JP2003518555A - 処理チャンバ中にマイクロ波エネルギーを結合させる装置 - Google Patents
処理チャンバ中にマイクロ波エネルギーを結合させる装置Info
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Abstract
Description
を結合させる装置に関し、さらに詳細にはマイクロ波供給路とマイクロ波導波管
を備えるプラズマCVDコーティングチャンバに関するものである。
移植材料の処理に用いるプラズマを発生させる装置が知られている。様々な形状
の工作物にコーティング処理が行なわれている。既知のプラズマ発生装置は、導
波管と同軸ケーブルによりマイクロ波が供給される環状共振器を有する。
化させプラズマ状態にするため、4つあるいはそれ以上のマイクロ波発生源がマ
グネトロンの形をとって空洞共振器の外壁に配置される自動車のタンクのコーテ
ィングが知られている。1つのタンクをコーティング処理するために少なくとも
4つのマグネトロンが必要であり、複数の容器の内部コーティング処理を同時に
行う場合、マグネトロンとその電力供給装置の数は、経済的に実行不可能な数に
まで増加してしまう。さらに、コーティング処理する容器のそれぞれの寸法と形
状に依存して、結合したマイクロ波エネルギーの損失と反射がある程度異なるの
で、与えられた容器の形状に対して修正操作を行うことが必要であるが、その修
正操作は別の異なる形状の容器には満足な結果が得られないということがわかっ
ている。異なる負荷、損失および反射現象が起きるので、それぞれの種類の容器
に対して多少面倒な調節や同調操作を行わなければならない。与えられた周波数
に対して最適な同調を達成するため、マイクロ波の反応チャンバへの供給路の長
さに依存するマイクロ波電力の反射項についても、種々の研究が行われている。
マイクロ波導波管中に別の吸収体を設けることにより、供給路の長さに依存する
反射効果のパターンを変化させることできるが、この場合幾何学的な変化の結果
としての不整合が常に観察される。
にコーティング処理することができるような本明細書の冒頭部分に記載される種
類のマイクロ波エネルギーを結合させる装置を設計することである。言い換える
と容器の寸法のわずかな違いや形状の違いにより別のマイクロ波エネルギー結合
装置を用意する必要がない、あるいは少なくとも変更作業が必要な調節や整合操
作が必要ない。
電力曲線の挙動は均一な効果を示すが、最小値のそばで再び同等に急激に立ち上
がるため、容器形状寸法の関数である導波管の有効長に依存する電力の反射項は
あまり急激に降下させるべきではない。
状の内部導体を有し、ほぼ円筒形の導波管が装置の中央に続き、先端には第2の
同軸導波管が内部導体を有するような実質的に円筒構造の装置において達成され
る。ここで、結合したマイクロ波エネルギーによりプラズマ状態に活性化される
ガスは、ガス供給チューブを通って第2の同軸導波管中に導入され、プラズマ領
域ではアンテナによりTMモードが発生する。それらの手段は、容器の形状寸法
に依存して電力の反射項がやや低下するが、十分なマイクロ波電力はプラズマを
点火しそれを維持することが可能である、すなわち反射電力は小さいため、不均
一な容積や形状の異なる容器についても常に効果的にコーティング処理すること
ができる。全く新規な変更は、コーティング処理する容器の容積が2つあるいは
それ以上の容器の要因により変化する場合と1つの容器の形状が他の容器の形状
と非常に異なる場合にのみ必要である。本発明による手段は、類似の形状および
寸法の容器を変換作業なしで効率的にコーティング処理できることを提供する。
ング処理結果に寄与する。また、3つの電気的に異なる導波管部分を連続させる
装置により良好な効率を持つプラズマ電力の結合も得られる。ここで第1の導波
管は同軸の導体であり、第2の導波管は円筒形の導波管(中心で)あり、先端の
導体は再び第2の同軸導波管である。これら3部分からなる装置の大きな優位性
は、一つの部分を他の部分から分離したり封止を解除したりできることである。
さらに、機能の異なるこれらの部分を分離できることは、マイクロ波の電力を結
合させる場合に特に有効である。
0mm以下であることも、本発明に関する特別な利点である。この棒アンテナ(
後で述べるアンテナの他の実施例と同様)により、TMモード、すなわち装置の
3つの部分において横方向の磁力線が得られ、TMモードの発生は特にプラズマ
領域中で可能である。本発明による装置は、棒アンテナが50mm以上60mm
以下の長さを持つときに良好に作用する。棒アンテナは銅製であり、外径が約8
mmである。また、棒アンテナの外径は、2mm以上10mm以下の範囲にある
とき良好に機能する。
形状であり、らせんアンテナの長さは50mm以上70mm以下であることがさ
らに好適である。いわゆるアルキメデスのらせんが知られている。極座標におい
て、式γ=α×φで表される。円錐らせんは空間的にアルキメデスのらせんに該
当する。それは、円錐の軸線に対して一定の角速度で回転する表面線上を一定速
度で移動する点の軌跡である。らせんアンテナも、その直径が特に好適には約3
.5mmの銅製であることが好適である。6巻きのらせんアンテナが非常に好適
であることが明らかとなっている。それらは長さが約60mmである。しかし試
験結果からは、長さ50mm以上70mm以下、巻き数5以上7以下の範囲につ
いてのらせんアンテナは、充分に作動することがわかっている。直径の範囲とし
ては、2mm以上5mm以下が明示できる。らせんアンテナが円錐台形状の場合
、小さい方の直径を持つ端はガス供給チューブの端に近づくのに対して、いわゆ
る後端または下流端の直径が大きくなる、すなわちガス供給チューブから遠くな
る。大きい方の後端の直径は、35mm以上50mm以下の範囲で好適には42
mmである。らせんの先端の小さい方の直径は、15mm以上30mm以下の範
囲で好適な実施例においては約22mmである。
が35mm〜50mmで好適には42mmである外観が段付きの形状とすること
も可能である。先端の3巻きの直径は15mm以上30mm以下の範囲が望まし
く、好適には22mmである。
0mmで好適には42mmである円周上にわたる円筒形のらせん形状を採用する
ことも可能である。段付き形状も円筒形状も、本来の幾何学的意味では明白に円
錐らせんではないが、正確な幾何学的定義の形状を持つ場合を除いて、らせんア
ンテナは機能する。
ブの形状を取りコーティング処理されるプラスチック容器に囲まれた金属製であ
り、また処理チャンバを形成する容器担持板中に保持される容器を提供する。プ
ラズマエネルギーを結合させる装置の本実施例は、プラズマによりプラスチック
容器の内面コーティングを行う工程において特に有用である。プラズマは、前述
の供給チューブを急速かつ効果的に通過し容器内部に導入されるガスにより(特
に)形成される。金属製のガス供給チューブは、本装置の先端において第2の同
軸導波管の内部導体を意味する。ガス供給チューブは、例えばPET製のプラス
チックのようなコーティング処理される容器内に突出し、その容器に囲まれてい
る。このように容器は実際の処理チャンバを形成する。適切な導管により処理チ
ャンバすなわちコーティング処理する容器内を所望の減圧に設定することができ
る。空洞共振器内の処理チャンバの外側は、異なる圧力になる。
の真空状態である場合、本発明による装置の中央の円筒形の導波管中に配置され
るさらなる形状は、装置の縦軸を横切る方向に広がる石英窓であることが望まし
い。その縦軸は、ガス供給チューブからアンテナあるいはその逆方向にほぼ一直
線に伸びており、石英窓はマイクロ波が窓と同じように通過できる板である。石
英板により1つの導波管と他方の導波管との間をガス漏れのないように分離し、
導波管部分を2つの異なる領域に分けることができる。このように1つの領域、
例えば第2の同軸導波管の領域を排気し、アンテナのある領域を大気圧に保つこ
とが可能である。
放自在に固定される場合が望ましいこともわかっている。試験結果から、通常好
適と考えられるハンダ接合は最適なマイクロ波エネルギーの結合に不適切である
ことがわかっている。それどころか装置の縦軸方向に伸びるらせんアンテナの後
端は、わずかに彎曲した形状で装置の縦軸方向に伸びるスリーブ形状の受信手段
中に嵌合され、その中にしっかりと締め付けられていることが適切である。
次の実施例より明らかになる。
中に配置されている。容器2は、容器2の内側に処理チャンバ3を形成するよう
に配置されている。容器2は、瓶の首4を通して下方前端のみが開放されている
。頂上である後端および側面は密閉されている。容器2は、瓶の首4を介して容
器担持板5により支持されている。図1および図3中の線図に示されるような装
置が、例えば図2に示す構造のように複数個関係する場合には、対応する穴6の
数は瓶の首4を受ける容器担持板5中に互いに並置される。
振器1の上方に後向きに取り付けられている。図には示されず識別されないが容
器担持板5中の穴6の中心から垂直に上方に向かって伸びかつ容器担持板5の表
面に垂直な本装置の縦軸方向において、各容器2の上の分割壁7中に、ハウジン
グ端部10により後部上方が密封されている円筒形ハウジング9を受ける穴8が
配置されている。
グ端部10のほぼ中心に固定されている。マイクロ波供給路11は、典型的には
同軸ケーブルあるいは同軸導波管であり、符号12で表され、図1および図2中
の実施例において棒の形状であるため棒アンテナと呼ばれるアンテナにマイクロ
波を供給する。図3および図4の実施例において、アンテナ12は円錐らせん形
状であるが、これも符号12で表される。このアンテナは結合したマイクロ波エ
ネルギーをハウジング9、空洞共振器1およびこれらの実施例においてはコーテ
ィングチャンバ3の形状である処理チャンバ3に供給する。導波管全体の空間は
、図の下方先端である容器担持板5の内側表面から上方にハウジング端部10の
内側表面に及ぶ。マイクロ波が作用する空間は全長Lの部分である。この実質的
に円筒構造の構成は、電気的にみると、後端すなわち図1〜図3の上端において
、領域aにはアンテナ12の形状である内部導体を有する第1の同軸導波管があ
るということである。それは領域aの先端で終わっている。中央部分において領
域bには、内部導体を持たないほぼ円筒形の導波管がつながっており、図中下方
の前端すなわち領域cにおいて第2の同軸導波管を形成している。後者はガス供
給チューブ13の形状で内部導体を有する。
器1の空間とハウジング9の空間とをガス漏れのないように分離する石英窓14
が、分割壁7中に配置された円筒形ハウジング9の前部下端に取り付けられてい
る。
給チューブ13を介して空洞共振器1中に導入される。
用により空洞共振器1中で発生して活性化し、他の空間やチャンバにも作用する
ことがある。
ズマ発生用のガスが穴15から流出した後容器2の体積中に完全に留まるよう容
器担持板中に容器2の口である首が密封して嵌合されている。このときいわゆる
プラズマ領域は、実質的に空洞共振器1の前部の下方領域c内にある。
なく、後端(領域a)に配置された第1の同軸導波管の長さはアンテナ12の長
さにより規定される。円筒形の導波管が内部導体を持たない領域bにおいて、実
質的な円筒空間は、たとえ異なる直径をもつ別のハウジング部分により形成され
ていても、一方はアンテナ12からの間隔により決まり、他方はガス供給チュー
ブ13の内部自由端により決まる。最後に、先端部分である領域cでは、第2の
同軸導波管は内部導体の長さすなわちガス供給チューブ13の長さにより決まる
。その長さは容器担持板5の内側表面からガス供給チューブ13の上部後端まで
の長さである。
線から成る。
の装置は外観のみを示すが、左手の装置は断面を示している。各ユニットにおい
て、マイクロ波はハウジング9を通ってアンテナ12により空洞共振器1中に結
合される。アンテナ12は、前部後方からすなわち図2の上方から装置全体を貫
く中心軸線に沿って伸びている。アンテナ12は、空洞共振器1の円筒周りに想
像的に配置されると見なされる真空チャンバの外側のハウジング9中に配置され
る。石英窓14は上方で空洞共振器1を閉じており、容器担持板5は前部下方に
閉鎖手段を形成する。
するため、図2に二つが例示されているような瓶の配列や並びの全範囲に及び、
互いに重ね合せて配置される二つのチャンバまたは空間がある。ガス供給チュー
ブ13を位置決めし、瓶形状の容器2を処理用ガスと排気系とに接続し、さらに
空洞共振器1を密閉するために、共通の容器担持板5上に位置する容器は、二重
のチャンバまたは空間16/17に対して相対的に動く。各ユニットのガス供給
チューブ13は、ガスの充満する空間である下方のプレナムまたは空間16に接
続されている。処理用ガスは、少なくとも1つのガス供給路18を通って供給さ
れる。各ガス供給チューブ13は、取り入れ口側に制御フラップまたは開口の形
をもち、容器2内に流れ込む処理用ガスの流れを調節するスロットル19を有す
る。
る上部プレナム17に接続される。上部プレナム17は、各容器2内を減圧させ
、かつそれを維持するために真空排気路20を経由して排気される。
プレナム16と上部プレナム17)は分離され、瓶形状の容器2は取り外し可能
となる。
構造が同じである。その違いはアンテナ12の形状である。図3および図4に示
すように、アンテナ12の形状は円錐らせん形状である。ハウジング9内の空間
に突出し、らせんアンテナ12の後部上端22は摩擦接合により内部に固定され
たスリーブ形状の受信手段または取付け21が、容器端部10に取り付けられて
いる。図4は、受信手段21中のめくら孔の内径より小さいらせんアンテナ12
の上端22の外径が、受信手段21中に摩擦接合するように彎曲している様子を
示す。
0の下端表面とらせんアンテナ12の最上部の最初の1巻きとの間隔は50mm
である。最上部の後端の1巻きの直径も50mmであり、らせんアンテナ12の
縦軸方向の長さは60mmである。らせんアンテナ12の最先端における最小の
巻きの直径は22mmである。
る。
た実際の構造の部分破断線図である。
ある。
Claims (6)
- 【請求項1】 マイクロ波供給路(11)とマイクロ波導波管(9、1)を
備え、第1の同軸導波管(領域a)が後端にアンテナ(12)形状の内部導体を
有し、装置の中央にほぼ円筒形の導波管(領域b)が続き、先端(領域c)には
第2の同軸導波管(1)が内部導体(13)を有するような実質的に円筒構造の
装置であり、ガスはガス供給チューブ(13)を通って第2の同軸導波管(領域
c)中に導入され、結合したマイクロ波エネルギーによりプラズマ状態に活性化
され、プラズマ領域(1、c)中でアンテナ(12)によりTMモードが発生す
ることを特徴とする空洞共振器(1)内に配置された処理チャンバ(3)中に、
詳細にはプラズマCVDコーティングチャンバ(3)中にマイクロ波エネルギー
を結合させる装置。 - 【請求項2】 第1の同軸導波管(領域a)のアンテナ(12)は棒状であ
り、棒アンテナ(12)の長さは40mm以上100mm以下であることを特徴
とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 第1の同軸導波管(領域a)のアンテナ(12)は円錐らせ
ん形状(図4)であり、らせんアンテナ(12)の長さは50mm以上70mm
以下であることを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項4】 第2の同軸導波管(領域c)の内部導体(13)は、ガス供
給チューブ(13)の形状であり、コーティング処理されるプラスチック容器(
2)により囲まれた金属でできており、容器担持板(5)中に支持される容器(
2)は処理チャンバ(2)を形成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれ
かに記載の装置。 - 【請求項5】 装置の中央にある円筒形の導波管(領域b)中に、装置の縦
軸を横切る方向に広がる石英窓(14)が配置されることを特徴とする請求項1
乃至4のいずれかに記載の装置。 - 【請求項6】 らせんアンテナ(12)は、スリーブ形状の受信手段(21
)中に摩擦接合により釈放自在に固定されることを特徴とする請求項1乃至5の
いずれかに記載の装置。
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