JPH08236293A

JPH08236293A - マイクロ波プラズマトーチおよびプラズマ発生方法

Info

Publication number: JPH08236293A
Application number: JP7279266A
Authority: JP
Inventors: Toru Kawase; 透川瀬; Yoshinobu Nagano; 義信長野; Tadashi Kimura; 忠司木村; Zenichi Yoshida; 善一吉田; Shinichi Mizuguchi; 信一水口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-10-26
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【課題】不純物が極微で安定に動作ができるマイクロ
波プラズマトーチを提供する。【解決手段】真空容器と、第１の端部がマイクロ波を
供給するマイクロ波供給手段に接続され、第２の端部が
真空容器に接続されて、同軸導波管の導波軸に沿ってマ
イクロ波を真空容器内に導入する同軸導波管と、ガスを
複数の噴出軸に沿って真空容器内へ噴出するガス供給手
段と、を備えており、複数の噴出軸のうち少なくとも２
つの噴出軸は、第２の端部における導波軸とねじれの位
置関係にあり、かつ導波軸に垂直な平面内に存在せず、
第２の端部近傍における外導体の直径に対する内導体の
直径の比が、導波軸に沿って第１の端部から第２の端部
へ向かうにしたがって減少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波プラズ
マトーチおよびプラズマ発生方法に関しており、特に高
融点材料や結晶性薄膜を高速かつ高純度に成膜するのに
用いるマイクロ波プラズマトーチおよびプラズマ発生方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のプラズマトーチには、分光用の小
出力のプラズマトーチや、熱エネルギー源としての溶
接、溶射、溶融切断などに用いられる大出力のプラズマ
トーチがある。またプラズマを発生させる方法で分類す
れば、直流アーク放電を用いたプラズマトーチ、誘導結
合型の高周波（周波数４ＭＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ程
度）放電を利用したプラズマトーチ、マイクロ波（周波
数２．４５ＧＨｚ程度）を用いたプラズマトーチなどが
ある。

【０００３】直流アーク放電方式のプラズマトーチは、
電極食刻の問題があったが、高温高密度プラズマを熱源
として利用する限りにおいては支障はなかった。また、
誘導結合型の高周波放電を用いたプラズマトーチにおい
ては、電極間のアーク放電が発生しないので不純物混入
の少ないプラズマフレームが形成できる。しかし、熱プ
ラズマ形成に必要な１００Ｔｏｒｒを越える高い圧力下
で放電を持続させるためには、数百ｋＷという大きな電
力が必要だった。さらに誘導コイルにプラズマが触れな
いようにするために、誘導コイルの内側に設けたガラス
管をガス流によってプラズマから保護するなどの工夫が
必要であった。

【０００４】これら二つの技術に比較してマイクロ波プ
ラズマトーチは以下、(a)〜(c)の特徴がある。(a)電極
を用いずに放電を起こすことが可能である。(b)１００
Ｔｏｒｒを越える高い圧力下でも、高周波方式に比べて
２桁程度低い電力によって放電を維持できる。(c)誘導
コイルおよびガラス管が不要なので、１つのユニットが
コンパクトに構成でき、その結果、複数配列による大面
積処理が可能となる。これらの特徴から、単なる熱源と
しての使用ではなく、高純度の薄膜材料加工技術の応用
への期待があった。

【０００５】先行技術としてのマイクロ波プラズマトー
チは、例えば、特開平第3-57199号公報に記載されてい
る。この公報に記載されたプラズマトーチにおいては、
マイクロ波を伝達する同軸導波管の終端において外導体
の直径を小さく絞っている。これにより、同軸導波管の
終端における電界集中によって、アーク放電を発生させ
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術においては、次に示す問題があった。すなわ
ち、アーク放電によって内導体および外導体が削られ、
削られた導体を構成する元素が不純物としてプラズマ処
理時に混入するという問題があった。また、外導体の直
径を絞ることは、同軸導波管の終端においてインピーダ
ンスが小さくなることを意味する。その結果、終端にお
ける電力の反射および吸収のために、良好なインピーダ
ンス整合が実現できなくなり、安定して放電を維持する
のが困難であった。また、円周方向のガス流と半径方向
のガス流とが合流する点において、乱流が発生しやす
く、安定なプラズマフレームを得るのが困難であった。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、プラズマト
ーチの構成要素が不純物として混入するのを防ぎ、高純
度の結晶性薄膜などを安定に成膜するマイクロ波プラズ
マトーチおよびプラズマ発生方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によるマイクロ波
プラズマトーチは、排気手段を有する真空容器と、内導
体および外導体を有する同軸導波管であって、第１の端
部がマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段に接続さ
れ、第２の端部が該真空容器に接続されており、該同軸
導波管の導波軸に沿って該マイクロ波供給手段からのマ
イクロ波を該真空容器内に導入する同軸導波管と、ガス
を複数の噴出軸に沿って該真空容器内へ噴出するガス供
給手段と、を備えたマイクロ波プラズマトーチであっ
て、該複数の噴出軸のうち少なくとも２つの噴出軸は、
該第２の端部における該導波軸とねじれの位置関係にあ
り、かつ該導波軸に垂直な平面内に存在せず、該第２の
端部近傍における該外導体の直径に対する該内導体の直
径の比が、該導波軸に沿って該第１の端部から該第２の
端部へ向かうにしたがって減少しており、そのことによ
り上記目的が達成される。

【０００９】ある実施例では、前記ガス供給手段は、前
記第１の端部と前記第２の端部との間に配置された誘電
体板であって、該誘電体板は複数のガス噴出孔を有する
ことによりガスを前記複数の噴出軸に沿って該真空容器
内へ噴出する誘電体板を有する。

【００１０】ある実施例では、前記誘電体板は、耐熱性
を有する。

【００１１】ある実施例では、前記複数の噴出軸のすべ
ては、前記導波軸とねじれの位置関係にあり、かつ前記
導波軸に垂直な平面内に存在しない。

【００１２】ある実施例では、前記第２の端部近傍にお
ける前記内導体の先端は、耐熱性誘電体板によって被覆
されている。

【００１３】ある実施例では、前記誘電体板は、前記ガ
スに含まれる反応物質と同じ成分を含む。

【００１４】ある実施例では、前記第２の端部におい
て、前記内導体はガスを噴出する少なくとも１つのガス
噴出孔を有する。

【００１５】ある実施例では、前記第２の端部におい
て、前記内導体は前記外導体よりも前記真空容器内へと
突出している。

【００１６】ある実施例では、前記内導体の前記第２の
端部は、複数に分岐している。

【００１７】ある実施例では、前記導波軸に沿って前記
第１の端部から第２の端部へ向かうにしたがって強度が
減少する磁界を発生する勾配磁界発生手段を備えてい
る。

【００１８】ある実施例では、前記勾配磁界発生手段
は、ＥＣＲ状態を引き起こす磁界強度である点を、前記
真空容器内において前記同軸導波管の第２の端部から離
れたところに発生させる。

【００１９】ある実施例では、前記真空容器内に回転磁
界を発生させる回転磁界発生手段を備えている。

【００２０】ある実施例では、前記同軸導波管および前
記ガス供給手段をそれぞれ複数備えている。

【００２１】本発明によるマイクロ波プラズマトーチ
は、排気手段を有する真空容器と、内導体および外導体
を有する同軸導波管であって、第１の端部がマイクロ波
を供給するマイクロ波供給手段に接続され、第２の端部
が該真空容器に接続されており、導波軸に沿って該マイ
クロ波供給手段からのマイクロ波を該真空容器内に導入
する同軸導波管と、を備えたマイクロ波プラズマトーチ
であって、該第２の端部において、該内導体はガスを噴
出する少なくとも１つのガス噴出孔を有しており、該第
２の端部において、該内導体は該外導体よりも該真空容
器内へと突出しており、そのことにより上記目的が達成
される。

【００２２】本発明によるプラズマ発生方法は、真空容
器内にプラズマを発生する方法であって、第１の軸に沿
って該真空容器内にマイクロ波を導入するステップと、
該真空容器内の該プラズマを発生する空間において、該
第１の軸に平行な速度ベクトルを有する螺旋状のガス流
を発生させるステップと、を包含しており、そのことに
より上記目的が達成される。

【００２３】ある実施例では、前記真空容器内における
該第１の方向に沿って強度が減少する磁界を発生するス
テップを包含する。

【００２４】ある実施例では、前記真空容器内に回転磁
界を発生するステップを包含する。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明によるマイクロ波プラズマ
トーチにおいては、複数の噴出軸のうち少なくとも２つ
の噴出軸は、導波軸とねじれの位置関係にあり、かつ導
波軸に垂直な平面内に存在しない。その結果、ガス供給
部から噴出されるガスは、乱流を生じることなく、螺旋
状の流束を形成して真空容器内を流れるので、広い空間
において安定かつ均一な放電を維持することができる。
複数の噴出軸のうちすべての噴出軸が、導波軸とねじれ
の位置関係にあり、かつ導波軸に垂直な平面内に存在し
なければ、ガスの生じる乱流はより少なくなる。このこ
とにより、広い面積を均一に処理することができるプラ
ズマフレームを安定して発生することができる。

【００２６】本発明によるプラズマ発生方法において
は、同軸導波管の軸上における軸方向の磁界強度が、導
波管の軸に沿って導波管開口部へ向かうにしたがい漸減
する。これにより磁界強度を制御して、プラズマが発生
する領域を制御できるので、同軸導波管の開口部から離
れた点においてプラズマを発生できる。その結果、導波
管の部品を構成する元素の混入を防ぐことができ、高純
度なプラズマ処理が可能になる。

【００２７】本発明によるマイクロ波プラズマトーチお
よびプラズマ発生方法の実施例を図面を参照しながら説
明する。図面において同じ参照符号は、同じ構成要素を
表す。

【００２８】（実施例１）図１は、本発明によるマイク
ロ波プラズマトーチの第１の実施例の断面図である。真
空容器１の中には、処理が施される基板１４が保持され
る。ここでいう「処理」は、例えば、半導体プロセスに
おける成膜処理および表面加工処理を含む。真空容器１
は、排気装置（不図示）を備えており、例えば圧力１０
^-5Ｔｏｒｒ程度の真空を実現できる。実施例１〜７にお
いて、プラズマ処理をおこなう前には圧力を１０^-5Ｔｏ
ｒｒ程度まで下げておく。その後、プラズマフレームを
発生するときには、後述する反応ガスおよび放電ガスが
噴出される。したがって、プラズマ処理がおこなわれる
ときの真空装置１の内部の圧力は、例えば１００〜１５
０Ｔｏｒｒ程度になる。

【００２９】矩形導波管２は、マイクロ波発生装置（不
図示）から供給されるマイクロ波を図１中のＸで示す方
向へ伝える。マイクロ波の周波数は、例えば２．４５Ｇ
Ｈｚである。矩形導波管２は、例えば、型番ＷＲＪ−１
８の矩形導波管である。プランジャ３は、矩形導波管２
を所望のインピーダンスで終端することにより、矩形導
波管２の端部において損失が発生しないようにする。リ
ッジ４は、マイクロ波のモードを変換することにより、
矩形導波管２および同軸導波管５の接合部における整合
をとる。外導体５ａおよび内導体５ｂは、例えば、型番
ＷＸ−３９Ｄの同軸導波管５を構成する。内導体５ｂの
内部は、中空になっており、内導体５ｂの内部にある水
冷管７は、冷却水を循環させる。

【００３０】同軸導波管５に入力されたマイクロ波は、
誘電体板８を通過して、真空容器１へ伝わる。誘電体板
８は、マイクロ波を通す材料、例えば、アルマイトでで
きた板である。誘電体板８はまた、真空容器１の気密性
を保つはたらきもする。誘電体板８の比誘電率は、１か
ら９の範囲にあることが好ましい。これは、同軸導波管
のインピーダンスが５０Ωの場合、内外導体の直径の比
が大きくなり、実用的ではなくなるためである。

【００３１】同軸導波管５は、外導体端部９において真
空容器１に接続されている。外導体端部９の近傍に位置
するテーパ部５０においては、真空容器１の内部へと向
かうにしたがって内導体の直径が徐々に小さくなり、外
導体５ａの直径が徐々に大きくなる。すなわち、テーパ
部５０においては、同軸導波管５の外導体５ａの直径に
対する内導体５ｂの直径の比が単調に減少する。これ
は、同軸導波管５のマイクロ波に対するインピーダンス
が、外導体端部９の近傍において大きく変化することを
防ぐ。その結果、テーパ部５０における反射波の発生を
抑えることができ、低損失でマイクロ波を真空容器１の
空間に送ることができる。またインピーダンス整合をと
りやすいという効果もある。スタブチューナ１２は、テ
ーパ部５０におけるインピーダンス整合をとる。マイク
ロ波は、後述の導波軸７０に沿って真空容器１の内部の
空間に放射される。

【００３２】具体的には、誘電体板８が設けられている
点における同軸導波管５のインピーダンスは、５０Ωで
あり、外導体端部９における同軸導波管５（内導体５ｂ
の直径がゼロであるとすれば円筒導波管とみなせる）の
インピーダンスは、１３８Ωである。８０ｍｍの間隔
（テーパ部５０の長さに相当する）をおいて位置する誘
電体板８および外導体端部９の間においては、インピー
ダンスは、５０Ωから１３８Ωまでほぼ単調に増加す
る。

【００３３】同軸導波管５が真空容器１に接続されてい
る部分の近傍には、耐熱性誘電体板１１が配置されてい
る。本発明において、「耐熱性」とは、融点が３０００
℃以上であることをいう。この耐熱性誘電体板１１は、
例えば窒化ボロンでできている。耐熱性誘電体板１１
は、その耐熱性により、高温であるプラズマの近傍に配
置されても割れたり変形することがない。そのため、耐
熱性誘電体板１１にはガス噴出孔１０を設けることがで
きる。ガス噴出孔１０からは、後述の噴出軸６０に沿っ
て放電ガスが噴出される。ここで「放電ガス」とは、放
電を発生し維持する作用をもつガスのことをいい、キャ
リアガスともいう。放電ガスとしては、例えば水素ガス
が用いられる。

【００３４】図２は、耐熱性誘電体板１１を示す図であ
る。ガス噴出孔１０は、図２に示すように、内導体５ｂ
の中心軸について軸対称に、例えば１２個設けられてい
る。ここで、同軸導波管５のテーパ部５０における内導
体５ｂの中心軸を同軸導波管５の「導波軸」７０とよ
ぶ。導波軸７０は、マイクロ波の伝搬する向きを規定す
る。テーパ部５０において内導体５ｂの中心軸が湾曲し
ている場合は、同軸導波管５の端部における内導体５ｂ
の中心軸を導波軸７０であると定義する。また、ガス噴
出孔１０を通過した直後におけるガスの噴出する方向を
「噴出軸」６０とよぶことにする。図２に示すすべての
ガス噴出孔の噴出軸は、導波軸と「ねじれの位置」の関
係にあり、かつ導波軸に垂直な平面内に存在しない。こ
こで「ねじれの位置」という語は、「平行ではなく、か
つ交わらない２つの直線の位置関係」を示す語である。
ガス噴出孔１０のそれぞれの直径は、０．５ｍｍであ
る。ガス噴出孔１０から噴出された放電ガスは、乱流を
発生することなく、螺旋状流束を形成しながら、基板１
４近傍へと真空容器１中を流れる。マイクロ波による高
周波電界は、螺旋状に流れる放電ガスをプラズマ化し、
プラズマフレーム１５を形成する。放電ガスに乱流が生
じないので、均一で安定した放電が広い空間にわたり維
持される。その結果、均一で安定したプラズマフレーム
が得られる。このことは、広い面積をもつ基板を均一に
処理できることを意味する。

【００３５】ガス噴出孔１０の個数は、１２個には限定
されず、２個以上ならよい。また複数の噴出軸のうち少
なくとも２つの噴出軸が、導波軸とねじれの関係にあ
り、かつ導波軸に垂直な平面内に存在しなければ、ガス
は、乱流の少ない螺旋状の流束を形成するので前述の効
果は得られる。しかし、すべてのガス噴出孔の噴出軸が
導波軸とねじれの関係にあり、かつ導波軸に垂直な平面
内に存在しないことが好ましい。なぜなら、より乱流が
少なくなるからである。

【００３６】内導体５ｂは、中心ガス孔１３を有する。
この中心ガス孔１３は、反応ガスをプラズマフレーム１
５の高温中心部へ導入する。その結果、反応ガスは効率
よく分解され、高速な基板処理が実現できる。ここで
「反応ガス」とは、基板に表面処理（例えば、成膜な
ど）を施す作用をもつガスのことをいう。シリコン膜を
堆積する場合は、反応ガスとして例えば、モノシラン
（ＳｉＨ₄）が用いられる。

【００３７】実施例１のプラズマトーチを、水素ガスの
ガス流量：毎分２０００ｃｍ³、真空容器１の内部の雰
囲気：１５０Ｔｏｒｒ、マイクロ波発生装置のマイクロ
波出力：１ｋＷ以下、の条件の下で動作させた結果、基
板１４上に高純度で均一な多結晶シリコン薄膜を堆積す
ることができた。

【００３８】テーパ部５０においては、同軸導波管５の
外導体５ａの直径に対する内導体５ｂの直径の比が単調
に減少するので、マイクロ波は、同軸導波管５が真空容
器１に接続されている部分までマイクロ波電力の反射が
起こらず、高効率かつ整合性よく伝送される。その結
果、電界集中によるアーク放電は起こらず、導波管など
を構成する元素が不純物として混入することを避けるこ
とができる。

【００３９】マイクロ波は、真空容器１の内部の空間に
電波として伝搬するので、同軸導波管の外部において、
プラズマを発生することができる。その結果、より高純
度の薄膜を堆積することができる。

【００４０】耐熱性誘電体板１１の代わりに、耐熱性を
もたない誘電体板を用いることもできる。しかし、高温
のプラズマフレーム１５が誘電体板の近傍に存在するの
で、耐熱性をもっていることが好ましい。

【００４１】図３(a)〜(c)は、耐熱性誘電体板１１の他
の例を示す図である。耐熱性誘電体板１１は、図２に示
すものに限られず、例えば、図３(a)〜(c)に示すような
ガス噴出孔１０を有していてもよい。図３(a)〜(c)に示
すガス噴出孔１０は、導波軸と噴出軸とがねじれの位置
にある。

【００４２】図４(a)および(b)は、ガスの噴出軸と、導
波軸に垂直な面（耐熱性誘電体板の平面）とのなす角度
（以下、「噴出角度」という）が、プラズマフレームの
形状に与える影響を示す図である。図４(a)および(b)に
おいて、耐熱性誘電体板１１の真空容器１側の平面にお
けるガス噴出孔と、内導体５ｂの中心との距離（以下、
「噴出半径」という）は同じであるが、噴出角度が異な
る。具体的には、図４(a)は、噴出角度が３０度（前述
のプラズマトーチの場合と同じ）であり、図４(b)は、
噴出角度が６０度である。図４(b)に示すガス噴出孔を
用いると、図４(a)に示すガス噴出孔の場合よりも、プ
ラズマ中をガスが流れる時間が短いため、プラズマによ
る加熱時間は短くなる。すなわち、ガスの噴出角度を変
化させることによって、ガスの加熱時間を変化させるこ
とができる。したがって、ガスの噴出角度を変えること
によって、処理したいガス種に応じて、ガスの分解・解
離の程度を制御できる。例えば、成膜にこのプラズマト
ーチを用いる場合、ガス噴出角度を変化させることによ
って、反応ガスの分解の程度を制御できるため、膜質を
制御することができる。乱流の少ないガス流を形成する
ためには、噴出角度は、３０〜６０度の範囲にあるのが
好ましい。

【００４３】図５(a)および(b)は、ガスの噴出半径がプ
ラズマフレームの形状に与える影響を示す図である。図
５(a)および(b)において、ガスの噴出角度は、同じであ
り（ともに３０度）、ガスの噴出半径が異なる。具体的
には、図５(a)の噴出半径よりも図５(b)の噴出半径のほ
うが大きい。図５(b)に示すプラズマフレームの直径の
ほうが、図５(a)に示すプラズマフレームの直径よりも
大きい。すなわちガスの噴出半径を変化させることによ
って、プラズマフレームの直径を変えることができ、こ
れによりプラズマによって処理される面積を変えること
ができる。例えば、基板のプラズマ処理をおこなう場
合、図５(b)のように噴出半径を大きくすれば、大きい
面積を均一に処理することが可能となる。逆に、図５
(a)のように噴出半径を小さくすれば、小さい面積に対
して高密度のプラズマを用いた処理をおこなうことがで
きる。

【００４４】図６は、耐熱性誘電体板１１の半径方向
と、ガスの噴出軸とがなす角度（以下、「ねじれの角
度」という）を１０度としたガス噴出孔１０の形状を示
す図である。いままでの説明においては、ねじれの角度
が３０度であった。図６に示す噴出孔１０を用いると、
噴出したガスの半径方向の速度成分が支配的になるた
め、ガスの流束の衝突が顕著になり、乱流が発生する。
その結果、プラズマフレームが不安定になる。ねじれの
角度を９０度にすると（不図示）、噴出したガスの円周
方向の速度成分が支配的になるため、螺旋状の流束が形
成されずに、乱流が発生する。その結果、やはりプラズ
マフレームは不安定になる。安定したプラズマフレーム
を発生させるためには、ねじれの角度が３０〜６０度で
あることが必要である。

【００４５】いままで説明した実施例においては、耐熱
性誘電体板１１にガス噴出孔１０を設けることによって
ガスの噴出方向を決めていた。しかし、噴出孔を設けた
耐熱性誘電体板を用いずにガスを噴出してもよい。図７
(a)および(b)は、耐熱性誘電体板を用いないガス噴出構
造を、テーパ部５０近傍を拡大して示す図である。図示
されていないその他の構造は図１と同じである。

【００４６】図７(a)は、外導体５ａの内壁に設けられ
たガス噴出孔８０を示す図であり、図７(b)は、外導体
５ａの内壁に設けられたガス噴出管８５を示す図であ
る。図７(a)および(b)のガス噴出構造においては、噴出
軸は、導波軸に対してねじれの位置にあり、それにより
噴出されたガスは螺旋状の流束を形成する。図７(a)に
示すようにガス噴出孔８０を配置すれば、噴出半径が大
きくなるので大きなプラズマフレームを形成することが
できる。図７(b)に示すようにガス噴出管８５を配置す
れば、内導体５ｂの先端近傍においてガスを噴出するこ
とができる。

【００４７】図７(a)および(b)に示すガス噴出構造と、
耐熱性誘電体板を用いたガス噴出構造を以下に比較す
る。図７(a)に示す構成においては、ガス噴出孔が内導
体５ｂの中心軸から離れているため、ガスの流束が広が
り、プラズマフレームの中心部では乱流が発生する。こ
の場合、流速を速くすれば、ガスの流束が広がることを
抑えることはできるが、マイクロ波によるガスの加熱時
間が短くなり、プラズマフレームが小さくなる。このた
め、プラズマが不安定になる。したがって、図７(a)の
構成よりも、耐熱性誘電体板を用いた構成のほうがより
好ましい。図７(b)に示すガス噴出管８５を、金属（Ｓ
ＵＳなど）でつくると、ガス噴出管８５と内導体５ｂと
の間のアーク放電を防ぐことが必要となる。したがって
ガス噴出管８５は誘電体でつくるのが好ましい。構造の
簡単さを考慮すれば、図７(b)の構成よりも、耐熱性誘
電体板を用いた構成のほうがより好ましい。

【００４８】実施例１においては、放電ガスをガス噴出
孔１０から、反応ガスを中心ガス孔１３から噴出してい
るが、これには限定されない。すなわち、放電ガスを中
心ガス孔１３から、反応ガスをガス噴出孔１０から噴出
してもよい。またガスを噴出する前に予め反応ガスおよ
び放電ガスを混合しておき、混合されたガスをガス噴出
孔１０および中心ガス孔１３から噴出してもよい。

【００４９】（実施例２）図８は、本発明によるプラズ
マトーチの第２の実施例の断面図を示す図である。図８
に示すように、テーパ部５０近傍には、耐熱性誘電体板
１１および保護誘電体板１６が設けられている。プラズ
マフレーム１５により近い側の保護誘電体板１６は、供
給されるガス中の反応物質と同じ成分を含む。しかも、
内導体５ｂの先端部は、保護誘電体板１６によって被覆
されている。すなわち、内導体５ｂの先端部は、保護誘
電体板１６の表面より突出していない。

【００５０】この構成は、ガス噴出孔１０から噴出され
るガスの流量が毎分１２００ｃｍ³以下である場合に特
に有効である。単位時間あたりのガス流量が少なく、マ
イクロ波出力が２ｋＷを越える場合、プラズマフレーム
１５が大きくなり、内導体５ｂの先端がプラズマフレー
ム１５に接触することがある。内導体５ｂの先端部をガ
ス中の反応物質と同じ成分を含む保護誘電体板１６で覆
えば、プラズマフレーム１５が保護誘電体板１６に接触
しても、プラズマフレーム１５へ不純物が混入すること
はなく、高純度の成膜が可能になる。反応ガスがＳｉＨ
₄を組成として含む場合は、保護誘電体板１６として例
えば、単結晶Ｓｉまたは多結晶Ｓｉでできた高純度Ｓｉ
板を用いればよい。さらに保護誘電体板１６は、耐熱性
をもつことが好ましい。

【００５１】（実施例３）図９は、本発明によるプラズ
マトーチの第３の実施例の断面図である。図９に示すよ
うに、テーパ部５０近傍の内導体５ｂの先端は複数に分
岐させてある。分岐先端部１７から真空容器１の空間に
放射されるマイクロ波は、実施例１のように一方向に局
在せずに、広い立体角をもって放射される。そのため、
形成されるプラズマフレームも実施例１の場合より大き
くなり、大面積の処理に適している。

【００５２】（実施例４）図１０(a)は、本発明による
マイクロ波プラズマトーチの第４の実施例の断面図であ
り、図１０(b)は、同軸導波管５の内導体５ｂの中心軸
上における磁界強度を示す図である。真空容器１には、
処理が施される基板１４が保持される。

【００５３】矩形導波管２は、マイクロ波発生装置（不
図示）から供給されるマイクロ波を受け取り、導波管の
厚みを変化させるリッジ４を通して、同軸導波管５へマ
イクロ波を伝える。同軸導波管５は、円筒状の外導体５
ａと、円筒状の内導体５ｂとを有する。外導体５ａおよ
び内導体５ｂは、中心軸が同じである。内導体５ｂは、
リッジ４へ接続されており、先端は矩形導波管の裏面に
突き出ている。外導体５ａは、矩形導波管２の外周と接
続されている。マイクロ波を同軸導波管へ導入するため
に、ここでは矩形導波管２を用いているが、これには限
られない。マイクロ波を同軸導波管へ導入できるもので
あれば他のタイプの導波管を用いてもよい。外導体５ａ
と内導体５ｂとに設けられた誘電体板８は、真空容器１
の真空を維持する。

【００５４】テーパ部５０においては、真空容器１の内
部へと向かうにしたがって内導体５ｂの直径が徐々に小
さくなり、外導体５ａの直径が徐々に大きくなる。すな
わち、テーパ部５０においては、同軸導波管５の外導体
５ａの直径に対する内導体５ｂの直径の比が単調に減少
する。その結果、テーパ部５０における反射波の発生を
抑えることができ、低損失でマイクロ波を真空容器１の
空間に送ることができる。冷却水は、内導体５ｂの上部
にある冷却水注入口３４から、内導体５ｂ内部にある水
管２３を介して、冷却水出口３５へ流れる。

【００５５】外導体５ａには、誘電体板８より下方に、
ガス注入口３６が設けられている。同軸導波管５のテー
パ部５０には、耐熱性誘電体板１１が設けられている。
耐熱性誘電体板１１には、ガスプラズマの安定性および
制御性を得るためのガス噴出孔１０が設けられている。
内導体５ｂは、水管２３の内部に中心ガス孔１３を有す
る。この中心ガス孔１３は、反応ガスをプラズマフレー
ム１５の高温中心部へ導入する。この中心ガス孔１３
に、反応物質を投入することもできる。

【００５６】外導体５ａの外部には、内直径２５０ｍ
ｍ、外直径４００ｍｍ、高さ１００ｍｍのソレノイドコ
イル３８ａおよび３８ｂが配置される。このソレノイド
コイル３８ａおよび３８ｂに流す電流を制御することに
より、トーチの上部から勾配磁場を発生させることがで
きる。ここで「勾配磁界」とは、ある方向に沿って磁界
強度が単調増加または単調減少する磁界のことをいう。

【００５７】以下に、上記構成のマイクロ波プラズマト
ーチを実際に動作させたときの条件の一例およびその条
件下でのプラズマフレームを説明する。まず真空容器１
の内部を１０^-5Ｔｏｒｒに排気しておく。ソレノイドコ
イル３８ａに５０Ａの直流電流を供給し、ソレノイドコ
イル３８ｂに２０Ａの直流電流を供給する。このとき、
図１０(b)に示す勾配磁界が発生する。同軸導波管５の
上部（リッジ４側）では、軸方向の磁界強度が２ｋＧ以
上である。同軸導波管５の下部（真空容器１側）に近づ
くほど、磁界強度は減少する。耐熱性誘電体板１１から
基板１４側へ約５ｍｍ離れた点において、磁界強度は８
７５Ｇである。このとき、中心ガス孔１３よりアルゴン
ガスを、たとえば１０００ｃｍ³／分の流量で供給し、
真空容器１の内部に噴出させる。また、ガス注入口３６
からもアルゴンガスを２５００ｃｍ³／分の流量で供給
し、ガス噴出孔１０から噴出させることで、螺旋状のガ
ス流束を発生させる。真空容器１の内部の圧力は、１０
０Ｔｏｒｒに保たれている。周波数２．４５ＧＨｚ、電
力２ｋＷのマイクロ波をマグネトロン（不図示）によっ
て発生し、１０９ｍｍ×５４．５ｍｍの矩形導波管２へ
ｘ軸方向へ与える。矩形導波管２に入力されたＴＥ１０
モードのマイクロ波は、リッジ４によってＴＥＭモード
に変換され、内径１８ｍｍ、外径４２ｍｍの同軸導波管
５を伝搬する。マイクロ波は、材質がテフロンである誘
電体板８および材質が窒化ほう素である耐熱性誘電体板
１１を通って真空容器１の内部へ伝えられる。

【００５８】真空容器１の内部に伝えられたマイクロ波
は、噴出されたガスを電離させる。周波数２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波を用いる場合は、磁界強度が８７５Ｇで
あれば、低真空領域であっても電子がＥＣＲ（電子サイ
クロトロン共鳴）状態に近く、電子密度が他の点に比べ
て高い。このため、磁界強度が８７５Ｇである点におい
てプラズマが発生し、磁界強度が弱くなる方向へ放射状
にプラズマフレーム１５が伸びる。ここで「ＥＣＲ状
態」とは、磁界による電子の円運動の周期と、プラズマ
中を伝搬する電磁波の周波数とが一致した状態である。
この状態においては、共振現象が起こり、電子が加速さ
れることによって、電子密度が高くなる。電子がＥＣＲ
状態であるかどうかは、マイクロ波の周波数および磁界
強度だけに依存する。ここでは、マイクロ波の周波数が
２．４５ＧＨｚなので、磁界強度が８７５Ｇであれば、
電子はＥＣＲ状態になる。プラズマフレーム１５は、同
軸導波管５の開口部の耐熱性誘電体板１１から５ｍｍ離
れた点から基板１４側に発生していることが実験によっ
て確認できた。耐熱性誘電体板１１から離れた点におい
てプラズマを発生することができるので、反応ガスおよ
び反応物質を中心ガス孔１３から供給し、基板１４上に
反応物質を堆積または成膜した場合に、プラズマトーチ
の部材を構成する元素が不純物として混入するのを防ぐ
ことができる。その結果、高純度の反応物を効率よく生
成できる。

【００５９】次に、ソレノイドコイル３８ａおよび３８
ｂに流す電流をそれぞれ１０Ａ増加させて、磁界強度を
増すと、磁界強度が８７５Ｇである点も、３０ｍｍ下方
（基板１４側）へ移動した。このときプラズマフレーム
１５も同じ距離だけ下方へ移動することが実験によって
確認できた。すなわち、勾配磁界の磁界強度を制御する
ことによって、プラズマの発生場所を任意に制御するこ
とができる。

【００６０】なお、ここではソレノイドコイルを用いて
勾配磁界を発生したが、図５(b)に示すのと同様の磁界
を発生させるものであればよい。コイルの形状、種類な
どは、上述のソレノイドコイルに限定されない。

【００６１】プラズマトーチの部材を構成する元素の混
入を防ぐためには、ＥＣＲ状態にある点が、耐熱性誘電
体板１１から少なくとも２ｍｍ離れていることが好まし
い。これを実現するためには、マイクロ波の周波数が
２．４５ＧＨｚのとき、磁界強度が８７５Ｇの点が耐熱
性誘電体板１１から少なくとも２ｍｍ離れていればよ
い。

【００６２】（実施例５）図１１は、本発明によるマイ
クロ波プラズマトーチの第５の実施例の断面図である。
ソレノイドコイル３８ａおよび３８ｂの下部には、ソレ
ノイドコイル群４０が設けられている。図１２は、ソレ
ノイドコイル群４０を導波軸方向に見た図である。この
ソレノイドコイル群４０は、例えば３つの対をなすソレ
ノイドコイル４０ａおよび４０ｂと、４０ｃおよび４０
ｄと、４０ｅおよび４０ｆとを有する。ソレノイドコイ
ルの対は、発生する磁力線の方向が６０度をなすように
設けられている。

【００６３】まず、磁界の方向がソレノイドコイル４０
ａから４０ｂへ向くように、直流電流をソレノイドコイ
ル４０ａおよび４０ｂに流す。次に磁界の方向がソレノ
イドコイル４０ｃから４０ｄへ向くように、直流電流を
ソレノイドコイル４０ｃおよび４０ｄに流し、ソレノイ
ドコイル４０ａおよび４０ｂの電流を断つ。以下、同様
に順次、磁界の方向がソレノイドコイル４０ｅから４０
ｆへ、４０ｂから４０ａへ、４０ｄから４０ｃへ、４０
ｆから４０ｅへ向くように直流電流を切り換えて流す。
その結果、真空容器１の内部の空間には、回転磁界が生
じる。

【００６４】この回転磁界が生じた状態でプラズマフレ
ーム１５を発生させる。ソレノイドコイル３８ａに直流
電流を例えば５０Ａ流し、ソレノイドコイル３８ｂに直
流電流を２０Ａ流すことによって、図１０(b)に示す勾
配磁界を発生させる。さらに各ソレノイドコイル４０ａ
〜ｆに直流電流を３０Ａ、順次流して回転磁界を発生さ
せる。

【００６５】図１３は、真空容器１の内部に発生する磁
界を示す図である。同軸導波管５の開口部近傍の点にお
ける磁界の向きは、図１３に示すように変化する。図１
３の矢印は、ソレノイドコイル３８ａおよび３８ｂによ
る静磁界と、ソレノイドコイル群４０による回転磁界と
が合成された磁界の向きを示す。

【００６６】このとき、中心ガス孔１３からアルゴンガ
スを、例えば１０００ｃｍ³／分の流量で噴出させる。
ガス注入口３６には、アルゴンガスを２５００ｃｍ³／
分の流量で供給し、ガス噴出孔１０から螺旋状の流束を
形成するように噴出させる。真空容器１の内部の圧力
は、例えば１００Ｔｏｒｒに保つ。例えば、周波数２．
４５ＧＨｚ、電力２ｋＷのマイクロ波を矩形導波管２へ
供給する。耐熱性誘電体板１１を通して放射されたマイ
クロ波は、ガス噴出孔１０から噴出したガスを電離させ
る。このときプラズマフレーム１５は、実施例４と同様
に、耐熱性誘電体板１１から約５ｍｍ離れた点において
発生し、その点よりも基板１４側に流れることが実験に
よって確認できた。プラズマフレーム１５に作用する磁
界は、マイクロ波の導波軸に対して回転する成分をも
つ。プラズマ中の電子は、この磁界に拘束され、真空容
器１の壁面などにおける衝突および消滅が防止できる。
その結果、高密度なプラズマを広い範囲にわたり発生さ
せ、かつ維持することが可能になる。実施例４の場合に
比べて、マイクロ波の導波軸方向に長さが延びたプラズ
マフレームが発生することを実験によって確認した。上
記回転磁界の回転周期は、例えば５０〜６０回転／秒で
ある。

【００６７】（実施例６）図１４は、本発明によるプラ
ズマトーチの第６の実施例を示す図である。本実施例の
プラズマトーチは、実施例１〜５のプラズマトーチを１
ユニットとして、これを複数ユニット設けている。プラ
ズマトーチ群１９は、例えば実施例１のプラズマトーチ
１８を４ユニット並べたものである。矩形導波管２を４
つに分岐し、それぞれのプラズマトーチ１８にマイクロ
波を供給する。個々のプラズマトーチ１８によって、実
施例１と同様にプラズマを発生させると、細長い領域に
プラズマフレーム１５が形成される。プラズマフレーム
１５の下方に基板１４を配置し、図１４に示す矢印の方
向に移動させることによって、大きい面積を処理するこ
とができる。

【００６８】なお、この実施例では導波管を分岐した
が、個々のプラズマトーチに電力を供給できればよく、
分岐した導波管に限るものではない。またプラズマトー
チの配置は、縦列には限られず、例えば、円形に配置し
てもよい。

【００６９】（実施例７）図１５は、本発明によるプラ
ズマトーチの第７の実施例の断面図である。内導体５ｂ
の先端部１８が導波軸に沿って、テーパ部５０の外導体
５ａの端部よりも突出している点および耐熱性誘電体板
１１がない点を除いて実施例１と同様である。テーパ部
５０においては、同軸導波管５の外導体５ａの直径に対
する内導体５ｂの直径の比が単調に減少する。中心ガス
孔１３が反応ガスをプラズマフレーム１５の高温中心部
へ導入する。その結果、実施例１と同様、反応ガスは効
率よく分解され、高速な基板処理が実現できる。

【００７０】内導体５ｂの先端部１８が外導体５ａより
も突出していることによって、先端部１８には、直径５
ｍｍ以下の微小なプラズマフレーム１５を発生すること
ができる。その結果、プラズマトーチによって小さい範
囲に限定した処理が可能である。安定して微小なプラズ
マフレーム１５を発生するためには、外導体５ａが３９
Ｄ（φ３９ｍｍ）の場合、図１５において、内導体５ｂ
の先端部１８が外導体５ａよりも突出している長さｐ
が、１０ｍｍ程度であることが好ましい。もし長さｐが
この値よりも大きければ、安定したプラズマフレーム１
５が得られない。逆に長さｐがこの値よりも小さけれ
ば、内外導体間においてプラズマが発生し、やはりプラ
ズマフレーム１５は不安定になる。

【００７１】以上、実施例１〜実施例７の説明におい
て、「誘電体板」、「耐熱性誘電体板」などの語は、形
状をいわゆる「板」状に限定するものではない。板状の
誘電体の代わりに、例えば、ブロック状の誘電体を用い
てもよい。

【００７２】また実施例４の勾配磁界を発生するユニッ
トを、他の実施例１〜３および６〜７と組み合わせても
よい。さらに実施例５の勾配磁界を発生するユニットお
よび回転磁界を発生するユニットを実施例１〜３および
６〜７と組み合わせてもよい。

【００７３】

【発明の効果】本発明によるプラズマトーチにおいて
は、複数の噴出軸のうち少なくとも２つの噴出軸は、導
波軸とねじれの位置関係にあり、かつ導波軸に垂直な平
面内に存在しない。その結果、ガス供給部から噴出され
るガスは、乱流を生じることなく、螺旋状の流束を形成
して真空容器内を流れるので、広い空間において安定か
つ均一な放電を維持することができる。複数の噴出軸の
うちすべての噴出軸が、導波軸とねじれの位置関係にあ
り、かつ導波軸に垂直な平面内に存在しなければ、ガス
の生じる乱流はより少なくなる。

【００７４】同軸導波管の外導体の直径に対する内導体
の直径の比が、同軸導波管のテーパ部において導波軸に
沿って真空容器へ向かうにしたがい減少すれば、マイク
ロ波は、同軸導波管の開口部まで整合がとれた状態で効
率よく伝搬される。その結果、電界集中によるアーク放
電が発生しないので、プラズマトーチの部品を構成する
元素が不純物としてプラズマ中に混入しない。マイクロ
波は、真空容器の内部へと放射されるので、プラズマを
同軸導波管から離れた点において発生することができ
る。その結果、同軸導波管の部品を構成する元素が不純
物としてプラズマ中に混入しない。以上のように不純物
の混入を避けることができるので、高純度の処理（例え
ば、薄膜堆積）が可能である。

【００７５】同軸導波管の真空容器側の内導体先端部
が、少なくとも１つのガス噴出孔を有していれば、反応
ガスを高温であるプラズマの中心部へ導くことができ
る。その結果、反応ガスを効率よく分解することができ
るので、高速に基板を処理することができる。

【００７６】同軸導波管の開口部近傍の内導体および外
導体の間に、耐熱性誘電体板が設けられていれば、耐熱
性誘電体板にガス噴出孔を設けることができるので、安
定したプラズマを発生することができる。このとき、ガ
ス噴出孔は、高温のプラズマに曝されても損傷すること
がない。

【００７７】同軸導波管の内導体の先端が、耐熱性誘電
体板で覆われていれば、プラズマが内導体の先端に接触
し、同軸導波管を構成する元素が不純物としてプラズマ
に混入することが防げる。

【００７８】耐熱性誘電体板が、供給ガスに含まれる反
応物質と同じ成分を含めば、プラズマフレームが耐熱性
誘電体板に接触して、耐熱性誘電体板が削られた場合で
も、供給されるガスに含まれる反応物質と同じ成分で構
成される。その結果、不純物の混入が防げる。

【００７９】同軸導波管の内導体の先端が複数に分岐し
ていれば、マイクロ波は、真空容器内の広い立体角の範
囲に放射される。その結果、均一でより大きいプラズマ
フレームを得ることができ、広い面積の処理が可能にな
る。

【００８０】同軸導波管の軸上における軸方向の磁界強
度が、導波管の軸に沿って導波管開口部へ向かうにした
がい漸減すれば、磁界強度を制御して、プラズマが発生
する領域を制御できる。これにより、同軸導波管の開口
部から離れた点においてプラズマを発生できる。その結
果、導波管の部品を構成する元素の混入を防ぐことがで
き、高純度な処理が可能になる。

【００８１】同軸導波管の開口部から離れた点におい
て、同軸導波管の軸方向の磁界強度が８７５Ｇになり、
導波管の軸に沿って真空容器の中央部へ向かうにしたが
い磁界強度が漸減する磁界分布を与える勾配磁界発生器
があれば、ＥＣＲ状態を引き起こす磁界強度である点
は、導波管の開口部から離れて位置する。その結果、こ
の点においては、低真空領域でも電子は、ＥＣＲ状態に
なりやすく、電子密度が他の点より高くなる。プラズマ
は、この点において発生し、磁界強度が弱くなる方向へ
とプラズマフレームは、延びる。したがって、プラズマ
フレームが導波管の開口部から離れた点において発生す
るので、導波管を構成する元素が不純物としてプラズマ
フレームに混入することを防げる。

【００８２】勾配磁界に加えて、回転磁界を発生するこ
とにより、プラズマ中の電子は、回転磁界に拘束され、
真空容器内側の壁面などにおける衝突および消滅を防げ
る。その結果、高密度なプラズマを発生でき、かつ処理
面積を拡大することができる。

【００８３】プラズマトーチの複数のユニットを用いれ
ば、プラズマフレームが広い範囲にわたり発生する。そ
の結果、広い面積の処理が可能になる。

【００８４】同軸導波管の内導体が外導体よりも突出し
ていれば、微小な大きさのプラズマフレームが、内導体
の先端に発生する。その結果、微小な面積だけを選択的
にプラズマ処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマイクロ波プラズマトーチの第１
の実施例の断面図である。

【図２】耐熱性誘電体板を示す図である。

【図３】(a)〜(c)は、耐熱性誘電体板の他の例を示す図
である。

【図４】(a)および(b)は、ガスの噴出軸と噴出角度とが
プラズマフレームの形状に与える影響を示す図である。

【図５】(a)および(b)は、ガスの噴出半径がプラズマフ
レームの形状に与える影響を示す図である。

【図６】ねじれの角度を１０度としたガス噴出孔の形状
を示す図である。

【図７】(a)は、外導体５ａの内壁に設けられたガス噴
出孔を示す図であり、(b)は、外導体５ａの内壁に設け
られたガス噴出管を示す図である。

【図８】本発明によるプラズマトーチの第２の実施例の
断面図を示す図である。

【図９】本発明によるプラズマトーチの第３の実施例の
断面図を示す図である。

【図１０】（a)は、本発明によるマイクロ波プラズマト
ーチの第４の実施例の断面図であり、(b)は、同軸導波
管５の内導体５ｂの中心軸上における磁界強度を示す図
である。

【図１１】本発明によるマイクロ波プラズマトーチの第
５の実施例の断面図である。

【図１２】ソレノイドコイル群を導波軸方向に見た図で
ある。

【図１３】真空容器内部に発生する磁界を示す図であ
る。

【図１４】本発明によるプラズマトーチの第６の実施例
を示す図である。

【図１５】本発明によるプラズマトーチの第７の実施例
の断面図である。

【符号の説明】

１真空容器２矩形導波管３プランジャ４リッジ５同軸導波管５ａ外導体５ｂ内導体７水冷管８誘電体板９外導体端部１０ガス噴出孔１１耐熱性誘電体板１２スタブチューナ１３中心ガス孔１４基板１５プラズマフレーム５０テーパ部６０噴出軸７０導波軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田善一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者水口信一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気手段を有する真空容器と、内導体および外導体を有する同軸導波管であって、第１
の端部がマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段に接
続され、第２の端部が該真空容器に接続されており、該
同軸導波管の導波軸に沿って該マイクロ波供給手段から
のマイクロ波を該真空容器内に導入する同軸導波管と、ガスを複数の噴出軸に沿って該真空容器内へ噴出するガ
ス供給手段と、を備えたマイクロ波プラズマトーチであって、該複数の噴出軸のうち少なくとも２つの噴出軸は、該第
２の端部における該導波軸とねじれの位置関係にあり、
かつ該導波軸に垂直な平面内に存在せず、該第２の端部近傍における該外導体の直径に対する該内
導体の直径の比が、該導波軸に沿って該第１の端部から
該第２の端部へ向かうにしたがって減少するマイクロ波
プラズマトーチ。
【請求項２】前記ガス供給手段は、前記第１の端部と
前記第２の端部との間に配置された誘電体板であって、
該誘電体板は複数のガス噴出孔を有することによりガス
を前記複数の噴出軸に沿って該真空容器内へ噴出する誘
電体板を有する請求項１に記載のマイクロ波プラズマト
ーチ。
【請求項３】前記誘電体板は、耐熱性を有する請求項
２に記載のマイクロ波プラズマトーチ。
【請求項４】前記複数の噴出軸のすべては、前記導波
軸とねじれの位置関係にあり、かつ前記導波軸に垂直な
平面内に存在しない請求項３に記載のマイクロ波プラズ
マトーチ。
【請求項５】前記第２の端部近傍における前記内導体
の先端は、耐熱性誘電体板によって被覆されている請求
項４に記載のマイクロ波プラズマトーチ。
【請求項６】前記誘電体板は、前記ガスに含まれる反
応物質と同じ成分を含む請求項５に記載のマイクロ波プ
ラズマトーチ。
【請求項７】前記第２の端部において、前記内導体は
ガスを噴出する少なくとも１つのガス噴出孔を有する請
求項１に記載のマイクロ波プラズマトーチ。
【請求項８】前記第２の端部において、前記内導体は
前記外導体よりも前記真空容器内へと突出している請求
項７に記載のマイクロ波プラズマトーチ。
【請求項９】前記内導体の前記第２の端部は、複数に
分岐している請求項１に記載のマイクロ波プラズマトー
チ。
【請求項１０】前記導波軸に沿って前記第１の端部か
ら第２の端部へ向かうにしたがって強度が減少する磁界
を発生する勾配磁界発生手段を備えた請求項１に記載の
マイクロ波プラズマトーチ。
【請求項１１】前記勾配磁界発生手段は、ＥＣＲ状態
を引き起こす磁界強度である点を、前記真空容器内にお
いて前記同軸導波管の第２の端部から離れたところに発
生させる請求項１０に記載のマイクロ波プラズマトー
チ。
【請求項１２】前記真空容器内に回転磁界を発生させ
る回転磁界発生手段を備えた請求項１０に記載のマイク
ロ波プラズマトーチ。
【請求項１３】前記同軸導波管および前記ガス供給手
段をそれぞれ複数備えた請求項１に記載のマイクロ波プ
ラズマトーチ。
【請求項１４】排気手段を有する真空容器と、内導体および外導体を有する同軸導波管であって、第１
の端部がマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段に接
続され、第２の端部が該真空容器に接続されており、導
波軸に沿って該マイクロ波供給手段からのマイクロ波を
該真空容器内に導入する同軸導波管と、を備えたマイクロ波プラズマトーチであって、該第２の端部において、該内導体はガスを噴出する少な
くとも１つのガス噴出孔を有しており、該第２の端部に
おいて、該内導体は該外導体よりも該真空容器内へと突
出しているマイクロ波プラズマトーチ。
【請求項１５】真空容器内にプラズマを発生する方法
であって、第１の軸に沿って該真空容器内にマイクロ波を導入する
ステップと、該真空容器内の該プラズマを発生する空間において、該
第１の軸に平行な速度ベクトルを有する螺旋状のガス流
を発生させるステップと、を包含するプラズマ発生方法。
【請求項１６】前記真空容器内における該第１の方向
に沿って強度が減少する磁界を発生するステップを包含
する請求項１５に記載のプラズマ発生方法。
【請求項１７】前記真空容器内に回転磁界を発生する
ステップを包含する請求項１６に記載のプラズマ発生方
法。