JPH01100896A - 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、マイクロ波プラズマ発生装置の改良に関する
ものである。

゛　　（従来の技術） 低圧ガスの放電によって生成した低温プラズマは、系全
体が低温でありながら様々な化学反応を促進するため、
無機材料と有機材料のいずれにも通用でき、極めて応用
範囲が広（、半導体の製造プロセス、高分子材料、金属
の表面改質等に゛用いられている。

しかして、この低温プラズマを発生させるために、従来
の研究開発・実用機では主にＲＦ　（１３，５６ＭＨｚ
）により励起させる方法が用いられていたが、マイクロ
波を用いる方が効率・装置の点で有利であることが知ら
れている（広瀬：マイクロ波放電プラズマとその装置、
塗装技術、１９．ＣＩ）。

（１９８０）、１００〜１０５頁）。有利な点を以下に
示す。

■　電子温度Ｔｅとガス温度Ｔｇの比Ｔ　ｅ　／　Ｔ　
ｇが大きく、より低温プラズマが得られる。

■　高密度のプラズマが生成できる。

■　電極を必要としないので、電極からの汚染を防ぐこ
とができる。

■　発振器の構造が筒車である。

■　導波管を用いてマイクロ波を伝送するため放射損失
がなく、整合が簡単な構造でできる。。

ところで、従来より用いられているマイクロ波プラズマ
発生装置としては、導波管中に石英管を貫通させ、石英
管中でプラズマを発生させる構造のものが多い。

しかし、このような構造のものは、プラズマ生成部が導
波管の大きさで限定される為、多量の試料や大型の試料
の処理が行えない。また、この構造のものは、プラズマ
に対してマイクロ波が垂直に入射するためプラズマによ
るマイクロ波の反射が太き（プラズマも不均一になりや
すい。

これに対して、はしご状の周期構造を利用したマイクロ
波プラズマ発生装置（Ｒ，Ｇ、Ｂｏｓｉｓｉｏ＋Ｃ。

Ｆ、Ｗｅｉｓｓｆｌｏｃｈ、Ｍ、Ｒ，Ｗｅｒｔｈｅｉｍ
ｅｒ：Ｔｈｅ　Ｌａｒｇｅ　ＶｏｌｕｓｅＭｉｃｒｏｗ
ａｖｅ　Ｐｌａｓｎ＋ａ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、Ｊ、Ｍ
ｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｐｏｗｅｒ’。

７（４）、　Ｐ３２５〜３４６．１９７２）は、比較的
大容量のプラズマを発生させることが可能ではあるが、
構造が複雑になる。

そこで本出願人はマイクロ波を用いて大面積かつ均一な
プラズマを比較的簡単な構造で安定して発生させること
のできる誘電体被覆線路を用いたマイクロ波プラズマ発
生装置を特願昭６０−１４３０３６号及び同じく特願昭
６０−２４００７０号にて提案した。本出願人が先に提
案したマイクロ波プラズマ発生装置の概略構成を第２図
に示す。

第２図において、１はマイクロ波発振器であり、ここか
ら発生されたマイクロ波は導波管２によって伝送される
。

３は前記導波管２に連通された誘電体板であり、その下
方に例えば石英ガラス板４を天井壁面とした密閉構造の
反応容器５が配置されている。

なお、６はガスボンベ７及び流量計８を備えたガス導入
装置、９は排気装置である。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した構成のマイクロ波プラズマガス発生装置を用い
ると、比較的簡単な構造で広い面積に亘って均一なプラ
ズマを発生させることができる。

しかしながら、前記誘電体板３によって形成された誘電
体被覆線路と反応容器５を離しているために誘電体表面
からの電界強度が指数関数的に減少し、プラズマ発生の
ために大きな電力が必要となる。

本発明はかかる問題点を解決し、電力効率の良好なマイ
クロ波プラズマ発生装置を提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、マイクロ波発振器及び該マイクロ波発振器か
らのマイクロ波を伝送する導波管と、該導波管に連通さ
れて誘電体被覆線路を形成する誘電体板と、該誘電体板
の下方に連通配置されガス導入装置と排気装置を備えた
反応容器を具備して成り、前記誘電体板をプラズマを発
生させるための反応容器のひとつの壁面として兼用する
と共に、前記反応容器を誘電体被覆線路上の表面波に対
して共振器構造と成したことを要旨とするマイクロ波プ
ラズマ発生装置である。

（作　　用） 本発明に係るマイクロ波プラズマ発生装置は、マイクロ
波発振器及び該マイクロ波発振器からのマイクロ波を伝
送する導波管と、該導波管に連通されて誘電体被覆線路
を形成する誘電体板と、該誘電体板の下方に連通配置さ
れガス導入装置と排気装置を備えた反応容器を具備して
成り、前記誘電体板をプラズマを発生させるための反応
容器のひとつの壁面として兼用すると共に、前記反応容
器を誘電体被覆線路上の表面波に対して共振器構造と成
したものである為、マイクロ波電力の利用効率が大幅に
良くなる。

（実　施　例） 以下本発明を第１図に示す一実施例に基づいて説明する
。なお、第１図中第２図と同一番号は同一部分あるいは
相当部分を示し詳細な説明を省略する。

第１図において、１０は本発明装置を構成する金属製の
反応容器であり、その天井壁面に例えば石英ガラス、パ
イレックスガラスあるいはアルミナ等の誘電体板３を設
置している。そして、この誘電体板３の側面よりマイク
ロ波を導入すべく導波管２を設置するのである。

かかる構成によって誘電体板３はマイクロ波導波路とな
る。

ところで、前記誘電体板３のマイクロ波進行方向の長さ
は誘電体板３の表面波の波長λ／２のｍ倍（ｍ：整数）
とし、反応容器１０を共振器構造としている。そして、
本実施例では導波管２との接続部におけるマイクロ波の
反射を小さくするために、該接続部における誘電体板３
の形成を第１図（イ）に示すようなテーバをつけた形状
のものを採用している。

以上述べたように構成した本発明に係るマイクロ波プラ
ズマ発生装置の反応容器１０内を排気し、低圧下におい
てガスを導入した状態で誘電体板３にマイクロ波を導入
すると誘電体板３の直下よりプラズマが発生する。

具体例として、ＴＥモード誘電体被覆線路を用いた場合
について述べる。

マイクロ波は２．４５ＧＨｚの周波数のものを用い、前
記ＴＥモード表面波に対して共振器構造となるようにＡ
ｌ板製の反応容器１０の天井壁面に、厚さ：’３０ｔｍ
、幅（Ｗ）：２００鶴、長さ（ｌ＋）：３６３龍、同じ
く長さ（βｚ）　：　６０．５＊＊の石英ガラス板を設
置した。

このような構成の装置を用い、反応容器１０内を排気し
、Ｓ　ｉ　１１４ガスを４人してアモルファスＳｉを作
製した。この時の条件は、ガス圧が０．ＩＴｏｒｒ　。

ガス流量が５０ｓｅｃｍであった。そして、反応容器１
０内に基板として１２０寵×２４０１Ａｌのガラス板を
置き、マイクロ波発振器１より誘電体被覆線路にマイク
ロ波を導入すると石英ガラス板下にプラズマが全面に発
生し、基板１１上に略均−にアモルファスＳｉが蒸着し
た。

なお、本発明装置は上記した実施例の他に、エピタキシ
ャル成長、Ｓｉの酸化・窒化、有機モノマーを用いた有
ａ重合膜の形成等にも適用可能である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明に係るマイクロ波プラズマ発
生装置は、マイクロ波発振器及び該マイクロ波発振器か
らのマイクロ波を伝送する導波管と、該導波管に連通さ
れて誘電体被覆線路を形成する誘電体板と、該誘電体板
の下方に連通配置されガス導入装置と排気装置を備えた
反応容器を具備して成り、前記誘電体板をプラズマを発
生させるための反応容器のひとつの壁面として兼用する
と共に、前記反応容器を誘電体被覆線路上の表面波に対
して共振器構造と成したものであり、誘電体被覆線路上
の表面波を減衰させることなくそのままプラズマ発生に
使用できる為、小さな電力で容易にプラズマを発生させ
ることができる。また、本発明は反応容器を共振器構造
としている為、外部にマイクロ波が漏れることがな（、
電界強度も大きくなってより効率を高めることができる
。なお、先に本出願人が提案した誘電体被覆線路を用い
たマイクロ波プラズマ発生装置の特徴である大面積かつ
均一なプラズマの発生が可能であるという効果はそのま
ま維持できることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の要・部説明図で、（イ）は断面し
て示す正面図、（ロ）は平面図、第２図は従来装置の概
略説明図である。 ２は導波管、３は誘電体板、１０は反応容器。 特許出願人　住友金属工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波発振器及び該マイクロ波発振器からの
   マイクロ波を伝送する導波管と、該導波管に連通されて
   誘電体被覆線路を形成する誘電体板と、該誘電体板の下
   方に連通配置されガス導入装置と排気装置を備えた反応
   容器を具備して成り、前記誘電体板をプラズマを発生さ
   せるための反応容器のひとつの壁面として兼用すると共
   に、前記反応容器を誘電体被覆線路上の表面波に対して
   共振器構造と成したことを特徴とするマイクロ波プラズ
   マ発生装置。