JPH03274696A - マイクロ波プラズマ源 - Google Patents
マイクロ波プラズマ源Info
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- JPH03274696A JPH03274696A JP2073252A JP7325290A JPH03274696A JP H03274696 A JPH03274696 A JP H03274696A JP 2073252 A JP2073252 A JP 2073252A JP 7325290 A JP7325290 A JP 7325290A JP H03274696 A JPH03274696 A JP H03274696A
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- plasma
- waveguide
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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、プラズマ・イオン・ラジカルの発生源として
使用される、マイクロ波励起による電子サイクロトロン
共鳴（ＥＣＲ）を用いたプラズマ生成源に間するもので
ある。
使用される、マイクロ波励起による電子サイクロトロン
共鳴（ＥＣＲ）を用いたプラズマ生成源に間するもので
ある。
半導体やＬＳＩなどの微細で高品質な構造を製造する技
術として、イオン・プラズマなどの活性粒子を用いた薄
膜形成、エツチング、イオン注入技術が広く利用されて
いる。イオン・プラズマを生成するためのプラズマ生成
源としては、種々の方式が検討されているが、その中で
マイクロ波励起によるＥＣＲ放電（電子サイクロトロン
共鳴放ｉｔ）が注目されている。この放電方法は、■無
電極放電であり寿命が長く、反応性ガスを使用できる、
■低ガス圧（Ｉ Ｘ １０−’Ｔｏ ｒ ｒ）で放電可
能であり、不純物の発生が少ない、■高密度のプラズマ
を生成できる等の優れた特徴を有している。
術として、イオン・プラズマなどの活性粒子を用いた薄
膜形成、エツチング、イオン注入技術が広く利用されて
いる。イオン・プラズマを生成するためのプラズマ生成
源としては、種々の方式が検討されているが、その中で
マイクロ波励起によるＥＣＲ放電（電子サイクロトロン
共鳴放ｉｔ）が注目されている。この放電方法は、■無
電極放電であり寿命が長く、反応性ガスを使用できる、
■低ガス圧（Ｉ Ｘ １０−’Ｔｏ ｒ ｒ）で放電可
能であり、不純物の発生が少ない、■高密度のプラズマ
を生成できる等の優れた特徴を有している。
従来、ＣＶＤ装置やエツチング装置番こ用いられている
ＥＣＲプラズマ生成源は、プラズマ生成室内にマイクロ
波が伝搬するように構成されており、そのためマイクロ
波周波数に対応したある大きさくマイクロ波周波数２．
４５ＧＨｚの場合、円筒形プラズマ生成室で直径７２ｍ
ｍ）以下には小型化できなかった。そのため、ＥＣＲ磁
界を発生させるためのコイルも非常に大きくかつ重くな
り、プラズマ生成源として実際の装置に取り付けること
は容易ではなかった。しかし、ＭＢＥやイオンビームス
パッタなどの各種薄膜形成技術に幅広く適用するために
は、装置に簡単に取り付けられる必要があり、ＥＣＲプ
ラズマ生戒生成大幅な小型化が望まれている。
ＥＣＲプラズマ生成源は、プラズマ生成室内にマイクロ
波が伝搬するように構成されており、そのためマイクロ
波周波数に対応したある大きさくマイクロ波周波数２．
４５ＧＨｚの場合、円筒形プラズマ生成室で直径７２ｍ
ｍ）以下には小型化できなかった。そのため、ＥＣＲ磁
界を発生させるためのコイルも非常に大きくかつ重くな
り、プラズマ生成源として実際の装置に取り付けること
は容易ではなかった。しかし、ＭＢＥやイオンビームス
パッタなどの各種薄膜形成技術に幅広く適用するために
は、装置に簡単に取り付けられる必要があり、ＥＣＲプ
ラズマ生戒生成大幅な小型化が望まれている。
この種の小型化を行なったＥＣＲプラズマ生威生成して
は特願昭６１−２７１９０９号に開示されているものが
ある。第６図にプラズマ生成源の基本構成を示す。同図
において、９は同軸導波管変換器、１０はテーパ導波管
、１１は導波管、１２は誘電体、１３はプラズマ生成室
、１４は磁気コイル、１５はガス導入口、１６はマイク
ロ波導入開口、１７はプラズマリミッタ、１８はプラズ
マ流である。プラズマ生成室１３にガス導入口１５より
ガスを導入し、同軸導波管変換器９とテーパ導波管１０
を通してマイクロ波を導入し、磁気コイル１４によって
電子サイクロトロン共鳴くＥＣＲ）条件の直流磁場をマ
イクロ波電解に対して直角方向に印加する。プラズマ生
成室１３はマイクロ波が遮断されて入らない大きさであ
るが、わずかにもれでるマイクロ波によりＥＣＲプラズ
マが生成する。−度プラズマが生成すると、プラズマ生
成室１３の比誘電率はプラズマが存在するため大きくな
り、マイクロ波は完全に入射するようになり、安定して
プラズマが生成される。このように生成されたプラズマ
は発散磁界によりプラズマ流として引き出されたり、引
出し電極を用いてイオンビームとして引き出される。
は特願昭６１−２７１９０９号に開示されているものが
ある。第６図にプラズマ生成源の基本構成を示す。同図
において、９は同軸導波管変換器、１０はテーパ導波管
、１１は導波管、１２は誘電体、１３はプラズマ生成室
、１４は磁気コイル、１５はガス導入口、１６はマイク
ロ波導入開口、１７はプラズマリミッタ、１８はプラズ
マ流である。プラズマ生成室１３にガス導入口１５より
ガスを導入し、同軸導波管変換器９とテーパ導波管１０
を通してマイクロ波を導入し、磁気コイル１４によって
電子サイクロトロン共鳴くＥＣＲ）条件の直流磁場をマ
イクロ波電解に対して直角方向に印加する。プラズマ生
成室１３はマイクロ波が遮断されて入らない大きさであ
るが、わずかにもれでるマイクロ波によりＥＣＲプラズ
マが生成する。−度プラズマが生成すると、プラズマ生
成室１３の比誘電率はプラズマが存在するため大きくな
り、マイクロ波は完全に入射するようになり、安定して
プラズマが生成される。このように生成されたプラズマ
は発散磁界によりプラズマ流として引き出されたり、引
出し電極を用いてイオンビームとして引き出される。
このようにプラズマ生成室１３が導入マイクロ波の伝搬
域の伝送モード以下の大きさでもＥＣＲプラズマは生成
できる。しかし、このようにプラズマ生成室１３を小型
化した場合、プラズマの密度が高くなる、すなわちプラ
ズマの比誘電率が大きくなるにつれて、プラズマのイン
ピーダンスが大きく変化するため、プラズマ密度が高く
なるとマイクロ波とプラズマのインピーダンス整合がう
まくとれないという問題があった。
域の伝送モード以下の大きさでもＥＣＲプラズマは生成
できる。しかし、このようにプラズマ生成室１３を小型
化した場合、プラズマの密度が高くなる、すなわちプラ
ズマの比誘電率が大きくなるにつれて、プラズマのイン
ピーダンスが大きく変化するため、プラズマ密度が高く
なるとマイクロ波とプラズマのインピーダンス整合がう
まくとれないという問題があった。
また、ＥＣＲプラズマの高密度化を図ったものとして、
特願昭６１−１９８３０７号に開示されているものがあ
る。これは、マイクロ波導入窓を多層の誘電体で構成す
ることでマイクロ波とプラズマのインピーダンス整合を
とり、高い密度のプラズマの生成を可能にしたものであ
る。しかしながら、導波管・マイクロ波導入窓・プラズ
マ生成室の大きさをマイクロ波が伝搬できないぐらい小
さくした場合、導波管部をマイクロ波が通過できないた
めインピーダンス整合をとった最適な多層構成を設計す
ることはできなかった。
特願昭６１−１９８３０７号に開示されているものがあ
る。これは、マイクロ波導入窓を多層の誘電体で構成す
ることでマイクロ波とプラズマのインピーダンス整合を
とり、高い密度のプラズマの生成を可能にしたものであ
る。しかしながら、導波管・マイクロ波導入窓・プラズ
マ生成室の大きさをマイクロ波が伝搬できないぐらい小
さくした場合、導波管部をマイクロ波が通過できないた
めインピーダンス整合をとった最適な多層構成を設計す
ることはできなかった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、プラズマ生成室が導入マイクロ
波の伝搬域の伝送モード以下の大きさで、かつ、高密度
のプラズマを生成できるプラズマ生成源を提供すること
にある。
の目的とするところは、プラズマ生成室が導入マイクロ
波の伝搬域の伝送モード以下の大きさで、かつ、高密度
のプラズマを生成できるプラズマ生成源を提供すること
にある。
このような目的を遠戚するために本発明によるマイクロ
波プラズマ源は、導入導波管は内部に誘電体を有し、マ
イクロ波導入窓は導入導波管内の誘電体と誘電率の異な
る誘電体を少なくとも１層有しているようにしたもので
ある。
波プラズマ源は、導入導波管は内部に誘電体を有し、マ
イクロ波導入窓は導入導波管内の誘電体と誘電率の異な
る誘電体を少なくとも１層有しているようにしたもので
ある。
［作用〕
本発明によるマイクロ波プラズマ源は、導入導波管まで
考慮してマイクロ波とプラズマとのインピーダンス整合
をとる。
考慮してマイクロ波とプラズマとのインピーダンス整合
をとる。
まず、本発明の特徴と従来の技術との差異について述べ
る。本発明は、プラズマ生成室の寸法を導入マイクロ波
に対して伝搬域の伝送モードを有する寸法よりも小さく
すると共に、導入導波管に誘電体を充填し、かつマイク
ロ波導入窓を多層の誘電体で構成して高密度プラズマと
のインピーダンス整合をとったことをもっとも主要な特
徴とする。従来の技術とは、導入導波管まで考慮してマ
イクロ波とプラズマとのインピーダンス整合をしたこと
が異なる。
る。本発明は、プラズマ生成室の寸法を導入マイクロ波
に対して伝搬域の伝送モードを有する寸法よりも小さく
すると共に、導入導波管に誘電体を充填し、かつマイク
ロ波導入窓を多層の誘電体で構成して高密度プラズマと
のインピーダンス整合をとったことをもっとも主要な特
徴とする。従来の技術とは、導入導波管まで考慮してマ
イクロ波とプラズマとのインピーダンス整合をしたこと
が異なる。
第１図は、本発明の一実施例を示す構成図である。同図
において、■は同軸導波管変換器、２は誘電体を挿入し
た導入導波管、３は多層の誘電体で槽底したマイクロ波
導入窓、４はプラズマ生成室、５は磁気コイル、６はガ
ス導入孔、７はプラズマリミッタ、８はプラズマ流であ
る。
において、■は同軸導波管変換器、２は誘電体を挿入し
た導入導波管、３は多層の誘電体で槽底したマイクロ波
導入窓、４はプラズマ生成室、５は磁気コイル、６はガ
ス導入孔、７はプラズマリミッタ、８はプラズマ流であ
る。
マイクロ波は同軸ケーブルにより同軸導波管変換器１に
導入される。本実施例では、同軸ケーブルを用いてマイ
クロ波を導入する例を示したが、導波管を用いて導入し
てももちろんよい。同軸導波管変換器１に導入されたマ
イクロ波は、導波管モードに変換され、導入導波管２、
マイクロ波導入窓３を通してプラズマ生成室４に導入さ
れる。
導入される。本実施例では、同軸ケーブルを用いてマイ
クロ波を導入する例を示したが、導波管を用いて導入し
てももちろんよい。同軸導波管変換器１に導入されたマ
イクロ波は、導波管モードに変換され、導入導波管２、
マイクロ波導入窓３を通してプラズマ生成室４に導入さ
れる。
導入導波管２は出口側のサイズがプラズマ生成室４と同
程度すなわちマイクロ波の遮断領域であるため、通常の
テーパ導波管ではマイクロ波が伝搬しない。そこで、誘
電率の高い誘電体を充填し、マイクロ波を伝搬させてい
る。誘電体を充填した場合、誘電率の１／２乗に逆比例
して導波管を小さくできる。本実施例では、誘電体とし
て誘電率“９”のアル旦すを使用しているため、１／３
まで導波管を縮小できる。マイクロ波の周波数が２．４
５ＧＨｚの場合、それに対応した通常の導波管のサイズ
は、矩形導波管の場合は９６ｍｍｘ２７ｍｍ、円形導波
管の場合は直径８４ｍｍである。
程度すなわちマイクロ波の遮断領域であるため、通常の
テーパ導波管ではマイクロ波が伝搬しない。そこで、誘
電率の高い誘電体を充填し、マイクロ波を伝搬させてい
る。誘電体を充填した場合、誘電率の１／２乗に逆比例
して導波管を小さくできる。本実施例では、誘電体とし
て誘電率“９”のアル旦すを使用しているため、１／３
まで導波管を縮小できる。マイクロ波の周波数が２．４
５ＧＨｚの場合、それに対応した通常の導波管のサイズ
は、矩形導波管の場合は９６ｍｍｘ２７ｍｍ、円形導波
管の場合は直径８４ｍｍである。
従って、アルミナを充填した場合、それぞれ３２ｍｍＸ
９ｍｍ、直径２８ｍｍの導波管が使用できる。また、導
波管２の入口側の誘電体にＶ字形の切込みを入れて誘電
体の断面積が徐々に増加するようにしている。これによ
り、インピーダンスがなめらかに変化し、同軸導波管変
換器１と導入導波管２の接続部でのマイクロ波の反射を
抑えることができる。本実施例ではＶ字形の切込みを入
れているが、誘電体の断面積が滑らかに変化しているな
らば他の形状でもよい。
９ｍｍ、直径２８ｍｍの導波管が使用できる。また、導
波管２の入口側の誘電体にＶ字形の切込みを入れて誘電
体の断面積が徐々に増加するようにしている。これによ
り、インピーダンスがなめらかに変化し、同軸導波管変
換器１と導入導波管２の接続部でのマイクロ波の反射を
抑えることができる。本実施例ではＶ字形の切込みを入
れているが、誘電体の断面積が滑らかに変化しているな
らば他の形状でもよい。
このような導入導波管２を通って、マイクロ波導入窓３
まで伝搬する。マイクロ波導入窓３には多層の誘電体を
用いている。本実施例では２層構成としてあり、導波管
側に真空を封止するために石英を、プラズマ生成室４側
にインピーダンス整合用にアルミナを用いている。高電
圧を印加してイオンビームを引き出す場合は、逆流電子
に対する耐性を高めるため、さらにボロンナイトライド
（ＢＮ）等の高熱伝導率をもち融点の高い誘電体をプラ
ズマ生成室４側に設置し３層構成としてもよい。誘電体
材料としては、石英、アルミナ、ボロンナイトライド以
外でも、誘電損が少なく、耐熱性の高い材料であれば使
用可能である。また、誘電率が高い誘電体を用いれば１
層構成も可能であるが、次に述べるプラズマとのインピ
ーダンス整合の観点から導入導波管内の誘電体と異なる
誘電率をもつほうがよい。
まで伝搬する。マイクロ波導入窓３には多層の誘電体を
用いている。本実施例では２層構成としてあり、導波管
側に真空を封止するために石英を、プラズマ生成室４側
にインピーダンス整合用にアルミナを用いている。高電
圧を印加してイオンビームを引き出す場合は、逆流電子
に対する耐性を高めるため、さらにボロンナイトライド
（ＢＮ）等の高熱伝導率をもち融点の高い誘電体をプラ
ズマ生成室４側に設置し３層構成としてもよい。誘電体
材料としては、石英、アルミナ、ボロンナイトライド以
外でも、誘電損が少なく、耐熱性の高い材料であれば使
用可能である。また、誘電率が高い誘電体を用いれば１
層構成も可能であるが、次に述べるプラズマとのインピ
ーダンス整合の観点から導入導波管内の誘電体と異なる
誘電率をもつほうがよい。
プラズマ生成室４はマイクロ波が伝搬できない大きさ（
マイクロ波周波数２．４５ＧＨｚの場合、直径７２ｍｍ
以下）で直径５０ｍｍであるが、マイクロ波導入窓３か
らプラズマ生成室４側にわずかにマイクロ波が漏れる。
マイクロ波周波数２．４５ＧＨｚの場合、直径７２ｍｍ
以下）で直径５０ｍｍであるが、マイクロ波導入窓３か
らプラズマ生成室４側にわずかにマイクロ波が漏れる。
漏れたマイクロ波により、わずかにでもプラズマが生成
すれば、プラズマ生成室４内の誘電率が大きくなり、マ
イクロ波が伝搬できるようになり、定常的にプラズマが
生成される。しかし、高密度プラズマを生成するには、
プラズマが誘電率を持つためにマイクロ波とのインピー
ダンス整合を正確にとる必要があり、そのため各誘電体
の厚みを最適に設計しなければならない。特願昭６２−
１９８３０７号に高密度プラズマを生成するための設計
法が開示されているが、本実施例のように誘電体を含ん
だテーパ導波管を用いている場合は適用できない。
すれば、プラズマ生成室４内の誘電率が大きくなり、マ
イクロ波が伝搬できるようになり、定常的にプラズマが
生成される。しかし、高密度プラズマを生成するには、
プラズマが誘電率を持つためにマイクロ波とのインピー
ダンス整合を正確にとる必要があり、そのため各誘電体
の厚みを最適に設計しなければならない。特願昭６２−
１９８３０７号に高密度プラズマを生成するための設計
法が開示されているが、本実施例のように誘電体を含ん
だテーパ導波管を用いている場合は適用できない。
しかし、導波管には無限遠まで誘電体が充填されている
という近似をすれば、各誘電体の厚みは以下の計算手法
により決定することができる。第２図は、本マイクロ波
プラズマ源の模式図である。
という近似をすれば、各誘電体の厚みは以下の計算手法
により決定することができる。第２図は、本マイクロ波
プラズマ源の模式図である。
同図において、２■は誘電体を充填した導波管２に対応
し、２２は多層のマイクロ波導入窓３．２３はプラズマ
生成室４に対応している。以下の計算では断面形状はす
べて半径ａの円形としであるが、各部分の断面形状が異
なる場合は各形状にあったインピーダンスの式を用いれ
ばよい。
し、２２は多層のマイクロ波導入窓３．２３はプラズマ
生成室４に対応している。以下の計算では断面形状はす
べて半径ａの円形としであるが、各部分の断面形状が異
なる場合は各形状にあったインピーダンスの式を用いれ
ばよい。
マイクロ波の自由空間での波長をλとし、導波管２１内
の遮断波長をλＣ（この値は、導波管２がＴＥ、モード
の円形導波管の場合は３．４１２５ａ、ＴＥ、。モード
の矩形導波管の場合は２ｂ（ｂは矩形の長平方向の長さ
）である）、比誘電率をε、とする。また、マイクロ波
導入窓２２中の誘電体でｎ層目のもののマイクロ波の管
内波長をλ７、比誘電率ε７、厚さを１７、インピーダ
ンスをＺ７とし、プラズマ生成室２３内の比誘電率をε
９、インピーダンスをＺｐとする。マイクロ波導入窓２
２の（ｎ−１）層目の誘電体とｎ層目の誘電体との境界
からプラズマ生成室２３側をみたインピーダンスＲ７は
（１）式のようにｎ個の式で表わされる。
の遮断波長をλＣ（この値は、導波管２がＴＥ、モード
の円形導波管の場合は３．４１２５ａ、ＴＥ、。モード
の矩形導波管の場合は２ｂ（ｂは矩形の長平方向の長さ
）である）、比誘電率をε、とする。また、マイクロ波
導入窓２２中の誘電体でｎ層目のもののマイクロ波の管
内波長をλ７、比誘電率ε７、厚さを１７、インピーダ
ンスをＺ７とし、プラズマ生成室２３内の比誘電率をε
９、インピーダンスをＺｐとする。マイクロ波導入窓２
２の（ｎ−１）層目の誘電体とｎ層目の誘電体との境界
からプラズマ生成室２３側をみたインピーダンスＲ７は
（１）式のようにｎ個の式で表わされる。
Ｒ＋＋＝Ｚ、、 （Ｚｐ＋ｊＺ、ｔａｎθｍ）／ Ｃ’
ｌｎ＋ｊＺｐｔａｎθｎ）Ｒｒｉ−＋＝Ｚｎ−＋（Ｒｙ
１＋ＪＺａ−＋ｔａｎθｎ−＋）／（Ｚｎ−＋＋ｊＲ，
ｔａｎθ、−１）Ｒ，＝Ｚ＋ （Ｒｚ＋ｊＺ＋ｔａｎ
θ ｔ）／（Ｚｔ＋ｊＲｚｔａｎθ ｌ）・ ・ ・
・ ・（１） ここで、θ＝２π１．ｌ／λ７である。
ｌｎ＋ｊＺｐｔａｎθｎ）Ｒｒｉ−＋＝Ｚｎ−＋（Ｒｙ
１＋ＪＺａ−＋ｔａｎθｎ−＋）／（Ｚｎ−＋＋ｊＲ，
ｔａｎθ、−１）Ｒ，＝Ｚ＋ （Ｒｚ＋ｊＺ＋ｔａｎ
θ ｔ）／（Ｚｔ＋ｊＲｚｔａｎθ ｌ）・ ・ ・
・ ・（１） ここで、θ＝２π１．ｌ／λ７である。
（１）式によりＲ−、Ｒ−＋、・・・・と順次計算する
ことで、Ｒ８が求められる。Ｒ，が求められれば、プラ
ズマ生成室へのマイクロ波の透過率は（２）式により求
められる。
ことで、Ｒ８が求められる。Ｒ，が求められれば、プラ
ズマ生成室へのマイクロ波の透過率は（２）式により求
められる。
Ｔ Ｒ＝１− Ｉ Ｒ，−Ｉ Ｎ／ｌ Ｒ，＋１１２−
（２）上述の計算を実行するには、プラズマの比誘電率
ε２を決める必要がある。以下に述べるように理論式と
実験結果より求め、εｐ＝ １００としている。プラズ
マの比誘電率ε２は、プラズマ周波数をω３、電子サイ
クロトロン周波数をω。、入射マイクロ波周波数をωと
すると、次の（３）式のように表わされる（衝突は無視
、電子温度は０と仮定）。
（２）上述の計算を実行するには、プラズマの比誘電率
ε２を決める必要がある。以下に述べるように理論式と
実験結果より求め、εｐ＝ １００としている。プラズ
マの比誘電率ε２は、プラズマ周波数をω３、電子サイ
クロトロン周波数をω。、入射マイクロ波周波数をωと
すると、次の（３）式のように表わされる（衝突は無視
、電子温度は０と仮定）。
ε、＝１−（ω、／ω）２／（１−ω、／ω〉・・・（
３）ここで、ω２、ω。は次式で表わされる。
３）ここで、ω２、ω。は次式で表わされる。
ω９＝（４πｅ ” ｎ ＠ ／ ｍ ＠ ） ” ”
・・・・（４）ω６＝ｍ０／ｅＢ・・・・・（５） ただし、Ｒ８はプラズマ密度、ｍ、は電子の質量、ｅは
電子の電荷量である。
・・・・（４）ω６＝ｍ０／ｅＢ・・・・・（５） ただし、Ｒ８はプラズマ密度、ｍ、は電子の質量、ｅは
電子の電荷量である。
実験により最適な動作条件からωＣ／ω＝１．１０であ
り、生成プラズマの密度をｌ Ｑ”ｃｍ−３以上とする
ためには、（ωｐ／ω）”＝ １３．４程度が必要であ
る。これらの値を（３）式に代入すると、ε。
り、生成プラズマの密度をｌ Ｑ”ｃｍ−３以上とする
ためには、（ωｐ／ω）”＝ １３．４程度が必要であ
る。これらの値を（３）式に代入すると、ε。
＃１００となる。
第３図に、マイクロ波導入窓２２が１層の場合の上述の
方法による計算例を示す。導波管２１に誘電体としてア
ルミナ（誘電率“９”）を充填し、マイクロ波導入窓２
２は石英（誘電率“４”）１層だけの構成としである。
方法による計算例を示す。導波管２１に誘電体としてア
ルミナ（誘電率“９”）を充填し、マイクロ波導入窓２
２は石英（誘電率“４”）１層だけの構成としである。
横軸は石英の厚さ、縦軸が透過率を示す。石英の厚さを
変化させるに従い、透過率は大きく変化するが、最大で
も６５％程度しか得られない。これは、■内径がマイク
ロ波の伝Ｆｌｉ ９Ｍ域より小さい、■プラズマの比誘
電率ε２が１００と大きい、ために石英１層だけではイ
ンピーダンス整合がとれないからである。また、同図か
ら分かるようにマイクロ波導入窓を石英１層の代わりに
アルミナ１層としても透過率は６５％程度しか得られな
い。
変化させるに従い、透過率は大きく変化するが、最大で
も６５％程度しか得られない。これは、■内径がマイク
ロ波の伝Ｆｌｉ ９Ｍ域より小さい、■プラズマの比誘
電率ε２が１００と大きい、ために石英１層だけではイ
ンピーダンス整合がとれないからである。また、同図か
ら分かるようにマイクロ波導入窓を石英１層の代わりに
アルミナ１層としても透過率は６５％程度しか得られな
い。
第４図に２層の場合の計算例を示す。マイクロ波導入窓
は石英とアルミナの２層構成としである。
は石英とアルミナの２層構成としである。
横軸はアル旦すの厚さ、縦軸がマイクロ波のプラズマへ
の透過率である。石英の厚さは成る値に固定しである。
の透過率である。石英の厚さは成る値に固定しである。
第４図から明らかなように、アルミナの厚さに対して透
過率は大きく変化し、最適な厚さ１，１ｃｍでは透過率
はほぼ１００％が得られる。従って、プラズマの比誘電
率ε２が１００と大きい高密度プラズマでは、２層以上
の誘電体を組み合わせる必要があることが明らかである
。本実施例では、２層のマイクロ波導入窓はこの透過率
が１００％となる厚さの組み合わせとしである。
過率は大きく変化し、最適な厚さ１，１ｃｍでは透過率
はほぼ１００％が得られる。従って、プラズマの比誘電
率ε２が１００と大きい高密度プラズマでは、２層以上
の誘電体を組み合わせる必要があることが明らかである
。本実施例では、２層のマイクロ波導入窓はこの透過率
が１００％となる厚さの組み合わせとしである。
第５図に実験結果を示す。同図では、計算による透過率
がほぼ１００％（曲線ＳＬ）の場合のマイクロ波導入窓
構成の場合と計算による透過率が４３％（曲１ｓ２）の
構成の場合のプラズマ密度のマイクロ波パワー依存性を
比較しである。実際に得られるプラズマ密度は透過率が
大きいほど高く、透過率１００％構成の場合、１桁程度
高いプラズマ密度１０′３ｃｍ−’が得られる。
がほぼ１００％（曲線ＳＬ）の場合のマイクロ波導入窓
構成の場合と計算による透過率が４３％（曲１ｓ２）の
構成の場合のプラズマ密度のマイクロ波パワー依存性を
比較しである。実際に得られるプラズマ密度は透過率が
大きいほど高く、透過率１００％構成の場合、１桁程度
高いプラズマ密度１０′３ｃｍ−’が得られる。
このように、多層の誘電体を用いてマイクロ波導入窓を
構成すると、プラズマ生成室をマイクロ波の伝搬モード
より大幅に小型化しても、インピーダンス整合をとるこ
とができ、ＩＱ”ｃｍ−’以上の高いプラズマ密度を得
ることができる。本実流調は、プラズマ生成室がマイク
ロ波の伝搬できない大きさの場合であるが、プラズマ生
成室が通常の大きさの場合ももちろん上述の計算法は適
用できる。
構成すると、プラズマ生成室をマイクロ波の伝搬モード
より大幅に小型化しても、インピーダンス整合をとるこ
とができ、ＩＱ”ｃｍ−’以上の高いプラズマ密度を得
ることができる。本実流調は、プラズマ生成室がマイク
ロ波の伝搬できない大きさの場合であるが、プラズマ生
成室が通常の大きさの場合ももちろん上述の計算法は適
用できる。
以上、主としてプラズマ源として用いる場合について説
明してきたが、本マイクロ波プラズマ生成源は、１枚ま
たは２枚の引出し電極を用いれば、低エネルギーイオン
源としても有効である。さらに、３枚電極構成を用いれ
ば、高密度・大電流イオン源としても有効である。
明してきたが、本マイクロ波プラズマ生成源は、１枚ま
たは２枚の引出し電極を用いれば、低エネルギーイオン
源としても有効である。さらに、３枚電極構成を用いれ
ば、高密度・大電流イオン源としても有効である。
以上説明したように本発明は、導入導波管の内部に誘電
体を有し、導入導波管内の誘電体と誘電率の異なる誘電
体をマイクロ波導入窓に少なくとも１層有するようにし
たことにより、プラズマ生成室をマイクロ波の伝搬モー
ド以下の大きさまで小さくしてもマイクロ波とプラズマ
とのインピーダンス整合をとることができ、高密度のプ
ラズマを生成できる効果がある。
体を有し、導入導波管内の誘電体と誘電率の異なる誘電
体をマイクロ波導入窓に少なくとも１層有するようにし
たことにより、プラズマ生成室をマイクロ波の伝搬モー
ド以下の大きさまで小さくしてもマイクロ波とプラズマ
とのインピーダンス整合をとることができ、高密度のプ
ラズマを生成できる効果がある。
第１図は本発明によるマイクロ波プラズマ源の一実施例
を示す模式図、第２図は導波管とマイクロ波導入窓とプ
ラズマ生成室の構成を示す模式図、第３図はマイクロ波
導入窓が石英１層の場合の石英の厚さと透過率との関係
を示すグラフ、第４図はマイクロ波導入窓が石英とアル
ξすの２層の場合のアルξすの厚さと透過率との関係を
示すグラフ、第５図は生成プラズマ密度のマイクロ波パ
ワー依存性を示すグラフ、第６図は従来のマイクロ波プ
ラズマ源を示す模式図である。 １・・・同軸導波管変換器、２・・・導波管、３・・・
マイクロ波導入窓、４・・・プラズマ生成室、５・・・
磁気コイル、６・・・ガス導入孔、７・・・プラズマリ
ミッタ、８・・・プラズマ流。
を示す模式図、第２図は導波管とマイクロ波導入窓とプ
ラズマ生成室の構成を示す模式図、第３図はマイクロ波
導入窓が石英１層の場合の石英の厚さと透過率との関係
を示すグラフ、第４図はマイクロ波導入窓が石英とアル
ξすの２層の場合のアルξすの厚さと透過率との関係を
示すグラフ、第５図は生成プラズマ密度のマイクロ波パ
ワー依存性を示すグラフ、第６図は従来のマイクロ波プ
ラズマ源を示す模式図である。 １・・・同軸導波管変換器、２・・・導波管、３・・・
マイクロ波導入窓、４・・・プラズマ生成室、５・・・
磁気コイル、６・・・ガス導入孔、７・・・プラズマリ
ミッタ、８・・・プラズマ流。
Claims (1)
- プラズマを生成する空洞部からなるプラズマ生成室と、
このプラズマ生成室に接続し、誘電体からなるマイクロ
波導入窓と、このマイクロ波導入窓に接続し、プラズマ
生成室にマイクロ波を導入する導入導波管と、プラズマ
生成室に電子サイクロトロン共鳴が引き起こされる以上
の磁場を発生させる磁気回路とを備えたマイクロ波励起
によるプラズマ源において、導入導波管は内部に誘電体
を有し、マイクロ波導入窓は導入導波管内の誘電体と誘
電率の異なる誘電体を少なくとも１層有していることを
特徴とするマイクロ波プラズマ源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2073252A JP2949260B2 (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | マイクロ波プラズマ源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2073252A JP2949260B2 (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | マイクロ波プラズマ源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03274696A true JPH03274696A (ja) | 1991-12-05 |
| JP2949260B2 JP2949260B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=13512802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2073252A Expired - Lifetime JP2949260B2 (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | マイクロ波プラズマ源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2949260B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH069041U (ja) * | 1992-07-07 | 1994-02-04 | 日新電機株式会社 | イオン源 |
| JPH0669161A (ja) * | 1992-08-20 | 1994-03-11 | Sumitomo Metal Ind Ltd | プラズマ処理装置 |
| JP2009132948A (ja) * | 2007-11-28 | 2009-06-18 | Toyota Motor Corp | プラズマｃｖｄ装置 |
| WO2020116249A1 (ja) * | 2018-12-06 | 2020-06-11 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
-
1990
- 1990-03-26 JP JP2073252A patent/JP2949260B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH069041U (ja) * | 1992-07-07 | 1994-02-04 | 日新電機株式会社 | イオン源 |
| JPH0669161A (ja) * | 1992-08-20 | 1994-03-11 | Sumitomo Metal Ind Ltd | プラズマ処理装置 |
| JP2009132948A (ja) * | 2007-11-28 | 2009-06-18 | Toyota Motor Corp | プラズマｃｖｄ装置 |
| WO2020116249A1 (ja) * | 2018-12-06 | 2020-06-11 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2949260B2 (ja) | 1999-09-13 |
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