 放射面を有し、かつその周縁において該室から１／４波長の距離だけ離れた放射 線受信面を有する該室内の円盤形の電極と、 該電極に電気的かつ機械的に結合された管状中心導体を含む同軸マイクロ波導 体と、 該電極放射線受信面と該室の聞の環状誘電体障壁と、 該誘電体障壁に対して該電極を密封するために、該中心導体を通して該電極に 圧力を加える手段と、 該管状中心導体を介して該電極を冷却する手段と、 該電極放射面の近くにプラズマを形成するために、該室内に気体を導入する手 段と、 を含むマイクロ波プラズマ反応器。 ４０．マイクロ波エネルギーにより励起してプラズマにする気体を入れる室と、 該室内の電極と、 該室内において該電極の片側にプラズマを発生させる手段と、 該室内において該室を大気から密封するために該電極によって該プラズマから 遮蔽された誘電体障壁手段と、 を含むマイクロ波プラズマ反応器。