JPH0785993A - マイクロ波プラズマ発生装置 - Google Patents
マイクロ波プラズマ発生装置Info
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- JPH0785993A JPH0785993A JP5227697A JP22769793A JPH0785993A JP H0785993 A JPH0785993 A JP H0785993A JP 5227697 A JP5227697 A JP 5227697A JP 22769793 A JP22769793 A JP 22769793A JP H0785993 A JPH0785993 A JP H0785993A
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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】 内部にプラズマを生成する放電容器１１に対
し、マイクロ波を導入する導波管１９が絶縁部材１６を
介することで電気的に絶縁され、さらに導波管１９には
電源２３によって放電容器１１に対し正の電位が与えら
れている。このため放電容器１１に開口する導波管１９
内にプラズマが形成されるのが抑制され、放電容器１１
内へのマイクロ波の導入に際してマイクロ波が反射され
たり、導入が遮断されてしまったりすることがなくな
る。その結果、マイクロ波が効率よく放電容器１１内に
導入でき、高密度プラズマが生成できる。
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】 内部にプラズマを生成する放電容器１１に対
し、マイクロ波を導入する導波管１９が絶縁部材１６を
介することで電気的に絶縁され、さらに導波管１９には
電源２３によって放電容器１１に対し正の電位が与えら
れている。このため放電容器１１に開口する導波管１９
内にプラズマが形成されるのが抑制され、放電容器１１
内へのマイクロ波の導入に際してマイクロ波が反射され
たり、導入が遮断されてしまったりすることがなくな
る。その結果、マイクロ波が効率よく放電容器１１内に
導入でき、高密度プラズマが生成できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば種々の装置のイ
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。
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入射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イオン源に用いら
れている。そして数百Ｗ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装置では、導波
管が用いられている。
核融合のための中性粒子入射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イオン源に用いら
れている。そして数百Ｗ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装置では、導波
管が用いられている。
【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４及び図５を参照して説明
する。図４は第１の例の概略構成を示す断面図であり、
図５は図４の要部を拡大して示す断面図であり、図６は
他の例の要部を拡大して示す断面図である。
であるイオン源の従来例を図４及び図５を参照して説明
する。図４は第１の例の概略構成を示す断面図であり、
図５は図４の要部を拡大して示す断面図であり、図６は
他の例の要部を拡大して示す断面図である。
【０００４】図４及び図５において、１は放電容器であ
り、この放電容器１の上板２に形成されたマイクロ波導
入口３には、図示しないマイクロ波発生部から放電容器
１内にマイクロ波を、途中真空窓４を透過させて導入す
る導波管５の片端部が取着されている。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。
り、この放電容器１の上板２に形成されたマイクロ波導
入口３には、図示しないマイクロ波発生部から放電容器
１内にマイクロ波を、途中真空窓４を透過させて導入す
る導波管５の片端部が取着されている。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には、内部に図示しない
ガス導入口から所定のガスが導入されるようになってお
り、さらに開口した下端面に複数の引出電極を有し放電
容器１から外部にイオンビームを引き出す電極部８が間
に絶縁材９を設けて取り付けられている。なお電極部８
の各引出電極には、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、それぞれ所定
の電圧が印加される。
ガス導入口から所定のガスが導入されるようになってお
り、さらに開口した下端面に複数の引出電極を有し放電
容器１から外部にイオンビームを引き出す電極部８が間
に絶縁材９を設けて取り付けられている。なお電極部８
の各引出電極には、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、それぞれ所定
の電圧が印加される。
【０００６】このように構成されたものでは、放電容器
１の内部が減圧され、その内部にガス導入口から所定の
ガスが導入され、さらに導波管５を伝搬し真空窓４を透
過したマイクロ波がマイクロ波導入口３から導入され、
永久磁石６による磁場との相互作用でマイクロ波放電が
生起されてプラズマが生成される。そして、電極部８の
各引出電極に所定の電圧がそれぞれ印加されることによ
って外部にイオンビームが引き出される。
１の内部が減圧され、その内部にガス導入口から所定の
ガスが導入され、さらに導波管５を伝搬し真空窓４を透
過したマイクロ波がマイクロ波導入口３から導入され、
永久磁石６による磁場との相互作用でマイクロ波放電が
生起されてプラズマが生成される。そして、電極部８の
各引出電極に所定の電圧がそれぞれ印加されることによ
って外部にイオンビームが引き出される。
【０００７】このとき、プラズマが生成されている放電
容器１の内壁面近傍では、先ずプラズマ中の速度を大幅
に異にする電子とイオンのうち、速度の速い電子がイオ
ンよりも多く放電容器１の内壁に流入する。これにより
プラズマはイオンが多く取り残されて、その空間電位が
高くなっていく。
容器１の内壁面近傍では、先ずプラズマ中の速度を大幅
に異にする電子とイオンのうち、速度の速い電子がイオ
ンよりも多く放電容器１の内壁に流入する。これにより
プラズマはイオンが多く取り残されて、その空間電位が
高くなっていく。
【０００８】そして、プラズマの空間電位が高くなるこ
とにより放電容器１内壁への電子の流入が抑制され、こ
の電子の流れと電位勾配が釣り合ったところで電位分布
が確定し、プラズマと放電容器１の内壁との間にイオン
シースが形成される。なお、１０はプラズマの電気的中
和が保たれたイオンシースの始まりの位置を模式的に示
しており、通常は放電容器１の内壁面から数ｍｍ程度の
位置に形成される。
とにより放電容器１内壁への電子の流入が抑制され、こ
の電子の流れと電位勾配が釣り合ったところで電位分布
が確定し、プラズマと放電容器１の内壁との間にイオン
シースが形成される。なお、１０はプラズマの電気的中
和が保たれたイオンシースの始まりの位置を模式的に示
しており、通常は放電容器１の内壁面から数ｍｍ程度の
位置に形成される。
【０００９】一方、導波管５は放電容器１に取着されて
いるので同じ電位となっており、マイクロ波導入口３の
近傍領域のプラズマはマイクロ波導入口３から導波管５
の内部に入り込むようにして存在する。そして、この領
域でのイオンシースは図５に示すようになっていて、導
波管５の片端部内に入り込んだものとなっている。
いるので同じ電位となっており、マイクロ波導入口３の
近傍領域のプラズマはマイクロ波導入口３から導波管５
の内部に入り込むようにして存在する。そして、この領
域でのイオンシースは図５に示すようになっていて、導
波管５の片端部内に入り込んだものとなっている。
【００１０】また、導波管５の内部は永久磁石６によっ
て磁場が形成されるものではなく、磁場が形成されたと
しても弱く、このため無磁場域となっているか、あるい
は弱い磁場域となっている。このような無磁場域や弱い
磁場域に存在するプラズマに対してマイクロ波が入射し
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。
て磁場が形成されるものではなく、磁場が形成されたと
しても弱く、このため無磁場域となっているか、あるい
は弱い磁場域となっている。このような無磁場域や弱い
磁場域に存在するプラズマに対してマイクロ波が入射し
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。
【００１１】さらに導波管５の内部のプラズマの密度が
増大すると、マイクロ波は全反射されカットオフ現象を
起こして放電容器１の内部にマイクロ波が導入されなく
なってしまう。因みにマイクロ波放電によく用いられる
２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波で、カットオフ現
象を起こすプラズマのカットオフ密度は７×１０10ｃｍ
-3程度である。
増大すると、マイクロ波は全反射されカットオフ現象を
起こして放電容器１の内部にマイクロ波が導入されなく
なってしまう。因みにマイクロ波放電によく用いられる
２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波で、カットオフ現
象を起こすプラズマのカットオフ密度は７×１０10ｃｍ
-3程度である。
【００１２】このように放電容器１内に生成したプラズ
マが導波管５の内部に存在してマイクロ波の反射やカッ
トオフ現象を起こすため、マイクロ波の放電容器１の内
部への導入が効率よく行えず、また高いプラズマ密度と
することができない。また生成されるプラズマの密度が
カットオフ密度になると、マイクロ波が全反射し導入が
制限されて高いプラズマ密度とすることができず、導入
パワーの大きさにも限度があることから高密度プラズマ
や大面積プラズマの生成は困難であった。
マが導波管５の内部に存在してマイクロ波の反射やカッ
トオフ現象を起こすため、マイクロ波の放電容器１の内
部への導入が効率よく行えず、また高いプラズマ密度と
することができない。また生成されるプラズマの密度が
カットオフ密度になると、マイクロ波が全反射し導入が
制限されて高いプラズマ密度とすることができず、導入
パワーの大きさにも限度があることから高密度プラズマ
や大面積プラズマの生成は困難であった。
【００１３】そこで、図６を要部の拡大した断面図とす
る他の例のごとく、プラズマが導波管５ａの内部に入り
込まないように、放電容器１ａの内壁面に形成されたマ
イクロ波導入口３に直接真空窓４ａを設けることが行わ
れている。しかし、このような構成のものでは、真空窓
４ａが放電容器１ａ内に生成されたプラズマに直接晒さ
れ、プラズマの熱により破損してしまい易く、導入でき
るマイクロ波のパワーが制限され、また真空窓４ａの交
換を頻繁に行う必要があり手間が掛かるものである。
る他の例のごとく、プラズマが導波管５ａの内部に入り
込まないように、放電容器１ａの内壁面に形成されたマ
イクロ波導入口３に直接真空窓４ａを設けることが行わ
れている。しかし、このような構成のものでは、真空窓
４ａが放電容器１ａ内に生成されたプラズマに直接晒さ
れ、プラズマの熱により破損してしまい易く、導入でき
るマイクロ波のパワーが制限され、また真空窓４ａの交
換を頻繁に行う必要があり手間が掛かるものである。
【００１４】このため、マイクロ波プラズマ装置の１つ
であるイオン源では放電容器１，１ａ内のプラズマの密
度が高いものとすることができず、電極部８を介して外
部に引き出せるイオンビームの密度を高くすることがで
きなかった。
であるイオン源では放電容器１，１ａ内のプラズマの密
度が高いものとすることができず、電極部８を介して外
部に引き出せるイオンビームの密度を高くすることがで
きなかった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように放電容器
内に導入する導波管の内部にプラズマが存在することに
より、マイクロ波が反射され遮断されて効率よく導入で
きず、プラズマ密度を高いものとすることができない。
さらに真空窓を放電容器の内壁に直接設けて導波管内に
プラズマが存在しないようにした場合には、プラズマの
熱により真空窓が破損してしまうのでマイクロ波の導入
パワーの大きさが制限され、高い密度のプラズマを得る
ことができない。
内に導入する導波管の内部にプラズマが存在することに
より、マイクロ波が反射され遮断されて効率よく導入で
きず、プラズマ密度を高いものとすることができない。
さらに真空窓を放電容器の内壁に直接設けて導波管内に
プラズマが存在しないようにした場合には、プラズマの
熱により真空窓が破損してしまうのでマイクロ波の導入
パワーの大きさが制限され、高い密度のプラズマを得る
ことができない。
【００１６】こ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ことにある。
もので、その目的とするところは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ことにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波プラ
ズマ装置は、減圧された内部に所定のガスが導入されて
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、放電容器に対し電気絶縁されてい
ることを特徴とするものであり、また、減圧された内部
に所定の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、導波管には、放電
容器に対し異なる電位が与えられていることを特徴とす
るものであり、さらに、導波管には、放電容器に対し正
の電位が与えられていることを特徴とするものである。
ズマ装置は、減圧された内部に所定のガスが導入されて
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、放電容器に対し電気絶縁されてい
ることを特徴とするものであり、また、減圧された内部
に所定の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、導波管には、放電
容器に対し異なる電位が与えられていることを特徴とす
るものであり、さらに、導波管には、放電容器に対し正
の電位が与えられていることを特徴とするものである。
【００１８】
【作用】上記のように構成されたマイクロ波プラズマ装
置は、マイクロ波を導入する導波管が放電容器に対し電
気絶縁されており、また導波管には放電容器に対し異な
る電位が与えられているものであるので、導波管内にプ
ラズマが形成されるのが抑制され、放電容器内へのマイ
クロ波の導入に際してマイクロ波が反射されたり、導入
が遮断されてしまったりすることがなくなる。このため
導波管を介して放電容器内に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。
置は、マイクロ波を導入する導波管が放電容器に対し電
気絶縁されており、また導波管には放電容器に対し異な
る電位が与えられているものであるので、導波管内にプ
ラズマが形成されるのが抑制され、放電容器内へのマイ
クロ波の導入に際してマイクロ波が反射されたり、導入
が遮断されてしまったりすることがなくなる。このため
導波管を介して放電容器内に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。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、実施例として示すものは何れもマイクロ波
プラズマ発生装置の１つであるイオン源である。
する。なお、実施例として示すものは何れもマイクロ波
プラズマ発生装置の１つであるイオン源である。
【００２０】先ず、第１の実施例を図１及び図２により
説明する。図１は概略構成を示す断面図であり、図２は
図１の要部を拡大して示す断面図である。図１及び図２
において、放電容器１１は、その下端外周にフランジ１
２を備えた下開口１３を有し、上端外周にフランジ１４
を備えた上開口１５を有して形成された直径１５ｃｍ、
軸方向長さ１５ｃｍの略円筒状のものである。そして、
上開口１５はフランジ１４の上面にアルミナセラミック
等でなる絶縁部材１６を介して上板１７が気密に取着さ
れて閉塞され、これによって放電容器１１と上板１７と
は電気的に絶縁されている。なお、放電容器１１は、そ
の内部が図示しない排気装置によって、例えば０．１Ｐ
ａ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。
説明する。図１は概略構成を示す断面図であり、図２は
図１の要部を拡大して示す断面図である。図１及び図２
において、放電容器１１は、その下端外周にフランジ１
２を備えた下開口１３を有し、上端外周にフランジ１４
を備えた上開口１５を有して形成された直径１５ｃｍ、
軸方向長さ１５ｃｍの略円筒状のものである。そして、
上開口１５はフランジ１４の上面にアルミナセラミック
等でなる絶縁部材１６を介して上板１７が気密に取着さ
れて閉塞され、これによって放電容器１１と上板１７と
は電気的に絶縁されている。なお、放電容器１１は、そ
の内部が図示しない排気装置によって、例えば０．１Ｐ
ａ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。
【００２１】さらに放電容器１１には、その内部にプラ
ズマを形成する所定のガス、例えば水素あるいは重水素
ガスをガス源から導入する図示しないガス導入口が設け
られている。
ズマを形成する所定のガス、例えば水素あるいは重水素
ガスをガス源から導入する図示しないガス導入口が設け
られている。
【００２２】また、上板１７は中央部分にマイクロ波導
入口１８が形成されており、このマイクロ波導入口１８
には導波管１９が、その片端部２０を放電容器１１内に
開口するように取着され、一方、導波管１９の他端部
は、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する図示
しないマイクロ波発生源に接続されている。そしてマイ
クロ波発生源からのマイクロ波は、導波管１９内を伝搬
し、マイクロ波導入口１８を通過して放電容器１１内に
導入される。
入口１８が形成されており、このマイクロ波導入口１８
には導波管１９が、その片端部２０を放電容器１１内に
開口するように取着され、一方、導波管１９の他端部
は、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する図示
しないマイクロ波発生源に接続されている。そしてマイ
クロ波発生源からのマイクロ波は、導波管１９内を伝搬
し、マイクロ波導入口１８を通過して放電容器１１内に
導入される。
【００２３】さらに、導波管１９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２１が設
けられ、この屈曲部２１より他端部側のマイクロ波導入
口１８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等でなる真空窓２
２が装着されている。そして真空窓２２は、その主面が
導波管１９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１９は片端部２０側と他端部側
とが気密に分断される。
にマイクロ波の伝送路を略直角に曲げる屈曲部２１が設
けられ、この屈曲部２１より他端部側のマイクロ波導入
口１８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等でなる真空窓２
２が装着されている。そして真空窓２２は、その主面が
導波管１９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１９は片端部２０側と他端部側
とが気密に分断される。
【００２４】また放電容器１１に対し絶縁部材１６によ
って電気的に絶縁されている導波管１９は、０Ｖ〜８０
Ｖに可変の電源２３に開閉器２４を介して接続され、開
閉器２４を閉じることによって放電容器１１に対し正の
電位が加えられるようになっている。
って電気的に絶縁されている導波管１９は、０Ｖ〜８０
Ｖに可変の電源２３に開閉器２４を介して接続され、開
閉器２４を閉じることによって放電容器１１に対し正の
電位が加えられるようになっている。
【００２５】またさらに、上板１７には下面側周縁部に
沿って環状に突起部２５が突出しており、放電容器１１
の上開口１５を上板１７で閉塞した時、突起部２５と放
電容器１１の上端内縁部に沿って設けられた環状の突堤
部２６とが所定寸法の屈曲隙間２７を形成するようにし
て組み合わされ、マイクロ波に対するチョークを形成す
ると共に絶縁部材１６が放電容器１１内に生成されるプ
ラズマに晒されないようになっている。
沿って環状に突起部２５が突出しており、放電容器１１
の上開口１５を上板１７で閉塞した時、突起部２５と放
電容器１１の上端内縁部に沿って設けられた環状の突堤
部２６とが所定寸法の屈曲隙間２７を形成するようにし
て組み合わされ、マイクロ波に対するチョークを形成す
ると共に絶縁部材１６が放電容器１１内に生成されるプ
ラズマに晒されないようになっている。
【００２６】一方、放電容器１１の下開口１３は、フラ
ンジ１２との間に絶縁リング２８を介在させるようにし
て電極部２９の内側引出電極３０が取着されて閉塞され
ている。電極部２９は、放電容器１１に面した内側引出
電極３０の他に複数の引出電極３１と、各電極３０，３
１間に設けられた絶縁リング３２を有して構成されてい
る。なお各電極３０，３１には、放電容器１１の軸方向
をイオン引出方向とするようにしてイオン引出しを行な
う貫通孔３３が中央部分に多数対応して形成されてい
る。
ンジ１２との間に絶縁リング２８を介在させるようにし
て電極部２９の内側引出電極３０が取着されて閉塞され
ている。電極部２９は、放電容器１１に面した内側引出
電極３０の他に複数の引出電極３１と、各電極３０，３
１間に設けられた絶縁リング３２を有して構成されてい
る。なお各電極３０，３１には、放電容器１１の軸方向
をイオン引出方向とするようにしてイオン引出しを行な
う貫通孔３３が中央部分に多数対応して形成されてい
る。
【００２７】そして電極部２９の内側引出電極３０と複
数の各引出電極３１は、電源３４の対応する端子に接続
されていて、放電容器１１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ことができるよう、放電容
器１１に対しそれぞれ所定の電圧が印加される。
数の各引出電極３１は、電源３４の対応する端子に接続
されていて、放電容器１１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ことができるよう、放電容
器１１に対しそれぞれ所定の電圧が印加される。
【００２８】また一方、放電容器１１の筒状部の外壁面
には、磁場形成手段であるＳｍＣｏでなる円環状の２個
の永久磁石３５，３６が、一つは上板１７で閉塞された
上端のフランジ１４近傍に、他は下端のフランジ１２近
傍に、夫々環状面を水平にするようにして軸方向上下に
約９．２ｃｍの間隔をおいて配設されている。これら一
対の永久磁石３５，３６は半径方向の相反する向きに着
磁されており、上方側の永久磁石３５は内径側がＮ極で
外径側がＳ極に、下方側の永久磁石３６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３
５，３６により放電容器１１内には磁力線３７が大きく
放電容器１１内の中心軸方向に張り出すように形成され
る。
には、磁場形成手段であるＳｍＣｏでなる円環状の２個
の永久磁石３５，３６が、一つは上板１７で閉塞された
上端のフランジ１４近傍に、他は下端のフランジ１２近
傍に、夫々環状面を水平にするようにして軸方向上下に
約９．２ｃｍの間隔をおいて配設されている。これら一
対の永久磁石３５，３６は半径方向の相反する向きに着
磁されており、上方側の永久磁石３５は内径側がＮ極で
外径側がＳ極に、下方側の永久磁石３６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３
５，３６により放電容器１１内には磁力線３７が大きく
放電容器１１内の中心軸方向に張り出すように形成され
る。
【００２９】このように構成されたものでは、放電容器
１１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、図示しないガス導入口からプラズマを形成す
るガスの水素ガスまたは重水素がガス源から導入され
る。そして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１９内を、途中真空窓２２を透
過して伝搬してきた２．４５ＧＨｚのマイクロ波が、放
電容器１１内にマイクロ波導入口１８を通じて導入され
る。
１１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、図示しないガス導入口からプラズマを形成す
るガスの水素ガスまたは重水素がガス源から導入され
る。そして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１９内を、途中真空窓２２を透
過して伝搬してきた２．４５ＧＨｚのマイクロ波が、放
電容器１１内にマイクロ波導入口１８を通じて導入され
る。
【００３０】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１１内に放電プラズが生成
される。そして励起した水素分子からＨ−が生成され、
生成されたＨ−は、所定電圧が印加されている電極部２
９の各電極３０，３１によって所定のエネルギとなるよ
うに貫通孔３３を通過しながら加速されて外部にＨ−ビ
ームとして引き出される。
エネルギに加速し、放電容器１１内に放電プラズが生成
される。そして励起した水素分子からＨ−が生成され、
生成されたＨ−は、所定電圧が印加されている電極部２
９の各電極３０，３１によって所定のエネルギとなるよ
うに貫通孔３３を通過しながら加速されて外部にＨ−ビ
ームとして引き出される。
【００３１】このとき、上述した通り導波管１９の片端
部２０の内部は、真空窓２２までがマイクロ波導入口１
８を介して放電容器１１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１８の近傍領域では導波管１
９及び上板１７が放電容器１１に対して電気絶縁された
状態にあり、開閉器２４を閉じることで正の電位が加え
られている。そして、導波管１９及び上板１７が正の電
位となった状態となっていて、プラズマと放電容器１１
の内壁、上板１７の下面及び導波管１９との間に形成さ
れるイオンシースは、プラズマの電気的中和が保たれた
境界位置３８が図２に示すように、上板１７の下面に対
しては放電容器１１の内壁よりも離れた位置にあり、ま
たマイクロ波導入口１８では導波管１９の片端部２０内
に入り込んだ形のものとなってはいない。
部２０の内部は、真空窓２２までがマイクロ波導入口１
８を介して放電容器１１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１８の近傍領域では導波管１
９及び上板１７が放電容器１１に対して電気絶縁された
状態にあり、開閉器２４を閉じることで正の電位が加え
られている。そして、導波管１９及び上板１７が正の電
位となった状態となっていて、プラズマと放電容器１１
の内壁、上板１７の下面及び導波管１９との間に形成さ
れるイオンシースは、プラズマの電気的中和が保たれた
境界位置３８が図２に示すように、上板１７の下面に対
しては放電容器１１の内壁よりも離れた位置にあり、ま
たマイクロ波導入口１８では導波管１９の片端部２０内
に入り込んだ形のものとなってはいない。
【００３２】このようにプラズマは導波管１９内の無磁
場域や弱い磁場域に形成されていず、強い磁場が形成さ
れた放電容器１１内に閉じ込められた状態にあるので、
導波管１９からは、マイクロ波が反射により減衰されて
しまったり、カットオフされることなく放電容器１１内
に効率よく導入され、形成されるプラズマの密度を高い
ものとすることができる。同時に反射による減衰がない
ため、プラズマの密度を高く維持しようとして投入する
マイクロ波の電力を余分に大きくしなければならない等
の問題がなくなる。
場域や弱い磁場域に形成されていず、強い磁場が形成さ
れた放電容器１１内に閉じ込められた状態にあるので、
導波管１９からは、マイクロ波が反射により減衰されて
しまったり、カットオフされることなく放電容器１１内
に効率よく導入され、形成されるプラズマの密度を高い
ものとすることができる。同時に反射による減衰がない
ため、プラズマの密度を高く維持しようとして投入する
マイクロ波の電力を余分に大きくしなければならない等
の問題がなくなる。
【００３３】また、真空窓２２が放電容器１１内に面す
るようにマイクロ波導入口１８に取り付けられているも
のではないため、放電容器１１内に形成されたプラズマ
の熱に直接晒されて破損してしまうようなことがなく、
導入できるマイクロ波のパワーも大きくでき、さらに真
空窓２２の交換を頻繁に行う必要がなくなって手間が掛
からなくなる。
るようにマイクロ波導入口１８に取り付けられているも
のではないため、放電容器１１内に形成されたプラズマ
の熱に直接晒されて破損してしまうようなことがなく、
導入できるマイクロ波のパワーも大きくでき、さらに真
空窓２２の交換を頻繁に行う必要がなくなって手間が掛
からなくなる。
【００３４】この結果、放電容器１１内に高密度プラズ
マや大面積プラズマの生成を行うことができ、電極部２
９を介して外部に引き出せるＨ−ビームの電流も大きい
ものとすることができる。
マや大面積プラズマの生成を行うことができ、電極部２
９を介して外部に引き出せるＨ−ビームの電流も大きい
ものとすることができる。
【００３５】また上記のように構成されたもので、例え
ば水素をプラズマを形成するガスとして放電容器１１の
内部圧力を０．１６Ｐａとし、電極部２９の内側引出電
極３０に＋４０Ｖの電圧を掛け、さらに導波管１９に正
の電位を与えるようにした状態で１．１ｋＷの２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を放電容器１１内に導入してプラズ
マを生成したところ、導入に際しての反射はほとんど０
で、導波管１９の正の電位が大きくなるにしたがってプ
ラズマ密度が高くなった。そして、導波管１９の正の電
位が３０Ｖのときプラズマ密度は最高となって１０11〜
１０12ｃｍ-3台の値となり、さらに電位を高くしていっ
た場合にはプラズマ密度は若干減少するものとなった。
これに対し導波管が放電容器と等電位である以外は上記
と同じ条件の場合の従来の装置においては、マイクロ波
の導入に際しての反射は５７０Ｗもあり、プラズマ密度
は１０10ｃｍ-3台程度である。
ば水素をプラズマを形成するガスとして放電容器１１の
内部圧力を０．１６Ｐａとし、電極部２９の内側引出電
極３０に＋４０Ｖの電圧を掛け、さらに導波管１９に正
の電位を与えるようにした状態で１．１ｋＷの２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を放電容器１１内に導入してプラズ
マを生成したところ、導入に際しての反射はほとんど０
で、導波管１９の正の電位が大きくなるにしたがってプ
ラズマ密度が高くなった。そして、導波管１９の正の電
位が３０Ｖのときプラズマ密度は最高となって１０11〜
１０12ｃｍ-3台の値となり、さらに電位を高くしていっ
た場合にはプラズマ密度は若干減少するものとなった。
これに対し導波管が放電容器と等電位である以外は上記
と同じ条件の場合の従来の装置においては、マイクロ波
の導入に際しての反射は５７０Ｗもあり、プラズマ密度
は１０10ｃｍ-3台程度である。
【００３６】なお、上記では導波管１９に放電容器１１
に対し正の電位が加えられた状態のものについて説明し
たが、逆に導波管１９に放電容器１１に対し負の電位が
加えられるようにしても同様の効果が得られるものであ
る。さらに開閉器２４を開いた状態にし、単に導波管１
９が放電容器１１に対し電気絶縁された状態にした場合
においても導波管１９と放電容器１１とは異なる電位を
有するものとなり、放電容器１１内のプラズマ密度を高
くすることができる。
に対し正の電位が加えられた状態のものについて説明し
たが、逆に導波管１９に放電容器１１に対し負の電位が
加えられるようにしても同様の効果が得られるものであ
る。さらに開閉器２４を開いた状態にし、単に導波管１
９が放電容器１１に対し電気絶縁された状態にした場合
においても導波管１９と放電容器１１とは異なる電位を
有するものとなり、放電容器１１内のプラズマ密度を高
くすることができる。
【００３７】次に、第２の実施例を図３により説明す
る。図３は概略構成を示す断面図である。図３におい
て、放電容器４１は、その下端外周にフランジ１２を備
えた下開口１３を有し、上端部が上板４２で閉塞された
直径１５ｃｍ、軸方向長さ１５ｃｍの略円筒状のもので
ある。そして放電容器４１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おり、さらに、そ
の内部にプラズマを形成する所定のガス、例えば水素あ
るいは重水素ガスをガス源から導入できるよう図示しな
いガス導入口が設けられている。
る。図３は概略構成を示す断面図である。図３におい
て、放電容器４１は、その下端外周にフランジ１２を備
えた下開口１３を有し、上端部が上板４２で閉塞された
直径１５ｃｍ、軸方向長さ１５ｃｍの略円筒状のもので
ある。そして放電容器４１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おり、さらに、そ
の内部にプラズマを形成する所定のガス、例えば水素あ
るいは重水素ガスをガス源から導入できるよう図示しな
いガス導入口が設けられている。
【００３８】また、放電容器４１の上端側を閉塞する上
板４２には、その中央部分にマイクロ波導入口４３が形
成されている。そして上板４２の上面には、マイクロ波
導入口４３に連通するように導波管４４が取着されてい
る。この導波管４４の上板４２への取着は、導波管４４
の片端部４５に設けられたフランジ４６と上板４２の上
面との間にアルミナセラミック等でなる絶縁部材４７を
介して行われており、これによって放電容器４１と導波
管４４とは気密に取着され、電気的に絶縁された状態に
なっている。
板４２には、その中央部分にマイクロ波導入口４３が形
成されている。そして上板４２の上面には、マイクロ波
導入口４３に連通するように導波管４４が取着されてい
る。この導波管４４の上板４２への取着は、導波管４４
の片端部４５に設けられたフランジ４６と上板４２の上
面との間にアルミナセラミック等でなる絶縁部材４７を
介して行われており、これによって放電容器４１と導波
管４４とは気密に取着され、電気的に絶縁された状態に
なっている。
【００３９】また導波管４４は、他端部が図示しない、
例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生源に接続されて
おり、真空窓２２が装着され屈曲部２１が設けられた中
間部を通じてマイクロ波を伝搬し、放電容器４１内に導
入する。
例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生源に接続されて
おり、真空窓２２が装着され屈曲部２１が設けられた中
間部を通じてマイクロ波を伝搬し、放電容器４１内に導
入する。
【００４０】さらに導波管４４は、０Ｖ〜８０Ｖに可変
の電源２３に開閉器２４を介して接続され、開閉器２４
を閉じることによって放電容器４１に対し正の電位が加
えられるようになっている。
の電源２３に開閉器２４を介して接続され、開閉器２４
を閉じることによって放電容器４１に対し正の電位が加
えられるようになっている。
【００４１】このように構成されたものでは、第１の実
施例と同様に放電容器４１の内部が０．１Ｐａ台に減圧
され、プラズマ形成ガスの水素ガスまたは重水素が導入
された後、導波管４４を介して２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波が放電容器４１内に導入される。そして放電容器４
１内に放電プラズが生成され、この放電プラズマはプラ
ズマ閉じ込め領域に閉じ込められる。このプラズマの励
起した水素分子からＨ−が生成され、生成されたＨ−は
電極部２９の各電極３０，３１によって加速されて外部
にＨ−ビームとして引き出される。
施例と同様に放電容器４１の内部が０．１Ｐａ台に減圧
され、プラズマ形成ガスの水素ガスまたは重水素が導入
された後、導波管４４を介して２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波が放電容器４１内に導入される。そして放電容器４
１内に放電プラズが生成され、この放電プラズマはプラ
ズマ閉じ込め領域に閉じ込められる。このプラズマの励
起した水素分子からＨ−が生成され、生成されたＨ−は
電極部２９の各電極３０，３１によって加速されて外部
にＨ−ビームとして引き出される。
【００４２】このとき導波管４４の片端部４５内は、放
電容器４１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１８の近傍領域では導波管４４が放電容器
４１に対して正の電位が加えられている。そして、プラ
ズマと放電容器４１の内壁及び導波管４４との間に形成
されるイオンシースは、マイクロ波導入口４３の近傍領
域では導波管４４の片端部４５内に入り込んだ形のもの
となってはいない。
電容器４１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１８の近傍領域では導波管４４が放電容器
４１に対して正の電位が加えられている。そして、プラ
ズマと放電容器４１の内壁及び導波管４４との間に形成
されるイオンシースは、マイクロ波導入口４３の近傍領
域では導波管４４の片端部４５内に入り込んだ形のもの
となってはいない。
【００４３】このため、本実施例においても第１の実施
例と同様の作用・効果が得られることになる。
例と同様の作用・効果が得られることになる。
【００４４】尚、本発明は上記の各実施例のみに限定さ
れるものではなく、イオン源の他にマイクロ波プラズマ
を用いた半導体製造装置や化学処理装置などのマイクロ
波プラズマ発生装置に適用されるもので、要旨を逸脱し
ない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
れるものではなく、イオン源の他にマイクロ波プラズマ
を用いた半導体製造装置や化学処理装置などのマイクロ
波プラズマ発生装置に適用されるもので、要旨を逸脱し
ない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【００４５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、マイクロ波を導入する導波管が放電容器に対し電気
絶縁された構成であり、また導波管には放電容器に対し
異なる電位が与えられている構成としたことにより、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等の効果を奏する。
は、マイクロ波を導入する導波管が放電容器に対し電気
絶縁された構成であり、また導波管には放電容器に対し
異なる電位が与えられている構成としたことにより、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等の効果を奏する。
【図１】本発明の第１の実施例の概略構成を示す断面図
である。
である。
【図２】図１の要部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例の概略構成を示す断面図
である。
である。
【図４】従来の第１の例の概略構成を示す断面図であ
る。
る。
【図５】図４の要部を拡大して示す断面図である。
【図６】従来の他の例の要部を拡大して示す断面図であ
る。
る。
１１…放電容器 １６…絶縁部材 １８…マイクロ波導入口 １９…導波管 ２３…電源 ３５，３６…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 Ｈ０１Ｊ 27/16 Ｈ０１Ｌ 21/265 21/3065
Claims (3)
- 【請求項１】 減圧された内部に所定のガスが導入され
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電
気絶縁されている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】 減圧された内部に所定のガスが導入され
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、前記導波管には、前記放電容器に対し
異なる電位が与えられている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】 導波管には、放電容器に対し正の電位が
与えられていることを特徴とする請求項２記載のマイク
ロ波プラズマ発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22769793A JP3585512B2 (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | マイクロ波プラズマ発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22769793A JP3585512B2 (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | マイクロ波プラズマ発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0785993A true JPH0785993A (ja) | 1995-03-31 |
| JP3585512B2 JP3585512B2 (ja) | 2004-11-04 |
Family
ID=16864938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22769793A Expired - Fee Related JP3585512B2 (ja) | 1993-09-14 | 1993-09-14 | マイクロ波プラズマ発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3585512B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3043370A1 (de) * | 2015-01-09 | 2016-07-13 | Meyer Burger (Germany) AG | Vorrichtung zur Extraktion von elektrischen Ladungsträgern aus einem Ladungsträgererzeugungsraum sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung |
| JP2023010536A (ja) * | 2021-07-07 | 2023-01-20 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
| WO2024043138A1 (ja) * | 2022-08-25 | 2024-02-29 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
-
1993
- 1993-09-14 JP JP22769793A patent/JP3585512B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3043370A1 (de) * | 2015-01-09 | 2016-07-13 | Meyer Burger (Germany) AG | Vorrichtung zur Extraktion von elektrischen Ladungsträgern aus einem Ladungsträgererzeugungsraum sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung |
| WO2016110505A3 (de) * | 2015-01-09 | 2016-09-15 | Meyer Burger (Germany) Ag | Vorrichtung zur extraktion von elektrischen ladungsträgern aus einem ladungsträgererzeugungsraum sowie ein verfahren zum betreiben einer solchen vorrichtung |
| CN107112177A (zh) * | 2015-01-09 | 2017-08-29 | 迈尔博尔格(德国)股份公司 | 用于从载流子生成空间提取载流子的设备以及用于运行这种设备的方法 |
| KR20170104558A (ko) * | 2015-01-09 | 2017-09-15 | 마이어 부르거 (저머니) 아게 | 전하 캐리어 생성 공간으로부터 전기 전하 캐리어들의 추출을 위한 디바이스 및 그런 디바이스를 동작시키기 위한 방법 |
| JP2018501626A (ja) * | 2015-01-09 | 2018-01-18 | マイヤー・ブルガー・（ジャーマニー）・アクチエンゲゼルシャフト | 担体発生空間から電荷担体を抽出する装置及びその装置の動作方法 |
| CN107112177B (zh) * | 2015-01-09 | 2019-03-12 | 迈尔博尔格(德国)股份公司 | 用于从载流子生成空间提取载流子的设备以及用于运行这种设备的方法 |
| JP2023010536A (ja) * | 2021-07-07 | 2023-01-20 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
| WO2024043138A1 (ja) * | 2022-08-25 | 2024-02-29 | 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 |
|---|---|
| JP3585512B2 (ja) | 2004-11-04 |
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