JP3055806B2

JP3055806B2 - マイクロ波によるプラズマ発生装置

Info

Publication number: JP3055806B2
Application number: JP2417810A
Authority: JP
Inventors: ローランドゲッシュ; カール−ハインツクレットシュメル
Original assignee: Unaxis Deutschland Holding GmbH; Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Current assignee: Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1989-12-23
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 2000-06-26
Anticipated expiration: 2015-06-26
Also published as: DE59009135D1; EP0434933A3; KR910013334A; EP0434933B1; JPH05326189A; EP0434933A2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波によるプラズ
マ発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマは産業上広範囲に適用可能であ
り、例えば箔の溶着又は被着に用いられる。従ってプラ
ズマは制御自在に効率良く発生させるのが重要である。
プラズマとは、自由に移動可能な正及び負の電荷キャリ
アと、一定なランダム熱運動を行う電気的に中性な原子
及び分子とから成る電気的な通常ホットな混合物である
と解される。一般に、電荷キャリアは中性原子及び分子
の解離により形成される。この際に必要なエネルギーは
熱の形態で供給するか又は放射即ち電磁界エネルギーと
する。

【０００３】静電界により荷電粒子を発生させる既知の
装置としては、熱電子陰極及び金属電極を必要とするカ
ウフマンイオン源がある（米国特許第3,156,090 号;
ソリッドステートテクノロジ 1977 年11月号, 第66
〜70頁にエル・ディーボリンガーが発表した論文 "イ
オンミリングフォーセミコンダクタプロセス"
参照) 。

【０００４】熱電子陰極を用いることなく作動する他の
装置は2.4 GHz マグネトロンと、中空導波管と、短絡プ
ランジャーとで構成される米国特許第4,058,748 号参
照) 。この場合、マイクロ波が励起源を構成する。電磁
マイクロ波の電界によって既に存在する荷電粒子を加速
するため、これら粒子は中性粒子と一層頻繁に衝突し中
性粒子をイオン化する。

【０００５】荷電粒子が発生する割合は電磁マイクロ波
に静磁界を重畳することにより増大する。これがため、
静磁界がマイクロ波の交番電界と直交する際にいわゆる
電子サイクロトン共鳴(ECR) が発生する。 ECRイオン源
は最近広く用いられている。

【０００６】ワイドファン状イオンビームを発生する既
知のマイクロ波ブロードビームイオン源には空胴共振
器、磁気コイル及び抽出系が設けられている（東独特許
第248,904 号参照) 。この場合マイクロ波は E₀₁円形導
波管によって導入される。

【０００７】他のプラズマ ECR発生器では、マイクロ波
をハイブリッド態様で導入し、即ちTE₁₀波を少なくとも
部分的にTM波に変換してプラズマ発生収率を高くし得る
ようにする (ヨーロッパ特許出願 A 10 311 696 号参
照) 。

【０００８】更に、電子サイクロトン共鳴によって発生
したプラズマを用いて半導体基板を処理する装置も既知
であり、この場合円偏向マイクロ波によってプラズマ励
起を行うようにしている（ドイツ公開公報第38 44 034
号、1990年２月８日公開参照）。マイクロ波装置によっ
て発生した2.45GHz マイクロ波は矩形導波管及び矩形−
円形マイクロ波変換器を経て円偏向変換器に伝送する。
この変換器は矩形導波管に結合された端部が円形断面を
有するため、矩形導波管から供給されTE₁₀モードで発振
するマイクロ波は円形断面のT₁₁モード波に変換され
る。従ってこの既知の装置では給電導波管及びプラズマ
チェンバ間に偏向ユニットを配置し、従ってこれはプラ
ズマチェンバの全断面に亘って延在する。これがためプ
ラズマの量が著しく少なくなる欠点がある。その理由は
30cmのプラズマチェンバの直径及び2.45GHz のマイクロ
波周波数に対する作動をすでに停止しているからであ
る。又、変換器が特に角度応動モードの励起を妨害する
ような構成となっているため、プラズマチェンバ内の電
磁界は不均等となる。

【０００９】更に、 ECR状態のもとで、マイクロ波電磁
界からプラズマへの電力伝達効率を測定する既知の方法
においては円偏波が用いられている (ジャパニーズジ
ャーナルオブアプライドフィジックス、第16巻、
第11号、1977年11月、第1993〜1998頁参照) 。この円偏
波はモード変換器又は偏向フィルタに連結されたマグネ
トロンによって発生させる (エムクンメル著、グルン
ドラーゲンデルマイクロヴェレントシュニック、19
86年第232 頁参照) とともにこれによりマイクロ波をλ
/4板により通過させながらかかるモード変換器に供給す
る。このλ/4板によって直線偏向されたTE₁₁波を円偏波
に変換し、これによりプラズマへの電力伝達効率を増大
させるようにする。モード変換器の直径はプラズマチェ
ンバに比べて比較的小さい。

【００１０】又、マイクロ波を漏斗状即ちホーン放射器
によってプラズマチェンバ内に放射することも既知であ
り、この放射器の最も広い開口部はプラズマチェンバの
上端面にほぼ対応するようにしている（ヨーロッパ特許
第 A0 326 824 号参照) 。しかし、この場合供給される
マイクロ波は円偏波ではない。

【００１１】本発明の目的は、円偏向されたマイクロ波
をプラズマ内に供給して多量のプラズマを発生させるよ
うにしたマイクロ波によるプラズマ発生装置を提供せん
とするにある。

【００１２】本発明は、円偏波マイクロ波の発生装置に
して、マイクロ波発振器（１７）と；前記マイクロ波発振器（１７）に連結され、該マイクロ
波発振器（１７）から来る平坦偏波マイクロ波を案内す
る矩形導波管（１３）と；前記矩形導波管（１３）に連結され、該矩形導波管（１
３）から来る前記平坦偏波マイクロ波を円偏波マイクロ
波に変換するモード変換器（１２）とを含む円偏波マイ
クロ波の発生装置であって、円偏波されたＨ１１基本波
は優先的に前記モード変換器（１２）内を伝播し；前記モード変換器（１２）は前記矩形導波管（１３）に
強固に連結され；前記モード変換器（１２）に隣接して円形・円筒状の導
波管（１１）が設けられ、該導波管（１１）の入力側は
前記モード変換器（１２）の出力側に強固に連結され、
前記円形・円筒状の導波管（１１）の内径はその全長に
わたり一定であると共に、その寸法は前記Ｈ１１基本波
だけがその内部で伝播できるように設定され；大小の内部断面を有する漏斗状のホーン導波管（１０）
が、小断面を有するその入り口開口部を前記円形・円筒
状導波管（１１）の出力側に強固に連結されるように配
設され；マイクロ波が入ることのできる窓（９，７２）を有する
収容部を備えたプラズマ室（１，６４）が設けられ、前
記窓（９，７２）の領域は前記大きな内部断面を有する
漏斗状のホーン導波管の出力側により決定され；前記プラズマ室（１，６４）に入ると共に、前記マイク
ロ波の電界に対して直交して整列された一定磁界を有す
る磁石（７，８，６６−６９，７３）が設けられること
を特徴とする、円偏波マイクロ波の発生装置を提供す
る。

【００１３】本発明によれば、特に出力として標準円形
導波管を有する市販の変換器を用いて円偏波を発生させ
ることができる利点がある。この場合、角度に依存する
高次のモードは励起されない。その理由は円偏向された
基本波をホーンに供給するからである。このファクタ
は、プラズマチェンバを回転対称とすることにより更に
強めることができる。

【００１４】

【実施例】図面につき本発明の実施例を説明する。図１
(a) はＸ軸に沿って右側に伝播する平面直線偏向電磁波
を示す。この直線偏波はＹ方向にプロットされる交番電
界外１（以下の文中の外字を表１に示す。）と、Ｚ方向
にプロットされる交番磁界外２とで形成される。この直
線偏波は平面波と称される。その理由は電磁界外３及び
外４がｙ及びｚとは独立しており、従ってこれらの面に
おいてｘ＝一定で空間的に変化しないからである。これ
は直線偏向と称される。その理由は電磁界のベクトルの
ピークが一定の個所で一度に直線状に移動するからであ
る。

【００１５】図１(b) は位相が90度推移し、且つＹ−Ｚ
面でほぼ90°回転している電磁界外５及び外６を有する
直線偏波を示す。図１(a) 及び図１(b) による２つの波
を重畳し、電界のみを考慮する場合には、図２に示す波
が得られるが、この場合、電界全体の回転方向は相違す
る。この際、電界ベクトル外７及び外８を加算して総合
電界外９を形成する。かように90°の位相推移及びＹ−
Ｚ面における90°の回転のため、その合成Ｒはスパイラ
ル状となる。このスパイラルは図２においては右回転で
あるが、図１(a) 及び図１(b) のベクトルを合成する場
合には左回転のスパイラルとなる。従って図２の原点に
対しＸ軸の右側からみて、ベクトル表示はこれが図２の
右側にみたものとなる。

【００１６】図３は合成外10及び外11波をＸ軸を中心と
して回転するベクトルとして示す。双方の波は特定の振
幅を保持する。便宜上、電界ベクトル外12は偏向特性を
も決める波全体を表わすものとする。ベクトル外13及び
外14が同一の位相を有する場合にはこの波は直線偏波と
なる。しかし、ベクトル外15及び外16間に位相推移が生
じる場合にはこの波は楕円偏波となる。楕円偏波の特定
の場合が円偏波であり、この場合ベクトル外17及び外18
は同一の振幅を有するがその位相差はψ＝π／２であ
る。

【００１７】プラズマ励起にしばしば用いられる中空導
波管ではTE波、TM波及びTEM 波を識別する。即ち、波の
磁界強度が伝播方向の成分を有さない場合にはこの波を
TM波と称する。TM波の場合には電界は伝播方向の成分を
有しており、磁界が正しく直交する。従って直交磁界
波、即ちTM波又はＥ波と称する。又、電界強度が伝播方
向に成分を有さない場合にはこの波はTE波と称する。こ
の場合Ｈ成分が伝播方向に発生するため、TE波即ち直交
電界波はＨ波とも称する。

【００１８】電界及び磁界が正しく直交、即ち伝播方向
に垂直に指向されている電磁波は直交電磁波、即ち TEM
波と称する。従って図１(a) 、図１(b) 及び図２の波は
TM波である。このTEM 波は中空導波管内を伝播し得な
い。その理由は金属壁における境界条件 E_tangential =
0 , H_normal = 0によって伝播を禁止するからである。
Ｅ及びＨ電界はＥmn又はＨmnモードに分類され、ここに
n=1, 2, 3, ---としてｍは２つの壁部間の各１径路に沿
って伝播方向に垂直に電界分布中における正弦又は余弦
の半周期の数を示す。

【００１９】これに及ぼす電磁放射線の影響、特に多数
の種々の荷電粒子に及ぼす電磁放射線の影響は極めて複
雑である。静電界を電磁界に重畳する場合にはこれらの
影響は一層複雑になる。静電界によって荷電粒子を電界
ベクトルの方向に加速することは既知である。これがた
め、荷電粒子は一定な力のもとで、均等電界内で直線状
に移動する。即ち速度は時間に比例して増大し、且つ運
動エネルギーは２乗態様で増大する。

【００２０】静磁界の影響を図４に示す。電荷キリャア
が均等磁界Ｂ内で移動すると、この電荷キャリアは磁界
から何等エネルギーを吸収しない。その理由はローレン
ツの力数１（以下の文中の数式を表２に示す。）が速度
外19に常時直角となり、従って前記径路に直角となるか
らである。これがため、電荷キャリアの運動エネルギー
W_k=1/2 mv²は一定に保持され、従ってその速度の大き
さにも一定に保持されるようになる。粒子が磁界内で軌
道を描く角速度は数２であり、これは電荷キャリアの速
度の関数ではない。この角速度の大きさは回転即ちジャ
イレーション周波数と称する。この角速度ωはラーモア
回転数とも称されるがこれは誤りである。その理由は原
子物理学においてはラーモア回転数は電気的に拘束され
た電子の歳差周波数を意味するものである。これはジャ
イレーション周波数の1/2 の大きさである。荷電粒子が
統計的に重畳された電界及び磁界内で移動する場合には
その運動の方程式は、数３となる。

【００２１】図５は交差電磁界外20, 外21によって粒子
がサイクロイド径路を辿る場合を示す。交差電磁界では
磁力線を中心とするジャイレーション中の粒子は電界に
よって加速又は減速される。固定速度のジャイレーショ
ン及び他の速度の重畳されたドリフトによって回転方向
がジャイレーションの回転速度に対応するサイクロイド
を発生する。

【００２２】静電磁界の代わりに静磁界及び高周波交番
電磁界を荷電粒子に作用させると、荷電粒子の径路は一
層複雑となると共に殆ど解析し得なくなる。それにもか
かわらず、この電磁界の重畳は実際上大きな役割を呈す
る。その理由はこの組合せ効果により、長い間知られて
いたいわゆる電子サイクロトン共鳴(ECR) が発生するか
らである (ジェイ．エス．タウンゼント及びイー．ダブ
リュー．ビー．ギルによるフィジックスオブマグネ
チック、1962年、第16巻、第227 〜232 頁、への投稿論
文、参照) 。

【００２３】電子のジャイレーション周波数 f =(B・
θ)/(2π・m)がマイクロ波の周波数に等しい場合にはこ
のECR 共鳴が発生する("ニュークリアインストラメン
ツアンドメンヅ" 、1962年、第16巻、第227 〜232
頁にオガワ及びアベが発表した論文参照) 。

【００２４】均等静磁界中で電気的に直線偏向された交
番電界により加速された電子は、この交番電界の周波数
及び磁界の強度が ECR条件を満足する場合にはスパイラ
ル径路を描くようになる。電子のエネルギーは各回転に
より増大すると共に加速は正弦波状となる。しかし、直
線偏波により電子サイクロトン共鳴を励起すると、励起
された直線偏波が２つの円偏波に分解されるようになる
欠点がある。これらの偏波のうちの一方はプラズマ内に
浸入し得ない。その理由はこれが反射されるからであ
る。これがため、この結合の有効性は低くなる。又、電
子の加速が時間的に正弦波状となる他の欠点もある。こ
の電子は連続的に加速するのが好適である。本発明手段
によれば円偏波をプラズマ内に供給することができる。

【００２５】図６はプラズマ発生装置を示し、この装置
は電源３に接続された基板支持体２を囲む円筒形プラズ
マチェンバ１を具え、このチェンバから粒子をたたき出
してグリッド４によりイオンとして吸引し、この粒子を
電磁石６により囲まれたスペース５内に移動させるよう
にする。又、プラズマチェンバ１を図示しないガス供給
源に連結する。

【００２６】プラズマチェンバ１の囲りには数個の永久
磁石を環状に配列するが、本例ではそのうちの２個の永
久磁石のみを示す。これら永久磁石はマイクロ波と相俟
ってECR状態を発生する。即ち、これら永久磁石は、円
周方向に垂直にみて各Ｎ極にＳ極が続き、次いでその逆
となるように円筒状プラズマチェンバ１を囲むようにす
る。これがため、いわゆるカスプ磁界が得られるように
なる。

【００２７】プラズマチェンバに到来したマイクロ波は
円偏向され、透過性石英カバー９を経て供給される。円
形導波管11に結合される漏斗状ホーン導波管10をこの石
英カバーに設定する。次いで、この円形導波管11はそれ
自体が矩形導波管13に連結されている変換器12に結合す
る。この矩形導波管13はR26 形導波管とする共に同調系
15により調整し得る整合ユニット14に連結する。この整
合ユニット14はマグネトロン17から給電されるサーキュ
レータ16に連結する。マグネトロン17及びサーキュレー
タ16の双方に対する電力供給源を電源18とする。マグネ
トロン17の代わりにクライストロンのような他のマイク
ロ波発生器を用いることもできる。このマグネトロン17
はGHz 周波数で発振器として作用する進行波マグネトロ
ンとする。熱電子陰極から放出された電子は電磁界によ
って制御してこれら電子がその運動エネルギーの一部分
を分離し、消失するようにする。このエネルギーによっ
て発振を誘発し、これによりエネルギーが好適なライン
によりユーザに供給され得るようにする。

【００２８】サーキュレータ16はポートに供給されたマ
イクロ波電力が僅かだけ伝達減衰されてポート20に供給
されるが、ポート21はほぼ減結合される受動非相反多重
ポート装置である。整合ユニット14を用いて次の矩形導
波管13を給電源に整合させるようににする。従ってマイ
クロ波は矩形導波管13を経てモード変換器12に通過させ
るようにする。このモード変換器12によって矩形状に分
布された直線偏波を円形に分布された円偏波に変換す
る。モード変換器ではH₁₁波が好適に伝播される。その
後、この波は円形導波管11に到達する。この円形導波管
11はH₁₁基本波のみを伝播し得る周波数範囲で作動す
る。従って或る意味では円形導波管11は円偏向されたH
₁₁波に対する透過フィルタである。次いで円偏向され
たマイクロ波を円形−円筒ホーン放射器10によってプラ
ズマチェンバ１に結合する。図示の例では、2.45 GHzの
マイクロ波周波数の円形導波管11を内径が8.26cmのC25
形導波管とする。2.45 GHzの周波数に対してはH₁₁基本
波の限界直径は7.02cmであり、次の高次の(E₀₁) モード
は9.16cmの直径で伝播するため、円形導波管11の内径は
これら２つの限界値間にあり、円偏波を明瞭に励起せし
める必要がある。円筒形プラズマチェンバ１は円形導波
管11の上記寸法に対し、その直径を30cmとする。2.45 G
Hzでは、すでに10モード以上の波を伝播することができ
る。

【００２９】前述したように、円偏波は回転対称ホーン
10を経て供給されるため、角度に依存する高次のモード
は励起されない。このモード変換器12は多数の変更例が
文献から知られている。("マイクロウェーブアンド
ラジオフリケンシー"1989年３月号、第87〜95頁にデ
ィソンブス及びティーシキナが発表した論文 "ユー
スサーキュラーフィードツウバランスアウト
プッツフロムスクェアホーンス" 参照) 。

【００３０】図７はらせん状溝付ホーンによってマイク
ロ波を供給する原理を示す。マイクロ波61は円錐状でら
せん状溝付き領域63内に結合された上側ネック部62を経
てらせん状溝付きホーン60内に供給する。この領域63に
よって円筒状容器64と、ガラス分離壁９及び排気グリッ
ド65とを結合する。垂直方向に極性が変化する数個の永
久磁石66〜69を前記円筒状容器64の囲りに配列する。プ
ラズマ70はこの円筒状容器64の内側に発生する。可能な
プラズマ密度とプラズマ内の円偏波の波長との間には或
る関係が存在する。プラズマは給電ホーン63と、永久磁
石66〜69の円筒領域とによって形成される導波管の内側
に存在する。プラズマ波と供給波との間の結合を高くす
るためにはプラズマのない供給構体の波長をプラズマの
波長にできるだけ近づけるようにするのが望ましい。こ
の波長はらせん状溝付きホーン60の壁部インピーダンス
によって制御することができ、その結果高度の結合を最
適化することができる。

【００３１】又、らせん状溝付きホーンは円偏向を良好
に保持することができる。空胴内には種々の相互に独立
したモードが存在する。これがため、所定の個所に或る
波の形を供給することによってその特徴を供給構体のど
こか他の個所に存在させるようにする必要はない。かか
る条件によって空胴構体にみられる場合以上に平滑なホ
ーンを改善することができる。しかし、幾何学的寸法は
理想的な場合よりも小さくする必要があるため、モード
は分散され、偏向は修正されるようになる。しかし、ら
せん状溝付きホーンによって種々のモードを結合し、こ
れにより偏向を保持する。又、インピーダンス変換をら
せん状溝付きホーンで行って供給導波管に対する整合を
改善し得るようにする。

【００３２】図８は図６の装置と同様の装置を示し、図
中図６に示すものと同一のものには同一符号を付して示
す。プラズマチェンバと円形−円筒形給電ホーン１０と
の間の非導電性境界壁を石英ベルジャー７２（マイクロ
波が入ることのできる窓）とする。この石英ベルジャー
７２を環状永久磁石７３とし、そのＮ極及びＳ極は、こ
れら極がＥＣＲの条件であるプラズマ７０のカスプ状磁
界を発生するように位置決めする。又、荷電粒子を案内
する電磁石７１は石英ベルジャー７２の上方に配設す
る。この電磁石は図６に示す電磁石６と同様の効果を有
するものとする。基板支持体７４は電源３に接続すると
共にこれにより被覆又はエッチングすべき基板を支持す
る。図面を明瞭とするために、プラズマチェンバのイオ
ン化ガス供給源は図示を省略する。

【００３３】構成素子11〜16は円偏波の入力に対して必
要である。その理由はマグネトロンのような従来のマイ
クロ波発生器によって直線偏波のみを発生させるからで
ある。これがためモード変換器12を挿入する必要があ
る。又、マイクロ波のプラズマ70内への有効電力伝送も
必要であり、これは円形導波管11及び供給ホーン10の組
合せによって達成する。導波管の種々の異なる直径間の
連続遷移によってプラズマ源の実際の作動に不可避なプ
ラズマ変動を安定化することができる。

【００３４】作動条件を変化させるためには特定の整合
ステップを必要とする。整合ユニット14, 15と、ポート
19, 20及び21を有するサーキュレータ16とによってマイ
クロ波を種々のプラズマ負荷に対し再現可能に制御する
ことができる。かかる整合によって、種々多用なガス及
び基板に対してマグネトロン17を用いることができる。

【００３５】モード変換器12はその頂部に入力としての
R26 矩形導波管と、その底部に出力としてのC25 円形導
波管を備える。この円形導波管は著しく短くすることが
できる。この円形導波管はH₁₁基本波のみを伝播し得る
周波数範囲で作動させることができる。

【００３６】図９は縦軸にプロットした電子の平均運動
エネルギーを横軸にプロットした自体強度の関数として
示す。この磁界はマイクロ波の電界に対し直交させる。
この図９のグラフは直線偏波の入力に対する平均運動エ
ネルギーと、円偏波の入力に対する平均運動エネルギー
とを示す。両曲線は磁界が ECR条件を満足する個所に極
（ポール）を示す。円偏波により加速された粒子のエネ
ルギーは直線偏波の場合よりも高い。特に、1/2ECR磁界
強度及び3/2 ECR 磁界強度間の領域においては、エネル
ギーは約２倍の大きさとなる。直線偏波に関しては、Ｅ
＝Ｅ_XLsin ωte_xであるが、円偏波に対しては、数４で
ある。又、Ｅ_XL＝２^1/2Ｅ_y2＝−２^1/2Ｅ_yzである。更
に、ECR が有効となる電界強度範囲は約40％拡大され
る。実際上均等な磁界は発生し得ないため、その量は擬
似 ECRプラズマが励起され得る範囲内で増大する。

【００３７】ここに言うマイクロ波は、300 MHz 〜300
GHz の範囲の周波数を有し、即ち、１ｍ〜１mmの波長λ
=c/fを有する電磁波を意味するものである。

【００３８】以下の表は、本文中の外字を一覧表にまと
めたものである。

【表１】

【００３９】以下の表は、本文中の数式を一覧表にまと
めたものである。

【表２】

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は右側に伝播する調波平面電磁波の電磁界
を示す斜視図である。(b) は１(a) と同様であるが、こ
れに対し90°位相推移した第２の電磁波を示す斜視図で
ある。

【図２】図１(a) 及び図１(b) の電磁波を合成した円偏
波を示す斜視図である。

【図３】電磁波の円偏波に対して表わされるベクトルを
示す斜視図である。

【図４】均等磁界における電荷の動きを示す説明図であ
る。

【図５】交差磁界における正の粒子の径路を示す説明図
である。

【図６】円形中空導波管により円偏波を供給するプラズ
マ源を示す一部断面側面図である。

【図７】リブ付き形状のマイクロ波放射器を示す側面図
である。

【図８】ベル状プラズマ閉込め壁を有するマイクロ波放
射器を示す側面図である。

【図９】荷電粒子の平均運動エネルギーを磁界強度の関
数として表わすグラフを示す説明図である。

【符号の説明】

１円筒形プラズマチェンバ２基板支持体３電圧源４グリッド５スペース６電磁石７，８永久自若９透過正石英カバー 10 漏斗状ホーン導波管 11 円形導波管 12 モード変換器 13 矩形導波管 14 整合ユニット 15 同調系 16 サーキュレータ 17 マグネトロン 18 電力供給源 19, 20, 21 ポート 61 マイクロ波 62 上側ネック部 63 円錐形兼らせん状溝付き領域 64 円筒形容器 65 排気グリッド 66〜69 永久磁石 70 プラズマ 71 電磁石 72 石英ベルジャー 73 環状永久磁石 74 基板支持体

【表１】

【数１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ゲッシュローランドドイツ連邦共和国デ−−6453 ゼリジェンシュタットフライヘル−ヴォン− シュタイン−リング26 (72)発明者クレットシュメルカール−ハインツドイツ連邦共和国デ−−6070 ランゲンカール−シュルツ−シュトラーセ29 (56)参考文献特開平１−197999（ＪＰ，Ａ) 特開平２−119100（ＪＰ，Ａ) 特公昭62−53920（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05H 1/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】円偏波マイクロ波の発生装置にして、マイクロ波発振器（１７）と；前記マイクロ波発振器（１７）に連結され、該マイクロ
波発振器（１７）から来る平坦偏波マイクロ波を案内す
る矩形導波管（１３）と；前記矩形導波管（１３）に連結され、該矩形導波管（１
３）から来る前記平坦偏波マイクロ波を円偏波マイクロ
波に変換するモード変換器（１２）とを含む円偏波マイ
クロ波の発生装置であって、円偏波されたＨ１１基本波は優先的に前記モード変換器
（１２）内を伝播し；前記モード変換器（１２）は前記矩形導波管（１３）に
強固に連結され；前記モード変換器（１２）に隣接して円形・円筒状の導
波管（１１）が設けられ、該導波管（１１）の入力側は
前記モード変換器（１２）の出力側に強固に連結され、
前記円形・円筒状の導波管（１１）の内径はその全長に
わたり一定であると共に、その寸法は前記Ｈ１１基本波
だけがその内部で伝播できるように設定され；大小の内部断面を有する漏斗状のホーン導波管（１０）
が、小断面を有するその入り口開口部を前記円形・円筒
状導波管（１１）の出力側に強固に連結されるように配
設され；マイクロ波が入ることのできる窓（９，７２）を有する
収容部を備えたプラズマ室（１，６４）が設けられ、前
記窓（９，７２）の領域は前記大きな内部断面を有する
漏斗状のホーン導波管の出力側により決定され；前記プラズマ室（１，６４）に入ると共に、前記マイク
ロ波の電界に対して直交して整列された一定磁界を有す
る磁石（７，８，６６−６９，７３）が設けられること
を特徴とする、円偏波マイクロ波の発生装置。
【請求項２】前記ホーン導波管（１０）は滑らかな表
面を有することを特徴とする、前記請求項１記載の装
置。
【請求項３】前記ホーン導波管は波形のホーン（６
０）であることを特徴とする、前記請求項１記載の装
置。
【請求項４】前記プラズマ室の周囲に複数の磁石
（６，７，７１，７３）が配設されることを特徴とす
る、前記請求項１記載の装置。
【請求項５】前記円形・円筒状の導波管（１１）は、
２．４５ＧＨ_Ｚのマイクロ波周波数のために７．０２ｃ
ｍ乃至９．１６ｃｍの内径を有することを特徴とする、
前記請求項１記載の装置。
【請求項６】前記円形・円筒状の導波管（１１）は、
８．３６ｃｍの内径を有するＣ２５円形導波管であるこ
とを特徴とする、前記請求項５記載の装置。
【請求項７】前記プラズマ室は、マイクロ波が入るこ
とのできる窓にしてマイクロ波の放射に対して非導電性
のベル形の取付具（７２）により終端していることを特
徴とする、前記請求項１記載の装置。
【請求項８】電圧源（３）に連結された基板支持体
（７４）が前記プラズマ室の下部に配設されることを特
徴とする、前記請求項７記載の装置。
【請求項９】前記取付具（７２）はプラズマに放射さ
れるカスプ磁場を発生する環状の永久磁石（７３）によ
り包囲されることを特徴とする、前記請求項７記載の装
置。
【請求項１０】前記マイクロ波発振器（１７）と前記
矩形導波管（１３）との間にマッチング装置（１４，１
５）が設けられることを特徴とする、前記請求項１記載
の装置。
【請求項１１】前記マイクロ波発振器（１７）の出力
側に循環器（１６）が連結されることを特徴とする、前
記請求項１記載の装置。
【請求項１２】前記取付具（７２）の上方に環状の電
磁石（７１）が設けられることを特徴とする、前記請求
項７記載の装置。
【請求項１３】前記モード変換器（１２）は、前記矩
形導波管（１３）から来る矩形分布の平坦偏波マイクロ
波を、円形分布の円偏波マイクロ波に変換することを特
徴とする、前記請求項１記載の装置。