JP3080471B2 - Microwave plasma generator - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、イオンビ−ムエッチン
グ装置やイオンビ−ムスパッタ装置等に使用するマイク
ロ波プラズマ発生装置に係り、特に金属などの導電性薄
膜を処理する装置に適したマイクロ波プラズマ発生装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microwave plasma generator used for an ion beam etching apparatus or an ion beam sputtering apparatus, and more particularly to a microwave plasma apparatus suitable for processing a conductive thin film of metal or the like. It relates to a generator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】有磁場マイクロ波放電によって生成した
プラズマからイオンビ−ムを引出して半導体基板等に照
射し、微細加工を行なうイオンビ−ムエッチング装置等
が知られている。これらの装置は、金属等の導電性の基
板を加工する場合に、基板からスパッタされた導電性の
粒子が基板と対向する位置にある絶縁物でできたマイク
ロ波導入窓に付着し、これに堆積して導電性薄膜を形成
するために、マイクロ波がこの導電性薄膜で反射されて
導入できなくなり、プラズマ生成が停止してしまう問題
がある。従って、これらの装置は、金属等の導電性の基
板を長時間連続で加工することができず、装置の真空を
破ってマイクロ波導入窓を交換し、洗浄するという煩雑
な作業を頻繁に行なうことが必要であった。2. Description of the Related Art There is known an ion beam etching apparatus for extracting an ion beam from a plasma generated by a magnetic field microwave discharge and irradiating the plasma on a semiconductor substrate or the like to perform fine processing. In these devices, when processing a conductive substrate such as a metal, conductive particles sputtered from the substrate adhere to a microwave introduction window made of an insulator at a position opposed to the substrate, and the Since the conductive thin film is formed by deposition, microwaves are reflected by the conductive thin film and cannot be introduced, and there is a problem that plasma generation is stopped. Therefore, these apparatuses cannot continuously process a conductive substrate such as a metal for a long time, and frequently perform a complicated operation of breaking a vacuum of the apparatus, replacing a microwave introduction window, and cleaning. It was necessary.
【０００３】図３はマイクロ波導入窓への導電性粒子の
付着を軽減するように工夫されたマイクロ波プラズマ発
生装置であって、マイクロ波発振器１から放射されたマ
イクロ波を矩形の導波管２に導き、真空排気された矩形
の真空導波管４内に絶縁物でできたマイクロ波導入窓３
を透過して導入し、この真空導波管４の屈曲部の金属鏡
面５で反射してプラズマ生成室６内に伝播する構成であ
る。プラズマ生成室６内には図示しないガス導入口から
所望のガスが導入され、また、外周には磁場発生用コイ
ル７ａ，７ｂが設置されてこのプラズマ生成室６内に電
子サイクロトロン共鳴条件を満たすような軸方向の磁場
が形成される。FIG. 3 shows a microwave plasma generator designed to reduce the adhesion of conductive particles to the microwave introduction window. The microwave plasma generator 1 uses a microwave radiated from a microwave oscillator 1 as a rectangular waveguide. 2 and a microwave introduction window 3 made of an insulating material in a evacuated rectangular vacuum waveguide 4.
Is transmitted therethrough, reflected by the metal mirror surface 5 at the bent portion of the vacuum waveguide 4, and propagated into the plasma generation chamber 6. A desired gas is introduced into the plasma generation chamber 6 from a gas inlet (not shown), and coils 7a and 7b for generating magnetic fields are provided on the outer circumference so that the electron cyclotron resonance conditions can be satisfied in the plasma generation chamber 6. A magnetic field in an axial direction is formed.
【０００４】このような電子サイクロトロン共鳴を利用
したプラズマ発生装置では、マイクロ波による電場とコ
イルによる磁場の相互作用で電子を共鳴的に加速するこ
とによって、マイクロ波電力を効率よくプラズマに吸収
させて高密度のプラズマを生成する。そして、図４に示
すように、真空導波管４内では磁束密度が急激に減少す
るようにすることによって、この真空導波管４の内部で
プラズマが発生するのを抑制している。[0004] In such a plasma generator utilizing electron cyclotron resonance, the microwave power is efficiently absorbed into the plasma by resonatingly accelerating the electrons by the interaction between the electric field of the microwave and the magnetic field of the coil. Generates high-density plasma. Then, as shown in FIG. 4, the generation of plasma inside the vacuum waveguide 4 is suppressed by rapidly decreasing the magnetic flux density in the vacuum waveguide 4.
【０００５】従って、図示しない基板やイオン引出し電
極８のスパッタリング等により放出されて飛翔する金属
原子９は真空導波管４における屈曲部の金属鏡面５に付
着させてマイクロ波導入窓３までは飛来しないようにす
ることができ、また、真空導波管４内部でのプラズマ発
生を抑制することにより、マイクロ波導入窓３の金属汚
染を軽減して連続運転時間を長くすることが可能とな
る。Therefore, the metal atoms 9 emitted and sputtered by the sputtering of the substrate (not shown) or the ion extraction electrode 8 adhere to the metal mirror surface 5 at the bent portion of the vacuum waveguide 4 and fly to the microwave introduction window 3. In addition, by suppressing generation of plasma inside the vacuum waveguide 4, metal contamination of the microwave introduction window 3 can be reduced and continuous operation time can be extended.
【０００６】このようなマイクロ波プラズマ発生装置
は、特開昭６３−１３１４４１号公報に開示されてい
る。[0006] Such a microwave plasma generator is disclosed in JP-A-63-131441.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】以上のように、マイク
ロ波導入窓３とプラズマ生成室６の間の真空導波管４を
屈曲することにより、マイクロ波導入窓３への導電性薄
膜の形成を抑制することが可能となり、長時間にわたっ
て保守が不要で連続運転可能時間が長いマイクロ波プラ
ズマ発生装置が得らる。As described above, by bending the vacuum waveguide 4 between the microwave introduction window 3 and the plasma generation chamber 6, a conductive thin film is formed on the microwave introduction window 3. And a microwave plasma generator that requires no maintenance for a long time and has a long continuous operation time can be obtained.
【０００８】しかし、プラズマ生成室６内の電子が拡散
して屈曲した真空導波管４の内部に入るのを避けること
はできず、また、この真空導波管４の内部の磁束密度も
ゼロにすることができないので、この真空導波管４の内
部でプラズマが発生するのを避けることができない。そ
して、この真空導波管４の内部で発生するプラズマの密
度がマイクロ波の伝播を遮断するカットオフ密度以上に
なると、この真空導波管４内を伝播してプラズマ生成室
６に到達するマイクロ波が減少する。このように真空導
波管４内に発生したプラズマがマイクロ波の伝播を阻害
してプラズマ生成室６に伝送できるマイクロ波電力が制
限されると、プラズマ生成室６内で生成されるプラズマ
の密度が低下する。特に屈曲した真空導波管４を使用し
た場合は、この導波管４内にはマイクロ波の定在波が発
生して電場が強くなるのでプラズマが発生し易く、真っ
直な真空導波管を使用する場合に比べてその傾向が大き
い。However, it is unavoidable that the electrons in the plasma generation chamber 6 diffuse and enter the bent vacuum waveguide 4, and the magnetic flux density inside the vacuum waveguide 4 is also zero. Therefore, generation of plasma inside the vacuum waveguide 4 cannot be avoided. When the density of the plasma generated inside the vacuum waveguide 4 becomes equal to or higher than the cut-off density at which the propagation of the microwave is cut off, the micro-wave that propagates through the vacuum waveguide 4 and reaches the plasma generation chamber 6 is formed. Waves decrease. As described above, when the microwave generated by the plasma generated in the vacuum waveguide 4 inhibits the propagation of the microwave and the microwave power that can be transmitted to the plasma generation chamber 6 is limited, the density of the plasma generated in the plasma generation chamber 6 is increased. Decrease. In particular, when a bent vacuum waveguide 4 is used, a standing wave of a microwave is generated in the waveguide 4 and an electric field is strengthened, so that plasma is easily generated, and a straight vacuum waveguide is used. This tendency is greater than when using.
【０００９】さらに、プラズマ生成室６の入口で磁場の
強さが急激に変化しているため、マイクロ波に対する負
荷であるプラズマのインピ−ダンスの変化も急激にな
り、この部分でのマイクロ波電力の反射が大きく、マイ
クロ波電力をプラズマ生成室６内のプラズマに効率よく
吸収させることができないことも問題であった。Further, since the intensity of the magnetic field is rapidly changing at the entrance of the plasma generation chamber 6, the impedance of the plasma, which is a load to the microwave, is also rapidly changed. Is also large, and the microwave power cannot be efficiently absorbed by the plasma in the plasma generation chamber 6.
【００１０】本発明の目的は、屈曲した真空導波管を用
いたマイクロ波プラズマ発生装置においてプラズマ生成
室へのマイクロ波電力の導入効率を向上させ、高密度な
プラズマを発生し得るマイクロ波プラズマ発生装置を提
供することにある。An object of the present invention is to improve the efficiency of introducing microwave power into a plasma generation chamber in a microwave plasma generator using a bent vacuum waveguide, and to generate a microwave plasma capable of generating high-density plasma. A generator is provided.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】第１の発明は、マイクロ
波発生手段で発生したマイクロ波をマイクロ波導入窓か
ら導入し、屈曲した真空導波管を介してプラズマ生成室
に導き、このプラズマ生成室内のガスをプラズマ化する
マイクロ波プラズマ発生装置において、前記屈曲した真
空導波管中のマイクロ波の進行方向に沿った磁力線を発
生する磁場発生手段を設けたことを特徴とし、具体的に
は、前記磁場発生手段による磁場は、前記屈曲した真空
導波管中の少なくとも一部で電子サイクロトロン共鳴条
件以上の磁束密度とし、前記屈曲した真空導波管中のマ
イクロ波の進行方向に沿った磁場の強さは、前記マイク
ロ波導入窓近傍で最大であり前記プラズマ生成室の入口
まで単調に減少する勾配を持つようにしたことを特徴と
する。According to a first aspect of the present invention, a microwave generated by a microwave generating means is introduced from a microwave introduction window, and guided to a plasma generation chamber through a bent vacuum waveguide. In a microwave plasma generating apparatus for converting gas in a generation chamber into plasma, a magnetic field generating means for generating magnetic force lines along a traveling direction of microwaves in the bent vacuum waveguide is provided, and specifically,
The magnetic field generated by the magnetic field generating means has a magnetic flux density equal to or higher than an electron cyclotron resonance condition in at least a part of the bent vacuum waveguide, and is along a traveling direction of the microwave in the bent vacuum waveguide. The strength of the magnetic field is maximum near the microwave introduction window and has a gradient that monotonically decreases to the entrance of the plasma generation chamber.
【００１２】また、第２の発明は、マイクロ波発生手段
と、ガス導入口を有し、周囲に第１の磁場発生手段が配
置されたプラズマ生成室と、前記マイクロ波発生手段か
ら気密のマイクロ波導入窓を介して導入したマイクロ波
を前記プラズマ生成室に導く屈曲した真空導波管とを備
え、前記プラズマ生成室内にガスを供給し、第１の磁場
発生手段による磁場とマイクロ波によってプラズマを生
成するマイクロ波プラズマ発生装置において、前記屈曲
した真空導波管の周囲に、この真空導波管中のマイクロ
波の進行方向に沿った磁力線を発生する第２の磁場発生
手段を設けたことを特徴とし、具体的には、前記第２の
磁場発生手段による磁場は、前記屈曲した真空導波管中
の少なくとも一部で電子サイクロトロン共鳴条件以上の
磁束密度としたことを特徴とし、前記屈曲した真空導波
管中のマイクロ波の進行方向に沿った磁場の強さは、前
記マイクロ波導入窓近傍で最大であり前記プラズマ生成
室の入口まで単調に減少する勾配を持つことを特徴と
し、前記屈曲した真空導波管中のマイクロ波の進行方向
に沿った磁場の強さは、前記マイクロ波導入窓近傍で最
大であり、前記プラズマ生成室の入口まで単調な勾配で
減少してこのプラズマ生成室内の磁場の強さに略等しく
したことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided a plasma generating chamber having a microwave generating means, a gas inlet, and a first magnetic field generating means disposed therearound, and an airtight microwave from the microwave generating means. A bent vacuum waveguide that guides microwaves introduced through the wave introduction window to the plasma generation chamber, supplies gas into the plasma generation chamber, and generates a plasma by a magnetic field generated by the first magnetic field generation unit and the microwaves. Wherein a second magnetic field generating means is provided around the bent vacuum waveguide for generating magnetic lines of force along the traveling direction of the microwave in the vacuum waveguide. the features, specifically, the magnetic field generated by the second magnetic field generating means to form an electron cyclotron resonance condition over a magnetic flux density in at least some of the vacuum waveguide in that the bent this The strength of the magnetic field along the traveling direction of the microwave in the bent vacuum waveguide is the maximum near the microwave introduction window and has a gradient that monotonically decreases to the entrance of the plasma generation chamber. The strength of the magnetic field along the traveling direction of the microwave in the bent vacuum waveguide is maximum near the microwave introduction window and has a monotonous gradient up to the entrance of the plasma generation chamber. , And is substantially equal to the strength of the magnetic field in the plasma generation chamber.
【００１３】[0013]
【作用】屈曲した真空導波管中のマイクロ波の進行方向
に沿って形成された磁力線は、この真空導波管内におけ
るマイクロ波の伝播を助けるように作用し、特に、プラ
ズマ中にマイクロ波の進行方向と平行に電子サイクロト
ロン共鳴条件以上の磁場が存在する場合には、プラズマ
の密度によらずマイクロ波の伝播が遮断されることはな
い。従って、屈曲した真空導波管の内部にプラズマが発
生しても、マイクロ波をプラズマ生成室まで高効率で伝
播することができる。The magnetic field lines formed along the traveling direction of the microwave in the bent vacuum waveguide act to assist the propagation of the microwave in the vacuum waveguide. When a magnetic field equal to or higher than the electron cyclotron resonance condition exists in parallel with the traveling direction, the propagation of the microwave is not interrupted regardless of the plasma density. Therefore, even if plasma is generated inside the bent vacuum waveguide, the microwave can be transmitted to the plasma generation chamber with high efficiency.
【００１４】しかもこの真空導波管中のマイクロ波の進
行方向に沿った磁場の強さは、マイクロ波導入窓近傍で
最大でありプラズマ生成室の入口まで単調に減少する勾
配であるので、この真空導波管中でのマイクロ波に対す
るインピ−ダンスの変化が緩やかになり、マイクロ波の
反射が減少してマイクロ波の伝幡特性が向上する。Moreover, the strength of the magnetic field along the direction of propagation of the microwave in the vacuum waveguide has a maximum near the microwave introduction window and a gradient that monotonically decreases to the entrance of the plasma generation chamber. The change in impedance with respect to the microwave in the vacuum waveguide becomes gentle, the reflection of the microwave is reduced, and the propagation characteristics of the microwave are improved.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、図３及び図４を参照して説明した従来装置
と同一の構成部品は同一参照符号を付し、図示を一部省
略し、重複する説明を一部省略する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the same components as those of the conventional device described with reference to FIGS. 3 and 4 are denoted by the same reference numerals, some of which are not shown, and some of the overlapping description is omitted.
【００１６】図１は、本発明になるマイクロ波プラズマ
発生装置を適用したイオンビ−ムミリング装置の縦断側
面図である。２は矩形の導波管、３は真空シ−ルを兼ね
る石英ガラス製のマイクロ波導入窓、４は内部を真空に
排気可能な断面矩形の真空導波管エルボ−、６は直径が
２０ｃｍ，高さが２０ｃｍの円筒形のプラズマ生成室、
７ａ，７ｂは前記プラズマ生成室６の内部に軸方向の磁
場を発生する第１の磁場発生用コイル、８ａ，８ｂは前
記プラズマ生成室６からイオンを引出すためのイオン引
出し電極系を構成する２枚の多孔電極であり、これらで
マイクロ波イオン源を構成する。そして、１０ａ，１０
ｂは前記真空導波管エルボ−４の内部に磁場を発生させ
る第２の磁場発生用コイルであり、その磁力線１１はマ
イクロ波の進行方向１２に沿って屈曲する。FIG. 1 is a vertical sectional side view of an ion beam milling apparatus to which a microwave plasma generator according to the present invention is applied. 2 is a rectangular waveguide, 3 is a quartz glass microwave introduction window also serving as a vacuum seal, 4 is a vacuum waveguide elbow having a rectangular cross section capable of evacuating the inside to a vacuum, 6 is a 20 cm diameter, A cylindrical plasma generation chamber with a height of 20 cm,
Reference numerals 7a and 7b denote first magnetic field generating coils for generating an axial magnetic field inside the plasma generation chamber 6, and 8a and 8b constitute an ion extraction electrode system for extracting ions from the plasma generation chamber 6. And a microwave ion source. And 10a, 10
Reference numeral b denotes a second magnetic field generating coil for generating a magnetic field inside the vacuum waveguide elbow-4, and the magnetic field lines 11 are bent along the traveling direction 12 of the microwave.
【００１７】１３は絶縁物、１４は図示しない真空排気
手段に連通した処理室であり、その内部に設置した試料
ホルダ−１５に試料１６が載置される。Reference numeral 13 denotes an insulator, and reference numeral 14 denotes a processing chamber which communicates with a vacuum evacuation means (not shown). A sample 16 is placed on a sample holder 15 installed therein.
【００１８】なお、真空導波管エルボ−４のマイクロ波
の進行方向に垂直な断面積をプラズマ生成室６の断面積
に比べて小さくしたのは、導電性粒子がマイクロ波導入
窓３に向かって飛翔する立体角を小さくするためと、こ
の真空導波管エルボ−４の内部に磁場を発生させる第２
の磁場発生手段１０ａ，１０ｂをコンパクトに構成する
ことができるようにするためである。The reason why the cross-sectional area of the vacuum waveguide elbow-4 perpendicular to the direction of the microwave propagation is made smaller than the cross-sectional area of the plasma generation chamber 6 is that the conductive particles are directed toward the microwave introduction window 3. In order to reduce the solid angle to fly, a second magnetic field is generated inside the vacuum waveguide elbow-4.
This is because the magnetic field generating means 10a and 10b can be made compact.
【００１９】次に、このイオンビ−ムミリング装置の動
作を、発明者らが行なった実験の結果を引用しながら説
明する。Next, the operation of the ion beam milling apparatus will be described with reference to the results of experiments conducted by the inventors.
【００２０】まず、図示しない真空排気手段によって、
真空導波管エルボ−４、プラズマ生成室６および処理室
１４の内部を１／１０6Torr 程度まで排気する。次に、
ガス導入口１７から所定のガスを導入する。発明者らが
行なった実験では、Ａｒガスを用いて処理室１４のガス
圧を１／１０4Torr とした。マイクロ波は、工業的に広
く利用される発振周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波
発振器（図示せず）によって発生し、矩形の導波管２、
マイクロ波導入窓３及び真空導波管エルボ−４を経てプ
ラズマ生成室６に導入する。このとき、第１の磁場発生
用コイル７ａ，７ｂによってプラズマ生成室６の内部に
発生する軸方向の磁場を、このプラズマ生成室６内の一
部で電子サイクロトロン共鳴条件（２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波に対しては８７５Ｇ）を満たすような磁場配位
とすることにより、このプラズマ生成室６内の主に電子
サイクロトロン共鳴条件を満足する位置でマイクロ波電
力が吸収されてガスがプラズマ化される。しかし、発明
者らが行なった実験では、第１の磁場発生用コイル７
ａ，７ｂの磁場だけではプラズマに吸収されるマイクロ
波電力が１３０Ｗと小さく、十分に高密度のプラズマは
生成しなかった。従って、２枚のイオン引出し電極８
ａ，８ｂに図示しない電源によってそれぞれ８００Ｖ、
−２００Ｖの電圧を印加してＡｒイオンビ−ムを引出し
ても、引出し得る電流密度は高々０．４ｍＡ／ｃｍ2 で
あった。First, a vacuum exhaust means (not shown)
The insides of the vacuum waveguide elbow-4, the plasma generation chamber 6 and the processing chamber 14 are evacuated to about 1/10 6 Torr. next,
A predetermined gas is introduced from the gas inlet 17. In experiments conducted by the inventors, the gas pressure in the processing chamber 14 was set to 1/10 4 Torr using Ar gas. The microwave is generated by a microwave oscillator (not shown) having an oscillation frequency of 2.45 GHz, which is widely used in industry, and a rectangular waveguide 2,
It is introduced into the plasma generation chamber 6 through the microwave introduction window 3 and the vacuum waveguide elbow-4. At this time, an axial magnetic field generated inside the plasma generation chamber 6 by the first magnetic field generation coils 7a and 7b is partially applied to the inside of the plasma generation chamber 6 under electron cyclotron resonance conditions (a microwave of 2.45 GHz). 875 G), the microwave power is absorbed mainly at the position in the plasma generation chamber 6 that satisfies the electron cyclotron resonance condition, and the gas is turned into plasma. However, in the experiment performed by the inventors, the first magnetic field generating coil 7 was used.
With only the magnetic fields a and 7b, the microwave power absorbed by the plasma was as small as 130 W, and a sufficiently high-density plasma was not generated. Therefore, the two ion extraction electrodes 8
a and 8b are respectively 800 V by a power source (not shown),
Even when a voltage of -200 V was applied to extract the Ar ion beam, the current density that could be extracted was at most 0.4 mA / cm 2 .
【００２１】このようにマイクロ波吸収電力が小さく、
生成されるプラズマの密度が低い原因は、次のように推
測される。すなわち、プラズマ生成室６で生成されるプ
ラズマから拡散した電子が真空導波管エルボ−４の内部
に飛来してここでプラズマを発生し、このプラズマがあ
る密度になるとマイクロ波の伝播を遮断するように作用
するために、プラズマ生成室６で生成されるプラズマに
吸収されるマイクロ波電力が減少する。この現象は、プ
ラズマ生成室６内の磁場が真空導波管エルボ−４の内部
に漏れないようにする磁気シ−ルドを用いても改善され
ない。As described above, the microwave absorption power is small,
The cause of the low density of the generated plasma is presumed as follows. That is, the electrons diffused from the plasma generated in the plasma generation chamber 6 fly into the vacuum waveguide elbow-4 and generate plasma there, and when this plasma reaches a certain density, the propagation of the microwave is cut off. Therefore, the microwave power absorbed by the plasma generated in the plasma generation chamber 6 is reduced. This phenomenon is not improved even if a magnetic shield for preventing the magnetic field in the plasma generation chamber 6 from leaking into the vacuum waveguide elbow-4 is used.
【００２２】これに対して発明者らは、鋭意研究を重ね
ることにより、真空導波管エルボ−４の内部にマイクロ
波に対するカットオフ密度以上のプラズマが発生しても
マイクロ波を高効率で伝播させ得る状態を作りだすこと
によって、マイクロ波電力の吸収特性を著しく改善する
ことができるという知見を得た。On the other hand, the present inventors have conducted intensive research and found that even if plasma having a cut-off density or more for microwaves is generated inside the vacuum waveguide elbow-4, microwaves can be propagated with high efficiency. It has been found that by creating a state in which microwave power can be generated, the absorption characteristics of microwave power can be significantly improved.
【００２３】すなわち、図１において、第１の磁場発生
用コイル７ａ，７ｂの他に第２の磁場発生用コイル１０
ａ，１０ｂによって真空導波管エルボ−４の内部にマイ
クロ波の進行方向１２と平行な磁力線１１が発生するよ
うな磁場を形成した。この真空導波管エルボ−４の内部
でマイクロ波の進行方向１２に沿った磁場の強さは、図
２に示すように、この真空導波管エルボ−４の内部では
電子サイクロトロン共鳴条件以上の磁束密度であり、そ
してマイクロ波導入窓３の付近で最大となり、プラズマ
生成室６の入口まで単調に減少してプラズマ生成室６内
部の磁束密度と略等しい値になり、この磁場と滑らかに
つながるようにした。その結果、マイクロ波電力吸収が
通常の２００Ｗから４００Ｗ以上に増加し、引出し得る
電流密度も通常の０．８ｍＡ／ｃｍ2から３ｍＡ／ｃｍ2
以上に増加した。この値は、真っ直な真空導波管を使用
する場合の値に略等しい値である。これは、真空導波管
エルボ−４の内部にマイクロ波の進行方向と平行に電子
サイクロトロン共鳴条件以上の磁場を印加したために、
マイクロ波がいわゆるホイッスラ−モ−ドで伝播するよ
うになり、マイクロ波が遮断されなくなったためであ
る。つまり、屈曲した真空導波管４内のマイクロ波の進
行方向に沿った磁場は、この真空導波管４内のプラズマ
にマイクロ波電力を吸収させることなく、このプラズマ
中でマイクロ波を伝播させるように作用する。そして更
に、マイクロ波導入窓３の近傍で最大となり、プラズマ
生成室６の入口まで単調に減少してこのプラズマ生成室
６内の磁場と滑らかにつながるような磁場配位を採用し
たことによって、プラズマのインピ−ダンスの変化が緩
やかになり、マイクロ波の反射が減少したためである。That is, in FIG. 1, in addition to the first magnetic field generating coils 7a and 7b, a second magnetic field generating coil 10
A magnetic field was generated by a and 10b such that magnetic lines of force 11 parallel to the traveling direction 12 of the microwave were generated inside the vacuum waveguide elbow-4. As shown in FIG. 2, the strength of the magnetic field along the traveling direction 12 of the microwave inside the vacuum waveguide elbow-4 is higher than the electron cyclotron resonance condition inside the vacuum waveguide elbow-4. The magnetic flux density, which is maximum near the microwave introduction window 3, monotonically decreases to the entrance of the plasma generation chamber 6, becomes substantially equal to the magnetic flux density inside the plasma generation chamber 6, and is smoothly connected to this magnetic field. I did it. As a result, it increased more than 400W microwave power absorption from the normal 200 W, drawer obtain current density of typically 0.8 mA / cm 2 from 3mA / cm 2
More than that. This value is substantially equal to the value when a straight vacuum waveguide is used. This is because a magnetic field higher than the electron cyclotron resonance condition was applied to the inside of the vacuum waveguide elbow-4 in parallel with the traveling direction of the microwave,
This is because the microwaves propagated in a so-called whistler mode, and the microwaves were not cut off. That is, the magnetic field along the traveling direction of the microwave in the bent vacuum waveguide 4 causes the microwave in the vacuum waveguide 4 to propagate in the plasma without absorbing the microwave power in the plasma. Act like so. Further, by adopting a magnetic field configuration that maximizes near the microwave introduction window 3, monotonically decreases to the entrance of the plasma generation chamber 6 and smoothly connects to the magnetic field in the plasma generation chamber 6, This is because the change in the impedance of the sample becomes gentle and the reflection of the microwave decreases.
【００２４】このような実施例によれば、マイクロ波導
入窓３を保護するために屈曲した真空導波管４を用いた
マイクロ波プラズマ発生装置のマイクロ波電力の吸収を
従来の３倍以上に増加させ、真っ直な真空導波管を使用
した場合と同等の高密度プラズマを生成することが可能
になるという効果が得られる。According to such an embodiment, the microwave power absorption of the microwave plasma generator using the vacuum waveguide 4 bent to protect the microwave introduction window 3 is more than three times that of the conventional device. This has the effect of increasing the density and generating the same high-density plasma as when a straight vacuum waveguide is used.
【００２５】この実施例では、屈曲した真空導波管４の
内部にマイクロ波の進行方向に沿った磁場を発生する手
段としてソレノイドコイル１０ａ，１０ｂを用いたが、
このソレノイドコイル１０ａ，１０ｂの代わりに永久磁
石または永久磁石とソレノイドコイルの組合せを用いて
もよい。また、屈曲した真空導波管４の断面形状を矩形
の導波管としたが、断面形状が円形の導波管等を用いて
もよい。さらに、屈曲した真空導波管４の屈曲角度を９
０度にしたが、この屈曲の趣旨はマイクロ波導入窓への
粒子の飛来を抑制することにあり、真空導波管４の屈曲
の仕方は多様に変更することができる。In this embodiment, the solenoid coils 10a and 10b are used as means for generating a magnetic field in the bent vacuum waveguide 4 along the traveling direction of the microwave.
Instead of the solenoid coils 10a and 10b, a permanent magnet or a combination of a permanent magnet and a solenoid coil may be used. Further, although the cross-sectional shape of the bent vacuum waveguide 4 is a rectangular waveguide, a waveguide having a circular cross-section may be used. Further, the bending angle of the bent vacuum waveguide 4 is set to 9
Although the angle is set to 0 degrees, the purpose of the bending is to suppress the particles from coming into the microwave introduction window, and the manner of bending the vacuum waveguide 4 can be variously changed.
【００２６】[0026]
【発明の効果】本発明は、屈曲した真空導波管内のマイ
クロ波の進行方向に沿って形成した磁力線がこの真空導
波管内におけるマイクロ波の伝播を助けるように作用
し、特に、プラズマ中にマイクロ波の進行方向と平行に
電子サイクロトロン共鳴条件以上の磁場が存在する場合
には、プラズマの密度によらずマイクロ波の伝播が遮断
されることはない。従って、屈曲した真空導波管の内部
にプラズマが発生しても、マイクロ波をプラズマ生成室
まで高効率で伝播することができる。According to the present invention, the lines of magnetic force formed along the traveling direction of the microwave in the bent vacuum waveguide act to assist the propagation of the microwave in the vacuum waveguide. When a magnetic field equal to or higher than the electron cyclotron resonance condition exists in parallel with the traveling direction of the microwave, the propagation of the microwave is not interrupted regardless of the density of the plasma. Therefore, even if plasma is generated inside the bent vacuum waveguide, the microwave can be transmitted to the plasma generation chamber with high efficiency.
【００２７】しかもこの真空導波管内のマイクロ波の進
行方向に沿った磁場の強さは、マイクロ波導入窓近傍で
最大でありプラズマ生成室の入口まで単調に減少する勾
配であるので、この真空導波管内でのマイクロ波に対す
るインピ−ダンスの変化が緩やかになり、マイクロ波の
反射が減少して伝幡特性が向上する。Moreover, the strength of the magnetic field along the direction of propagation of the microwave in the vacuum waveguide is the maximum near the microwave introduction window and has a gradient that monotonically decreases to the entrance of the plasma generation chamber. The change in the impedance with respect to the microwave in the waveguide becomes gentle, the reflection of the microwave is reduced, and the propagation characteristics are improved.
【００２８】従って、マイクロ波導入窓を保護するため
に屈曲した真空導波管を使用したマイクロ波プラズマ発
生装置において、プラズマ生成室へのマイクロ波電力の
導入効率を向上させ、高密度なプラズマを発生し得る効
果が得られる。Therefore, in a microwave plasma generator using a vacuum waveguide bent to protect the microwave introduction window, the efficiency of introducing microwave power into the plasma generation chamber is improved, and high-density plasma is generated. Possible effects are obtained.
【図１】本発明になるマイクロ波プラズマ発生装置を適
用したイオンビ−ムミリング装置の縦断側面図である。FIG. 1 is a vertical sectional side view of an ion beam milling apparatus to which a microwave plasma generator according to the present invention is applied.
【図２】本発明になるマイクロ波プラズマ発生装置の屈
曲した真空導波管の内部におけるマイクロ波の進行方向
に沿った磁束密度の分布を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing a distribution of magnetic flux density along a traveling direction of a microwave inside a bent vacuum waveguide of the microwave plasma generator according to the present invention.
【図３】従来のマイクロ波プラズマ発生装置の縦断側面
図である。FIG. 3 is a vertical sectional side view of a conventional microwave plasma generator.
【図４】従来のマイクロ波プラズマ発生装置におけるプ
ラズマ生成室内の磁束密度の分布を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a distribution of magnetic flux density in a plasma generation chamber in a conventional microwave plasma generator.
【符号の説明】 １ マイクロ波発振器 ３ マイクロ波導入窓 ４ 真空導波管エルボー ６ プラズマ生成室 ７ａ，７ｂ 第１の磁場発生用コイル １０ａ，１０ｂ 第２の磁場発生用コイル[Description of Signs] 1 Microwave oscillator 3 Microwave introduction window 4 Vacuum waveguide elbow 6 Plasma generation chamber 7a, 7b First magnetic field generating coil 10a, 10b Second magnetic field generating coil
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05H 1/46 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/3065 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H05H 1/46 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/3065
Claims (7)
波をマイクロ波導入窓から導入し、屈曲した真空導波管
を介してプラズマ生成室に導き、このプラズマ生成室内
のガスをプラズマ化するマイクロ波プラズマ発生装置に
おいて、 前記屈曲した真空導波管中のマイクロ波の進行方向に沿
った磁力線を発生する磁場発生手段を設けたことを特徴
とするマイクロ波プラズマ発生装置。A microwave generated by a microwave generating means is introduced from a microwave introduction window, guided to a plasma generation chamber through a bent vacuum waveguide, and converted into a plasma in a gas in the plasma generation chamber. A microwave plasma generating apparatus, further comprising: a magnetic field generating means for generating magnetic lines of force along a traveling direction of the microwave in the bent vacuum waveguide.
よる磁場は、前記屈曲した真空導波管中の少なくとも一
部で電子サイクロトロン共鳴条件以上の磁束密度とした
ことを特徴とするマイクロ波プラズマ発生装置。2. A microwave plasma generating apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field generated by said magnetic field generating means has a magnetic flux density equal to or higher than an electron cyclotron resonance condition in at least a part of said bent vacuum waveguide. apparatus.
波管中のマイクロ波の進行方向に沿った磁場の強さは、
前記マイクロ波導入窓近傍で最大であり前記プラズマ生
成室の入口まで単調に減少する勾配を持つことを特徴と
するマイクロ波プラズマ発生装置。3. The magnetic field according to claim 1, wherein the strength of the magnetic field along the traveling direction of the microwave in the bent vacuum waveguide is:
A microwave plasma generator having a gradient that is maximum near the microwave introduction window and monotonically decreases to an entrance of the plasma generation chamber.
し、周囲に第１の磁場発生手段が配置されたプラズマ生
成室と、前記マイクロ波発生手段から気密のマイクロ波
導入窓を介して導入したマイクロ波を前記プラズマ生成
室に導く屈曲した真空導波管とを備え、前記プラズマ生
成室内にガスを供給し、第１の磁場発生手段による磁場
とマイクロ波によってプラズマを生成するマイクロ波プ
ラズマ発生装置において、 前記屈曲した真空導波管の周囲に、この真空導波管中の
マイクロ波の進行方向に沿った磁力線を発生する第２の
磁場発生手段を設けたことを特徴とするマイクロ波プラ
ズマ発生装置。4. A plasma generating chamber having a microwave generating means, a gas inlet, and a first magnetic field generating means arranged around the microwave generating means, and a microwave introducing window which is hermetically sealed from the microwave generating means. A microwave plasma which is provided with a bent vacuum waveguide for guiding the introduced microwaves to the plasma generation chamber, supplies gas into the plasma generation chamber, and generates plasma by a magnetic field and microwaves generated by a first magnetic field generating means. The microwave generator according to claim 1, further comprising: a second magnetic field generating unit configured to generate a magnetic field line along a traveling direction of the microwave in the vacuum waveguide around the bent vacuum waveguide. Plasma generator.
手段による磁場は、前記屈曲した真空導波管中の少なく
とも一部で電子サイクロトロン共鳴条件以上の磁束密度
としたことを特徴とするマイクロ波プラズマ発生装置。5. The micrometer according to claim 4 , wherein the magnetic field generated by the second magnetic field generating means has a magnetic flux density higher than an electron cyclotron resonance condition in at least a part of the bent vacuum waveguide. Wave plasma generator.
波管中のマイクロ波の進行方向に沿った磁場の強さは、
前記マイクロ波導入窓近傍で最大であり前記プラズマ生
成室の入口まで単調に減少する勾配を持つことを特徴と
するマイクロ波プラズマ発生装置。6. The magnetic field according to claim 4 , wherein the strength of the magnetic field along the traveling direction of the microwave in the bent vacuum waveguide is:
A microwave plasma generator having a gradient that is maximum near the microwave introduction window and monotonically decreases to an entrance of the plasma generation chamber.
波管中のマイクロ波の進行方向に沿った磁場の強さは、
前記マイクロ波導入窓近傍で最大であり、前記プラズマ
生成室の入口まで単調な勾配で減少してこのプラズマ生
成室内の磁場の強さに略等しくしたことを特徴とするマ
イクロ波プラズマ発生装置。7. The magnetic field according to claim 4 , wherein the strength of the magnetic field along the traveling direction of the microwave in the bent vacuum waveguide is:
A microwave plasma generating apparatus, which is maximum near the microwave introduction window, decreases at a monotonous gradient to the entrance of the plasma generation chamber, and is substantially equal to the strength of a magnetic field in the plasma generation chamber.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP04065005A JP3080471B2 (en) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | Microwave plasma generator |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP04065005A JP3080471B2 (en) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | Microwave plasma generator |
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Family Applications (1)
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| JP04065005A Expired - Fee Related JP3080471B2 (en) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | Microwave plasma generator |
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| JP (1) | JP3080471B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08102279A (en) * | 1994-09-30 | 1996-04-16 | Hitachi Ltd | Microwave plasma generating device |
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1992
- 1992-03-23 JP JP04065005A patent/JP3080471B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH05266993A (en) | 1993-10-15 |
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