JPH0785438B2 - Plasma generation source by microwave excitation - Google Patents
Plasma generation source by microwave excitationInfo
- Publication number
- JPH0785438B2 JPH0785438B2 JP61271909A JP27190986A JPH0785438B2 JP H0785438 B2 JPH0785438 B2 JP H0785438B2 JP 61271909 A JP61271909 A JP 61271909A JP 27190986 A JP27190986 A JP 27190986A JP H0785438 B2 JPH0785438 B2 JP H0785438B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma generation
- microwave
- waveguide
- plasma
- generation chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
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
共鳴を用いたプラズマ生成源に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma generation source using microwave-excited electron cyclotron resonance, which is used as a generation source of plasma ions radicals.
半導体LSIなどの微細・高精細な製造技術として、プラ
ズマ・イオンなどの活性化粒子を用いたエツチング、膜
形成、イオン注入技術が広く使われている。プラズマを
発生させるプラズマ生成源としては、種々の放電形式が
検討されているが、その中で、マイクロ波励起による電
子サイクロトロン共鳴を用いたプラズマ放電(ECR放
電)は、低い圧力(1×10-5Torr以下)で放電可能で
あり、イオンの方向がそろうこと、高密度プラズマが
発生できること、無電極放電であるため寿命が長く、
活性ガスを使用できること等の優れた特徴を持つている
ために注目されている。As a fine and high-definition manufacturing technology for semiconductor LSIs, etching using an activated particle such as plasma and ions, film formation, and ion implantation technology are widely used. Various types of discharge have been studied as a plasma generation source for generating plasma. Among them, plasma discharge using electron cyclotron resonance by microwave excitation (ECR discharge) has a low pressure (1 × 10 − Discharge is possible at 5 Torr or less), the direction of ions is aligned, high-density plasma can be generated, and the life is long because of electrodeless discharge.
It has attracted attention because it has excellent characteristics such as the ability to use active gas.
第3図に、従来のECR放電を用いたプラズマ生成源の基
本構成を示す。1はプラズマ発生室、2はマイクロ波導
入窓、3は導波管、4は磁気コイル、5はガス導入口、
6はプラズマリミツタ、7は引き出されたプラズマ流で
ある。プラズマ発生室1に、ガス導入口5よりガスを、
導波管3よりマイクロ波(例えば2.45GHz)をそれぞれ
導入し(図にはマイクロ波発振源、アイソレータ、整合
器、マイクロ波電力計を省略してある)、磁気コイル4
によつて、電子サイクロトロン共鳴(ECR)条件の直流
磁場(875ガウス)をマイクロ波電界に対して直角方向
に印加すると、これらの相互作用で、プラズマ発生室1
に導入されたガスはプラズマとなる。FIG. 3 shows the basic configuration of a conventional plasma generation source using ECR discharge. 1 is a plasma generation chamber, 2 is a microwave introduction window, 3 is a waveguide, 4 is a magnetic coil, 5 is a gas introduction port,
Reference numeral 6 is a plasma limiter, and 7 is an extracted plasma flow. Gas is introduced into the plasma generation chamber 1 through the gas inlet 5.
A microwave (for example, 2.45 GHz) is introduced from the waveguide 3 (a microwave oscillation source, an isolator, a matching device, and a microwave power meter are omitted in the figure), and a magnetic coil 4
Therefore, when a DC magnetic field (875 Gauss) under the electron cyclotron resonance (ECR) condition is applied in the direction perpendicular to the microwave electric field, the interaction between them causes the plasma generation chamber 1
The gas introduced into the plasma becomes plasma.
このようなマイクロ波導入窓2を介してプラズマ発生室
内部にマイクロ波を導入するプラズマ生成源の構成にお
いては、プラズマ発生室1の空洞部は、マイクロ波を伝
播するように構成されている。これは、プラズマを生成
するために空洞室内の電子をマイクロ波で励起する必要
があり、そのためにはマイクロ波が空洞室内に伝播する
のが前提となることによる。In the configuration of the plasma generation source that introduces microwaves into the plasma generation chamber through the microwave introduction window 2 as described above, the cavity of the plasma generation chamber 1 is configured to propagate microwaves. This is because it is necessary to excite the electrons in the cavity chamber with microwaves in order to generate plasma, and for that purpose, it is premised that the microwaves propagate into the cavity chambers.
このように従来のプラズマ生成室の内径は、マイクロ波
を損失なく伝播させるのに必要な大きさを有していた。
例えば、円筒または矩形状の導波管をプラズマ生成室に
用いた場合、マイクロ波が伝播しない遮断周波数に対応
するマイクロ波の波長(遮断波長)λCはそれぞれ次式
で示される。As described above, the inner diameter of the conventional plasma generation chamber had a size required to propagate the microwave without loss.
For example, when a cylindrical or rectangular waveguide is used in the plasma generation chamber, the microwave wavelength (cutoff wavelength) λ C corresponding to the cutoff frequency at which the microwave does not propagate is expressed by the following equations.
λC=2a(矩形導波管のTE10モード、aは1辺の長さ)
……(1) λC=2πr/1.84(円筒導波管のTE11モード、rは半
径) ……(2) よつて、2.45GHzのマイクロ波に対して内径が7.15cm以
上の円筒導波管もしくは6.1cm以上の1辺(以下、この
ような内径および1辺の寸法を含めて径寸法という)を
有する矩形導波管(他の1辺の長さには制約はない)が
最小限必要であり、実際には、マイクロ波の伝播損失等
を考慮して、この値の1.6倍以上の導波管が通常用いら
れていた。すなわち、プラズマ生成室としては、円筒導
波管を用いるものとして約11cm以上の内径のものが殆ん
どであった。従来、ECRプラズマCVD装置やECRイオンシ
ヤワエツチング装置のプラズマ生成室は、通常直径20cm
の空洞で構成されていた(例えばジャパニーズ・ジヤー
ナル・オブ・アプライド・フイジクス(Japanese Journ
al of Applied Phisics)22巻4号(1983)L210〜21
2)。λ C = 2a (TE 10 mode of rectangular waveguide, a is the length of one side)
…… (1) λ C = 2πr / 1.84 (TE 11 mode of cylindrical waveguide, r is radius) …… (2) Therefore, cylindrical waveguide with inner diameter of 7.15 cm or more for 2.45 GHz microwave A tube or a rectangular waveguide having 6.1 cm or more on one side (hereinafter, such a diameter and the size of one side is referred to as a diameter dimension) (the length of the other side is not limited) is the minimum. It is necessary, and in actuality, in consideration of the propagation loss of microwaves and the like, a waveguide of 1.6 times or more of this value is usually used. That is, most of the plasma generation chambers having a cylindrical waveguide have an inner diameter of about 11 cm or more. Conventionally, the plasma generation chamber of ECR plasma CVD equipment and ECR ion shower etching equipment usually has a diameter of 20 cm.
It consisted of cavities (for example, Japanese Journal of Applied Physics (Japanese Journ
al of Applied Phisics) Volume 22, Issue 4 (1983) L210 ~ 21
2).
このように従来円筒状の空洞からなるプラズマ生成室に
矩形導波管,円筒導波管などの導波管を直結してマイク
ロ波を導入する構成では、種々の条件を勘案して、使用
するマイクロ波の周波数に応じて決まる、そのマイクロ
波を伝播させるのに必要な最小寸法の1.6倍以上の径寸
法が用いられており、それより小形のプラズマ生成源は
検討されていなかった。特に、マイクロ波が伝播しない
ようなプラズマ生成室ではマイクロ波が伝播しないため
プラズマを生成するのが困難とされ、プラズマ生成室の
内径は、少なくともマイクロ波を伝播させるに必要な内
径が最低必要と考えられていた。従って、プラズマ生成
源の内径の限界は、マイクロ波が伝播する以上の寸法が
原理的に必要と思われていたため、非伝播モードの小さ
な寸法を有する空洞に導波管でマイクロ波を導入するよ
うなプラズマ生成源の検討例はなく、このような小さな
空洞でのプラズマ生成源は実現されていなかった。ま
た、実際上も、従来一般に使用されているLSI製造用の
装置としては、6〜8インチのように使用するウエハサ
イズが大きくなつているので、小形化の要求は特になか
つた。As described above, in the configuration in which the microwave is introduced by directly connecting the waveguide such as the rectangular waveguide and the cylindrical waveguide to the plasma generation chamber having the conventional cylindrical cavity, various conditions are taken into consideration and used. The diameter dimension of 1.6 times or more of the minimum dimension required for propagating the microwave, which is determined by the frequency of the microwave, is used, and a smaller plasma generation source has not been studied. In particular, it is difficult to generate plasma in a plasma generation chamber where microwaves do not propagate because microwaves do not propagate, and the inner diameter of the plasma generation chamber must be at least the minimum required to propagate microwaves. Was being considered. Therefore, the inner diameter limit of the plasma generation source was thought to require a dimension larger than that of microwave propagation in principle, so it is necessary to introduce the microwave into the cavity having a small dimension of the non-propagation mode by the waveguide. There is no study example of such a plasma generation source, and a plasma generation source with such a small cavity has not been realized. Further, in actuality, as a conventionally used apparatus for LSI manufacture, the size of a wafer used is as large as 6 to 8 inches, so that there is no particular demand for downsizing.
しかしながら、マイクロ波励起によるプラズマ生成源は
今後種々の分野で使われる可能性が高まり、外形の小さ
な小形のイオン源の要求がでてきている。しかし、プラ
ズマ生成室内径の小形化の可能性をはじめ、マイクロ波
をプラズマ生成室に導入するマイクロ波導入用導波管の
大きさ、マイクロ波をプラズマと結合するマイクロ波結
合用開口の大きさ等、プラズマ生成源の小形化のための
検討は全く行なわれていない。However, the plasma generation source by microwave excitation is more likely to be used in various fields in the future, and there is a demand for a small ion source having a small outer shape. However, including the possibility of reducing the diameter of the plasma generation chamber, the size of the microwave introduction waveguide that introduces microwaves into the plasma generation chamber, and the size of the microwave coupling opening that couples microwaves with plasma. For example, no study has been made to reduce the size of the plasma generation source.
なお、導波管でマイクロ波を導入するタイプ以外の構成
として、アンテナを直接プラズマ生成室にいれて小形に
している例もあるが、このタイプはスパツタなどでアン
テナが消耗するといつた問題があつた。As a configuration other than the type that introduces microwaves with a waveguide, there is an example in which the antenna is directly inserted into the plasma generation chamber to make it small, but this type has a problem when the antenna is worn out by a spatter. It was
本発明は、従来の常識を破り、プラズマ生成室の内法寸
法を、プラズマ生成室を導波管とした場合に導入マイク
ロ波に対して通過域の伝送モードを有する径寸法よりも
小さくしたものである。The present invention breaks the conventional wisdom and makes the inner dimension of the plasma generation chamber smaller than the diameter dimension having the transmission mode of the pass band for the introduced microwave when the plasma generation chamber is a waveguide. Is.
導波管により導かれたマイクロ波は、マイクロ波導入開
口のところまで伝播され、一部のマイクロ波はプラズマ
生成室に僅かに漏れているためプラズマが生成する。し
かも、いつたんプラズマが生成されると、その部分は誘
電率の高い誘電体(プラズマ)で充填されたと等価にな
りマイクロ波がプラズマ生成室内に伝播するようになる
ため、定常的にプラズマが生成される。The microwave guided by the waveguide propagates to the microwave introduction opening, and a part of the microwave slightly leaks to the plasma generation chamber, so that plasma is generated. Moreover, when plasma is generated, that portion is equivalent to being filled with a dielectric material (plasma) having a high dielectric constant, and microwaves propagate inside the plasma generation chamber, so that plasma is constantly generated. To be done.
第1図は本発明の一実施例を示す構成図である。8は同
軸ケーブルの接続口、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
用空洞部、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はプラズマリミツタ、18はプラズマ
流である。プラズマ生成用空洞部13は、プラズマが生成
されていない時には、マイクロ波を伝送しない非導波モ
ードに相当する小さな内法寸法を有する空洞である。す
なわち、2.45GHzのマイクロ波に対して、円筒状の空洞
の場合には、内径が7.2cm以下、矩形上の空洞の場合に
は、長辺が6.1cm以下である。この図では、マイクロ波
を同軸ケーブルで導入する例を示した。すなわち、マイ
クロ波は同軸ケーブルの接続口8を介して同軸ケーブル
によりこの系に導入される。同軸ケーブルにより導入さ
れたマイクロ波は、同軸導波管変換器9によつて、導波
管モードになる。通常は矩形導波管に整合が取られてい
る。この導波管に励起されたマイクロ波は矩形状のテー
パ導波管10、円筒状の導波管部11を介してプラズマ生成
用空洞部13に導かれる。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. 8 is a connection port of a coaxial cable, 9 is a coaxial waveguide converter, 10 is a tapered waveguide, 11 is a waveguide, 12 is a dielectric, 13 is a cavity for plasma generation, 14 is a magnetic coil, 15 is A gas inlet, 16 is a microwave inlet, 17 is a plasma limiter, and 18 is a plasma flow. The plasma generating cavity 13 is a cavity having a small internal dimension corresponding to a non-guided mode that does not transmit microwaves when plasma is not generated. That is, for a microwave of 2.45 GHz, the inner diameter is 7.2 cm or less in the case of a cylindrical cavity, and the long side is 6.1 cm or less in the case of a rectangular cavity. In this figure, an example in which microwaves are introduced by a coaxial cable is shown. That is, the microwave is introduced into this system by the coaxial cable through the connection port 8 of the coaxial cable. The microwave introduced by the coaxial cable becomes a waveguide mode by the coaxial waveguide converter 9. It is usually matched to a rectangular waveguide. The microwave excited in this waveguide is guided to the plasma generation cavity 13 via the rectangular tapered waveguide 10 and the cylindrical waveguide 11.
プラズマ生成用空洞部13がマイクロ波を伝播できる大き
さを持つ場合は、導波管部11の構成に大きな問題はな
い。しかしながら、本発明のようにマイクロ波を伝播で
きない大きさのプラズマ生成用空洞部13を用いて小形化
を図る場合には、それに応じてプラズマ生成用空洞部13
周辺のマイクロ波導波管も小形にし、全体としての小形
化を実現する必要がある。一般に、2.45GHzに対してマ
イクロ波の遮断周波数に対応する矩形導波管の一辺の大
きさは6.1cmであるが、先に述べた通り伝播損失等を考
慮してこの値の1.6倍程度が用いられており、2.45GHzの
マイクロ波に対しては10.9cm、とか9.6cmの導波管が規
格品として市販されている。したがつて、本発明の小形
のプラズマ生成用空洞部13に、それに整合した寸法の導
波管でマイクロ波を導入しようとすると、通常(市販)
の導波管ではこれを実現することは困難である。さら
に、導波管を小さくして、非導波モードの寸法を有する
プラズマ生成用の空洞部13に導波管でマイクロ波を導入
しようとしても、導波モードの導波管では寸法が大きす
ぎて小形のプラズマ生成源を実現するものは困難であっ
た。When the plasma generating cavity 13 has a size capable of propagating microwaves, there is no major problem in the configuration of the waveguide 11. However, when the size is reduced by using the plasma generation cavity 13 having a size that does not allow microwaves to propagate as in the present invention, the plasma generation cavity 13 is correspondingly reduced.
It is necessary to reduce the size of the entire microwave waveguide so that the overall size can be reduced. In general, the size of one side of a rectangular waveguide corresponding to the cutoff frequency of microwave is 2.16 GHz is 6.1 cm, but as mentioned earlier, considering propagation loss etc., about 1.6 times this value is It is used, and a waveguide of 10.9 cm or 9.6 cm for 2.45 GHz microwave is commercially available as a standard product. Therefore, when microwaves are introduced into the small-sized plasma generating cavity 13 of the present invention by a waveguide having a size matched thereto, it is usually (commercially available)
This is difficult to achieve with the waveguide of. Furthermore, even if the waveguide is made small and the microwave is introduced into the cavity portion 13 for plasma generation having a non-waveguide mode size by the waveguide, the size of the waveguide of the waveguide mode is too large. It was difficult to realize a compact plasma generation source.
そこで、この問題を解決するために、本実施例では、誘
電体を充填して小型化した導波管11を用いて、プラズマ
生成用空洞部13にマイクロ波を導びくようにした。導波
管に充填する誘電体の誘電率をεとすると、同一の周波
数のマイクロ波に対して誘電率εの1/2乗に逆比例して
導波管の大きさを小さくできる。例えば、誘電率4の誘
電体を充填すると、3.6〜5.5cmφの円筒導波管もしくは
長辺が5〜3cmの大きさの矩形導波管の使用が可能であ
る。さらに、誘電率9の誘電体とすれば、円筒導波管の
内径を2.4cmに、矩形導波管の長辺を2.1cmまで小さくす
ることができる。よって、導波管11にこの程度の大きさ
の導波管を用いれば、外形が5cm以下のプラズマ生成用
空洞部13が実現できる。第1図には、導波管11として円
筒導波管を用いた例を示したが、矩形導波管に対しても
同様に構成出来ることは明らかである。この目的に使用
できる誘電体材としては、石英(誘電率4)、BN(同
4)、フオルススライト(同6.2)、ステアタイト(同
6)、アルミナ(同9)などがある。なお、これらの充
填材の使用にあたつては、プラズマとの接触に対して非
脱ガス性・耐熱性を要したり、真空封じをするための気
密性・平坦性を要する部分には石英、アルミナ等を用い
そのほかの部分にはより安価な材質を用いるなどのよう
に誘電体をいくつかの部分に分けて構成することができ
る。さらに、高いプラズマ密度のプラズマにマイクロ波
を導入するには、高い誘電率の誘電体を使用するのが有
効である。また、テーパ導波管10も、誘電体を充填する
ことにより、通常の規格品の矩形導波管(この図の場合
は同軸導波管変換器9)とこのような寸法を小さくした
特殊な導波管11とを整合させてマイクロ波を伝播でき
る。この時、特殊な導波管側のこのテーパ導波管の形状
は、特殊な導波管11の形状と一致している必要はない。
例えば、円筒状の特殊な小さな導波管11に対して、テー
パ導波管10には矩形導波管を用いて接続できる。但し、
矩形状のテーパ導波管の内法寸法が、導波管11の内法寸
法より小さい方がマイクロ波の整合の点で望ましい。こ
のとき、必要に応じていくつかのテーパ導波管もしくは
直線導波管の組合せで構成してもよいことは自明であ
る。例えば、同軸導波管変換器9の矩形導波管に矩形−
円筒導波管変換器を接続して円筒導波管に変換した後、
円筒状のテーパ導波管で小さな寸法に変換して、寸法の
小さな導波管11の寸法に整合させるように構成すること
ができる。いずれにしても、このように誘電体を挿入し
て導波管11の内法寸法をマイクロ波導入開口側で誘電体
が挿入されていないときに、マイクロ波が伝播しないよ
うな非導波モードに対応する小さな寸法縮小することに
より、導波管11を小型化することができ、しかもマイク
ロ波の電力密度を高められる効果がある。すなわち、低
電力マイクロ波パワーで高密度プラズマを生成できる。Therefore, in order to solve this problem, in the present embodiment, the waveguide 11 that is made compact by filling the dielectric is used to guide the microwave to the cavity 13 for plasma generation. When the permittivity of the dielectric material filled in the waveguide is ε, the size of the waveguide can be reduced in inverse proportion to the 1/2 power of the permittivity ε for microwaves of the same frequency. For example, when a dielectric material having a dielectric constant of 4 is filled, a cylindrical waveguide having a diameter of 3.6 to 5.5 cm or a rectangular waveguide having a long side of 5 to 3 cm can be used. Furthermore, if a dielectric material having a dielectric constant of 9 is used, the inner diameter of the cylindrical waveguide can be reduced to 2.4 cm, and the long side of the rectangular waveguide can be reduced to 2.1 cm. Therefore, if a waveguide of this size is used as the waveguide 11, the cavity 13 for plasma generation having an outer shape of 5 cm or less can be realized. Although FIG. 1 shows an example in which a cylindrical waveguide is used as the waveguide 11, it is obvious that a rectangular waveguide can be similarly configured. Dielectric materials that can be used for this purpose include quartz (dielectric constant 4), BN (4), forthulite (6.2), steatite (6), alumina (9). In addition, when using these fillers, quartz is used for the parts that require non-degassing and heat resistance against contact with plasma, and that require airtightness and flatness for vacuum sealing. The dielectric can be divided into several parts, such as alumina, and other parts using a cheaper material. Furthermore, it is effective to use a dielectric material having a high dielectric constant in order to introduce microwaves into a plasma having a high plasma density. Further, the tapered waveguide 10 is also filled with a dielectric material so that it can be used as a standard rectangular waveguide (the coaxial waveguide converter 9 in this case) and a special type with such a reduced size. The microwave can be propagated by matching with the waveguide 11. At this time, the shape of this tapered waveguide on the special waveguide side does not have to match the shape of the special waveguide 11.
For example, a rectangular waveguide can be used as the tapered waveguide 10 for connection with a special small cylindrical waveguide 11. However,
It is desirable that the inner dimension of the rectangular tapered waveguide is smaller than the inner dimension of the waveguide 11 in terms of microwave matching. At this time, it is obvious that a combination of several tapered waveguides or linear waveguides may be used if necessary. For example, the rectangular waveguide of the coaxial waveguide converter 9 has a rectangular shape.
After connecting the cylindrical waveguide converter and converting it to a cylindrical waveguide,
It can be configured to convert to a smaller size with a cylindrical tapered waveguide to match the size of the smaller size waveguide 11. In any case, the internal dimension of the waveguide 11 is thus changed so that the microwave does not propagate when the dielectric is not inserted on the microwave introduction opening side. The waveguide 11 can be downsized and the microwave power density can be increased by reducing the size corresponding to the above. That is, high density plasma can be generated with low power microwave power.
このような構成において、同軸ケーブル接続口8を介し
て導入されたマイクロ波は、プラズマ生成用空洞部13の
マイクロ波導入開口16のところまで伝播され、一部のマ
イクロ波はプラズマ生成用空洞部13に僅かに漏れてい
る。この状態でガス導入口15よりガスをプラズマ生成用
空洞部13に導入し、プラズマ生成用空洞部13の内部にEC
R条件を満足する875ガウス以上の磁場を印加すると、プ
ラズマが生成する。特に、いつたんプラズマが生成され
ると、プラズマ生成用空洞部13は誘電率の高い誘電体
(プラズマ)で充電されていることと等価になり、マイ
クロ波がプラズマ生成用空洞中へ伝播することになり定
常なプラズマが生成される。なお、このために、実際に
はマイクロ波導入開口16の近傍にプラズマの放電開始が
容易なECR条件を満足する磁場を印加していつたんプラ
ズマ生成を開始させて、マイクロ波がプラズマ中に定常
的に導入されるようになった後高密度プラズマ生成に最
適な磁場分布を設定するようにしている。In such a configuration, the microwave introduced through the coaxial cable connection port 8 is propagated to the microwave introduction opening 16 of the plasma generation cavity 13, and a part of the microwave is generated in the plasma generation cavity. There is a slight leak to 13. In this state, gas is introduced from the gas inlet 15 into the plasma generation cavity 13, and the EC is introduced into the plasma generation cavity 13.
When a magnetic field of 875 Gauss or more that satisfies the R condition is applied, plasma is generated. In particular, when plasma is generated, the plasma generation cavity 13 is equivalent to being charged with a dielectric (plasma) having a high dielectric constant, and microwaves propagate to the plasma generation cavity. And a steady plasma is generated. For this reason, in actuality, a magnetic field that satisfies the ECR condition that makes it easy to start plasma discharge is applied near the microwave introduction opening 16 to start plasma generation immediately, and the microwave is steadily set in the plasma. The magnetic field distribution is set optimally for the high density plasma generation after the introduction of the magnetic field.
このように小形にすると、同一のマイクロ波電力に対す
る電力密度が高くなるため、低電力で高密度のプラズマ
生成が可能になる。さらに、プラズマ中を伝播するマイ
クロ波の管内波長は、屈折率が同一のとき、プラズマ生
成室の内径が小さいほど長くなるので、マイクロ波がプ
ラズマに吸収される領域が拡がり、より効率的にプラズ
マが生成できる。With such a small size, since the power density for the same microwave power increases, it is possible to generate plasma with low power and high density. Furthermore, when the refractive index is the same, the in-tube wavelength of the microwave propagating in the plasma becomes longer as the inner diameter of the plasma generation chamber becomes smaller, so that the region where the microwave is absorbed by the plasma expands and the plasma is more efficiently generated. Can be generated.
なお、同軸ケーブルを用いてマイクロ波を導入する方式
を示したが、より大きなマイクロ波電力が必要な場合に
は、マイクロ波発振源のマグネトロンに導波管を接続し
た系で構成しても良い。また、第1図にはマイクロ波整
合器、マイクロ波電力計(マイクロ波発振源、アイソレ
ータ)などのマイクロ波回路部品が図示されていない
が、必要に応じて使用することは勿論である。Although a method of introducing microwaves using a coaxial cable has been shown, a system in which a waveguide is connected to the magnetron of the microwave oscillation source may be used if a higher microwave power is required. . Further, although FIG. 1 does not show microwave circuit components such as a microwave matching box and a microwave power meter (microwave oscillating source, isolator), they can be used as necessary.
第2図に内径4.5cmφのプラズマ生成用空洞部を用い、3
cmφのマイクロ波導入開口を介してプラズマ生成用空洞
部にマイクロ波を導入した場合の特性例を示す。イオン
電流は、単葉のメツシユ電極でイオンを引き出して測定
したものであり、より大きな形状のイオン源構成と同様
なイオン電流が得られている。さらに、プラズマ生成用
空洞部の軸長に対するプラズマ密度の分布は、空洞部の
内径より軸長が大きくなるとプラズマ密度が小さくなつ
てくる。よつて、プラズマ生成用空洞の大きさは、軸長
が内径と等しいかそれ以下程度が適している。Fig. 2 shows a cavity for plasma generation with an inner diameter of 4.5 cmφ.
An example of characteristics when microwaves are introduced into the cavity for plasma generation through the microwave introduction opening of cmφ is shown. The ion current is measured by extracting ions with a single-leaf mesh electrode, and an ion current similar to that of a larger-shaped ion source configuration is obtained. Further, the distribution of the plasma density with respect to the axial length of the cavity for plasma generation becomes smaller as the axial length becomes larger than the inner diameter of the cavity. Therefore, the size of the cavity for plasma generation is preferably such that the axial length is equal to or smaller than the inner diameter.
以上、主としてプラズマ・ラジカルの生成源として用い
る場合について述べてきたが、本発明のプラズマ生成源
は、第2図のイオン電流の測定について述べたように、
1枚電極・単葉メツシユ電極を用いれば低エネルギーイ
オンの生成源としても有効である。さらに、加速−減速
構成の3枚電極構成のイオン引出し電極系を用いれば高
密度・大電流イオン源として特に有効である。As described above, the case where the plasma generation source is mainly used as the generation source of plasma radicals is described.
If a single-electrode / single-leaf mesh electrode is used, it is also effective as a source of low-energy ions. Furthermore, it is particularly effective as a high-density, high-current ion source if an ion extraction electrode system having a three-electrode structure of acceleration-deceleration structure is used.
本発明によれば、導波モード構成でプラズマ生成室を構
成するという従来の概念にとらわれず、導入するマイク
ロ波の周波数が遮断周波数となるような小さな空洞を有
するプラズマ生成室を用い、非導波モードでプラズマ生
成を実現したことにより、小形のプラズマ生成源を構成
できる。さらに、小形になつた分だけ同一のマイクロ波
電力に対してマイクロ波電力密度が高くなり、管内波長
が長くなるから、同一のマイクロ波電力に対してより高
密度のプラズマが生成できる利点がある。According to the present invention, regardless of the conventional concept of constructing a plasma generation chamber in a guided mode configuration, a plasma generation chamber having a small cavity in which the frequency of the introduced microwave becomes the cutoff frequency is used, By realizing plasma generation in the wave mode, a compact plasma generation source can be constructed. Further, the smaller the size, the higher the microwave power density becomes with respect to the same microwave power, and the longer the wavelength inside the tube. Therefore, there is an advantage that a higher density plasma can be generated with respect to the same microwave power. .
このように小形で高密度のプラズマ・イオン・ラジカル
の発生源として使用できるから、MBE装置・MOCVD装置・
プラズマ応用装置と組み合わせた複合装置で表面反応の
促進、ドーピングの効率化等により、エツチング、膜形
成技術の高制御化が可能になる。また、加速−減速のイ
オン引出し電極を設置することにより、小形の大電流イ
オン源として使用できイオン注入装置用のイオン源とし
て有望であるとともに、1枚電極・単葉メツシユ電極を
用いることにより、低エネルギーイオンの生成源として
も有効である。Since it can be used as a small-sized and high-density source of plasma, ions, and radicals, it can be used in MBE equipment, MOCVD equipment,
A composite device combined with a plasma application device enables higher control of etching and film forming technology by promoting surface reactions and increasing the efficiency of doping. Also, by installing an accelerating-decelerating ion extraction electrode, it can be used as a small high-current ion source and is promising as an ion source for an ion implantation apparatus, and by using a single electrode / single leaf mesh electrode, It is also effective as a source of energetic ions.
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図はその
特性例を示す図、第3図は従来例を示す構成図である。 10……テーパ導波管、11……導波管、13……プラズマ生
成用空洞部、14……磁気コイル、15……ガス導入口、16
……マイクロ波導入開口。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing its characteristic example, and FIG. 3 is a block diagram showing a conventional example. 10 ... Tapered waveguide, 11 ... Waveguide, 13 ... Plasma generation cavity, 14 ... Magnetic coil, 15 ... Gas inlet, 16
…… Microwave introduction opening.
Claims (4)
を含みマイクロ波導入開口を有しかつ前記マイクロ波導
入開口を除く導体壁とからなるプラズマ生成室と、前記
マイクロ波導入開口に接続して前記プラズマ生成室内に
マイクロ波を導入する導波管と、前記プラズマ生成室内
に磁界を発生させる磁界発生器とを有し、前記マイクロ
波を前記導波管を介して前記プラズマ生成室に導入して
前記プラズマ生成室内にマイクロ波電界を発生させると
ともに、前記プラズマ生成室内の少なくとも一部におい
て前記マイクロ波の周波数により決まる電子サイクロト
ロン共鳴条件を満足する磁界を前記磁界発生器により前
記プラズマ生成室内に形成し、この状態でプラズマ化す
べきガスを導入して、前記マイクロ波電界と前記磁界に
よる電子サイクロトロン共鳴吸収でプラズマを発生させ
るマイクロ波励起によるプラズマ生成源において、 前記プラズマ生成室の内法寸法が、前記プラズマ生成室
を導波管とした場合に前記導入マイクロ波に対して通過
域の伝送モードを有する寸法よりも小さいことを特徴と
するマイクロ波励起によるプラズマ生成源。1. A plasma generation chamber comprising a cavity portion for generating plasma and a conductor wall including the cavity portion and having a microwave introduction opening and excluding the microwave introduction opening, and a plasma generation chamber connected to the microwave introduction opening. Has a waveguide for introducing microwaves into the plasma generation chamber and a magnetic field generator for generating a magnetic field inside the plasma generation chamber, and introduces the microwaves into the plasma generation chamber through the waveguide. A microwave electric field is generated in the plasma generation chamber, and a magnetic field satisfying an electron cyclotron resonance condition determined by the frequency of the microwave in at least a part of the plasma generation chamber is generated in the plasma generation chamber by the magnetic field generator. In this state, a gas to be turned into a plasma is introduced, and an electron cyclo by the microwave electric field and the magnetic field is introduced. In a plasma generation source by microwave excitation for generating plasma by Ron resonance absorption, the internal dimension of the plasma generation chamber is such that when the plasma generation chamber is a waveguide, transmission of a pass band for the introduced microwaves. A plasma generation source by microwave excitation characterized by being smaller than a dimension having a mode.
の内法寸法が誘電体が挿入しないときにマイクロ波が伝
播しない寸法以下に縮小されていることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載のマイクロ波励起によるプラズ
マ生成源。2. A waveguide according to claim 1, wherein an inner dimension of the waveguide is reduced to a dimension at which a microwave does not propagate when a dielectric is not inserted, on the microwave introduction opening side. A plasma generation source by microwave excitation according to item 1.
たマイクロ波導入開口まで、導入マイクロ波に対して通
過域の伝送モードになるように構成されており、導入さ
れたマイクロ波の一部が前記プラズマ生成室に僅かに漏
れるように、前記導波管と前記プラズマ生成室が接続さ
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
マイクロ波励起によるプラズマ生成源。3. The waveguide is configured so as to be in a transmission mode in a pass band with respect to the introduced microwaves up to a microwave introduction opening provided in the plasma generation chamber. The plasma generation source by microwave excitation according to claim 1, wherein the waveguide and the plasma generation chamber are connected so that a part thereof slightly leaks into the plasma generation chamber.
たマイクロ波導入開口直前にて、誘電体を挿入した時に
導入マイクロ波を伝送し、誘電体を挿入しない時には導
入マイクロ波を伝送しないような小さい内法寸法を有し
ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のマ
イクロ波励起によるプラズマ生成源。4. The waveguide transmits the introduction microwave when the dielectric is inserted and immediately before the microwave introduction opening provided in the plasma generation chamber, and transmits the introduction microwave when the dielectric is not inserted. The microwave-excited plasma generation source according to claim 1, wherein the plasma generation source has a small internal dimension that does not occur.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61271909A JPH0785438B2 (en) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | Plasma generation source by microwave excitation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61271909A JPH0785438B2 (en) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | Plasma generation source by microwave excitation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63126198A JPS63126198A (en) | 1988-05-30 |
| JPH0785438B2 true JPH0785438B2 (en) | 1995-09-13 |
Family
ID=17506573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61271909A Expired - Lifetime JPH0785438B2 (en) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | Plasma generation source by microwave excitation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0785438B2 (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60205951A (en) * | 1984-03-30 | 1985-10-17 | Hitachi Ltd | Microwave ion source for aluminium ion |
| JPS60243957A (en) * | 1984-05-18 | 1985-12-03 | Hitachi Ltd | microwave ion source |
| JPS617542A (en) * | 1984-06-22 | 1986-01-14 | Hitachi Ltd | microwave ion source |
-
1986
- 1986-11-17 JP JP61271909A patent/JPH0785438B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63126198A (en) | 1988-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2959508B2 (en) | Plasma generator | |
| US6812647B2 (en) | Plasma generator useful for ion beam generation | |
| US3577207A (en) | Microwave plasmatron | |
| US5133826A (en) | Electron cyclotron resonance plasma source | |
| US5203960A (en) | Method of operation of electron cyclotron resonance plasma source | |
| KR100291152B1 (en) | Plasma generating apparatus | |
| JP2631650B2 (en) | Vacuum equipment | |
| US7574974B2 (en) | Device for production of a plasma sheet | |
| US4788473A (en) | Plasma generating device with stepped waveguide transition | |
| CN104782235B (en) | Surface wave applicator for plasma generation | |
| US5580387A (en) | Corrugated waveguide for a microwave plasma applicator | |
| JPH0785438B2 (en) | Plasma generation source by microwave excitation | |
| JPH0763035B2 (en) | Plasma generation source by microwave excitation | |
| WO2000005778A1 (en) | Insulated waveguide and semiconductor production equipment | |
| JP2546357B2 (en) | Plasma generator and ion source using the same | |
| JP2949260B2 (en) | Microwave plasma source | |
| JPH088159B2 (en) | Plasma generator | |
| Furuno et al. | A high-harmonic gyro-klystron amplifier: Theory and experiment | |
| JPH0785437B2 (en) | Plasma generation source by microwave excitation | |
| JPH08315998A (en) | Microwave plasma processing equipment | |
| JP3981240B2 (en) | Apparatus and method for generating microwave plasma | |
| Tetenbaum et al. | High power, magnetic field controlled microwave gas discharge switches | |
| JPH10126101A (en) | Te01 mode converter | |
| JPH06287761A (en) | Microwave plasma treating device | |
| JPS6362080B2 (en) |