JP2001508226A - 強力マイクロ波プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 強力マイクロ波プラズマ発生装置において、共振器は、内部及び外部導体を備えた同軸共振器として設計されている。マイクロ波は、前記同軸共振器の境界を介してプラズマチャンバに結合されている。

Description

【発明の詳細な説明】 強力マイクロ波プラズマ発生装置 マイクロ波プラズマは、例えば、部品の製造又は加工、マイクロエレクトロニ クス、コーティング、気体の分解、材料の合成又は洗浄、といった技術分野にお いて使用される。 本装置において、マイクロ波は、任意にプラズマチャンバの周りの導波管共振 器への供給口を介して、マイクロ波発生装置から任意に備えている容器、即ち作 動空間と共に、前記プラズマチャンバに、結合点を介して供給される。従来、特 にリング共振器、即ちリングとして設計された、共振器リングの比較的大きな断 面直径に比べて、軸に沿った長さが短い導波管共振器が使用されている。例えば この場合は、チューブとして設計されたプラズマチャンバの軸とリング共振器の 軸が、同一又は共通のｚ軸であるのが一般的である。 ＤＥ19600223.0-33号明細書によると、共振器リングは、矩形断面を有し、結 合点は、例えば、短い断面側でスロットの形状をしている。マイクロ波プラズマ を生成するためのこの種の装置は、高い効率性を有する。しかしながら、より均 一でより強力なプラズマチャンバ及びより簡単な構造の装置が必要とされる。 本発明は、マイクロ波プラズマ発生装置に関するものであり、前記装置の共振 器は、内部及び外部導体を備えた同軸共振器として設計されている。前記導体が 、完全に又は部分的に前記共振器の内部及び外部境界を形成している限り、後者 の形状と前記導体の形状は任意である。前記二つの導体が、同種の又は同一の、 類似した軸方向を有するか、或いは、共通のｚ軸を有するのが好ましい。驚いた ことに、本装置の作動中、真空状態は必ずしも必要とされない。 同軸共振器としてそれぞれ内部に配置されており、端部が閉鎖されていても開 口されていてもよい細長型の中空部、例えば圧延部から成るのが好ましい。角度 基準面を含み、それぞれ内部に配置されている、任意の二つのチューブ又はシリ ンダーは、形成しやすい典型例である。結合が外部導体のみを介して行われる場 合は、内部導体として、導線又は固体円柱を備えているのが好ましい。 前記共振器は、本質的に、前記プラズマチャンバと同一のｚ軸方向の軸を有し 、ｚ軸方向に沿った前記共振器及びプラズマチャンバの長さが、同一又は同一で ないように設計してもよい。 前記装置は、前記全構成要素を複数含有することも可能である。 このように、本発明は、異なる断面を有し精密に設計された共振器リングとは 異なる。前記共振器リングは、例えば、共振器として設計されており、リングが 手の指の周りにぴったりとフィットするように、プラズマチャンバの周りにぴっ たりとフィットする。この代わりに、本発明によると、同軸共振器は細長く、例 えば、手の指の周りの手袋の指の部分の空間のように、本質的にｚ軸方向に全長 にわたって、スリーブとして設計され得る。本発明によると、前記プラズマチャ ンバ及び共振器は、特定の空洞形状に限定されない。前記同軸共振器の内部及び 外部導体が、本質的にそれらのｚ軸と呼ばれる長軸又は最長軸が、本質的に同一 方向にあることが非常に好ましい。前記チャンバ及び同軸共振器の軸の対応方向 は、共通又は平行軸であるのが好ましいが、前記二つの構成要素の軸間に小さい 角度又は90°までの傾きを設けることも可能である。 柔軟性のある金属チューブから成る、例えばコイル状ストリップ又はインター ロックリングの形状の同軸導体を設けることが可能であり、前記共振器は、それ ぞれ内部に配置された二つのチューブ、又は、例えば前記導体の一つとして、管 状或いは卵形チャンバの周りに巻き付けられた一つのチューブで形成される。前 記プラズマチャンバの壁は、前記導体の一つを構成していてもよく、前記プラズ マチャンバの形状は任意であるが、管状、球状又は円柱状に設計されるのが常に 好ましい。 全ての場合において、前記チャンバ及び共振器の長さは、等しくても等しくな くてもよく、例えば、好ましい方向に対して垂直に、一以上のチャンバ、一以上 の同軸共振器、又は分割されたチャンバ或いは同軸共振器を形成することが可能 である。 結合点、例えば、アンテナの形状、又は、好ましくは、スロット或いは間隙の 形状の結合点を、前記同軸共振器の壁上、つまり、前記チャンバと共通の壁上に 任意の個数、好ましくは、それぞれ選択されたプラズマモードに必要な配置、形 状寸法及び個数で配置してもよい。 前記同軸共振器において、小さなサイズの結合点が、共振を本質的に乱すこと はない。この種の結合点、及び比較的多数の結合点により、前記プラズマチャン バにおける、頻繁に好ましいとされる均質なプラズマ形成、及び適切なサイズで ある場合には、前記チャンバにおける共振を可能にする。 マイクロ波源は、任意に制御される給送口又は更なる共振器を介して、内部境 界を含む同軸共振器上の任意の点に直接配置してもよく、一以上のプラズマチャ ンバに結合してもよい。前記プラズマチャンバは、前記同軸共振器と同様に、例 えば、セラミック、石英ガラス又はテフロンのような誘電物質を全体に、又は部 分的に含有していてもよい。 本発明によると、もはや前記共振器の内部のみに前記チャンバを配置する必要 はない。内部導体の全体又は一部に配置した内部チャンバを、外部チャンバ同様 設けることができ、それぞれ作動空間又はそこに配置された任意の構造の誘電壁 を備えた容器と共に、オプションとして、一以上の外部チャンバ及び一以上の内 部チャンバの両方を設けることもできる。 このように、本発明の同軸共振器は、広範囲に渡る様々な構造及びデザインに することが可能である。前記プラズマチャンバは、付加的共振器又はその一部で あってもよい。この場合、前記プラズマチャンバは、円筒共振器として設計し、 特定のモードの関連形状であることが好ましい。一以上の同軸共振器に複数のマ イクロ波供給口を形成することが可能である。 本装置の特定の技術的及び幾何学的設計は、各種モードに特に適している。好 ましい同軸モードＴＥＭ又はＴＭ_n1は、直径の異なる、好ましくは円柱状の電気 的に伝導する二つのチューブ間の同軸共振器に最適に形成される。それらのチュ ーブ中に、ＴＥ_nm又はＴＭ_nmいずれかの磁界分布を有することも可能である。前 記二つのチューブの長さは、使用されるマイクロ波の伝播波長の半分の倍数に等 しいのが好ましい。そして、前記チューブの二端は、例えば、壁、気体透過形グ リッド又は短絡ディスクを用いた、電気的に伝導する端末を有する。 通常通り誘電物質からなる一容器又は複数の容器は、本発明によると、大きな 容量のものであってもよく、分割されている場合、いくつかの用途に役立つ。外 部に配置された大きな容器の場合、必ずしも金属密閉壁を設けることを必要とし ない。 永久マグネット又はコイルの配置、例えば、ヘルムホルツ(Helmholz)によると 、それぞれの外部チューブ又は金属外壁の周りの永久マグネット又はコイルの配 置により、チャンバ内で電子サイクロトロン共振プラズマのための状態にするこ とができる。同様に、前記同軸共振器の内部導体にマグネットを配置することも 可能である。 図１は、図１ａにおいてｚ軸に沿った装置の断面を、図１ｂにおいてその関連 平面図を示している。装置は、マイクロ波源４を備えた管状同軸共振器の内壁２ 及び外壁３、及び容器１で示されており、マイクロ波源４は、２と３の間の共振 器に結合されている。図１において、二つの結合スロット５が、内壁２に周囲溝 として形成されており、それらは前記装置のｚ軸に対し垂直である。前記同軸共 振器及びプラズマチャンバは、内部にあり、円筒共振器として設計されており、 この具体的な実施形態においては、ｚ軸方向の長さが等しい。１０は、前記プラ ズマチャンバを二つのチャンバに分割する、例えば金属のような、任意のグリッ ドである。プロセスガスの供給及び排出用の開口部６は、例として、前記プラズ マチャンバの上下閉鎖壁に示されている。 図２は、図１に類似の装置を示しているが、この場合、結合点５が、内部同軸 導体の壁に縦方向のスロットの形状で配置されているので、装置のｚ軸に平行に 走っている。更に、図２は、前記同軸共振器及びプラズマチャンバを調整するた めの可能性の幾つかの例を含む。閉鎖ディスク７は、前記同軸共振器を調整する ために使用される。調整ピン又はネジ８は、同様の用途に利用できる。この種の 調整部品の位置及び数は、必要に応じて変えてもよい。調整ピン９は、前記プラ ズマチャンバを調整するための一可能性を示す。前記プラズマチャンバの長さを 変化させる閉鎖ディスク(ここでは図示されていない)も、同様の機能を有する。 図中の矢印は、調整部品が動く方向を示している。 図３は、外部プラズマチャンバを備えた装置の詳細を示しているが、ここでは 完全には示されていない。マイクロ波発生装置４は、同軸共振器の内部導体２の 内側に取り付けられている。結合点５は、同軸共振器の外壁に、三方位に、部分 的に周囲に結合しているスロットとして設計されている。 図４は、本発明の更なる具体的な実施形態の概略を示したものであり、図４ａ は、内部プラズマチャンバ１１及び外部プラズマチャンバ１２の両方を備えた装 置の断面を示している。必要であれば、前記プラズマチャンバ１１及び１２に容 器を取り付けてもよい。 図４ｂは、マイクロ波が、円筒共振器１３に直接結合されている装置の断面を 示しており、この共振器は、同軸共振器と共に周囲の方位スロットを介して結合 されている。更なる円筒共振器として設計され、容器１を備えた、プラズマチャ ンバ１１への結合は、更なる結合スロットを介して行われる。 図４ｃは、例として外部導体３を備え、螺旋状に巻き付けられた同軸共振器、 及び例えば導線として形成され、同様に巻き付けられた内部導体２が円筒形チャ ンバ１２の内部にある装置の断面を示す。同様にして、コイル状又は巻線形の同 軸共振器が、外部導体と共にチャンバを完全に又は部分的に取り囲んでいる、即 ち、例えば、テープ又はコードの様式で、チャンバの周りに巻きつけられている 構造とすることができる。 図４ｄは、球状プラズマチャンバ１１を備えた装置の断面を示す。マイクロ波 発生装置４のアンテナは、同軸共振器の内部導体２に直接接続されている。外部 導体３は、マイクロ波発生装置４に向かって円錐形に先細り状になっている。マ イクロ波パワー源は、一方位の結合スロット５を介してプラズマチャンバに結合 されている。

【手続補正書】 【提出日】平成１０年９月１７日（１９９８．９．１７） 【補正内容】 【図１】【図２】【図４】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．マイクロ波プラズマ発生装置であり、マイクロ波発生装置、結合点を有する 給送共振器、プラズマチャンバ、及びオプションとしての容器を備えており、外 部及び内部境界が、好ましい幾何学的方向を持つか又は持たない同軸共振器の外 部導体及び内部導体として設計されている共振器を備えているマイクロ波プラズ マ発生装置。 ２．前記プラズマチャンバが、前記共振器によって完全に又は部分的に囲まれて いることを特徴とする請求項１記載の装置。 ３．前記共振器が、前記プラズマチャンバによって完全に又は部分的に囲まれて いることを特徴とする請求項１記載の装置。 ４．一以上のチャンバが前記共振器の内部及び／又は外部に配置されているか、 或いは、前記プラズマチャンバが分割されていることを特徴とする請求項１記載 の装置。 ５．前記同軸共振器及び前記プラズマチャンバが、同一の好ましい方向に、等し い長さ又は異なった長さに設計されていることを特徴とする請求項１記載の装置 。 ６．前記共振器に、又は前記共振器から前記マイクロ波を結合するための前記結 合点が、前記同軸共振器の壁中又は壁上に、或いは前記チャンバと共振器の共通 の壁中又は壁上に配置されていることを特徴とする前記請求項の一に記載の装置 。 ７．前記結合点がロッドアンテナ及び／又はループ及び／又はスロット及び／又 は間隙であることを特徴とする前記請求項の一に記載の装置。