JP2875221B2

JP2875221B2 - プラズマ発生装置

Info

Publication number: JP2875221B2
Application number: JP8304946A
Authority: JP
Inventors: 雄一坂本; 重和多田
Original assignee: NICHIMEN DENSHI KOKEN KK
Current assignee: NICHIMEN DENSHI KOKEN KK
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 1999-03-31
Anticipated expiration: 2016-11-15
Also published as: JPH10144497A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導波管によりマイ
クロ波をプラズマ発生室に供給してプラズマを発生させ
るプラズマ発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種、マイクロ波放電プラズマ発生装
置は、処理基板にたいする磁力線の影響をなくし、かつ
高圧力（１０ｍＴｏｒｒ以上）での運転時に高いイオン
電流を得るために、例えば、半導体製造装置の分野で開
発されている。このような装置の代表的なものとして、
プラズマ発生室に直接導波管よりマイクロ波を供給し、
このマイクロ波によりプラズマを発生させる形式のもの
が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような装
置では、簡単な構成で、マイクロ波をプラズマ発生室に
均一に供給することができず、このために均一な分布の
大径のプラズマを発生させることはできない。従って、
本発明の目的は、簡単な構成でありながら、均一な分布
の大径のプラズマを発生させることの可能なプラズマ発
生装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる請求項１
に記載のプラズマ発生装置は、ハウジングと、このハウ
ジングのプラズマ発生室にミラー磁界を形成するように
配設された複数の永久磁石と、このプラズマ発生室に電
子サイクロトロン共鳴プラズマを発生させるように、プ
ラズマ発生室にマイクロ波を供給する手段とを具備し、
この供給手段は一端がプラズマ発生室に延びた中心導体
を有する導波管と、プラズマ発生室内に、前記中心導体
の前記一端と中心部で同軸的に接続された誘電体板と、
前記中心導体の前記一端に、誘電体板の中心部のプラズ
マ発生室に露出した面に取着された金属製キャップとを
有し、この誘電体板は、外方に向かうのに従って薄くな
るように表面にテーパが形成されていることを特徴とす
る。

【０００５】また、請求項２に記載のプラズマ発生装置
においては、前記誘電体板に、中心部から外方に向かっ
て複数の切れ目が形成されていることにより、高温によ
る誘電体板の破損が防止されている。

【０００６】また、請求項３に記載のプラズマ発生装置
においては、前記金属製キャップの前記プラズマ発生室
と露出する面が、セラミック製のキャップで覆われてい
ることにより、プラズマにより金属キャップが損傷され
るのが防止されている。

【０００７】さらに、前記中心導体は、筒状をし、この
中に冷却媒体を循環させる冷却手段が設けられているこ
とにより、中心導体が高温により破損されるのが防止さ
れている。

【０００８】

【実施の形態】以下に、添付図面を参照して、本発明の
一実施の形態に係わるプラズマ発生装置を説明する。図
１中、符号１は非磁性金属板で形成された円筒状のハウ
ジグを示し、このハウジング内は、水平に延びた隔壁１
ａにより、下部のプラズマ発生室２ａと、上部の冷却室
２ｂとにより区分されている。プラズマ発生室２ａに
は、装置の外に設けられた真空ポンプに接続された図示
しない排気ポートと、処理ガス源に接続されたガス供給
ポートとが設けられている。前記隔壁２ａの下面には、
後で詳述する誘電体円板３が同心的に装着されている。
この円板３の中心には円形透孔が形成されており、この
透孔内には、垂直に延びた導波管４の円筒状の中心導体
４ｂの下部が嵌入されて固定されている。この導波管４
の外部導体４ａは、前記隔壁２ａと一体的もしくは、こ
の隔壁に接続されるようにして形成されている、そし
て、外部導体４ａと内部導体４ｂとの間の下部にはセラ
ミック窓５が形成されている。また、前記中心導体４ｂ
の下部内には、下端から少し離れた所に底部が形成され
ており、この底部を境として下端部と上部とは縦断面Ｈ
形状の水密構造となっている。そして、この中心導体４
ｂの下端部内には、励起用金属キャツプ６の上面の中心
に突設された円柱部が嵌入されている。この励起用キャ
ップ６は、円板状をなし、その外径は導波管４の外径と
ほぼ等しくなるように設定されている。また、このキャ
ップ６の上面は、好ましくは、前記誘電体円板３の下面
に密着されている。そして、このキャップ６の底面並び
に外周面には、これら面が直接プラズマ発生室２ａに露
出しないようにセラミック製の保護キャップ７が取着さ
れている。この結果、プラズマ発生室２ａで発生された
プラズマにより金属キャップ６が損傷されるのを防止し
ている。

【０００９】前記誘電体円板３は、ハウジング１の内径
に近い外径をし、外周端はハウジングの内周面近くに位
置している。この円板３の上面は、全体に渡って前記隔
壁２ａとの密着性を良くするように水平な平坦面となっ
ている。一方、下面は、上面と平行な平坦面となってい
る中心面３ａと、テーパが形成された周面３ｂとにより
形成されている。この周面３ｂのテーパは、中心面３ａ
より周方向に向かうのに従って、円板３が薄くなるよう
に設定されている。そして、この中心面３ａは、前記金
属キャップ６とほぼ同外径をなし、ほぼ全体に渡って金
属キャップ６の上面が取着されている。また、前記周面
３ｂは、プラズマ発生室２ａにほぼ全体に渡って露出し
ている。また、この誘電体円板３には、図２に示すよう
に、中心部から外周に向かって放射状に延びた複数（こ
の例では８本）の切れ目３ｃが形成されている。これら
切れ目３ｃは、上面から下面にまで達するように形成さ
れており、誘電体円板３を中心部を除いて、複数（８
つ）のセグメント部に分離している。この結果、装置の
運転中に誘電体円板３が高温になっても、これら切れ目
３ｃでセグメント部の熱膨張が吸収されるので、円板３
が高熱により破損されるのが防止される。

【００１０】前記隔壁１ａの上面、即ち、冷却室２ｂに
は、多数の永久磁石８ａ，８ｂが、図３に示すように、
導波管４を中心として配列されて固定されている。これ
ら磁石は複数（この実施例では４つ）の同軸円上に互い
に所定間隔を有して並べられ、１列目と３列目との永久
磁石８ａが下面がＮ極にそして上面がＳ極に、また２列
目と４列目の永久磁石８ｂが下面がＳ極にそして上面が
Ｎ極になるようにして、プラズマ発生室内にＥＣＲ領域
を形成するように配設されている（ＥＣＲ領域の発生メ
カニズムは特願昭６−３０８６８６号に開示されている
ので、ここでは省略する）。このような永久磁石８ａ，
８ｂが配置された冷却室２ｂの上壁には、冷却媒体、例
えば、冷却水を矢印ＣＷで示すように冷却室に循環せさ
るための入口ポート１１ａと出口ポート１１ｂとが設け
られており、動作中に、誘電体円板３が高温になるのが
防止されている。

【００１１】尚、図１中、符号１０は、導波管４の円筒
状の中心導体４ｂ中に同軸的に挿入された冷却手段とし
ての冷却管を示す。装置の外部に設けられた図示しない
ポンプにより、冷却媒体、例えば、冷却水が、この冷却
管１０中に供給され、冷却管と中心導体との間を通って
排出されることにより、中心導体は冷却される。この結
果、導波管で線路伝送損失が集中する中心導体４ｂが過
度に加熱されるのが防止される。

【００１２】上記構成の実施の形態の装置の動作（運
転）を以下に説明する。ハウジング１内を排気ポートを
介して排気して低圧にし、この後に、流入ポートを介し
て、プラズマ生成用のガスを、また、導波管４並びに誘
電体円板３を介して、マイクロ波を夫々フラズマ発生室
２ａに供給刷る。このときに、導波管４から誘電体円板
３の中心部に供給されたマイクロ波は、金属キャップ６
により、ここからプラズマ発生室２ａ内に漏洩するのが
防止される。この結果、マイクロ波は、誘電体円板３の
中心部ようり外周に向かって放射状に円板３に沿って伝
播される。そして、円板３は外周に向かうのに従って除
々に薄くなるようにテーパが形成されていることによ
り、外周に向かうのに従って表面波電界は強くなり、そ
のために密度が中央では低く、外周で高いプラズマが発
生される。このような密度配位のプラズマは、誘電体円
板近くから下方に拡散と半径方向に極めて一様性の良い
プラズマとなる。

【００１３】尚、上記誘電体円板を伝播するマイクロ波
は、プラズマ発生室のガス圧が１０ｍＴｏｒｒ以下の場
合にはＥＣＲ放電により、また１０ｍＴｏｒｒ以上では
非共鳴的なマイクロ波放電によりプラズマを発生させ
る。

【００１４】尚、上記実施例では、マスクロ波を伝播す
る誘電体板を円形に形成したが、他の形状、例えは、矩
形でも良い。また、ミラー磁界を形成するための磁界発
生手段は、上記、形状、配列の永久磁石に限定されるこ
とはなく、例えば、矩形の誘電体板を使用した場合に
は、矩形に配設しても良い。

【００１５】以上説明ししたように上記構成のプラズマ
発生装置においては、誘電体板のほぼ全体に渡って均一
ななプラズマが発生され得る。そして、電磁波の伝播は
誘電体板によって行われるので構成が簡単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係わるプラズマ発生装置
を概略的に示す図である。

【図２】図１に示す装置の誘電体円板を示す平面図であ
る。

【図３】図１に示す装置の永久磁石の配列を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…ハウジング、１ａ…隔壁、２ａ…プラズマ発生室、
２ｂ…冷却室、３…誘電体円板、４…導波管、４ａ…外
部導体、４ｂ…内部導体、５…セラミック窓、６…励起
用金属キャップ、７…保護キャップ、８ａ，８ｂ…永久
磁石。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングと、このハウジングのプラズ
マ発生室にミラー磁界を形成するように配設された複数
の永久磁石と、このプラズマ発生室に電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマを発生させるように、プラズマ発生室に
マイクロ波を供給する手段とを具備し、この供給手段は
一端がプラズマ発生室に延びた中心導体を有する導波管
と、プラズマ発生室内に、前記中心導体の前記一端と中
心部で同軸的に接続された誘電体板と、前記中心導体の
前記一端に、誘電体板の中心部のプラズマ発生室に露出
した面に取着された金属製キャップとを有し、この誘電
体板は、外方に向かうのに従って薄くなるように表面に
テーパが形成されていることを特徴とするプラズマ発生
装置。
【請求項２】前記誘電体板には、中心部から外方に向
かって複数の切れ目が形成されていることを特徴とする
請求項１のプラズマ発生装置。
【請求項３】前記金属製キャップの前記プラズマ発生
室と露出する面はセラミック製のキャップで覆われてい
ることを特徴とする請求項１もしくは２のプラズマ発生
装置。
【請求項４】前記中心導体は、筒状をし、この中に冷
却媒体を循環させる冷却手段が設けられていることを特
徴とする請求項１，２もしくは３のプラズマ発生装置。