JP2000260596A

JP2000260596A - プラズマ装置

Info

Publication number: JP2000260596A
Application number: JP11065231A
Authority: JP
Inventors: Yoshiya Higuchi; 佳也樋口; Satoshi Kitazawa; 聡北澤; Hirobumi Seki; 関　　博文; Yuichi Morimoto; 裕一森本; Yoshihiko Nagamine; 嘉彦長峯; Sei Takemori; 聖竹森; Kikuo Umegaki; 菊男梅垣
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｅ×Ｂドリフトによるプラズマ密度の不均一を
解消して、プラズマ密度の均一性を向上したプラズマ装
置を提供することにある。【解決手段】マイクロ波導波管９の入射窓の近傍に磁石
１ａ，…，１ｄを配置してプラズマを生成する。磁石１
の発生する磁束密度ベクトルＢとプラズマ中に発生する
電界ベクトルＥとの外積ベクトルＥ×Ｂの方向が、被処
理物体の方向若しくはイオンビームの引き出し方向を向
くように、磁石１ａ，…，１ｄを配置し、被処理物体の
方向若しくはイオンビームの引き出し方向にプラズマを
輸送する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は、半導体のエッチン
グ，ＣＶＤ，ミリング等のプラズマを用いて材料を微細
加工，積層，特性変化させるプラズマ処理装置やイオン
ビームを引き出すイオン源装置等のプラズマ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体のエッチング，ＣＶＤ，ミ
リング、スパッタ等に、プラズマが用いられることが多
くなっている。これらのプラズマ処理装置では、プラズ
マ中の高エネルギー荷電粒子を利用して、材料を微細加
工，積層，特性変化させるものである。従来のプラズマ
処理装置は、例えば、”木下治久（編集委員），「高密
度プラズマ応用プロセス技術」，（平成５年７月３１
日），リアライズ社，ｐ．６５”に記載されているよう
に、円筒形真空容器の天井部に導波管を連結して石英ガ
ラスなどで真空を封じ、石英ガラスを透過するマイクロ
波を真空容器内部に導入する。真空容器外部に設置した
コイルで磁場を励起し、電子サイクロトロン周波数がマ
イクロ波周波数に同期するように磁場強度を調整して、
電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）加熱でプラズマを生
成する。生成したプラズマは、磁力線に沿って拡散し、
磁力線に対向して配置したウエハなどの被処理物体にプ
ラズマを照射するものである。

【０００３】このような装置では、ウエハなどの被処理
物体の面積が拡大されると、装置全体がほぼ相似形で大
型化するという問題があり、また、導入されるマイクロ
波の周波数に制約があることから導波管の断面長が固定
されるため、プラズマ生成領域は制限され、大面積に均
一にプラズマを供することが難しいという問題があっ
た。

【０００４】また、従来の別のタイプのプラズマ処理装
置としては、例えば、”木下治久（編集委員），「高密
度プラズマ応用プロセス技術」，（平成５年７月３１
日），リアライズ社，ｐ．６７”に記載されているよう
に、アンテナによってマイクロ波を供給し、永久磁石の
磁場で電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を起こさせ、
プラズマを生成するものも知られている。

【０００５】このような装置では、プラズマの高密度化
に限界があること、即ち，プラズマが装置のアンテナ近
傍で生成され、被処理物体へのプラズマ輸送を古典拡散
に頗るために輸送速度が遅く、装置が大型化するとプラ
ズマ密度が低下しやすいという問題があった。

【０００６】そこで、本発明者らは、最近、円筒形真空
容器側面の４方向からマイクロ波を真空容器内部に導入
する装置を検討している。この最近試みられているプラ
ズマ処理装置は、４個のマイクロ波導入窓周辺にそれぞ
れ磁石を配置し、ＥＣＲ条件を満足する強度の磁界
（２．４５ＧＨｚのマイクロ波に対し、約８７５Ｇａｕ
ｓｓ）を真空容器内に生成する。このとき一つのマイク
ロ波導入窓に配置する磁石はすべて磁極を揃えて，即
ち、真空容器内に向けて例えばすべてＮ極になるように
配置する。一方、これと隣合うマイクロ波導入窓に配置
する磁石は、磁極を反転させて，即ち、真空容器内に向
けてすべてＳ極になるように配置する。このようにする
ことにより、真空容器内面のマイクロ波導入窓近傍に
は、９０度毎に、Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極と、磁極が配
置されることになり、真空容器内で各マイクロ波導入窓
から発生する磁力線が真空容器内部でつながり、マイク
ロ波導入窓近傍で生成されたプラズマは、効率的に真空
容器中心部に輸送されるようになるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た最近試みられているプラズマ処理装置においては、次
ような２つの問題があることが、その後の研究から判明
してきた。第１の問題は、かかる装置では、マイクロ波
導入窓間を繋ぐ磁力線の向きが右回り・左回り・右回り
・左回りと一方向に統一されないことである。これによ
って、次のような現象が引き起こされる。即ち、プラズ
マには、電子とイオンの拡散速度の差で生じる正の空間
電位がある。ＥＣＲで生成されるプラズマでは、電子が
選択的に加熱されることから、この電位が顕著に現わ
れ、通常１０〜２０［Ｖ]の電位が形成される。一方、
真空容器は接地され、０[Ｖ］になるため、真空容器内
部のプラズマ中には、外側に向かう電界Ｅが形成され
る。プラズマ中に磁場Ｂが印加され、かつ、電界Ｅが形
成されるので、これらが互いに直交する場合には、後述
するＥ×Ｂドリフトなるプラズマ輸送現象が生じる。し
かも、天板側からみて磁力線の向きが右回りの部位で
は、Ｅ×Ｂドリフトが底板方向に起こり、天板側からみ
て磁力線の向きが左回りの部位では、Ｅ×Ｂドリフトが
天板方向に起こる。したがって、底板側に配置されたウ
エハなどの被照射体上では、プラズマ密度が不均一にな
るという問題があった。

【０００８】また、第２の問題は、一つのマイクロ波導
入窓に配置する磁石の磁極を揃えると、個々の磁石のＮ
極Ｓ極間で磁力線が短絡しやすいことである。即ち、個
々の磁石のＮ極Ｓ極間で磁力線が閉じた場合の磁力線の
行方を追うと次のようになる。真空容器内部に向かって
磁石のＮ極から出発した磁力線の一部は、マイクロ波導
入窓磁石に向かうが、大部分は隣り合う途中で向きを変
え、真空容器壁に向かう。これは距離の近い磁極を結ぶ
経路の方が磁気抵抗が小さいためである。このとき上下
方向に向いているマイクロ波電界Ｅと磁場Ｂとが平行に
なる部位が生じることになる。このような部位では、マ
イクロ波電界Ｅによって電子は磁力線方向に運動エネル
ギーを得ることになり、磁力線が壁を横切る部分におい
てプラズマ損失を招きやすい。また後述するように、Ｅ
ＣＲ条件を満足する強度の磁場Ｂがマイクロ波電界Ｅに
平行に走る部分で実現すると、ＥＣＲによるプラズマ生
成が効率的に起こらないという問題があった。

【０００９】本発明の第１の目的は、Ｅ×Ｂドリフトに
よるプラズマ密度の不均一を解消して、プラズマ密度の
均一性を向上したプラズマ装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、マイクロ波電界Ｅと磁場
Ｂとを直交させることにより、プラズマを高密度に生成
し、かつ壁への損失を低減できるプラズマ装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】（１）上記第１の目的を
達成するために、本発明は、マイクロ波によりプラズマ
を生成するプラズマ装置において、マイクロ波の導入部
近傍に磁石を配置してプラズマを生成し、この磁石の発
生する磁束密度ベクトルＢとプラズマ中に発生する電界
ベクトルＥとの外積ベクトルＥ×Ｂの方向が、被処理物
体の方向若しくはイオンビームの引き出し方向を向くよ
うに、上記磁石を配置し、被処理物体の方向若しくはイ
オンビームの引き出し方向にプラズマを輸送するように
したものである。かかる構成により、Ｅ×Ｂドリフトに
よるプラズマ密度の不均一を解消して、プラズマ密度の
均一性を向上し得るものとなる。

【００１１】（２）また、上記第２の目的を達成するた
めに、本発明は、マイクロ波によりプラズマを生成する
プラズマ装置において、マイクロ波の導入部近傍に磁石
を配置してプラズマを生成し、この磁石の発生する磁束
密度ベクトルＢは、磁束密度Ｂ白身の方向と直交する方
向に密度勾配ベクトルｇｒａｄＢを有し、プラズマの密
度勾配ベクトルｇｒａｄＢによるドリフト現象によりプ
ラズマ中に荷電分離を引き起こし、この荷電分離によ
り、磁束密度ベクトルＢの方向及び密度勾配ベクトルｇ
ｒａｄＢの双方に直交する方向の電界ベクトルＥをプラ
ズマ中に発生させ、この磁束密度ベクトルＢとプラズマ
中に発生するこの電界ベクトルＥとの外積ベクトルＥ×
Ｂの方向が、装置の中央に向くように上記磁石を配置
し、生成したプラズマを輸送するようにしたものであ
る。かかる構成により、マイクロ波電界Ｅと磁場Ｂとを
直交させることにより、プラズマを高密度に生成し、か
つ壁への損失を低減し得るものとなる。

【００１２】（３）上記（１）若しくは（２）におい
て、好ましくは、マイクロ波の導入部近傍に磁石のＳ極
とＮ極とを並べて配置し、この磁石によって空間に印加
される磁界とマイクロ波電界とがほぼ直交するように配
置するようにしたものである。かかる構成により、発生
するプラズマを増加し得るものとなる。

【００１３】（４）上記（３）において、好ましくは、
上記磁石は、マイクロ波導波管内のマイクロ波電界の方
向に直交する方向であって、上記マイクロ波導波管表面
に配置し、かつ、配置する磁石の磁極が、マイクロ波導
波管内のマイクロ波電界の方向に直交する方向において
異ならせるようにしたものである。

【００１４】（５）上記（３）において、好ましくは、
上記磁石は、マイクロ波導波管内のマイクロ波電界の方
向であって、上記マイクロ波導波管表面に配置し、か
つ、マイクロ波導波管の中心軸に対して左右の領域に配
置する磁石の磁極を揃え、かつ左の領域と右の領域に配
置する磁石の磁極を異なるようにしたものである。

【００１５】（６）上記（１）若しくは（２）におい
て、好ましくは、上記磁石は、１対の断面の形状がコ字
型の磁石とし、このコ字型磁石の磁極がマイクロ波導波
管開口部に向くように、マイクロ波導波管を左右の方向
からこのコの字型磁石で取り囲み、かつこのコの字型磁
石の磁極がマイクロ波導波管開口部に向けて左右異なる
ようにしたものである。

【００１６】（７）上記（１）若しくは（２）におい
て、好ましくは、上記磁石は、マイクロ波導波管表面に
磁石を配置されるとともに、このマイクロ波導波管開口
部と反対側の磁極間を連結する透磁率の高い部材を設け
るようにしたものである。

【００１７】（８）上記（１）若しくは（２）におい
て、好ましくは、上記磁石により真空領域に磁場を印加
し、この磁場の磁束密度が、供給するマイクロ波の周波
数と電子サイクロトロン共鳴を起こすように調整すると
ともに、プラズマを生成する真空容器外のマイクロ波管
内における磁束密度が、供給するマイクロ波の周波数と
電子サイクロトロン共鳴を起こす部位において、定在波
であるこのマイクロ波の節の領域としたものである。

【００１８】（９）上記（１）若しくは（２）におい
て、好ましくは、上記磁石を配置したマイクロ波導入部
を、真空容器周囲に複数用いるようにしたものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１９を用いて、本
発明の一実施形態によるプラズマ装置の構成について説
明する。最初に、図１を用いて、本実施形態によるプラ
ズマ装置を用いたプラズマＣＶＤ装置の構成について説
明する。図１は、本発明の一実施形態によるプラズマ装
置を用いたプラズマＣＶＤ装置の構成を示す斜視図であ
る。

【００２０】円筒形状の真空容器１６の側壁には、等間
隔で、４個のマイクロ波導波管９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ
が取り付けられている。マイクロ波導波管９ａ，９ｂ，
９ｃ，９ｄの端部のマイクロ波入射窓には、それぞれ、
磁石１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが取り付けられている。磁
石１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、それぞれ、図２を用いて
後述するように、第１に、一つのマイクロ波導入窓に配
置する磁石１の磁極を左右で異なるようにし、装置半径
方向ベクトルｒと真空容器内部で左右の磁極を結ぶ磁場
ベクトルＢのとの外積ｒ×Ｂベクトルが天板方向に向く
ように配置してある。また、第２には、一つのマイクロ
波導入窓に配置する磁石の磁極を左右で異なるように、
配置してある。なお、磁石１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄとし
ては、サマリウム・コバルト型の永久磁石を用いてい
る。真空容器１６の内部の底板側には、被処理物体であ
るウェハ２８が配置されている。また、真空容器１６の
上部は、天板２７によって閉じられている。

【００２１】次に、図２を用いて、図１に示したプラズ
マＣＶＤ装置に用いるプラズマ装置の原理構成について
説明する。図２は、本発明の一実施形態によるプラズマ
装置の原理構成を示す平面図である。なお、図２は、図
１に示したプラズマＣＶＤ装置を天板２７の方向から見
た図である。

【００２２】円筒形真空容器１６の側面部には、４個の
マイクロ波導波管９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが、９０°づ
つの等間隔で、取り付けられており、真空容器内部にマ
イクロ波を導入する。マイクロ波導波管９ａ，９ｂ，９
ｃ，９ｄの端部のマイクロ波入射窓周辺には、それぞ
れ、磁石１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが配置されておりし、
ＥＣＲ条件を満足する強度の磁場（２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波に対し、約８７５Ｇａｕｓｓ）を真空容器１６
内に生成する。

【００２３】本実施形態における第１の特徴として、一
つのマイクロ波導入窓に配置する磁石１ａの磁極を左右
で異なるように構成する。そして、装置半径方向ベクト
ルｒと、真空容器１６の内部で、左右の磁極を結ぶＥＣ
Ｒ磁場の磁場ベクトルＢ２のとの外積ｒ×Ｂベクトルが
天板方向（紙面の手前方向）に向くように配置する。即
ち、天板側からみて右回り（時計回り）にＳ極Ｎ極の順
になるように、一つのマイクロ波導入窓に磁石１を配置
する。

【００２４】さらに、またこれと隣合うマイクロ波導入
窓に配置する磁石１ｂ，１ｃ，１ｄの磁極構成も同一に
する。このように構成すると、装置半径方向ベクトルｒ
と、真空容器内部で隣合うマイクロ波導入窓間を結ぶ磁
場ベクトルＢ３のとの外積、即ち，ｒ×Ｂベクトルは、
すべて底板方向（紙面の奥方向）を向くように構成でき
る。

【００２５】以上の構成により、装置半径方向ベクトル
ｒの方向に生じるプラズマ電界Ｅφ_s４と磁場ベクトル
Ｂ３との外積，即ち、Ｅφ_s×Ｂも底板方向５に向ける
ことができる。したがってＥφ_s×Ｂドリフトによるマ
イクロ波導入窓間のプラズマ輸送は、すべて底板方向，
即ち、ウエハ方向に向き、ウエハ上のプラズマ密度分布
６は、円形となり、ウェハに均一で高密度なプラズマを
供することができるようになる。

【００２６】ここで、図３を用いて、最近試みられてい
るプラズマ装置の構成について、参考のために、説明す
る。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。
円筒形真空容器１６の側面部には、４個のマイクロ波導
波管９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが、９０°づつの等間隔
で、取り付けられており、真空容器内部にマイクロ波を
導入する。マイクロ波導波管９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの
端部のマイクロ波入射窓周辺には、それぞれ、磁石１
Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄが配置されておりし、ＥＣＲ条件
を満足する強度の磁場を真空容器１６内に生成する。

【００２７】ここで、一つのマイクロ波導入窓に配置す
る磁石１Ａは、すべて磁極を揃えて配置する。即ち、磁
石１Ａは、真空容器１６内に向けて、例えば，すべてＮ
極になるように配する。一方、これと隣合うマイクロ波
導入窓に配置する磁石１Ｂは、磁極を反転させる。即
ち，真空容器１６内に向けてすべてＳ極になるように配
する。さらに、磁石１Ｃ，１Ｄについても、同様に配置
する。その結果、真空容器内面のマイクロ波導入窓近傍
には、９０度毎に、Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極と磁極が配
置されることになる。このように配置すると、真空容器
内で、各マイクロ波導入窓から発生する磁力線３が真空
容器内部でつながり、マイクロ波導入窓近傍で生成され
たプラズマは、効率的に真空容器中心部に輸送されるよ
うになる。

【００２８】しかしながら、かかる構成では、第１に、
マイクロ波導入窓間を繋ぐ磁力線３の向きが、右回り・
左回り・右回り・左回りと一方向に統一されないため、
次のような現象を引き起こすことが判明した。プラズマ
には、電子とイオンの拡散速度の差で生じる正の空間電
位がある。ＥＣＲで生成されるプラズマでは、電子が選
択的に加熱されることから、この電位が顕著に現われ、
通常１０〜２０［Ｖ]の電位が形成される。一方、真空
容器１６は接地され、０[Ｖ］になるため、真空容器内
部のプラズマ中には外側に向かう電界Ｅ４が形成され
る。プラズマ中に磁場Ｂが印加され、かつ電界Ｅが形成
されるので、これらが互いに直交する場合には、後述す
るＥ×Ｂドリフトなるプラズマ輸送現象が起こる。図３
中に示すように、紙面手前方向（天板側）からみて、磁
力線３の向きが右回りの部位では、Ｅ×Ｂドリフト５Ａ
が紙面奥行き方向（底板側）に起こる。一方、天板側か
らみて磁力線の向きが左回りの部位では、Ｅ×Ｂドリフ
ト５Ｂが天板側に起こる。したがって底板側に配置され
たウエハなどの被照射体上ではプラズマ密度が６のよう
に不均一になる。

【００２９】また、第２には、一つのマイクロ波導入窓
に配置する磁石の磁極を揃えると、個々の磁石のＮ極Ｓ
極間で磁力線が短絡しやすいことが判明した。ここで、
図４を用いて、磁力線の短絡について説明する。図４
は、最近試みられているプラズマ装置における磁力線の
短絡の説明図である。

【００３０】図４は、一つのマイクロ波導入窓における
磁石配置を示している。マイクロ波導波管９のマイクロ
波入射窓の近傍には、磁石１が配置されており、全て磁
極を揃えて配置されている。

【００３１】個々の磁石のＮ極Ｓ極間で磁力線が閉じた
場合の磁力線の行方を追うと、次のようになる。即ち、
真空容器内部に向かって磁石１のＮ極から出発した一部
の磁力線５０は、マイクロ波導入窓磁石に向かうが、大
部分の磁力線３は隣り合う途中で向きを変え、真空容器
壁に向かう。これは距離の近い磁極を結ぶ経路の方が磁
気抵抗が小さいためである。このとき、上下方向に向い
ているマイクロ波電界Ｅ７と磁場Ｂ５０とが平行になる
部位が生じることになる。このような部位では、マイク
ロ波電界Ｅ７によって、電子は磁力線方向に運動エネル
ギーを得ることになり、磁力線５０が壁を横切る部分に
おいてプラズマ損失を招きやすい。また、後述するよう
に、ＥＣＲ条件を満足する強度の磁場Ｂがマイクロ波電
界Ｅ７に平行に走る部分で実現すると、ＥＣＲによるプ
ラズマ生成が効率的に起こらないという問題があること
が判明した。

【００３２】ここで、図５を用いて、本実施形態による
プラズマ装置において、中心的な役割を果たすＥ×Ｂド
リフトの機構について、簡単に説明する。磁場中のプラ
ズマでは、プラズマを構成する電子・イオンは磁力線に
巻きついた回転運動をしている。しかし、磁場Ｂ１０に
直交する電界Ｅ４が存在すると、電子・イオンは、一回
転の間に電界Ｅ４による加速・減速を受けることにな
る。このとき、電荷の符号の違いから、イオンは、電界
Ｅ４の方向に運動するとき加速され、逆に、電子は、電
界Ｅの方向に運動するときに減速される。電界Ｅ４と逆
の方向に運動するときはこの反対である。

【００３３】電子・イオンは、加速されると遠心力が大
きくなって回転半径が増加し、減速されると回転半径が
減少する。その結果、電子の軌道１１，イオンの軌道１
３は、図示するように、回転の中心がずれていく運動
（ドリフト運動）が生じる。この場合のドリフト運動
を、「Ｅ×Ｂドリフト」と称する。Ｅ×Ｂドリフトは、
電界Ｅ４と磁場Ｂ１０の外積の方向になり、電子のドリ
フト方向１２とイオンのドリフト方向１３は、同じ方向
に動くことになる。

【００３４】また、回転運動の中心速度として定義され
るドリフト速度は、電荷の符号・荷電量・粒子質量に無
関係の以下の式（１）、ｖ_E×_B＝１０⁸×Ｅ［Ｖ／ｃｍ］／Ｂ［Ｇ］…（１）で表現され、したがって電子・イオンは等速になる。

【００３５】この電子・イオンが同方向に等速でドリフ
トするというＥ×Ｂドリフトの特徴は、プラズマの輸送
に非常に大きな効果を与える。即ち、電子・イオンが同
方向に等速でドリフトする場合は、プラズマの電気的中
性が保たれるため、電子がイオンに引き戻されることが
ないものである。これにより、実際のプラズマにおいて
も、Ｅ×Ｂドリフトはこれを抑制する作用をほとんど受
けず、自由にドリフトしていくことになる。

【００３６】本実施形態においては、図３において説明
したように、一つのマイクロ波導入窓に配置する磁石１
ａの磁極を左右で異なるように構成し、これと隣合うマ
イクロ波導入窓に配置する磁石１ｂ，１ｃ，１ｄの磁極
構成も同一にすることにより、装置半径方向ベクトルｒ
の方向に生じるプラズマ電界Ｅφ_s４と磁場ベクトルＢ
３との外積，即ち、Ｅφ_s×Ｂも底板方向５に向けるこ
とができる。したがってＥφ_s×Ｂドリフトによるマイ
クロ波導入窓間のプラズマ輸送は、すべて底板方向，即
ち、ウエハ方向に向き、ウエハ上のプラズマ密度分布６
は、円形となり、ウェハに均一で高密度なプラズマを供
することができるようになる。

【００３７】本実施形態における第２の特徴として、一
つのマイクロ波導入窓に配置する磁石の磁極を左右で異
なるように構成したことにある。

【００３８】ここで、図６を用いて、本実施形態による
プラズマ装置における一つのマイクロ波導入部の作用に
ついて説明する。なお、図２と同一符号は、同一部分を
示している。図示するように、一つのマイクロ波導波管
９のマイクロ波導入窓内では、左右の磁極１−１，１−
２を結ぶようにＥＣＲ磁場の磁力線２が配され、上下方
向に向いているマイクロ波電界Ｅμ７とはいたるところ
直交するようになる。これによりマイクロ波電界Ｅμ７
による電子の加速方向は、いたるところ磁場Ｂ２と直交
し、ＥＣＲによるプラズマ生成は、領域８において効率
的に起こるようになる。さらに磁力線２の方向には電子
は加速されにくくなり、磁力線２が構造物を横切る部分
でプラズマ損失を招きにくくなる。

【００３９】ここで、さらに、図７を用いて、本実施形
態によるプラズマ装置における一つのマイクロ波導入部
の作用について、詳細に説明する。なお、図２と同一符
号は、同一部分を示している。本実施形態による構成で
は、磁力線２は左右の磁極を結ぶように配されるため、
磁力線が真空容器の壁を横切る部位は磁極近傍になる。
図示するように、左右の磁極間の磁場２は、磁力線の束
が中央で拡がり、端で窄まる，所謂磁気ミラーの配位に
なる。このとき、磁束密度は中央で小さく、端で高くな
る。よく知られているように、プラズマは磁気ミラー内
に閉じ込められやすいという性質を有している。

【００４０】衝突を考えない場合に、プラズマが磁気ミ
ラー内に閉じ込められるか、磁力線に沿って磁気ミラー
の外に出てしまうかは、プラズマ（特に電子）の速度空
間成分によって決定される。一般に、磁力線に直交する
速度成分の大きい荷電粒子は、磁力線を軸にした回転運
動による磁気モーメントが大きいため、磁気ミラーによ
って強く反発される。しかし、磁力線に平行な速度成分
の大きい荷電粒子は、磁気ミラーを透過する。したがっ
て、荷電粒子の閉じ込めは、磁力線に直交する速度成分
と平行な速度成分との比で決定される。

【００４１】ここで、図８及び図９を用いて、プラズマ
の作用原理について説明する。なお、図８及び図９にお
いて、速度空間座標軸ｖｚは、磁力線に平行方向を示し
ており、速度空間座標軸ｖｘ，ｖｙは、それぞれ、磁力
線に直交方向を示している。

【００４２】磁気ミラーに閉じ込められるか、透過する
かは、図８及び図９に表示した速度空間に示した円錐状
領域，即ち、ロスコーン２０によって判別される。図
９，図９に示した回転楕円体２１は、荷電粒子の速度空
間分布の形状を表している。図８，図９に示した荷電粒
子２１中のロスコーン２０の内部に含まれる領域は、ミ
ラーに閉じ込められず、外部に含まれる領域はミラーに
閉じ込められる。

【００４３】マイクロ波電界Ｅと磁場Ｂとが平行に配位
されるか、直交して配位されるかにより、プラズマ中の
荷電粒子が持つ速度成分比は変化する。マイクロ波電界
Ｅと磁場Ｂとが平行に配位されると、図８に示すよう
に、荷電粒子の速度空間分布形状を表す回転楕円体２１
は縦方向に長くなる。その結果、ロスコーン２０の内部
に含まれる荷電粒子の割合が多くなる。一方、マイクロ
波電界Ｅと磁場Ｂとが直交して配位されると、図９に示
すように、荷電粒子の速度空間分布形状を表す回転楕円
体２１は横方向に長くなり、ロスコーン２０の内部に含
まれる荷電粒子の割合が少なくなる。

【００４４】本実施形態による磁極配置では、マイクロ
波電界Ｅと磁場Ｂとはいたるところ直交するために、磁
力線に直交する速度成分の大きい荷電粒子の割合が多く
なり、ロスコーンの内部に含まれる荷電粒子の割合が少
なくなる。したがって、左右の磁極間で形成される磁気
ミラーに閉じ込められやすくなるため、真空容器の壁に
衝突しにくくなり、壁によるプラズマ損失を低減するこ
とができる。即ち、本実施形態においては、一つのマイ
クロ波導入窓に配置する磁石の磁極を左右で異なるよう
に構成することによって、壁によるプラズマ損失を低減
することができる。

【００４５】次に、この磁気ミラーに閉じ込められたプ
ラズマが磁力線を横切り、真空容器中央に輸送される機
構を説明する。図７に示すように、本実施形態による磁
極配置では、プラズマを生成する磁極間磁場２は、前述
のような磁気ミラーになっていると共に、磁力線が真空
容器中央に向けて凸のカスプ磁場になっている。このよ
うな磁場配位では、磁場強度が真空容器中央に向けて弱
くなるため、磁場強度の勾配，即ち、ｇｒａｄＢが存在
する。また、ｇｒａｄＢベクトルとＢベクトルとは直交
するため、プラズマは、「ｇｒａｄＢドリフト」と呼ば
れるドリフト運動をする。

【００４６】ここで、図１０を用いて、本実施形態によ
るプラズマ装置におけるｇｒａｄＢドリフトの機構につ
いて説明する。前述したように、磁場中のプラズマで
は、プラズマを構成する電子・イオンは磁力線に巻きつ
いた回転運動をしている。ここで、プラズマ中の磁場勾
配ｇｒａｄＢの方向２２が磁場Ｂ１０に直交すると、電
子・イオンは一回転の間に磁場強度の変動を受けること
になる。このとき、磁場が強くなると、向心力であるロ
ーレンツ力が増加し、回転半径が小さくなる。磁場が弱
くなると、逆に回転半径が大きくなる。これにより、Ｅ
×Ｂドリフトと同様に、電子の軌道１１やイオンの軌道
１２のように、回転の中心がずれていくドリフト運動が
生じる。この場合のドリフト運動を、「ｇｒａｄＢドリ
フト」と称する。

【００４７】ｇｒａｄＢドリフトにおいては、電荷の符
号が違うため、電子・イオンは互いに逆向きに回転し、
電子のドリフト方向１２とイオンのドリフト方向１４
は、互いに逆になる。これが、Ｅ×Ｂドリフトと異なる
点である。ドリフト方向が逆になると、電子の集団とイ
オンの集団との占める場所がプラズマ中でずれていくた
め、電気的中性が損なわれ、所謂荷電分離が生じる。こ
の荷電分離のために、プラズマ中に、プラズマｇｒａｄ
Ｂドリフトによる荷電分離で生じる電界Ｅ_gradBが発生
する。

【００４８】次に、図１１及び図１２を用いて、本実施
形態によるプラズマ装置におけるプラズマｇｒａｄＢド
リフトによる荷電分離で生じる電界Ｅ_gradBについて説
明する。なお、図５と同一符号は、同一部分を示してい
る。

【００４９】図１１に示すように、左右の磁極１−１，
１−２間を結ぶ磁場Ｂ２の向きをθ方向にすると、ｇｒ
ａｄＢ２２の方向はｒ方向になる。このとき、ｇｒａｄ
Ｂドリフトにより、電子１１はｚ方向に、イオン１３は
−ｚ方向に移動する。したがって、荷電分離のために、
プラズマ中に発生する電界Ｅ_gradB２３はｚ方向にな
る。この電界Ｅ_gradB２３と左右の磁極１−１，１−２
間を結ぶ磁場Ｂ２により、新たなＥ_gradB×Ｂドリフト
２４が発生する。この向きは−ｒ方向になる。これは真
空容器中心に向かう方向である。

【００５０】結局、プラズマは、最終的にこのＥ_gradB
×Ｂドリフト２４によって真空容器中心方向に輸送され
る。以上を−θ方向からみて図を二次元化し、状況を見
やすくしたのが、図１２である。これが本発明の構成に
よるプラズマ輸送機構である。

【００５１】ここで、図１１に示すように、本実施形態
では、導波管９の上部下部にも、磁石１−３，１−４，
１−５，１−６を配置している。本発明の原理を満足す
るためには、導波管９の左右にＳ極Ｎ極の磁石１−１，
１−２を置くだけで良いわけであるが、本発明を実施す
る上では、次のような課題がある。

【００５２】即ち、コスト・電波法その他の事情から、
通常プラズマ装置用のマイクロ波発振管には、２．４５
ＧＨｚの周波数のマグネトロンが用いられる。周波数が
決まると波長が決まるため、導波管９の管幅が規定さ
れ、これが８０ｍｍ程度になる。したがって、この導波
管幅の左右に設けた磁石の磁極間距離は平均で１００ｍ
ｍ程度と大きくなるため、通常の永久磁石を用いて、こ
の間にＥＣＲ条件を満たす８７５Ｇａｕｓｓの磁束密度
を実現するのは難しいものである。そこで、本実施形態
においては、導波管９の上部下部にもＳ極Ｎ極の磁石１
−３，１−４，１−５，１−６を配置し、距離の小さい
両者の磁極を結ぶ磁力線上で容易に８７５Ｇａｕｓｓの
磁束密度を実現するようにしている。

【００５３】また、図１１に示すように、各磁石の真空
容器と反対側の磁極を継鉄（ヨーク）１５で結合する。
このようにすると、継鉄（ヨーク）１５で結ばれた左右
の磁石１−３と１−４，１−５と１−６とのＳ極Ｎ極間
で磁力線が渡りやすくなる。その結果、各磁石単独のＳ
極Ｎ極間で磁力線が短絡する磁束量が滅ることになる。
一方、真空容器側に向いた磁極には、反対側磁極と同量
の磁束が誘起され、この磁束はほとんど反対側磁極と短
絡しないため、大部分が真空容器側に入り、隣合う異種
磁極に繋がる。つまり、反対側の磁極を継鉄（ヨーク）
１５で結ぶことにより、より多くの発生磁束を真空容器
側に送り込むことができるようになる。

【００５４】次に、図１３〜図１５を用いて、図１１に
示したように構成した本実施形態の磁石構成による磁場
発生の状態を、実際の装置のディメンションで解析した
結果について説明する。なお、磁石の起磁力はサマリウ
ム・コバルト型磁石の値を用いている。次に、図１３
は、本発明の一実施形態によるプラズマ装置におけるマ
イクロ波導入部の解析格子の構成図であり、図１４及び
図１５は、本発明の一実施形態によるプラズマ装置にお
けるマイクロ波導入部の磁場解析結果の説明図である。

【００５５】図１３は、マイクロ波導入窓の磁石１の１
セット分の解析格子と磁束密度解析格子面４１，４２を
示している。図１４及び図１５は、図１３に示した磁束
密度解析格子面４１，４２上の磁束密度分布を示してい
る。白い閉曲線４３上の領域が、８７５Ｇａｕｓｓであ
ることを示している。図から８７５Ｇａｕｓｓ領域４３
は、磁極面を中心としたチューブ状に形成されていると
考えられる。

【００５６】本解析のモデルでは、継鉄（ヨーク）１５
の断面積が少な過ぎて磁気飽和したため、継鉄（ヨー
ク）１５の比透磁率は実効比透磁率で１０程度である。
継鉄（ヨーク）１５の断面積を増加させれば、磁気飽和
が起こりにくくなり、本来の比透磁率１０００程度が維
持できる。その結果より多くの磁束を異種磁極側に渡す
ことができるようになり、結果さらに多くの発生磁束を
真空容器側に送り込むことができるものである。

【００５７】次に、上述したｇｒａｄＢドリフト及びＥ
_gradB×Ｂドリフトによるプラズマ輸送機構が、実際の
装置の物理パラメータで、どの程度発生しうるかについ
て説明する。ｇｒａｄＢドリフトによる荷電分離は、約
１０電子ボルト程度の電子温度を持つＥＣＲプラズマ中
の電子によって緩和され、定常に達すると考えられるか
ら、発生する電位差は約１０ボルト程度と見積もれる。
この荷電分離の発生する領域は、ＥＣＲ領域の拡がり程
度の空間スケールで起こるはずであるから、これを２ｃ
ｍ程度とすると、発生電界Ｅ_gradBの強度は、次式
（２）によって、Ｅ_gradB＝１０［Ｖ]／２［ｃｍ］＝５［Ｖ／ｃｍ］…（２）となる。

【００５８】この領域の磁束密度ＢをＥＣＲ条件の８７
５［Ｇ］とすると、Ｅ_gradB×Ｂドリフト速度ｖ_E×
_Bは、式（１）を用いて、次式（３）のように、ｖ_E×_B＝１０⁸×Ｅ［Ｖ／ｃｍ］／Ｂ［Ｇ] ＝１０⁸×５［Ｖ／ｃｍ］／８７５［Ｇ］＝５．７×ｌＯ^-5［ｃｍ／ｓｅｃ］…（３）となる。

【００５９】一方、比較のため、磁力線に沿ったプラズ
マの拡散速度を求めると次のようになる。磁力線に沿っ
たプラズマの拡散速度は、通常、イオン音波の速度Ｖ_SI
程度とされる。イオン音波の速度Ｖ_SIは、次式（４）に
よって、ｖ_SI＝（ｋ_B・Ｔｅ／Ｍ）^1/2…（４）で表される。ここで、ｋ_B・Ｔｅは、ボルツマン定数ｋ_B
を掛けた電子温度であり、エネルギーの単位になる。Ｔ
ｅ＝１０［ｅＶ］とすると、ｋ_B・Ｔｅは、次式（５）
によって、ｋ_B・Ｔｅ＝１．６×１０^-11［ｅｒｇ］…（５）と求められる。

【００６０】また、式（４）において、Ｍはイオンの質
量で、アルゴンイオンの場合、Ｍ＝４．７×１０
^-23［ｇ］になるから、イオン音波の速度Ｖ_SIは、次式
（６）によって、ｖ_SI＝４．９×１０^-5［ｃｍ／ｓｅｃ]…（６）となり、Ｅ_gradB×Ｂドリフト速度ｖ_E×_Bと、磁力線に
沿ったプラズマの拡散速度（イオン音波の速度Ｖ_SI)
とは、ほぼ等しいことがわかる。

【００６１】次に、図１６を用いて、本実施形態による
プラズマ装置における不要プラズマの生成を低減するた
めの構成について説明する。なお、図１１，図１２と同
一符号は同一部分を示している。図１４に示したよう
に、垂直断面格子面４２上の８７５Ｇａｕｓｓの磁束密
度領域４３は、磁石の磁極を中心にほぼ円周を描いてい
る。

【００６２】従って、図１６に示すように、８７５Ｇａ
ｕｓｓの磁束密度領域を示す円周２５は、プラズマを生
成する真空容器内以外に、マイクロ波導波管９中をも通
過する。マイクロ波導波管９中には石英ガラス２６など
を充填してあるため、この内部でプラズマが生成される
ことはないが、石英ガラス２６とマイクロ波暮波管壁９
の微小ギャップ３２中でプラズマが生成されることは考
えられる。

【００６３】ここで、微小ギャップ３２と８７５Ｇａｕ
ｓｓの磁束密度を有する領域の円周２５との交点３３
は、真空容器内のプラズマ生成領域８から約２０ｍｍ離
れており、これはマイクロ波の１／４波長に相当する。
マイクロ波電界３４が最大になる腹の部分は、これが吸
収される真空容器内のプラズマ生成領域８に存在するか
ら、これから１／４波長離れた交点３３は、丁度マイク
ロ波電界３４が最小になる節の部分にあたる。したがっ
て、微小ギャップ３２中でプラズマが生成されること
は、ほとんどないものであり、不要なプラズマの生成を
低減することができる。

【００６４】次に、図１７及び図１８を用いて、本実施
形態によるプラズマ装置の他の構成について説明する。
図１７及び図１８は、本発明の一実施形態によるプラズ
マ装置の他の構成を示す平面図である。

【００６５】図２に示したプラズマ装置３０において
は、真空容器１６には、４個のマイクロ波導入窓のそれ
ぞれに、磁石１−ａ，１−ｂ，１−ｃ，１−ｄが配置さ
れている。一方、被処理物体であるウェハが小形な場合
には、図１７に示すように、真空容器１６Ａとしては小
型なものを使用でき、それに合わせて、３個のマイクロ
波導入窓のそれぞれに、磁石１−ａ，１−ｂ，１−ｃを
配置する。また、被処理物体であるウェハが大形な場合
には、図１９に示すように、真空容器１６Ｂとしては大
型なものを使用し、それに合わせて、５個のマイクロ波
導入窓のそれぞれに、磁石１−ａ，１−ｂ，１−ｃ，１
−ｄ，１−ｅを配置する。

【００６６】本実施形態によるマイクロ波導入窓に配置
する磁石は、単独でＮ極Ｓ極のペアで構成されているの
で、マイクロ波導入窓は奇数個でも偶数個でもよいもの
である。従来の装置では隣合うマイクロ波導入窓同志を
Ｎ極Ｓ極のペアで構成していたため、マイクロ波導入窓
数を偶数にする必要があったが、本発明ではこの制約が
なくなるため、被処理物体のサイズに合わせて、プラズ
マ装置の大きさを自由に変えることができるものであ
る。

【００６７】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、マイクロ波の導入部近傍に配置した磁石の発生する
磁束密度ベクトルＢとプラズマ中に発生する電界ベクト
ルＥとの外積ベクトルＥ×Ｂの方向が、被処理物体の方
向を向くように配置することにより、Ｅ×Ｂドリフトに
よるプラズマ密度の不均一を解消して、プラズマ密度の
均一性を向上することができる。また、マイクロ波の導
入部近傍に配置した磁石の発生する磁束密度ベクトルＢ
がＢ白身の方向と直交する方向に密度勾配ベクトルｇｒ
ａｄＢを有し、プラズマのｇｒａｄＢドリフト現象によ
りプラズマ中に荷電分離を引き起こし、この荷電分離に
より、磁束密度ベクトルＢの方向及び密度勾配ベクトル
ｇｒａｄＢの双方に直交する方向の電界ベクトルＥをプ
ラズマ中に発生させ、この磁束密度ベクトルＢとプラズ
マ中に発生するこの電界ベクトルＥとの外積ベクトルＥ
×Ｂの方向が、装置の中央に向くように配置することに
より、マイクロ波電界Ｅと磁場Ｂとを直交させることに
より、プラズマを高密度に生成し、かつ壁への損失を低
減することができる。

【００６８】次に、図１９を用いて、本発明の第２の実
施形態によるプラズマ装置について説明する。図１９
は、本発明の第２の実施形態によるプラズマ装置の構成
を示す斜視図である。

【００６９】本実施形態においては、マイクロ波導波管
９を囲むような二つのコ字型磁石３５Ａ，３５Ｂを用い
ている。コ字型磁石３５Ａ，３５Ｂのそれぞれの磁極
は、真空容器側に向けて配置し、かつ二つのコ字型磁石
３５Ａ，３５Ｂの磁極を、図示するように反転させる。

【００７０】以上のように、磁石本体をコ字型成形する
ことにより、同種磁極の反発力に耐える治具で固定する
必要がなくなるため、マイクロ波導波管への取りつけが
容易になる。また、Ｅ×Ｂドリフトによるプラズマ密度
の不均一を解消して、プラズマ密度の均一性を向上する
ことができる。また、マイクロ波電界Ｅと磁場Ｂとを直
交させることにより、プラズマを高密度に生成し、かつ
壁への損失を低減することができる。

【００７１】次に、図２０を用いて、本発明の第３の実
施形態によるプラズマ装置の構成について説明する。図
２０は、本発明の第３の実施形態によるプラズマ装置の
構成を示す斜視図である。

【００７２】本実施形態においては、図６に示した永久
磁石１−１，…，１−６に代えて、図示するように、マ
イクロ波導波管９を囲むように磁性体の芯をもった電磁
石３６−１，３６−２，３６−３，３６−４，３６−
５，３６−６で構成するようにしたものである。永久磁
石ではその物性で最大起磁力が決まるため、任意に磁場
を強化できないものである。それに対して、電磁石３６
を用いることにより、アンペアターンを増強することで
任意に磁場を強化できるため、プラズマ密度や分布を変
化させることができる。

【００７３】以上のように、電磁石を用いることによ
り、任意に磁場を変えて、プラズマ密度や分布を変化さ
せることができる。また、Ｅ×Ｂドリフトによるプラズ
マ密度の不均一を解消して、プラズマ密度の均一性を向
上することができる。また、マイクロ波電界Ｅと磁場Ｂ
とを直交させることにより、プラズマを高密度に生成
し、かつ壁への損失を低減することができる。

【００７４】次に、図２１を用いて、本実施形態による
プラズマ装置を用いたミリング装置の構成について説明
する。図２１は、本発明の一実施形態によるプラズマ装
置を用いたミリング装置の構成を示す斜視図である。

【００７５】ミリング装置では、真空容器１６の上部で
プラズマ３７を生成し、３枚の多孔電極からなるビーム
引き出し電極３８を用いて、イオンビーム束３９を生成
する。イオンビーム束３９は、ウエハ２８に照射され、
ミリングが行なわれる。ここで、ウエハ２８がイオンビ
ーム３９の正電荷で帯電すると、イオンビーム３９は静
電的な反発力を受けてウエハ２８への照射が困難にな
る。そこで、多孔電極３８とウエハ２８の間の空間で、
イオンビーム３９の正電荷を中和する電子源が必要であ
る。この電子源には、マイクロ波によるＥＣＲプラズマ
が用いられる。

【００７６】そこで、本実施形態においては、図１若し
くは図２に示した実施形態と同様にして、中和用プラズ
マを発生させるマイクロ波導波管９ａ，９ｂ，９ｃ，９
ｄの開口部近傍に、磁石１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを配置
している。磁石１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのＮ極Ｓ極は、
イオンビーム３９の経路に沿った装置軸に直交する面内
に配置する。ミリング装置では、イオンビームの経路上
にイオンビームの正電荷で電位が形成され、後方向に発
生する電界Ｅ_IBがＣＶＤ装置におけるＥφ_sと同様に発
生する。したがって、プラズマのドリフトに関してＣＶ
Ｄ装置と同様に作用する。

【００７７】従来のミリング装置では、軸方向，即ち、
イオンビームの経路に沿って磁石のＮ極Ｓ極を配置して
いたため、イオンビームの正電位が作る後方向電界Ｅ_IB
と導波管開口部磁場ＢとのＥ_IB×Ｂドリフトが周方向に
発生していた。そのため、発生プラズマは生成部から壁
に沿って周方向に流れ、中和すべきイオンビームが存在
する装置中心軸方向に供給されにくいという問題があっ
た。

【００７８】それに対して、本実施形態では、イオンビ
ームの正電位が作る後方向電界Ｅ_IBと導波管開口部磁場
ＢとのＥ_IB×Ｂドリフトがビーム引き出し電極方向に発
生し、また、ｇｒａｄＢによる荷電分離電界Ｅ_gradBと
導波管開口部磁場ＢとのＥ_gradB×Ｂドリフトが装置中
心軸方向に起こるため、全体として中和すべきイオンビ
ームの方向にプラズマを輸送することができる。

【００７９】次に、図２２を用いて、本実施形態による
プラズマ装置を用いた大口径プラズマイオン源装置の構
成について説明する。図２２は、本発明の一実施形態に
よるプラズマ装置を用いた大口径プラズマイオン源装置
の構成を示す斜視図である。

【００８０】プラズマイオン源装置では、プラズマ生成
室４０において、プラズマ３７を生成し、３枚の多孔電
極３８からなるビーム引き出し電極を用いて、イオンビ
ーム束３９を生成する。

【００８１】本実施形態においては、図１若しくは図２
に示した実施形態と同様にして、プラズマ生成室４０に
設けられたマイクロ波導波管９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの
開口部近傍に、磁石１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを配置して
いる。磁石１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのＮ極Ｓ極は、イオ
ンビーム３９の経路に沿った装置軸に直交する面内に配
置する。従って、Ｅ×Ｂドリフト作用により、生成され
たプラズマは、ビーム引き出し方向に輸送されるため、
ビーム引き出し効率が向上し、かつ、均一な電流密度の
イオンビームを得ることができる。なお、大口径プラズ
マイオン源装置は、核融合用中性粒子入射装置（ＮＢ
Ｉ）などに用いるのに好適である。

【００８２】

【発明の効果】本発明によれば、プラズマ装置における
Ｅ×Ｂドリフトによるプラズマ密度の不均一を解消し
て、プラズマ密度の均一性を向上することができる。ま
た、本発明によれば、マイクロ波電界Ｅと磁場Ｂとを直
交させることにより、プラズマを高密度に生成し、かつ
壁への損失を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるプラズマ装置を用い
たプラズマＣＶＤ装置の構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態によるプラズマ装置の原理
構成を示す平面図である。

【図３】最近試みられているプラズマ装置の構成を示す
平面図である。

【図４】最近試みられているプラズマ装置における磁力
線の短絡の説明図である。

【図５】本発明の一実施形態によるプラズマ装置におい
て用いるＥ×Ｂドリフトの機構の説明図である。

【図６】本発明の一実施形態によるプラズマ装置におけ
る一つのマイクロ波導入部の作用の説明図である。

【図７】本発明の一実施形態によるプラズマ装置におけ
る一つのマイクロ波導入部の作用の詳細説明図である。

【図８】プラズマの作用原理の説明図である。

【図９】プラズマの作用原理の説明図である。

【図１０】本発明の一実施形態によるプラズマ装置にお
けるｇｒａｄＢドリフトの機構の説明図である。

【図１１】本発明の一実施形態によるプラズマ装置にお
けるプラズマｇｒａｄＢドリフトによる荷電分離で生じ
る電界Ｅ_gradBの説明図である。

【図１２】本発明の一実施形態によるプラズマ装置にお
けるプラズマｇｒａｄＢドリフトによる荷電分離で生じ
る電界Ｅ_gradBの説明図である。

【図１３】本発明の一実施形態によるプラズマ装置にお
けるマイクロ波導入部の解析格子の構成図である。

【図１４】本発明の一実施形態によるプラズマ装置にお
けるマイクロ波導入部の磁場解析結果の説明図である。

【図１５】本発明の一実施形態によるプラズマ装置にお
けるマイクロ波導入部の磁場解析結果の説明図である。

【図１６】本発明の一実施形態によるプラズマ装置にお
ける不要プラズマの生成を低減するための構成の説明図
である。

【図１７】本発明の一実施形態によるプラズマ装置の他
の構成を示す平面図である。

【図１８】本発明の一実施形態によるプラズマ装置の他
の構成を示す平面図である。

【図１９】本発明の第２の実施形態によるプラズマ装置
の構成を示す斜視図である。

【図２０】本発明の第３の実施形態によるプラズマ装置
の構成を示す斜視図である。

【図２１】本発明の一実施形態によるプラズマ装置を用
いたミリング装置の構成を示す斜視図である。

【図２２】本発明の一実施形態によるプラズマ装置を用
いた大口径プラズマイオン源装置の構成を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１，３５…磁石９…マイクロ波導波管１５…ヨーク１６…真空容器２８…ウェハ２９，３０，３１…プラズマ装置３６…電磁石３８…多孔電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関博文茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者森本裕一茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者長峯嘉彦茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者竹森聖茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者梅垣菊男茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内Ｆターム(参考） 4K030 CA12 FA01 FA02 JA02 5F004 AA01 BA11 BA14 BB07 BB14 BB29 BD04 5F045 AA10 BB01 DP02 EB02 EH01 EH03 EH16 EH17 EH19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波によりプラズマを生成するプラ
ズマ装置において、マイクロ波の導入部近傍に磁石を配置してプラズマを生
成し、この磁石の発生する磁束密度ベクトルＢとプラズ
マ中に発生する電界ベクトルＥとの外積ベクトルＥ×Ｂ
の方向が、被処理物体の方向若しくはイオンビームの引
き出し方向を向くように、上記磁石を配置し、被処理物
体の方向若しくはイオンビームの引き出し方向にプラズ
マを輸送することを特徴とするプラズマ装置。
【請求項２】マイクロ波によりプラズマを生成するプラ
ズマ装置において、マイクロ波の導入部近傍に磁石を配置してプラズマを生
成し、この磁石の発生する磁束密度ベクトルＢは、磁束
密度Ｂ白身の方向と直交する方向に密度勾配ベクトルｇ
ｒａｄＢを有し、プラズマの密度勾配ベクトルｇｒａｄ
Ｂによるドリフト現象によりプラズマ中に荷電分離を引
き起こし、この荷電分離により、磁束密度ベクトルＢの
方向及び密度勾配ベクトルｇｒａｄＢの双方に直交する
方向の電界ベクトルＥをプラズマ中に発生させ、この磁
束密度ベクトルＢとプラズマ中に発生するこの電界ベク
トルＥとの外積ベクトルＥ×Ｂの方向が、装置の中央に
向くように上記磁石を配置し、生成したプラズマを輸送
することを特徴とするプラズマ装置。
【請求項３】請求項１若しくは請求項２のいずれかに記
載のプラズマ装置において、マイクロ波の導入部近傍に磁石のＳ極とＮ極とを並べて
配置し、この磁石によって空間に印加される磁界とマイ
クロ波電界とがほぼ直交するように配置したことを特徴
とするプラズマ装置。
【請求項４】請求項３記載のプラズマ装置において、上記磁石は、マイクロ波導波管内のマイクロ波電界の方
向に直交する方向であって、上記マイクロ波導波管表面
に配置し、かつ、配置する磁石の磁極が、マイクロ波導
波管内のマイクロ波電界の方向に直交する方向において
異ならせたことを特徴とするプラズマ装置。
【請求項５】請求項３記載のプラズマ装置において、上記磁石は、マイクロ波導波管内のマイクロ波電界の方
向であって、上記マイクロ波導波管表面に配置し、か
つ、マイクロ波導波管の中心軸に対して左右の領域に配
置する磁石の磁極を揃え、かつ左の領域と右の領域に配
置する磁石の磁極を異なるように構成したことを特徴と
するプラズマ装置。
【請求項６】請求項１若しくは請求項２のいずれかに記
載のプラズマ装置において、上記磁石は、１対の断面の形状がコ字型の磁石とし、こ
のコ字型磁石の磁極がマイクロ波導波管開口部に向くよ
うに、マイクロ波導波管を左右の方向からこのコの字型
磁石で取り囲み、かつこのコの字型磁石の磁極がマイク
ロ波導波管開口部に向けて左右異なるように構成したこ
とを特徴とするプラズマ装置。
【請求項７】請求項１若しくは請求項２のいずれかに記
載のプラズマ装置において、上記磁石は、マイクロ波導波管表面に磁石を配置される
とともに、このマイクロ波導波管開口部と反対側の磁極
間を連結する透磁率の高い部材を設けたことを特徴とす
るプラズマ装置。
【請求項８】請求項１若しくは請求項２のいずれかに記
載のプラズマ装置において、上記磁石により真空領域に磁場を印加し、この磁場の磁
束密度が、供給するマイクロ波の周波数と電子サイクロ
トロン共鳴を起こすように調整するとともに、プラズマ
を生成する真空容器外のマイクロ波管内における磁束密
度が、供給するマイクロ波の周波数と電子サイクロトロ
ン共鳴を起こす部位において、定在波であるこのマイク
ロ波の節の領域としたことを特徴とするプラズマ装置。
【請求項９】請求項１若しくは請求項２のいずれかに記
載のプラズマ装置において、上記磁石を配置したマイクロ波導入部を、真空容器周囲
に複数用いたことを特徴とするプラズマ装置。