JPH03201703A - プラズマ発生用マイクロ波アンテナ - Google Patents
プラズマ発生用マイクロ波アンテナInfo
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- JPH03201703A JPH03201703A JP1339460A JP33946089A JPH03201703A JP H03201703 A JPH03201703 A JP H03201703A JP 1339460 A JP1339460 A JP 1339460A JP 33946089 A JP33946089 A JP 33946089A JP H03201703 A JPH03201703 A JP H03201703A
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- coaxial tube
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、ＥＣＲプラズマ発生装置に係わり、特に、イ
オン注入、微細加工等に用いられるイオン源に好適な高
密度かつ細径のプラズマビームが得られるプラズマ発生
用マイクロ波アンテナに関する。
オン注入、微細加工等に用いられるイオン源に好適な高
密度かつ細径のプラズマビームが得られるプラズマ発生
用マイクロ波アンテナに関する。
（従来技術〉
気体に電子のラーマ回転数：二等しい周波数のマイクロ
波を照射しで、気体を効率良くイオン化する電子サイク
ロトロン共鳴（ＥＣＲ）効果を応用したプラズマ発生装
置が広く普及している。これらの装置は、プラズマ閉じ
込め用磁場をプラズマ容器の軸方向に平行に印加し、こ
れにマイクロ波を導入してプラズマを生威し、引き出し
電極でプラズマを引き出し、イオン注入、微細加工、エ
ツチング等のイオン源に用いられている。
波を照射しで、気体を効率良くイオン化する電子サイク
ロトロン共鳴（ＥＣＲ）効果を応用したプラズマ発生装
置が広く普及している。これらの装置は、プラズマ閉じ
込め用磁場をプラズマ容器の軸方向に平行に印加し、こ
れにマイクロ波を導入してプラズマを生威し、引き出し
電極でプラズマを引き出し、イオン注入、微細加工、エ
ツチング等のイオン源に用いられている。
前記マイクロ波の導入法としては、導波管モードでプラ
ズマ容器に導入する第１の方法を導波管から同軸管モー
ドに変換してから真空窓を通してプラズマ容器に導入す
る第２の方法に大別できる。
ズマ容器に導入する第１の方法を導波管から同軸管モー
ドに変換してから真空窓を通してプラズマ容器に導入す
る第２の方法に大別できる。
第１の方法を用いた具体例を第７図に示す。マイクロ波
は、導波管２２′から真空窓２４を通して磁場で印加さ
れたプラズマ容器２１内に導入され、その結果、容器内
にプラズマ２６が生成される。
は、導波管２２′から真空窓２４を通して磁場で印加さ
れたプラズマ容器２１内に導入され、その結果、容器内
にプラズマ２６が生成される。
この方法；よプラズマが容器内金体：こ分布するので、
−様なプラズマを得るのに好適である。第２の方法を用
いた例を第４図〜第６図に示す。例えば第６図は、真空
窓２４を通してプラズマ容器２１内に内導体２３を挿入
し、この同軸管２２の導波管側からマイクロ波を導入し
てプラズマ２６．２７を生成する。この′方法は、内導
体の先端に電力が集中するので局所的に濃密なプラズマ
２７が得られる。
−様なプラズマを得るのに好適である。第２の方法を用
いた例を第４図〜第６図に示す。例えば第６図は、真空
窓２４を通してプラズマ容器２１内に内導体２３を挿入
し、この同軸管２２の導波管側からマイクロ波を導入し
てプラズマ２６．２７を生成する。この′方法は、内導
体の先端に電力が集中するので局所的に濃密なプラズマ
２７が得られる。
第７図及び第６図におけるマイクロ波は直線偏波である
。直線偏波は、右回りと左回りの円偏波の和であり、磁
力線に対しで右回りの成分が電子の回転方向と一致する
ので効率よくプラズマに吸収され、またマイクロ波を通
さないプラズマの遮断密度が存在しないので高密度プラ
ズマの生成に有効である。第５図は、マイクロ波を円偏
波に変換するらせん導体からなるアンテナを用いた方法
を示す（特公昭１−１９７９９９号）。この方法では、
らせん導体２５の一周の長さを波長と等しくする必要が
あるので、第６図の方法に比べてプラズマ２７の直径（
ま大きくｔ；る。
。直線偏波は、右回りと左回りの円偏波の和であり、磁
力線に対しで右回りの成分が電子の回転方向と一致する
ので効率よくプラズマに吸収され、またマイクロ波を通
さないプラズマの遮断密度が存在しないので高密度プラ
ズマの生成に有効である。第５図は、マイクロ波を円偏
波に変換するらせん導体からなるアンテナを用いた方法
を示す（特公昭１−１９７９９９号）。この方法では、
らせん導体２５の一周の長さを波長と等しくする必要が
あるので、第６図の方法に比べてプラズマ２７の直径（
ま大きくｔ；る。
又、プラズマはプラズマ容器内の磁力線に沿って保持さ
れる。従って、第５図〜第７図に示す方法は何れも真空
窓にプラズマが接触している。第４図の方法はプラズマ
が接触しないように工夫したものである（Ｎｕｃｌ、Ｉ
ｎｓｔｒｕｍ、 ａｎｄ Ｍｅｔｈ、 ８３７／３Ｂ（
１９８８） １４７）。この方法では、プラズマは容器
内金体；二広がるが真空窓２４はプラズマ容器２１の径
方向に外れているのでプラズマと接触しない。
れる。従って、第５図〜第７図に示す方法は何れも真空
窓にプラズマが接触している。第４図の方法はプラズマ
が接触しないように工夫したものである（Ｎｕｃｌ、Ｉ
ｎｓｔｒｕｍ、 ａｎｄ Ｍｅｔｈ、 ８３７／３Ｂ（
１９８８） １４７）。この方法では、プラズマは容器
内金体；二広がるが真空窓２４はプラズマ容器２１の径
方向に外れているのでプラズマと接触しない。
アンテナ（内導体２３）は、磁場方向に伝搬する直線偏
波円形導波管モードを励振している。
波円形導波管モードを励振している。
（発明が解決しようとする課題）
上述したようなＥＣＲプラズマ発生装置を加速器などの
イオン源に用いる場合、細いプラズマビームを生成して
イオンを引き出す必要がある。従って、従来のマイクロ
波導入方法では、いくつかの問題があった。具体的には
、生成されたプラズマが真空容器内全体：こ拡散して存
在し高密度かつ細いビームが得与れな−・）こと、マイ
クロ波の吸収効率を上げるため与せん導体か３デ；るア
ンテナを用いた場合に：′！、ビーＬ、径が大きくなり
、局所的ｉ；プラズマ発生！＝適さず、与せん巻径を小
さくして細径ビームを得ようとすると、らせん長全体が
長くなり熱変形を生じ易いこと、マイクロ波導入のため
の真空窓がプラズマに接触しているため、プラズマ密度
を上げると真空窓が容易に損傷を受：する？；どの問題
があった。
イオン源に用いる場合、細いプラズマビームを生成して
イオンを引き出す必要がある。従って、従来のマイクロ
波導入方法では、いくつかの問題があった。具体的には
、生成されたプラズマが真空容器内全体：こ拡散して存
在し高密度かつ細いビームが得与れな−・）こと、マイ
クロ波の吸収効率を上げるため与せん導体か３デ；るア
ンテナを用いた場合に：′！、ビーＬ、径が大きくなり
、局所的ｉ；プラズマ発生！＝適さず、与せん巻径を小
さくして細径ビームを得ようとすると、らせん長全体が
長くなり熱変形を生じ易いこと、マイクロ波導入のため
の真空窓がプラズマに接触しているため、プラズマ密度
を上げると真空窓が容易に損傷を受：する？；どの問題
があった。
本発明；ま、上記問題点に鑑み、円偏波を真空容器内に
局所的ｊこ導入してマイクロ波の吸収効率を上げ、また
マイクロ波導入用窓をプラズマのＩＪｒ撃か与回避する
構造を有するプラズマ発生用マイクロ波アンテナを提供
することを目的とする。
局所的ｊこ導入してマイクロ波の吸収効率を上げ、また
マイクロ波導入用窓をプラズマのＩＪｒ撃か与回避する
構造を有するプラズマ発生用マイクロ波アンテナを提供
することを目的とする。
（課題を解決するための手段〉
上記の課題；よ、方発明によれば、同軸管の内導体１こ
軸対称に配置した複数のらせん導体かみ成る小型のアン
テナを、真空容器内でプラズマ閉じ込め用磁場の磁気軸
上に位置するように配置したことを特徴とし、また前記
同軸管の真空窓がプラズマを通る磁力線と交差しない位
置に配置されていることを特徴とする、プラズマ発生用
マイクロ波アンテナを提供することによって解決するこ
とができる。
軸対称に配置した複数のらせん導体かみ成る小型のアン
テナを、真空容器内でプラズマ閉じ込め用磁場の磁気軸
上に位置するように配置したことを特徴とし、また前記
同軸管の真空窓がプラズマを通る磁力線と交差しない位
置に配置されていることを特徴とする、プラズマ発生用
マイクロ波アンテナを提供することによって解決するこ
とができる。
（作 用）
アンテナ理論（Ｐｒｏｃ、ｏｆ Ｉ、Ｒ，Ｅ、 ３５（
１９４７）１４８４）によると、らせん導体のアンテナ
の対称軸方向の長さをらせん半径に等しくすると自己共
振回路となり放射効果が高まる。内導体に軸対称に配置
するらせん導体の数は、らせんの巻数をｎとすると２／
ｎで与えられる。このとき放射されるマイクロ波はらせ
んの向きの円偏波になる。
１９４７）１４８４）によると、らせん導体のアンテナ
の対称軸方向の長さをらせん半径に等しくすると自己共
振回路となり放射効果が高まる。内導体に軸対称に配置
するらせん導体の数は、らせんの巻数をｎとすると２／
ｎで与えられる。このとき放射されるマイクロ波はらせ
んの向きの円偏波になる。
本発明では、アンテナの冷却を考慮してらせん導体の長
さをできるだけ短くする。すなわち、らせん導体の数を
４個、個々のらせん導体の長さを１７４波長とし、らせ
ん導体をらせん径の円を半周するように巻いてアンテナ
を構威し、同軸管の内導体の先端に軸対称に配置する。
さをできるだけ短くする。すなわち、らせん導体の数を
４個、個々のらせん導体の長さを１７４波長とし、らせ
ん導体をらせん径の円を半周するように巻いてアンテナ
を構威し、同軸管の内導体の先端に軸対称に配置する。
複数個のらせん導体を用いることによりマイクロ波の放
射の対称性が良くなり、良好な円偏波が得られる。また
らせん導体は長さが短いので内導体との熱伝導により容
易に冷却される。
射の対称性が良くなり、良好な円偏波が得られる。また
らせん導体は長さが短いので内導体との熱伝導により容
易に冷却される。
（発明の効果）
本発明；ま、マイクロ波を磁力線に沿って右回り円偏波
にして導入するので吸収効率が高く、プラズマ密度に上
限がない。また、アンテナが小型にできるのでプラズマ
を中心軸近傍に局在させ、これにより、細い高強度イオ
ンビームが得られる。
にして導入するので吸収効率が高く、プラズマ密度に上
限がない。また、アンテナが小型にできるのでプラズマ
を中心軸近傍に局在させ、これにより、細い高強度イオ
ンビームが得られる。
マイクロ波導入用同軸管を中心軸から遠ざけるので高密
度プラズマを発生しても真空窓が損傷しない。
度プラズマを発生しても真空窓が損傷しない。
（実施例）
以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。
第１図は、本発明のＥＣＲマイクロ波によるプラズマ発
生装置の断面図であり、第２図は第１図で用いたアンテ
ナ部の構造を示す拡大図である。
生装置の断面図であり、第２図は第１図で用いたアンテ
ナ部の構造を示す拡大図である。
プラズマ容器１１は、一端ｉこプラズマ出射口を有し、
他端が密封された外径１３０ｍｍの円筒形状のものであ
り、プラズマ容器１１にはその密封端から任意の位置に
外径４０ｍｍのマイクロ波導入用同軸管１２が接合して
いる。尚、同図には導波管から同軸管１２への変換部分
は省略しである。同軸管１２はＬ字ｊこ湾曲した外径１
７叩の内導体１３を有し、プラズマ容器を真空密封する
セラミックス製真空窓１４が同軸管１２内に接合されて
いる。プラズマ容器内において、前記内導体１３の先端
ｊごは本発明によるらせん導体１８からはるアンテナ１
５が取り付けられている。真空窓１４は、プラズマ容器
１１の内周の外に配置されているのでプラズマと接触し
ない。アンテナ１５はプラズマ容器の中心軸上に位置し
、かつ磁力線の方向に向いている。
他端が密封された外径１３０ｍｍの円筒形状のものであ
り、プラズマ容器１１にはその密封端から任意の位置に
外径４０ｍｍのマイクロ波導入用同軸管１２が接合して
いる。尚、同図には導波管から同軸管１２への変換部分
は省略しである。同軸管１２はＬ字ｊこ湾曲した外径１
７叩の内導体１３を有し、プラズマ容器を真空密封する
セラミックス製真空窓１４が同軸管１２内に接合されて
いる。プラズマ容器内において、前記内導体１３の先端
ｊごは本発明によるらせん導体１８からはるアンテナ１
５が取り付けられている。真空窓１４は、プラズマ容器
１１の内周の外に配置されているのでプラズマと接触し
ない。アンテナ１５はプラズマ容器の中心軸上に位置し
、かつ磁力線の方向に向いている。
第２図（Ａ）は、アンテナ１５の側面図であり、第２図
（Ｂ）は、その正面図である。
（Ｂ）は、その正面図である。
アンテナのらせん導体１８は断面形状が４ ＋＋＋＋ｎ
四角のものであって、４個のらせん導体が互いに９０度
間隔を隔てて即ち互いに直角の位置に配列されている。
四角のものであって、４個のらせん導体が互いに９０度
間隔を隔てて即ち互いに直角の位置に配列されている。
個々のらせん導体１８はらせん内径２０＋ｎ＋ｎの円の
半周部分より成り、乙せん長は１５帥である。マイクロ
波は、らせん方向に円偏波して放射され、偏波の向きは
電子の回転方向に合わせである。放射効率を高めるため
に、らせんの巻数を少なくシ（分数巻き）、放射パター
ンを軸対称ｉこするためにらせん導体を複数個用いてい
る。
半周部分より成り、乙せん長は１５帥である。マイクロ
波は、らせん方向に円偏波して放射され、偏波の向きは
電子の回転方向に合わせである。放射効率を高めるため
に、らせんの巻数を少なくシ（分数巻き）、放射パター
ンを軸対称ｉこするためにらせん導体を複数個用いてい
る。
第１図及び第２図の構成において、同軸管１２の内導体
１３からマイクロ波を導入することにより、プラズマ容
器１１内に希薄だプラズマ領域１６と高密度プラズマ領
域１７が形成される。
１３からマイクロ波を導入することにより、プラズマ容
器１１内に希薄だプラズマ領域１６と高密度プラズマ領
域１７が形成される。
第３図は、本発明の実施例及び第４図に示す従来法とを
アルゴンの多価イオンの収量で比較したグラフである。
アルゴンの多価イオンの収量で比較したグラフである。
使用したマイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚである
。プラズマは極小磁場中で作られている。極小磁場とは
、プラズマの中心からどの方向に向かっても強さが距離
と共に太きくＩ；る磁場で、ＥＣＲ多価イオン源に用い
られている。
。プラズマは極小磁場中で作られている。極小磁場とは
、プラズマの中心からどの方向に向かっても強さが距離
と共に太きくＩ；る磁場で、ＥＣＲ多価イオン源に用い
られている。
ヒストグラフの横軸は多価イオンの電荷数、縦軸はイオ
ンビームの電流値を対数目盛りで表したものである。０
柱は本発明の実施例、黒柱は第４図の従来のアンテナを
用いた場合の拮果を示す。ビーム引き出し電力は１Ｑｋ
Ｖ、引き出し口径は５ｍｍである。本実施例では、同図
のようにイオンの収量は明らか：三大きくなり、本発明
が多価強度イオンビームの生成に１浸れていることがわ
かる。
ンビームの電流値を対数目盛りで表したものである。０
柱は本発明の実施例、黒柱は第４図の従来のアンテナを
用いた場合の拮果を示す。ビーム引き出し電力は１Ｑｋ
Ｖ、引き出し口径は５ｍｍである。本実施例では、同図
のようにイオンの収量は明らか：三大きくなり、本発明
が多価強度イオンビームの生成に１浸れていることがわ
かる。
尚、本発明のＥＣＲマイクロ波によるプラズマ発生装置
としては、第５図に示す内導体１３の先端に取り付けて
実施することもできるが、この構成においては、同軸管
の真空窓にプラズマが接触するため、窓材の工夫が必要
である。
としては、第５図に示す内導体１３の先端に取り付けて
実施することもできるが、この構成においては、同軸管
の真空窓にプラズマが接触するため、窓材の工夫が必要
である。
第１図は、本発明のＥＣＲマイクロ波ｉこよるプラズマ
発生装置の断面図、 第２図は、第１図に用いたアンテナの拡大構造図、 第３図は、本発明と従来法との多価イオンの電荷数−イ
オンビームの電流値の関係を示すグラフ、第４図１ま、
真空窓がプラズマに接触しないマイクロ波導入法、 第５図は、らせん導体のアンテナによるマイクロ波導入
法、 第６図は、同軸管によるマイクロ波導入法、第７図ｉハ
、導波管によるマイクロ波導入法である。 く符号の説明） １１．１２・・・・プラズマ容器、 １２．２２・・・・同軸管、 ２２′・・・・導波管、 １３．２３・・・・内導体、 １４．２４・・・・真空窓、 １５．２５・・、・・アンテナ、 １６．２６・・・・希薄プラズマ領域、１７．２７・・
・・高密度プラズマ領域、１８・・・・らせん導体。 第３図 電荷数 第１図 第２図 一−Ｌ−７ 第５図 第６図 第７図
発生装置の断面図、 第２図は、第１図に用いたアンテナの拡大構造図、 第３図は、本発明と従来法との多価イオンの電荷数−イ
オンビームの電流値の関係を示すグラフ、第４図１ま、
真空窓がプラズマに接触しないマイクロ波導入法、 第５図は、らせん導体のアンテナによるマイクロ波導入
法、 第６図は、同軸管によるマイクロ波導入法、第７図ｉハ
、導波管によるマイクロ波導入法である。 く符号の説明） １１．１２・・・・プラズマ容器、 １２．２２・・・・同軸管、 ２２′・・・・導波管、 １３．２３・・・・内導体、 １４．２４・・・・真空窓、 １５．２５・・、・・アンテナ、 １６．２６・・・・希薄プラズマ領域、１７．２７・・
・・高密度プラズマ領域、１８・・・・らせん導体。 第３図 電荷数 第１図 第２図 一−Ｌ−７ 第５図 第６図 第７図
Claims (2)
- （１）同軸管の内導体に軸対称に配置した複数のらせん
導体から成るアンテナを、真空容器内でプラズマ閉じ込
め用磁場の磁気軸上に位置するように配置したことを特
徴とするプラズマ発生用マイクロ波アンテナ。 - （２）前記同軸管の真空窓がプラズマを通る磁力線と交
差しない位置に配置されていることを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載のプラズマ発生用マイクロ波ア
ンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1339460A JPH0750844B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | プラズマ発生用マイクロ波アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1339460A JPH0750844B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | プラズマ発生用マイクロ波アンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03201703A true JPH03201703A (ja) | 1991-09-03 |
| JPH0750844B2 JPH0750844B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=18327679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1339460A Expired - Lifetime JPH0750844B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | プラズマ発生用マイクロ波アンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0750844B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0785996A (ja) * | 1993-09-20 | 1995-03-31 | Nichimen Denshi Koken Kk | Ｅｃｒプラズマ発生装置 |
| CN114256632A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-03-29 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种基于感应耦合等离子体的新型蜂窝吸波复合结构 |
| CN116709625A (zh) * | 2023-06-14 | 2023-09-05 | 北京航空航天大学合肥创新研究院(北京航空航天大学合肥研究生院) | 一种高效电子回旋共振等离子体发生装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109640501B (zh) * | 2018-11-20 | 2021-04-02 | 上海无线电设备研究所 | 一种非均匀等离子体电子密度的诊断系统及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6142112U (ja) * | 1984-08-21 | 1986-03-18 | 日本無線株式会社 | ４線分数巻ヘリカルアンテナ |
| JPS61269900A (ja) * | 1985-05-22 | 1986-11-29 | 理化学研究所 | プラズマ発生装置 |
| JPS6343299A (ja) * | 1986-08-07 | 1988-02-24 | 理化学研究所 | 電子サイクロトロン共鳴によるプラズマ発生装置 |
| JPS63209205A (ja) * | 1987-02-25 | 1988-08-30 | Tokyo Keiki Co Ltd | ２条スパイラルアンテナ |
| JPS63216298A (ja) * | 1987-02-21 | 1988-09-08 | レイボルト・アクチエンゲゼルシャフト | プラズマ発生処理装置 |
| JPS6454407U (ja) * | 1987-09-29 | 1989-04-04 |
-
1989
- 1989-12-28 JP JP1339460A patent/JPH0750844B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JPS6454407U (ja) * | 1987-09-29 | 1989-04-04 |
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| JPH0785996A (ja) * | 1993-09-20 | 1995-03-31 | Nichimen Denshi Koken Kk | Ｅｃｒプラズマ発生装置 |
| CN114256632A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-03-29 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种基于感应耦合等离子体的新型蜂窝吸波复合结构 |
| CN114256632B (zh) * | 2021-12-24 | 2024-02-06 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种基于感应耦合等离子体的新型蜂窝吸波复合结构 |
| CN116709625A (zh) * | 2023-06-14 | 2023-09-05 | 北京航空航天大学合肥创新研究院(北京航空航天大学合肥研究生院) | 一种高效电子回旋共振等离子体发生装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0750844B2 (ja) | 1995-05-31 |
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