JPH0785438B2 - マイクロ波励起によるプラズマ生成源 - Google Patents
マイクロ波励起によるプラズマ生成源Info
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- 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
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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）。
……（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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (4)
- 【請求項１】プラズマを生成させる空洞部と前記空洞部
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。 - 【請求項２】前記導波管は、マイクロ波導入開口側でそ
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。 - 【請求項３】前記導波管は、前記プラズマ生成室に設け
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。 - 【請求項４】前記導波管は、前記プラズマ生成室に設け
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61271909A JPH0785438B2 (ja) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | マイクロ波励起によるプラズマ生成源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61271909A JPH0785438B2 (ja) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | マイクロ波励起によるプラズマ生成源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63126198A JPS63126198A (ja) | 1988-05-30 |
| JPH0785438B2 true JPH0785438B2 (ja) | 1995-09-13 |
Family
ID=17506573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61271909A Expired - Lifetime JPH0785438B2 (ja) | 1986-11-17 | 1986-11-17 | マイクロ波励起によるプラズマ生成源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0785438B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60205951A (ja) * | 1984-03-30 | 1985-10-17 | Hitachi Ltd | アルミニウムイオン用マイクロ波イオン源 |
| JPS60243957A (ja) * | 1984-05-18 | 1985-12-03 | Hitachi Ltd | マイクロ波イオン源 |
| JPS617542A (ja) * | 1984-06-22 | 1986-01-14 | Hitachi Ltd | マイクロ波イオン源 |
-
1986
- 1986-11-17 JP JP61271909A patent/JPH0785438B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63126198A (ja) | 1988-05-30 |
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