JP3396345B2 - プラズマ発生装置 - Google Patents
プラズマ発生装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ発生装置
に係り、例えば大面積プロセス用プラズマ発生装置、リ
ニア型イオン源、金属等の大面積酸化膜生成装置、フィ
ルム等の表面処理装置、プラズマ加速器等のプラズマを
利用する装置全般への適用に有用で、更にはエッチング
やスパッター装置、薄膜生成装置等、効率よく短時間で
処理を行う必要性がああるプラズマ発生装置として好適
なものに関する。
に係り、例えば大面積プロセス用プラズマ発生装置、リ
ニア型イオン源、金属等の大面積酸化膜生成装置、フィ
ルム等の表面処理装置、プラズマ加速器等のプラズマを
利用する装置全般への適用に有用で、更にはエッチング
やスパッター装置、薄膜生成装置等、効率よく短時間で
処理を行う必要性がああるプラズマ発生装置として好適
なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来におけるシートプラズマ発生装置を
図４に示す。図４はマイクロ波をガスに吸収させてプラ
ズマを発生させるいわゆるマイクロ波型シートプラズマ
発生装置であり、（ａ）は側面構成（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ｂ断面である。図４において、矩形断面導波管３にて
伝送するマイクロ波９をこの導波管３と同一形状断面を
有する入射窓４を介して金属管５に入射させ、この金属
管５内ではマイクロ波９の伝播を制御しつつプラズマを
シート状に発生させている。ここで、プラズマの発生
は、真空容器１外に配置されて磁場Ｂ0 を作るコイル２
により発生されるＥＣＲゾーンＥにて、磁場Ｂ0 平行に
入射されるマイクロ波９が矩形断面の金属管５内を伝播
しつつＥＣＲ条件にて効率良く吸収されることによりシ
ートプラズマＰ0 が発生するものである。なお、ＥＣＲ
条件及びＥＣＲゾーンのＥＣＲは、Electron Cycrotron
Resonance（電子サイクロトロン共鳴のことであり、磁
場中の電子はサイクロトロン周波数にて回転運動を行な
うが、この周波数と同一周波数にて振動する電磁波をプ
ラズマ中の電子に作用させるとき、共鳴的にこの電磁波
のエネルギを電子の運動エネルギに変換でき、この共鳴
現象のことである。発生したプラズマＰ0 は、コイル２
による軸方向磁場Ｂ0 によって、真空容器１内でターゲ
ット８までのプラズマ輸送が行なわれると共に、プラズ
マの閉じ込めが行なわれる。
図４に示す。図４はマイクロ波をガスに吸収させてプラ
ズマを発生させるいわゆるマイクロ波型シートプラズマ
発生装置であり、（ａ）は側面構成（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ｂ断面である。図４において、矩形断面導波管３にて
伝送するマイクロ波９をこの導波管３と同一形状断面を
有する入射窓４を介して金属管５に入射させ、この金属
管５内ではマイクロ波９の伝播を制御しつつプラズマを
シート状に発生させている。ここで、プラズマの発生
は、真空容器１外に配置されて磁場Ｂ0 を作るコイル２
により発生されるＥＣＲゾーンＥにて、磁場Ｂ0 平行に
入射されるマイクロ波９が矩形断面の金属管５内を伝播
しつつＥＣＲ条件にて効率良く吸収されることによりシ
ートプラズマＰ0 が発生するものである。なお、ＥＣＲ
条件及びＥＣＲゾーンのＥＣＲは、Electron Cycrotron
Resonance（電子サイクロトロン共鳴のことであり、磁
場中の電子はサイクロトロン周波数にて回転運動を行な
うが、この周波数と同一周波数にて振動する電磁波をプ
ラズマ中の電子に作用させるとき、共鳴的にこの電磁波
のエネルギを電子の運動エネルギに変換でき、この共鳴
現象のことである。発生したプラズマＰ0 は、コイル２
による軸方向磁場Ｂ0 によって、真空容器１内でターゲ
ット８までのプラズマ輸送が行なわれると共に、プラズ
マの閉じ込めが行なわれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述の説明に係るシー
トプラズマ発生装置すなわちマイクロ波型プラズマ発生
装置において、プラズマ密度はガス圧、磁場強度、マイ
クロ波パワー等の制御パラメータに依存するが、この制
御パラメータのうち、磁場強度の増大によるプラズマの
締め付けは、ＥＣＲ条件の制限及びコイルにおける消費
電力の制限により限度があり、またガス圧の増大による
密度の増大はプラズマの輸送効率を考慮すると限度があ
る。また、マイクロ波パワーの増大は、シートプラズマ
の形状を変化させることなく、また他の要因の制限もな
くて密度の増加に寄与するが、プラズマ密度のマイクロ
波パワーに対する増加率はパワーが一定値以上になると
飽和する傾向にあって、これも限度がある。そして、例
えばプラズマ密度を１０倍にするためには１００倍以上
のマイクロ波パワーが必要となる。
トプラズマ発生装置すなわちマイクロ波型プラズマ発生
装置において、プラズマ密度はガス圧、磁場強度、マイ
クロ波パワー等の制御パラメータに依存するが、この制
御パラメータのうち、磁場強度の増大によるプラズマの
締め付けは、ＥＣＲ条件の制限及びコイルにおける消費
電力の制限により限度があり、またガス圧の増大による
密度の増大はプラズマの輸送効率を考慮すると限度があ
る。また、マイクロ波パワーの増大は、シートプラズマ
の形状を変化させることなく、また他の要因の制限もな
くて密度の増加に寄与するが、プラズマ密度のマイクロ
波パワーに対する増加率はパワーが一定値以上になると
飽和する傾向にあって、これも限度がある。そして、例
えばプラズマ密度を１０倍にするためには１００倍以上
のマイクロ波パワーが必要となる。
【０００４】本発明は、上述の問題に鑑み、プラズマ密
度を更に高密度としたプラズマ発生装置の提供を目的と
する。
度を更に高密度としたプラズマ発生装置の提供を目的と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は次の構成を目的とする。 （１）真空容器と、マイクロ波を伝える導波管と、この
導波管の端部に設けた導波管断面と同形状の入射窓と、
この入射窓に接して設けた金属管と、この金属管と真空
容器との間に設置して金属管断面と同形状の断面を有す
る誘電体管と、この誘電体管を囲んで設けたアンテナ
と、前記真空容器及び金属管部分を囲んで配置したコイ
ルから成ることを特徴とする。 （２）（１）において、並列に並べた複数の導波管を、
複数の入射窓を介して金属管に設けたことを特徴とす
る。 （３）（１）において、金属管の断面形状を矩形とした
ことを特徴とする。 （４）（１）おいて、アンテナは誘電体管断面一部を切
欠くように誘電体管を囲んで配置したことを特徴とす
る。
発明は次の構成を目的とする。 （１）真空容器と、マイクロ波を伝える導波管と、この
導波管の端部に設けた導波管断面と同形状の入射窓と、
この入射窓に接して設けた金属管と、この金属管と真空
容器との間に設置して金属管断面と同形状の断面を有す
る誘電体管と、この誘電体管を囲んで設けたアンテナ
と、前記真空容器及び金属管部分を囲んで配置したコイ
ルから成ることを特徴とする。 （２）（１）において、並列に並べた複数の導波管を、
複数の入射窓を介して金属管に設けたことを特徴とす
る。 （３）（１）において、金属管の断面形状を矩形とした
ことを特徴とする。 （４）（１）おいて、アンテナは誘電体管断面一部を切
欠くように誘電体管を囲んで配置したことを特徴とす
る。
【０００６】ＥＣＲゾーンにある金属管にて発生したプ
ラズマ（以下母体プラズマと称する）に対し誘電体管を
囲むアンテナにより例えばＭＨZ オーダの高周波電界を
発生させ、この高周波電界とコイルによる軸方向磁場と
により誘電体管容器内のプラズマ周囲に高周波電流を流
すヘリコン波（プラズマ中を磁場に平行に伝播する電磁
波で、周波数又は波長により位相速度が変化する性質を
持つホイッスラー波にて電子サイクロトン周波数より充
分低周波の部分をいう）を励起させ、この母体プラズマ
にて達成されるプラズマ密度を密度ジャンプによりＥＣ
Ｒ放電以上の密度を持つプラズマを得るものである。こ
こで、空間を囲むアンテナによる高周波電界とコイルに
よる軸方向磁場とによりヘリコン波が励起されるが、こ
のヘリコン波による母体プラズマを囲む高周波パワーの
増大は母体プラズマ密度を増加させプラズマみつぞが一
定値を越えると密度ジャンプを生じ、ＥＣＲ放電以上の
プラズマ密度が得られる。この場合密度ジャンプはプラ
ズマ密度が一定値以上になると、アンテナにて励起され
た波がロスなくプラズマ中にヘリコン波を励起し高エネ
ルギ電子（数拾ｅｖ程度）を生成することにより生ず
る。そして、この密度ジャンプに当っては、母体プラズ
マにて達成する密度を前提としてヘリコン波にて密度ジ
ャンプを誘導することになるので、マイクロ波パワーも
莫大なものが必要なくなる。その結果、莫大なマイクロ
波パワーを必要とせず、プラズマ形状を乱すことなく高
密度のプラズマが得られる。
ラズマ（以下母体プラズマと称する）に対し誘電体管を
囲むアンテナにより例えばＭＨZ オーダの高周波電界を
発生させ、この高周波電界とコイルによる軸方向磁場と
により誘電体管容器内のプラズマ周囲に高周波電流を流
すヘリコン波（プラズマ中を磁場に平行に伝播する電磁
波で、周波数又は波長により位相速度が変化する性質を
持つホイッスラー波にて電子サイクロトン周波数より充
分低周波の部分をいう）を励起させ、この母体プラズマ
にて達成されるプラズマ密度を密度ジャンプによりＥＣ
Ｒ放電以上の密度を持つプラズマを得るものである。こ
こで、空間を囲むアンテナによる高周波電界とコイルに
よる軸方向磁場とによりヘリコン波が励起されるが、こ
のヘリコン波による母体プラズマを囲む高周波パワーの
増大は母体プラズマ密度を増加させプラズマみつぞが一
定値を越えると密度ジャンプを生じ、ＥＣＲ放電以上の
プラズマ密度が得られる。この場合密度ジャンプはプラ
ズマ密度が一定値以上になると、アンテナにて励起され
た波がロスなくプラズマ中にヘリコン波を励起し高エネ
ルギ電子（数拾ｅｖ程度）を生成することにより生ず
る。そして、この密度ジャンプに当っては、母体プラズ
マにて達成する密度を前提としてヘリコン波にて密度ジ
ャンプを誘導することになるので、マイクロ波パワーも
莫大なものが必要なくなる。その結果、莫大なマイクロ
波パワーを必要とせず、プラズマ形状を乱すことなく高
密度のプラズマが得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】ここで、図１〜図３を参照して本
発明の実施例を説明する。図１、図２は一実施例であ
り、図１（ａ）は側面構成（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂ断
面、図２（ａ）は金属管側面、（ｂ）は（ａ）の底面、
図２（ｃ）はアンテナ及び誘電体管の側面、（ｄ）は底
面、（ｅ）は正面をそれぞれ示し、図４と同一部分には
同符号を付す。図１、図２は、高密度シートプラズマ発
生装置である。図１において、１は矩形（円形でもよ
い）の真空容器、２は軸方向磁場及びＥＣＲゾーンＥを
形成するコイル、３はマイクロ波伝送用導波管、４は入
射窓、５はＥＣＲプラズマ形状制御のための整形用の金
属管、８はターゲットである。
発明の実施例を説明する。図１、図２は一実施例であ
り、図１（ａ）は側面構成（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂ断
面、図２（ａ）は金属管側面、（ｂ）は（ａ）の底面、
図２（ｃ）はアンテナ及び誘電体管の側面、（ｄ）は底
面、（ｅ）は正面をそれぞれ示し、図４と同一部分には
同符号を付す。図１、図２は、高密度シートプラズマ発
生装置である。図１において、１は矩形（円形でもよ
い）の真空容器、２は軸方向磁場及びＥＣＲゾーンＥを
形成するコイル、３はマイクロ波伝送用導波管、４は入
射窓、５はＥＣＲプラズマ形状制御のための整形用の金
属管、８はターゲットである。
【０００８】真空容器１と金属管５との間には、母体プ
ラズマの高密度化のためのヘリコン波を励起させるため
の誘電体管６とこの誘導体管６を囲むループ状の高周波
アンテナ７が配置される。ここにおいて、シートプラズ
マ発生のためには、図２（ａ）（ｂ）に示すような金属
管５を有し、マイクロ波９の真空保持用誘導体からなる
入射窓４に対してプラズマ放出口ｍを厚さ方向ｔに狭く
とった矩形とすることにより厚さ方向ｔに絞れたシート
プラズマを生成することが可能となる。この場合、入射
窓４はマイクロ波導波管３の断面と同形であり、このた
め大電力入射に際しても入射窓４の大気側における放電
破壊の問題はない。
ラズマの高密度化のためのヘリコン波を励起させるため
の誘電体管６とこの誘導体管６を囲むループ状の高周波
アンテナ７が配置される。ここにおいて、シートプラズ
マ発生のためには、図２（ａ）（ｂ）に示すような金属
管５を有し、マイクロ波９の真空保持用誘導体からなる
入射窓４に対してプラズマ放出口ｍを厚さ方向ｔに狭く
とった矩形とすることにより厚さ方向ｔに絞れたシート
プラズマを生成することが可能となる。この場合、入射
窓４はマイクロ波導波管３の断面と同形であり、このた
め大電力入射に際しても入射窓４の大気側における放電
破壊の問題はない。
【０００９】更に、図２（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示すよう
に金属管５の終端に位置して金属管５と同形断面の誘電
体管６が備えられ、この高周波の反射を防ぐ誘導体管６
を囲むようにここでは矩形リング状のアンテナ７が備え
られている。この場合、アンテナ７は誘導体管６の断面
全体を囲むことなく図２（ｄ）の如く一部切欠かれた形
状となっている。また、アンテナ７は、磁場の向きＢ0
と平行な方向に電気的に直列又は並列に複数個設置して
もよい。このアンテナ７にて生ずる高周波電界とコイル
２による軸方向磁場とにより、母体プラズマ密度がヘリ
コン波分散関係を満たすことにより、シートプラズマに
矩形断面のヘリコン波が励起される。
に金属管５の終端に位置して金属管５と同形断面の誘電
体管６が備えられ、この高周波の反射を防ぐ誘導体管６
を囲むようにここでは矩形リング状のアンテナ７が備え
られている。この場合、アンテナ７は誘導体管６の断面
全体を囲むことなく図２（ｄ）の如く一部切欠かれた形
状となっている。また、アンテナ７は、磁場の向きＢ0
と平行な方向に電気的に直列又は並列に複数個設置して
もよい。このアンテナ７にて生ずる高周波電界とコイル
２による軸方向磁場とにより、母体プラズマ密度がヘリ
コン波分散関係を満たすことにより、シートプラズマに
矩形断面のヘリコン波が励起される。
【００１０】導波管３から導入されたマイクロ波は、入
射窓４に接し内部を真空に引かれた金属管５内をＥＣＲ
ゾーン（Ｅ）まで伝播し同金属管５内に母体となるシー
トプラズマＰ0 を生成する。生成された母体プラズマＰ
0 中に、ヘリコン波励起用矩形リング型高周波アンテナ
７と、その位置でヘリコン波励に適した起軸方向磁場条
件を設定することにより矩形断面モードヘリコン波が励
起され、同ヘリコン波のパワーにより母体プラズマの達
成密度から若干密度を上昇させることで密度ジャンプを
誘導し、高密度シートプラズマＰ1 が発生する。
射窓４に接し内部を真空に引かれた金属管５内をＥＣＲ
ゾーン（Ｅ）まで伝播し同金属管５内に母体となるシー
トプラズマＰ0 を生成する。生成された母体プラズマＰ
0 中に、ヘリコン波励起用矩形リング型高周波アンテナ
７と、その位置でヘリコン波励に適した起軸方向磁場条
件を設定することにより矩形断面モードヘリコン波が励
起され、同ヘリコン波のパワーにより母体プラズマの達
成密度から若干密度を上昇させることで密度ジャンプを
誘導し、高密度シートプラズマＰ1 が発生する。
【００１１】図３は装置やシートプラズマの大型化のた
めの一例である。同図に示すようにマイクロ波９を真空
容器１に複数入射窓により並列に導入し、金属管５、及
びヘリコン波励起用矩形リング型高周波アンテナ７を長
辺に長い共通のものにすることで、任意の幅を持った高
密度シートプラズマＰ1 の生成が可能である。
めの一例である。同図に示すようにマイクロ波９を真空
容器１に複数入射窓により並列に導入し、金属管５、及
びヘリコン波励起用矩形リング型高周波アンテナ７を長
辺に長い共通のものにすることで、任意の幅を持った高
密度シートプラズマＰ1 の生成が可能である。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
イクロ波を導波管で入射窓より金属管内に入射し、この
金属管によりマイクロ波伝播を制御し、真空容器外部に
設置したコイルで発生させたＥＣＲ条件を利用すること
で高効率でプラズマを金属管内に発生させ、同プラズマ
中に、金属管終端に接続した誘電体の外周に設置したリ
ング状アンテナによりヘリコン波を励起し、上記プラズ
マの達成密度を利用することで密度ジャンプを誘導する
ことにより、リング型高周波アンテナによるヘリコン波
を重畳させ密度ジャンプを誘導することで、合計の投入
パワーと同じマイクロ波パワーで達成できない高密度を
実現することができ、非常に高効率でプラズマを発生さ
せる手法を得ることができた。
イクロ波を導波管で入射窓より金属管内に入射し、この
金属管によりマイクロ波伝播を制御し、真空容器外部に
設置したコイルで発生させたＥＣＲ条件を利用すること
で高効率でプラズマを金属管内に発生させ、同プラズマ
中に、金属管終端に接続した誘電体の外周に設置したリ
ング状アンテナによりヘリコン波を励起し、上記プラズ
マの達成密度を利用することで密度ジャンプを誘導する
ことにより、リング型高周波アンテナによるヘリコン波
を重畳させ密度ジャンプを誘導することで、合計の投入
パワーと同じマイクロ波パワーで達成できない高密度を
実現することができ、非常に高効率でプラズマを発生さ
せる手法を得ることができた。
【図１】本発明の一実施例の構成図。
【図２】金属管及び誘電体管アンテナの構成図。
【図３】本発明の他の例の構成図。
【図４】従来例の構成図。
１ 真空容器
２ コイル
３ 導波管
４ 入射窓
５ 金属管
６ 誘電体管
７ アンテナ
８ ターゲット
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０５Ｈ 1/24 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ
(56)参考文献 特開 平２−277776（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−15921（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−142450（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−291700（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−28883（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−53173（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−21391（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H05H 1/46
C23C 16/511
H01L 21/205
H01L 21/3065
H01L 21/31
H05H 1/24
Claims (4)
- 【請求項１】 真空容器と、マイクロ波を伝える導波管
と、この導波管の端部に設けた導波管断面と同形状の入
射窓と、この入射窓に接して設けた金属管と、この金属
管と真空容器との間に設置して金属管断面と同形状の断
面を有する誘電体管と、この誘電体管を囲んで設けたア
ンテナと、前記真空容器及び金属管部分を囲んで配置し
たコイルから成ることを特徴とするプラズマ発生装置。 - 【請求項２】 並列に並べた複数の導波管を、複数の入
射窓を介して金属管に設けたことを特徴とする請求項１
記載のプラズマ発生装置。 - 【請求項３】 金属管の断面形状を矩形としたことを特
徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。 - 【請求項４】 アンテナは誘電体管断面一部を切欠くよ
うに誘電体管を囲んで配置したことを特徴とする請求項
１記載のプラズマ発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24567495A JP3396345B2 (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | プラズマ発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24567495A JP3396345B2 (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | プラズマ発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0992492A JPH0992492A (ja) | 1997-04-04 |
| JP3396345B2 true JP3396345B2 (ja) | 2003-04-14 |
Family
ID=17137132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24567495A Expired - Fee Related JP3396345B2 (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | プラズマ発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3396345B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4062928B2 (ja) | 2002-02-06 | 2008-03-19 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
-
1995
- 1995-09-25 JP JP24567495A patent/JP3396345B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0992492A (ja) | 1997-04-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20030114 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |