JP2897168B2

JP2897168B2 - 真空容器のマイクロ波導入用窓

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Publication number: JP2897168B2
Application number: JP2155834A
Authority: JP
Inventors: 行人中川
Original assignee: ANERUBA KK
Current assignee: ANERUBA KK
Priority date: 1990-06-14
Filing date: 1990-06-14
Publication date: 1999-05-31
Anticipated expiration: 2014-05-31
Also published as: JPH0448596A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は真空容器のマイクロ波導入用窓に関し、特に
放電作用に基づきプラズマを内部空間で発生させる真空
容器に適用され、当該真空容器内にマイクロ波電力を導
入するための窓であり、且つ真空シール構造を備えた真
空容器のマイクロ波導入用窓の改良に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来、マイクロ波を用いてプラズマを発生させるよう
に構成されたECR（電子サイクロトロン共鳴）装置が提
案されている（特開昭55−141729号公報等）。これらの
装置ではプラズマ発生室を形成する真空容器の中にマイ
クロ波を導入するため、真空容器の壁部の一箇所にマイ
クロ波導入用窓を形成している。このようなマイクロ波
導入用窓では、マイクロ波に対して損失の少ない材料で
作られていること、窓におけるマイクロ波の反射波の発
生が少ないこと、洗浄及び交換が容易であること、窓の
破損時に安全対策が十分に施されていること、構造が簡
単で安価に作製できること等の要求が存在する。これら
の要求に対して従来のマイクロ波導入用窓の構造例を示
すと、第８図〜第10図の如くなる。これらの図ではマイ
クロ波導入用窓の部分のみを示している。

第８図に示されるマイクロ波導入用窓は、最も一般的
な構造を有する窓である。第８図において、101はマイ
クロ波放電装置の真空容器の一部を示し、102は真空容
器101にマイクロ波を導入するための導波管、103はマイ
クロ波損失の少ない石英等の材質で形成された窓用円
板、104は真空シールを行うためのＯリング、105はＯリ
ング104を固定するための溝、106はマイクロ波を導入し
て放電を発生させるため真空容器101に形成したマイク
ロ波結合孔である。このマイクロ波導入用窓では、マイ
クロ波結合孔106における真空容器101の外面に環状の凹
部107を形成し、この凹部107に窓用円板103を配設して
いる。前記の溝105は凹部107の底部に相当する部分に形
成されるため、溝105に固定されたＯリング104は窓用円
板103の下面に当接している。導波管102の真空容器101
側の端部には取り付けフランジ102aが形成され、導波管
102は取り付けフランジ102aを介して真空容器101のマイ
クロ波結合孔106の周辺の壁部に図示しない結合手段に
よって取り付けられている。なお第８図において、導波
管102の上端部側にはマイクロ波発生源が配設されると
共に、真空容器101の下部には排気装置が配設されてい
る。

第９図のマイクロ波導入用窓の構造では、真空容器10
1,導波管102、窓用円板103は第８図の従来例と同じであ
る。この従来例では、円板103の周面にＯリング104が当
接するように、凹部107の側面部に溝105を形成し、この
溝105にＯリング104を配設している。

第10図のマイクロ波導入用窓では、窓用円板103を導
波管102の内壁にロー付け等により封着し、これにより
真空シールを行う。また導波管102の取付けフランジ102
aの厚みを大きくして形成し、取付けフランジ102aの外
表面にリング状の溝108を形成し、この溝108にＯリング
104を配設するようにしている。かかる状態にて取付け
フランジ102aを真空容器101の孔106の周辺部位に固定し
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕前記の従来のマイクロ波導入用窓ではそれぞれ次のよ
うな問題が提起される。

第８図に示された窓は、構造が簡単で安価に製造する
ことができるが、マイクロ波結合孔106の大気側にＯリ
ング104を固定するための溝105を形成する箇所として比
較的大きな段差部を設ける必要がある。壁面を流れるマ
イクロ波電流は導波管102の表面のみを流れるので、溝1
05により電流の損失が大きくなり、且つ特性インピーダ
ンスの不整合による反射波が発生しやすいという不具合
を有している。特に、溝105の内側端部は真空であるた
め、マイクロ波電界の集中によって異常放電が発生しや
すいという欠点を有している。更に、マイクロ波電力が
大きいときにはＯリング104の誘電損失による発熱が大
きくなる。従って、第８図に示されたマイクロ波導入用
窓の構造によれば、特に印加電力が数百Ｗ以上の場合に
は、マイクロ波結合孔106の付近でマイクロ波の損失に
よる発熱が発生しやすく、窓としての信頼性に乏しいと
いう欠点を有する。

第９図に示された窓では、窓用円板103の周面にＯリ
ング104を密着させることにより真空シールを行ってい
る。この従来例でも、マイクロ波結合孔106に、窓用円
板103が真空容器101の内部に吸い込まれるのを防止する
目的で段差を形成する突起縁109が形成されているが、
第８図に示された従来例に比較して小さい形状に作るこ
とができるので、マイクロ波の反射波を低減するのには
有効である。。しかしながら、窓用円板103は通常石英
又はアルミナ等を用いて形成するため、窓用円板103の
周面を寸法精度良く且つ真空シールが可能な程度にきめ
細かく加工することは困難である。またこの従来例にお
いて真空シールを確実にするためには、Ｏリング104を
つぶした状態で窓用円板103を設置しなければならず、
潤滑油の使用が制限されるマイクロ波放電装置では窓用
円板103を所定の箇所に配置することが非常に困難であ
るので、この構成の実用性は低いものである。

第10図に示された窓では、窓用円板103を導波管102の
内面に直接接合した構造であり、マイクロ波加熱装置や
加速器等に多くの使用実績がある。通常では、窓用円板
103にアルミナを使用し、窓用円板の円周面は金属導波
管の内側にロー付けにより封着して製造される。この窓
では、完全な真空シール及び損失の極小化が達成できる
が、導波管の材質が通常銅又はコバールに限定され、反
応性の強いガスを真空容器内に導入できないこと、窓の
交換を導波管ごと行わなければならないこと、破損時の
安全対策として窓用円板103を二重にすることが困難で
あること、製造コストが高くつくこと等から、実用上種
々の問題がある。

本発明の目的は、上記の従来のマイクロ波導入用窓の
問題に鑑み、安価で且つ信頼性が高く、大電力を導入す
ることのできる実用的な真空容器のマイクロ波導入用窓
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る真空容器のマイクロ波導入用窓は、窓板
部材を真空シール部材を介して真空容器の壁に形成され
た孔部に配設して成り、導波管等によって外部より供給
されるマイクロ波電力を窓板部材を通して真空容器内に
導入する真空容器のマイクロ波導入用窓において、窓板
部材における少なくとも真空シール部材との接触部分に
導電性薄膜を付着したことを特徴点として有する。

本発明に係る第２の真空容器のマイクロ波導入用窓
は、前記第１の構成において、窓板部材における導電性
薄膜が付着されない部分の面積を、孔部の開口面積以上
にすることを特徴点として有する。

本発明に係る第３の真空容器のマイクロ波導入用窓
は、前記第１の構成において、窓板部材における導電性
薄膜が付着されない部分の面積を、孔部の開口面積より
小さくし、マイクロ波結合孔が、導電性薄膜が付着され
ない部分で規定されることを特徴点として有する。

本発明に係る第４の真空容器のマイクロ波導入用窓
は、前記第１〜第３のいずれか１つの構成において、導
電性薄膜の厚さは２μｍ以上であることを特徴点として
有する。

〔作用〕

本発明による真空容器のマイクロ波導入用窓では、窓
用円板の一部にマイクロ波の透過を阻止しない所定の範
囲で導電性薄膜を付着するようにし、これにより真空シ
ール部材を構成するＯリングとこれを配設するための溝
の部分にマイクロ波電磁界が存在しなくなる。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明の第１実施例を示し、真空容器のマイ
クロ波導入窓の要部断面を示す。第１図において、１は
真空容器の壁部の一部であり、真空容器１の内部にはマ
イクロ波が供給され、内部でマイクロ波放電が発生する
ように構成される。第１図中真空容器の壁部１の下側が
真空容器の内部側となり、上側が大気側となっている。
２は真空容器の内部にマイクロ波を導入するための導波
管であり、その上側部分の図示は省略されている。導波
管２の上側端部にはマイクロ波発生器３が配設されてい
る。導波管２の真空容器側の端部には所定の径方向寸法
及び肉厚を有するフランジ2aが形成されている。真空容
器の壁部１における、前記導波管２が接続される箇所に
は段付き孔４が形成され、これによって壁部１の外面側
には径の大きい環状凹部4aが形成されると共に内面側に
は小径孔4bが形成される。第１図に示された実施例にお
いて、段付き孔４は、マイクロ波を真空容器内部に導入
するためのマイクロ波結合孔としての機能を有し、本実
施例では当該マイクロ波結合孔は小径孔4bによって規定
される。５は壁部１に段付き孔４を形成することによっ
て生じる円形の突起縁である。更に環状凹部4aの底に相
当する突起縁５の外面の箇所には環状の溝６が形成さ
れ、この溝６の中に、マイクロ波導入用窓において真空
シール部材として機能するＯリング７が収納・配設され
ている。

真空容器の壁部１の凹部4a内に配置されている８は、
導波管２によって供給されるマイクロ波を真空容器内に
導入し且つ真空容器の真空シールを行うための窓用円板
である。窓用円板８はアルミナ等で形成される。窓用円
板８の径は段付き孔４の大径孔、すなわち凹部4aの径と
より小さく、この凹部4a内に設置できるように形成され
ている。更に、第１図で明らかなように、窓用円板８と
導波管２のフランジ2aとは凹部4a内に配置され、両者を
合わせた厚みが凹部4aの深さとほぼ等しくなるように設
定されている。段付き孔４の外側凹部4aに配設された窓
用円板８と導波管２のフランジ2aに対して、外側からリ
ング板９を当接して配置し、このリング板９を真空容器
の壁部１に複数のボルト10で固定している。リング板９
の中央の孔9aは導波管２を挿通させるための孔である。
上記の組付け構造により、マイクロ波導入用窓を形成す
る窓用円板８と導波管フランジ2aの組付け部分は、一方
の側を突起縁５の端面及びＯリング７で支持され、他方
の側をリング板９により押さえ付けられている。なお、
導波管２はフランジ2aをより大きくして、真空容器１に
直接取り付けることも可能である。

上記の窓用円板８は、上記の組付け構造において、凹
部4aの底部に対面する領域に導電性の薄膜11が付着され
ている。窓用円板８の導電性薄膜11が付着された面を示
すと、第２図の如くなる。図中11がリング状の導電性薄
膜であり、導電性薄膜11の外径は窓用円板８の径とほぼ
等しく、その内径は小径孔4bの径とほぼ等しいか、又は
Ｏリング７と接触するという条件を満たす範囲で大きく
なるように設定されている。

上記構造を有するマイクロ波導入用窓を有する真空容
器１では、真空容器の内部に所定のガスが所定の圧力で
導入され、マイクロ波発生器３により発生されたマイク
ロ波電力が導波管２で案内され、窓用円板８を透過し、
マイクロ波結合孔である段付き孔４を通過して真空容器
１内に導入される。これにより真空容器１内では放電に
よる気体プラズマが発生する。このプラズマは、半導体
や電子部品等の製造プロセスにおけるエッチング、プラ
ズマCVD等に利用される。かかるプラズマの発生は、磁
場を併用するECR装置でも実用化されている。

次にマイクロ波導入用窓として機能する窓用円板８に
設けられた導電性薄膜11について詳述する。導電性薄膜
11は、前述した通り、真空容器側の面に付着される。付
着される範囲は、組み立てた状態で、段付き孔４に重な
ることなく且つＯリング７を固定するための溝６に重な
る範囲とする。段付き孔４が円形であるという条件は、
第２図に示すように導電性薄膜11は窓用円板８に対して
同心円状に付着される。また段付き孔４が円形以外の、
例えば長方形の場合には、第３図に示すような形状に付
着される。

上記の導電性薄膜11の厚みは、次のように決定され
る。導電性薄膜11は、Ｏリング７とこのＯリングを固定
するための溝６の部分へのマイクロ波電磁界の侵入を防
止するために設けられるものである。従ってこの機能を
達成するために、導電性薄膜11の厚さを、マイクロ波の
角周波数ω、導電性の物質の伝導度σ、透磁率μに基づ
いて、 δ＝（2/μσω）^1/2 で与えられる表皮の厚さδよりも大きくとる。導電性薄
膜11の厚さが上記条件を満たせば、マイクロ波は導電性
薄膜11を透過することができない。

次に代表的な導電性物質に対するδを計算する。ただ
しｆ＝2.45GHz,ω＝２πｆとする。またσの値としては
窓用円板８の温度上昇を考慮し100℃の値を用いる。

銅： σ〜4.5×10⁷/m:μ〜μ０＝1.26×10 ^-6H/m ：δ〜1.5μｍアルミニウム： σ〜1.3×10⁷/m: μ〜μ０：δ〜1.9μｍ金： σ〜3.5×10⁷/m: μ〜μ０：δ〜1.7μｍ鉄： σ〜6.8×10⁷/m: μ〜200μ０：δ〜0.3μｍ以上のデータで明らかなように導電性薄膜11の厚さは
最低でも２μｍあれば良い。

また導電性薄膜11の材質は、真空容器の内部でプラズ
マ化された、例えば酸素、塩素等の所定のガスと反応し
て酸化物、塩化物等を生成することのない物質を選択す
る必要がある。更に導電性薄膜11を円板８に付着する方
法としては、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッ
タリング、無電界メッキ、粉末金属の焼き付け等がある
が、導電性薄膜11と窓用円板８との間に十分な付着力が
あり、且つ表面の荒さがＯリング７の真空シール作用に
対して十分に滑らかであれば、いかなる方法を用いても
良い。

窓用円板８に対する導電性薄膜11の付着について第４
図〜第６図に基づいて他の実施例を説明する。

第４図において、８は前記の窓用円板であり、21は導
電性薄膜である。この実施例では、薄膜21は真空容器側
の図中下面の外縁と外周面とに付着される。また第５図
の実施例による導電性薄膜31では、真空容器側の下面の
外縁と外周面と大気側の上面の外縁とに付着される。大
気側の面の付着範囲は、導波管２の内部形状と同一にす
るのが望ましいが、これには限定されず、他の形状であ
ってかまわない。また第４図及び第５図の実施例による
導電性薄膜を備えた窓用円板は、外周面の薄膜の仕上げ
精度を高めることにより、前述した第９図のマイクロ波
導入用窓構造にも適用することができる。

第６図の実施例では、窓用円板８における導電性薄膜
41が付着された真空容器側の下面において、導電性薄膜
が付着されていない部分の面積が、小径孔4bの開口面積
よりも小さくなるように構成されている。従ってこの実
施例では、マイクロ波結合孔が、段付き孔４の小径孔4b
ではなく、窓用円板８に付着された導電性薄膜41によっ
て実質的に規定されることになる。また導電性薄膜41で
規定されるマイクロ波結合孔の厚さは、導電性薄膜41の
厚さ、すなわち最低で約２μｍ程度となる。これに対し
て、前記実施例における窓構造のマイクロ波結合孔の厚
さは、小径孔4bを形成する突起縁５の厚さによって規定
されていた。それ故、突起縁５の厚みを、使用するマイ
クロ波の波長に比較して十分に小さくすることができな
い場合には、すなわち非常に高い周波数のマイクロ波を
使用する場合には、本実施例の如く付着された導電性薄
膜41によってマイクロ波結合孔を形成し、これによって
反射波を減少させ、マイクロ波電力の利用効率を向上す
ることが可能となる。

なお、上記の実施例の構成において、窓用円板８と真
空容器との間にはＯリング７を配設することによる若干
の隙間が存在するが、この隙間の幅がマイクロ波の波長
に比較して十分に短いのであるならば、効果は十分に発
揮される。

また、導電性薄膜11が直流的に浮遊電位に設定される
ことによりチャージアップし、真空容器１との間に異常
放電が発生する場合には、第７図に示すように導電性薄
膜11と真空容器１との間を金属製のスプリング12を用い
て短絡するように構成する。これによって導電性薄膜11
と真空容器１を同電位に保ち、異常放電の発生を防止す
ることができる。なお、前記金属製スプリング12は、導
電性薄膜11と真空容器１とを同電位にすることのできる
導体（例えばアルミニウム板等）であれば任意なものを
使用することができる。更に、窓用円板８の形状につい
ては、円板に限定されず、導波管２や段付き孔４の形状
に応じて角形等であってもかまわない。

また窓用円板８の中心部に孔をあけて、その内側に導
電性薄膜を付着させることで、同軸型のマイクロ波導入
装置にも適用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明で明らかなように、本発明によれば、窓用円
板の所定の箇所に導電性薄膜を付着することにより、真
空シール用Ｏリング配設箇所において従来発生していた
反射波をなくすようにしたため、大電力のマイクロ波が
供給されるマイクロ波放電用真空装置におけるマイクロ
波導入用窓の信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る真空容器のマイクロ波導入用窓の
構造を示す断面図、第２図は窓用円板の端面図、第３図
は窓用円板の他の実施例を示す第２図と同様な図、第４
図と第５図は導電性薄膜の他の付着例を示す断面図、第
６図は真空容器のマイクロ波導入用窓の構造の他の実施
例を示す断面図、第７図は導電性薄膜と真空容器を短絡
する構造を示す部分断面図、第８図〜第10図は従来のマ
イクロ波導入用窓の構造を示す断面図である。〔符号の説明〕１……真空容器の壁部２……導波管３……マイクロ波発生器４……段付き孔５……突起縁６……溝７……Ｏリング８……窓用円板 11,21,31……導電性薄膜

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】窓板部材を真空シール部材を介して真空容
器の壁に形成された孔部に配設して成り、外部から供給
されるマイクロ波電力を前記窓板部材を通して前記真空
容器内に導入する真空容器のマイクロ波導入用窓におい
て、前記窓板部材における少なくとも前記真空シール部
材との接触部分に導電性薄膜を付着したことを特徴とす
る真空容器のマイクロ波導入用窓。
【請求項２】請求項１記載の真空容器のマイクロ波導入
用窓において、前記窓板部材における前記導電性薄膜が
付着されない部分の面積を、前記孔部の開口面積以上に
することを特徴とする真空容器のマイクロ波導入用窓。
【請求項３】請求項１記載の真空容器のマイクロ波導入
用窓において、前記窓板部材における前記導電性薄膜が
付着されない部分の面積を、前記孔部の開口面積より小
さくし、マイクロ波結合孔が、前記導電性薄膜が付着さ
れない部分で規定されることを特徴とする真空容器のマ
イクロ波導入用窓。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空
容器のマイクロ波導入用窓において、前記導電性薄膜の
厚さは２μｍ以上であることを特徴とする真空容器のマ
イクロ波導入用窓。