JPH06236800A - マイクロ波プラズマ発生器 - Google Patents

マイクロ波プラズマ発生器

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JPH06236800A JP5293363A JP29336393A JPH06236800A JP H06236800 A JPH06236800 A JP H06236800A JP 5293363 A JP5293363 A JP 5293363A JP 29336393 A JP29336393 A JP 29336393A JP H06236800 A JPH06236800 A JP H06236800A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 より効率的にプラズマを発生するマイクロ波
プラズマ発生器を提供する。 【構成】 一対の相対する電界強化電極をチャンバ内に
持ち、その一方の電極は軸状の穴を持ち、電極間の領域
でプラズマ状態に活性化されるガスをこの穴を通じてチ
ャンバから抽出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波放射によるプ
ラズマの発生に関する。
【０００２】
【従来の技術】物質処理にプラズマを用いることがます
ます重要となってきているが、これらを採用する場合に
は、プラズマを発生するために比較的高い電力を入力す
ることが必要なこと、また、生成された活性ガスが高温
であることといった制限を受ける。現存のマイクロ波プ
ラズマ発生器は、マイクロ波放射を一様にチャンバ中に
導くものであり、このチャンバを通じてプラズマ状態に
励起されるプロセスガスに流れが引き起こされる。この
ため、高い電力入力が使用されなければ、エネルギー密
度は低く、この結果、電気効率も低くなってしまう。本
発明の目的は今までよりもより効率的なマイクロ波プラ
ズマを提供することにある。
【０００３】
【発明の概要】本発明によれば、電磁スペクトルのマイ
クロ波領域において電磁放射を送るようにされた導波管
装置に接続されるようにされたチャンバと、プラズマ状
態に活性化されるプロセスガスをチャンバに入れること
を許可する入口ポートと、チャンバ中のマイクロ波放射
の伝播方向に対して直角をなす状態とされた少なくとも
一対の電界強化電極と、を備え、一対の電極の中の少な
くとも１つの電極は、活性化されたプロセスガスが電界
強化電極間のチャンバの領域から抽出され得るように自
身の内部に形成された通路を備えるマイクロ波プラズマ
発生器が提供される。好ましくは、これらの電極はその
断面で円状であり、その通路は適当な電極の軸状の穴で
ある。より好ましい形状では、それらの電極は円錐であ
り、それらの中の１つは鋭いエッジとされたリムで終端
しており、他方もまた鋭いエッジとされたリムであるよ
うな直径の軸状の穴を持つ。軸状の穴がない電極には、
先のとがった中央突出部を設けることもできる。
【０００４】
【実施例】図１から明かなように、マイクロ波プラズマ
発生器は、ガラスシリンダー２と２つの端板３，４のそ
れぞれから成るようなチャンバ１から成る。ガラスシリ
ンダー２は、チャンバ１の端板３，４中に機械で設けら
れた環状の溝５中に適合され、チャンバ１はＯリング６
によってガスを密閉するよう形成されている。アセンブ
リはクランプによって共に保持されるが、これは図示さ
れていない。チャンバ１の端板３，４は、それぞれ、導
波管部分７，８の一部を形成するようにされており、こ
れらはマイクロ波エネルギーを送信するような大きさと
されている。導波管部分７は、図示されていないマイク
ロ波発生器に接続されており、導波管部分８は、成端短
絡（terminating short circuit)８’を含み、この短絡
は、導波管の部分８の内部に固定されていてもよいし、
スライドすることができるようにされていてもよい。チ
ャンバ１の端板３，４に取り付けられているのは、それ
ぞれ、一対の相対する電界強化電極９，１０である。
【０００５】電極９，１０は円錐形とされており、鋭い
環状チップで終端している。電極９は、電極９と１０間
のギャプ１１を変更できるように調整可能である。適切
なギャップは０．１〜０．５ｍｍの範囲である。電極９
は、冷却液がそれを通じることができるよう、自身の内
部に形成されたチャンネル１２を有する。電極１０は、
チャンバ１の端板３，４と一体とされており、電極９，
１０間のギャップ１１でプラズマ状態に活性化されたプ
ロセスガスをチャンバ１から取り出すことができるよ
う、その内部に形成された軸状通路１３を有する。プロ
セスガスのための入口ポート１４は、チャンバ１の端板
９を通ずる。チャンバ１の端板４は、冷却液がそれを通
ずることができるよう中空である。チャンバ１の端板
３，４と電極９，１０は、ステンレス鋼で形成されてい
る。モリブデンや、タングステンのような他の耐高温性
金属からなる鋭いチップを持つアルミニウム合金でそれ
らを形成することができる。電極９，１０のチップの環
状形態は多数の効果を持つ。第１に、鋭利な部分が互い
に向かい合う場合に発生する通常の電界強化作用であ
る。第２に、図示の幾何学構造では、通路１３が電極１
０を通じて入り込む前にプロセスガスが電極９，１０間
の小さなギャップを通じるときに、そのプロセスガスに
おいてかなりの圧力降下が存在することである。これ
は、プロセスガスの圧力が他の場所よりも高いチャンバ
１のどこよりも、ギャップ１１において、プロセスガス
のプラズマ状態への励起を容易にするだけでなく、チッ
プ領域における放射状の圧力傾斜が電極９，１０の間の
領域へプラズマを制限するのである。また、図示の幾何
学構造は、電極９，１０間のギャップ１１を通じるその
通路上の全てのプロセスガスが最大電界領域を直角に通
過することを意味するものであるから、プロセスガスの
プラズマ状態への励起の効率は最大となり、この結果、
プラズマを発生するのに必要な入力電力は減少する。良
好に冷却された壁によって取り囲まれた少量の放電は、
高い電界で加速された電子によって活性化されているに
も係わらずにプラズマ温度が比較的低く保たれることを
意味する。更に、デバイス動作中の電界の分散は、プラ
ズマが存在しない場合に存するものと大きくは相違しな
いため、デバイスを自己スタート可能とすることができ
る。
【０００６】図２に、本発明の第２の実施例が示されて
おり、第１の実施例の対応要素と同様の要素は同一の参
照番号を持つ。図２に示された本発明の実施例では、ガ
ラスシリンダー５は、ガラス補強されたポリテトラフル
オルエチレンで形成されたブロック２１に置き換えられ
ているが、他の不活性の非導電物質を使用することもで
きる。ブロック２１は、円筒形内部表面２２と、その一
端でガス入口１４と通じており、他端でブロック２１の
内部表面２２に対してタンジェンシャル（tangential)
であるような通路２３を備える。このように、ブロック
２１と端板３，４によって形成されたチャンバ１中に現
れるガスは非常にタンジェンシャルなものであり、電極
９，１０間のギャップ１１に入り込む前に電極９，１０
の周囲をらせん形状で進む。このらせん形の流れパター
ンは、電極９，１０間の電気放電の安定性を増大させる
ため、より大きな直径の電極チップを用いることが可能
となり、その結果、活性化ガスのスループットが増大す
る。例えば、電極１０の通路１３の開口部２４とチップ
について８ｍｍの直径をとし、０．２ｍｍのギャップ１
１とすれば、１００ｓｈｐｍのガスを活性化することが
可能である。放電の安定性は、電極９のチップ上の中央
突出部２５によって更に増大され、通路１３の開口部２
４中へのガス流れは、開口部２４をトランペット形状と
することによって強化される。
【０００７】電極には取り替え可能なチップ２７が提供
されており、また、Ｏリング２８を提供して電極９の位
置を可変とするねじ山２９に沿ってガスが漏洩しないこ
とを確実なものとし、電極９，１０間のギャップ１１が
所望の値に設定されることを可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の長手方向部分。
【図２】本発明の他の実施例の長手方向部分。
【符号の説明】
２ ガラスシリンダー ３ 端板 ４ 端板 ５ 溝 ６ Ｏリング ７ 導波管部分 ８ 導波管部分 ９ 電界強化電極 １０ 電界強化電極 １１ ギャプ １２ チャンネル １３ 軸状通路 １４ 入口ポート ２２ 内部表面 ２３ 通路 ２５ 中央突出部 ２８ Ｏリング ２９ ねじ山
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キース ハワード ベイリス イギリス オーエックス11 ０アールエイ オックスフォードシャー ディドコット ハーウェル 329 ユナイテッド キン グドム アトミック エナヂイ オーソリ ティ パテンツ ブランチ内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電磁スペクトルのマイクロ波領域におい
    て電磁放射を送るようにされた導波管装置に接続される
    ようにされたチャンバと、プラズマ状態に活性化される
    プロセスガスをチャンバに入れることを許可する入口ポ
    ートと、チャンバ中のマイクロ波放射の伝播方向に対し
    て直角をなす状態とされた少なくとも一対の電界強化電
    極と、を備え、前記一対の電極の中の少なくとも１つの
    電極は、活性化されたプロセスガスが電界強化電極間の
    チャンバの領域から抽出され得るように自身の内部に形
    成された通路を備えることを特徴とするマイクロ波プラ
    ズマ発生器。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のマイクロ波プラズマ発生
    器において、前記入口ポートは、タンジェンシャルな速
    度要素を持つマイクロ波プラズマ発生器のチャンバに対
    してプロセスガスが許可されるように位置付けられてい
    る発生器。
  3. 【請求項３】 請求項１若しくは２記載のいずれかに記
    載のマイクロ波発生器において、電極は円錐形であり、
    鋭いエッジに形成された環状チップで終端している発生
    器。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいづれかに記載のマイク
    ロ波プラズマ発生器において、電極間の軸状の分離を変
    更できる発生器。
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