JP7198541B1

JP7198541B1 - Plasma generator, plasma reactor and plasma generation method

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Publication number: JP7198541B1
Application number: JP2022094289A
Authority: JP
Inventors: 隆史藤立; 浩長谷川; 旭坂本
Original assignee: Nissin Dental Products Inc
Current assignee: Nissin Dental Products Inc
Priority date: 2022-06-10
Filing date: 2022-06-10
Publication date: 2023-01-04
Anticipated expiration: 2042-06-10
Also published as: JP2023180742A

Abstract

【課題】高電子密度のプラズマを効率的に発生させることが可能なプラズマ発生装置、プラズマリアクター及びプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】プラズマ発生装置Ｅは、減圧可能な処理室１と、処理室１内へマイクロ波を通す伝送媒体３と、マイクロ波を放射する開口４０が形成されたホーンアンテナ４と、ホーンアンテナ４に形成された開口４０を塞ぐ誘電体窓５３を有する誘電体５とを備え、ホーンアンテナ４の開口４０から誘電体窓５３を介して処理室１内に放射されたマイクロ波により、処理室１内に供給された気体からプラズマを発生させる。誘電体５は、ホーンアンテナ４の開口４０に挿入された頂点部５０と、頂点部５０から漸次拡開するように形成された側壁部５１と、側壁部５１の先端となる開口４０部とを備える。誘電体窓５３は、頂点部５０及び頂点部５０の周辺の部位にて形成されている。【選択図】図１A plasma generator, a plasma reactor, and a plasma processing method capable of efficiently generating high electron density plasma are provided. A plasma generator E includes a processing chamber 1 which can be decompressed, a transmission medium 3 for passing microwaves into the processing chamber 1, a horn antenna 4 formed with an opening 40 for radiating microwaves, and a horn antenna. and a dielectric 5 having a dielectric window 53 that closes an opening 40 formed in the horn antenna 4 . Plasma is generated from the gas supplied in 1 . The dielectric 5 has a vertex portion 50 inserted into the opening 40 of the horn antenna 4 , side wall portions 51 formed so as to expand gradually from the vertex portion 50 , and an opening portion 40 serving as the tip of the side wall portion 51 . Prepare. The dielectric window 53 is formed at the vertex portion 50 and a portion around the vertex portion 50 . [Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は、プラズマを発生させるプラズマ発生装置、そのようなプラズマ発生装置に適用可能なプラズマリアクター及びそのようなプラズマ発生装置を用いたプラズマ発生方法に関する。 The present invention relates to a plasma generator for generating plasma, a plasma reactor applicable to such a plasma generator, and a plasma generation method using such a plasma generator.

処理対象に対し、マイクロ波を使ってプラズマ処理を行うプラズマ処理装置が使用されている。例えば、特許文献１では、水素含有成分ガスと酸素成分ガスの混合ガスプラズマを用いて防食処理する試料の後処理方法を開示している。特許文献１には、後処理を行う後処理装置が記載されており、後処理装置は、マイクロ波導波管、石英製の窓、プラズマ発生室等のリアクターを備えている。このようなリアクターを備える後処理方法では、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波が、マイクロ波導波管を進行し、石英製の窓を介してプラズマ発生室に導かれる。プラズマ発生室に導入された処理用ガスにマイクロ波が印加され、プラズマ発生室にプラズマが発生する。 2. Description of the Related Art Plasma processing apparatuses are used to perform plasma processing on an object to be processed using microwaves. For example, Patent Literature 1 discloses a sample post-treatment method in which a mixed gas plasma of a hydrogen-containing component gas and an oxygen component gas is used for anti-corrosion treatment. Patent Literature 1 describes a post-treatment device that performs post-treatment, and the post-treatment device includes a reactor such as a microwave waveguide, a quartz window, and a plasma generation chamber. In a post-treatment method with such a reactor, microwaves with a frequency of 2.45 GHz travel through a microwave waveguide and are guided into a plasma generation chamber through a quartz window. Microwaves are applied to the processing gas introduced into the plasma generation chamber, and plasma is generated in the plasma generation chamber.

特開平７－２５４５８９号公報JP-A-7-254589

プラズマ処理の用途は多岐に渡るため、電子密度が高いプラズマによる処理が求められる場合がある。 Since plasma processing is used in a wide variety of applications, there are cases where plasma processing with high electron density is required.

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、マイクロ波を処理室側へ放射するホーンアンテナの開口に、誘電体窓が形成された頂点部及び頂点部から漸次拡開するように形成された側壁部を有する誘電体の頂点部を挿入する。これにより、高電子密度のプラズマを効率的に発生させることが可能なプラズマ発生装置、プラズマリアクター及びプラズマ発生方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the opening of the horn antenna for radiating microwaves to the processing chamber side is formed at the apex portion where the dielectric window is formed and gradually widens from the apex portion. Insert a dielectric apex having curved sidewalls. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a plasma generator, a plasma reactor, and a plasma generation method capable of efficiently generating plasma with a high electron density.

上記課題を解決するため、本願開示のプラズマ発生装置は、減圧可能な処理室と、前記処理室内へマイクロ波を通す伝送媒体と、前記伝送媒体を通ったマイクロ波を前記処理室側へ放射する開口が形成されたアンテナと、前記アンテナに形成された開口を塞ぐ誘電体窓を有する誘電体とを備え、前記アンテナの開口から前記誘電体窓を介して前記処理室内に放射されたマイクロ波により、前記処理室内に供給された気体からプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、前記アンテナは、ホーンアンテナであり、前記誘電体は、前記ホーンアンテナの開口に挿入された頂点部と、前記頂点部から漸次拡開するように形成された側壁部と、前記側壁部の先端となる開口部とを備え、前記誘電体窓は、前記頂点部及び該頂点部の周辺の部位にて形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the plasma generation apparatus disclosed in the present application includes a processing chamber that can be depressurized, a transmission medium that transmits microwaves into the processing chamber, and a microwave that has passed through the transmission medium and radiates toward the processing chamber. An antenna having an opening formed therein and a dielectric having a dielectric window closing the opening formed in the antenna, wherein microwaves radiated into the processing chamber from the opening of the antenna through the dielectric window a plasma generator for generating plasma from a gas supplied into the processing chamber, wherein the antenna is a horn antenna, and the dielectric comprises a vertex inserted into an opening of the horn antenna and and an opening serving as a tip of the sidewall, wherein the dielectric window is formed at the vertex and a portion around the vertex. It is characterized by

また、本願開示のプラズマ発生装置において、前記誘電体の外形は、中空の三角柱状をなし、両底面を渡す一の辺が前記頂点部となり、前記頂点部に接する二の側面が前記側壁部となり、前記頂点部に相対する一の側面に相当する部位が開口した前記開口部となることを特徴とする。 Further, in the plasma generator disclosed in the present application, the outer shape of the dielectric is a hollow triangular prism, one side connecting both bottom surfaces is the apex, and two side surfaces in contact with the apex are the side walls. and a portion corresponding to one side surface facing the vertex is the opening.

また、本願開示のプラズマ発生装置において、前記誘電体の外形は、中空の角錐状をなし、頂点が前記頂点部となり、側面が前記側壁部となり、底面に相当する部位が開口した前記開口部となることを特徴とする。 Further, in the plasma generator disclosed in the present application, the outer shape of the dielectric is a hollow pyramid shape, the apex being the apex, the side surface being the side wall, and the portion corresponding to the bottom being the opening. characterized by becoming

また、本願開示のプラズマ発生装置において、前記側壁部により形成される前記頂点部の角度は、９０°以下であることを特徴とする。 Further, in the plasma generator disclosed in the present application, the angle of the apex formed by the side wall is 90° or less.

また、本願開示のプラズマ発生装置において、前記ホーンアンテナは、前記誘電体の前記側壁部に接する面を有し、前記誘電体を冷却する冷却部を備えることを特徴とする。 Further, in the plasma generator disclosed in the present application, the horn antenna has a surface in contact with the side wall portion of the dielectric and includes a cooling portion for cooling the dielectric.

また、本願開示のプラズマ発生装置において、前記誘電体の前記側壁部は、処理室内へ供給する気体を通す一又は複数の供給口が開設されていることを特徴とする。 Further, in the plasma generator disclosed in the present application, the side wall portion of the dielectric is characterized in that one or a plurality of supply ports through which gas to be supplied into the processing chamber is passed is opened.

また、本願開示のプラズマ発生装置において、前記誘電体は、セラミック製であることを特徴とする。 Further, in the plasma generator disclosed in the present application, the dielectric is made of ceramic.

また、本願開示のプラズマ発生装置において、前記伝送媒体は、導波管、同軸管又は同軸ケーブルであることを特徴とする。 Further, in the plasma generator disclosed in the present application, the transmission medium is a waveguide, a coaxial pipe, or a coaxial cable.

更に、本願開示のプラズマリアクターは、前記処理室内へマイクロ波を通す伝送媒体と、前記伝送媒体を通ったマイクロ波を放射する開口が形成されたアンテナと、前記アンテナに形成された開口を塞ぐ誘電体窓を有する誘電体とを備え、前記アンテナの開口から前記誘電体窓を介して放射されたマイクロ波により、プラズマを発生させるプラズマリアクターであって、前記アンテナは、ホーンアンテナであり、前記誘電体は、前記ホーンアンテナの開口に挿入された頂点部と、前記頂点部から漸次拡開するように形成された側壁部と、前記側壁部の先端となる開口部とを備え、前記誘電体窓は、前記頂点部及び該頂点部の周辺の部位にて形成されていることを特徴とする。 Further, the plasma reactor disclosed in the present application comprises: a transmission medium for transmitting microwaves into the processing chamber; an antenna having an opening for radiating the microwaves that have passed through the transmission medium; a dielectric having a body window, wherein plasma is generated by microwaves radiated from an opening of the antenna through the dielectric window, wherein the antenna is a horn antenna; The body includes a vertex portion inserted into the opening of the horn antenna, a side wall portion formed so as to expand gradually from the vertex portion, and an opening serving as a tip of the side wall portion, and the dielectric window. is formed at the vertex portion and a portion around the vertex portion.

更に、本願開示のプラズマ発生方法は、前記プラズマ発生装置を用い、処理室内の真空度を３０～２００Ｐａとした環境下で、表面波プラズマを発生させることを特徴とする。 Furthermore, the plasma generating method disclosed in the present application is characterized by generating surface wave plasma in an environment in which the degree of vacuum in the processing chamber is set to 30 to 200 Pa using the plasma generating apparatus.

更に、本願開示のプラズマ発生方法は、第１の供給口及び前記第１の供給口より前記頂点部から遠い位置の第２の供給口が開設された前記プラズマ発生装置を用い、第１の気体を前記第１の供給口から処理室内へ供給し、前記第１の気体を供給後、第２の気体を前記第２の供給口から前記処理室内へ供給することを特徴とする。 Furthermore, the plasma generation method disclosed in the present application uses the plasma generator in which a first supply port and a second supply port located farther from the apex than the first supply port are opened, and a first gas is supplied into the processing chamber through the first supply port, and after the first gas is supplied, the second gas is supplied into the processing chamber through the second supply port.

本願開示のプラズマ発生装置等は、頂点部、頂点部から漸次拡開するように形成された側壁部及び側壁部の先端となる開口部を備える誘電体が、ホーンアンテナの開口に頂点部が挿入されている。これにより、本願開示のプラズマ発生装置は、高電子密度のプラズマを効率的に発生させることが可能である In the plasma generator and the like disclosed in the present application, a dielectric having an apex, a side wall formed to gradually widen from the apex, and an opening serving as the tip of the side wall is inserted into the opening of the horn antenna. It is Thereby, the plasma generator disclosed in the present application can efficiently generate high electron density plasma.

本願開示のプラズマ発生装置の一例を示す概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram showing an example of a plasma generator disclosed in the present application; FIG. 本願開示のプラズマ発生装置が備えるプラズマリアクターの一部を拡大して模式的に示す概略斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view schematically showing an enlarged part of a plasma reactor included in the plasma generator disclosed in the present application. 本願開示のプラズマ発生装置が備えるプラズマリアクターの一部を拡大して示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged part of a plasma reactor included in the plasma generator disclosed in the present application; 本願開示のプラズマリアクターが備える誘電体の一例を模式的に示す概略外観図である。1 is a schematic external view schematically showing an example of a dielectric provided in a plasma reactor disclosed in the present application; FIG. 本願開示のプラズマリアクターが備える誘電体の一例を模式的に示す概略外観図である。1 is a schematic external view schematically showing an example of a dielectric provided in a plasma reactor disclosed in the present application; FIG. 本願開示のプラズマ発生装置が備えるプラズマリアクター内の電界の方向の一例を模式的に示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the direction of an electric field in a plasma reactor provided in the plasma generator disclosed in the present application; 本願開示のプラズマ発生装置が備えるプラズマリアクター内の電界の方向の一例を模式的に示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the direction of an electric field in a plasma reactor provided in the plasma generator disclosed in the present application; プラズマ発生装置が備えるプラズマリアクターの電界強度のシミュレーションの前提としたモデルの概要を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an overview of a model used as a premise for simulating the electric field strength of a plasma reactor provided in a plasma generator; プラズマ発生装置が備えるプラズマリアクターの電界強度のシミュレーション結果の一例を示す画像である。4 is an image showing an example of a simulation result of electric field intensity of a plasma reactor provided in a plasma generator. プラズマ発生装置が備えるプラズマリアクターの電界強度のシミュレーション結果の一例を示す画像である。4 is an image showing an example of a simulation result of electric field intensity of a plasma reactor provided in a plasma generator. プラズマリアクターの電界強度のシミュレーション結果の一例を示すグラフである。4 is a graph showing an example of a simulation result of electric field intensity of a plasma reactor; 各種気体に対する高周波放電の放電開始電界と圧力との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the discharge starting electric field of high-frequency discharge and the pressure for various gases. 従来技術のプラズマリアクターの一部を模式的に示す概略図である。1 is a schematic diagram schematically showing part of a prior art plasma reactor; FIG. 従来技術のプラズマリアクターの一部を模式的に示す概略図である。1 is a schematic diagram schematically showing part of a prior art plasma reactor; FIG. 本願開示のプラズマ発生装置が備えるプラズマリアクターの一部を拡大して示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged part of a plasma reactor included in the plasma generator disclosed in the present application; 本願開示のプラズマ発生装置が備えるプラズマリアクターの一部を拡大して示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged part of a plasma reactor included in the plasma generator disclosed in the present application; 本願開示のプラズマ発生装置が備えるプラズマリアクターの一部を拡大して示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged part of a plasma reactor included in the plasma generator disclosed in the present application;

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。本願開示のプラズマ発生装置は、マイクロ波によりプラズマを発生させる装置である。プラズマ発生装置は、発生させたプラズマを処理対象に対して照射することにより、処理対象の表面改質等の処理を行う。以下では、図面を用い、図面に示したプラズマ発生装置Ｅを例示して説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. A plasma generator disclosed in the present application is a device that generates plasma using microwaves. The plasma generator irradiates the object to be treated with the generated plasma, thereby performing treatment such as surface modification of the object to be treated. In the following, the plasma generator E shown in the drawings will be exemplified and explained with reference to the drawings.

図１は、本願開示のプラズマ発生装置Ｅの一例を示す概略ブロック図である。プラズマ発生装置Ｅは、プラズマを発生させ、発生させたプラズマを処理対象に照射し、表面改質等の処理を行う装置である。プラズマ発生装置Ｅは、処理対象に対して、還元処理、水酸基の付加、灰化（アッシング）等の処理、更には、プラズマＣＶＤ、エッチング、撥水基の付加等の様々な表面処理を行うことができる。 FIG. 1 is a schematic block diagram showing an example of a plasma generator E disclosed in the present application. The plasma generator E is a device that generates plasma, irradiates the generated plasma onto a processing target, and performs processing such as surface modification. The plasma generator E performs various surface treatments, such as reduction treatment, addition of hydroxyl groups, and ashing, as well as plasma CVD, etching, and addition of water-repellent groups, to the object to be treated. can be done.

プラズマ発生装置Ｅは、処理室１及び発振器２、並びに伝送媒体３、ホーンアンテナ４及び誘電体５を備えるプラズマリアクターＰＲ等の各種部材を備えている。処理室１は、内部に収容した処理対象に対してプラズマを照射するチャンバーである。発振器２は、電源２０を備え、電源２０にて印加した電力により、マイクロ波等の電磁波を発振する装置である。発振器２が発生させたマイクロ波は、伝送媒体３を通って処理室１側へ導入される。図１に例示した伝送媒体３は、導波管を使用した例を示している。導波管の処理室１側の先端には、マイクロ波を処理室１側へ放射する開口４０が形成されたホーンアンテナ４が取り付けられており、ホーンアンテナ４の開口４０には、開口４０を塞ぐ誘電体５が挿入されている。処理室１内には、処理対象を載置する載置台６が配置されている。また、処理室１内には、処理室１内の気体を吸引する真空ポンプ等の減圧装置７、処理室１内へ気体を供給するガス供給装置８等の各種装置が接続されている。減圧装置７は、処理室１に接続された排気管７０を介して処理室１内の気体を吸引する。ガス供給装置８は、処理室１に接続された給気管８０を介して処理室１内へ気体を供給する。 The plasma generator E includes various members such as a processing chamber 1 , an oscillator 2 , and a plasma reactor PR including a transmission medium 3 , a horn antenna 4 and a dielectric 5 . The processing chamber 1 is a chamber for irradiating plasma onto a processing object housed therein. The oscillator 2 is a device that includes a power supply 20 and that oscillates electromagnetic waves such as microwaves with power applied by the power supply 20 . Microwaves generated by the oscillator 2 are introduced into the processing chamber 1 through the transmission medium 3 . The transmission medium 3 illustrated in FIG. 1 shows an example using a waveguide. A horn antenna 4 having an opening 40 for radiating microwaves toward the processing chamber 1 is attached to the tip of the waveguide on the processing chamber 1 side. A blocking dielectric 5 is inserted. A mounting table 6 for mounting an object to be processed is arranged in the processing chamber 1 . Various devices such as a decompression device 7 such as a vacuum pump for sucking gas in the processing chamber 1 and a gas supply device 8 for supplying gas into the processing chamber 1 are connected to the processing chamber 1 . The decompression device 7 sucks gas from the processing chamber 1 through an exhaust pipe 70 connected to the processing chamber 1 . The gas supply device 8 supplies gas into the processing chamber 1 through an air supply pipe 80 connected to the processing chamber 1 .

図２は、本願開示のプラズマ発生装置Ｅが備えるプラズマリアクターＰＲの一部を拡大して模式的に示す概略斜視図である。図３は、本願開示のプラズマ発生装置Ｅが備えるプラズマリアクターＰＲの一部を拡大して示す概略断面図である。図４及び図５は、本願開示のプラズマリアクターＰＲが備える誘電体５の一例を模式的に示す概略外観図である。図２は、プラズマリアクターＰＲが伝送媒体３として備える導波管の先端に取り付けられたホーンアンテナ４の周辺を拡大して示しており、ホーンアンテナ４内に内接する誘電体５を一点鎖線で示している。図３は、図２の概略斜視図におけるＡ－Ｂ線分を通る面で切断し、矢印方向の視線で示す断面図である。図４は、誘電体５の概略斜視図であり、図５は、誘電体５の概略正面図である。図４及び図５では、内部形状を破線で示している。導波管は、方形導波管であり、マイクロ波の進行方向に対して直交する断面が、例えば、内寸が、１０９×５５ｍｍ、９６×２７ｍｍ等の長方形状となる四角筒状をなしている。導波管の先端には、ホーンアンテナ４が取り付けられている。 FIG. 2 is a schematic perspective view schematically showing an enlarged part of the plasma reactor PR provided in the plasma generator E disclosed in the present application. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged part of the plasma reactor PR provided in the plasma generator E disclosed in the present application. 4 and 5 are schematic external views schematically showing an example of the dielectric 5 included in the plasma reactor PR disclosed in the present application. FIG. 2 shows an enlarged view of the periphery of the horn antenna 4 attached to the tip of the waveguide provided as the transmission medium 3 in the plasma reactor PR, and the dielectric 5 inscribed in the horn antenna 4 is indicated by a dashed line. ing. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along a plane passing through line AB in the schematic perspective view of FIG. 2 and viewed in the direction of the arrow. 4 is a schematic perspective view of the dielectric 5, and FIG. 5 is a schematic front view of the dielectric 5. FIG. In FIGS. 4 and 5, the internal shape is indicated by dashed lines. The waveguide is a rectangular waveguide, and the cross section perpendicular to the traveling direction of the microwave has a rectangular tubular shape with inner dimensions of, for example, 109×55 mm, 96×27 mm, or the like. there is A horn antenna 4 is attached to the tip of the waveguide.

図２及び図３に例示するホーンアンテナ４は、Ｈ面がテーパーのホーンであり、導波管に取り付けられた根元部分から先端にかけて、Ｈ面に相当する面が漸次拡開している。ホーンアンテナ４の根元部分の開口４０には、略三角形状をなす誘電体５の頂点部５０が挿入されている。ホーンアンテナ４の根元から先端部分の内側は、誘電体５の側壁部５１に接している。ホーンアンテナ４には、誘電体５を冷却する冷媒を通す冷却管となる冷却部４１が形成されており、冷却部４１により、接している誘電体５の側壁部５１を冷却する。 The horn antenna 4 illustrated in FIGS. 2 and 3 is a horn with a tapered H plane, and the plane corresponding to the H plane gradually expands from the base portion attached to the waveguide to the tip. A vertex portion 50 of the dielectric 5 having a substantially triangular shape is inserted into the opening 40 at the root portion of the horn antenna 4 . The inside of the horn antenna 4 from its base to its tip portion is in contact with the side wall portion 51 of the dielectric 5 . The horn antenna 4 is formed with a cooling portion 41 serving as a cooling pipe through which a coolant for cooling the dielectric 5 is passed.

図２乃至図５に例示する誘電体５は、熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・ｋ以上の耐プラズマ性能を有するアルミナ、シリカ、ジルコニア、窒化アルミ等のセラミック材料、例えばニシムラ陶業株式会社製の高純度アルミナ「Ｎ－９９９Ｓ」を用いて形成される。また、誘電損失が小さいアルミナ、例えば、ニシムラ陶業株式会社製の高純度アルミナ「Ｎ－９９ＤＬＴ」等のセラミック材料も誘電体５の材料として好ましい。誘電体５は、所謂テント型の形状となる中空の横倒し三角柱状をなし、両底面を渡す一の辺が頂点部５０となり、頂点部５０に接する二の側面がＨ面に沿った側壁部５１となっている。誘電体５の側壁部５１の厚さは１５ｍｍ程度が好ましい。誘電体５の頂点部５０に相対する一の側面に相当する部位が開放された開口部５２となっている。ホーンアンテナ４の根元部分の開口４０に挿入された誘電体５の頂点部５０及び頂点部５０の周辺の部位は、誘電体窓５３となっている。導波管を通ったマイクロ波は、ホーンアンテナ４の開口４０から誘電体窓５３を介して処理室１内に放射される。誘電体５には、ガス供給装置８の給気管８０から送られる気体を内部へ供給するための第１供給口５４及び第２供給口５５が開設されている。第１供給口５４及び第２供給口５５は、供給した気体がプラズマ化しやすいように頂点部５０の内側近傍に開設されている。第１供給口５４は、第２供給口５５より、頂点部５０及び側壁部５１に近い位置に開設されている。 The dielectric 5 illustrated in FIGS. 2 to 5 is a ceramic material such as alumina, silica, zirconia, aluminum nitride, etc. having plasma resistance performance with a thermal conductivity of 25 W/m·k or more. It is formed using pure alumina "N-999S". Alumina having a small dielectric loss, for example, a ceramic material such as high-purity alumina “N-99DLT” manufactured by Nishimura Ceramics Co., Ltd. is also preferable as a material for the dielectric 5 . The dielectric 5 has a hollow sideways triangular prism shape, which is a so-called tent shape. It has become. The thickness of the side wall portion 51 of the dielectric 5 is preferably about 15 mm. A portion corresponding to one side surface of the dielectric 5 facing the vertex 50 is an open opening 52 . A vertex portion 50 of the dielectric 5 inserted into the opening 40 at the root portion of the horn antenna 4 and a portion around the vertex portion 50 form a dielectric window 53 . The microwave that has passed through the waveguide is radiated into the processing chamber 1 through the opening 40 of the horn antenna 4 and the dielectric window 53 . The dielectric 5 is provided with a first supply port 54 and a second supply port 55 for supplying the gas sent from the air supply pipe 80 of the gas supply device 8 to the inside. The first supply port 54 and the second supply port 55 are opened in the vicinity of the inner side of the vertex portion 50 so that the supplied gas is easily turned into plasma. The first supply port 54 is opened at a position closer to the top portion 50 and the side wall portion 51 than the second supply port 55 is.

以上のように形成されたプラズマ発生装置Ｅによるプラズマ発生方法について説明する。先ず、プラズマ発生装置Ｅの処理室１内の載置台６に処理対象が載置される。次に、減圧装置７により、排気管７０から処理室１内の気体が吸引され、処理室１内が減圧状態となる。 A method of generating plasma by the plasma generator E constructed as described above will be described. First, an object to be processed is mounted on the mounting table 6 in the processing chamber 1 of the plasma generator E. As shown in FIG. Next, the gas inside the processing chamber 1 is sucked from the exhaust pipe 70 by the decompression device 7 , and the inside of the processing chamber 1 is brought into a decompressed state.

例えば、プラズマ発生装置Ｅが表面波プラズマを発生させる場合、処理室１内は、２０～３００Ｐａ、好ましくは、３０～２００Ｐａ程度にまで減圧される。 For example, when the plasma generator E generates surface wave plasma, the pressure inside the processing chamber 1 is reduced to 20 to 300 Pa, preferably 30 to 200 Pa.

処理室１内を減圧状態とした後、ガス供給装置８により、給気管８０から処理室１内に気体が供給される。先ず、第１供給口５４から第１の気体を供給し、その後、第２供給口５５から第２の気体を供給する。例えば、ＣＦ４等の腐食性のガスをプラズマ化する場合、腐食性のガスは、第２の気体として第２供給口５５から供給される。腐食性のガスとしては、例示したＣＦ４等のフッ素系ガス以外にも、塩素系ガス等の様々なガスを用いることが可能である。頂点部５０及び側壁部５１に近い第１供給口５４から第１の気体を供給した後で、第２供給口５５から第２の気体として供給した腐食性のガスは、誘電体５から遠い位置に充填される。このようにすることで、例えば、石英ガラスのように腐食し易い誘電体５を用いた場合であっても、腐食を抑止することが可能となる。また、プラズマ化し易い気体を第１の気体として第１供給口５４から供給することにより、第１の気体をプラズマ化し、プラズマ化した第１の気体のプラズマエネルギーにより、第２の気体をプラズマ化することが可能となる。 After the inside of the processing chamber 1 is reduced in pressure, gas is supplied into the processing chamber 1 through the air supply pipe 80 by the gas supply device 8 . First, the first gas is supplied from the first supply port 54 and then the second gas is supplied from the second supply port 55 . For example, when converting a corrosive gas such as CF4 into plasma, the corrosive gas is supplied from the second supply port 55 as the second gas. As the corrosive gas, various gases such as a chlorine-based gas can be used in addition to the exemplified fluorine-based gas such as CF4. After supplying the first gas from the first supply port 54 close to the top portion 50 and the side wall portion 51, the corrosive gas supplied as the second gas from the second supply port 55 reaches a position far from the dielectric 5. is filled to By doing so, for example, even if the dielectric 5 which is easily corroded, such as quartz glass, is used, it is possible to suppress corrosion. Further, by supplying a gas that is easily plasmatized as the first gas from the first supply port 54, the first gas is plasmatized, and the plasma energy of the plasmatized first gas is used to plasmatize the second gas. It becomes possible to

処理室１の誘電体５内に気体を充填後、発振器２が、電源２０にて１ｋｗ等の出力でマイクロ波等の電磁波を発生させる。発振器２が発生させたマイクロ波は、導波管を通ってホーンアンテナ４へ伝搬する。 After the dielectric 5 in the processing chamber 1 is filled with gas, the oscillator 2 generates electromagnetic waves such as microwaves with an output of 1 kw or the like from the power source 20 . A microwave generated by the oscillator 2 propagates to the horn antenna 4 through the waveguide.

図６は、本願開示のプラズマ発生装置Ｅが備えるプラズマリアクターＰＲ内の電界の方向の一例を模式的に示す概略断面図である。図６は、図３に例示した概略断面図に、電界方向を両矢印にて示す電界を重畳して示している。図６は、マイクロ波が誘電体５まで伝搬しているが、プラズマが点灯する前の状態を示している。断面が長方形状の導波管を伝搬し、方形の導波管にて伝搬したマイクロ波は、根元から先端にかけて漸次拡開するホーンアンテナ４の内面に直交する円弧状に広がっていく。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the direction of the electric field in the plasma reactor PR provided in the plasma generator E disclosed in the present application. FIG. 6 shows the schematic cross-sectional view illustrated in FIG. 3 superimposed with an electric field whose direction is indicated by a double-headed arrow. FIG. 6 shows the state in which the microwave has propagated to the dielectric 5 but before the plasma is ignited. A microwave propagated through a rectangular waveguide having a rectangular cross section spreads in an arc perpendicular to the inner surface of the horn antenna 4 that gradually expands from the root to the tip.

図７は、本願開示のプラズマ発生装置Ｅが備えるプラズマリアクターＰＲ内の電界の方向の一例を模式的に示す概略断面図である。図７は、図６に例示した状態からマイクロ波の電界強度が強くなり、プラズマが点灯した状態を示している。図７において、実線の両矢印は電界方向を示し、破線は電流を示し、縦線のハッチングで示す領域は、プラズマを示している。図６に例示した状態から電界強度を強くすると、誘電体５の頂点部５０近傍の内側にプラズマが点灯する。プラズマが点灯後、更に、電界強度を強くすると、それ以上マイクロ波を吸収できない臨界密度に達する。臨界密度に達した高密度プラズマでは、金属導体のようにプラズマ中をマイクロ波の電流が流れるようになる。プラズマ中をマイクロ波の電流が流れることにより、誘電体５の表面に沿って新たにプラズマが励起していくため、表面波プラズマが形成される。図７では、真空に近い減圧状態となっている誘電体５の頂点部５０近傍の内面に沿って、表面波プラズマが広がる状態を示している。図７に示す状態から、更に、電界強度が強くなることにより、プラズマの先端部分に新たに放電が起こり、更にプラズマが広がる状態となる。図７に例示する状態において、マイクロ波は誘電体５内部を通路として伝搬する。 FIG. 7 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the direction of the electric field in the plasma reactor PR provided in the plasma generator E disclosed in the present application. FIG. 7 shows a state in which the electric field strength of the microwave is increased from the state illustrated in FIG. 6 and the plasma is lit. In FIG. 7, the solid double-headed arrow indicates the direction of the electric field, the dashed line indicates the current, and the hatched area of the vertical line indicates the plasma. When the electric field intensity is increased from the state illustrated in FIG. After the plasma is turned on, if the electric field strength is further increased, it reaches a critical density at which microwaves cannot be absorbed any more. In a high-density plasma that reaches a critical density, a microwave current flows through the plasma like a metal conductor. As the microwave current flows through the plasma, the plasma is newly excited along the surface of the dielectric 5, thereby forming a surface wave plasma. FIG. 7 shows a state in which the surface wave plasma spreads along the inner surface near the vertex 50 of the dielectric 5 which is in a reduced pressure state close to vacuum. As the electric field strength increases further from the state shown in FIG. 7, a new discharge occurs at the tip of the plasma, and the plasma spreads further. In the state illustrated in FIG. 7, the microwave propagates through the inside of the dielectric 5 as a passage.

プラズマ発生装置Ｅでは、以上のようにして発生したプラズマが、載置台６に載置した処理対象に照射されるので、処理対象の表面処理が行われる。 In the plasma generator E, the plasma generated as described above is applied to the object to be processed placed on the mounting table 6, so that the surface of the object to be processed is processed.

次に、プラズマ発生装置Ｅによる電界強度をシミュレーションした結果について説明する。図８は、プラズマ発生装置Ｅが備えるプラズマリアクターＰＲの電界強度のシミュレーションの前提としたモデルの概要を示す説明図である。図８（ａ）は、本願開示のプラズマリアクターＰＲの仮想モデルをＸＹＺ座標系に示し、特に、誘電体５については、形状を視認し易いように座標系外に取り出して示している。図８（ａ）に示す本願開示のプラズマリアクターＰＲは、Ｙ軸方向から視た誘電体５の正面形状が、直角二等辺三角形状となっており、頂点部５０及びその近傍がホーンアンテナ４の開口４０に挿入された状態の誘電体窓５３となっている。図８（ｂ）は、比較用のプラズマリアクターの仮想モデルをＸＹＺ座標系に示し、誘電体については、形状を座標系外に取り出して示している。図８（ｂ）に示す比較用のプラズマリアクターは、誘電体の正面の形状が等脚台形状となっており、ホーンアンテナ内に挿入された部位はなく、平坦な誘電体窓となっている。図８（ａ）及び図８（ｂ）に示した仮想モデルを用いて発生する電界強度のシミュレーションを実施する。 Next, the result of simulating the electric field intensity by the plasma generator E will be described. FIG. 8 is an explanatory diagram showing an outline of a model used as a premise for simulating the electric field intensity of the plasma reactor PR provided in the plasma generator E. As shown in FIG. FIG. 8A shows a virtual model of the plasma reactor PR disclosed in the present application in the XYZ coordinate system, and in particular, the dielectric 5 is shown outside the coordinate system so that the shape can be easily visually recognized. In the plasma reactor PR disclosed in the present application shown in FIG. 8A, the front shape of the dielectric 5 viewed from the Y-axis direction is a right-angled isosceles triangle, and the vertex 50 and its vicinity are the horn antenna 4. A dielectric window 53 is inserted into the opening 40 . FIG. 8B shows a virtual model of the plasma reactor for comparison in the XYZ coordinate system, and shows the shape of the dielectric outside the coordinate system. In the plasma reactor for comparison shown in FIG. 8(b), the shape of the front face of the dielectric is an isosceles trapezoid, and there is no portion inserted into the horn antenna, and the dielectric window is flat. . A simulation of the generated electric field strength is performed using the virtual model shown in FIGS. 8(a) and 8(b).

図９及び図１０は、プラズマ発生装置Ｅが備えるプラズマリアクターＰＲの電界強度のシミュレーション結果の一例を示す画像である。図９は、ＸＺ平面に平行な断面についての電界強度のシミュレーション結果を示している。図９（ａ）は、図８（ａ）に示した本願開示のプラズマリアクターＰＲに対応し、図９（ｂ）は、図８（ｂ）に示した比較用のプラズマリアクターに対応する。図１０は、ＹＺ平面に平行な断面についての電界強度のシミュレーション結果を示している。図１０（ａ）は、図８（ａ）に示した本願開示のプラズマリアクターＰＲに対応し、図１０（ｂ）は、図８（ｂ）に示した比較用のプラズマリアクターに対応する。 9 and 10 are images showing an example of simulation results of the electric field intensity of the plasma reactor PR provided in the plasma generator E. FIG. FIG. 9 shows simulation results of electric field intensity for a cross section parallel to the XZ plane. FIG. 9(a) corresponds to the plasma reactor PR disclosed in FIG. 8(a), and FIG. 9(b) corresponds to the comparative plasma reactor shown in FIG. 8(b). FIG. 10 shows simulation results of electric field intensity for a cross section parallel to the YZ plane. FIG. 10(a) corresponds to the plasma reactor PR disclosed in FIG. 8(a), and FIG. 10(b) corresponds to the comparative plasma reactor shown in FIG. 8(b).

図９及び図１０は、電界強度が強い部位ほど、濃い色となるように表現している。図９及び図１０に示すように、本願開示のプラズマリアクターＰＲは、直角二等辺三角形状の誘電体５の頂点部５０及びその近傍による反射は抑制されており、真空程度まで減圧した誘電体５の内部側の電界強度は大きくなっている。従って、プラズマ点灯が容易となる。他方、比較用のプラズマリアクターは、誘電体がホーンアンテナに密着するように取り付けられているが、当脚台形状の誘電体の頂点部は、マイクロ波の伝搬方向に直交する平面となっている。そのため、比較用のプラズマリアクターは、平面部分での反射が大きく、ホーンアンテナの開口の部分へのマイクロ波の伝搬が阻害される。また、比較用のプラズマリアクターは、誘電体の内部の電界強度が、本願開示のプラズマリアクターＰＲほど強くなっていない。 In FIGS. 9 and 10, the stronger the electric field intensity, the darker the color. As shown in FIGS. 9 and 10, in the plasma reactor PR disclosed in the present application, the reflection from the vertex 50 of the dielectric 5 in the shape of a right-angled isosceles triangle and its vicinity is suppressed, and the dielectric 5 is decompressed to a vacuum level. The electric field strength on the inner side of the is large. Therefore, plasma lighting is facilitated. On the other hand, in the plasma reactor for comparison, the dielectric is attached so that it is in close contact with the horn antenna, but the apex of the pedestal-shaped dielectric is a plane perpendicular to the microwave propagation direction. . Therefore, in the plasma reactor for comparison, the reflection at the flat portion is large, and the propagation of the microwave to the opening portion of the horn antenna is hindered. Also, in the plasma reactor for comparison, the electric field strength inside the dielectric is not as strong as in the plasma reactor PR disclosed in the present application.

図１１は、プラズマリアクターＰＲの電界強度のシミュレーション結果の一例を示すグラフである。図１１（ａ）は、図８（ａ）に示した本願開示のプラズマリアクターＰＲに対応し、図１１（ｂ）は、図８（ｂ）に示した比較用のプラズマリアクターに対応する。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、横軸にプラズマリアクターのＺ軸方向の位置［ｍｍ］をとり、縦軸に電界強度［Ｖ／ｍ］をとって、電界強度のＺ軸方向の分布を示すグラフである。横軸は、ホーンアンテナ４の上端部を原点とし、Ｚ軸方向の下方側（誘電体側）への距離にてＺ軸方向の位置を示している。なお、実線は、図８中にＡとして示す線分を含むＸＺ平面に平行な断面、即ち内部空間を通る中央の断面に沿った分布を示している。破線は、図８中にＢとして示す線分を含むＸＺ平面に平行な断面、即ち、内部空間を通らずに側壁部５１を通る断面に沿った分布を示している。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）では、１Ｗのマイクロ波電力が導波管からホーンアンテナに入力されたという条件下でのシミュレーション結果を示している。図１１（ａ）に示すように、本願開示のプラズマリアクターＰＲにおいて、電界強度は、ホーンアンテナ４の上端部から下方へかけて低下しているが、誘電体５の頂点部５０の内側近傍で鋭く大きなピークが観察される。この傾向は、内部空間を通る線分Ａに沿った面で顕著である。図１１（ｂ）に示すように、ホーンアンテナに挿入された部位のない平坦な誘電体窓が形成された比較用のプラズマリアクターでは、ホーンアンテナの上端部から下方へかけて電界強度が低下し、誘電体窓近傍で上昇する傾向は同様であるが、図１１（ａ）に示すような鋭く大きなピークにはなっていない。 FIG. 11 is a graph showing an example of simulation results of the electric field intensity of the plasma reactor PR. 11(a) corresponds to the plasma reactor PR disclosed in the present application shown in FIG. 8(a), and FIG. 11(b) corresponds to the comparative plasma reactor shown in FIG. 8(b). In FIGS. 11A and 11B, the horizontal axis represents the position of the plasma reactor in the Z-axis direction [mm], and the vertical axis represents the electric field intensity [V/m]. is a graph showing the distribution of The horizontal axis indicates the position in the Z-axis direction with the upper end of the horn antenna 4 as the origin, and the distance to the lower side (dielectric side) in the Z-axis direction. The solid line indicates the distribution along the cross section parallel to the XZ plane including the line segment indicated as A in FIG. 8, ie, the central cross section passing through the internal space. The dashed line indicates the distribution along the cross section parallel to the XZ plane including the line segment indicated as B in FIG. 8, that is, the cross section passing through the side wall portion 51 without passing through the internal space. 11(a) and 11(b) show simulation results under the condition that 1 W of microwave power is input from the waveguide to the horn antenna. As shown in FIG. 11(a), in the plasma reactor PR disclosed in the present application, the electric field strength decreases from the upper end of the horn antenna 4 downward, but near the inner side of the vertex 50 of the dielectric 5 A sharp and large peak is observed. This tendency is remarkable on the surface along the line segment A passing through the internal space. As shown in FIG. 11(b), in the plasma reactor for comparison in which a flat dielectric window was formed without a portion inserted into the horn antenna, the electric field strength decreased from the upper end of the horn antenna downward. , the rising tendency near the dielectric window is the same, but it does not have a sharp and large peak as shown in FIG. 11(a).

図１１（ａ）に示すシミュレーション結果において、誘電体５内における電界強度の極大値は、１Ｗ入力で約１０００Ｖ／ｍ（＝１０Ｖ／ｃｍ）を示している。仮に、５００Ｗのマイクロ波電力が入力されたとすると、極大値は√５００倍の２２３Ｖ／ｃｍになると推測される。図１２は、各種気体に対する高周波放電の放電開始電界と圧力との関係を示すグラフである（岡田修，“放電・プラズマ技術”，[online]，東京理科大学，［令和４年５月１３日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：https://www.rs.tus.ac.jp/a26259/files2/3.%20discharge_and_plasma_technology.pdf ＞）。図１２では、横軸に単位面積当たりの圧力［Ｔｏｒｒ］をとり、縦軸に電界強度［Ｖ／ｃｍ］をとって、各種気体の放電開始電界を示している。図１２に示す高周波放電開始電圧の曲線から、１３３Ｐａ（＝１Ｔｏｒｒ）では、約８０Ｖ／ｃｍ以上の電界で放電、即ち、プラズマが点灯すると推測される。従って、図１１（ａ）のシミュレーション結果から、本願開示のプラズマ装置Ｅが備えるプラズマリアクターＰＲでは、５００Ｗのマイクロ波電力でプラズマを発生させることが可能である。また、本願開示のプラズマ発生装置Ｅが備えるプラズマリアクターＰＲを用いた試験機による実験では、真空度を３０Ｐａ～２００Ｐａに設定し、３００Ｗ～１．５ｋＷのマイクロ波電力を印加することにより、誘電体５に接するようにして表面波プラズマが形成された。 In the simulation results shown in FIG. 11(a), the maximum value of the electric field strength in the dielectric 5 is about 1000 V/m (=10 V/cm) at 1 W input. Assuming that a microwave power of 500 W is input, the maximum value is estimated to be 223 V/cm, multiplied by √500. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the discharge initiation electric field and pressure of high-frequency discharge for various gases (Osamu Okada, “Discharge/Plasma Technology”, [online], Tokyo University of Science, [May 13, 2020 date search], Internet <URL: https://www.rs.tus.ac.jp/a26259/files2/3.%20discharge_and_plasma_technology.pdf>). In FIG. 12, the horizontal axis indicates the pressure per unit area [Torr], and the vertical axis indicates the electric field strength [V/cm], thereby showing the discharge initiation electric fields of various gases. From the curve of the high-frequency discharge starting voltage shown in FIG. 12, it is estimated that at 133 Pa (=1 Torr), a discharge, that is, a plasma is lit in an electric field of about 80 V/cm or more. Therefore, from the simulation result of FIG. 11(a), it is possible to generate plasma with a microwave power of 500 W in the plasma reactor PR provided in the plasma apparatus E disclosed in the present application. Further, in an experiment using a tester using a plasma reactor PR provided in the plasma generator E disclosed in the present application, the degree of vacuum was set to 30 Pa to 200 Pa, and a microwave power of 300 W to 1.5 kW was applied. A surface wave plasma was formed in contact with 5 .

次に、比較のために従来の技術について説明する。図１３は、従来技術のプラズマリアクターの一部を模式的に示す概略図である。図１３は、特開平７－２５４５８９号公報に開示されているタイプのプラズマリアクターを示している。図１３中で、白抜き矢印は、導波管Ａ１によるマイクロ波の伝搬方向を示しており、実線の両矢印は、マイクロ波の電界方向を示している。図１３に示すプラズマリアクターは、マイクロ波の伝搬方向に対し、石英ガラス製で板状に成型された誘電体Ｂ１の面が直交するように配置されている。図１３に示す従来型のプラズマリアクターでは、１Ｐａ～２０Ｐａの真空度で、３００Ｗ～１ｋＷのマイクロ波電力を印加することにより、破線で示す体積波プラズマＣ１が形成されている。ただし、形成された体積波プラズマＣ１は、電子密度が低いため高速処理への使用は困難である。なお、図１３に示す従来型のプラズマリアクターで、真空度を３０Ｐａ～２００Ｐａに設定することにより、誘電体Ｂ１に接するようにして表面波プラズマが形成される。しかしながら、従来型のプラズマリアクターでは、表面波プラズマの広がり方向とマイクロ波の電界の方向とが平行になるため、臨界密度に達した表面波プラズマにより、導波管Ａ１を経由してきたマイクロ波が反射されるため、表面波プラズマの広がりは抑制される。従って、大きな処理対象への適用は困難である。本願開示のプラズマリアクターＰＲは、表面波プラズマの広がり方向とマイクロ波の電界の方向とが直交するよう構成した場合に、これらの問題を解決することが可能である。 Next, a conventional technique will be described for comparison. FIG. 13 is a schematic diagram schematically showing part of a prior art plasma reactor. FIG. 13 shows a plasma reactor of the type disclosed in JP-A-7-254589. In FIG. 13, the white arrow indicates the propagation direction of the microwave through the waveguide A1, and the solid double-headed arrow indicates the electric field direction of the microwave. The plasma reactor shown in FIG. 13 is arranged so that the plane of the dielectric B1 formed into a plate shape made of quartz glass is perpendicular to the propagation direction of the microwave. In the conventional plasma reactor shown in FIG. 13, volume wave plasma C1 indicated by a dashed line is formed by applying microwave power of 300 W to 1 kW at a degree of vacuum of 1 Pa to 20 Pa. However, the volume wave plasma C1 thus formed has a low electron density, making it difficult to use for high-speed processing. By setting the degree of vacuum to 30 Pa to 200 Pa in the conventional plasma reactor shown in FIG. 13, a surface wave plasma is formed in contact with the dielectric B1. However, in the conventional plasma reactor, the spreading direction of the surface wave plasma and the direction of the electric field of the microwave are parallel. Since it is reflected, the spreading of the surface wave plasma is suppressed. Therefore, it is difficult to apply it to a large object to be processed. The plasma reactor PR disclosed in the present application can solve these problems when the spreading direction of the surface wave plasma is orthogonal to the direction of the microwave electric field.

図１４は、従来技術のプラズマリアクターの一部を模式的に示す概略図である。図１４は、特開２０００－３４８８９８号公報に開示されているタイプのプラズマリアクターを示している。図１４中で、白抜き矢印は、導波管Ａ１によるマイクロ波の伝搬方向を示しており、実線の両矢印は、マイクロ波の電界方向を示している。図１４に示すプラズマリアクターは、マイクロ波の伝搬方向に対し、石英ガラス製で板状に成型された誘電体Ｂ２の面が平行になるように配置されている。図１４に示す従来型のプラズマリアクターでは、３０Ｐａ～２００Ｐａの真空度で、１ｋＷ～６ｋＷのマイクロ波電力を印加することにより、破線で示す表面波プラズマＣ２が形成されている。図１４に例示する従来型のプラズマリアクターでは、高密度の表面波プラズマＣ２を形成することが可能であるが、高密度の表面波プラズマＣ２を形成することにより、誘電体Ｂ２が高温に加熱されるにも関わらず、誘電体Ｂ２を冷却する機能が備わっていない。表面波プラズマＣ２が形成される環境下では、高温の中央部と端部との温度差は大きくなるため、誘電体Ｂ２の熱膨張率が大きい場合、誘電体Ｂ２の破損に繋がる虞がある。従って、従来型のプラズマリアクターは、誘電体Ｂ２を冷却する機能がないことから、誘電体Ｂ２には、熱膨張率の大きいセラミックスを使用することができないため、熱膨張率の小さい石英ガラスを使用することになる。また、フッ素系ガス等の腐食性ガスを用いて高密度の表面波プラズマＣ２を形成する場合、石英ガラス製の誘電体Ｂ２は、短時間で表面が削られるという耐腐食性に課題があるため、メンテナンス及びそれに伴うコストアップが問題となる。本願開示のプラズマリアクターＰＲは、誘電体５を冷却する冷媒を通す冷却部４１を形成した場合に、これらの問題を解決することが可能である。 FIG. 14 is a schematic diagram schematically showing part of a prior art plasma reactor. FIG. 14 shows a plasma reactor of the type disclosed in JP-A-2000-348898. In FIG. 14, the hollow arrow indicates the propagation direction of the microwave through the waveguide A1, and the solid double-headed arrow indicates the electric field direction of the microwave. The plasma reactor shown in FIG. 14 is arranged such that the surface of the dielectric B2 made of quartz glass and formed into a plate shape is parallel to the propagation direction of the microwave. In the conventional plasma reactor shown in FIG. 14, a surface wave plasma C2 indicated by a dashed line is formed by applying a microwave power of 1 kW to 6 kW at a degree of vacuum of 30 Pa to 200 Pa. In the conventional plasma reactor illustrated in FIG. 14, it is possible to form a high-density surface wave plasma C2, but the dielectric B2 is heated to a high temperature by forming the high-density surface wave plasma C2. However, it does not have the function of cooling the dielectric B2. Under the environment where the surface wave plasma C2 is formed, the temperature difference between the high-temperature central portion and the edge portions is large. Therefore, since the conventional plasma reactor does not have the function of cooling the dielectric B2, ceramics with a large coefficient of thermal expansion cannot be used for the dielectric B2, so silica glass with a small coefficient of thermal expansion is used. will do. In addition, when a high-density surface wave plasma C2 is formed using a corrosive gas such as a fluorine-based gas, the dielectric B2 made of quartz glass has a problem of corrosion resistance in that the surface is scraped in a short time. , maintenance and associated cost increases. The plasma reactor PR disclosed in the present application can solve these problems when the cooling portion 41 through which the coolant for cooling the dielectric 5 passes is formed.

次に、本願開示のプラズマ発生装置Ｅの様々な実施形態について説明する。図１５は、本願開示のプラズマ発生装置Ｅが備えるプラズマリアクターＰＲの一部を拡大して示す概略断面図である。図１４に例示したプラズマリアクターＰＲは、伝送媒体３として、同軸管を用いる形態である。同軸管は、外部導体３０及び外部導体３０に収容された内部導体３１を備えており、マイクロ波を伝送する。図１５に例示するように、本願開示のプラズマ発生装置Ｅは、伝送媒体３として同軸管を用いて形態に展開することが可能であり、更には、同軸管に替えて同軸ケーブルを伝送媒体３として用いた形態に展開することも可能である。同軸管を用いた場合、プラズマリアクターＰＲでは、内部導体３１から誘電体５へ直接マイクロ波が伝搬し、誘電体窓５３となる三角形頂点近傍の電界が高くなり、導波管による伝達の場合と同じくプラズマを発生させる。 Next, various embodiments of the plasma generator E disclosed in the present application will be described. FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged part of the plasma reactor PR included in the plasma generator E disclosed in the present application. The plasma reactor PR exemplified in FIG. 14 employs a coaxial tube as the transmission medium 3 . The coaxial tube comprises an outer conductor 30 and an inner conductor 31 housed in the outer conductor 30 to transmit microwaves. As exemplified in FIG. 15, the plasma generator E disclosed in the present application can be developed using a coaxial tube as the transmission medium 3, and furthermore, a coaxial cable can be used as the transmission medium 3 instead of the coaxial tube. It is also possible to expand to the form used as When the coaxial waveguide is used, in the plasma reactor PR, the microwave propagates directly from the internal conductor 31 to the dielectric 5, and the electric field near the vertex of the triangle that becomes the dielectric window 53 becomes high, unlike in the case of transmission through a waveguide. It also generates plasma.

本願開示のプラズマ発生装置Ｅは、伝送媒体３として導波管を用いてマイクロ波伝搬を行う場合、誘電体５の頂点部５０にて、反射を低減し、誘電体５内へマイクロ波を伝搬し、また、頂点部５０の内側で電界強度が上がるので、プラズマ放電し易くなる。他方、伝送媒体３として同軸管、同軸ケーブル等の同軸形状でマイクロ波を伝達するように構成したプラズマ発生装置Ｅは、直接接触により誘電体５内へプラズマ波を伝搬するので、反射を少なくし、また、頂点部５０の内側で同じように電界強度を上げることが可能である。 When microwave propagation is performed using a waveguide as the transmission medium 3, the plasma generator E disclosed in the present application reduces reflection at the vertex 50 of the dielectric 5 and propagates the microwave into the dielectric 5. Also, since the electric field strength increases inside the vertex portion 50, plasma discharge is facilitated. On the other hand, the plasma generator E configured to transmit microwaves in a coaxial shape such as a coaxial tube or coaxial cable as the transmission medium 3 propagates the plasma wave into the dielectric 5 by direct contact, thus reducing reflection. , and it is possible to increase the electric field strength inside the vertex 50 in the same way.

図１６は、本願開示のプラズマ発生装置Ｅが備えるプラズマリアクターＰＲの一部を拡大して模式的に示す概略斜視図である。図１６は、伝送媒体３である導波管の先端に取り付けられたホーンアンテナ４の周辺を拡大して示しており、ホーンアンテナ４内に内接する誘電体５を破線で示している。図１６に例示するホーンアンテナ４は、Ｅ面がテーパーとなったホーンであり、導波管に取り付けられた根元部分から先端にかけて、Ｅ面に相当する面が漸次拡開している。 FIG. 16 is a schematic perspective view schematically showing an enlarged part of the plasma reactor PR provided in the plasma generator E disclosed in the present application. FIG. 16 shows an enlarged view of the periphery of the horn antenna 4 attached to the tip of the waveguide, which is the transmission medium 3, and shows the dielectric 5 inscribed in the horn antenna 4 with a dashed line. The horn antenna 4 illustrated in FIG. 16 is a horn with a tapered E-plane, and the plane corresponding to the E-plane gradually widens from the root portion attached to the waveguide to the tip.

図１７は、本願開示のプラズマ発生装置Ｅが備えるプラズマリアクターＰＲの一部を拡大して模式的に示す概略斜視図である。図１７は、伝送媒体３である導波管の先端に取り付けられたホーンアンテナ４の周辺を拡大して示しており、ホーンアンテナ４内に内接する誘電体５を破線で示している。図１７に例示するホーンアンテナ４は、四角錐状をなすＥ面及びＨ面の全ての面がテーパーとなったホーンであり、導波管に取り付けられた根元部分から先端にかけて、Ｈ面に相当する面及びＥ面に相当する面が漸次拡開している。 FIG. 17 is a schematic perspective view schematically showing an enlarged part of the plasma reactor PR provided in the plasma generator E disclosed in the present application. FIG. 17 shows an enlarged view of the periphery of the horn antenna 4 attached to the tip of the waveguide, which is the transmission medium 3, and shows the dielectric 5 inscribed in the horn antenna 4 with a dashed line. The horn antenna 4 illustrated in FIG. 17 is a horn in which all surfaces of the E-plane and H-plane that form a quadrangular pyramid shape are tapered, and from the root portion attached to the waveguide to the tip, it corresponds to the H-plane. The surface corresponding to the surface and the E surface are gradually widened.

以上のように本願開示のプラズマ発生装置Ｅは、ホーンアンテナ４の開口４０に挿入される頂点部５０を有する誘電体５を備え、誘電体５は、頂点部５０から漸次拡開するように形成された側壁部５１を備えている。そして、本願開示のプラズマ発生装置Ｅでは、プラズマ励起に用いる電磁波として、高い電力をプラズマに供給できるマイクロ波が用いられる。一般的にプラズマは、高密度になると所定の周波数以下の電磁波が進入できなくなる遮断周波数が存在する。遮断周波数は下記の式１で計算される。式１に示すように、遮断周波数が大きいほど、プラズマ密度を大きくすることができるので、本願開示のプラズマ発生装置Ｅでは、１３．５６ＭＨｚのＲＦ波より、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いることが好ましい。 As described above, the plasma generator E disclosed in the present application includes the dielectric 5 having the apex 50 inserted into the opening 40 of the horn antenna 4, and the dielectric 5 is formed so as to gradually widen from the apex 50. It has a side wall portion 51 which is lined. In the plasma generator E disclosed in the present application, microwaves capable of supplying high power to plasma are used as electromagnetic waves used for plasma excitation. Plasma generally has a cutoff frequency at which electromagnetic waves having a predetermined frequency or less cannot enter when the density becomes high. The cutoff frequency is calculated by Equation 1 below. As shown in Equation 1, the higher the cutoff frequency, the higher the plasma density. Therefore, in the plasma generator E disclosed in the present application, microwaves of 2.45 GHz can be used rather than RF waves of 13.56 MHz. preferable.

ｆ≒９×√ｎｅ・・・式１
ｆ：遮断周波数（Ｈｚ）
ｎｅ：プラズマ密度 f≈9×√ne Formula 1
f: cutoff frequency (Hz)
ne: plasma density

また、本願開示のプラズマ発生装置Ｅは、高密度なプラズマを広い面積で励起するため、表面波プラズマを用いることが好ましい。表面波プラズマの使用に際し、例えば、プラズマの広がり方向と、マイクロ波の電界の方向とが平行に形成されている場合、臨界密度に達した表面波プラズマにより、伝送媒体３を通ったマイクロ波が反射されるため、表面波プラズマの広がりが抑制される。本願開示のプラズマ発生装置Ｅは、誘電体５の頂点部５０が、ホーンアンテナ４の開口４０に挿入されるため、プラズマの広がり方向が、マイクロ波の電界の方向と平行ではなく、マイクロ波の反射を抑制し、表面波プラズマが広がり易くなる。従って、本願開示のプラズマ発生装置Ｅにおいて、側壁部５１により形成される頂点部５０の角度は、９０°以下とすることが好ましい。また、誘電体５の頂点部５０の形状を、９０°以下等の開口４０に挿入可能な形状にすることにより、プラズマの点灯前は、内部の頂点部５０近傍の電界を高めやすく、放電によるプラズマの励起が容易となる。 Moreover, since the plasma generator E disclosed in the present application excites high-density plasma over a wide area, it is preferable to use surface wave plasma. When the surface wave plasma is used, for example, when the direction of plasma spread and the direction of the microwave electric field are parallel, the surface wave plasma reaches a critical density, and the microwaves passing through the transmission medium 3 are transmitted. Since it is reflected, the spreading of the surface wave plasma is suppressed. In the plasma generator E disclosed in the present application, since the apex 50 of the dielectric 5 is inserted into the opening 40 of the horn antenna 4, the spreading direction of the plasma is not parallel to the direction of the electric field of the microwave. Reflection is suppressed, and surface wave plasma spreads easily. Therefore, in the plasma generator E disclosed in the present application, the angle of the vertex portion 50 formed by the side wall portion 51 is preferably 90° or less. In addition, by making the shape of the vertex 50 of the dielectric 5 into a shape that can be inserted into the opening 40, such as at 90° or less, the electric field near the internal vertex 50 can be easily increased before the plasma is turned on. Plasma excitation becomes easier.

本願開示のプラズマ発生装置Ｅは、誘電体５として石英ガラス、セラミック等の材料が用いられる。例えば、石英ガラスを用いた誘電体５は、誘電損が小さい、誘電率が低い、熱膨張率が小さく温度差に強いといった長所がある。ただし、石英ガラスには、フッ素系ガスにより表面が削られるというような耐腐食性に関する問題がある。本願開示のプラズマ発生装置Ｅは、第１供給口５４及び第２供給口５５が開設されている。頂点部５０及び側壁部５１に近い第１供給口５４から第１の気体を供給した後で、第２供給口５５から第２の気体として腐食性のガスを供給することにより、腐食性のガスは、誘電体５から遠い位置に充填されるので、耐腐食性を向上させることが可能となる。なお、第１供給口５４及び第２供給口５５が開設された本願開示のプラズマ発生装置Ｅは、プラズマ化し易い気体を第１の気体として第１供給口５４から供給することにより、第１の気体をプラズマ化し、プラズマ化した第１の気体のプラズマエネルギーにより、第２の気体をプラズマ化することが可能となる。 In the plasma generator E disclosed in the present application, a material such as quartz glass or ceramic is used as the dielectric 5 . For example, the dielectric 5 using quartz glass has advantages such as low dielectric loss, low dielectric constant, low coefficient of thermal expansion, and resistance to temperature differences. However, quartz glass has a problem with respect to corrosion resistance such that the surface is scraped by fluorine-based gas. The plasma generator E disclosed in the present application has a first supply port 54 and a second supply port 55 . After supplying the first gas from the first supply port 54 near the top portion 50 and the side wall portion 51, the corrosive gas is supplied from the second supply port 55 as the second gas. is filled at a position far from the dielectric 5, so that corrosion resistance can be improved. In addition, the plasma generator E disclosed in the present application, in which the first supply port 54 and the second supply port 55 are opened, supplies the gas that is easily turned into plasma as the first gas from the first supply port 54, whereby the first The gas is turned into plasma, and the plasma energy of the first gas that has been turned into plasma enables the second gas to be turned into plasma.

また、例えば、セラミックを用いた誘電体５は、耐腐食性に優れているという長所があるが、熱膨張率が大きいため温度差が大きくなると割れやすくなるという問題がある。本願開示のプラズマ発生装置Ｅが備えるホーンアンテナ４は、誘電体５を冷却する冷媒を通す冷却部４１が形成されているため、誘電体５を冷却し、誘電体５の膨張を抑制して、耐久性を向上させることが可能である。 Also, for example, the dielectric 5 using ceramic has the advantage of being excellent in corrosion resistance, but has the problem of being easily cracked when the temperature difference increases due to its large coefficient of thermal expansion. Since the horn antenna 4 provided in the plasma generator E disclosed in the present application is formed with a cooling portion 41 through which a coolant for cooling the dielectric 5 passes, the dielectric 5 is cooled, the expansion of the dielectric 5 is suppressed, Durability can be improved.

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、他の様々な形態で実施することが可能である。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の技術範囲は、請求の範囲によって説明するものであって、明細書本文には何ら拘束されない。更に、請求の範囲の均等範囲に属する変形及び変更は、全て本発明の範囲内のものである。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various other forms. Therefore, the above-described embodiments are merely examples in all respects, and should not be construed in a restrictive manner. The technical scope of the present invention is described by the claims and is not restricted by the text of the specification. Furthermore, all modifications and changes that fall within the equivalent scope of claims are within the scope of the present invention.

例えば、誘電体５の形状は、ホーンアンテナ４の開口４０に挿入された頂点部５０を備える形状であれば、様々な形状に展開することが可能であり、例示した横倒し三角柱状及び四角錐状以外にも、六角錐状等の角錐状等の様々な形態に展開することが可能である。誘電体５の形状を角錐状とする場合、頂点が頂点部５０となり、側面が側壁部５１となり、底面に相当する部位が開口した開口部５２となる。また、頂点部５０は、若干の丸みを持った形状であってもよい。 For example, the shape of the dielectric 5 can be developed into various shapes as long as it has a vertex portion 50 inserted into the opening 40 of the horn antenna 4. In addition, it is possible to expand into various shapes such as a pyramid shape such as a hexagonal pyramid shape. When the dielectric 5 has a pyramidal shape, the apex is the apex 50, the side surface is the side wall 51, and the portion corresponding to the bottom is the opening 52. FIG. Also, the vertex portion 50 may have a slightly rounded shape.

Ｅプラズマ発生装置
１処理室
２発信器
２０電源
３伝送媒体（導波管、同軸ケーブル）
４ホーンアンテナ
４０開口
４１冷却部
５誘電体
５０頂点部
５１側壁部
５２開口部
５３誘電体窓
５４第１供給口
５５第２供給口
７減圧装置
８ガス供給装置 E plasma generator 1 processing chamber 2 transmitter 20 power supply 3 transmission medium (waveguide, coaxial cable)
4 Horn Antenna 40 Opening 41 Cooling Part 5 Dielectric 50 Vertex 51 Side Wall 52 Opening 53 Dielectric Window 54 First Supply Port 55 Second Supply Port 7 Decompression Device 8 Gas Supply Device

Claims

減圧可能な処理室と、前記処理室内へマイクロ波を通す伝送媒体と、前記伝送媒体を通ったマイクロ波を前記処理室側へ放射する開口が形成されたアンテナと、前記アンテナに形成された開口を塞ぐ誘電体窓を有する誘電体とを備え、前記アンテナの開口から前記誘電体窓を介して前記処理室内に放射されたマイクロ波により、前記処理室内に供給された気体からプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
前記アンテナは、ホーンアンテナであり、
前記誘電体は、
前記ホーンアンテナの開口に挿入された頂点部と、
前記頂点部から漸次拡開するように形成された側壁部と、
前記側壁部の先端となる開口部と
を備え、
前記誘電体窓は、前記頂点部及び該頂点部の周辺の部位にて形成されており、
前記側壁部の厚みは略一定である
ことを特徴とするプラズマ発生装置。 A processing chamber that can be decompressed, a transmission medium that transmits microwaves into the processing chamber, an antenna that has an opening that radiates the microwaves that have passed through the transmission medium toward the processing chamber, and an opening that is formed in the antenna. and a dielectric having a dielectric window that closes the plasma for generating plasma from the gas supplied into the processing chamber by microwaves radiated into the processing chamber from the opening of the antenna through the dielectric window. a generator,
the antenna is a horn antenna,
The dielectric is
a vertex portion inserted into the opening of the horn antenna;
a side wall portion formed so as to gradually widen from the vertex portion;
and an opening serving as a tip of the side wall,
The dielectric window is formed at the vertex and a portion around the vertex ,
The thickness of the side wall portion is substantially constant
A plasma generator characterized by:

減圧可能な処理室と、前記処理室内へマイクロ波を通す伝送媒体と、前記伝送媒体を通ったマイクロ波を前記処理室側へ放射する開口が形成されたアンテナと、前記アンテナに形成された開口を塞ぐ誘電体窓を有する誘電体とを備え、前記アンテナの開口から前記誘電体窓を介して前記処理室内に放射されたマイクロ波により、前記処理室内に供給された気体からプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、A processing chamber that can be decompressed, a transmission medium that transmits microwaves into the processing chamber, an antenna that has an opening that radiates the microwaves that have passed through the transmission medium toward the processing chamber, and an opening that is formed in the antenna. and a dielectric having a dielectric window that closes the plasma for generating plasma from the gas supplied into the processing chamber by microwaves radiated into the processing chamber from the opening of the antenna through the dielectric window. a generator,
前記アンテナは、ホーンアンテナであり、the antenna is a horn antenna,
前記誘電体は、The dielectric is
前記ホーンアンテナの開口に挿入された頂点部と、a vertex portion inserted into the opening of the horn antenna;
前記頂点部から漸次拡開するように形成された側壁部と、a side wall portion formed so as to gradually widen from the vertex portion;
前記側壁部の先端となる開口部とan opening serving as a tip of the side wall;
を備え、with
前記誘電体窓は、前記頂点部及び該頂点部の周辺の部位にて形成されており、The dielectric window is formed at the vertex and a portion around the vertex,
前記ホーンアンテナの内側は、前記側壁部に面接触しており、The inside of the horn antenna is in surface contact with the side wall,
前記側壁部は、プラズマが発生している間、マイクロ波を通す導波路として機能し、the sidewall functions as a waveguide for transmitting microwaves during plasma generation;
拡開する前記側壁部の内側の面に沿って、表面波プラズマが広がるA surface wave plasma spreads along the inner surfaces of the spreading sidewalls.
ことを特徴とするプラズマ発生装置。A plasma generator characterized by:

請求項１又は請求項２に記載のプラズマ発生装置であって、
前記誘電体の外形は、
中空の三角柱状をなし、
両底面を渡す一の辺が前記頂点部となり、
前記頂点部に接する二の側面が前記側壁部となり、
前記頂点部に相対する一の側面に相当する部位が開口した前記開口部となる
ことを特徴とするプラズマ発生装置。 The plasma generator according to claim 1 or claim 2 ,
The outer shape of the dielectric is
Form a hollow triangular prism,
One side that crosses both bottom surfaces is the vertex portion,
Two side surfaces in contact with the vertex serve as the side walls,
A plasma generator, wherein a portion corresponding to one side surface facing the vertex portion is the opening portion.

請求項１又は請求項２に記載のプラズマ発生装置であって、
前記誘電体の外形は、
中空の角錐状をなし、
頂点が前記頂点部となり、
側面が前記側壁部となり、
底面に相当する部位が開口した前記開口部となる
ことを特徴とするプラズマ発生装置。 The plasma generator according to claim 1 or claim 2 ,
The outer shape of the dielectric is
form a hollow pyramid,
The vertex is the vertex portion,
The side surface becomes the side wall portion,
A plasma generator, wherein a portion corresponding to a bottom surface is the opening.

請求項１又は請求項２に記載のプラズマ発生装置であって、
前記側壁部により形成される前記頂点部の角度は、９０°以下である
ことを特徴とするプラズマ発生装置。 The plasma generator according to claim 1 or claim 2 ,
The plasma generator, wherein the angle of the apex formed by the side wall is 90° or less.

請求項１又は請求項２に記載のプラズマ発生装置であって、
前記ホーンアンテナは、
前記誘電体の前記側壁部に接する面を有し、
前記誘電体を冷却する冷却部を備える
ことを特徴とするプラズマ発生装置。 The plasma generator according to claim 1 or claim 2 ,
The horn antenna is
having a surface in contact with the side wall of the dielectric;
A plasma generator, comprising: a cooling unit that cools the dielectric.

請求項１又は請求項２に記載のプラズマ発生装置であって、
前記誘電体の前記側壁部は、処理室内へ供給する気体を通す一又は複数の供給口が開設されている
ことを特徴とするプラズマ発生装置。 The plasma generator according to claim 1 or claim 2 ,
The plasma generator, wherein the side wall of the dielectric has one or more supply ports through which a gas to be supplied into the processing chamber is passed.

請求項１又は請求項２に記載のプラズマ発生装置であって、
前記誘電体は、セラミック製である
ことを特徴とするプラズマ発生装置。 The plasma generator according to claim 1 or claim 2 ,
The plasma generator, wherein the dielectric is made of ceramic.

請求項１又は請求項２に記載のプラズマ発生装置であって、
前記伝送媒体は、導波管、同軸管又は同軸ケーブルである
ことを特徴とするプラズマ発生装置。 The plasma generator according to claim 1 or claim 2 ,
The plasma generator, wherein the transmission medium is a waveguide, a coaxial pipe, or a coaxial cable.

減圧可能な処理室内へマイクロ波を通す伝送媒体と、前記伝送媒体を通ったマイクロ波を放射する開口が形成されたアンテナと、前記アンテナに形成された開口を塞ぐ誘電体窓を有する誘電体とを備え、前記アンテナの開口から前記誘電体窓を介して放射されたマイクロ波により、プラズマを発生させるプラズマリアクターであって、
前記アンテナは、ホーンアンテナであり、
前記誘電体は、
前記ホーンアンテナの開口に挿入された頂点部と、
前記頂点部から漸次拡開するように形成された側壁部と、
前記側壁部の先端となる開口部と
を備え、
前記誘電体窓は、前記頂点部及び該頂点部の周辺の部位にて形成されており、
前記側壁部の厚みは略一定である
ことを特徴とするプラズマリアクター。 A transmission medium for transmitting microwaves into a decompressible processing chamber, an antenna having an opening for radiating the microwaves that have passed through the transmission medium, and a dielectric having a dielectric window that closes the opening formed in the antenna. A plasma reactor for generating plasma by microwaves radiated from the opening of the antenna through the dielectric window,
the antenna is a horn antenna,
The dielectric is
a vertex portion inserted into the opening of the horn antenna;
a side wall portion formed so as to gradually widen from the vertex portion;
and an opening serving as a tip of the side wall,
The dielectric window is formed at the vertex and a portion around the vertex,
A plasma reactor, wherein the thickness of the side wall portion is substantially constant.

減圧可能な処理室内へマイクロ波を通す伝送媒体と、前記伝送媒体を通ったマイクロ波を放射する開口が形成されたアンテナと、前記アンテナに形成された開口を塞ぐ誘電体窓を有する誘電体とを備え、前記アンテナの開口から前記誘電体窓を介して放射されたマイクロ波により、プラズマを発生させるプラズマリアクターであって、
前記アンテナは、ホーンアンテナであり、
前記誘電体は、
前記ホーンアンテナの開口に挿入された頂点部と、
前記頂点部から漸次拡開するように形成された側壁部と、
前記側壁部の先端となる開口部と
を備え、
前記誘電体窓は、前記頂点部及び該頂点部の周辺の部位にて形成されており、
前記ホーンアンテナの内側は、前記側壁部に面接触しており、
前記側壁部は、プラズマが発生している間、マイクロ波を通す導波路として機能し、
拡開する前記側壁部の内側の面に沿って、表面波プラズマが広がる
ことを特徴とするプラズマリアクター。 A transmission medium for transmitting microwaves into a decompressible processing chamber, an antenna having an opening for radiating the microwaves that have passed through the transmission medium, and a dielectric having a dielectric window that closes the opening formed in the antenna. A plasma reactor for generating plasma by microwaves radiated from the opening of the antenna through the dielectric window,
the antenna is a horn antenna,
The dielectric is
a vertex portion inserted into the opening of the horn antenna;
a side wall portion formed so as to gradually widen from the vertex portion;
and an opening serving as a tip of the side wall,
The dielectric window is formed at the vertex and a portion around the vertex,
The inside of the horn antenna is in surface contact with the side wall,
the sidewall functions as a waveguide for transmitting microwaves during plasma generation;
A plasma reactor characterized in that surface wave plasma spreads along the inner surface of the widening side wall.

請求項１又は請求項２に記載のプラズマ発生装置を用い、
処理室内の真空度を３０～２００Ｐａとした環境下で、
表面波プラズマを発生させる
ことを特徴とするプラズマ発生方法。 Using the plasma generator according to claim 1 or claim 2 ,
In an environment where the degree of vacuum in the processing chamber is 30 to 200 Pa,
A plasma generation method characterized by generating surface wave plasma.

減圧可能な処理室と、前記処理室内へマイクロ波を通す伝送媒体と、前記伝送媒体を通ったマイクロ波を前記処理室側へ放射する開口が形成されたアンテナと、前記アンテナに形成された開口を塞ぐ誘電体窓を有する誘電体とを備え、前記アンテナの開口から前記誘電体窓を介して前記処理室内に放射されたマイクロ波により、前記処理室内に供給された気体からプラズマを発生させるプラズマ発生装置を用いたプラズマ発生方法であって、
前記アンテナは、ホーンアンテナであり、
前記誘電体は、
前記ホーンアンテナの開口に挿入された頂点部と、
前記頂点部から漸次拡開するように形成された側壁部と、
前記側壁部の先端となる開口部と
を備え、
前記誘電体窓は、前記頂点部及び該頂点部の周辺の部位にて形成されており、
前記誘電体の前記側壁部は、前記処理室内へ供給する気体を通す第１の供給口及び前記第１の供給口より前記頂点部から遠い位置の第２の供給口が開設されており、
第１の気体を前記第１の供給口から処理室内へ供給し、
前記第１の気体を供給後、第２の気体を前記第２の供給口から前記処理室内へ供給する
ことを特徴とするプラズマ発生方法。 A processing chamber that can be decompressed, a transmission medium that transmits microwaves into the processing chamber, an antenna that has an opening that radiates the microwaves that have passed through the transmission medium toward the processing chamber, and an opening that is formed in the antenna. and a dielectric having a dielectric window that closes the plasma for generating plasma from the gas supplied into the processing chamber by microwaves radiated into the processing chamber from the opening of the antenna through the dielectric window. A plasma generation method using a generator,
the antenna is a horn antenna,
The dielectric is
a vertex portion inserted into the opening of the horn antenna;
a side wall portion formed so as to gradually widen from the vertex portion;
an opening serving as a tip of the side wall;
with
The dielectric window is formed at the vertex and a portion around the vertex,
The side wall portion of the dielectric is provided with a first supply port through which a gas to be supplied into the processing chamber passes, and a second supply port located farther from the vertex than the first supply port ,
supplying a first gas from the first supply port into the processing chamber;
A plasma generation method, comprising supplying a second gas from the second supply port into the processing chamber after supplying the first gas.