JPH07263184A

JPH07263184A - マイクロ波プラズマ発生装置

Info

Publication number: JPH07263184A
Application number: JP6051504A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Hashimoto; 清橋本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】マイクロ波が効率よく導入でき、高密度プラ
ズマや大面積プラズマが生成できるマイクロ波プラズマ
装置を提供する。【構成】プラズマを生成する放電容器３１内に、プラ
ズマ生成ガス源４２から水素ガス、所定ガス源３８から
セシウムガスを導入するようにすると共に、放電容器３
１に対し正の電位の導波管４７によってマイクロ波を導
入するようにしている。このため、マイクロ波の導入に
よって水素ガスよりも電離電圧が低いセシウムガスが先
ず電離して後続の放電が起こり易くなり、マイクロ波の
吸収が容易に行えるようになって反射パワーが減少し、
マイクロ波が効率よく導入できる。その結果、高密度プ
ラズマや大面積プラズマを生成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば種々の装置のプ
ラズマ源やイオン源等として用いられているマイクロ波
プラズマ発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロ波プラズマ発生装置は、
核融合のための中性粒子加熱装置のイオン源や、半導体
装置の製造に使用されるプラズマ・ドライエッチング装
置及びプラズマ気相成長装置等のプラズマ源などに用い
られている。そして、これらの装置で数百ワット以上の
大電力のマイクロ波を放電容器内に導入してプラズマを
生成する大型装置には、導波管を用いてマイクロ波の導
入が行われる。

【０００３】以下、マイクロ波プラズマ発生装置の１つ
であるイオン源の従来例を図５及び図６を参照して説明
する。図５は従来例の概略構成を示す断面図であり、図
６は図５の要部を拡大して示す断面図である。

【０００４】図５及び図６において、１は放電容器であ
り、この放電容器１の上板２にはマイクロ波導入口３が
形成されている。このマイクロ波導入口３は、図示しな
いマイクロ波発生源から放電容器１内へマイクロ波を途
中真空窓４を透過させて導入する導波管５の片端部を放
電容器１内に開口するよう取着することにより形成され
ている。６は放電容器１の外面に配設された永久磁石
で、放電容器１内に磁場を形成する。なお、７は模式的
に示す磁力線である。

【０００５】また、放電容器１内には、プラズマ生成ガ
ス源８からリークバルブ９で流量調節された水素あるい
は重水素等のプラズマ生成ガスが、導入パイプ１０を通
してガス導入口１１から供給されるようになっている。
さらに放電容器１の開口した下端面には、放電容器１か
ら外部にイオンビームを引き出す複数の引出電極１２間
に絶縁材１３を設けて構成された電極部１４が取り付け
られている。なお、電極部１４の各引出電極１２には、
放電容器１の内部に生成されたプラズマからイオンビー
ムを引き出すために、図示しない電源によって、それぞ
れ所定の電圧が印加される。

【０００６】このような構成のものでは、導波管５から
伝搬してきたマイクロ波が放電容器１内に導入され、永
久磁石６の形成する磁場との相互作用でプラズマ生成ガ
スを放電させ、放電容器１内にプラズマを生成する。放
電プラズマ中のイオンは電極部１４の引出電極１２にそ
れぞれ電圧が加えられることによってイオンビームとし
て引き出される。

【０００７】この時、放電容器１と上板２及び導波管５
が同電位となっている場合には、放電プラズマは導波管
５内にも一部が侵入する。そして放電容器１や導波管５
の内壁面とプラズマとの間には、プラズマシースが形成
される。なお、１５はプラズマの電気的中和が保たれた
プラズマシースの始まりの位置を模式的に示している。

【０００８】また、導波管５の内部は無磁場、あるいは
磁場があっても弱い磁場領域になっており、このような
略無磁場領域にマイクロ波が入射された場合には、その
プラズマ表面近傍で、マイクロ波の一部が反射されてし
まう。

【０００９】さらに導波管５の内部のプラズマの密度が
増大した状態になると、マイクロ波は全反射され、カッ
トオッフ現象をおこして、放電容器１の内部にマイクロ
波が導入されなくなってしまう。マイクロ波放電によく
用いられる２．４５ＧＨｚの周波数の場合には、カット
オッフ密度は７×１０¹⁰ｃｍ^-3程度である。

【００１０】このように導波管５を用いるマイクロ波プ
ラズマ発生装置では、導波管５内部に存在するプラズマ
のために、放電容器１内へのマイクロ波の導入が充分に
行えず、放電容器１内に高い密度のプラズマを生成する
ことが困難であった。

【００１１】このような状況に対して出願人は、導波管
内に存在するプラズマの密度を下げることによりマイク
ロ波の反射を減少させ、放電容器内へのマイクロ波の導
入が十分に行えるようにしたマイクロ波プラズマ発生装
置を提案している。

【００１２】以下、出願人が提案しているマイクロ波プ
ラズマ発生装置の概要を比較例として、図７及び図８を
参照して説明する。図７は比較例の概略構成を示す断面
図であり、図８は図７の要部を拡大して示す断面図であ
る。

【００１３】図７及び図８において、１６は放電容器で
あり、その上開口は上フランジ１７に絶縁部材１８を介
して上板１９を取着することによって閉塞されている。
そして上板１９に形成されたマイクロ波導入口３に導波
管５の片端部が取着されている。

【００１４】また、電極部１４の各引出電極１２には、
放電容器１６の内部に生成されたプラズマからイオンビ
ームを引き出すために、電源２０の対応する端子に接続
することによって、それぞれ所定の電圧が印加される。
一方、放電容器１６に対し絶縁部材１８によって電気的
に絶縁されている導波管５は、電圧可変の電源２１に開
閉器２２を介して接続され、開閉器２２を閉じることに
よって放電容器１６に対し正の所定の電位となるように
なっている。

【００１５】このような構成のものでは、放電容器１６
内に水素あるいは重水素等のプラズマ生成ガスが供給さ
れ、また導波管５から伝搬してきたマイクロ波が導入さ
れ、永久磁石６の形成する磁場との相互作用でプラズマ
生成ガスを放電させ、放電容器１内にプラズマを生成す
る。しかし、放電容器１６に対し上板１９と導波管５と
が正の所定の電位となっているため、マイクロ波導入口
３の近傍には荷電粒子は存在できなくなる。

【００１６】そして、プラズマは放電容器１６内方向に
押し戻される形となって導波管５内に侵入せず、図８に
符号２３で始まりの位置を模式的に示した電気的中和が
保たれたプラズマシースが、放電容器１６や上板１９、
導波管５の内壁面とプラズマとの間に形成される。

【００１７】この結果、導波管５内のプラズマ密度は低
下し、マイクロ波は放電容器１６内へ導入できるように
なる。また放電容器１６内には永久磁石６の形成する磁
場があるため、導入されたマイクロ波は磁場との相互作
用でプラズマ生成ガスを効率良く電離し、放電容器１６
内に生成するプラズマの密度は高くなる。

【００１８】しかしながら、このような構成の装置にお
いても、放電容器１６内のプラズマ密度をさらに増大さ
せたり、導入するマイクロ波のパワーやプラズマ生成ガ
スの圧力を増加させると、従来例の場合と同様に導波管
５の内部にプラズマが存在するようになってそのプラズ
マ密度が上昇し始める。これは高密度になった放電容器
１６内からの導波管５内へのプラスマ流出が増大した
り、増加したマイクロ波パワーやガス密度によって導波
管５内で電離が多くなるためである。

【００１９】このため、放電容器１６内に生成するプラ
ズマの密度をさらに高いものとしようとしても、マイク
ロ波が導波管５内で反射してしまい放電容器１６内に導
入できなくなりプラズマを一定の密度以上とすることが
できず、またプラズマが局在してしまうこととなって、
高密度プラズマや大面積プラズマを生成することができ
なかった。そして、マイクロ波プラズマ発生装置の１つ
であるイオン源では、放電容器１６内のプラズマ密度の
上昇が妨げられ、引き出せるイオンビームの電流値をよ
り大きくすることができなかった。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上記のような状況に鑑
みて本発明はなされたもので、その目的とするところは
導波管による放電容器内へのパワーの大きなマイクロ波
の導入が効率良く行うことができ、放電容器内に高密度
プラズマや大面積プラズマを生成することができると共
に、イオン源として用いられるものにおいては、より大
きい電流値のイオンビームを引き出すことが可能なマイ
クロ波プラズマ発生装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波プラ
ズマ発生装置は、減圧された内部にプラズマ生成ガスが
導入されてプラズマが形成される放電容器と、この放電
容器のマイクロ波導入口に片端部が取着され該放電容器
内にマイクロ波を導入する導波管と、放電容器内部に磁
場を形成する磁場形成手段とを備えたマイクロ波プラズ
マ発生装置において、放電容器内にプラズマ生成ガスよ
りも電離電圧が低い所定ガスを導入するようにしたこと
を特徴とするものであり、また、減圧された内部にプラ
ズマ生成ガスが導入されてプラズマが形成される放電容
器と、この放電容器のマイクロ波導入口に片端部が取着
され該放電容器内にマイクロ波を導入する導波管と、放
電容器内部に磁場を形成する磁場形成手段とを備えたマ
イクロ波プラズマ発生装置において、導波管が放電容器
に対して正の電位を有するようにし、且つ放電容器内に
プラズマ生成ガスよりも電離電圧が低い所定ガスを導入
するようにしたことを特徴とするものであり、さらに、
所定ガスがアルカリ金属であることを特徴とするもので
あり、さらに、所定ガスがセシウムであることを特徴と
するものであり、さらに、プラズマ生成ガスを水素ある
いは重水素とし、所定ガスをセシウムとしたことを特徴
とするものである。

【００２２】

【作用】上記のように構成されたマイクロ波プラズマ発
生装置は、プラズマ生成ガスが導入された放電容器内に
プラズマ生成ガスよりも電離電圧が低い所定ガスを導入
するようにしている。このため、マイクロ波を導入して
放電を開始させようとするときに、先ず電離電圧が低い
所定ガスが電離し始め、連鎖的にプラズマ生成ガスの放
電が開始される。また、ガスの電離によってマイクロ波
の吸収が容易に行われ、マイクロ波が反射されなくなっ
て大きいパワーのマイクロ波の導入も効率よく行うこと
ができ、放電容器内に高密度プラズマや大面積プラズマ
が生成できる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。先ず、第１の実施例のマイクロ波プラズマ発生装
置の１つであるイオン源について、図１乃至図３により
説明する。図１はイオン源の概略断面図であり、図２は
反射パワーの特性図であり、図３は引出しイオン電流密
度の特性図である。

【００２４】図１において、放電容器３１は、その下端
外周にフランジ３２を備えた下開口３３を有し、上端外
周にフランジ３４を備えた上開口３５を有して形成され
た直径１５ｃｍ、軸長１５ｃｍの略円筒状の容器であ
る。上開口３５はフランジ３４の上面にアルミナセラミ
ック等でなる絶縁物３６を介して上板３７が気密に取着
されて閉塞され、これによって放電容器３１と上板３７
とは電気的に絶縁されている。

【００２５】また、放電容器３１は、その内部が図示し
ない排気装置によって、例えば０．１Ｐａ台に減圧さ
れ、その所定の圧力が維持されるようになっている。そ
して放電容器３１には、プラズマ生成ガス源３８が流量
調節用のリークバルブ３９を中間部に設けた導入パイプ
４０を介して接続されている。なお、導入パイプ４０の
ガス導入口４１は放電容器３１内に開口していて、この
ガス導入口４１から流量調節された水素あるいは重水素
等のプラズマ生成ガスが、放電容器３１内に供給され
る。

【００２６】さらに、放電容器３１には、所定ガス源４
２が流量調節用のリークバルブ４３を中間部に設けた導
入パイプ４４を介して接続されている。なお、所定ガス
源４２は金属セシウムを収納したオーブン等でなり、オ
ーブン内をヒータで３００〜３５０℃に加熱することで
収納している金属セシウムを気化させ、セシウムガスを
発生させるようになっている。また、導入パイプ４４の
ガス導入口４５は放電容器３１内に開口していて、この
ガス導入口４５から流量調節された所定ガスであるセシ
ウムガスが放電容器３１内に供給される。

【００２７】また上板３７には、その中央部分にマイク
ロ波導入口４６が導波管４７の片端部４８を放電容器３
１内に開口するように取着することによって形成されて
おり、一方、導波管４７の他端部は、例えば２．４５Ｇ
Ｈｚのマイクロ波を発生する図示しないマイクロ波源に
接続されている。マイクロ波は、マイクロ波源から導波
管４７内に伝搬し、マイクロ波導入口４６を通過して放
電容器３１内へ導入される。

【００２８】さらに導波管４７は、中間部の片端部側に
マイクロ波の伝送路を略直角に曲げる屈曲部４９が設け
られ、この屈曲部４９より他端部側のマイクロ波導入口
４６から直視できない位置に、マイクロ波に対して透明
な材料、例えばアルミナ・セラミックでできた真空窓５
０が装着されている。真空窓５０はその主面が導波管４
７のマイクロ波の伝送路に交差するように装着され、こ
れにより導波管４７は片端部４８側と他端部側が気密に
分断される。

【００２９】また、放電容器３１に対し絶縁部材３６に
よって電気的に絶縁されている導波管４７は、０〜１０
０Ｖに可変の直流電源５１に開閉器５２を介して接続さ
れ、開閉器５２を閉じることによって放電容器３１に対
し正の電位が与えられる。

【００３０】また、放電容器３１の下開口３３は、フラ
ンジ３２との間に絶縁リング５３を介在させるようにし
て電極部５４の内側引出し電極５５が取着されて閉塞さ
れている。この電極部５４は、放電容器３１に面した内
側引出し電極５５の他に、複数の引出し電極５６と、各
電極間に設けられた絶縁リング５７とによって構成され
ている。なお、各引出し電極５５，５６には、放電容器
３１の軸に平行な方向をイオン引出し方向とするように
して、イオン引き出しを行う貫通孔５８が中央部分に多
数対応して形成されている。

【００３１】そして、電極部５４の各引出し電極５５，
５６は、加速電源５９の対応する端子に接続されてお
り、放電容器３１の内部に生成されたプラズマからイオ
ンビームを引き出せるよう、放電容器３１に対しそれぞ
れ所定の電圧が印加される。

【００３２】また一方、放電容器３１の筒状部の外壁面
には、磁場形成手段であるＳｍＣｏである円環状の２個
の永久磁石６０，６１が、ひとつは上板３７で閉塞され
た上端のフランジ３４近傍に、他は下端のフランジ３２
近傍に、それぞれ環状面を水平にするようにし、軸方向
上下に約９．２ｃｍの間隔をおいて配設されている。

【００３３】これら一対の永久磁石６０，６１は、半径
方向の相反する向きに着磁されており、上方の永久磁石
６０は内径側がＮ極で外径側がＳ極に、下方側の永久磁
石６１は内径側がＳ極で外径側がＮ極になっている。こ
のため、永久磁石６０，６１により放電容器３１内に磁
力線６２が、大きく放電容器３１の中心軸方向に張り出
すように形成される。

【００３４】このように構成されたものでは、放電容器
３１の内部が図示しない排気装置によって０．１Ｐａ台
の所定の圧力となるように減圧され、この状態が維持さ
れながら、ガス導入口４１からプラズマ生成ガスの水素
ガスまたは重水素がプラズマ生成ガス源３８から導入さ
れる。また、ガス導入口４５から所定ガスとしてセシウ
ムガスが、流量調節用のリークバルブ４３を短時間だけ
開くことにより、放電容器３１内にその内部の圧力、プ
ラズマ生成ガスの流量等に対応した量だけ所定ガス源４
２から導入される。

【００３５】そして、プラズマ生成ガスと、これに添加
するように微量だけ導入された所定ガスとによって放電
容器３１内を所定のガス雰囲気にした後、図示しないマ
イクロ波発生源から導波管４７内を、途中真空窓５０を
透過して伝搬してきた２．４５ＧＨｚのマイクロ波が、
放電容器３１内にマイクロ波導入口４６を通じて導入さ
れる。

【００３６】これによりマイクロ波電界により電子を高
エネルギに加速し、放電容器３１内に放電プラズマが生
成される。そして励起した水素分子または重水素分子か
らＨ⁻またはＤ⁻が生成され、生成されたＨ⁻またはＤ
⁻は、所定電圧が印加されている電極部５４の各引出し
電極５５，５６によって所定のエネルギとなるように貫
通孔５８を通過しながら加速されて外部にＨ⁻ビームま
たはＤ⁻ビームとして引き出される。

【００３７】このとき、上述した通り導波管４７の片端
部４８の内部は、真空窓５０までがマイクロ波導入口４
６を介して放電容器３１内と同じガス雰囲気となってお
り、またマイクロ波導入口４６の近傍領域では導波管４
７及び上板３７が放電容器３１に対して電気的に絶縁さ
れた状態にあり、開閉器５２を閉じることで正の電位が
加えられている。この導波管４７及び上板３７が正の電
位となった状態では、プラズマと放電容器３１の内壁、
上板３７の下面及び導波管４７との間に形成されるプラ
ズマシースの始まりの位置は、上板３７の下面に対して
は放電容器３１の内壁よりも離れた位置にあり、またマ
イクロ波導入口４６では導波管４７の片端部４８内に入
り込んだ形のものとなってはいない。

【００３８】そして、例えばプラズマ生成ガスを水素ガ
スとして放電容器３１内に導波管４７から導入されるマ
イクロ波については、横軸に導波管４７の電位Ｖ_CW、縦
軸に入射パワーＰ_Iに対する反射パワーＰ_Rの比（Ｐ_R
／Ｐ_I）を取って示す図２の特性図のようになる。図２
は、放電容器３１内の圧力が０．３Ｐａ、内側引出し電
極５５の電圧Ｖ_PCが４５Ｖ、導波管４７からの入射パワ
ーが４ｋＷの時のもので、白丸の点を含む特性曲線Ｘは
セシウムガスを導入しない場合を示し、黒丸の点を含む
特性曲線Ｙはセシウムガスを導入した場合を示すもので
ある。

【００３９】これらの特性曲線Ｘ，Ｙは、導波管４７の
正の電位Ｖ_CWが高くなるにしたがって両パワーの比（Ｐ
_R／Ｐ_I）、すなわち入射パワーＰ_Iを一定としている
ので反射パワーＰ_Rは減少するが、セシウムガスの導入
がない場合は特性曲線Ｘで見られるように、導波管４７
の電位Ｖ_CWが約３５Ｖになるまでは反射パワーＰ_Rは微
減傾向であるものの７０％も反射する。そして、さらに
電位Ｖ_CWを高くすると約５５Ｖになるまでは急減し、そ
の後は、さらに電位Ｖ_CWを上昇させても両パワーの比
（Ｐ_R／Ｐ_I）はほとんど減少しなくなり、入射パワー
Ｐ_Iの３０％が反射してしまう。

【００４０】一方、セシウムガスを導入した場合は特性
曲線Ｙで見られるように、反射パワーＰ_Rは導波管４７
の電位Ｖ_CWが高くなるにしたがって急減し、約４０Ｖで
は反射パワーＰ_Rが略零の無反射に近い状態となる。こ
れにより導波管４７を介して導入された入射パワーＰ_I
は、ほぼ全てが投入パワーＰ_Nとなる。

【００４１】これはセシウムの電離電圧が、プラズマ生
成ガスである水素の電離電圧（Ｈ；１３．６Ｖ、Ｈ₂；
１５．４Ｖ）より低い３．８９Ｖであり、このためセシ
ウムは水素よりも低いエネルギ付与で電離されることに
よるもので、同じ投入パワーＰ_Nに対し、より高密度の
プラズマが得られることになる。また磁場がある場合に
は、プラズマ密度が高いほど、よりマイクロ波はプラズ
マに吸収される。吸収が増すとプラズマ密度がさらに増
大する。

【００４２】そして、横軸に投入パワーＰ_N、すなわち
入射パワーＰ_Iと反射パワーＰ_Rの差を取り、縦軸に引
出しイオン電流密度Ｄ_Iを取って示す図３のように、セ
シウムガスの導入がない場合は白丸の点を含む特性曲線
Ｑに見られるように、投入パワーＰ_Nが約２．５ｋＷと
なるまでは引出し電流密度Ｄ_Iも約３．５ｍＡ／ｃｍ²
まで増加し、投入パワーＰ_Nが約２．５ｋＷを越えると
引出し電流密度Ｄ_Iの増加傾向は減少したものとなる。

【００４３】これに対し、セシウムガスを導入した場合
は黒丸の点を含む特性曲線Ｒに見られるように、セシウ
ムガスの導入がない場合よりも投入パワーＰ_Nが増加す
ると引出し電流密度Ｄ_Iも共に増加すると共に、同じ投
入パワーＰ_Nにおいてもセシウムガスの導入がない場合
よりも引出し電流密度Ｄ_Iは大きくなる。

【００４４】以上に説明した通り、イオン源を構成する
放電容器３１の内部に導入されたプラズマ生成ガスの水
素ガスに、水素ガスより電離電圧が低いセシウムガスを
導入して微量添加することによって、先ず導入したマイ
クロ波によって電離し易いセシウムの電離がおこり、連
鎖的に水素ガスの電離がおこる。

【００４５】さらに、この電離によってマイクロ波の吸
収が容易となり反射がなくなって、反射による減衰がな
くなる。そして、導波管４７による放電容器３１内への
パワーの大きなマイクロ波の導入が効率良く行うことが
できることになり、放電容器３１内に高密度プラズマや
大面積プラズマを生成することができる。また、電極部
５４からは、より大きな電流値のイオンビームを引き出
すことができる。

【００４６】なお、上記ものではプラズマ生成ガスとし
て水素あるいは重水素を取り上げ、これに所定ガスとし
て元素中で最も電離電圧が低く、電離し易いセシウムを
導入するようにしたものを例にとって説明したが、これ
に限るものではなく、所定ガスはプラズマ生成ガスより
も電離電圧が低いものであればよく、リチウムやナトリ
ウム、カリウムのアルカリ金属でも、またプラズマ生成
ガスが水素の場合には、キセノンであってもよい。

【００４７】さらに、プラズマ生成ガスと所定ガスの組
み合わせとしては、酸素あるいは窒素に対してはアルゴ
ンあるいはキセノン、塩素に対してはセシウムとするこ
とでも同様の効果を得ることができる。

【００４８】次に、第２の実施例のマイクロ波プラズマ
発生装置の１つであるプラズマ源について、図４により
説明する。図４はプラズマ源の概略断面図である。

【００４９】図４において、放電容器６５は略円筒状の
容器で、上部は上板３７によって気密に閉塞されてい
る。放電容器６５には、中間部に流量調節用のリークバ
ルブ３９を設けた導入パイプ４０によってプラズマ生成
ガス源３８が接続されていて、放電容器６５内にプラズ
マ生成ガスである水素等が供給されるようになってい
る。さらに放電容器６５には、中間部に流量調節用のリ
ークバルブ４３を設けた導入パイプ４４によって所定ガ
ス源４２が接続されていて、放電容器６５内に所定ガス
であるセシウムガスが供給されるようになっている。

【００５０】また上板３７には、その中央部分に導波管
４７が放電容器６５内に開口するように取着されてい
る。そして導波管４７は放電容器６５に対し０〜１００
Ｖに可変の直流電源５１によって正の電位が与えられる
ようになている。

【００５１】さらに、放電容器６５の外壁面には、磁場
形成手段の円環状の永久磁石６０，６１が軸方向上下に
間隔をおいて配設されている。

【００５２】一方、放電容器６５の下開口３３には、処
理容器６６が上部フランジ６７を放電容器６５のフラン
ジ３２との間に絶縁リング５３を介在させることによっ
て気密に取り付けられている。処理容器６６は、その内
底部に処理試料６８を載置する載置台６９が設けられ、
さらに下部に排気口７０が形成されており、この排気口
７０に接続された図示しない排気装置によって放電容器
６５及び処理容器６６内が減圧され、所定の圧力が維持
されるようになっている。

【００５３】このように構成されたものでは、処理容器
６６内の載置台６９上に処理試料６８を載置した後、放
電容器６５の内部を減圧し、減圧された放電容器６５内
にプラズマ生成ガスの水素ガスと、所定ガスのセシウム
ガスを導入して所定の雰囲気とする。そして、図示しな
いマイクロ波発生源から導波管４７を通じてマイクロ波
が放電容器６５に導入される。

【００５４】このマイクロ波の導入により、マイクロ波
電界により電子を高エネルギに加速し、放電容器６５及
び処理容器６６内に放電プラズマが生成される。そし
て、この放電プラズマを処理容器６６内に載置された処
理試料６８の露出部位に照射することにより、処理試料
６８のプラズマ処理が実行される。

【００５５】このとき、本実施例においても第１の実施
例と同様に、導波管４７に加える正の電位を適宜に設定
することで導波管４７の内部にまでイオンシースが入り
込んだ形のものとならない。また、導入されている水素
ガスの電離電圧より低いセシウムガスが先ず電離するこ
とになり、これにより放電容器６５内へのマイクロ波の
導入は反射による減衰がほとんど無い状態で行われ、投
入パワーは入射パワーに略等しいものとなる。

【００５６】この結果、本実施例においてもパワーの大
きなマイクロ波の放電容器６５内への導入が効率良く行
うことができ、放電容器６５内に高密度プラズマや大面
積プラズマ等が生成できる。

【００５７】なお、本発明は上記のイオン源やプラズマ
源の各実施例のみに限定されるものではなく、マイクロ
波による放電プラズマを用いた半導体製造装置や化学処
理装置等のマイクロ波プラズマ発生装置に適用されるも
のである。

【００５８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、プラズマ生成ガスに、これよりも電離電圧の低い所
定ガスを添加するように構成したことにより、放電容器
内により大きいパワーのマイクロ波の導入が効率良く行
うことができ、放電容器内に高密度プラズマや大面積プ
ラズマが生成できる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロ波プラズマ発生装置に係る第
１の実施例の概略構成を示す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例における反射パワーの特
性図である。

【図３】本発明の第１の実施例における引出しイオン電
流密度の特性図である。

【図４】本発明のマイクロ波プラズマ発生装置に係る第
２の実施例の概略構成を示す断面図である。

【図５】従来例のマイクロ波プラズマ発生装置に係るイ
オン源の概略構成を示す断面図である。

【図６】図５の要部を拡大して示す断面図である。

【図７】比較例のマイクロ波プラズマ発生装置の概略構
成を示す断面図である。

【図８】図７の要部を拡大して示す断面図である。

【符号の説明】

３１…放電容器３８…プラズマ生成ガス源４２…所定ガス源４６…マイクロ波導入口４７…導波管５１…直流電源６０，６１…永久磁石

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/30 21/3065

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】減圧された内部にプラズマ生成ガスが導
入されてプラズマが形成される放電容器と、この放電容
器のマイクロ波導入口に片端部が取着され該放電容器内
にマイクロ波を導入する導波管と、前記放電容器内部に
磁場を形成する磁場形成手段とを備えたマイクロ波プラ
ズマ発生装置において、前記放電容器内に前記プラズマ
生成ガスよりも電離電圧が低い所定ガスを導入するよう
に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２】減圧された内部にプラズマ生成ガスが導
入されてプラズマが形成される放電容器と、この放電容
器のマイクロ波導入口に片端部が取着され該放電容器内
にマイクロ波を導入する導波管と、前記放電容器内部に
磁場を形成する磁場形成手段とを備えたマイクロ波プラ
ズマ発生装置において、前記導波管が前記放電容器に対
して正の電位を有するようにし、且つ前記放電容器内に
前記プラズマ生成ガスよりも電離電圧が低い所定ガスを
導入するようにしたことを特徴とするマイクロ波プラズ
マ発生装置。
【請求項３】所定ガスがアルカリ金属であることを特
徴とする請求項１及び請求項２のいずれかに記載のマイ
クロ波プラズマ発生装置。
【請求項４】所定ガスがセシウムであることを特徴と
する請求項１及び請求項２のいずれかに記載のマイクロ
波プラズマ発生装置。
【請求項５】プラズマ生成ガスを水素あるいは重水素
とし、所定ガスをセシウムとしたことを特徴とする請求
項１及び請求項２のいずれかに記載のマイクロ波プラズ
マ発生装置。