JPH01175199A

JPH01175199A - プラズマ発生装置

Info

Publication number: JPH01175199A
Application number: JP62230325A
Authority: JP
Inventors: Kohei Otake; 大竹　公平; Fumio Takamura; 文雄高村
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1987-09-14
Filing date: 1987-09-14
Publication date: 1989-07-11

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、エレクトロニクス、化学工業等の分野におい
て、低圧ガスをマイクロ波によりプラズマ化しこれを固
体表面（サブストレート）等に接触させプラズマポリマ
を生成堆積させるプラズマ重合や、固体表面に変化を与
えその表面を改質するプラズマ処理等に使用されるプラ
ズマ発生装置に関し、特に、マイクロ波供給点近傍部の
局所放電の抑制を可能とし高エネルギ・プラズマを発生
し得るプラズマ発生装置に関するものである。

［従来の技術］従来、この種のプラズマ発生装置としては、例えば第７
図に示すように、ガス注入管１ａが接続され水冷管１ｂ
が巻回された円筒導体ｌ及びこれを閉塞して空ｌｌ１ｉ
２を画成する閉蓋導体３からなる円筒共振器４と、閉蓋
導体３の凹所に嵌合され空洞２を気密保持すべき０リン
グ５ａを付帯する石英板５と、取付は部材６ａ及びボル
ト、ナツト６ｂを以て石英板５に対し開口部が臨むマイ
クロ波供給系としての矩形導波管６と、円筒導体ｌの底
部に接続されプラズマ反応室７に対し空洞２内で発生し
たプラズマを移送すべきプラズマ導入管８とから構成さ
れている。

例えば、この円筒共振器４はＴ　Ｅ、、、モード共振器
で、今、マイクロ波発振器（図示せず）からＴＥｌ。モ
ード（第７図（Ａ）参照）のマイクロ波が矩形導波管６
を介して伝送され円筒共振器４内に投入されると、第７
図（Ｂ）に示すように、Ｔ　Ｅ、、ユモードで共振する
ので、電界分布Ｅ１の波腹値が２個発生し、その２個又
は１個の波腹値領域においてプラズマ発生が見られる。

［解決すべき問題点］しかしながら、上記従来のプラズマ発生装置にあっては
１次の問題点がある。

即ち、矩形導波管６から円筒共振器４へのマイクロ波供
給量（マイクロ波電力）が比較的小さい場合には、円筒
共振器４内においてＴＥ、、ユ共振モードの電界最大点
付近にプラズマ発生領域を得ることができるが、矩形導
波管６内の電界８２分布は第７図（Ａ）に示す如く■Ｂ
−■Ｂ線上において最大点をもつから、マイクロ波電力
を増加させると、ある限界点を越えたところで、石英板
５の内側のマイクロ波供給口３ａにて局部的なプラズマ
発生が起こり（第７図示の局部的プラズマ発生領域Ｐ）
、更にマイクロ波電力を高めると１局部的プラズマ発生
領域Ｐのエネルギが強くなり、放電により石英板５の破
損等を招く。

［発明の目的］本発明は、上記問題点を解決するものであり、その目的
は、電力供給点における局部的プラズマ発生領域がなく
共振器等の構成部品の破損、損傷等を惹起させずに、共
振器内にプラズマエネルギが大なる正規有用なプラズマ
領域の発生のみを実現し得るプラズマ発生装置を提供す
ることにある。

［問題点の解決手段］上記目的を達成するため、本発明に係るプラズマ発生装
置は、次の２つの主たる構成要件を有するものである。

■導波管と空洞共振器との間に介在する導波管／同軸変
換器が少なくとも１個あること。

ここで「導波管／同軸変換ｆ」には、例えば、導波管に
対するインピーダンス整合用可動短絡器と、同軸線路に
対するインピーダンス整合用可動短絡器と、を有する場
合が包含される。

■該変換器の同軸線路の内導体は該空洞共振器内面に接
続されたループを有すること。

ここで「同軸線路」としては、例えば、低損失スペーサ
で封止せる中実気密構造である場合が包含される。

［作用］かかる構成のプラズマ発生装置によれば、導波管を介し
て導波管／同軸変換器に電波が導入されると、導波管内
の磁界の作用よって同軸線路の内導体に電流が波れ、こ
れにより空洞共振器内面に接続されたループを再電波源
として空洞共振器内に′ｉｌｔ波が供給され、空洞共振
器はそのループ位置及びその個数や空洞共振器内の寸法
形状等で決定されるモードで共振するが、導波管と空洞
共振器との結合エネルギとして磁気エネルギを利用する
ものであるから、電波電力が従来に比して大なる場合で
あっても、エネルギ供給点たるループ近傍部においては
局在プラズマの発生が起こりにくく、所定の共振モード
の電界分布の電界最大点付近でエネルギ強度の大なる正
規のプラズマ発生のみを得ることができる。

［実施例］次に２本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１　（Ａ）図は本発明に係るプラズマ発生装置の第１
実施例を示す正面縦断面図で、第１　（Ｂ）図は同実施
例における円筒共振器を示す横断面図である。

第１図中、１０はプラズマを発生する円筒共振器で、円
筒導体１１及びこれを閉塞して空洞１２を画成する閉蓋
導体１３から構成されている６円筒導体１１と閉蓋導体
１３とはボルト、ナツト１４を以て締着され、そのフラ
ンジ接合部にはＯリング１５が介装されており、空洞１
２内を気密的に保持している。円筒共振器１０の周囲に
は冷却用の水冷管１６が巻回されている０円筒共振器１
０の閉蓋導体１３には空洞１２内にガスを供給するガス
注入ｖｌ？が接続され、これにはガスボンベ等（図示せ
ず）が接続されている０円筒溝体１１の底部には反応室
（図示せず）へ空洞１２内で発生したプラズマを移送す
るプラズマ導入管１８が接続されている。なお、その反
応室は排気ポンプ（図示せず）に接続され、プラズマ導
入管１８を排気管として空洞１２内が真空状態に保持さ
れている。

２０は磁気結合型導波管／同軸変換器で、始端部がマイ
クロ波発振器（図示せず）に接続され、終端部にインピ
ーダンス整合用可動短絡器２１を具備する矩形導波管２
２と、その終端部りにおいて一方側が導波管２２内を貫
通し他方側が円筒共振器ｌＯの円筒導体１１の内面にル
ープ２３ａとして接続導通する内導体としての中心導体
２３を有し、その中心導体２３の貫通終端部においてイ
ンピーダンス整合用可動短絡器２４を具備する同軸線路
２５とから構成されている。円筒共振器１０と導波管２
２との結合手段としての同軸線路２５は、中心導体２３
と外側導体２６の間を中実とするマイクロ波に対して低
損失のスペーサ２７で封止されている。なお、２８は中
心導体２３とスペーサ２７との間に介装されたＯリング
で、２８は外側導体２６とスペーサ２７との間に介装さ
れた０リングである。中心導体２３を延出して形成され
たループ２３ａは、円筒導体１１の軸長りのほぼ半分の
位置で円筒導体１１の底面に平行な平面上において配向
し、そのループ先端部はビス３０を以て円筒導体１１の
内面に締着されている。

インピーダンス整合用可動短絡器２１は、マイクロ波の
進行波を反射させる可動短絡板２１ａと、可動短絡板２
１ａの遊隙を閉塞し完全反射を期する接触片２１ｂと、
可動短絡板２１ａを進退調節する摺動ａ２１ｃとから構
成されている。またインピーダンス整合用可動短絡器２
４は、外側導体を閉塞する同軸線路終端２９ａに嵌入す
る中心導体２３を被摺動部材として進退自在の可動短絡
板２４ａ、可動短絡板２４ａの摺動遊隙等を閉塞する接
触片２４ｂと、可動短絡板２４ａを進退せしめる摺動管
２４ｃとから構成されている。

次に、上記第１実施例の作用効果を説明するに、マイク
ロ波発振器（図示せず）から導波管２２を介して磁気結
合型導波管／同軸変換器にマイクロ波が伝送導入される
と、導波管２２内の所定モードの磁界による磁界結合よ
って導波管２２に直交貫通する同軸線路２５の中心導体
２３に伝導電流が流れ、これを契機として円筒導体１１
の内面に接続′され空洞１２内に位置するループ２３ａ
に上記伝導電流が流れる故、恰もこのループ２３ａを放
射アンテナの如く再マイクロ波発生源としてループ２３
ａの周りに磁界が誘起され、上記伝導電流の時間的変化
によって円筒共振器１０内にマイクロ波が磁気結合とし
て誘導供給されることとなる０円筒共振器１０の共振モ
ードはそのループ位置、配向及びその個数や共振器１０
内の寸法形状等で決定されるが、第１実施例においては
、ＴＥ、□モードの円筒共振器ｌＯで、電界Ｅの最小強
度領域にマイクロ波供給点としてのループ２３ａが位置
しており、従来に比してマイクロ波電力が高い場合でも
、ループ２３ａの近傍においては不要な放電即ち偏在プ
ラズマ領域の発生が起こらず、円筒共振器１０内のＴＥ
、□モードの電界強度の最大点近傍部においてのみ希望
するプラズマ領域の発生が見られる。なお、軸長りを長
くすることによりＴ　Ｅ、、、モード円筒共振器。

ＴＥ、、、モード円筒共振器を構成することができる。

ところで、円筒共振器ｌＯ内のプラズマ発生の前後にお
いては導波管２２側から共振器ｌＯを見たインピーダン
スが顕著に変化する特性を呈する。仮に今、プラズマ発
生前においてインピーダンス整合を固定的に図った場合
、プラズマ発生によって共振器ｌＯからの反射波が増す
ため不整合状態となり、マイクロ波供給が不充分で、エ
ネルギの大なるプラズマ発生が期待できない、逆に、予
め、プラズマ発生後のインピーダイスに磁気結合型導波
管／同軸変換器のインピーダンスを合せると、プラズマ
発生前においては反射波が多く、プラズマ発生自体が困
難となる。そこで第１図の第１実施例においては、イン
ピーダンス整合用可動短絡器２１．２４を付設し、可動
短絡板２１ａ、２４ａを相互に進退ｙＪｆ！ｉすること
によって、プラズマ発生の前後に亘リインピーダンスを
整合制御し、速やかなプラズマ発生を企画すると共に、
発生後においてはプラズマ・エネルギの安定的増大化を
図っている。

第２図は、本発明に係るプラズマ発生装置の第２実施例
における円筒共振器を概略的に示す図である。第２実施
例の第１実施例と異なる点は、周面４０ｂではなく円筒
共振器４０の端面４０ａ（上面）の内側に中心導体４１
の端部に形成したループ４１ａを接続したもので、ルー
プ４１ａは端面４０ａのほぼ中心部に位置しており、端
面４０ａに垂直な面上に配向している。この共振器４０
はＴＥ、、、モード共振器で、第１実施例とほぼ同様の
作用効果を得ることができる。

第３図は、本発明に係るプラズマ発生装置の第３実施例
における円筒共振器を概略的に示す図である。この円筒
共振器５０は第１実施例のそれと同様に周面５０ａの内
面に接続された中心導体５１のループ５１ａを有してい
おり、Ｔ　Ｅｏ、、モード共振器を構成している・第４図は、本発明に係るプラズマ発生装置の第４実施例
における円筒共振器を概略的に示す図である。この円筒
共振器６０は、中心導体８１．８２のループ８１ａ　、
　８２ａを有し、そのループ８１ａ　、　６２ａは端面
６０ａの内面に接続されている０両ループＣ１ａ、Ｈａ
の位置関係は軸心を挾んで直径上に対称的で、端面１３
０ａに垂直な面に配向しており、ＴＥｏ、モード共振器
を構成している。かかる実施例にあっては、複数のマイ
クロ波供給源としてのループ［１１ａ　、　ｆ１２ａの
存在によって、共振器６０内に対し極めて大きなマイク
ロ波エネルギを供給でき、エネルギ強度の高いプラズマ
を得ることができる。

第５図は、本発明に係るプラズマ発生装置の第５実施例
における矩形共振器を概略的に示す図である。上記各実
施例における円筒共振器と異なり未実施例に使用された
矩形共振器７０は、底面７０ａの中央部内面に接続され
た中心導体７１のループ７１ａと側面７０ｂの中央部内
面に接続された中心導体７２のループ７２ａを有してい
る。どちらのループでも同一の共振モードが得られる。

ループ７１ａは側面７０ｂに平行な垂直面上に配向して
おり、第５図示の磁界Ｈを誘導し、またループ７２ａは
底面７０ａに平行な水平面上に配向しており、磁界Ｈを
誘導倍増し、矩形共振器７０はＴ　Ｅ、、、モードで共
振する。２つのループ？＋ａ　、　７２ａの存在により
第４実施例と同様なエネルギ強度の高いプラズマを得る
ことができる。

第６図は、本発明に係るプラズマ発生装置の第６実施例
における円筒共振器を概略的に示す図である６円筒共振
器８０は、第１実施例と同様に、その周面８０ａの内面
に接続された中心導体８１のループ８１ａを有するが、
ただループ８１の配向が異なり、端面８０ｂに垂直な面
上に配向されており、ＴＭｏ、。モード円筒共振器を構
成している。

［発明の効果］以上説明したように１本発明に係るプラズマ発生装置は
、伝送路としての導波管とプラズマ発生部としての空洞
共振器との間に導波管／同軸変換器を介在し、結合手段
としての同軸線路の内導体の端部をループとなしてこれ
を空洞共振器の内面に接続導通せしめてなる点に特徴を
有するものであるから、次の効果を奏する。

■空洞共振器に対する電波電力供給方式が同軸線路のル
ープに流れる伝導電流により誘起される磁界を空洞共振
器に投入し、この磁気結合を以て誘導される電波で空洞
共振器内に所定の共振モードを生成せしめるものである
から、電力供給点としてのループ近傍部においては磁界
は強いが電界が弱いので、プラズマ発生がこのループ近
傍部においては起こりにくく、空洞共振器内に生じた所
定の共振モードの電界最大点近傍部でプラズマ発生が顕
在化し、大電力供給の場合であっても、不要な局在プラ
ズマ領域の発生が電力供給点付近では見られず、構成部
品の破損、損傷のおそれがなく、正規の高エネルギのプ
ラズマ領域を得ることができ、薄膜生成、結晶成長１表
面処理等を従来に比して効率良く促進させることができ
る。

■導波管／同軸変換器が導波管に対するインピーダンス
整合用可動短絡器及び同軸線路に対するインピーダンス
整合用可動短絡器を有する場合には、共振器内のプラズ
マ発生の前後に亘リインピーダンスの整合制御が自由自
在で、速やかなプラズマ発生及びプラズマ状態の安定的
制御等に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は、本発明に係るプラズマ発生装置の第１
実施例を示す正面縦断面図であり、第１図（Ｂ）は、同
実施例における円筒共振器を示す横断面図である。第２図（Ａ）は１本発明に係るプラズマ発生装置の第２
実施例における円筒共振器を示す横断面図であり、第２
図（Ｂ）は、同円筒共振器を示す正面縦断面図であり、
第２図（Ｃ）は、同円筒共振器を示す側面縦断面図であ
る。第３図（Ａ）は、本発明に係るプラズマ発生装置の第３
実施例における円筒共振器を示す横断面図であり、第３
図（Ｂ）は、同円筒共振器を示す正面縦断面図である。第４図（Ａ）は、本発明に係るプラズマ発生装置の第４
実施例における円筒共振器を示す横断面図であり、第４
図（Ｂ）は、同円筒共振器を示す正面縦断面図である。第５図（Ａ）は、本発明に係るプラズマ発生装置の第５
実施例における矩形共振器を示す正面縦断面図であり、
第５図（Ｂ）は、同矩形共振器を示す側面縦断面図であ
る。第６図（Ａ）は、本発明に係るプラズマ発生装置の第６
実施例における円筒共振器を示す平面図であり、第６図
（Ｂ）は、同円筒共振器を示す正面縦断面図である。第７図（Ａ）は、従来のプラズマ発生装置の一例を示す
平面図であり、第７図（Ｂ）は、第７図（Ａ）中■Ｂ−
■Ｂ線で切断した状態を示す切断面図である。［主要符号の説明］１０、４０．５０．　Ｇｏ、　８０・・・円筒共振器１
１・・・円筒導体１２・・・空洞１３・・・閉蓋導体１７・・・ガス注入管１８・・・プラズマ導入管２０・・・磁気結合型導波管／同軸変換器２１　、２４
・・・インピーダンス整合用可動短絡器２２・・・矩形
導波管２３、４１．５１．８１．８２．７＋、　７２．８１・
・・中心導体２３ａ　、　４１ａ　、　５１ａ　、　８
１ａ　、　１（２ａ　、　８１ａ・・・ループ２５・・
・外側導体２７・・・低損失のスペーサ４０ａ　、　Ｂｏａ　、　８０ｂ−・・端面（上面）４
０ｂ　、　５０ａ　、　８０ａ−・−周面７０・・・矩
形共振器７０ａ・・・底面７０ｂ・・・側面特許出願人　　　　新日本無線株式会社図面の淳資。手糸売補正書（ヤ＜）昭和６２年特許願第２３０３２５号２、発明の名称ブラズづ発生装置３、補正をする者・１彎１との関係　　　　特許出頭人住所　　　　東京都港区虎ノ門−丁目２２番１４号名称
　　　　新日本無線株式会社代表者　　　星　野　　　宏４　代理人〒３９０長野県松本市深志１−５−８深志ビル電話　（
０２６３）３２−７９３１５、補正命令の日付（発進口）　　平成１年１月３１日
６　補正の対象　　　願書塾こ添付した図面７　補正の
内容

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導波管を介して空洞共振器内に電波を導入してプ
ラズマを発生させる装置であって、該導波管と該空洞共
振器との間に介在する導波管／同軸変換器を少なくとも
１個含み、該変換器の同軸線路の内導体は該空洞共振器
内面に接続されたループを有することを特徴とするプラ
ズマ発生装置。
（２）前記導波管／同軸変換器は、前記導波管に対する
インピーダンス整合用可動短絡器と、前記同軸線路に対
するインピーダンス整合用可動短絡器と、を有すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のプラズマ発
生装置。
（３）前記同軸線路は、低損失スペーサで封止せる中実
気密構造であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
又は第２項に記載のプラズマ発生装置。