JPH07258855A - Ecr plasma generator - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To generate sheet-like plasma of a high electric power density with which ECR conditions hold uniformly. CONSTITUTION:One E surface 41 of a waveguide 2 placed in the atm. is provided with plural holes 11 in its longitudinal direction and the H surfaces 42, 43 are provided with permanent magnets 5A, 5B while the N poles are disposed to face each other. Further, the E face 41 is provided with a dielectric lens 7 extending in its longitudinal direction. A pair of the permanent magnets 5A, 5B form cusp magnetic fields which are uniform in the longitudinal direction and have a gradient in a direction perpendicular to the E face 41. Microwaves which are uniform in the electric power and have the narrower directivity are radiated in a sheet from the holes 11 and are thereafter converged by a dielectric lens 7 acting as a waveguide to the magnetic field intensity position where the ECR conditions hold. Consequently, the sheet-like plasma of the high electric power density uniform in the longitudinal direction is generated in a vacuum chamber 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、ＥＣＲ（電子サイク
ロトロン共鳴）を用いたプラズマ発生装置に関するもの
であり、特に、一様な強度のシート状プラズマを発生さ
せる装置として利用される。更に本発明は、高電力密度
のマイクロ波をシート状に均一に放射するのに好適なマ
イクロ波放射器を備えたプラズマ発生装置として利用可
能である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma generator using ECR (electron cyclotron resonance), and is particularly used as a device for generating a sheet-shaped plasma of uniform intensity. Furthermore, the present invention can be used as a plasma generator equipped with a microwave radiator suitable for uniformly radiating a microwave of high power density in a sheet form.

【０００２】[0002]

【従来の技術】電子サイクロトロン共鳴（以下、ＥＣＲ
と称す）吸収を利用したプラズマ発生装置は、１０^-3か
ら１０^-4Ｔｏｒｒの低圧力下でも安定的に無電極で放電
を持続させることができ、しかも高いイオン化率／電子
密度のプラズマを発生させることができることから、そ
の研究開発が活発に行われている。その様なＥＣＲプラ
ズマ発生装置においては、電子レンジと同一周波数であ
る２．４５ＧＨｚ（工業周波数）のマイクロ波が、電場
の供給源として用いられている。従って、当該周波数の
マイクロ波を用いるときには、サイクロトロン角周波数
ω_C＝ｅＢ／ｍ（ｅ、ｍは、各々電子の電荷、質量、Ｂ
は磁束密度）で以て与えられるＥＣＲ条件を満足する磁
場の強さは、８７５Ｇａｕｓｓとなる。2. Description of the Related Art Electron cyclotron resonance (hereinafter referred to as ECR
A plasma generator using absorption can stably discharge without electrodes even under a low pressure of 10 ⁻³ to 10 ⁻⁴ Torr, and generates plasma with high ionization rate / electron density. That is why the research and development is actively carried out. In such an ECR plasma generator, a microwave of 2.45 GHz (industrial frequency), which is the same frequency as the microwave oven, is used as a source of electric field. Therefore, when the microwave of the frequency is used, the cyclotron angular frequency ω _C = eB / m (e and m are the electron charge, mass, and B
Is a magnetic flux density), and the strength of the magnetic field satisfying the ECR condition given by is 875 Gauss.

【０００３】そこで、ＥＣＲプラズマ発生装置において
は、上記磁場の発生源の一つとして、励磁コイルが広く
用いられている。この様な技術を開示した文献として
は、例えば、特開平４−３５８０７７号公報がある。
この技術では、当該公報中の図１にも示す様に、真空室
を形成する真空チャンバの側面にその中心軸方向に沿っ
てコイルを設け、このコイルを励磁することによって、
真空チャンバの中心軸方向に沿って磁場を発生せしめて
いる。しかし、この様なコイルを磁場発生源に用いる場
合には、消費電力が大きくなると共に、装置全体が大型
化するという問題点が発生する。Therefore, in the ECR plasma generator, an exciting coil is widely used as one of the magnetic field generating sources. As a document disclosing such a technique, there is, for example, JP-A-4-358077.
In this technique, as shown in FIG. 1 of the publication, a coil is provided along the central axis direction on the side surface of the vacuum chamber forming the vacuum chamber, and the coil is excited,
A magnetic field is generated along the central axis of the vacuum chamber. However, when such a coil is used as a magnetic field generation source, power consumption increases and the size of the entire device increases.

【０００４】そこで、この様な問題点を解消するため
に、永久磁石を磁場発生源として用いる技術が提案され
ている。しかし、永久磁石を用いるときには、一つの永
久磁石で以て真空チャンバ内全体に一様な磁場を発生さ
せることが難しいため、次の様な技術が提案されてい
る。Therefore, in order to solve such a problem, a technique of using a permanent magnet as a magnetic field generating source has been proposed. However, when using a permanent magnet, it is difficult to generate a uniform magnetic field in the entire vacuum chamber with one permanent magnet, so the following technique has been proposed.

【０００５】その一つが、特開平３−４４４７３号公
報に開示されたものである。この技術では、当該公報中
の第１図や第２図に示す様に、プラズマ生成室（真空室
に該当）内に複数個の永久磁石をプラズマ生成室の側壁
に沿って配設している。これにより、プラズマ生成室内
全体に、比較的均一な、ＥＣＲ条件を満たす磁場を形成
している。One of them is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-44473. In this technique, as shown in FIG. 1 and FIG. 2 in the publication, a plurality of permanent magnets are arranged along the side wall of the plasma generation chamber in the plasma generation chamber (corresponding to a vacuum chamber). . As a result, a relatively uniform magnetic field that satisfies the ECR condition is formed in the entire plasma generation chamber.

【０００６】又、第二の方法が、特開昭５８−１２５
８２０号公報に開示されている。この技術では、その公
報中の第２図や第３図に示す様に、真空容器の側面に、
その軸方向に平行に複数個の永久磁石が配設されてい
る。これにより、真空容器の軸方向に沿って磁場が形成
される。又、同様な技術が、特開昭６３−２４４６０
０号公報にも開示されている。この技術においても、そ
の公報中の第１図に示す様に、真空チャンバの側面に、
その軸方向に沿って複数個の永久磁石が設けられてい
る。これにより、軸方向に沿って磁場が形成される。そ
して、これらの技術、においては、いずれも、マイ
クロ波をその断面が長方形の導波管のＨ面に沿って伝播
させることにより、真空室内に導波せしめている。A second method is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-125.
No. 820. In this technique, as shown in FIG. 2 and FIG. 3 of the publication, on the side surface of the vacuum container,
A plurality of permanent magnets are arranged parallel to the axial direction. As a result, a magnetic field is formed along the axial direction of the vacuum container. A similar technique is disclosed in JP-A-63-24460.
It is also disclosed in Japanese Patent Publication No. 0. Also in this technique, as shown in FIG. 1 of the publication, on the side surface of the vacuum chamber,
A plurality of permanent magnets are provided along the axial direction. As a result, a magnetic field is formed along the axial direction. In any of these techniques, microwaves are guided in the vacuum chamber by propagating the microwaves along the H plane of a waveguide having a rectangular cross section.

【０００７】更に永久磁石を用いた技術としては、社
団法人 プラズマ・核融合学会 第１０回年会予稿集
（１９９３年３月）の第４２頁ないし第４４頁（東洋大
学）に開示されたものがある。この技術においては、大
面積プラズマをマイクロ波放電で発生させるために、導
波管を真空室内に設け、当該導波管のＨ面の一方に、複
数個の永久磁石をその長手方向に沿って異極同士が対向
する様に配設している。そして、Ｈ面の他方に、複数の
開口を設けている。これにより、各開口から放射される
マイクロ波は、丁度スロットアンテナによる放射に相当
することとなる。そして、真空室内には、その軸方向に
沿って円筒形状のプラズマが発生される。この技術の要
点を模式的に示したのが、正に図１０である。Further, a technique using a permanent magnet is disclosed on pages 42 to 44 (Toyo University) of the Proceedings of the 10th Annual Meeting of the Plasma and Fusion Society of Japan (March 1993). There is. In this technique, in order to generate a large-area plasma by microwave discharge, a waveguide is provided in a vacuum chamber, and a plurality of permanent magnets are provided along one of the H faces of the waveguide in the longitudinal direction. The different poles are arranged so as to face each other. A plurality of openings are provided on the other side of the H surface. As a result, the microwave radiated from each aperture just corresponds to the radiation from the slot antenna. Then, in the vacuum chamber, a cylindrical plasma is generated along the axial direction. It is exactly FIG. 10 that schematically shows the main points of this technique.

【０００８】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術〜では、いずれも真空チャンバ（真空容器）
の軸方向に沿って磁場を生じさせているため、プラズマ
発生領域が当該軸方向に沿って円筒形状となる。この点
を模式的に示したのが、図１１の断面図である。同図
中、５０はその断面が長方形の導波管であり、５１はマ
イクロ波であり、５２は大気圧下にある導波管と真空チ
ャンバ５５内の真空室とを仕切ってマイクロ波５１を真
空室内に透過させる誘電体窓であり、５３及び５４は永
久磁石である。又、矢印５７は、真空チャンバ５５の軸
に平行な方向を示している。方向５７に沿って磁場が生
じるため、プラズマ発生領域は、方向５７の方向に広が
った、破線で示す領域５６となる。However, in all of the above-mentioned conventional techniques, the vacuum chamber (vacuum container) is used.
Since the magnetic field is generated along the axial direction of, the plasma generation region has a cylindrical shape along the axial direction. The cross-sectional view of FIG. 11 schematically shows this point. In the figure, 50 is a waveguide having a rectangular cross section, 51 is a microwave, and 52 is a microwave that separates the waveguide under atmospheric pressure from the vacuum chamber in the vacuum chamber 55. Reference numerals 53 and 54 denote permanent magnets, which are dielectric windows that are transmitted through the vacuum chamber. Further, an arrow 57 indicates a direction parallel to the axis of the vacuum chamber 55. Since the magnetic field is generated along the direction 57, the plasma generation region becomes the region 56 indicated by the broken line, which extends in the direction 57.

【０００９】この様に、プラズマ発生領域ないし形成領
域が真空チャンバの軸方向に沿って広がった領域となる
ため、従来技術では、実際には軸方向ないし長手方向に
均一にＥＣＲ条件が成立し得ないという問題点を惹起さ
せる。このことは、上記軸方向ないし長手方向に一様な
強度のプラズマを形成させることができないという問題
点をもたらす。As described above, since the plasma generation region or the formation region is a region that spreads along the axial direction of the vacuum chamber, in the prior art, the ECR condition can be actually established uniformly in the axial direction or the longitudinal direction. Raises the problem of not being. This causes a problem that it is not possible to form a plasma having a uniform intensity in the axial direction or the longitudinal direction.

【００１０】又、上記従来技術〜では、誘電体窓全
体にマイクロ波を照射させているので、誘電体窓を支持
する部材等の周辺機構部品を損傷させるおそれがあり、
そのため、高電力のマイクロ波を真空室内に導入するの
が困難であるという問題点をも発生させている。Further, in the above-mentioned conventional techniques, since the entire dielectric window is irradiated with microwaves, there is a risk of damaging peripheral mechanical parts such as members supporting the dielectric window.
Therefore, it is difficult to introduce high-power microwaves into the vacuum chamber.

【００１１】又、従来技術においては、導波管自体を
真空状態にする必要があるが、このために導波管内に不
要なプラズマが発生して、真空室内に於けるプラズマ発
生効率を著しく低下させてしまうという問題点がある。Further, in the prior art, it is necessary to make the waveguide itself in a vacuum state, but this causes unnecessary plasma to be generated in the waveguide, and the plasma generation efficiency in the vacuum chamber is significantly reduced. There is a problem that it will let you.

【００１２】この発明は、この様な問題点に鑑みて成さ
れたものである。その第一の目的は、真空室内にいわゆ
るカスプ磁場を発生せしめて、これによりシート状プラ
ズマを発生させると共に、当該シート状プラズマ内では
ＥＣＲ条件を均一化しようとすることである。又、第二
の目的は、高電力密度のマイクロ波を真空室内にシート
状に均一に放射可能とすることにより、電気エネルギー
の共鳴吸収が効率良く行われる様にすることである。更
にこの発明の第三の目的は、永久磁石が導波管の長手方
向に沿って作る磁場をも一様化させることである。更に
この発明の第四の目的は、導波管の長手方向に渡ってマ
イクロ波の放射を可能として、当該方向に対しても一様
な電場を形成可能とすることである。更にこの発明の第
五の目的は、高電力マイクロ波の真空室内への導入をも
可能とすることである。The present invention has been made in view of such problems. The first purpose thereof is to generate a so-called cusp magnetic field in the vacuum chamber, thereby generating a sheet-shaped plasma, and to make the ECR conditions uniform in the sheet-shaped plasma. A second object is to enable microwaves having a high power density to be uniformly radiated into the vacuum chamber in a sheet shape so that resonance absorption of electric energy can be efficiently performed. A third object of the present invention is to even out the magnetic field produced by the permanent magnet along the longitudinal direction of the waveguide. Further, a fourth object of the present invention is to allow microwaves to be radiated in the longitudinal direction of the waveguide and to form a uniform electric field also in that direction. A fifth object of the present invention is to enable introduction of high power microwave into the vacuum chamber.

【００１３】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明で
は、永久磁石が真空室内に作る磁場内に、その断面が長
方形の導波管及び前記真空室と大気とを遮断する誘電体
窓を介してマイクロ波を入射してＥＣＲ吸収を起こし、
これにより前記真空室内にプラズマを発生させる装置に
おいて、前記導波管のＥ面の一方を前記誘電体窓に対向
して配設し且つ当該一方のＥ面に開口を設ける一方、前
記導波管のＨ面のそれぞれに前記永久磁石をその同一磁
極同士を対向させて設けている。In the invention according to claim 1, in a magnetic field created by a permanent magnet in a vacuum chamber, a waveguide having a rectangular cross section and a dielectric window for blocking the vacuum chamber from the atmosphere are provided. Through which microwaves are incident to cause ECR absorption,
Thus, in the apparatus for generating plasma in the vacuum chamber, one of the E surfaces of the waveguide is arranged to face the dielectric window and an opening is provided in the one E surface, while the waveguide is formed. The permanent magnets are provided on each of the H surfaces with the same magnetic poles facing each other.

【００１４】請求項２に係る発明では、請求項１記載の
ＥＣＲプラズマ発生装置に対して更に、前記開口より放
射された前記マイクロ波を前記真空室内に収束させるた
めのレンズを前記Ｅ面の一方と前記誘電体窓との間に配
設している。According to a second aspect of the present invention, in addition to the ECR plasma generator of the first aspect, a lens for converging the microwave radiated from the opening into the vacuum chamber is provided on one of the E surfaces. And the dielectric window.

【００１５】請求項３に係る発明では、請求項１又は２
記載のＥＣＲプラズマ発生装置において、前記Ｈ面の各
々に設けられた前記永久磁石を前記Ｈ面の長手方向に沿
って少なくとも３つの永久磁石に分割して構成してい
る。According to the invention of claim 3, claim 1 or 2
In the ECR plasma generator described, the permanent magnets provided on each of the H surfaces are divided into at least three permanent magnets along the longitudinal direction of the H surfaces.

【００１６】請求項４に係る発明では、請求項１乃至３
の何れかに記載のＥＣＲプラズマ発生装置において、前
記開口を前記Ｅ面の長手方向に沿って複数個設けてい
る。According to the invention of claim 4, claims 1 to 3
In the ECR plasma generation device according to any one of 1 to 3, a plurality of the openings are provided along the longitudinal direction of the E surface.

【００１７】[0017]

【作用】請求項１に係る発明では、導波管の各Ｈ面に設
けられた対の永久磁石は、真空室内に、導波管の長手方
向（Ｈ面の長手方向）に一様であり、Ｅ面に垂直な方向
に勾配を持ったカスプ磁場を発生させる。しかも、同一
磁極同士が対向配置された対の永久磁石が構成されてい
るので、共鳴磁場空間は当該永久磁石から離れた位置に
生成可能となる。導波管のＥ面に形成された開口は、電
気双極子放射源として、マイクロ波をシート状に真空室
へ向けて放射する。そして、電気双極子放射の属性とし
て、Ｅ面開口からのマイクロ波放射の指向性は、Ｈ面か
ら放射させた場合と比べて本質的に狭くなる。この指向
性の狭さは、シート状プラズマ生成に有利的に作用す
る。その結果、マイクロ波はＥＣＲ条件を満足するカス
プ磁場内の位置において共鳴吸収され、シート状プラズ
マが発生する。In the invention according to claim 1, the pair of permanent magnets provided on each H surface of the waveguide are uniform in the longitudinal direction of the waveguide (longitudinal direction of the H surface) in the vacuum chamber. , A cusp magnetic field having a gradient in a direction perpendicular to the E-plane is generated. Moreover, since a pair of permanent magnets in which the same magnetic poles are arranged to face each other is configured, the resonance magnetic field space can be generated at a position apart from the permanent magnet. The opening formed on the E surface of the waveguide radiates the microwave in a sheet shape toward the vacuum chamber as an electric dipole radiation source. Then, as an attribute of electric dipole radiation, the directivity of microwave radiation from the E-plane aperture is essentially narrower than in the case of radiation from the H-plane. This narrowed directivity has an advantageous effect on sheet-like plasma generation. As a result, the microwave is resonantly absorbed at a position within the cusp magnetic field that satisfies the ECR condition, and a sheet-shaped plasma is generated.

【００１８】請求項２に係る発明では、Ｅ面の開口より
放射されたマイクロ波は、レンズ、誘電体窓を介して真
空室内に導波される。その際、レンズに入射したマイク
ロ波は、屈折されることによって収束されながら真空室
内に入射する。つまり、この場合には、レンズは一つの
導波路として働き、マイクロ波の電力密度を増加させ
る。この意味において、レンズを設けることは、マイク
ロ波をレンズ効果によって収束させるのと等価的にな
る。そして、その際、マイクロ波は、誘電体窓を局所的
に透過する。加えて、マイクロ波は、真空室内の位置に
収束するため、マイクロ波の電力密度は高められ、ＥＣ
Ｒ吸収されて生ずるシート状プラズマの電力密度が高く
なる。特に、収束位置がＥＣＲ条件の成立する磁場強度
位置に等しいときには、シート状プラズマの電力密度は
著しく高められる。In the invention according to claim 2, the microwave radiated from the opening of the E surface is guided into the vacuum chamber through the lens and the dielectric window. At that time, the microwave entering the lens enters the vacuum chamber while being converged by being refracted. That is, in this case, the lens acts as one waveguide and increases the microwave power density. In this sense, providing the lens is equivalent to converging the microwave by the lens effect. Then, at that time, the microwave locally transmits through the dielectric window. In addition, since the microwave converges on the position in the vacuum chamber, the power density of the microwave is increased and the EC
The power density of the sheet-like plasma generated by R absorption increases. In particular, when the convergence position is equal to the magnetic field strength position where the ECR condition is satisfied, the power density of the sheet-shaped plasma is significantly increased.

【００１９】請求項３に係る発明では、各Ｈ面上の永久
磁石が長手方向に沿って複数（少なくとも３つ）の永久
磁石に分割して構成されている。従って、永久磁石のＮ
極及びＳ極近傍においても、長手方向に沿ったカスプ磁
場の強さが一様になる。In the invention according to claim 3, the permanent magnets on each H surface are divided into a plurality of (at least three) permanent magnets along the longitudinal direction. Therefore, N of the permanent magnet
Even in the vicinity of the pole and the S pole, the strength of the cusp magnetic field along the longitudinal direction becomes uniform.

【００２０】請求項４に係る発明では、Ｅ面、従って導
波管の長手方向に対しても、一様な電力のマイクロ波が
シート状に放射される。In the invention according to claim 4, microwaves having a uniform electric power are radiated in the form of a sheet even in the E plane, and thus in the longitudinal direction of the waveguide.

【００２１】[0021]

【実施例】図１は、この発明の一実施例であるＥＣＲを
用いたプラズマ発生装置１０の正面図を、一部断面図形
式で、又、一部の構成要素をブロック図形式で以て示し
た説明図である。更に図１中の断線ＩＩ−ＩＩ及び断線
ＩＩＩ−ＩＩＩに関する断面矢視図を、それぞれ図２及
び図３に示す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a front view of a plasma generator 10 using an ECR according to an embodiment of the present invention, in a partially sectional view form, and a part of its components in a block diagram form. It is the explanatory view shown. 2 and 3 are sectional views taken along line II-II and line III-III in FIG. 1, respectively.

【００２２】図１〜図３において、真空室（プラズマ生
成室）４を形成する真空チャンバ１７（当該真空チャン
バ１７は、円筒形状を有する）の上には、プラズマを発
生させる雰囲気ガスを導入するためのガス導入口９が形
成されている。従って、このガス導入口９を介して、処
理ガスボンベ２０内の雰囲気ガスが、開閉弁２１を介し
て真空室４内に導入される。又、真空チャンバ１７の下
面側には真空ポンプ８が接続されており、この真空ポン
プ８（ターボ分子ポンプ等）の作動により、真空室４は
排気される。又、真空室４の中央部分には、試料ホルダ
１９による支持を介して、試料１８が配置されている。1 to 3, an atmospheric gas for generating plasma is introduced into a vacuum chamber 17 (which has a cylindrical shape) forming a vacuum chamber (plasma generation chamber) 4. A gas inlet 9 for forming the gas is formed. Therefore, the atmospheric gas in the processing gas cylinder 20 is introduced into the vacuum chamber 4 via the opening / closing valve 21 via the gas introduction port 9. A vacuum pump 8 is connected to the lower surface side of the vacuum chamber 17, and the vacuum chamber 4 is evacuated by the operation of the vacuum pump 8 (a turbo molecular pump or the like). A sample 18 is arranged in the central portion of the vacuum chamber 4 through the support of a sample holder 19.

【００２３】真空チャンバ１７の一方の側面側には、開
口部（マイクロ波導入口）２２が形成されており、この
開口部２２に於ける真空チャンバ１７の端面には、Ｏリ
ング１５を介して、フランジ２３の一面がボルト締結さ
れている。このフランジ２３の他面側には凹部が形成さ
れており、この他面側において、もう一つのフランジ２
４がフランジ２３とボルト締結されている。そして、フ
ランジ２３の上記他面と当接したフランジ２４の一面に
は、上記フランジ２３の他面に設けられた凹部と同一寸
法の凹部が形成されている。そして、両凹部内には、Ｏ
リング１３、１４を介して、誘電体窓６が嵌め込まれて
いる。この誘電体窓６は、２．４５Ｈｚのマイクロ波を
透過させる物質からなるものであり、例えば、石英ガラ
スから構成されている。そして、誘電体窓６は、マイク
ロ波を真空室４内に導入すると共に、当該真空室４と大
気とを遮断させる役目をも担っている。An opening portion (microwave introduction port) 22 is formed on one side surface side of the vacuum chamber 17, and an end surface of the vacuum chamber 17 in the opening portion 22 is provided with an O-ring 15 between them. One surface of the flange 23 is bolted. A concave portion is formed on the other surface side of the flange 23, and the other flange 2 is formed on the other surface side.
4 is bolted to the flange 23. A recess having the same size as the recess provided on the other surface of the flange 23 is formed on one surface of the flange 24 that is in contact with the other surface of the flange 23. Then, in both recesses, O
The dielectric window 6 is fitted via the rings 13 and 14. The dielectric window 6 is made of a substance that transmits a microwave of 2.45 Hz, and is made of, for example, quartz glass. The dielectric window 6 plays a role of introducing the microwave into the vacuum chamber 4 and blocking the vacuum chamber 4 from the atmosphere.

【００２４】又、フランジ２４の他面側にも凹部が形成
されており、この凹部には、誘電体窓６に対向する様に
フランジ２５が嵌め込まれた上で、フランジ２４とボル
ト締結されている。そして、このフランジ２５の中央部
にも又、凹部が形成されており、この凹部に誘電体レン
ズ７が固着されている。この誘電体レンズ７は、誘電体
製の凸レンズであり、図２に示す様に、誘電体窓６に対
向した面が曲率半径Ｒの曲面を成しており、従って、図
２の紙面に垂直方向に延びた長い半円筒体形状をなして
いる。この誘電体レンズ７は、マイクロ波を屈折してそ
の発散を抑制し、以て真空室４内の位置に実質的に収束
させるためのものであり、それによりマイクロ波電力密
度が増加するという意味で、導波路としての役目を担っ
ている。そして、その収束位置（マイクロ波電力密度を
高められる位置）が丁度ＥＣＲ条件を満足させる位置と
一致する様に、本実施例は設定されている。この点につ
いては、後述する。A concave portion is also formed on the other surface side of the flange 24, and the flange 25 is fitted into the concave portion so as to face the dielectric window 6 and then bolted to the flange 24. There is. A recess is also formed in the center of the flange 25, and the dielectric lens 7 is fixed to this recess. This dielectric lens 7 is a dielectric convex lens, and as shown in FIG. 2, the surface facing the dielectric window 6 forms a curved surface with a radius of curvature R, and therefore is perpendicular to the paper surface of FIG. It has a long semi-cylindrical shape extending in the direction. This dielectric lens 7 is for refracting the microwave to suppress its divergence, thereby substantially converging it to a position in the vacuum chamber 4, which means that the microwave power density is increased. Therefore, it plays a role as a waveguide. Then, the present embodiment is set so that the converged position (the position where the microwave power density can be increased) exactly coincides with the position where the ECR condition is satisfied. This point will be described later.

【００２５】上記誘電体レンズ７の材質は、共鳴吸収さ
れるマイクロ波の周波数とそれに対する屈折率との関係
で決定される。本実施例では、２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波を用いているので、誘電体レンズ７としては、チタ
ン酸バリウムを用いることができるが、その他にも窒化
ホウ素（ＢＮ）や石英ガラスやステアタイトやサファイ
ア等の各種誘電体を用いることが可能である。The material of the dielectric lens 7 is determined by the relationship between the frequency of the microwaves that are resonantly absorbed and the refractive index of the microwaves. Since the microwave of 2.45 GHz is used in the present embodiment, barium titanate can be used as the dielectric lens 7, but in addition, boron nitride (BN), quartz glass, steatite, sapphire can be used. It is possible to use various dielectrics such as.

【００２６】尚、誘電体レンズ７に代えて、いわゆる電
波レンズを用いても良い。電波レンズは、周知の通り、
複数の金属板を使って屈折率ｎ＜１という条件を実現し
たレンズであり、凸レンズとしての機能を有している。
従って、電波レンズも又、実質的に導波路としての作用
を発揮する。A so-called radio wave lens may be used instead of the dielectric lens 7. As is well known, radio wave lenses
This lens realizes the condition that the refractive index n <1 by using a plurality of metal plates and has a function as a convex lens.
Therefore, the radio wave lens also substantially acts as a waveguide.

【００２７】そこで、ここでは、誘電体レンズ７やそれ
に代わる電波レンズの総称として、レンズと呼んでい
る。そして、それは、実質的には、導波路として振舞
う。Therefore, here, the dielectric lens 7 and a radio wave lens that replaces it are collectively referred to as a lens. And it behaves essentially as a waveguide.

【００２８】又、両フランジ２３、２４内には、冷却水
循環路２６が設けられている。この循環路２６内に冷却
水を流すことにより、真空室４内に生じたプラズマのエ
ネルギーがフランジ２３にリークして、両フランジ２
３、２４が熱せられるのを冷却している。A cooling water circulation passage 26 is provided in each of the flanges 23 and 24. By flowing the cooling water into the circulation path 26, the energy of the plasma generated in the vacuum chamber 4 leaks to the flange 23 and the flanges 2
It is cooling that 3, 24 are heated.

【００２９】更に誘電体レンズ７の凸面ではない他方の
面（平面）には、導波管２が当接されている。この導波
管２は、その断面が長方形のいわゆる長方形導波管と呼
ばれるものであり、導波管２内は大気圧下にある。そし
て、導波管２は、その長手方向（図２では、紙面に垂直
な方向）に延びている。換言すれば、導波管２の長手方
向に沿って、誘電体レンズ７が導波管２の一方のＥ面４
１に当接されている。そして、導波管２の一方のＥ面４
１（以後、単にＥ面４１と称す）上には、導波管２の長
手方向、つまりＥ面４１の長手方向に沿って、所定の寸
法の開口１１（以後、穴１１と称す）が等間隔で設けら
れている。この穴１１は、マイクロ波を真空室４内に放
射する機能を有している。この点については、後述す
る。Further, the waveguide 2 is in contact with the other surface (flat surface) of the dielectric lens 7 which is not the convex surface. The waveguide 2 is a so-called rectangular waveguide having a rectangular cross section, and the inside of the waveguide 2 is under atmospheric pressure. The waveguide 2 extends in the longitudinal direction (in FIG. 2, the direction perpendicular to the paper surface). In other words, the dielectric lens 7 is arranged along the longitudinal direction of the waveguide 2 so that the dielectric lens 7 is located on one E surface 4 of the waveguide 2.
1 is abutted. Then, one E surface 4 of the waveguide 2
An opening 11 (hereinafter referred to as a hole 11) having a predetermined size is formed on one (hereinafter, simply referred to as an E surface 41) along the longitudinal direction of the waveguide 2, that is, the longitudinal direction of the E surface 41. It is provided at intervals. The hole 11 has a function of radiating a microwave into the vacuum chamber 4. This point will be described later.

【００３０】又、導波管２の両Ｈ面４２、４３上には、
それぞれ永久磁石５Ａ、５Ｂ（両者を総称するときに
は、永久磁石５と記す）が、その同一磁極同士を対向さ
せる態様で配設されている。本実施例では、永久磁石５
Ａ、５ＢのＮ極同士が対向している。勿論、本実施例の
逆のケース、即ち、Ｓ極同士を対向させる様にしても良
い。Further, on both H surfaces 42 and 43 of the waveguide 2,
Permanent magnets 5A and 5B (referred to as permanent magnets 5 when both are collectively referred to) are arranged in such a manner that the same magnetic poles face each other. In this embodiment, the permanent magnet 5
The north poles A and 5B face each other. Of course, the opposite case of this embodiment, that is, the S poles may be opposed to each other.

【００３１】両永久磁石５Ａ、５Ｂの配設方法は、次の
通りである。即ち、フランジ２４の上記他面側に２つの
Ｌ字型のブロック２７をボルト締結すると共に、更に当
該ブロック２７にヨーク１２をボルト締結する。そし
て、このヨーク１２と導波管２との空間内に、両永久磁
石５Ａ、５Ｂを嵌合せしめている。両永久磁石５Ａ、５
Ｂは、導波管２の長手方向、つまりＨ面４２、４３の長
手方向に沿って延びた直方体の棒状永久磁石である。そ
して、ここでは、両永久磁石５Ａ、５Ｂは、一つの永久
磁石から成るものとされている。The method of disposing both permanent magnets 5A and 5B is as follows. That is, two L-shaped blocks 27 are bolted to the other surface side of the flange 24, and the yoke 12 is bolted to the blocks 27. Then, both permanent magnets 5A and 5B are fitted in the space between the yoke 12 and the waveguide 2. Both permanent magnets 5A, 5
B is a rectangular parallelepiped rod-shaped permanent magnet extending in the longitudinal direction of the waveguide 2, that is, in the longitudinal direction of the H surfaces 42 and 43. And, here, both permanent magnets 5A and 5B are assumed to be composed of one permanent magnet.

【００３２】又、導波管２の一端には、同調器３を介し
て、マイクロ波発生装置（マイクロ波発振器）１が接続
されている。ここでは、当該装置１は、２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波を発振する。A microwave generator (microwave oscillator) 1 is connected to one end of the waveguide 2 via a tuner 3. Here, the device 1 is 2.45 GHz.
Oscillates the microwave.

【００３３】この様に、両永久磁石５Ａ、５Ｂを、真空
室４外にある導波管２の各Ｈ面４２、４３上に、その同
一磁極を対向させる形態で配置したことにより、両永久
磁石５Ａ、５Ｂは、真空室４内に、いわゆるカスプ磁場
を発生させる。この点を模式的に示したのが、図４及び
図５である。As described above, by disposing the two permanent magnets 5A and 5B on the respective H surfaces 42 and 43 of the waveguide 2 outside the vacuum chamber 4, the same magnetic poles are opposed to each other. The magnets 5A and 5B generate a so-called cusp magnetic field in the vacuum chamber 4. This point is schematically shown in FIGS. 4 and 5.

【００３４】図４は、Ｎ極同士を対向して配置させた場
合に、両永久磁石５Ａ、５Ｂが作るカスプ磁場を磁力線
で以て表わした斜視図である。但し、両永久磁石５Ａ、
５Ｂで挟み込まれた導波管２の図示は、省略している。
そして、図４中の矢印２８の方向から両永久磁石５Ａ、
５Ｂを眺めた平面図が、図５に該当している。両図４、
５より明らかな通り、Ｎ極同士が対向配置されている結
果、Ｎ極より出た磁力線のくびれは大きく、磁場勾配が
急峻となる。従って、合成磁場は、Ｅ面４１の長手方向
に一様であり、且つＥ面４１の垂直方向（試料方向）に
勾配を持つ直線状カスプ磁場となる。FIG. 4 is a perspective view showing the cusp magnetic field created by both permanent magnets 5A and 5B by magnetic force lines when the N poles are arranged to face each other. However, both permanent magnets 5A,
Illustration of the waveguide 2 sandwiched by 5B is omitted.
Then, from the direction of arrow 28 in FIG. 4, both permanent magnets 5A,
A plan view of 5B corresponds to FIG. Both Figure 4,
As is clear from 5, as a result of the N poles being arranged to face each other, the magnetic field lines emerging from the N pole have a large constriction and the magnetic field gradient becomes steep. Therefore, the synthetic magnetic field is a linear cusp magnetic field that is uniform in the longitudinal direction of the E-plane 41 and has a gradient in the direction perpendicular to the E-plane 41 (sample direction).

【００３５】カスプ磁場は、この様な特性を持った発散
状の磁場である。磁場勾配が急峻であるということは、
ＥＣＲ放電により生じたプラズマを試料方向へ向かって
加速する力を大きくすることができるという利点、即
ち、プラズマの加速効果を高めるという利点をもたら
す。これは、ビーム源として有利であると言える。又、
発散状の磁場を形成できるという点は、ＥＣＲ条件が成
立する空間領域を磁石対から離れた位置に形成できる、
つまり、共鳴磁場空間を真空チャンバ１７（プラズマ容
器）から離すことができるという利点をもたらす。これ
は、プラズマのエネルギー損失を減少させるという効果
をもたらす。そして何よりも先ず、以上の様な性質を有
するカスプ磁場の形状により、導波管２のＥ面４１に略
平行なシート状のプラズマの形成を可能とし得たことで
ある。ここでシート状プラズマと言っても、それは３次
元的な広がりをもっている。The cusp magnetic field is a divergent magnetic field having such characteristics. The steep magnetic field gradient means that
This brings the advantage that the force for accelerating the plasma generated by the ECR discharge toward the sample can be increased, that is, the effect of accelerating the plasma can be enhanced. This can be said to be advantageous as a beam source. or,
The point that a divergent magnetic field can be formed is that the spatial region where the ECR condition is satisfied can be formed at a position distant from the magnet pair.
That is, there is an advantage that the resonance magnetic field space can be separated from the vacuum chamber 17 (plasma container). This has the effect of reducing the energy loss of the plasma. First and foremost, the shape of the cusp magnetic field having the above properties makes it possible to form a sheet-like plasma substantially parallel to the E-plane 41 of the waveguide 2. Even if we call it sheet-like plasma, it has a three-dimensional spread.

【００３６】次に、本実施例で用いている導波管２の構
成について詳述する。ここで、図６は、導波管２の斜視
図である。前述した通り、Ｅ面４１には、等間隔で同一
形状・同一寸法の穴１１がその長手方向に沿って形成さ
れている。今、ｘｙｚ座標軸を図６に示す様にとるもの
とすれば、マイクロ波発生装置１（図１）より出たマイ
クロ波４０は、導波管２中をｚ方向に沿って伝播する。
導波管２はいわゆる長方形導波管、即ち、導波管２をｘ
ｙ平面で切断して出来る断面は長方形であるので、周知
の通り、当該導波管２中を伝わるマイクロ波４０として
は、Ｅ波（ＴＭ波）とＨ波（ＴＥ波）の２波のモードが
存在する。このとき、Ｅ面４１上においては、Ｅ波の電
場のｘ，ｙ，ｚ成分の内、ｘ成分とｚ成分とはいずれも
０であり、Ｅ面４１に直交するｙ成分のみが存在する。
そして、そのｙ成分は、ｍを整数として、ｓｉｎ（ｍπ
ｘ／Ｗ）に比例する。逆に、磁場の強さは、Ｅ面４１上
に平行なｘ成分のみとなる。又、Ｈ波についても、電場
はｙ成分のみであり、その大きさはｓｉｎ（ｍπｘ／
Ｗ）に比例する。この様な特質を持った面が、Ｅ面４１
である。これに対して、Ｈ面４２、４３上では、Ｈ波の
電場はＨ面４２、４３に直交するｘ成分のみとなる。磁
場の強さは、逆にｙ成分のみとなる。Ｅ波についても同
様である。従って、この様な特質を持った面が、Ｈ面４
２、４３であると言える。尚、本実施例では、導波管モ
ードとしてＴＥ波を用いるのが好適である。Next, the structure of the waveguide 2 used in this embodiment will be described in detail. Here, FIG. 6 is a perspective view of the waveguide 2. As described above, on the E surface 41, the holes 11 having the same shape and the same size are formed at equal intervals along the longitudinal direction thereof. Now, assuming that the xyz coordinate axes are as shown in FIG. 6, the microwave 40 emitted from the microwave generator 1 (FIG. 1) propagates in the waveguide 2 along the z direction.
The waveguide 2 is a so-called rectangular waveguide, that is, the waveguide 2 is x
Since the cross section formed by cutting in the y-plane is a rectangle, as is well known, the microwave 40 propagating in the waveguide 2 has two wave modes of E wave (TM wave) and H wave (TE wave). Exists. At this time, on the E-plane 41, of the x-, y-, and z-components of the electric field of the E-wave, both the x-component and the z-component are 0, and only the y-component orthogonal to the E-plane 41 exists.
Then, the y component is sin (mπ
x / W). On the contrary, the strength of the magnetic field is only the x component parallel to the E surface 41. Also for the H wave, the electric field has only the y component, and its magnitude is sin (mπx /
W). The surface with such characteristics is the E surface 41
Is. On the other hand, on the H planes 42 and 43, the electric field of the H wave is only the x component orthogonal to the H planes 42 and 43. On the contrary, the strength of the magnetic field is only the y component. The same applies to the E wave. Therefore, the surface with such characteristics is the H surface 4
It can be said to be 2, 43. In this example, it is preferable to use TE wave as the waveguide mode.

【００３７】Ｅ面４１の各穴１１からは、長手方向（ｚ
方向）に一様な電力を有するマイクロ波４４が、真空室
４（図１）に向けてシート状に放射される。この場合に
は、マイクロ波４４の発生開口である穴１１は、電気双
極子放射源となっている。従って、Ｅ面４１は、マイク
ロ波放射器を構成しているものと言える。この場合、Ｅ
面４１の高さ、つまり導波管２の幅Ｗを任意に小さくす
ることにより、放射電力密度を任意に大きくすることが
できる。From each hole 11 of the E surface 41, the longitudinal direction (z
The microwave 44 having a uniform electric power in the direction) is radiated in a sheet shape toward the vacuum chamber 4 (FIG. 1). In this case, the hole 11 that is the generation opening of the microwave 44 serves as an electric dipole radiation source. Therefore, it can be said that the E surface 41 constitutes a microwave radiator. In this case, E
The radiation power density can be arbitrarily increased by arbitrarily reducing the height of the surface 41, that is, the width W of the waveguide 2.

【００３８】ここで、本実施例でＥ面開口放射を用いる
のは、次の理由によるものである。即ち、マイクロ波の
Ｅ面開口放射は電気双極子放射であり、この電気双極子
放射の属性の結果として、Ｅ面開口放射の指向性は、Ｈ
面開口放射とした場合に比べて、本質的により一層狭く
なる。この指向性の狭さは、放射されたマイクロ波の電
力密度の増大をもたらし、シート状プラズマ生成の観点
から言って極めて当を得たものである。The reason why the E-plane aperture radiation is used in this embodiment is as follows. That is, microwave E-plane aperture radiation is electric dipole radiation, and as a result of the attributes of this electric dipole radiation, the directivity of E-plane aperture radiation is H
It is essentially much narrower than if it were a plane aperture radiation. This narrow directivity brings about an increase in the power density of the radiated microwaves, which is extremely appropriate from the viewpoint of sheet-like plasma generation.

【００３９】以上の説明を踏まえて、図１〜図３に基づ
き、プラズマ発生装置１０の動作を説明する。先ず、真
空ポンプ８によって真空に保たれた真空室４内にガス導
入口９を介して雰囲気ガスを導入し、所定の真空度に保
つ。Based on the above description, the operation of the plasma generator 10 will be described with reference to FIGS. First, the atmospheric gas is introduced into the vacuum chamber 4 which is kept vacuum by the vacuum pump 8 through the gas inlet 9 to maintain a predetermined degree of vacuum.

【００４０】次に、マイクロ波発生装置１によりマイク
ロ波を発生させる。マイクロ波は導波管２内をＨ面４
２、４３に沿って伝播し、各穴１１よりシート状に指向
性の狭いマイクロ波が放射される。ここで、誘電体レン
ズ７がないものとした場合には、Ｅ面４１からの距離ｒ
（図７）に反比例してマイクロ波は減衰していく。しか
し、本実施例では、誘電体レンズ７が誘電体窓６とＥ面
４１との間に、穴１１に対向して配設されているため、
穴１１より放射されたマイクロ波は、導波路としての誘
電体レンズ７に入射し、導波路効果（それは、同一効果
をもたらすという点でレンズ効果（凸レンズ効果）と等
価であると言える。）によって真空室４内に伝播され
る。従って、真空室４内に入射したマイクロ波は、Ｅ面
開口放射時には狭い指向性を具備している上に、更に空
間的にそのエネルギー（ないし電場）が閉じ込められな
がら試料方向へと向かって伝播していく波となる。これ
は、電束線が収束されていると言える。しかも本実施例
では、その収束位置が、カスプ磁場の垂直成分がＥＣＲ
条件（２．４５ＧＨｚのマイクロ波に対しては、磁場の
強さが８７５ガウス）を満足する位置に一致する様に設
定されている。これは、永久磁石５Ａ、５Ｂの磁気力の
調整により可能である。この点を模式的に断面図形式で
示したのが、図７である。Next, the microwave generator 1 generates microwaves. Microwaves pass through the waveguide 2 in the H plane 4
Microwaves having a narrow directivity are radiated from each hole 11 in a sheet shape, propagating along 2 and 43. Here, when the dielectric lens 7 is not provided, the distance r from the E surface 41 is
The microwave attenuates in inverse proportion to (Fig. 7). However, in the present embodiment, since the dielectric lens 7 is disposed between the dielectric window 6 and the E surface 41 so as to face the hole 11,
The microwave radiated from the hole 11 enters the dielectric lens 7 as a waveguide, and is caused by the waveguide effect (which is equivalent to the lens effect (convex lens effect) in that it brings about the same effect). It is propagated in the vacuum chamber 4. Therefore, the microwave entering the vacuum chamber 4 has a narrow directivity at the time of E-plane aperture radiation, and further propagates toward the sample while spatially confining its energy (or electric field). It will be a wave to do. It can be said that the electric flux lines are converged. Moreover, in this embodiment, the convergence position is such that the vertical component of the cusp magnetic field is ECR.
It is set so as to coincide with a position satisfying the condition (the magnetic field strength is 875 gauss for the microwave of 2.45 GHz). This is possible by adjusting the magnetic force of the permanent magnets 5A and 5B. FIG. 7 schematically shows this point in a sectional view format.

【００４１】図７において、Ｅ面４１から距離ｒだけ離
れた位置がＥＣＲ条件を満たす位置であり、その位置に
マイクロ波４４が収束する。従って、マイクロ波４４
は、ＥＣＲ条件の成立する上記磁場強度位置にて共鳴吸
収され、しかもマイクロ波は収束されているので、高電
力密度のシート状プラズマ４５が形成される。しかも、
シート状プラズマ４５内のＥＣＲ条件は均一となってい
る。そして、磁力線４６で示される磁場とマイクロ波４
４の電場とは、導波管２の長手方向に沿って一様に励起
されているので、シート状プラズマ４５も又、その長手
方向に沿って均一的に形成される。In FIG. 7, the position away from the E surface 41 by the distance r is the position satisfying the ECR condition, and the microwave 44 converges at that position. Therefore, the microwave 44
Is resonantly absorbed at the magnetic field strength position where the ECR condition is satisfied, and the microwave is converged, so that the sheet-like plasma 45 of high power density is formed. Moreover,
The ECR conditions in the sheet-shaped plasma 45 are uniform. Then, the magnetic field indicated by the line of magnetic force 46 and the microwave 4
Since the electric field of 4 is uniformly excited along the longitudinal direction of the waveguide 2, the sheet-like plasma 45 is also uniformly formed along the longitudinal direction thereof.

【００４２】上記磁場強度位置（距離ｒ）で発生したシ
ート状プラズマ４５は、その後、カスプ磁場より受ける
ローレンツ力により試料１８方向へと加速される。The sheet-shaped plasma 45 generated at the magnetic field strength position (distance r) is then accelerated toward the sample 18 by the Lorentz force received from the cusp magnetic field.

【００４３】尚、上述した実施例では、（ＥＣＲ条件の
磁場強度位置）＝（マイクロ波の収束位置）という理想
的なケースであったが、マイクロ波の収束位置がＥＣＲ
条件の磁場強度位置近傍に設定されている場合において
も、ほぼ同様な効果が得られる。即ち、高電力密度のシ
ート状プラズマが長手方向に沿って形成される。又、誘
電体レンズ７を用いずにマイクロ波を放射する場合に
は、得られるプラズマの電力密度は誘電体レンズ７を用
いたときと比較して小さくなることは確かであるが、こ
の場合においても又、ＥＣＲ条件が均一に成立するシー
ト状プラズマを長手方向に沿って形成可能である。In the above-described embodiment, the ideal case of (magnetic field strength position under ECR condition) = (converging position of microwave) is the ideal case, but the convergent position of microwave is ECR.
Even when it is set near the magnetic field strength position of the condition, almost the same effect can be obtained. That is, sheet-shaped plasma with high power density is formed along the longitudinal direction. Moreover, when microwaves are radiated without using the dielectric lens 7, the power density of the obtained plasma is certainly smaller than that when the dielectric lens 7 is used, but in this case, Also, it is possible to form a sheet-like plasma in which the ECR condition is uniformly established along the longitudinal direction.

【００４４】以上述べたプラズマ発生装置１０において
は、次の様な利点がある。先ず、(1) 導波管２のＨ面４
２、４３に同一の磁極と対向させて対の永久磁石を設け
てカスプ磁場を作り、このカスプ磁場とＥ面４１からシ
ート状に放射されるマイクロ波との共鳴を利用している
ので、その内部ではＥＣＲ条件が均一に成立するシート
状プラズマを形成できる。又、(2) カスプ磁場の磁場勾
配の急峻性を利用して、プラズマの加速度を高めること
ができる。又、(3) 上述した様にＥ面４１に開口（穴）
１１を用いているので、Ｅ面４１に垂直方向（試料方
向）のマイクロ波放射の指向性がＨ面開口放射とした場
合と比べて格段に狭いので、この点は、シート状プラズ
マ生成に有利に働く。又、(4) レンズ効果を用いてマイ
クロ波を収束させているので、電力密度の大きなマイク
ロ波放射を任意の長さに亘って行え、しかも共鳴吸収さ
れて得られるプラズマのエネルギー密度を著しく高める
ことが可能となる。更に、(5) Ｈ面４１に複数個の穴１
１を設けて長手方向に一様な電力のマイクロ波を形成し
ているので、長手方向に任意の長さのシート状プラズマ
を形成できる。加えて、(6) 誘電体レンズ７をも長手方
向に延びた長い半円筒形状としているので、シート状プ
ラズマの電力密度は長手方向に対しても強められる。し
かも、(7) マイクロ波は、レンズ効果による収束のため
に誘電体窓６の中央部のみを透過するだけである。従っ
て、その際に誘電体窓６に発生する熱は、その中央部近
傍において局所的に発生するのみである。しかも、誘電
体窓６の熱伝導率は小さい。このため、誘電体窓６を支
持するＯリング１３、１４等の支持機構部の損傷を軽減
することができる。このことは、高電力マイクロ波の真
空室４内への導波を可能ならしめる利点をもたらす。The plasma generator 10 described above has the following advantages. First, (1) H surface 4 of the waveguide 2
Since a cusp magnetic field is created by providing a pair of permanent magnets facing the same magnetic poles on the magnets 2 and 43, the resonance between this cusp magnetic field and the microwave radiated in a sheet form from the E surface 41 is utilized. Inside, a sheet-shaped plasma that uniformly satisfies the ECR condition can be formed. (2) The steepness of the magnetic field gradient of the cusp magnetic field can be used to increase the plasma acceleration. Also, (3) As mentioned above, an opening (hole) is made in the E surface 41.
Since 11 is used, the directivity of microwave radiation in the direction perpendicular to the E-plane 41 (sample direction) is much narrower than in the case of H-plane aperture radiation, which is advantageous for sheet-like plasma generation. To work. (4) Since the microwave is converged by using the lens effect, microwave radiation with large power density can be performed over an arbitrary length, and the energy density of the plasma obtained by resonance absorption can be significantly increased. It becomes possible. Further, (5) a plurality of holes 1 on the H surface 41
Since 1 is provided to generate microwaves with uniform electric power in the longitudinal direction, it is possible to form sheet-shaped plasma having an arbitrary length in the longitudinal direction. In addition, (6) since the dielectric lens 7 also has a long semi-cylindrical shape extending in the longitudinal direction, the power density of the sheet-shaped plasma can be strengthened also in the longitudinal direction. Moreover, (7) the microwaves only pass through the central portion of the dielectric window 6 due to the convergence due to the lens effect. Therefore, the heat generated in the dielectric window 6 at that time is only locally generated in the vicinity of the central portion thereof. Moreover, the thermal conductivity of the dielectric window 6 is small. For this reason, it is possible to reduce damage to the support mechanism portions such as the O-rings 13 and 14 that support the dielectric window 6. This has the advantage that high-power microwaves can be guided into the vacuum chamber 4.

【００４５】更に、(8) 導波管２の幅Ｗを任意に小さく
する、つまり磁極間隔を任意に狭くできるので、単に当
該磁極間隔を調整するだけで容易にカスプ磁場の強さを
大きくすることができるという利点もある。その際、磁
場勾配がより急峻となるので、より一層、プラズマ加速
効果を高めることができる。しかも、磁極間隔を狭くす
れば、磁極間に置かれた前述のマイクロ波Ｅ面放射器に
よる放射電力密度も大きくなり、従って狭い空間内にマ
イクロ波の電力を集中させることができる。その結果、
高エネルギーのシート状プラズマの形成がより一層容易
となる。Further, (8) since the width W of the waveguide 2 can be arbitrarily reduced, that is, the magnetic pole spacing can be arbitrarily narrowed, the strength of the cusp magnetic field can be easily increased simply by adjusting the magnetic pole spacing. There is also an advantage that you can. At that time, since the magnetic field gradient becomes steeper, the plasma acceleration effect can be further enhanced. Moreover, if the gap between the magnetic poles is narrowed, the radiated power density of the microwave E-plane radiator placed between the magnetic poles is also increased, so that the microwave power can be concentrated in a narrow space. as a result,
The formation of high-energy sheet-shaped plasma becomes much easier.

【００４６】また、(9) 共鳴磁場空間を永久磁石５Ａ、
５Ｂの磁石対から離れた位置に作っているので、プラズ
マのエネルギー損失を減少せしめて、高密度化に寄与す
ることができる。(9) The resonance magnetic field space is set to the permanent magnet 5A,
Since it is formed at a position away from the magnet pair of 5B, it is possible to reduce energy loss of plasma and contribute to high density.

【００４７】また、(10) 大気中の導波管２内では放電
は起こらないので、マイクロ波を効率良くプラズマ生成
のために消費できる。しかも、無電極放電なので、装置
の耐久性は半永久的である。更に、永久磁石を利用して
いるので、装置の小型化、消費電力化を達成できる。加
えて、導波管２の両Ｈ面４２、４３上に永久磁石５Ａ、
５Ｂを対で設けるだけなので、真空室内に設けたり、又
は真空チャンバの側面に設けたりする必要は一切なく、
永久磁石の配置を容易にできるという利点がある。(10) Since no discharge occurs in the waveguide 2 in the atmosphere, microwaves can be efficiently consumed for plasma generation. Moreover, since the electrodeless discharge is performed, the durability of the device is semi-permanent. Further, since the permanent magnet is used, the device can be downsized and the power consumption can be reduced. In addition, permanent magnets 5A, on both H surfaces 42 and 43 of the waveguide 2,
Since 5B is provided only in pairs, there is no need to provide it in the vacuum chamber or on the side surface of the vacuum chamber.
There is an advantage that the permanent magnets can be easily arranged.

【００４８】以上述べた実施例では、各永久磁石５Ａ、
５Ｂは、導波管２の長手方向に沿って磁化された、一個
の半円筒体より成立っていた。この場合には、永久磁石
の中央部分とその周辺部分においては、長手方向に一様
な強さの磁場が形成されている。しかし、永久磁石５
Ａ、５ＢのＮ極、Ｓ極近傍では、長手方向の磁場の強さ
が一様となっていないのが、実際のところである。この
点を、シミュレーションした結果が、図９（ｂ）の曲線
３７である。In the embodiment described above, each permanent magnet 5A,
5B consisted of one semi-cylindrical body magnetized along the longitudinal direction of the waveguide 2. In this case, a magnetic field of uniform strength is formed in the longitudinal direction in the central portion and the peripheral portion of the permanent magnet. However, the permanent magnet 5
Actually, the strength of the magnetic field in the longitudinal direction is not uniform near the north and south poles of A and 5B. The simulation result of this point is the curve 37 of FIG. 9B.

【００４９】そこで、この点を改善するための、各永久
磁石５Ａ、５Ｂの構成の第二の実施例として、図８に示
した様な３つの永久磁石の結合により構成されたもの
を、永久磁石５Ａ、５Ｂとして用いることとする。即
ち、永久磁石５Ａを３つの同一形状の永久磁石３０〜３
２より構成する。この内、永久磁石３０及び３２は、同
一寸法を有している。そして、各永久磁石３０〜３２
は、共に長手方向に沿って磁化されている。従って、永
久磁石５Ａの構成は、永久磁石３１の中心を通る長手方
向に垂直な面に関して面対称となっている。この様な永
久磁石５Ａは、３つの永久磁石３０〜３２によって分割
構成されているものとも言える。永久磁石５Ｂの構成
も、永久磁石５Ａと同様である。即ち、永久磁石３３、
３４、３５は、それぞれ永久磁石３０、３１、３２に相
当している。そして、永久磁石３０と３３、永久磁石３
１と３４及び永久磁石３２と３５とが、それぞれ、導波
管を挟んで、Ｎ極同士を対向させて配設される。Therefore, as a second embodiment of the construction of each permanent magnet 5A, 5B in order to improve this point, a permanent magnet constructed by combining three permanent magnets as shown in FIG. It will be used as the magnets 5A and 5B. That is, the permanent magnet 5A is replaced by three permanent magnets 30 to 3 having the same shape.
It consists of 2. Of these, the permanent magnets 30 and 32 have the same size. And each permanent magnet 30-32
Are both magnetized along the longitudinal direction. Therefore, the configuration of the permanent magnet 5A is plane-symmetric with respect to a plane that passes through the center of the permanent magnet 31 and is perpendicular to the longitudinal direction. It can be said that such a permanent magnet 5A is divided into three permanent magnets 30 to 32. The configuration of the permanent magnet 5B is similar to that of the permanent magnet 5A. That is, the permanent magnet 33,
34 and 35 correspond to the permanent magnets 30, 31, and 32, respectively. Then, the permanent magnets 30 and 33, the permanent magnet 3
1 and 34 and permanent magnets 32 and 35 are arranged with the N poles facing each other with the waveguide interposed therebetween.

【００５０】ここで、図８に示す様に、永久磁石３１な
いし３４の中心点にｘｙｚ座標系の原点をとるものとす
る。このとき、図８の永久磁石５Ａないし５Ｂが長手方
向に作る磁場をシミュレーションした結果が、図９
（ｂ）の曲線３６である。但し、図９（ｂ）におけるｚ
は、同図（ａ）と対応付けられて示されていることから
も理解される通り、永久磁石５Ａないし５Ｂの中心点か
らの距離として表わされている。曲線３６と曲線３７と
を比較すれば明らかな通り、図８の構成を有する永久磁
石５Ａ、５Ｂの対を用いるならば、長手方向に対して磁
場の強さをほぼ一様にすることができる。従って、図８
の構成によれば、長手方向に対しても、ＥＣＲ条件も均
一となるシート状プラズマを形成することができる。Here, as shown in FIG. 8, the origin of the xyz coordinate system is assumed to be the center point of the permanent magnets 31 to 34. At this time, the result of simulating the magnetic field generated by the permanent magnets 5A and 5B in FIG. 8 in the longitudinal direction is shown in FIG.
It is the curve 36 of (b). However, z in FIG.
Is expressed as the distance from the center point of the permanent magnets 5A to 5B, as can be understood from the fact that it is shown in association with FIG. As is clear from comparison between the curves 36 and 37, if the pair of permanent magnets 5A and 5B having the configuration of FIG. 8 is used, the magnetic field strength can be made substantially uniform in the longitudinal direction. . Therefore, FIG.
According to the above configuration, it is possible to form the sheet-shaped plasma in which the ECR conditions are uniform in the longitudinal direction.

【００５１】上記第二の実施例では、３つの永久磁石よ
り各永久磁石５Ａ、５Ｂを構成したが、本発明は、これ
に限定されるものではない。即ち、各永久磁石５Ａ、５
Ｂを分割構成する永久磁石の数としては、少なくとも３
つあれば良いということである。但し、永久磁石５Ａ、
５Ｂの中心を通る長手方向に垂直な面に関して、永久磁
石５Ａ、５Ｂが面対称となっていることが必要である。In the second embodiment, the permanent magnets 5A and 5B are composed of three permanent magnets, but the present invention is not limited to this. That is, each permanent magnet 5A, 5
The number of permanent magnets that divide B is at least 3
It means that there is only one. However, the permanent magnet 5A,
It is necessary that the permanent magnets 5A and 5B have plane symmetry with respect to a plane perpendicular to the longitudinal direction passing through the center of 5B.

【００５２】又、マイクロ波の周波数としては、２．４
５ＧＨｚ以外の他の工業用周波数を用いることもでき
る。The microwave frequency is 2.4.
Other industrial frequencies other than 5 GHz can also be used.

【００５３】[0053]

【発明の効果】請求項１に係る発明では、真空室内にシ
ート状プラズマを発生させることができ、しかも、その
シート状プラズマ内に於けるＥＣＲ条件を均一化するこ
とができるという効果がある。その結果、本発明は、一
様な強度のシート状プラズマを真空室内に形成すること
を可能とする。The invention according to claim 1 has an effect that a sheet-like plasma can be generated in the vacuum chamber and the ECR conditions in the sheet-like plasma can be made uniform. As a result, the present invention makes it possible to form a sheet-shaped plasma of uniform intensity in the vacuum chamber.

【００５４】請求項２に係る発明では、真空室内のＥＣ
Ｒ条件を満足する位置近傍にマイクロ波を収束させるこ
とができる。つまり、高電力密度のマイクロ波を真空室
内のＥＣＲ条件を満足する位置近傍へ放射させることが
可能となる。その結果、真空室内に高電力密度のシート
状プラズマを容易に発生させることができる。加えて、
マイクロ波は誘電体窓内を局所的に透過するので、誘電
体窓を支持する部材の損傷を格段に低減できる。According to the invention of claim 2, the EC in the vacuum chamber is
The microwave can be focused near the position that satisfies the R condition. That is, it becomes possible to radiate the microwave of high power density to the vicinity of the position in the vacuum chamber that satisfies the ECR condition. As a result, high power density sheet-like plasma can be easily generated in the vacuum chamber. in addition,
Since microwaves locally pass through the dielectric window, the damage to the member supporting the dielectric window can be significantly reduced.

【００５５】請求項３に係る発明では、Ｈ面の長手方向
に対して永久磁石が作る磁場を磁極付近においても一様
にすることができる。その結果、長手方向に対しても、
シート状プラズマを形成できる。In the invention according to claim 3, the magnetic field produced by the permanent magnet in the longitudinal direction of the H plane can be made uniform even in the vicinity of the magnetic pole. As a result, even in the longitudinal direction,
A sheet-shaped plasma can be formed.

【００５６】請求項４に係る発明では、長手方向に対し
ても、ＥＣＲ条件が均一に成立する、シート状プラズマ
を形成できる。In the invention according to claim 4, it is possible to form a sheet-like plasma in which the ECR condition is uniformly established even in the longitudinal direction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】プラズマ発生装置の正面構成を、一部断面図形
式で示した説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing a front structure of a plasma generator in a partial sectional view format.

【図２】プラズマ発生装置の要部断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of a plasma generator.

【図３】プラズマ発生装置の要部断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of a plasma generator.

【図４】カスプ磁場を模式的に説明するための説明図で
ある。FIG. 4 is an explanatory diagram for schematically explaining a cusp magnetic field.

【図５】カスプ磁場を模式的に説明するための説明図で
ある。FIG. 5 is an explanatory diagram for schematically explaining a cusp magnetic field.

【図６】導波管の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a waveguide.

【図７】誘電体レンズによるレンズ効果を示した説明図
である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a lens effect of a dielectric lens.

【図８】永久磁石対の第二の構成例を示した斜視図であ
る。FIG. 8 is a perspective view showing a second configuration example of a permanent magnet pair.

【図９】第二の構成例の永久磁石対が作る長手方向の磁
場の強さを示した説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing the strength of a magnetic field in the longitudinal direction created by the permanent magnet pair of the second configuration example.

【図１０】従来技術の一つを模式的に示した説明図であ
る。FIG. 10 is an explanatory view schematically showing one of the conventional techniques.

【図１１】従来技術の問題点を指摘した説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram pointing out a problem of the conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ マイクロ波発生装置 ２ 導波管 ４ 真空室 ５、５Ａ、５Ｂ 永久磁石 ６ 誘電体窓 ７ 誘電体レンズ １０ プラズマ発生装置 １１ 穴（開口） ２２ 開口部 ４０、４４ マイクロ波 ４１ Ｅ面 ４２、４３ Ｈ面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microwave generator 2 Waveguide 4 Vacuum chamber 5, 5A, 5B Permanent magnet 6 Dielectric window 7 Dielectric lens 10 Plasma generator 11 Hole (opening) 22 Opening 40,44 Microwave 41 E surface 42,43 H side

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０５Ｈ 1/18 9014−2Ｇ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. ⁶ Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 21/31 H05H 1/18 9014-2G

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 永久磁石が真空室内に作る磁場内に、そ
の断面が長方形の導波管及び前記真空室と大気とを遮断
する誘電体窓を介してマイクロ波を入射してＥＣＲ吸収
を起こし、これにより前記真空室内にプラズマを発生さ
せる装置において、 前記導波管のＥ面の一方を前記誘電体窓に対向して配設
し且つ当該一方のＥ面に開口を設ける一方、 前記導波管のＨ面のそれぞれに前記永久磁石をその同一
磁極同士を対向させて設けたことを特徴とする、ＥＣＲ
プラズマ発生装置。1. A microwave is injected into a magnetic field created by a permanent magnet in a vacuum chamber through a waveguide having a rectangular cross section and a dielectric window that shields the vacuum chamber from the atmosphere to cause ECR absorption. In the apparatus for generating plasma in the vacuum chamber, one of the E surfaces of the waveguide is arranged to face the dielectric window and an opening is provided in the one E surface, and the waveguide is provided. ECR, characterized in that the permanent magnets are provided on each of the H faces of the tube so that the same magnetic poles face each other.
Plasma generator. 【請求項２】 請求項１記載のＥＣＲプラズマ発生装置
において、 前記開口より放射された前記マイクロ波を前記真空室内
に収束させるためのレンズを更に前記Ｅ面の一方と前記
誘電体窓との間に配設したことを特徴とする、前記ＥＣ
Ｒプラズマ発生装置。2. The ECR plasma generator according to claim 1, further comprising a lens for converging the microwave radiated from the opening into the vacuum chamber between one of the E surfaces and the dielectric window. The EC according to the above
R plasma generator. 【請求項３】 請求項１又は２記載のＥＣＲプラズマ発
生装置において、 前記Ｈ面の各々に設けられた前記永久磁石を前記Ｈ面の
長手方向に沿って少なくとも３つの永久磁石に分割して
構成したことを特徴とする、前記ＥＣＲプラズマ発生装
置。3. The ECR plasma generator according to claim 1, wherein the permanent magnets provided on each of the H faces are divided into at least three permanent magnets along the longitudinal direction of the H faces. The ECR plasma generator described above. 【請求項４】 請求項１乃至３の何れかに記載のＥＣＲ
プラズマ発生装置において、 前記開口を前記Ｅ面の長手方向に沿って複数個設けたこ
とを特徴とする、前記ＥＣＲプラズマ発生装置。4. The ECR according to claim 1.
In the plasma generator, the ECR plasma generator is characterized in that a plurality of the openings are provided along the longitudinal direction of the E surface.