(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交番電磁界を用いて真空室（３）内にプラズマを生成する装置であって、
棒状導体（４）が、絶縁材料から成る管（５）内で真空室（３）に延びており、
絶縁管（５）の内径は、棒状導体（４）の直径より大であり、
絶縁管（５）は、一端が真空室（３）の壁（６）に保持されており、かつ当該真空室に対してその外面にてシールされており、
棒状導体（４）は、真空室（３）とは反対側の端部が、交番電磁界の生成源（８）に接続されている形式のプラズマ生成装置において、
前記の棒状導体（４）は、その自由端部（１１）の方に向かって外部導体（１２）により取り囲まれており、
該外部導体（１２）は、少なくとも前記の生成源（８）から真空室（３）内側の壁面（６ａ）まで延在しており、
ここで、壁貫通部（１０）と生成源（８）との間の領域にて、該生成源（８）に接続された棒状導体（４）及び該棒状導体を包囲する外部導体に、バイパス導体（１３）を形成する分岐が設けられており、
該バイパス導体（１３）には、第２の棒状導体（１５）が連結されており、
該第２棒状導体（１５）は、第２の絶縁管（１４）によって取り囲まれておりかつ第１の絶縁管（５）に平行に真空室（３）に延びており、
前記バイパス導体の長さは、交番電磁界を生成するために供給される作動周波数の半波長（λ／２）であることを特徴とする
プラズマ生成装置。
【請求項２】
交番電磁界を用いて真空室（９）内にプラズマを生成する装置であって、
棒状導体（７）が、絶縁材料から成る管（１６）内で真空室（９）を貫通しており、
絶縁管（１６）の内径は、棒状導体（７）の直径より大であり、
絶縁管（１６）は、その両端部により、真空室（９）の相互に対向して配置された壁（１７、１７ａ）に保持されており、かつ当該真空室に対してその外面にてシールされており、
棒状導体（７）の両端が、それぞれ、交番電磁界の生成のための生成源（１８，１９）に接続されている形式のプラズマ生成装置において、
前記の棒状導体（７）の両端は夫夫外部導体（２０、２１）により包囲されており、
前記外部導体（２０、２１）は、夫夫、源（１８、１９）から真空室（９）内側のそれぞれの壁面（２２，２２ａ）まで延在しており、
壁貫通部の領域にて、前記源（１８、１９）に接続された棒状導体（７）及び該棒状導体を包囲する両外部導体（２０、２１）には、夫夫バイパス導体（２３、２４）を形成する分岐が設けられており、
前記バイパス導体（２３、２４）には、第２の棒状導体（２６）が連結されており、
該第２棒状導体（２６）は、第２の絶縁管（２５）によって取り囲まれておりかつ第１の絶縁管（１６）に平行に真空室（９）を貫通して延在しており、
前記バイパス導体の長さは、交番電磁界を生成するために供給される作動周波数の半波長（λ／２）であることを特徴とする
プラズマ生成装置。
【請求項３】
交番電磁界を用いて真空室内にプラズマを生成する装置であって、
棒状導体が絶縁材料から成る管内で真空室に延びており、
絶縁管の内径は、棒状導体の直径より大であり、
絶縁管は、一端が真空室の壁に保持されており、かつ当該真空室に対してその外面にてシールされており、
棒状導体は、真空室とは反対側の端部が、交番電磁界の生成源に接続されている形式のプラズマ生成装置において、
前記の棒状導体は、その自由端部の方に向かって外部導体により取り囲まれており、
該外部導体は、少なくとも前記の生成源から真空室内側の壁面まで延在しており、
ここで、壁貫通部と生成源との間の領域にて、該生成源に接続された棒状導体及び該棒状導体を包囲する外部導体に、複数のバイパス導体を形成する複数の分岐が設けられており、
該バイパス導体には、更なる複数の棒状導体が連結されており、
当該の更なる棒状の導体は、夫夫の更なる絶縁管によって取り囲まれておりかつ第１の絶縁管に平行に真空室に延びており、
各バイパス導体の長さは、交番電磁界を生成するために供給される作動周波数の半波長（λ／２）であることを特徴とする
プラズマ生成装置。
【請求項４】
交番電磁界を用いて真空室内にプラズマを生成する装置であって、
棒状導体が、絶縁材料から成る管内で真空室を貫通しており、
絶縁管の内径は、棒状導体の直径より大であり、
絶縁管は、その端部により、真空室の相互に対向した配置された壁に保持されており、かつ当該真空室に対してその外面にてシールされており、
棒状導体の両端が、それぞれ、交番電磁界の生成源に接続されている形式のプラズマ生成装置において、
前記の棒状導体の両端は夫夫外部導体により包囲されており、
前記外部導体は、夫夫、少なくとも源から真空室内側のそれぞれの壁面のところまで延在しており、
壁貫通部の領域にて、前記生成源に接続された棒状導体及び該棒状導体を包囲する両外部導体には、夫夫、複数のバイパス導体を形成する複数の分岐が設けられており、
前記の複数のバイパス導体には、更なる棒状導体が連結されており、
前記の更なる棒状の導体は、更なる複数の絶縁管によって取り囲まれておりかつ第１の絶縁管に平行に真空室を貫通して延在しており、
前記バイパス導体の長さは、交番電磁界を生成するために供給される作動周波数の半波長（λ／２）であることを特徴とする
プラズマ生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交番電磁界を用いて真空室内にプラズマを生成する装置であって、棒状導体が、絶縁材料から成る管内で真空室に延びており、絶縁管の内径は、棒状導体の直径より大であり、絶縁管は、少なくとも一端が真空室の壁に保持されており、かつこの真空室に対してその外面にてシールされており、棒状導体は、少なくとも１つの端部が交番電磁界の生成源に接続されている形式のプラズマ生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
公知のプラズマ発生装置（ＤＥ１９５０３２０５）により、限られた作動領域（プロセス領域、ガス圧、マイクロ波出力エネルギ）において、表面処理及び被膜技術のためにプラズマを発生させることができる。公知装置は、実質的に真空プロセス室内に設置されたガラス管と、その中に設けられた伝導性の金属製の管とから成り、ここでこのガラス管内を占めるのは大気圧である。マイクロ波出力エネルギは、内部導体と外部導体とからなる２つの金属製同軸導体及び２つの給電部によって両側から、真空プロセス室の壁を介して導かれる。真空プロセス室内部において欠如している同軸導体の外部導体は、プラズマ放電によって置き換えられる。このプラズマ放電は、点弧条件（ガス圧）が十分あれば、上記のマイクロ波出力エネルギにより点弧されて維持される。ここで、マイクロ波出力エネルギは、２つの金属製同軸導体から出てガラス管を通って真空プロセス室内に入ることができる。プラズマは、円筒状のガラス管を外部から包囲し、内部導体と共に、著しく高い減衰被覆部を有する同軸導体を形成する。マイクロ波出力エネルギを位置固定で両側にて給電する場合、真空プロセス室のガス圧を調整して、真空プロセス室内で同軸導体の外部導体が欠除している個所でプラズマを明らかに均一に生成することができる。
【０００３】
更に、マイクロ波励振を用いて処理室内でプラズマを局所的に生成するための装置が公知であり（ＤＥ４１３６２９７）、この公知装置は、壁内に組込可能なフランジ又は壁自体によって内部部分と外部部分とに分けられている。ここで外部部分にはマイクロ波生成装置が設けられており、このマイクロ波生成装置からのマイクロ波は、マイクロ波入力結合装置を介して内部部分内に導かれる。マイクロ波入力結合装置は、フランジを貫通しかつ絶縁材料から成る外部ガイド中空導体を有し、この外部ガイド中空導体には、金属製の内部導体が延びており、マイクロ波生成装置からのマイクロ波は内部導体に入力結合される。
【０００４】
本発明は、表面の被覆又は処理のために、高周波電磁波（殊にマイクロ波）で加熱されかつ面積の大きな技術的なプラズマを生成することを基礎とする。
【０００５】
プラズマプロセスシステムは基本的に２つのクラスに分けることができる。すなわち、共振形及び非共振形システムに分けることができ、これらの２つのシステムは、一般に内在的で相補的な利点及び欠点を有する。ここで上記のプラズマプロセスシステムのプラズマは、高周波電磁波で生成および維持され、またプラズマプロセスシステムに対して成立つこところによれば、高周波電磁波の波長は、プラズマ放電容器の直線的寸法とほぼ同じ大きさである。
【０００６】
１．  共振形システム
利点：定在波を形成することにより、交番電界は、同じ出力エネルギの進行波の２倍の値まで振幅が増大する。これにより、プラズマにおける屡々所望されるプラズマ密度が増大し、またこれに伴ってプラズマプロセスの速度が増大する。つまり、理想的ケースでは同じ電磁出力エネルギが供給される場合、非共振形システムに比べて、共振形システムの能率は倍になるのである。
【０００７】
欠点：定在波の形成には、局所的なプラズマプロセス均一性の、一般的に不都合である時間的に安定した変動（半波長）が伴う。殊に、基本共振又は第１高調波のうちの１つを利用しようとする場合、送信器を構造に整合させるために少なからざる技術的コストが必要なる。
【０００８】
２．非共振形システム
利点：進行波を有するシステムを使用すると、プラズマプロセス均一性において周期的変動が生じない。それは、理想的ケースにおいて、定在波フィールドが形成されないからである。共振整合のため技術的コストは省かれる。
【０００９】
欠点：プラズマプロセスの効率にとって重要な交番電界の電界強度は、就中、プリセットされた値を越えて増大させることができない。最適の出力エネルギ吸収により、定在波フィールドが生じ得ないことを保証しなければならない。
【００１０】
一般的には技術的解決手段に伴う欠点を回避しながらこの技術的解決手段で上記の２つの動作原理の利点を統合化したいという要望がある。
【００１１】
問題を一般的に解決することはできないが、幾つかの特殊なケースで解決可能であるということは、対象の相補的性質によるものである。高周波交番電磁界で作動されるプラズマ源の上記の基本的な２つの機能に対して解決手段を得ようとすることは一般的に重要でない。それはこのような形式の今日のプラズマ源は、上記の２つの基本原理のうちのいずれか１つに基づいているからである。２つの基本原理を理想的に組み合わせようとしても、新たな技術的な解決手段は得られることはなく、特定のケースにおいて高周波送信器からプラズマ源に出力される出力の利用が改善され、また付加的に大面積に適用する際にプラズマ密度およびプラズマ温度が格段に増大するのである。
【００１２】
本発明は、プラズマへの高周波出力構造および出力伝送構造を導体波に整合させることとのできるプラズマ源に関する。このような波は、一般的に波の伝搬方向に無視可能なわずかな電気成分又は磁気成分を有する。要するに、近似的に横方向の電磁波（ＴＥＭ）である（本発明は、横方向電気的又は磁気的中空導体波（ＴＥ又はＴＭ）の手法に基づく導波構造に関するものでない。）。
【００１３】
ドイツ特許ＤＥ１９５０３２０５及び／又はドイツ特許出願公開ＤＥ４１３６２９７に基づいて動作する平面形プラズマ源は、使用上有効であることが証明されており、また生産システムにおける使用が多いに推奨される特性を呈する。このプラズマ源において、プラズマ放電部に高周波出力エネルギを伝送するために重要な導波構造は、平行に配置された複数の同軸導体から構成され、前記同軸導体の内部導体は、導電性材料（金属）から成り、同軸導体の外部導体はシリンダ状に形成されたプラズマから成る。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上述の２つの基本動作方式を基礎にした冒頭に述べた形式の装置であって殊に能率的な装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題は次のようにして解決される。即ち、棒状導体は、その自由端部の方に向かって外部導体により取り囲まれており、この外部導体は、少なくとも上記の生成源から真空室の内壁面まで延在しており、壁貫通部と生成源との間の領域にて、この生成源に接続された棒状導体及びこの棒状導体を包囲する外部導体に、バイパス導体を形成する分岐が設けられており、このバイパス導体には、第２の棒状の導体が連結されており、この第２の棒状導体は、第２の絶縁管によって取り囲まれておりかつ第１の絶縁管に平行に真空室に延びており、上記のバイパス導体の長さは、λ／２であるように構成することによって解決される。
【００１６】
本発明の有利な実施形態では、絶縁管は、両端にて、真空室の壁内に保持されており、この真空室に対して、その外面にてシールされており、また棒状導体の両端が、それぞれ、交番電磁界の生成する生成源に接続されている。ここでは棒状導体の各両端が外部導体により包囲されており、またこれらの外部導体は、夫夫、源から真空室の各内壁面まで延在しており、ここで、壁貫通部の領域にて、前記生成源に接続された棒状導体及びこの棒状導体を包囲する両外部導体には、夫夫バイパス導体を形成する分岐が設けられており、ここで前記バイパス導体には、第２の棒状導体が連結されており、この第２の棒状導体は、第２の絶縁管によって取り囲まれておりかつ第１の絶縁管に平行に真空室を貫通して延在しており、これらのバイパス導体の長さは、λ／２であるように構成されているのである。
【００１７】
さらなる構成要件及び詳細は、各請求項に記載されている。
【００１８】
本発明では種々様々の実施形態が可能であり、その幾つかを図面に示す。
【００１９】
本発明によって可能になるのは、近似的に平行な方向に配置された少なくとも２つの装置構成部からなる装置である。ここでこれらの少なくとも２つの装置構成部には、相互に時間的に固定した位相関係にある同じ周波数の高周波出力エネルギが供給される。これは２つの方式で達成することができる。即ち、個別ではあるが同じ周波数を有しかつ位相結合された高周波送信器によって各装置構成部を作動するか、又はこれらの装置構成部を単一の高周波送信器により給電し、複数の出力エネルギ分割器を介してこの高周波送信器の全出力エネルギを上記の装置構成部に同位相で分配することによって行われるのである。後者の方式は、特にコスト上有利である。ＤＥ１９５０３２０５に記載された装置に関する限り、高周波を固定位相で給電したいという要求は、それぞれ少なくとも２つの装置構成部（平行）の一方の側だけについての要求であり、両側に給電されかつ逆方向に進む波（逆平行）についての要求ではない。
【００２０】
平行に配置された２つの装置構成部が同じ周波数で位相固定の高周波で作動され、かつ位相角が２＊ｎ＊π（ただしｎ＝０，１，２，…）である場合、即ち"同位相"である場合、固定の１時点におけるこの波の電界の分布は、図１に示した断面図のようになる。最大電圧値はＶであり、これらの装置構成部の内部または外部の任意の点を基準にしたものである。しかしながらこの２重形の装置が、同じ周波数の位相固定の高周波で作動され、位相角が（２＊ｎ＋１）＊π（ただしｎ＝０，１，２，…）である場合、即ち"逆相"である場合、固定の１時点におけるこの波の電界の分布は、図１ｂに示した断面図のようになる。２つの導体間の最大電圧値は２＊Ｖであり、第１のケースの２倍である。このような状況は、これらの装置構成部が、定在波又は進行波のいずれで作動されるかには無関係に成立つ。
【００２１】
プラズマ放電の生成、維持及び強度にとって、電圧を増大させることは著しく重要である。電圧の増大により、一方ではプラズマ源の作動ガス圧領域を拡大でき、他方ではプラズマ源のあらかじめ設定された動作条件の下で、必要な高周波出力エネルギを低減できる。
【００２２】
【実施例】
次に本発明を実施例に即して説明する。
【００２３】
共通の１平面内に平行に配置される複数の装置構成部から構成される殊に重要なプラズマ源の１実施形態において、電圧の増大は、図２に示した１方法によって達成することができる。純粋に概略的に示した装置構成部は、この実施形態において、真空室３に突き出しかつ室壁６に気密に固定された絶縁管５，１４と、外部導体１２と、分岐部ないしはバイパス線路１３とから構成されている。上記の絶縁管は、これに対して同軸に延在している棒状の導体４，１５を有しており、上記の外部導体１２は、この棒状導体４を包囲し、発生器８と内壁６との間に設けられかつ金属管または金属チューブの形態をとっており、また上記の分岐部ないしはバイパス導体１３の１分岐は長さがλ／２である。電圧増大の基礎を成すのは、同軸構成形態の所謂ＢＡＬＵＮトランス変換器である。ＢＡＬＵＮ（英語BALanced-UNbalanced）は、不平衡の出力エネルギを平衡出力エネルギに変換する構成部分である（Zinke, O., Brunswig, H.:Lehrbuch der Hochfrequenztechnik, Band 1, Springer Verlag, 1973, 第100〜111頁及びJohnson, Richard C.:Antenna Engineering Handbook, 3rd Edition, McGraw Hill Verlag, 1993, 第43-23〜43-27頁）。
【００２４】
電流に対するピーク値Ｉ及び電圧に対するピークＶで表される出力は、各２重装置に対し、不平衡線路、すなわち内部導体と、アース電位にある外部導体とから成る同軸導体を介して供給され、点Ｐ1のＴ分岐において比１：１で分割される。最大電圧はＶに等しく、また電流は２重装置の内部導体にてそれぞれ値Ｉ／２を有する。
【００２５】
本実施例における重要な特徴的構成要件はλ／２移相器である。要するにこの具体的な実施例では、点Ｐ１とＰ２との間の同軸導体部分であり、この同軸導体部分を、一方の分岐区分の波は、他方の分岐区分の波に比べて付加的に進まなければならず、またこの同軸導体部分は、設計周波数において波長のほぼ半分又は半分に等しくすべきである。両分岐区分の位相波面はそれぞれ同時に点Ｐ1にてスタートするので、これらの分岐区分の同軸導体の外部導体がない場合、要するに、２つの内部導体が直接、相互作用する場合、例えば、個所Ｐ３−Ｐ４（装置の長手軸線に対して垂直方向の連結線）にて、波相互間の位相ずれが半波分だけ生じ（電流の流れ方向が互いに逆になる）ため、両導体間の電圧は（＋Ｖ〜−Ｖ，図１の右側を参照されたい）２＊Ｖとなる。一方の分岐区分の波が"遅延"を受けないとすれば、両分岐区分の波は、同相となり（＋Ｖ〜＋Ｖ図１左方参照）、電圧増大は達成されないこととなる。
【００２６】
両分岐区分間で必要な位相ずれは、２つの分岐区分のうちの１つにおいて導体に誘電的に負荷を加えることによって、又は他の適当な手段によって達成することもできる。
【００２７】
図３に示す実施形態が図２の実施形態と相違する点は、２つの棒状導体７，２６が完全に真空室９を貫通していることである。ここで導体７，２６を包囲する絶縁管１６，２５はそれぞれ、２つの端部が、相対向する内壁２２，２２ａに連結されている。ここで発生器１８ないし１９と、真空室９の内壁２２，２２ａとの間で導体セクションにそれぞれ分岐部が設けられており、この分岐部によって、第２の導体２６に至る必要なバイパス導体２３，２６が形成される。これらの分岐部には図２に示す構成に相応して外部導体２０，２１が設けられ、これらの外部導体２０，２１はそれぞれ、発生器１８，１９から各室内璧２２，２２ａまで延在する。
【００２８】
図４は、１つの高周波送信器を用いて４つの装置構成部で作動させる場合に２つずつの２重装置間で電圧増大が達成できる実施例を示している。
【００２９】
定在波が装置に沿って形成され得るようにこの装置が作動される場合（殊に波長がプラズマ放電容器の寸法よりも遙かに小さい場合、例えばマイクロ波）、同相波で励振される多重装置に比して電圧を４倍の値に高めることができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、冒頭に述べた２つの基本動作方式を基礎にした装置において特に能率的な装置を実現することができるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  絶縁管によって包囲された棒状導体対の２つの配置構成による電界を、同相及び逆相で作動させた場合に示した概念図である。
【図２】  １つの発生器と、１つの分岐と、真空室内に突き出た２つの棒状導体と、これを包囲する石英管とを有する、真空室内にプラズマを生成する装置の概念図である。
【図３】  ２つの発生器と、２つの分岐と、壁から壁まで延在する２つの導体と、これを包囲する石英管とを有するプラズマ生成装置の概念図である。
【図４】  ２つずつの２重装置間で電圧を増大させる分岐ユニットの概念図である。
【符号の説明】
３      真空室
４      棒状導体
５      絶縁管
６      室璧
６ａ    内璧面
７      棒状導体
８      生成源
９      真空室
１０    壁貫通部
１１    自由端部
１２    外部導体
１３    バイパス導体
１４    絶縁管
１５    棒状導体
１６    絶縁管
１７    壁
１７ａ  壁
１８    生成源
１９    生成源
２０    外部導体
２１    外部導体
２２    内壁面
２２ａ  内壁面
２３    バイパス導体
２４      バイパス導体
２５    絶縁管
２６    棒状導体
Ｐ1      点
Ｐ2      点
Ｐ3      点
Ｐ4      点
Ｖ      両導体間の電圧
【図１】
0004092027.tif 000002
【図２】
0004092027.tif 000003
【図３】
0004092027.tif 000004
【図４】
0004092027.tif 000005