JPH07312298A - マイクロ波プラズマ発生装置 - Google Patents

マイクロ波プラズマ発生装置

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JPH07312298A
JPH07312298A JP6103798A JP10379894A JPH07312298A JP H07312298 A JPH07312298 A JP H07312298A JP 6103798 A JP6103798 A JP 6103798A JP 10379894 A JP10379894 A JP 10379894A JP H07312298 A JPH07312298 A JP H07312298A
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microwave
plasma
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Kyoichi Komachi
恭一 小町
Sumio Kobayashi
純夫 小林
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマを全域に均一となるように発生させ
ること。 【構成】 マイクロ波発振器1と、マイクロ波発振器1
からのマイクロ波を伝送する導波管2と、導波管2に接
続された誘電体被覆線路3と、誘電体被覆線路3に対向
配置されるマイクロ波導入窓を有する反応器6とを備え
たマイクロ波プラズマ発生装置である。誘電体被覆線路
3またはマイクロ波導入窓を有する反応器6のすくなく
ともどちらか一方をマイクロ波の導入側から進行方向に
向かって両者間の間隔が小さくなるような傾斜角度調整
部材8を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波プラズマ発
生装置の改良に関するものである。
【0002】
【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適用で
き、極めて応用範囲が広く、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。
【0003】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・実用機では主にラジオ波(1
3.56MHz)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,〔1〕,(198
0),100〜105頁)。有利な点を以下に示す。
【0004】 電子温度Teとガス温度Tgの比Te
/Tgが大きく、より低温のプラズマが得られる。 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。 マイクロ波の電力を局所的に注入でき、外部空間へ
の不用な放射損失がなく、高密度のプラズマが生成でき
る。 発振器が簡単である。 導波管で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。
【0005】ところで、従来のマイクロ波を利用したプ
ラズマ発生装置としては、以下の構造のものが知られて
いる。 生成部・処理室分離型(前記文献) 従来よりよく知られている構造で、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もの。な
お、処理容器は別途設け、被処理物はプラズマから離れ
た下流に設置する。
【0006】 金属アンテナ型(特公昭57−538
58、特開昭57−9868、特開昭56−4138
2) 金属アンテナを用いて導波管からマイクロ波を別の大容
量の処理容器内に導入し、該処理容器内でプラズマを発
生させるもの。 周期構造型(R.G.Bosisio,C.F.Weissfloch,M.R.Wer
theimer:The Large Volume Microwave Plasma Generato
r,J.Microwave Power,7(4),1972) 導波管より周期構造を利用した開放線路にマイクロ波を
導入し、前記開放線路下に設けた石英管内にプラズマを
発生させるもの。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
の構造のものは、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、プラズマによるマイクロ
波の反射が大きく効率が悪い。
【0008】また、の構造のものは、比較的径の大き
な石英管にプラズマを発生させることができるために多
数処理が可能であるが、アンテナと導波管との整合がむ
ずかしく、プラズマが不均一になりやすい為、その改善
のための装置が複雑になる。
【0009】更に、の構造のものは、周期構造型線路
と導波管の整合をとるために幅広いものができず、細長
いプラズマしか発生できない(前記文献によれば外径1
9mmの石英ガラス管内でプラズマを発生させてい
る。)。また、前記線路の構造も複雑であるという問題
がある。
【0010】そこで、本出願人は上記問題点に鑑みて、
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できるマイクロ波プラズマ発
生装置を備えたマイクロ波プラズマ処理装置を特願昭6
0−143036号で提案した。本発明は、本出願人が
先に提案した特願昭60−143036号の発明の構成
要素であるマイクロ波プラズマ発生装置を更に改良した
ものを提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明のマイクロ波プラズマ発生装置は、マイ
クロ波発振器と、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、該導波管に接続された誘電体被覆
線路と、該誘電体被覆線路に対向配置されるマイクロ波
導入窓を有する反応器とを備えたマイクロ波プラズマ発
生装置において、誘電体被覆線路またはマイクロ波導入
窓を有する反応器のすくなくともどちらか一方をマイク
ロ波の導入側から進行方向に向かって両者間の間隔が小
さくなるような傾斜角度調整部材を備えさせたり、ま
た、誘電体被覆線路を構成する誘電体層の厚みをマイク
ロ波の導入側から進行方向に向かって薄くしたりしてい
るのである。
【0012】ここで、本発明装置の構成要素である誘電
体被覆線路またはマイクロ波導入窓を有する反応器のす
くなくともどちらか一方をマイクロ波の導入側から進行
方向に向かって両者間の間隔が小さくなるような傾斜角
度調整部材を備えさせたり、また、誘電体被覆線路を構
成する誘電体層の厚みをマイクロ波の導入側から進行方
向に向かって薄くなしたりするのは、次の理由による。
【0013】すなわち、前記したように構成しない場合
には、プラズマは発振器側に偏って発生し、プラズマの
発生量はマイクロ波の進行方向に向かって少なくなる傾
向にあった。しかし、本発明のような構成とすることに
よってプラズマを全域に均一となるように発生させるこ
とができる。
【0014】
【作用】本発明は、誘電体被覆線路またはマイクロ波導
入窓を有する反応器のすくなくともどちらか一方をマイ
クロ波の導入側から進行方向に向かって両者間の間隔が
小さくなるような傾斜角度調整部材を備えさせたり、ま
た、誘電体被覆線路を構成する誘電体層の厚みをマイク
ロ波の導入側から進行方向に向かって薄くしたりしてい
るので、プラズマを全域に均一となるように発生させる
ことができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明のマイクロ波プラズマ発生装置
を添付図面に示す1実施例に基づいて説明する。図1
(a)は請求項1に対応する本発明のマイクロ波プラズ
マ発生装置の1実施例を示す正面図中央縦断面図、
(b)はその側面図、図2は請求項2に対応する本発明
のマイクロ波プラズマ発生装置の1実施例を示す正面図
中央縦断面図、図3は導波管と誘電体被覆線路の接合部
を示す図面、図4は誘電体層の平面図である。
【0016】図面において、1はマイクロ波発振器であ
り、ここから例えば2.45GHzのマイクロ波が発生
され、導波管2(WRI−22,109.22mm×5
4.61mm)より伝送される。
【0017】3は前記導波管2に接続された誘電体被覆
線路であり、この誘電体被覆線路3を構成する誘電体層
4には例えばテフロン、ポリスチレン、ポリエチレン等
の誘電損失の小さい物質が採用されている。すなわち、
この誘電体層4は表面波導波路として電磁界の集中をも
たらし、また、当該表面波は光の速度より遅い遅波とな
るため、マイクロ波のエネルギーを有効にガスに伝達
し、プラズマを発生させることができるのである。
【0018】また、本例のように導波管2と誘電体被覆
線路3を別体構成すれば誘電体層4の幅を導波管2の幅
に比較して広くできるため、大面積のプラズマを発生さ
せることができる。
【0019】5は前記誘電体被覆線路3の終端に敷設さ
れた反射板であり、本実施例では導波管2方向への接離
移動が可能なようになされている。6は前記誘電体被覆
線路3の下方に配設された反応器であり、この上面には
マイクロ波導入窓として誘電損失の小さな耐熱性物質、
例えば石英ガラス板7が載置されており、これを通して
マイクロ波を反応器6内に導入するようになされてい
る。
【0020】8は前記反応器6と誘電体被覆線路3間の
反マイクロ波発振器1側の間隔を狭くするように反応器
6の下方に配設された傾斜角度調整部材であり、マイク
ロ波が放射やプラズマによる損失のために減衰するのを
補ってプラズマを均一に発生させるためのものである。
なお、反応器6を傾斜させる代わりに、誘電体被覆線路
3を傾斜させてもよいことは勿論であり、また、両者を
傾斜させてもよい。
【0021】また、これらを傾斜させる代わりに、図2
に示すように、誘電体層4の厚さをマイクロ波の進行方
向に向かって薄くし、誘電体層4とマイクロ波の結合度
を小さくしてゆくことによって均一なプラズマを発生さ
せるようにしてもよい。9はガスボンベや流量計を備え
たガス導入装置、10は排気装置である。
【0022】上記したような構成の本発明装置を用いて
プラズマを発生させる場合には、先ず、反応器6内を低
真空又は高真空になるまで排気した後、この状態の反応
器6内にガスを導入し、その後マイクロ波発振器1を作
動させてマイクロ波を発振させれば、反応器6内の全域
にプラズマが均一に発生する。
【0023】〔実験結果〕図1に示す本発明装置を用い
てプラズマを発生させた。本実験では、2.45GHz
マイクロ波発振器を用い、また、誘電体層には幅200
mm、長さ484mm、厚さ20mmのテフロンを使用
した。
【0024】但し、導波管と誘電体被覆線路の結合部に
おける反射を小さくして電界分布を乱さないように、図
3に示すような形状のテフロンを導波管内に挿入し、ま
た、誘電体被覆線路内のテフロンも図4に示すように1
20mmの長さにわたってテーパをつけた。なお、図3
中のλgは管内波長、λは誘電体の表面波の波長を表し
ている。
【0025】また、反射板は幅200mm、高さ40m
mのものを使用し、石英ガラス板は幅200mm、長さ
300mmのものを使用した。このような形状、寸法の
プラズマ発生装置の反応器に、プラズマ発生ガスとして
空気を導入し、ガス圧10Pa、マイクロ波電力1k
w、誘電体被覆線路のマイクロ波導入口部分(図1にお
ける左端)でのテフロンとプラズマ発生部の距離を60
mmとし、反応器を5°傾けてプラズマを発生させたと
ころプラズマは200mm×300mm全域に均一に発
生した。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明のマイクロ波
プラズマ発生装置は、誘電体被覆線路またはマイクロ波
導入窓を有する反応器のすくなくともどちらか一方をマ
イクロ波の導入側から進行方向に向かって両者間の間隔
が小さくなるような傾斜角度調整部材を備えさせたり、
また、誘電体被覆線路を構成する誘電体層の厚みをマイ
クロ波の導入側から進行方向に向かって薄くしたりして
いるので、プラズマを広い範囲にわたり全域に均一とな
るように発生させることができ、多量の処理材を均質に
一度に処理したり、また、大型の処理材を均質に処理で
きる。さらに、本発明のマイクロ波プラズマ発生装置は
整合も簡単にとれるので、装置の構造や調整を簡単にで
きる等益するところ大なる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は請求項1に対応する本発明のマイクロ
波プラズマ発生装置の1実施例を示す正面図中央縦断面
図、(b)はその側面図である。
【図2】請求項2に対応する本発明のマイクロ波プラズ
マ発生装置の1実施例を示す正面図中央縦断面図であ
る。
【図3】導波管と誘電体被覆線路の接合部を示す図面で
ある。
【図4】誘電体層の平面図である。
【符号の説明】
1 マイクロ波発振器 2 導波管 3 誘電体被覆線路 4 誘電体層 6 反応器 8 傾斜角度調整部材

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マイクロ波発振器と、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、該導波管に接
    続された誘電体被覆線路と、該誘電体被覆線路に対向配
    置されるマイクロ波導入窓を有する反応器とを備えたマ
    イクロ波プラズマ発生装置において、誘電体被覆線路ま
    たはマイクロ波導入窓を有する反応器のすくなくともど
    ちらか一方をマイクロ波の導入側から進行方向に向かっ
    て両者間の間隔が小さくなるような傾斜角度調整部材を
    備えたことを特徴とするマイクロ波プラズマ発生装置。
  2. 【請求項2】 マイクロ波発振器と、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、該導波管に接
    続された誘電体被覆線路と、該誘電体被覆線路に対向配
    置されるマイクロ波導入窓を有する反応器とを備えたマ
    イクロ波プラズマ発生装置において、誘電体被覆線路を
    構成する誘電体層の厚みがマイクロ波の導入側から進行
    方向に向かって薄くなっていることを特徴とするマイク
    ロ波プラズマ発生装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005310478A (ja) * 2004-04-20 2005-11-04 Naohisa Goto プラズマ処理装置および処理方法、並びに、フラットパネルディスプレイの製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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