JPH0563413A - 規則的なマイクロ波の場を発生させる装置 - Google Patents

規則的なマイクロ波の場を発生させる装置

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JPH0563413A
JPH0563413A JP3331383A JP33138391A JPH0563413A JP H0563413 A JPH0563413 A JP H0563413A JP 3331383 A JP3331383 A JP 3331383A JP 33138391 A JP33138391 A JP 33138391A JP H0563413 A JPH0563413 A JP H0563413A
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microwave
cavity
coupling
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resonator
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JP3331383A
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Michael Geisler
ガイスラー ミヒヤエル
Michael Jung
ユング ミヒヤエル
Bernhard Kessler
ケスラー ベルンハルト
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Leybold AG
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 均質な場としてマイクロ波を大面積で室内に
入射させることができ、その室内ではマイクロ波結合体
は互いに減結合されているマイクロ波結合部材を有する
装置を提供すること。 【構成】 マイクロ波発生器７〜１２、空洞共振器２、
結合部材２１〜２８、プラズマ室３、仕切り壁２９、結
合装置を備え、仕切り壁６が空洞共振器２をプラズマ室
３から気密に分離し、空洞共振器２内に第１の部材を設
け、室内に第２の部材を設け、仕切り壁２９に閉鎖部材
を有する透孔を形成し、第１の部材を結合する結合部材
２１〜２８が閉鎖部材を通して挿通されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の前文に記載
の装置に関するものである。
【０００２】材料のコーティングあるいは他の目的のた
めに使用されるプラズマを発生させる場合に、マイクロ
波が使用されることが多く、マイクロ波は磁場と結合さ
れて電子・サイクロトロン共振をもたらし、それに伴っ
て原子あるいは分子のイオン化を増大させる。特に興味
をひくのは、できるだけ規則的で大面積に形成され、従
ってある程度大面積を同時にコーティングすることので
きるプラズマ源である。特に、大面積コーティングの場
合に従来のスパッタリングあるいは蒸着技術に代わっ
て、ないしは追加されて用いられるガス相からのグロー
放電支援の化学的分離（ＰＣＶＤ（Plasma Enhanced Ch
emical Vapor Deposition ）と称される）には、少なく
ともコーティング装置の最大の広がりの方向に非常に規
則的な低電圧グロー放電が必要とされる。
【０００３】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】すで
にマイクロ波幅広放射イオン源が知られており、その場
合にはマイクロ波はＥ01丸導波管を介してＥ010 空洞共
振器へ供給され、空洞共振器は磁気コイルによって包囲
され、かつイオン化すべきガスが充填されている（ＤＤ
−ＰＳ２４８９０４）。空洞共振器の床を形成するもの
は放出電極であって、放出電極は抽出電極と共に抽出シ
ステムを形成し、この抽出システムに真空室が接続され
る。このイオン源には、マイクロ波エネルギが丸導波管
から空洞共振器内に不規則的に入射されるという欠点が
ある。丸導波管は空洞共振器より小さいので、マイクロ
波は比較的小さい領域にしか入射されない。
【０００４】大面積のマイクロ波入射を均質化するため
に、すでに空洞共振器アンテナが知られており、この空
洞共振器アンテナの共振器には丸あるいは矩形の開口部
（Jacobsen,S,et al.: An Antenna Illuminated by a C
avity Renonator, In: Proc.of the IEEE,1963年11月
第1431頁から1435頁、DE-A-3530647) あるいはスリット
（GB-A-654224,US-A-2996715,DE-C-2900617,US-A-45128
68,CH-PS'en 370177,368248,363742, 日本の特許要約E-
570 1988年1 月7 日、第12巻第3 号、公開番号62ー165
403 ）あるいはクォーツディスク（EP-A-0183561,EP-A-
0286132 ）が設けられている。それにも拘らずこの公知
の装置によっては、空洞共振器から空間的に分離された
プラズマ室への電磁エネルギの伝達は不可能である。
【０００５】さらにプラズマエッチング装置が知られて
おり、この装置はマイクロ波発生器を有し、マイクロ波
発生器は矩形導波管に結合されている（DE-C-2716592、
第1）。この矩形導波管の終端から導波管波長約１／４
離れた位置において、同軸の導波線の内側導体の端部が
導波管内に突出している。このようにして形成されたア
ンテナを介して導波管のマイクロ波は同軸の導波線内で
も広がる。さらに、マイクロ波の電場は絶縁体と、マイ
クロ波とプラズマの間を結合する結合装置を介して放電
電流内で広がる。マイクロ波発生器と接続される導波管
は空洞共振器ではない。さらに、内部導体は一重にしか
設けられておらず、導波管と放電電流間の隔壁によって
直接こすられる。
【０００６】さらに、大きな広がりと均質性を有するマ
イクロ波プラズマを発生させる装置が知られており、こ
の装置にはマイクロ波発生器、空洞共振器、マイクロ波
発生器を空洞共振器に結合する結合部、壁で画成された
部屋、空洞共振器と部屋間の隔壁及び固体として形成さ
れた多数の結合部材からなる結合装置が設けられている
（DD-A-263648 ）。この場合に結合部材は金属の結合フ
ックであって、結合フックはマイクロ波を案内する導波
線から結合孔を介して他の導波線内へ突出し、この導波
線にプラズマ室が接続されている。この公知のマイクロ
波プラズマ供給の重要な構成部材は、適当な吸収材によ
って閉鎖された導線であって、この導線は真空側ないし
プラズマ側で１列に配置された結合部材を接続し、ある
いは結合する。この結合は好ましくない。というのは個
々のマイクロ波アンテナは互いにできるだけ減結合さ
れ、互いに結合されてはならないからである。アンテナ
のプラズマ側の結合によって、高い品質の共振器からア
ンテナに給電することによって得られる減結合が、また
だめにされてしまう。個々のアンテナの周りにプラズマ
の強い領域が形成され、その領域においては電子密度は
励起周波数に関する臨界の値０．７５％１０マイナス１
２乗ｃｍマイナス３乗に達する。このことは、真空側の
アンテナに供給される出力の大部分がプラズマによって
反射されることを意味している。
【０００７】本発明のは上記の点にかんがみてなされた
もので、均質な場としてのマイクロ波を大面積で室内に
入射させることができ、その室内ではマイクロ波結合体
は互いに減結合されている、マイクロ波結合部材を有す
る装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明はマイクロ波発生器と、空洞共振器と、マイ
クロ波発生器を空洞共振器に結合する結合部材と、壁に
よって画成される室と、空洞共振器と室間の電気的に導
通する材料からなる仕切り壁と、固体として形成された
多数の結合部材からなり、空洞共振器から電磁エネルギ
を室内に導入する結合装置とを有する比較的大きな区間
にわたって均質なマイクロ波の場を発生させる装置にお
いて、仕切り壁が空洞共振器を室から気密に分離し、空
洞共振器内には、空洞共振器からの電磁エネルギを吸収
することのできる第１の部材例えばが設けられ、室内に
は、電磁エネルギを室内へ放出することのできる第２の
部材例えばが設けられており、仕切り壁に電気的に非導
通の閉鎖部材を有する透孔が形成され、第１の部材を互
いに結合する電気的に導通する結合部材が前記閉鎖部材
を通して挿通されることを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明によれば、マイクロ波供給アンテナの近
接場の大きな規則性が得られる。特に安定で規則的な近
接場分布は、共振器長さが１ｍまでとそれ以上でかつ放
電圧が≧１Ｐａの場合に生じる。この規則性がプラズマ
室と結合することによって、プラズマ分布も規則的にな
る。１ｍより大きいプラズマゾーン長さは、本発明によ
れば簡単に得ることができる。同様に、例えばＰＣＶＤ
技術で一般的なグロー放電に関しても、４Ｗ／ｃｍ自乗
の大きさのマイクロ波出力密度を入射させることができ
る。
【００１０】さらに、本発明は、プラズマあるいは反応
容器内に収容される他のソースによってコーティングさ
れる恐れのある誘電性部材を必要としない。本発明によ
れば、多数の個別マイクロ波源から並列に供給すること
も可能である。
【００１１】さらに、本発明によれば、アンテナのプラ
ズマ側の減結合は、例えば充分に近傍にある磁気システ
ム方向への曲げが失われることによって形成され、その
場合にこの磁気システムは好ましくは電子サイクロトロ
ン共振（ＥＣＲ）の条件を満たす。磁気システムとアン
テナは、アンテナからできるだけ直接磁気システム上あ
るいはその上方に形成されたプラズマ内に放射されるよ
うに、互いに配置される。従ってＥＣＲ効果に基づいて
電磁線の大部分が吸収されてから、隣接アンテナの領域
へ進入し、それによって隣接のアンテナが結合される。
【００１２】
【実施例】本発明の実施例を図面に示し、以下で詳細に
説明する。
【００１３】図１には、コーティング装置１の原理が示
されており、コーティング装置は空気の充填されたマイ
クロ波用の空洞共振器２と、永久磁石を支持する磁気ヨ
ーク４、５を有する真空プラズマ室３と、マイクロ波を
供給するための矩形の導波管６を有する。矩形導波管６
は他の矩形導波管７と接続されており、矩形導波管７は
インピーダンス変成器８を介してサーキュレータ９に接
続されている。サーキュレータ９は、概略的に示すよう
に、マッチング抵抗１０を有し（これは適合された吸収
体と出力測定部材とすることもできる）、かつ接続片１
１を介してマイクロ波発生器１２、例えばマグネトロン
管に接続されている。マイクロ波発生器１２の駆動周波
数は、例えば２．４５ＧＨｚあるいは９１５ＭＨｚであ
る。
【００１４】プラズマ室の下方には、コンベヤベルト１
３が設けられており、その上にはコーティングすべき多
数の対象１４から２０が配置されている。本発明にとっ
て重要な部材として、線形に順次配置された多数のウェ
ーブカプラ２１〜２８が設けられており、これらは共振
器２の破砕領域４０を通して見ることができ、かつその
上部は空洞共振器２内に突出し、下部はプラズマ室３内
に突出している。このウェーブカプラ２１〜２８は空洞
共振器２からのマイクロ波エネルギを固定の金属壁２９
を通してプラズマ室３へ導入する。
【００１５】図２ａにも空洞共振器２の原理が再度示さ
れている。この空洞共振器２内には好ましくは空気が入
っているが、共振器２の下方、従ってプラズマ室３内は
真空である。マイクロ波エネルギの空洞共振器２内への
供給は、矢印３２で示されている。
【００１６】空洞共振器２の下方には、縦のＥとＢの場
が示されており、これらは共振器２の側壁３３、３４間
で形成される。共振器は、本実施例においては例えば１
ｍ長さの矩形管から形成される。矩形管の一端には不図
示の短絡プレートが設けられ、他端には不図示の短絡ス
ライダが設けられている。このスライダによって、共振
周波数を調節することができる。周波数と誘導定数が与
えられている場合には、共振器２の寸法だけによって場
の形状が決定され、それによって発生する共振周波数が
決まる。サイン形状のＢとＥの場はサイン半波の正及び
負の０．７０７の値のところで容量的ないしは誘導的に
タッピングされる。従って半波毎に好ましくは２つのタ
ッピングが行われる。その場合に相回転を得るために、
正の半波は負の半波とは異なってタッピングされる。例
えば誘導的なタッピングに関しては、正の半波の場合に
は第１のカップリングリッジ２１、２２が設けられ、負
の半波については第２のカップリングリッジ２３、２４
が設けられている。カップリング素子２１〜２８の位置
は、電気的あるいは磁気的な交番場の振幅が最大値の
０．７倍になる箇所と一致するので、すべてのカプラ２
１〜２８は同一の場の強さの振幅と出力を導出する。
【００１７】この装置は特に好ましいものであるが、本
発明はこれに限定されるものではない。カプラは過結合
された場を１相分任意の量回転させることができるの
で、必ずしもλ／４の間隔で配置する必要はない。ま
た、カップリング減衰も同一である必要はない。
【００１８】好ましい実施例においてはカプラは、同種
の任意の２つのカプラ間の中心が、共振器２の内部の縦
波の極値と同一の縦座標を有するように配置される。カ
プラ２１〜２８は内部に空気を有する空洞共振器２から
マイクロ波エネルギをプラズマ室あるいは真空室３へ導
入する。従って誘導性の導入の場合には、変成器の一種
と見なすことができる。
【００１９】好ましくは同一の緩衝を有するカプラを等
間隔でかつ線形に配置することによって、第１近似にお
いて平坦な波面が形成され、これはホイヘンスの原理か
ら得られる。それによれば平坦な波は多数の点状の波発
生器の波を適当に重畳することによって得られる。唯一
の点状の波発生器は球形の波を発生するが、波発生器の
間隔がλ／２よりずっと小さい場合には多数の球形の波
を重畳することによって平坦な波が得られる。
【００２０】この種の平坦な波は、点源と考えることの
できる種々のカプラ２１〜２８によってプラズマ室３上
へ照射されるので、規則的かつ均一な有効場が形成され
る。カプラ２１〜２８は全体としては、平坦な波を放射
するアンテナのように作用する。アンテナの空間的な構
造から、レーダー技術から知られている（E. Pehl: Mik
rowellentechinik ２巻、Antennen und aktive Bauteil
e, 第２版、1989年第79頁以降）ような、フェイズド・
アレイ・アンテナ（Phased Array Antennen)にある程度
似ている。
【００２１】負の半波を誘導的に取り出すときに正の半
波に比べて位相を反転させるために、取り出しループの
巻方向を変化させることができる。導波管内の磁場線は
それぞれ他方の相においては他の方向を有するので、一
方のループにおいては誘導電流は他の方向に流れる。ル
ープがそれぞれの半波に従って導波管から異なるように
導き出される場合には、電流はすべて同一方向に流れ
る。
【００２２】図３には空洞共振器２とプラズマ室３の断
面が示されている。図にはプラズマ室４１が図示されて
おり、その中へ導波管６を介してマイクロ波エネルギが
不図示のマイクロ波源から供給される。空洞共振器２の
内部４０に形成される縦波はカプラ２１〜２８（図には
そのうちのカプラ２５のみが示されている）を介してプ
ラズマ室３の内部空間４１に導入される。この内部空間
４１にはさらに、パイプ４２、４３を介してイオン化す
べきガスあるいは混合ガスが供給される。イオン化は進
入するマイクロ波によって行なわれるだけでなく、永久
磁石６０、６１を有する磁気システム４、５により発生
される磁場によっても行なわれる。マイクロ波と所定に
寸法決めされた磁場の協働によって、イオン化を増強さ
せる電子・サイクロトロン・共振が発生する。プラズマ
室３、磁気システム４、５及び共振器２も駆動の間加熱
されるので、これらは冷却されなければならない。その
ために、水冷装置が設けられ、その冷却パイプ４４〜４
６は冷却リング４８〜５１に通じている。磁気システム
４、５に通じる冷却パイプ４４〜４６を固定するため
に、プラズマ室２にはフランジ４７が設けられ、フラン
ジにはパイプガイド５２、５４ないしシールリング５３
が支持されている。矩形導波管６から空洞共振器２へ、
図３には不図示の接続ループが設けられている。
【００２３】図４と５には、第１の室から第２の室へ大
きなマイクロ波出力を取り出す装置が示されており、こ
の装置においては２つの室間に光学的に透明な媒体は不
要であって、取り出し装置の過熱と好ましくないコーテ
ィングは防止される。
【００２４】本装置によって得られる利点は特に、取り
出し部材及び／あるいは２つの室間の仕切り壁はわずか
しか自己発熱しないことである。さらにプラズマ室内で
の取り出し部材の汚染及び取り出し部材の一次部分と二
次部分との真空ガイド内での放電の点火が阻止される。
【００２５】図４には、本発明の結合素子１０１が示さ
れており、結合素子は一次アンテナ１０２と、二次アン
テナ１０３を有する。２つのアンテナの間にはブッシュ
１０４が設けられ、ブッシュは大きな外径を有する上方
部分１０５と小さい外径を有する下方部分１０６を有す
る。上方のブッシュ１０５は閉鎖ボルト１０７によって
閉鎖されており、その外ねじがブッシュ１０４の部分１
０５の内ねじに係合する。
【００２６】一次アンテナ１０２と二次アンテナ１０３
は開放したループの形状を有し、それぞれループの一方
の端部１０８、１０９はブッシュ１０４と結合されてい
る。一次アンテナ１０２の他方の端部はボルト１１０を
介して中央電極１１１の端部と結合され、中央電極１１
１の他方の端部は暗黒部キャップ１１２と接続されてお
り、暗黒部キャップには二次アンテナ１０３の他方の端
部１１３が接続されている。暗黒部キャップ１１２、二
次アンテナ１０３及び中央電極１１１間の結合はボルト
１１４を介して行なわれる。
【００２７】図４に示す結合素子１０１は、プラズマ室
とマイクロ波室間の仕切り壁内に個々にあるいは同種の
多数の結合素子と共に挿入することができる。
【００２８】図５には図４に示す結合素子１０１が再度
断面で図示されており、この結合素子１０１は仕切り壁
１２０に挿入されている。仕切り壁１２０の上方、すな
わち室１２１内には例えば空気があり、仕切り壁１２０
の下方の室１２２内にはプラズマが存在する。例えば空
洞共振器である室１２１内にマイクロ波が、特に好まし
くは縦波として伝播する。この縦波からマイクロ波エネ
ルギが一次アンテナ１０２によって取り出され、二次ア
ンテナ１０３によって室１２２のプラズマに結合され
る。
【００２９】２つのアンテナ１０２、１０３は中央電極
１１１を介して互いに結合され、中央電極はピンの形状
を有し、ピンの中央領域にはカラー１２４が設けられて
いる。カラー１２４の上方及び下方にはそれぞれセラミ
ックディスク１２５、１２６が設けられ、下方のセラミ
ックディスク１２６はシール１２７を介してブッシュ１
０４の底１２８上に支持され、底には開口部１２９が形
成されている。
【００３０】上方のセラミックディスク１２５の上方に
ははめ込みディスク１３０が設けられており、その上に
閉鎖ボルト１０７が配置され、その外ねじはブッシュ１
０４の上方部分１０５の内ねじに螺合される。ブッシュ
の上方部分１０５は仕切り壁１２０の透孔１３３の突出
部１３２上に、特にエラストマーシール１３４を介して
支持されている。室１２１内の外気と室１２２内の真空
の間のシールは、ほぼ部材１２４、１２６、１２７及び
１２８によって形成される。セラミックディスク１２５
は中央電極１１１とはめ込みディスク１３０間の絶縁並
びに力の伝達に用いられる。さらに例えば銀、銅あるい
はアルミニウムなどの軟金属からなるはめ込みディスク
１３０がセラミックディスク１２５の極めて硬い表面に
押圧され、それによってはめ込みディスク１３０とセラ
ミックディスク１２５の表面との間に強力な表面接触が
得られる。この種の結合によって、ヘリウムに関して１
０×１０マイナス８乗ミリバールｌ／ｓよりずっと小さ
い漏洩率を有するシールシステムが得られる。
【００３１】はめ込みディスク１３０に作用する押圧力
は閉鎖ボルト１０７によってもたらされる。その為に、
ブッシュ１０４の孔１３５に比較して過度の外径を有す
るはめ込みディスク１３０がまず装置によって圧入され
る。さらに閉鎖ボルト１０７が回動されると、金属シー
ル１３０、下方のセラミックディスク１２６、中央電極
１１１のカラー１２４、上方のセラミックディスク１２
５及びはめ込みディスク１３０からなるコンビネーショ
ンが締め付けられる。閉鎖ボルト１０７の締め付けトル
クがさらに増大すると、まず中央電極１１１のカラー１
２４のシール端縁１３６に変形が生じる。さらに締め付
けると、金属シール１２７も変形する。金属シール１２
７、下方のセラミックディスク１２６、中央電極１１
１、上方のセラミックディスク１２５及びはめ込みディ
スク１３０からなるパケットにおける分布荷重は、上述
の順序でシール面だけに金属面の変形が発生するように
設定される。
【００３２】セラミックディスク１２５、１２６として
は、好ましくはＡｌ2 Ｏ3 からなるディスクが使用さ
れ、このディスクは中央電極１１１の熱伝導率約１０倍
以上小さい熱伝導率λを有する。金属からなる中央電極
１１１の断面が伝達できる熱量を確実に導き出すために
は、セラミックディスク１２５、１２６のそれに対応す
る大きさの面積を熱伝達に利用しなければならない。こ
の面積は中央電極１１１のカラー１２４によってもたら
される。というのはカラー１２４の上側及び下側がセラ
ミックディスク１２５、１２６と良好に面接触している
からである。
【００３３】セラミックディスク１２５、１２６の上方
ないし下方の熱伝導は、はめ込みディスク１３０並びに
金属シール１２７によって行なわれる。シール電極１１
１並びにシールリング１３０、１２５、１２６、１２７
とブッシュ１０４の材料がやや異なる熱膨張率を有する
ことは、金属電極１１１のカラー１２４の厚みとセラミ
ックディスク１２５、１２６の厚みとの比で補償され
る。セラミック・金属結合の熱膨張の違いによってシー
ル面が互いにずれる危険は、これらの面に同時に大きな
押圧力が作用する場合には、刻印された歯切りによって
防止される。カプラ１０１に非常に大きな熱的な過負荷
が作用した後も、締め付け力を確保するために、はめ込
みディスク１３０を例えば銅ベリリウムからなるばね部
材として形成することもできる。
【００３４】はめ込みディスク１３０の外径は、押圧工
程によって増加する。それによってはめ込みディスク１
３０の外方端縁とブッシュ１０４の内方端縁の間に、確
実かつマイクロ波技術で使用可能な接触が形成される。
従ってはめ込みディスク１３０はマイクロ波技術的には
ブッシュ１０４の床として作用する。仕切り壁１２０に
対してカップリング部材１０１をシールするエラストマ
ーシール１３４は、ブッシュ１０４のシール溝と仕切り
壁１２０のシール面１３２によって形成される金属カセ
ットによってマイクロ波の場からシールドされ、それに
よって破壊から保護される。同時にボルトによってもた
らさるブッシュ１０５の金属的な接触が熱の伝達に用い
られる。
【００３５】本発明のカップリング部材１０１によっ
て、仕切り壁１２０の同軸の通過部の内径及び外径は大
きな範囲で変更することができる。例えば中央電極１１
の直径、そのカラー１２４、セラミックディスク１２
５、１２６の直径、閉鎖ボルト１０７あるいはブッシュ
１９４の孔は、同軸の通過部に波動インピーダンスが対
応できるように選択される。同軸の通過部の電気的長さ
は、好ましくはλ／２である。
【００３６】暗黒部キャップ１１２は金属材料からな
り、かつプラズマから電荷担体が同軸の通過部の絶縁ギ
ャップ内に進入するのを阻止するように形成される。そ
れによって、絶縁ギャップ内の非自動的な放電の維持が
阻止される。さらにカップリング部材１０１と仕切り壁
１２０間のギャップは、暗黒部距離を維持することによ
って、他の圧力領域内部で自動的放電が生じることがな
いように寸法決めされる。さらに暗黒部キャップ１１２
によってカップリング部材１０１のコーティングないし
汚染が連続的に阻止される。カップリング部材１０１の
上部１０５と下部１０６は機械的なクリーニング法、例
えはブラッシング、ガラスビーズの放射などによって問
題なく浄化することができる。さらに、暗黒部キャップ
１１２のつぼ形あるいはベル形はマイクロ波技術的に優
れていることが明かにされている。一次アンテナ１０２
も二次アンテナ１０３もｌ／λ＜＜１（なお、ｌはアン
テナループの巻きほどき長さである）を有するＨループ
として、あるいはｌ／λ＝＞１を有する折り返しダイポ
ールアンテナないしリングアンテナとして、または容量
性の結合ピンとして形成することができる。その場合に
アンテナの立上り側も立下がり側も大きな曲りをもって
はならず、部分的にできるだけ平行に延びるようにしな
ければならない。アンテナ１０２、１０３の基点は螺
合、半田付け、溶接あるいは締め付けることができる。
アンテナ１０２、１０３の半径と長さ、すなわち幾何学
配置は、暗黒部キャップ１１２の領域において、かつカ
ップリング部材１０１のそれに連続する部分のほとんど
においてアンテナないし中央電極１１１にかかる応力が
小さくなるように選択される。
【００３７】室１２１によって示される導波管共振器と
室１２２によって示されるＰＣＶＤ反応容器間の結合減
衰は、一次アンテナ１０２の大きさによって、あるいは
また導波管共振器の軸に対する一次アンテナの方向づけ
によって調節することができる。
【００３８】図６には空洞共振器２の部分断面図が示さ
れており、これは図３の図面を１８０°回動させたもの
と同様である。金属の材料からなる空洞共振器２は本実
施例においては、結合部材２０２によって互いに結合さ
れた２つの半体２００、２０１を有する。上方の半体内
には多数の結合ループが導入されており、図６において
はそのうちの１つの結合ループ２０３のみが示されてい
る。この結合ループは図面平面に順次入り込むように配
置されている。個々の結合ループはほぼ図３に示す結合
ループ２５のような形状を有するが、ループの２つのウ
エブは図面平面に対して垂直である。
【００３９】空洞共振器２の下方の半体２００も上方の
半体２０１と同様に結合ループを有し、図６にはそのう
ちの結合ループ２０４のみが示されている。この結合ル
ープは、金属材料からなり不図示のマイクロ波送信器に
接続された矩形導波管６から電磁エネルギを空洞共振器
２内へ導入する。その場合に結合ループは電気的に非導
通のシール２０５、２０６を通して挿通される。空洞共
振器２の上方の半体２０１とプラズマ室３のフランジ４
７は結合部材２０７を介して互いに結合されている。同
様に軟鉄ヨーク５とフランジ４７も結合部材、例えばボ
ルト２０９を介して結合されている。
【００４０】この軟鉄ヨーク５には外側の脚２０８と内
側の脚２１０が設けられ、外側の脚２０８は内側の脚２
１０より大きく、２つの脚２０８、２１０は４５°の傾
斜を有する互いに整合する表面２１１、２１２を有す
る。大きい方の脚２０８の表面２１１には永久磁石のＳ
極２１３が設けられ、小さい方の脚２１０の表面にはＮ
極２１４が設けられている。符号２１５で示すものはＮ
極２１４とＳ極２１３間の磁場線である。外側の脚２０
８内には矩形の冷却管２１６が一体に設けられている。
小さい方の脚２１０の下側には真空シール２１７が設け
られている。小さい方の脚２１０の下方領域と空洞共振
器２の上方半体２０１の上側との間には支持部２１８が
設けられ、その上にガラスあるいはセラミックのディス
ク２１９が載置されている。このディスク２１９と支持
部２１８の間にはグラファイト箔２２０が設けられてい
る。他のグラファイト箔２２１はディスク２１９の上端
縁と小さい方の脚２１０の下端縁の間に配置されてい
る。この箔２２１のプラズマ室３方向に連続して真空シ
ール２２２が接続されており、真空シールは例えば金
属、カルリッツあるいはヴィトン（フッ素ゴムの商品
名）から形成することができる。ディスク２１９と空洞
共振器２の上側によって空間２２３が形成され、電気的
に非導通の材料を通して空洞共振器２内で案内されてい
るカプラ２０３を介して前記空間２２３内にマイクロ波
エネルギが達する。
【００４１】図６に示す装置においては、プラズマ側の
カプラ２０３はクォーツあるいはセラミックディスク２
１９の後方に配置され、従ってプラズマ室３からの影響
には関係なく駆動することができる。
【００４２】図６に示す装置においては、アンテナを磁
場の共振領域に対してよりよく方向づけることができる
という利点が得られ、エネルギ伝達の広がり方向とＢ場
方向、すなわち永久磁石の磁場方向は一致する。
【００４３】図７には本発明の他の実施例が示されてお
り、本実施例においては多数のループ状のカプラ２３０
が空洞共振器２内に順次配置されており、電気的に非導
通の通過部２３１を通してプラズマ室３内に突出してい
る。その場合に各カプラ２３０の上にクォーツあるいは
セラミックのドーム２３２がかぶせられている。このド
ーム２３２は永久磁石のＳ極２３３とＮ極２３４の間に
配置され、永久磁石は空洞共振器２の上に載置された軟
鉄ヨーク２３５と接続されている。Ｎ極とＳ極間に延び
る磁場線は符号２３６で記載されている。軟鉄ヨーク２
３５は空洞共振器２の全表面にわたって延び、その端部
にはプラズマ室３のボイラー壁２３７、２３８が支持さ
れおり、ボイラー壁は図７においては概略的に示されて
いる。ボイラー壁２３７、２３８と軟鉄ヨーク２３５間
は、例えばボルト２３９、２４０を介しての機械的な結
合が設けられている。さらに、ヨーク２３５と非磁気的
なボイラー壁２３７、２３８間にはシール２４１、２４
２が設けられている。他のシール２４３、２４４は空洞
共振器２の上側とヨーク２３５の下側の中央部分に設け
られ、かつヨーク２３５の上側とドーム２３２の下端部
の側方フランジ２４５、２４６間にも配置されている。
このシールは符号２４７と２４８で示されている。カプ
ラ２３０のドーム２３２内に突出する部分２４９とシー
ル２４７、２４８の間のドーム２３２の下側にはさらに
グラファイトディスク２５０、２５１が設けられてい
る。
【００４４】フランジ２４５、２４６は、ボルト２５
４、２５５を介して軟鉄ヨーク２３５と結合された非磁
性的な支持体２５２、２５３によって固定される。
【００４５】図７に示す実施例においては、このカプラ
２３０は永久磁石の異極２３３、２３４間に配置され
る。それによって空洞共振器２から電子のそれぞれ直線
的な加速区間に供給が行なわれる。又、永久磁石の２つ
の極にリング共振器から供給を行なうようにすることも
可能である。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、マイクロ波供給アンテナの近接場の大きな規則性が
得られる。特に安定で規則的な近接場分布は、共振器長
さが１ｍまでとそれ以上でかつ放電圧が≧１Ｐａの場合
に生じる。この規則性がプラズマ室と結合することによ
って、プラズマ分布も規則的になる。１ｍより大きいプ
ラズマゾーン長さは、本発明によれば簡単に得ることが
できる。同様に、例えばＰＣＶＤ技術で一般的なグロー
放電に関しても、４Ｗ／ｃｍ自乗の大きさのマイクロ波
出力密度を入射させることができる。
【００４７】さらに、本発明は、プラズマあるいは反応
容器内に収容される他のソースによってコーティングさ
れる恐れのある誘電性部材を必要としない。本発明によ
れば、多数の個別マイクロ波源から並列に供給すること
も可能である。
【００４８】さらに、本発明によれば、アンテナのプラ
ズマ側の減結合は、例えば充分に近傍にある磁気システ
ム方向への曲げが失われることによって形成され、その
場合にこの磁気システムは好ましくは電子サイクロトロ
ン共振（ＥＣＲ）の条件を満たす。磁気システムとアン
テナは、アンテナからできるだけ直接磁気システム上あ
るいはその上方に形成されたプラズマ内に放射されるよ
うに、互いに配置される。従ってＥＣＲ効果に基づいて
電磁線の大部分が吸収されてから、隣接アンテナの領域
へ進入し、それによって隣接のアンテナが結合される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロ波導出手段を有する空洞共振
器内にマイクロ波を導入する原理を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は多数の導出部材を有する空洞共振器を
示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）に示す空洞共振器内
に形成される場を示す線図である。
【図３】空洞共振器とプラズマ室の断面図である。
【図４】誘導性の結合部材の斜視図である。
【図５】図４に示す誘導性の結合部材の断面図である。
【図６】上方及び下方の結合部材を有する空洞共振器を
備えた装置の断面図である。
【図７】永久磁石の異極間に結合部材を有する装置の断
面図である。
【符号の説明】
２、４０、１２１、２００、２１０ 空調共振器 ３、４、４１、１２２ 室 ６ 結合部材 ７〜１２ マイクロ波発生器 ２１〜２８、２０３、２０４，２３０ 結合部材 ２９、３００、３０１ 仕切り壁 １０２、２０３、３０６ 第１の部材 １０３、２４９、３０３ 第２の部材 １０６、２２４、２３１ 閉鎖部材 １１１、３０４、３０５ 結合部材
フロントページの続き (72)発明者 ミヒヤエル ユング ドイツ連邦共和国 Ｄ−8756 カール （マイン）リチヤード ヴアグナー シユ トラーセ ５ (72)発明者 ベルンハルト ケスラー ドイツ連邦共和国 Ｄ−6540 ハナウ−ヴ オルフガング フリードリツヒ−フレベル −シユトラーセ ３

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マイクロ波発生器７〜１２と、 空洞共振器２、４０、１２１、２００、２１０と、 マイクロ波発生器７〜１２を空洞共振器２、４０、１２
    １、２００、２０１に結合する結合部材６と、 壁４７、２３７、２３８によって画成される室３、４、
    ４１、１２２と、 空洞共振器２、４０、１２１、２００、２０１と室３、
    ４、４１、１２２間の電気的に導通する材料からなる仕
    切り壁２９、３００、３０１と、 固体として形成され
    た多数の結合部材２１〜２８、２０３、２０４、２３０
    からなり、空洞共振器２、４０、１２１、２００、２０
    １から電磁エネルギを室３、４、４１、１２２内に導入
    する結合装置と、 を有する比較的大きな区間にわたって均質なマイクロ波
    の場を発生させる装置において、 仕切り壁２９、３００、３０１が空洞共振器２、４０、
    １２１、２００、２０１を室３、４、４１、１２２から
    気密に分離し、 空洞共振器２、４０、１２１、２００、２０１内には、
    空洞共振器２、４０、１２１、２００、２０１からの電
    磁エネルギを吸収することのできる第１の部材例えば１
    ０２、２０３が設けられ、 室３、４４１、１２２内には、電磁エネルギを室３、
    ４、４１、１２２内へ放出することのできる第２の部材
    例えば１０３、２４９、３０３が設けられており、 仕切り壁２９、３００、３０１に電気的に非導通の閉鎖
    部材１０６、２２４、２３１を有する透孔が形成され、
    第１の部材１０２、２０３、３０６を互いに結合する電
    気的に導通する結合部材１１１、３０４、３０５が前記
    閉鎖部材１０６、２２４、２３１を通して挿通されるこ
    とを特徴とする均質なマイクロ波を発生させる装置。
  2. 【請求項２】 結合部材２１〜２８、２０３、２０４、
    ２３０が等間隔で配置されることを特徴とする請求項１
    に記載の装置。
  3. 【請求項３】 結合部材２１〜２８、２０３、２０４、
    ２３０が線形かつそれぞれλ／４の間隔で配置され、λ
    が空洞共振器２、４０、１２１、２００、２０１内で形
    成される縦波の波長であることを特徴とする請求項２に
    記載の装置。
  4. 【請求項４】 結合部材２１〜２８、２０３、２０４、
    ２３０が誘導性の導出部材であって、空洞共振器２内で
    縦波からマイクロ波エネルギを導出し、容量的あるいは
    誘導的にプラズマ内に再度導入することを特徴とする請
    求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 マイクロ波導出部材が容量性の導出部材
    であって、空洞共振器（２）内で縦波からマイクロ波エ
    ネルギを導出し、容量的あるいは誘導的にプラズマ内に
    再度導入することを特徴とする請求項３に記載の装置。
  6. 【請求項６】 多数の空洞共振器が設けられ、これらが
    １つの供給共振器を介して互いに接続され、かつそれぞ
    れ同一の出力を供給されることを特徴とする請求項１に
    記載の装置。
  7. 【請求項７】 平行に配置された多数の空洞共振器が設
    けられ、空洞共振器にコヒーレントなマグネトロンから
    供給が行なわれることを特徴とする請求項１に記載の装
    置。
  8. 【請求項８】 同線に配置された多数の空洞共振器が設
    けられ、空洞共振器にコヒーレントなマグネトロンから
    供給が行なわれることを特徴とする請求項１に記載の装
    置。
  9. 【請求項９】 マグネトロンが、周波数は異なるが同一
    の出力を有するマイクロ波を出力することを特徴とする
    請求項１、７または８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 負の半波から縦波を導出するマイクロ
    波導出部材が、正の半波から縦波を導出するマイクロ波
    導出部材に比べて位相反転を有することを特徴とする請
    求項１または３に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 空間３が、空間内にカスプ磁場を発生
    させる磁気システム４、５によって縦方向に包囲される
    容器によって画定され、前記カスプ磁場が入射されるマ
    イクロ波と協働して電子・サイクロトロン共振をもたら
    すことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 空洞共振器２内で形成される縦波の波
    長が、空洞共振器内を支配する調節可能なガス圧を介し
    て制御されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 第２の空間１２２がプラズマ室内にあ
    って、その中に暗黒部キャップ１１２が設けられてお
    り、暗黒部キャップが電流通過部１１１の近傍に配置さ
    れることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 カプラに、ほぼ開放ループの形状を有
    する一次アンテナ１０２が設けられ、この開放ループの
    一端は電流通過部１１１と結合され、このループの他端
    は空洞共振器２、４０、１２１、２００、２０１と空間
    ３の間の仕切り壁１２０を通して案内されているブッシ
    ュ１０４と結合されることを特徴とする請求項１に記載
    の装置。
  15. 【請求項１５】 カプラに、ほぼ開放ループの形状を有
    する二次アンテナ１０３が設けられ、この開放ループの
    一端１１３は暗黒部キャップ１１２を介して電流通過部
    １１１と結合され、このループの他端１０８は第１の空
    間１２１と第２の空間１２２の間の仕切り壁を通して案
    内されているブッシュ１０４と結合されることを特徴と
    する請求項１に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 電流通過部１１１がリング状のカラー
    １２４を有するピンであることを特徴とする請求項１に
    記載の装置。
  17. 【請求項１７】 仕切り壁１２０並びに装置１０１が非
    磁性材料から形成されることを特徴とする請求項１に記
    載の装置。
  18. 【請求項１８】 空間３と空洞共振器２間にマイクロ波
    を通す壁２１９が設けられ、壁と空洞共振器２間に空間
    が形成され、その中にカプラ３０３が突出することを特
    徴とする請求項１に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 壁２１９の上方かつその端縁に永久磁
    石のＮとＳ極２１３、２１４が約４５度の角度で配置さ
    れることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 第１列のカプラ２０４が設けられ、こ
    のカプラが導出部材６からのマイクロ波エネルギを空洞
    共振器２内に導入し、それとは無関係な第２列のカプラ
    ２０３が設けられ、このカプラが空洞共振器２からのマ
    イクロ波エネルギを空間３内へ導入することを特徴とす
    る請求項１８に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 空間３内の各結合部材２４９に、気体
    と固体は阻止しマイクロ波を通過させる材料からなるカ
    バー２３２が設けられることを特徴とする請求項１に記
    載の装置。
  22. 【請求項２２】 各結合部材２４９が永久磁石のＮ極と
    Ｓ極２３３、２３４の間に配置されることを特徴とする
    請求項２１に記載の装置。
JP3331383A 1990-11-22 1991-11-20 規則的なマイクロ波の場を発生させる装置 Withdrawn JPH0563413A (ja)

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