JP2949260B2 - マイクロ波プラズマ源 - Google Patents
マイクロ波プラズマ源Info
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- JP2949260B2 JP2949260B2 JP2073252A JP7325290A JP2949260B2 JP 2949260 B2 JP2949260 B2 JP 2949260B2 JP 2073252 A JP2073252 A JP 2073252A JP 7325290 A JP7325290 A JP 7325290A JP 2949260 B2 JP2949260 B2 JP 2949260B2
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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（ECR）を用いたプラズマ生成源に関するもので
ある。
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（ECR）を用いたプラズマ生成源に関するもので
ある。
半導体やLSIなどの微細で高品質な構造を製造する技
術として、イオン・プラズマなどの活性粒子を用いた薄
膜形成、エッチング、イオン注入技術が広く利用されて
いる。イオン・プラズマを生成するためのプラズマ生成
源としては、種々の方式が検討されているが、その中で
マイクロ波励起によるECR放電（電子サイクロトロン共
鳴放電）が注目されている。この放電方法は、無電極
放電であり寿命が長く、反応性ガスを使用できる、低
ガス圧（１×10-5Torr）で放電可能であり、不純物の発
生が少ない、高密度のプラズマを生成できる等の優れ
た特徴を有している。
術として、イオン・プラズマなどの活性粒子を用いた薄
膜形成、エッチング、イオン注入技術が広く利用されて
いる。イオン・プラズマを生成するためのプラズマ生成
源としては、種々の方式が検討されているが、その中で
マイクロ波励起によるECR放電（電子サイクロトロン共
鳴放電）が注目されている。この放電方法は、無電極
放電であり寿命が長く、反応性ガスを使用できる、低
ガス圧（１×10-5Torr）で放電可能であり、不純物の発
生が少ない、高密度のプラズマを生成できる等の優れ
た特徴を有している。
従来、CVD装置やエッチング装置に用いられているECR
プラズマ生成源は、プラズマ生成室内にマイクロ波が伝
搬するように構成されており、そのためマイクロ波周波
数に対応したある大きさ（マイクロ波周波数2.45GHzの
場合、円筒形プラズマ生成室で直径72mm）以下には小型
化できなかった。そのため、ECR磁界を発生させるため
のコイルも非常に大きくかつ重くなり、プラズマ生成源
として実際の装置に取り付けることは容易ではなかっ
た。しかし、MBEやイオンビームスパッタなどの各種薄
膜形成技術に幅広く適用するためには、装置に簡単に取
り付けられる必要があり、ECRプラズマ生成源の大幅な
小型化が望まれている。
プラズマ生成源は、プラズマ生成室内にマイクロ波が伝
搬するように構成されており、そのためマイクロ波周波
数に対応したある大きさ（マイクロ波周波数2.45GHzの
場合、円筒形プラズマ生成室で直径72mm）以下には小型
化できなかった。そのため、ECR磁界を発生させるため
のコイルも非常に大きくかつ重くなり、プラズマ生成源
として実際の装置に取り付けることは容易ではなかっ
た。しかし、MBEやイオンビームスパッタなどの各種薄
膜形成技術に幅広く適用するためには、装置に簡単に取
り付けられる必要があり、ECRプラズマ生成源の大幅な
小型化が望まれている。
この種の小型化を行なったECRプラズマ生成源として
は特願昭61-271909号に開示されているものがある。第
６図にプラズマ生成源の基本構成を示す。同図におい
て、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はプラズマ生成室、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
ラズマリミッタ、18はプラズマ流である。プラズマ生成
室13にガス導入口15よりガスを導入し、同軸導波管変換
器９とテーパ導波管10を通してマイクロ波を導入し、磁
気コイル14によって電子サイクロトロン共鳴（ECR）条
件の直流磁場をマイクロ波電解に対して直角方向に印加
する。プラズマ生成室13はマイクロ波が遮断されて入ら
ない大きさであるが、わずかにもれでるマイクロ波によ
りECRプラズマが生成する。一度プラズマが生成する
と、プラズマ生成室13の比誘電率はプラズマが存在する
ため大きくなり、マイクロ波は完全に入射するようにな
り、安定してプラズマが生成される。このように生成さ
れたプラズマは発散磁界によりプラズマ流として引き出
されたり、引出し電極を用いてイオンビームとして引き
出される。
は特願昭61-271909号に開示されているものがある。第
６図にプラズマ生成源の基本構成を示す。同図におい
て、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はプラズマ生成室、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
ラズマリミッタ、18はプラズマ流である。プラズマ生成
室13にガス導入口15よりガスを導入し、同軸導波管変換
器９とテーパ導波管10を通してマイクロ波を導入し、磁
気コイル14によって電子サイクロトロン共鳴（ECR）条
件の直流磁場をマイクロ波電解に対して直角方向に印加
する。プラズマ生成室13はマイクロ波が遮断されて入ら
ない大きさであるが、わずかにもれでるマイクロ波によ
りECRプラズマが生成する。一度プラズマが生成する
と、プラズマ生成室13の比誘電率はプラズマが存在する
ため大きくなり、マイクロ波は完全に入射するようにな
り、安定してプラズマが生成される。このように生成さ
れたプラズマは発散磁界によりプラズマ流として引き出
されたり、引出し電極を用いてイオンビームとして引き
出される。
このようにプラズマ生成室13が導入マイクロ波の伝搬
域の伝送モード以下の大きさでもECRプラズマは生成で
きる。しかし、このようにプラズマ生成室13を小型化し
た場合、プラズマの密度が高くなる、すなわちプラズマ
の比誘電率が大きくなるにつれて、プラズマのインピー
ダンスが大きく変化するため、プラズマ密度が高くなる
とマイクロ波とプラズマのインピーダンス整合がうまく
とれないという問題があった。
域の伝送モード以下の大きさでもECRプラズマは生成で
きる。しかし、このようにプラズマ生成室13を小型化し
た場合、プラズマの密度が高くなる、すなわちプラズマ
の比誘電率が大きくなるにつれて、プラズマのインピー
ダンスが大きく変化するため、プラズマ密度が高くなる
とマイクロ波とプラズマのインピーダンス整合がうまく
とれないという問題があった。
また、ECRプラズマの高密度化を図ったものとして、
特願昭62-198307号に開示されているものがある。これ
は、マイクロ波導入窓を多層の誘電体で構成することで
マイクロ波とプラズマのインピーダンス整合をとり、高
密度のプラズマの生成を可能にしたものである。しかし
ながら、導波管・マイクロ波導入窓・プラズマ生成室の
大きさをマイクロ波が伝搬できないぐらい小さくした場
合、導波管部をマイクロ波が通過できないためインピー
ダンス整合をとった最適な多層構成を設計することはで
きなかった。
特願昭62-198307号に開示されているものがある。これ
は、マイクロ波導入窓を多層の誘電体で構成することで
マイクロ波とプラズマのインピーダンス整合をとり、高
密度のプラズマの生成を可能にしたものである。しかし
ながら、導波管・マイクロ波導入窓・プラズマ生成室の
大きさをマイクロ波が伝搬できないぐらい小さくした場
合、導波管部をマイクロ波が通過できないためインピー
ダンス整合をとった最適な多層構成を設計することはで
きなかった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、プラズマ生成室が導入マイク
ロ波の伝搬域の伝送モード以下の大きさで、かつ、高密
度のプラズマを生成できるプラズマ生成源を提供するこ
とにある。
その目的とするところは、プラズマ生成室が導入マイク
ロ波の伝搬域の伝送モード以下の大きさで、かつ、高密
度のプラズマを生成できるプラズマ生成源を提供するこ
とにある。
このような目的を達成するために本発明によるマイク
ロ波プラズマ源は、導入導波管はマイクロ波の導入口が
マイクロ波が伝搬できる広さ以上に形成され、マイクロ
波の導出口に向かって細くなるように形成され、加え
て、導入導波管の導入口側のマイクロ波が伝搬できる広
さのところより導出口までの側壁を覆い、かつ、導出口
を填めるように形成された誘電体を内部に有し、マイク
ロ波導入窓は導入導波管内の誘電体と異なる誘電体を少
なくとも１層有し、プラズマ生成室の大きさはマイクロ
波の伝搬モード以下とするようにしたものである。
ロ波プラズマ源は、導入導波管はマイクロ波の導入口が
マイクロ波が伝搬できる広さ以上に形成され、マイクロ
波の導出口に向かって細くなるように形成され、加え
て、導入導波管の導入口側のマイクロ波が伝搬できる広
さのところより導出口までの側壁を覆い、かつ、導出口
を填めるように形成された誘電体を内部に有し、マイク
ロ波導入窓は導入導波管内の誘電体と異なる誘電体を少
なくとも１層有し、プラズマ生成室の大きさはマイクロ
波の伝搬モード以下とするようにしたものである。
本発明によるマイクロ波プラズマ源は、導入導波管ま
で考慮してマイクロ波とプラズマとのインピーダンス整
合をとる。
で考慮してマイクロ波とプラズマとのインピーダンス整
合をとる。
まず、本発明の特徴と従来の技術との差異について述
べる。本発明は、プラズマ生成室の寸法を導入マイクロ
波に対して伝搬域の伝送モードを有する寸法よりも小さ
くすると共に、導入導波管に誘電体を充填し、かつマイ
クロ波導入窓を多層の誘電体で構成して高密度プラズマ
とのインピーダンス整合をとったことをもっとも主要な
特徴とする。従来の技術とは、導入導波管まで考慮して
マイクロ波とプラズマとのインピーダンス整合をしたこ
とが異なる。
べる。本発明は、プラズマ生成室の寸法を導入マイクロ
波に対して伝搬域の伝送モードを有する寸法よりも小さ
くすると共に、導入導波管に誘電体を充填し、かつマイ
クロ波導入窓を多層の誘電体で構成して高密度プラズマ
とのインピーダンス整合をとったことをもっとも主要な
特徴とする。従来の技術とは、導入導波管まで考慮して
マイクロ波とプラズマとのインピーダンス整合をしたこ
とが異なる。
第１図は、本発明の一実施例を示す構成図である。同
図において、１は同軸導波管変換器、２は誘電体を挿入
した導入導波管、３は多層の誘電体で構成したマイクロ
波導入窓、４はプラズマ生成室、５は磁気コイル、６は
ガス導入孔、７はプラズマリミッタ、８はプラズマ流で
ある。
図において、１は同軸導波管変換器、２は誘電体を挿入
した導入導波管、３は多層の誘電体で構成したマイクロ
波導入窓、４はプラズマ生成室、５は磁気コイル、６は
ガス導入孔、７はプラズマリミッタ、８はプラズマ流で
ある。
マイクロ波は同軸ケーブルにより同軸導波管変換器１
に導入される。本実施例では、同軸ケーブルを用いてマ
イクロ波を導入する例を示したが、導波管を用いて導入
してももちろんよい。同軸導波管変換器１に導入された
マイクロ波は、導波管モードに変換され、導入導波管
２、マイクロ波導入窓３を通してプラズマ生成室４に導
入される。
に導入される。本実施例では、同軸ケーブルを用いてマ
イクロ波を導入する例を示したが、導波管を用いて導入
してももちろんよい。同軸導波管変換器１に導入された
マイクロ波は、導波管モードに変換され、導入導波管
２、マイクロ波導入窓３を通してプラズマ生成室４に導
入される。
導入導波管２は出口側のサイズがプラズマ生成室４と
同程度すなわちマイクロ波の遮断領域であるため、通常
のテーパ導波管ではマイクロ波が伝搬しない。そこで、
誘電率の高い誘電体を充填し、マイクロ波を伝搬させて
いる。誘電体を充填した場合、誘電率の1/2乗に逆比例
して導波管を小さくできる。本実施例では、誘電体とし
て誘電率“9"のアルミナを使用しているため、1/3まで
導波管を縮小できる。マイクロ波の周波数が2.45GHzの
場合、それに対応した通常の導波管のサイズは、矩形導
波管の場合は96mm×27mm、円形導波管の場合は直径84mm
である。従って、アルミナを充填した場合、それぞれ32
mm×9mm、直径28mmの導波管が使用できる。また、導波
管２の入口側の誘電体にＶ字形の切込みを入れて誘電体
の断面積が徐々に増加するようにしている。これによ
り、インピーダンスがなめらかに変化し、同軸導波管変
換器１と導入導波管２の接続部でのマイクロ波の反射を
抑えることができる。本実施例ではＶ字形の切込みを入
れているが、誘電体の断面積が滑らかに変化しているな
らば他の形状でもよい。
同程度すなわちマイクロ波の遮断領域であるため、通常
のテーパ導波管ではマイクロ波が伝搬しない。そこで、
誘電率の高い誘電体を充填し、マイクロ波を伝搬させて
いる。誘電体を充填した場合、誘電率の1/2乗に逆比例
して導波管を小さくできる。本実施例では、誘電体とし
て誘電率“9"のアルミナを使用しているため、1/3まで
導波管を縮小できる。マイクロ波の周波数が2.45GHzの
場合、それに対応した通常の導波管のサイズは、矩形導
波管の場合は96mm×27mm、円形導波管の場合は直径84mm
である。従って、アルミナを充填した場合、それぞれ32
mm×9mm、直径28mmの導波管が使用できる。また、導波
管２の入口側の誘電体にＶ字形の切込みを入れて誘電体
の断面積が徐々に増加するようにしている。これによ
り、インピーダンスがなめらかに変化し、同軸導波管変
換器１と導入導波管２の接続部でのマイクロ波の反射を
抑えることができる。本実施例ではＶ字形の切込みを入
れているが、誘電体の断面積が滑らかに変化しているな
らば他の形状でもよい。
このような導入導波管２を通って、マイクロ波導入窓
３まで伝搬する。マイクロ波導入窓３には多層の誘電体
を用いている。本実施例では２層構成としてあり、導波
管側に真空を封止するために石英を、プラズマ生成室４
側にインピーダンス整合用にアルミナを用いている。高
電圧を印加してイオンビームを引き出す場合は、逆流電
子に対する耐性を高めるため、さらにボロンナイトライ
ト（BN）等の高熱伝導率をもち融点の高い誘電体をプラ
ズマ生成室４側に設置し３層構成としてもよい。誘電体
材料としては、石英、アルミナ、ボロンナイトライト以
外でも、誘電損が少なく、耐熱性の高い材料であれば使
用可能である。また、誘電率が高い誘電体を用いれば１
層構成も可能であるが、次に述べるプラズマとのインピ
ーダンス整合の観点から導入導波管内の誘電体と異なる
誘電率をもつほうがよい。
３まで伝搬する。マイクロ波導入窓３には多層の誘電体
を用いている。本実施例では２層構成としてあり、導波
管側に真空を封止するために石英を、プラズマ生成室４
側にインピーダンス整合用にアルミナを用いている。高
電圧を印加してイオンビームを引き出す場合は、逆流電
子に対する耐性を高めるため、さらにボロンナイトライ
ト（BN）等の高熱伝導率をもち融点の高い誘電体をプラ
ズマ生成室４側に設置し３層構成としてもよい。誘電体
材料としては、石英、アルミナ、ボロンナイトライト以
外でも、誘電損が少なく、耐熱性の高い材料であれば使
用可能である。また、誘電率が高い誘電体を用いれば１
層構成も可能であるが、次に述べるプラズマとのインピ
ーダンス整合の観点から導入導波管内の誘電体と異なる
誘電率をもつほうがよい。
プラズマ生成室４はマイクロ波が伝搬できない大きさ
（マイクロ波周波数2.45GHzの場合、直径72mm以下）で
直径50mmであるが、マイクロ波導入窓３からプラズマ生
成室４側にわずかにマイクロ波が漏れる。漏れたマイク
ロ波により、わずかにでもプラズマが生成すれば、プラ
ズマ生成室４内の誘電率が大きくなり、マイクロ波が伝
搬できるようになり、定常的にプラズマが生成される。
しかし、高密度プラズマを生成するには、プラズマが誘
電率を持つためにマイクロ波とのインピーダンス整合を
正確にとる必要があり、そのため各誘電体の厚みを最適
に設計しなければならない。特願昭62-198307号に高密
度プラズマを生成するための設計法が開示されている
が、本実施例のように誘電体を含んだテーパ導波管を用
いている場合は適用できない。
（マイクロ波周波数2.45GHzの場合、直径72mm以下）で
直径50mmであるが、マイクロ波導入窓３からプラズマ生
成室４側にわずかにマイクロ波が漏れる。漏れたマイク
ロ波により、わずかにでもプラズマが生成すれば、プラ
ズマ生成室４内の誘電率が大きくなり、マイクロ波が伝
搬できるようになり、定常的にプラズマが生成される。
しかし、高密度プラズマを生成するには、プラズマが誘
電率を持つためにマイクロ波とのインピーダンス整合を
正確にとる必要があり、そのため各誘電体の厚みを最適
に設計しなければならない。特願昭62-198307号に高密
度プラズマを生成するための設計法が開示されている
が、本実施例のように誘電体を含んだテーパ導波管を用
いている場合は適用できない。
しかし、導波管には無限遠まで誘電体が充填されてい
るという近似をすれば、各誘電体の厚みは以下の計算手
法により決定することができる。第２図は、本マイクロ
波プラズマ源の模式図である。同図において、21は誘電
体を充填した導波管２に対応し、22は多層のマイクロ波
導入窓３、23はプラズマ生成室４に対応している。以下
の計算では断面形状はすべて半径ａの円形としてある
が、各部分の断面形状が異なる場合は各形状にあったイ
ンピーダンスの式を用いればよい。
るという近似をすれば、各誘電体の厚みは以下の計算手
法により決定することができる。第２図は、本マイクロ
波プラズマ源の模式図である。同図において、21は誘電
体を充填した導波管２に対応し、22は多層のマイクロ波
導入窓３、23はプラズマ生成室４に対応している。以下
の計算では断面形状はすべて半径ａの円形としてある
が、各部分の断面形状が異なる場合は各形状にあったイ
ンピーダンスの式を用いればよい。
マイクロ波の自由空間での波長をλとし、導波管21内
の遮断波長をλｃ（この値は、導波管２がTE11モードの
円形導波管の場合は3.4125a、TE10モードの矩形導波管
の場合は2b（ｂは矩形の長手方向の長さ）である）、比
誘電率をεｗとする。また、マイクロ波導入窓22中の誘
電体でｎ層目のもののマイクロ波の管内波長をλｎ、比
誘電率εｎ、厚さをln、インピーダンスをZnとし、プラ
ズマ生成室23内の比誘電率をεｐ、インピーダンスをZp
とする。マイクロ波導入窓22の（n-1）層目の誘電体と
ｎ層目の誘電体との境界からプラズマ生成室23側をみた
インピーダンスRnは（１）式のようにｎ個の式で表わさ
れる。
の遮断波長をλｃ（この値は、導波管２がTE11モードの
円形導波管の場合は3.4125a、TE10モードの矩形導波管
の場合は2b（ｂは矩形の長手方向の長さ）である）、比
誘電率をεｗとする。また、マイクロ波導入窓22中の誘
電体でｎ層目のもののマイクロ波の管内波長をλｎ、比
誘電率εｎ、厚さをln、インピーダンスをZnとし、プラ
ズマ生成室23内の比誘電率をεｐ、インピーダンスをZp
とする。マイクロ波導入窓22の（n-1）層目の誘電体と
ｎ層目の誘電体との境界からプラズマ生成室23側をみた
インピーダンスRnは（１）式のようにｎ個の式で表わさ
れる。
ここで、θ＝２πln／λｎである。
（１）式によりRn,Rn-1，・・・・と順次計算するこ
とで、R1が求められる。R1が求められれば、プラズマ生
成室へのマイクロ波の透過率は（２）式により求められ
る。
とで、R1が求められる。R1が求められれば、プラズマ生
成室へのマイクロ波の透過率は（２）式により求められ
る。
|T|２＝１−｜R1-1|2/|R1+1|2 …（２） 上述の計算を実行するには、プラズマの比誘電率εｐ
を決める必要がある。以下に述べるように理論式と実験
結果より求め、εｐ≒100としている。プラズマの比誘
電率εｐは、プラズマ周波数をωｐ、電子サイクロトロ
ン周波数をωc、入射マイクロ波周波数をωとすると、
次の（３）式のように表わされる（衝突は無視、電子温
度は０と仮定）。
を決める必要がある。以下に述べるように理論式と実験
結果より求め、εｐ≒100としている。プラズマの比誘
電率εｐは、プラズマ周波数をωｐ、電子サイクロトロ
ン周波数をωc、入射マイクロ波周波数をωとすると、
次の（３）式のように表わされる（衝突は無視、電子温
度は０と仮定）。
εｐ＝１−（ωｐ／ω）２／（１−ωｃ／ω） …（３） ここで、ωｐ、ωｃは次式で表わされる。
ωｐ＝（４πe2ne/me)1/2・・・（４） ωｃ＝me/eB・・・・・（５） ただし、neはプラズマ密度、meは電子の質量、ｅは電
子の電荷量である。
子の電荷量である。
実験により最適な動作条件からωｃ／ω＝1.10であ
り、生成プラズマの密度を1012cm-3以上とするために
は、（ωｐ／ω）２＝13.4程度が必要である。これらの
値を（３）式に代入すると、εｐ≒100となる。
り、生成プラズマの密度を1012cm-3以上とするために
は、（ωｐ／ω）２＝13.4程度が必要である。これらの
値を（３）式に代入すると、εｐ≒100となる。
第３図に、マイクロ波導入窓22が１層の場合の上述の
方法による計算例を示す。導波管21に誘電体としてアル
ミナ（誘電率“9"）を充填し、マイクロ波導入窓22は石
英（誘電率“4"）１層だけの構成としてある。横軸は石
英の厚さ、縦軸が透過率を示す。石英の厚さを変化させ
るに従い、透過率は大きく変化するが、最大でも65％程
度しか得られない。これは、内径がマイクロ波の伝搬
領域より小さい、プラズマの比誘電率εｐが100と大
きい、ために石英１層だけではインピーダンス整合がと
れないからである。また、同図から分かるようにマイク
ロ波導入窓を石英１層の代わりにアルミナ１層としても
透過率は65％程度しか得られない。
方法による計算例を示す。導波管21に誘電体としてアル
ミナ（誘電率“9"）を充填し、マイクロ波導入窓22は石
英（誘電率“4"）１層だけの構成としてある。横軸は石
英の厚さ、縦軸が透過率を示す。石英の厚さを変化させ
るに従い、透過率は大きく変化するが、最大でも65％程
度しか得られない。これは、内径がマイクロ波の伝搬
領域より小さい、プラズマの比誘電率εｐが100と大
きい、ために石英１層だけではインピーダンス整合がと
れないからである。また、同図から分かるようにマイク
ロ波導入窓を石英１層の代わりにアルミナ１層としても
透過率は65％程度しか得られない。
第４図に２層の場合の計算例を示す。マイクロ波導入
窓は石英とアルミナの２層構成としてある。横軸はアル
ミナの厚さ、縦軸がマイクロ波のプラズマへの透過率で
ある。石英の厚さは或る値に固定してある。第４図から
明らかなように、アルミナの厚さに対して透過率は大き
く変化し、最適な厚さ1.1cmでは透過率はほぼ100％が得
られる。従って、プラズマの比誘電率εｐが100と大き
い高密度プラズマでは、２層以上の誘電体を組み合わせ
る必要があることが明らかである。本実施例では、２層
のマイクロ波導入窓はこの透過率が100％となる厚さの
組み合わせとしてある。
窓は石英とアルミナの２層構成としてある。横軸はアル
ミナの厚さ、縦軸がマイクロ波のプラズマへの透過率で
ある。石英の厚さは或る値に固定してある。第４図から
明らかなように、アルミナの厚さに対して透過率は大き
く変化し、最適な厚さ1.1cmでは透過率はほぼ100％が得
られる。従って、プラズマの比誘電率εｐが100と大き
い高密度プラズマでは、２層以上の誘電体を組み合わせ
る必要があることが明らかである。本実施例では、２層
のマイクロ波導入窓はこの透過率が100％となる厚さの
組み合わせとしてある。
第５図に実験結果を示す。同図では、計算による透過
率がほぼ100％（曲線S1）の場合のマイクロ波導入窓構
成の場合と計算による透過率が43％（曲線S2）の構成の
場合のプラズマ密度のマイクロ波パワー依存性を比較し
てある。実際に得られるプラズマ密度は透過率が大きい
ほど高く、透過率100％構成の場合、１桁程度高いプラ
ズマ密度1013cm-3が得られる。
率がほぼ100％（曲線S1）の場合のマイクロ波導入窓構
成の場合と計算による透過率が43％（曲線S2）の構成の
場合のプラズマ密度のマイクロ波パワー依存性を比較し
てある。実際に得られるプラズマ密度は透過率が大きい
ほど高く、透過率100％構成の場合、１桁程度高いプラ
ズマ密度1013cm-3が得られる。
このように、多層の誘電体を用いてマイクロ波導入窓
を構成すると、プラズマ生成室をマイクロ波の伝搬モー
ドより大幅に小型化しても、インピーダンス整合をとる
ことができ、1013cm-3以上の高いプラズマ密度を得るこ
とができる。本実施例は、プラズマ生成室がマイクロ波
の伝搬できない大きさの場合であるが、プラズマ生成室
が通常の大きさの場合ももちろん上述の計算法は適用で
きる。
を構成すると、プラズマ生成室をマイクロ波の伝搬モー
ドより大幅に小型化しても、インピーダンス整合をとる
ことができ、1013cm-3以上の高いプラズマ密度を得るこ
とができる。本実施例は、プラズマ生成室がマイクロ波
の伝搬できない大きさの場合であるが、プラズマ生成室
が通常の大きさの場合ももちろん上述の計算法は適用で
きる。
以上、主としてプラズマ源として用いる場合について
説明してきたが、本マイクロ波プラズマ生成源は、１枚
または２枚の引出し電極を用いれば、低エネルギーイオ
ン源としても有効である。さらに、３枚電極構成を用い
れば、高密度・大電流イオン源としても有効である。
説明してきたが、本マイクロ波プラズマ生成源は、１枚
または２枚の引出し電極を用いれば、低エネルギーイオ
ン源としても有効である。さらに、３枚電極構成を用い
れば、高密度・大電流イオン源としても有効である。
以上説明したように本発明は、導入導波管をマイクロ
波の導入口がマイクロ波が伝搬できる広さ以上に形成
し、マイクロ波の導出口に向かって細くなるように形成
し、加えて、導入導波管の導入口側のマイクロ波が伝搬
できる広さのところより導出口までの側壁を覆い、か
つ、導出口を填めるように形成された誘電体を内部に配
置し、マイクロ波導入窓は導入導波管内の誘電体と異な
る誘電体を少なくとも１層有するようにしたことによ
り、プラズマ生成室をマイクロ波の伝搬モード以下の大
きさまで小さくしてもマイクロ波とプラズマとのインピ
ーダンス整合をとることができ、高密度のプラズマを生
成できる効果がある。
波の導入口がマイクロ波が伝搬できる広さ以上に形成
し、マイクロ波の導出口に向かって細くなるように形成
し、加えて、導入導波管の導入口側のマイクロ波が伝搬
できる広さのところより導出口までの側壁を覆い、か
つ、導出口を填めるように形成された誘電体を内部に配
置し、マイクロ波導入窓は導入導波管内の誘電体と異な
る誘電体を少なくとも１層有するようにしたことによ
り、プラズマ生成室をマイクロ波の伝搬モード以下の大
きさまで小さくしてもマイクロ波とプラズマとのインピ
ーダンス整合をとることができ、高密度のプラズマを生
成できる効果がある。
第１図は本発明によるマイクロ波プラズマ源の一実施例
を示す構成図、第２図は導波管とマイクロ波導入窓とプ
ラズマ生成室の構成を示す模式図、第３図はマイクロ波
導入窓が石英１層の場合の石英の厚さと透過率との関係
を示すグラフ、第４図はマイクロ波導入窓が石英とアル
ミナの２層の場合のアルミナの厚さと透過率との関係を
示すグラフ、第５図は生成プラズマ密度のマイクロ波パ
ワー依存性を示すグラフ、第６図は従来のマイクロ波プ
ラズマ源を示す構成図である。 １……同軸導波管変換器、２……導波管、３……マイク
ロ波導入窓、４……プラズマ生成室、５……磁気コイ
ル、６……ガス導入孔、７……プラズマリミッタ、８…
…プラズマ流。
を示す構成図、第２図は導波管とマイクロ波導入窓とプ
ラズマ生成室の構成を示す模式図、第３図はマイクロ波
導入窓が石英１層の場合の石英の厚さと透過率との関係
を示すグラフ、第４図はマイクロ波導入窓が石英とアル
ミナの２層の場合のアルミナの厚さと透過率との関係を
示すグラフ、第５図は生成プラズマ密度のマイクロ波パ
ワー依存性を示すグラフ、第６図は従来のマイクロ波プ
ラズマ源を示す構成図である。 １……同軸導波管変換器、２……導波管、３……マイク
ロ波導入窓、４……プラズマ生成室、５……磁気コイ
ル、６……ガス導入孔、７……プラズマリミッタ、８…
…プラズマ流。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05H 1/46 H01L 21/3065 C23C 16/50 C23F 4/00
Claims (1)
- 【請求項１】プラズマを生成する空洞部からなるプラズ
マ生成室と、このプラズマ生成室に接続し、誘電体から
なるマイクロ波導入窓と、このマイクロ波導入窓に接続
し、プラズマ生成室にマイクロ波を導入する導入導波管
と、プラズマ生成室に電子サイクロトロン共鳴が引き起
こされる以上の磁場を発生させる磁気回路とを備えたマ
イクロ波励起によるプラズマ源において、 前記導入導波管は、 前記マイクロ波の導入口がマイクロ波が伝搬できる広さ
以上に形成され、 前記マイクロ波の導出口に向かって細くなるように形成
され、 加えて、前記導入導波管の前記導入口側のマイクロ波が
伝搬できる広さのところより前記導出口までの側壁を覆
い、かつ、前記導出口を填めるように形成された誘電体
を内部に有し、 マイクロ波導入窓は導入導波管内の誘電体と異なる誘電
体を少なくとも１層有し、プラズマ生成室の大きさはマ
イクロ波の伝搬モード以下とすることを特徴とするマイ
クロ波プラズマ源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2073252A JP2949260B2 (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | マイクロ波プラズマ源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2073252A JP2949260B2 (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | マイクロ波プラズマ源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03274696A JPH03274696A (ja) | 1991-12-05 |
| JP2949260B2 true JP2949260B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=13512802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2073252A Expired - Lifetime JP2949260B2 (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | マイクロ波プラズマ源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2949260B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH069041U (ja) * | 1992-07-07 | 1994-02-04 | 日新電機株式会社 | イオン源 |
| JP3084466B2 (ja) * | 1992-08-20 | 2000-09-04 | 住友金属工業株式会社 | プラズマ処理装置 |
| JP2009132948A (ja) * | 2007-11-28 | 2009-06-18 | Toyota Motor Corp | プラズマｃｖｄ装置 |
| JP2020092034A (ja) * | 2018-12-06 | 2020-06-11 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
-
1990
- 1990-03-26 JP JP2073252A patent/JP2949260B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03274696A (ja) | 1991-12-05 |
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