JP3080471B2 - マイクロ波プラズマ発生装置 - Google Patents
マイクロ波プラズマ発生装置Info
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Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
は、特開昭６３−１３１４４１号公報に開示されてい
る。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
用したイオンビ−ムミリング装置の縦断側面図である。
【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。
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。
【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。
図である。
【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。
ラズマ生成室内の磁束密度の分布を示す特性図である。
【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
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (7)
- 【請求項１】 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
とするマイクロ波プラズマ発生装置。 - 【請求項２】 請求項１において、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た
ことを特徴とするマイクロ波プラズマ発生装置。 - 【請求項３】 請求項１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。 - 【請求項４】 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するマイクロ波プラ
ズマ発生装置。 - 【請求項５】 請求項４において、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するマイクロ波プラズマ発生装置。 - 【請求項６】 請求項４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。 - 【請求項７】 請求項４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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04065005A JP3080471B2 (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | マイクロ波プラズマ発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04065005A JP3080471B2 (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | マイクロ波プラズマ発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05266993A JPH05266993A (ja) | 1993-10-15 |
| JP3080471B2 true JP3080471B2 (ja) | 2000-08-28 |
Family
ID=13274450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04065005A Expired - Fee Related JP3080471B2 (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | マイクロ波プラズマ発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3080471B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08102279A (ja) * | 1994-09-30 | 1996-04-16 | Hitachi Ltd | マイクロ波プラズマ生成装置 |
| FR2774251B1 (fr) * | 1998-01-26 | 2000-02-25 | Commissariat Energie Atomique | Source a plasma micro-onde lineaire en aimants permanents |
-
1992
- 1992-03-23 JP JP04065005A patent/JP3080471B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05266993A (ja) | 1993-10-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |