JPS5939178B2 - 活性化ガス発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の減圧下のガスにマイクロ波電力を照射して得る
活性化ガヌ発生装横に関する。

減圧下におかれたガスを周波数３００ ＭＩ（ｚから３
００Ｉ（ｚ （以下マイクロ波と記す）を用いて放電さ
せ、この時生成される活性化されたガスを利用して、シ
リコンウェーバのエツチングやフォトレジストの灰化、
プラスチックや金属表面の親水性、接着性の改善を処理
する装置が開発されている。

マイクロ波照射による減圧ガスの放電（プラズマ）を利
用して活性化ガスを発生するガス活性化室は実験により
一定条件において３００℃以上にも達することが明らか
になった。

しかも、一般にガス活性化室に用いられる誘電体（例え
ば石英、アルミナ磁器）は温度上昇に伴って誘電体損失
が増大し、これによってこの誘電体自体のマイクロ波電
力吸収量が増加し更に温度が上昇するという（昇温→誘
電体損失増加→マイクロ波電力吸収増加→昇温）現象が
されられないことになる。

ガス活性化室が高温になると取扱いが煩雑になるばかり
でなく誘電体製のガス活性化室はある種の活性化ガスで
は温度上昇に伴ってガス活性化学自体が侵される度合が
指数関数的に増加する。

第１図は従来のマイクロ波を用いた活性化ガス発生装置
並びに処理装置の一例を示したものである。

マグネトロン等のマイクロ波管を具備したマイクロ波電
力発生装置１からのマイクロ波電力は導波管２へ給電さ
れ、アイソレータ３、反射電力を監視するパワーモニタ
４、整合器５を通過して照射炉６へ送られる。

照射炉（こは整合を容易にするための可動短絡板７を具
備している。

ガス活性化室８は照射炉内の電界最大位置に電波漏洩を
防止する金属管９を介して照射炉を貫通して挿入され、
一端が原料ガスタンク１０に接続されており、他端が活
性化ガスを試料に照射する反応室１１に接続されてなる
ガス輸送管１２の一部から成る。

更に反応室には全体の系を減圧するための真空ポンプ１
３が接続されている。

第１図に示す従来の装置ではガス活性化室でのプラズマ
発生に伴って金属管９からの電波漏洩が増大するため金
属管の長さｌを十分長くしなければならない。

例えば、周波数２４５０ＭＨハ出力１、３ ｋＷのマイ
クロ波電力により酸素プラズマを発生させる場合には電
波漏洩を１調眉以下にするために金属管の長さｌは２５
０ｍｍ以上も必要となる３ガス放電が起っていない状態
で金属管からマイクロ波漏洩がなくとも、ガス放電が発
生してガスが活性化されているとマイクロ波漏洩が著し
く多くなってしまう。

これは、マイクロ波照射により活性化されたガスはイオ
ン化され導電的性質を帯び、この活性化されたガス領域
が中心導体を形成し、照射炉の金属管が外導体となって
高周波同軸線路を構成することとなり、電波をよく伝え
る性質をもつためと考えられる。

とくにポンプ１３でひくガス排出がわでは導入がわより
もガス放電による発光領域が長大になり、マイクロ波漏
洩が多いことが観測される。

ところで活性化したガスがあまり長い経路をたどると再
結合して不活性化してしまうので、輸送管の長大化は好
ましくない。

さらに、ガス活性化室の温度は３００℃以上にも達する
ため、この熱が反応室まで熱伝導し、系全体が高温にな
り、ガス活性化室と反応室さの接続系についても耐熱性
について十分考慮する必要があるなどの欠点を有してい
た。

このため、一般にはガス活性化室を含むガス輸送管と反
応室とが同一の材料で一体に製作されており取扱い上及
び経済上問題となっている。

本発明は上記事情に鑑みてねされたものであり、ガス輸
送管のマイクロ波照射炉内外部分を熱遮断するとともに
、照射炉の金属管部分からの電波漏洩を減少させる構造
を具備した活性化ガス発生装置を提供するものである。

以下図面によりその実施例を説明する。

第２図および第３図は本発明の活性化ガス発生装置及び
それによる処理装置の例を示す図である。

マグネトロン等のマイクロ波発振管を具備したマイクロ
波電力発生装置２１からのマイクロ波電力は、矩形導波
管２２へＴＥｏ１波で給電され、アイソレータ２３、反
射電力を監視するパワモニタ２４、整合器２５を通過し
て照射炉２６へ送ら・ れる。

照射炉には整合を容易にするための可動短絡板が設けら
れている。

この照射炉を貫通してガス輸送管２８が設けられている
。

この輸送管２８は、照射炉内のマイクロ波電界中にさら
されるガス活性化室２８ａと、照射炉外に配置された部
分即ちガス導入用部分２８ｂ、ガス排出用部分２８ｃ譜
から構成されている。

ガス活性化学部分２８ａは石英のような耐熱性のよい誘
電体で形成され、照射炉内の電界最大位置、即ち金属管
２９を介して磁界面中央を貫通し、短絡板２７からほぼ
±（２ｎ−１）波長（ｎ＝１．２．３・・・）のところ
に配置される。

ガス輸送管の一端はバルブ３０を介して原料ガスタンク
３１（例えば酸素、水素、窒素、アルゴン、フレオンあ
るいはこれらの混合物）に接続され、他端はヌテンレス
製の反応室３２に接続される。

活性化されたガスはこの反応室内へ、ガス照射を均一化
するために設けられた複数の細孔３３から、孔のある載
置台３４上におかれた試料３５にふきつけられる。

そして細孔３６のある排気管３７をへて真空ポンプ３８
によってひかれる。

このポンプ３８は反応室、ガス活性化室を含む輸送管な
どの系を１０−２〜１０Ｔｏｒｒ程度に減圧する。

さて、ガス輸送管２８のうちのガス活性化室２８ａを構
成する部分は、照射炉に連設した電漏洩防止用の金属管
２９よりも若干長く作られており、この金属管２９より
も外方へ露出した部分のまわりに水槽４Ｌ４２が液密に
とりつけられている。

これら水槽４１．４２には図の下方即ちガス排出がわか
ら冷却水が矢印の如く流入され、上方から排出されるよ
うに常時流される。

冷却水はマイクロ波吸収のよい液体が好ましい。

各水槽は、金属管２９．２９を介して照射炉に近接され
、導電カバー４３．４４によってとり囲まれている。

とくに活性化されたガスがひき出されるがわの水槽４１
の管軸方向長さｌａは、ガス導人がわの水槽４２の長さ
ｌｂよりも長く形成され、ガス輸送管２８に沿って出よ
うとするマイクロ波をより長い経路にわたって吸収でき
るようにしである。

これら水槽の長さｌａ、ｌｂはいずれも電波吸収体（こ
の例では水）の電波半減深度（照射されたマイクロ波電
力の強さが２分の１になる深さ）より大きくする。

例えば２４５０ＭＨｚの周波数では、水の場合、半減深
度は約１篩であるので、これよりも十分大きい寸法にす
る。

またこの石英製ガス輸送管２８ａの端部即ち水槽が結合
された部分からさらに先端の部分には、シリコンゴムの
Ｏ−ＩＪソング用いたカプラ４５，４６を介してヌテン
レス製のガス輸送管２８ ｂ、２８ ｃがカプラによっ
て着脱自在に接続されている。

以上のような構造のマイクロ波ｌこよる活性化ガス発生
装置は、ガス輸送管のマイクロ波照射炉に近接した部分
をも誘電体で形成すると譜もにこの部分のまわりに電波
吸収体を連設しであるため、照射炉から外部への電波漏
洩を有効に抑制しうる。

即ち第４図に示すようｔこガス放電を起している状態の
もとでは同軸線路を構成するガス輸送管と金属管との間
に発生する矢印Ｅの如き電界の電波に対し、水槽内の水
は、この同軸線路を短絡する高周波負荷となり、しかも
その進行方向長さｌａが半減深度よりも十分長いのでマ
イクロ波はほとんど完全に吸収される。

とくにガスの排出がわにおいては、ポンプによってガス
放電領域が長くのびるが、ここｔこ長大な水負荷が配置
されているので、この方向への電波漏洩も確実に抑える
ことができ、また放電領域も短縮できる。

以上のことによって照射炉かられずかの距離のところで
マイクロ波遮断できるため、活性化ガスの経路の長大化
が抑制でき、装置の小形化とあわせて実用性に富む。

つまり金属管の長さを短縮でき、例えば２４５０ＭＩ（
ｚｌ、 ３ ｋＷの出力のものでも金属管の長さは約１
０Ｃ１１１以下でよく、第１図のものにくらべて１ｈ以
下に短絡しうる。

またガス輸送管のガス活性化室となる部分の両側を冷却
することによって照射炉内外を熱遮断できるので、ガス
活性化室となる部分と単なるガスの輸送のための照射炉
外部分さを分離可能であり、異なる材料で形成すること
ができる。

これはガス活性化室となる部分が高熱で、プラズマによ
って侵食され易く、ある程度消耗品きなるが、本発明の
構成によってこの部分のみを容易に交換することが可能
となる。

従って経済的にも実用性ｔこ富む。

そしてカプラｌこよって接続する場合、カプラの照射炉
がわで熱遮断するようにすることにより、カプラの耐熱
性はあまり要求されず、この点でも有利である。

第５図に示す実施例は、水槽４１と矩形導波管照射炉２
６との間に設けられる金属筒２９の途中に、マイクロ波
波長λの約４分の１の長さｌｃを有するチョーク５１が
設けたものである。

外導体ン をなす金属筒にこのチョーク５１が設けられ
ることによってガス輸送管に沿って進行しようとするマ
イクロ波はさらに確実に遮断される。

従って金属筒２９の長さをさらに短縮することが可能と
なり、活性化ガスの経路長を一層短縮できる。

テ 第６図に示す実施例は、水槽４１を金属筒２９の
内側まで延長し、照射炉２６に水槽の端部を近接させた
ものである。

そして冷却水をホース６１によってこの金属筒内側に延
長した部分に直接給水するようにしたものである。

これによって水槽）はガス輸送管２８の照射炉のごく近
くのまわりにまで配置することができ、従って輸送管に
沿って出ようとするマイクロ波を一層確実に吸収しうる
３第７図に示す実施例は、ガス輸送管２８をマイクロ波
照射炉２６内に位置する部分２８ａ及び活１ 性化され
たガスが排出されるがわの部分２８ｃの内径Ｄ１を径大
にし、原料ガスが導入される部分２８ｂの内径Ｄ２を径
小にしたものである。

径大な部分は、ガスの流れを３０ｍ１／毎分程度の遅い
流にし、活性化を容易にし、かつ活性化したガス１ の
再結合を防止するようにするためであり、例として２４
５０ ＭＨｚのマイクロ波を使用し、内径Ｄ１を３８籠
とする。

他方、原料ガスの導入がわにおいては、ガスの流速は十
分早くても何ら支障がないので、内径Ｄ２を例えば８ｍ
ｍ程度の細いも１ のにする。

そして径小、径大変換部２８ｄを照射炉のごく近くに位
置させ、金属管２９を径／Ｊ・な部分２８ｂで先細状に
し、これによってこの先細状部２９ａによってガス導入
がわからのマイクロ波漏洩を抑制するようにしである。

なお同図中の点； 線矢印はガスの流れを示す。

この実施例の装置は１、Ｌ＜ｌこ原料ガス導入がわｔこ
マイクロ波吸収体を設けなくとも、径小な金属筒を設け
ることができるのでマイクロ波漏洩を防止できる。

これはガス導入がわにはガス放電領域があまり延びない
ことと相まって十分実用性を有するものであり、装置を
簡略化することのできる利点もある。

第８図に示す実施例の装置は、水槽４１内を通るガス輸
送管を多数の細管２８ｅ 、２８ｅ・・・に分岐し、こ
れら各細管が水槽内の冷却水に互いに独立して浸るよう
にしである。

これによってガス輸送管に沿って漏洩しようとするマイ
クロ波エネルギーは一層冷却水に吸収され易くなり、ま
た輸送管の放熱性もよい。

第９図に示す装置は、ガス輸送管２８のまわりに外側円
筒６１を設け、これによって図の上下の水槽４１．４２
を連結したものである。

両管の間の隙間Ｄ３はマイクロ波波長の数分の１以下の
せまい寸法にする。

これによって導波管照射炉内でもここを通る冷却水には
マイクロ波がほとんど吸収されずガスの活性化を達成で
きる。

しかもこれによってガス輸送管は直接導波管内に位置す
る部分も冷却され、安定な動作が保たれる。

第１０図に示す実施例は、両側に固形の円筒状マイクロ
波吸収体４１ａ、４２ａを配置し、一方導波管照射炉２
６内に誘電体製ホース６２によって冷却風を導入し、ガ
ス輸送管２８に吹きつけるようにしたものである。

両吸収体４１ａ、４２ａにはサークル状に複数の通気孔
４１ｂ、４２ｂを軸方向に形成しである。

これｊＬ、よって冷却風は矢印の如くガス輸送管の外周
壁に沿って吹きぬけ、さらｔこ吸収体の通気孔を経て排
出される。

従ってガス輸送管とともに吸収体も冷却され、両者の過
熱が防止される。

これは液体を使用しないので組立て及び取扱いが簡便で
ある。

以上のように本発明の活性化ガス発生装置は、ガス輸送
管に沿って漏洩しようとするマイクロ波を確実に抑制で
き、しかもガス輸送管の経路長を従来のものよりも短縮
することが可能である。

またマイクロ波吸収体として冷却液を用いれば、高温と
なるガス活性化室と外部の輸送管部分出を熱的にしゃ断
でき、実用性に富む。

なおマイクロ波吸収体は水に限らず、例えば炭素粉末を
含浸させたセラミックス、その他の固形物でもよく、ま
たこれらを強制空冷するようにすれば、上述の実施例に
劣らない効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来構造を示す概略構成図、第２図は本発明の
一実施例を示す概略図、第３図は第２図の要部拡大縦断
面図、第４図はその動作態様を示す図、第５図、第６図
、第７図、第８図、第９図、第１０図は各々本発明の他
の実施例を示す要部拡大縦断面図である。 ２１・・・・・・マイクロ波電力発生装置、２６・・・
・・・照射炉、２８・・・・・・ガ゛ス輸送管、２９，
２９ａ・・・・・・金属管、４Ｌ４２・・・・・・水槽
（マイクロ波吸収体）、４５゜４６・・・・・・カプラ
。 −（６）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マイクロ波電力発生装置と、このマイクロ波電力発
   生装置からのマイクロ波電力が供給される照射炉と、こ
   の照射炉内をガスが通過しつるように設けられたガス輸
   送管とを備えた活性化ガス発生装置において、上記輸送
   管の上記照射炉に近接部分を誘電体で形成し、この部分
   のまわりをとりまき且つ上記照射炉に連接してマイクロ
   波吸収体を配置したことを特徴とする活性化ガス発生装
   置。 ２ マイクロ波吸収体が冷却液体でなる特許請求の範囲
   第１項記載の活性化ガス発生装置。 ３ ガス輸送管の照射内においてマイクロ波にさらされ
   る部分と照射炉外に存在する部分とを着脱自在な構造に
   するとともに、マイクロ波吸収体を上記照射炉がわの部
   分（こ設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載の活性化ガス発生装置。 ４ ガス輸送管の照射炉内ｔこ設けられる部分き、照射
   炉外に設けられる部分とを異なる材料で構成した特許請
   求の範囲第１項記載の活性化ガス発生装置。 ５ マイクロ波吸収体が照射炉内にガスを導入するがわ
   と排出するがわに設けるさともに、排出するがわに設け
   た吸収体を導入がわの吸収体よりも長大に構成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の活性化ガス発
   出装置。 ６ マイクロ波照射炉とマイクロ波吸収体との間に４分
   の１波長形チヨークを設けてなる特許請求の範囲第１項
   記載の活性化ガス発生装置。 ７ ガス輸送管の原料ガス導入がわの内径を活性化ガス
   排出がわの内径寸法よりも小さくし、マイクロ波吸収体
   を活性化ガス排出がわに設けた特許請求の範囲第１項記
   載の活性化ガス発生装置。