JPH09506204A - マイクロ波を印加することによりプラズマを形成するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マイクロ波プラズマを形成するための装置は、複数の金属アンテナによって発生される高周波交流電界の存在によって誘起される励起を受けるべくガスが導入されるイオン化室を備える。本発明の装置は、金属アンテナ（５）が互いに平行に且つ規則的平面アレイののノードに配列されている無ガス領域（４）を備える。各アンテナの一端は、無ガス領域（４）からイオン化室（１）へと延びている。誘導ループ（１０）が無ガス領域（４）にマイクロ波を発生する。本発明は、また、マイクロ波プラズマを形成するための方法にも関する。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロ波を印加することによりプラ ズマを形成するための装置および方法 本発明は、マイクロ波を印加することによりプラズマを形成するための装置お よび方法に関するものである。 プラズマを発生するために、交流電界による、ある場合には、静電磁界と組み 合わせた高周波励起をガス体にかけることが、知られている。 このように静電磁界に対して交流電界を重畳させることにより、ガスイオン化 のための最適条件を与えるサイクロトロン電子共鳴効果が生ぜしめられる。 実際において、金属アンテナによって発生される高周波交流電界中にガス体を 置くことにより、そのガス体からプラズマが発生される。この高周波交流電界に は、静電磁界を重畳することができる。 本発明の目的は、大きなサイズであって任意の形状、特に、矩形または円形横 断面を有するプラズマを形成するための新規な装置を提供することである。 本発明は、マイクロ波からプラズマを形成するための装置であって、複数の金 属アンテナによって放射される高周波交流電界の存在により励起を受けるように ガスがそこへ導入されるイオン化室を備えた装置において、無ガス領域を含み、 該無ガス領域においては、前記金属アンテナが互いに平行に配設され且つ規則的 平面アレイのノードに配分されており、各アンテナの一端が前記無ガス領域の外 へ前記イオン化室内に延びており、誘導ループが前記無ガス領域にマイクロ波を 放射しているような装置に関するものである。 本発明によれば、アンテナの端部のみが、マイクロ波プラズマに浸されており 、そのマイクロ波プラズマからイオンビームが抽出される。 本装置の利点は、プラズマが全領域に比較して小さな領域を占めており、全領 域の励起状態に対してあまり影響を与えないということである。 さらに、マイクロ波エネルギは、誘導ループを通して、アンテナを含む領域に おける単一点で周期的構造体へ供給される。 本発明によれば、「誘導ループ」とは、マイクロ波エネルギを周期的構造体へ 供給しうる任意の手段を意味するものと、理解されたい。特に、この誘導ループ は、付属アンテナである。 この原理でもって、２次元的に配分されるアンテナの位置にしたがって、非常 に種々な変形装置を形成することができる。しかしながら、本発明によれば、そ の長さは、真空におけるマイクロ波の波長の４分の１のほぼ奇数倍である。 プラズマの放射表面、したがって、抽出イオンビームの横断面の形状は、特に 、イオンビームによる表面処理等の種々な産業上の利用分野への適用に応じて、 選択しうる。 本発明の１つの特定の実施例においては、本装置は、また、無ガス領域に分極 電界を発生するための手段を有する。この分極電界は、金属アンテナのアレイの 付近に形成されるイオンを集中させることができる。 この分極電界を発生するための手段は、プラズマにマイクロ波を印加する作用 をする金属アンテナのアレイを含むと効果的である。 本発明は、また、前述したような装置においてマイクロ波からプラズマを形成 するための方法において、励起電界に、マイクロ波放射プラズマの各々の周りに イオンを集中させる作用をする別の準静電分極電界を加えることを特徴とする方 法に関する。プラズマ理論において、イオンのこのような集中は、「イオンさや 」と称されている。 換言するならば、本発明による方法は、電気的および磁気的励起場に、マイク ロ波放射アンテナのアレイの周りにイオンさやを形成する別の準静電分極電界を 加えることからなる。 このイオンさやは、もっぱら、サイクロトロン電子共鳴の状態下においてプラ ズマがマイクロ波にさらされるときに、自然に現れるアンテナの自己誘導成分を オフセットする電気容量の如き挙動をする。 本発明の一つの実施例においては、この分極電界は、分極電圧が直接に加えら れているような金属アンテナのアレイによって放射される。 好ましい実施態様においては、アンテナの自己分極が、アンテナアレイに共通 な導電性ベースとイオン化室の壁部との間に電気抵抗を介在させることにより、 発生される。 次に、本発明をより理解し易くするために、添付図面に基づいて、本発明の一 実施例について説明するが、本発明をこの実施例に限定しようとするものではな い。 第１図は、本発明によるイオン化室を示す概略横断面図である。 第２図は、第１図のイオン化室のII−II線にそって見た図である。 第３図は、第１図のアンテナアレイの一変形例を示す第２図と同様の図である 。 第１図は、大きな寸法の平行六面体形状を有するイオン化室１を略示しており 、このイオン化室１の内側へは、矢印３で示すように、パイプ２を通してガスが 導入されうる。 室４の内側において、この場合には、円柱状バーの如き形状とされている金属 アンテナ５のアレイが、非常に高い周波数で交流波を放射する。この交流波は、 図示していない発生器から矢印７にて示すように同軸ケーブル６によってアンテ ナアレイ５に加えられているものである。 アレイ５におけるアンテナは、空間的に周期的に配設されており、すなわち、 規則的平面アレイのノードに配設されていおり、カバー８によって電気的に互い に接続されている。カバー８には、マイクロ波給電コネクタ６′も取り付けられ ている。 入力カバー８は、絶縁体９によって、装置の壁部の他の部分から絶縁されてい る。これらの２つの部分の間の分離は、内側壁部に循環するマイクロ波電流が実 際的に零であり、したがって、得られる摂動が無視しうる程度とされるような点 にて行われている。 ２.４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波の場合には、絶縁体は、バーのベースか らλ／４≒３cmの距離のところにある。バーの長さは、ほぼｋλ／４≒（ｋは奇 数である）。ここで、ｋ＝３およびｋλ／４≒９cmである。 アンテナを取り付けたカバー８は、周期的アンテナ構造体へマイクロ波エネル ギを送信するように設計された入力同軸コネクタ６′を受ける。 誘電体プレート１１は、大きな無プラズマ領域４を残しながら、アレイ５を構 成しているアンテナのブランチの自由端を保持している。 交流電界は、アンテナアレイ５とアンテナ５に対向して配置されたコレクタグ リッド１２との間に確立されるようになる。 第２図は、平行六面体形状の永久磁石バー１３が、イオン化室の両側に配設さ れているところを示しており、これら永久磁石バー１３は、イオン化室の小さい イオン化室１に侵入するガスは、所望の条件下にてイオン化を行わせる磁界と 組み合わさった高周波励起にさらされる。 分極電圧も、発生器Ｖ_sによってアンテナアレイ５に印加される。この分極電 圧により、電気容量の等価物を構成するイオンさやが、アンテナアレイの周りに 形成される。 容易に実施できるシステムは、イオン化室の壁部とアンテナアレイ５との間に 配置された可調整電気抵抗１４によるアンテナの自己分極である。 第３図において、アンテナアレイ５′を含む領域は、断面が円形である。 このような構成では、静電磁界は、軸方向に磁化されたバー形状の永久磁石１ ３′によって発生される。これら磁石は、中空チューブの形の金属アンテナ５′ 自体内に収容される。 前述した実施例は、本発明をこれに限定しようとするようなものでなく、本発 明の範囲から逸脱せずに、所望の変形を任意になすことができるものであること を理解されたい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数の金属アンテナによって放射される高周波交流電界の存在による励起を 受けるべくガスが導入されるイオン化室を備えた、マイクロ波からプラズマを形 成するための装置において、前記金属アンテナ（５、５′）が互いに平行に、規 則的平面アレイのノードに配設されている無ガス領域（４）を備えており、各ア ンテナの一端は、前記無ガス領域の外部へ前記イオン化室（１）内に延びており 、誘導ループ（１０）が前記無ガス領域（４）内へマイクロ波を放射することを 特徴とする装置。 ２．前記アンテナ（５、５′）の長さは、真空における前記マイクロ波の波長の ４分の１のほぼ奇数倍である請求項１記載の装置。 ３．前記無ガス領域（４）において分極電界を発生するための手段も備えており 、前記分極電界は、前記金属アンテナ（５、５′）のアレイの付近に形成される イオンをイオンさやの形に集中させることができる請求項１または２記載の装置 。 ４．前記分極電界を発生するための手段は、プラズマにマイクロ波を加えるよう に作用する金属アンテナアレイ（５、５′）を含む請求項３記載の装置。 ５．前記無ガス領域（４）にマイクロ波を加えるための単一誘導ループ（１０） を有する請求項１から４のうちのいずれかに記載の装置。 磁石（１３、１３′）を含む請求項１から５のうちのいずれかに記載の装置。 ７．前記永久磁石（１３′）は、中空チューブの形に作られた前記金属アンテナ （５′）の内側に配置され、前記永久磁石（１３′）は、軸方向に磁化されたバ ーの形である請求項６記載の装置。 ８．請求項３から７のうちのいずれかに記載の装置においてマイクロ波からプラ ズマを形成するための方法において、マイクロ波放射アンテナ（５）の各々の周 りにイオンを集中させるように作用する別の準静電分極電界が、励起電界に加え られることを特徴とする方法。