JPH05198391A

JPH05198391A - マイクロ波プラズマ装置

Info

Publication number: JPH05198391A
Application number: JP4026067A
Authority: JP
Inventors: Fumio Takamura; 文雄高村; Makoto Mitsuizumi; 誠三ッ泉
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1992-01-17
Filing date: 1992-01-17
Publication date: 1993-08-06
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: JP3129814B2

Abstract

(57)【要約】【目的】従来のマイクロ波プラズマ装置では、アプリケ
ータの反応管内に発生するプラズマは、マイクロ波の投
入側にその強い部分を生じ易い傾向があり、可変短絡器
等により調整をしようとしても、その均一化は困難であ
った。本発明は、上記問題点を解消し、より均一なプラ
ズマを発生させ、より均一性の高い薄膜、表面改質等が
得られるマイクロ波プラズマ装置を提供しようとするも
のである。【構成】アプリケータの構造を、反応管に対し等分割さ
れた複数の方向からマイクロ波を投入できるよう、複数
個のマイクロ波投入口を有するものにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子工業、化学工業等
の分野において、マイクロ波を用いて反応ガスをプラズ
マ化し、これを固体表面等に接触させることにより、そ
の表面にダイヤモンド等の生成物を析出させるプラズマ
ＣＶＤや、固体表面の改質等に使用されるマイクロ波プ
ラズマ装置に関し、特に均一なプラズマ領域の形成を可
能にするマイクロ波プラズマ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のようなマイクロ波プラズマ
装置として、次のようなものが用いられている。図４
は、従来の装置の一例の構成図である。以下、図中にお
ける同一符号は、同一又は相当するものを示す。

【０００３】図４において、１はマグネトロン等よりな
るマイクロ波発振器、２は負荷変動に対する発振器の安
定動作のための、電波吸収体を備えたアイソレータ、３
はパワーモニタ、４は整合器、５はアプリケータであ
る。アプリケータ５の筐体は、導波管とそれに直交し、
導波管の上、下各方向に伸びる円筒状のチョーク構造部
とで構成されている。６はプラズマの反応管として用い
る石英管であり、アプリケータの内部を貫通するように
設けられている。導波管と交差する部分の石英管６の管
内には、基板台７が設けられており、被処理物の基板９
が載置される。８は上記の交差部分に定在波を発生させ
るための可変短絡器であり、８ａはその短絡板である。
石英管６の一端は真空ポンプに、石英管６の他端は反応
ガスの供給源に接続される。動作は以下のようにして行
われる。

【０００４】例えば、基板９上に薄膜等を生成させよう
とする場合、まず石英管６の内部を真空ポンプにより減
圧した後、管内に所要の反応ガスを注入する。マイクロ
波は、マイクロ波発振器１により発生し、アイソレータ
２、パワーモニタ３、整合器４を通過後アプリケータ５
に投入される。整合器４による発振器側とアプリケータ
側との整合調整および可変短絡器による定在波の発生位
置の調整を行うことにより、石英管６内の導波管との交
差部分にプラズマを発生、反応ガスによるプラズマ生成
物が基板９の表面に析出し、目的の薄膜が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
マイクロ波プラズマ装置では、発生するプラズマは、マ
イクロ波の投入側にその強い部分を生じ易い傾向があっ
た。図５は、このような装置によりプラズマ１２を発生
した場合の、プラズマの断面分布の例を示したものであ
る。

【０００６】上述の装置においては、マイクロ波電力が
定格値に対し比較的小さいときは、プラズマは短絡板８
ａで調整された定在波による強電界により所望の位置に
誘起されるが、プラズマ領域を拡大するためマイクロ波
電力の値を上げていくと、マイクロ波の定常波（伝送
波）のみでプラズマが誘起されるようになる。このよう
なプラズマはマイクロ波の投入口側の石英管壁近傍で生
じるので、その部分にエネルギー消費の増大を生じ、そ
の結果石英管中央付近から後端にかけてのプラズマが弱
化してしまうことになる。

【０００７】この場合、プラズマの均一性を上げるた
め、短絡板８ａの位置により調整をしようとしても、マ
イクロ波投入口付近のプラズマの抑制は難く、均一化は
困難であった。

【０００８】本発明は、上記問題点を解消し、反応管内
に容易に均一なプラズマを発生させることができ、より
均一性の高い薄膜、表面改質等が得られるマイクロ波プ
ラズマ装置を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はプラズマを発生させる手段（定在波の発生
手段）として、空洞共振器や可変短絡器等による共振手
段を用いない新規な構造のアプリケータを設けたもので
ある。

【００１０】すなわち、金属筐体内に石英管等の反応管
を挿入してなるアプリケータを備えたマイクロ波プラズ
マ装置において、前記アプリケータは、前記反応管に対
し等分割された複数の方向からマイクロ波を投入できる
よう、複数個のマイクロ波投入口を有するようにした。

【００１１】また、その実施態様として以下のような手
段を設けた。（１）：前記アプリケータの金属筐体の主要部は、前記
マイクロ波がＴＥ₀ ₁、ＴＥ₁ ₀、ＴＥ₁ ₁モードのいずれか
で伝播する導波管により構成した。（２）：前記アプリケータへのマイクロ波投入手段とし
て、単一のマイクロ波発振器と、該発振器の出力を分配
するための分配器と、該分配器の各出力端と前記アプリ
ケータの各マイクロ波投入口とを結ぶそれぞれの導波管
系を備えたものにした。（３）：プラズマの調整手段として、前記それぞれの導
波管系が、それぞれの移相器を備えたものにした。（４）：同上調整手段として、前記それぞれの導波管系
が、それぞれの整合器を備えたものにした。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明のマイクロ波プラズマ装置の
一実施例の構成図である。同図において、１０はマイク
ロ波発振器１の出力を２分配するためのＴ型分岐導波管
である。分岐された各導波管系には、それぞれ移相器１
１、パワーモニタ３、整合器４が設けられしており、両
導波管系はアプリケータ５Ａで結合されている。

【００１３】図２に、上記アプリケータ５Ａの断面図を
示す。アプリケータの金属筐体１３は、水平に置かれた
導波管部と、その上面および下面からそれぞれ外方に伸
びる円筒状の一対のチョーク部とで構成されている。導
波管部には例えばマイクロ波がＴＥ₁ ₀モードで伝播する
導波管を用い、その各端には接続用のフランジが設けら
れている。石英管６、基板台７、基板９は上述の従来例
と同様に設けられている。

【００１４】動作は、まず排気、反応ガスの注入につい
ては、上述の従来例と同様な方法で行われる。

【００１５】一方、マイクロ波の投入については、マイ
クロ波発振器１で発振しアイソレータ２を通ったマイク
ロ波は、Ｔ型分岐導波管１０で二分割され、各導波管系
を通った後、アプリケータ５Ａに投入される。

【００１６】プラズマの発生および発生位置の調整は、
パワーモニタ３の指示部（進行波および反射波のレベル
計）を見ながら、移相器１１および整合器４を用いて行
う。本実施例では、単一の発振器をマイクロ波発生源と
しているので、両導波管系の移相量が等しくなったとき
マイクロ波電界の最大点は、アプリケータ５Ａの中心に
生じ、プラズマ発生の最適状態となり、最小のマイクロ
波電力でプラズマが発生する。まず、低電力でプラズマ
を発生させた後、整合調整をしながら定格電力まで上げ
ていく。

【００１７】対応する各パワーモニタ３の指示値がほぼ
同じになるように調節することにより均一なプラズマが
得られる。

【００１８】図３は上記プラズマの、石英管６の断面内
における分布の様子を示したものである。マイクロ波が
相対する両側から均等に加えられる結果、同図のように
均一性のよいプラズマが得られる。

【００１９】本実施例では、反応管として、石英管を用
いた場合を示したが、マイクロ波領域で低誘電体損失の
ものであれば、ベルジャー等も用いることができる。

【００２０】また、本実施例では、アプリケータ５Ａの
導波管部と、マイクロ波伝送系の導波管が同サイズのも
のを用いているが、被処理物との関連等でアプリケータ
５Ａの導波管部のサイズを変えたい場合は、上記伝送系
と該導波管部との間に適合するテーパー導波管等を設け
ればよく、自由に選択することができる。なお、アプリ
ケータ５Ａの導波管部におけ導波管モードは、均一なプ
ラズマのためにはＴＥ₀ ₁、ＴＥ₁ ₀、又はＴＥ₁ ₁モードの
いずれかを選ぶのが望ましい。それら以外のモード（例
えばＴＥ₂ ₀、ＴＥ₂ ₁など）で使用したい場合、テーパー
導波管等を用いればよいことはいうまでもない。

【００２１】また、本実施例では、アプリケータのマイ
クロ波投入口は相対する位置に２個設けた場合を示した
が、これに限定されるものではなく、反応管に対し等分
割された方向からマイクロ波を投入できる構造（たとえ
ば３分割投入口、４分割投入口）のものであれば、マイ
クロ波の投入が対称的に行われることになるので上述と
同様な効果が得られる。

【００２２】また、本実施例では、マイクロ波源として
は単一のマイクロ波発振器を設け、その出力を分配して
投入する場合を示したが、調整がやや複雑になるが各マ
イクロ波投入口毎にマイクロ波発振器を設けて利用する
こともできる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のマイクロ
波プラズマ装置では、反応管に対し等分割された複数の
方向からマイクロ波を投入できるよう、複数個のマイク
ロ波投入口を有するアプリケータを設けているため、プ
ラズマが一方に偏ることなく、石英管内に均一に発生で
きるので、均質性のよい薄膜の形成、均質性のよい表面
改質等が可能となる。

【００２４】また、本装置のアプリケータは非共振型な
ので共振周波数による制限を受けることがなく、Ｔ
Ｅ₀ ₁、ＴＥ₁ ₀、又はＴＥ₁ ₁等のモードで伝播する導波管
を用いることにより、容易に目的の装置を設計すること
ができる。

【００２５】また、上記アプリケータへのマイクロ波電
力の供給は、マイクロ波発振器の出力を分配するための
分配器と、該分配器の各出力端と上記アプリケータの各
マイクロ波投入口とを結ぶそれぞれの導波管系を備える
ことにより、高価なマイクロ波発振器およびアイソレー
タはそれぞれ単一で済むので、コスト的に有利となり、
同時に調整が簡便になる利点も生じる。

【００２６】また、各導波管系に、それぞれ移相器や整
合器を設けることにより、調整はほぼ各系を対称的にす
ることで容易に行うことができ、またきめの細かい調節
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明マイクロ波プラズマ装置の一実施例の
構成図である。

【図２】同実施例のアプリケータの断面図である。

【図３】同上アプリケータ内に発生したプラズマの断
面図である。

【図４】従来のマイクロ波プラズマ装置の一例の構成
図である。

【図５】同上従来の装置のアプリケータ内に発生した
プラズマの断面図である。

【符号の説明】

１：マイクロ波発振器、２：アイソレータ、３：パワー
モニタ、４：整合器、５，５Ａ：アプリケータ、６：石
英管、７：基板台、８：可変短絡板、９：基板、１０：
Ｔ型分岐導波管、１１：移相器、１２：プラズマ、１
３：金属筐体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属筐体内に反応管を挿入してなるアプ
リケータを備えたマイクロ波プラズマ装置において、前
記アプリケータは、前記反応管に対し等分割された複数
の方向からマイクロ波を投入できるよう、複数個のマイ
クロ波投入口を有することを特徴とするマイクロ波プラ
ズマ装置。
【請求項２】前記アプリケータの金属筐体の主要部
は、前記マイクロ波がＴＥ₀ ₁、ＴＥ₁ ₀、又はＴＥ₁ ₁モー
ドのいずれかで伝播する導波管により構成されてなるこ
とを特徴とする請求項１のマイクロ波プラズマ装置。
【請求項３】単一のマイクロ波発振器と、該発振器の
出力を分配するための分配器と、該分配器の各出力端と
前記アプリケータの各マイクロ波投入口とを結ぶそれぞ
れの導波管系を備えたことを特徴とする請求項１のマイ
クロ波プラズマ装置。
【請求項４】前記それぞれの導波管系が、それぞれの
移相器を備えたことを特徴とする請求項３のマイクロ波
プラズマ装置。
【請求項５】前記それぞれの導波管系が、それぞれの
整合器を備えたことを特徴とする請求項３のマイクロ波
プラズマ装置。