JPH05266993A - 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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- JPH05266993A JPH05266993A JP4065005A JP6500592A JPH05266993A JP H05266993 A JPH05266993 A JP H05266993A JP 4065005 A JP4065005 A JP 4065005A JP 6500592 A JP6500592 A JP 6500592A JP H05266993 A JPH05266993 A JP H05266993A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 屈曲した真空導波管を用いたマイクロ波プラ
ズマ発生装置におけるマイクロ波の伝播特性を改善し、
高密度のプラズマを生成可能にすること。 【構成】 真空導波管エルボ−4内のマイクロ波の進行
方向12に沿った磁力線11を形成する第2の磁場発生
用コイル10a,10bを設け、この真空導波管エルボ
−4内に電子サイクロトロン共鳴条件以上の強さの磁場
を形成した。しかもこの磁場の強度は、マイクロ波導入
窓3の近傍で最大とし、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
つながるようにした。導波管エルボ−4内にプラズマが
発生しても、マイクロ波が遮断されることがなく、しか
もマイクロ波の反射が減少してプラズマ生成室6へのマ
イクロ波電力の導入効率が向上し、高密度のプラズマが
生成される。
ズマ発生装置におけるマイクロ波の伝播特性を改善し、
高密度のプラズマを生成可能にすること。 【構成】 真空導波管エルボ−4内のマイクロ波の進行
方向12に沿った磁力線11を形成する第2の磁場発生
用コイル10a,10bを設け、この真空導波管エルボ
−4内に電子サイクロトロン共鳴条件以上の強さの磁場
を形成した。しかもこの磁場の強度は、マイクロ波導入
窓3の近傍で最大とし、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
つながるようにした。導波管エルボ−4内にプラズマが
発生しても、マイクロ波が遮断されることがなく、しか
もマイクロ波の反射が減少してプラズマ生成室6へのマ
イクロ波電力の導入効率が向上し、高密度のプラズマが
生成される。
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、前記磁場発生手段は前記真空導波管の周囲に配置し
たソレノイドコイル及び/または永久磁石によって構成
し、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、前記磁場発生手段は前記真空導波管の周囲に配置し
たソレノイドコイル及び/または永久磁石によって構成
し、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
磁場発生手段は前記真空導波管の周囲に配置したソレノ
イドコイル及び/または永久磁石を備えたことを特徴と
し、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
磁場発生手段は前記真空導波管の周囲に配置したソレノ
イドコイル及び/または永久磁石を備えたことを特徴と
し、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。
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
Claims (9)
- 【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、前記磁場発生手段は
前記真空導波管の周囲に配置したソレノイドコイル及び
/または永久磁石を備え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4】 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5】 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6】 請求項5において、前記第2の磁場発生
手段は前記真空導波管の周囲に配置したソレノイドコイ
ル及び/または永久磁石を備え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7】 請求項5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8】 請求項5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9】 請求項5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 true JPH05266993A (ja) | 1993-10-15 |
JP3080471B2 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) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0932183A1 (fr) * | 1998-01-26 | 1999-07-28 | Commissariat A L'energie Atomique | Source à plasma micro-onde linéaire en aimants permanents |
KR100242332B1 (ko) * | 1994-09-30 | 2000-02-01 | 가나이 쓰도무 | 마이크로파 플라즈마 생성장치 |
-
1992
- 1992-03-23 JP JP04065005A patent/JP3080471B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100242332B1 (ko) * | 1994-09-30 | 2000-02-01 | 가나이 쓰도무 | 마이크로파 플라즈마 생성장치 |
EP0932183A1 (fr) * | 1998-01-26 | 1999-07-28 | Commissariat A L'energie Atomique | Source à plasma micro-onde linéaire en aimants permanents |
FR2774251A1 (fr) * | 1998-01-26 | 1999-07-30 | Commissariat Energie Atomique | Source a plasma micro-onde lineaire en aimants permanents |
JPH11288799A (ja) * | 1998-01-26 | 1999-10-19 | Commiss Energ Atom | 永久磁石を用いた線形マイクロ波プラズマ発生装置 |
US6319372B1 (en) | 1998-01-26 | 2001-11-20 | Commissariat A L'energie Atomique | Permanent magnet linear microwave plasma source |
JP4666697B2 (ja) * | 1998-01-26 | 2011-04-06 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 永久磁石を用いた線形マイクロ波プラズマ発生装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3080471B2 (ja) | 2000-08-28 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |