JPH01241798A - Microwave plasma device - Google Patents

Microwave plasma device

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Publication number
JPH01241798A
JPH01241798A JP63068559A JP6855988A JPH01241798A JP H01241798 A JPH01241798 A JP H01241798A JP 63068559 A JP63068559 A JP 63068559A JP 6855988 A JP6855988 A JP 6855988A JP H01241798 A JPH01241798 A JP H01241798A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conductor
discharge
discharge chamber
outer conductor
magnetic field
Prior art date
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Pending
Application number
JP63068559A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Mukai
裕二 向井
Hiroyoshi Tanaka
博由 田中
Yoshiyuki Tsuda
善行 津田
Hideaki Yasui
秀明 安井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH01241798A publication Critical patent/JPH01241798A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To easily control a state of discharge with simple constitution by arranging a conductor an inner conductor and an outer conductor of a discharge chamber. CONSTITUTION:A conductor 19 is arranged between an inner conductor 6 and an outer conductor 7 of a discharge chamber 8. The conductor 19 is rod-shaped while having the same shape with a Langmuir probe and being able to generate high density discharge in a low magnetic field by using the conductor 19. Further, the discharge state can be adjusted and controlled by changing its insertion length automatically or manually. Accordingly, discharge in a weak magnetic field becomes able and a solenoid can be made small-sized, further, power supply for the solenoid can be of small capacity so as to have small power consumption.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は成膜やエツチング、イオン注入等に使用する薄
膜加工用のマイクロ波プラズマ装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a microwave plasma apparatus for thin film processing used in film formation, etching, ion implantation, and the like.

従来の技術 近年、薄膜の加工性および加工速度の向上の面からマイ
クロ波放電を用いるプラズマ装置が開発されている。そ
の−例である同軸管型の放電室を用いたマイクロ波イオ
ン源の例(例えば、「レブ。
BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, plasma apparatuses using microwave discharge have been developed in order to improve the processability and processing speed of thin films. An example of this is a microwave ion source using a coaxial tube type discharge chamber (for example, "Rev.

ニスシーアイ、アイエヌエスティーアールユーエムj 
(Rev、Sci、 xnstrum、 、 57(8
) 、 Pl 526(1986))を第5図に示す。
Nissii, NTSrlmj
(Rev, Sci, xnstrum, , 57(8
), Pl 526 (1986)) is shown in FIG.

第6図において、1は2.45 GHzのマイクロ電力
の発振器で、これにより発生したマイクロ波は矩形導波
管2内を伝達し、内導体3と外導体4からなる同軸管6
を通シ、この同軸管6と接続された内導体6と外導体7
から成る放電室8内に供給されプラズマ9を発生する。
In Fig. 6, reference numeral 1 denotes a 2.45 GHz micropower oscillator, and the microwave generated by this is transmitted through a rectangular waveguide 2, and a coaxial tube 6 consisting of an inner conductor 3 and an outer conductor 4.
The inner conductor 6 and outer conductor 7 connected to this coaxial pipe 6
A plasma 9 is generated by being supplied into a discharge chamber 8 consisting of.

同軸管5と放電室8との間には真空シールのための低誘
電損失のセラミック窓1oが設けられており、放電室8
と真空チャンバー11との間にはプラズマ9からイオン
を引き出すための電極系12−IL 、 12−b 、
 12−0を設けている。13゜14.15.16はマ
イクロ波伝達回路の部品で、各々アイソレータ、パワー
モニタ、チョークフランジ、可動短絡板である。
A ceramic window 1o with low dielectric loss for vacuum sealing is provided between the coaxial tube 5 and the discharge chamber 8.
and the vacuum chamber 11 are electrode systems 12-IL, 12-b, for extracting ions from the plasma 9.
12-0. 13, 14, 15, and 16 are parts of the microwave transmission circuit, which are an isolator, a power monitor, a choke flange, and a movable shorting plate, respectively.

また17−& 、 17−b 、 17−cは放電を発
生させるためのソレノイドである。このソレノイド17
−IL〜17−Cにより、放電管8の中心軸上で最大部
約2000ガウス、最低部約1oo。
Further, 17-&, 17-b, and 17-c are solenoids for generating electric discharge. This solenoid 17
-IL~17-C, on the central axis of the discharge tube 8, the maximum part is about 2000 Gauss and the lowest part is about 10 Gauss.

ガウス程度のミラー磁界を形成し、プラズマへのマイク
ロ波の吸収を高めプラズマの高密度化を計っている。
A mirror magnetic field of Gaussian magnitude is created to increase the absorption of microwaves into the plasma, thereby increasing the density of the plasma.

このマイクロ波イオン源は、大電流のイオンを取り出せ
、しかも同軸管型の放電室を用いているため、放電室8
の径を任意の大きさに設計できると云う優れた特徴を有
している。
This microwave ion source can extract ions with a large current and uses a coaxial tube type discharge chamber.
It has the excellent feature that the diameter can be designed to any size.

発明が解決しようとする課題 しかし、上記従来した構成では約2000ガウスという
強磁場を必要とするためソレノイドが大形化し、またソ
レノイド用の電源も大容量のものが必要になり、しかも
それにともなって消費電力が増大してしまうという問題
点があった。
Problems to be Solved by the Invention However, the conventional configuration described above requires a strong magnetic field of about 2000 Gauss, making the solenoid large in size, and also requiring a large capacity power supply for the solenoid. There was a problem that power consumption increased.

また、上記従来のプラズマ装置では、その放電状態を一
定に制御することは比較的困難であシ、簡単な制御方法
が望まれていた。
Furthermore, in the conventional plasma apparatus described above, it is relatively difficult to control the discharge state to a constant level, and a simple control method has been desired.

本発明は上記課題に鑑み、簡易な構成で放電状態を容易
に制御できるマイクロ波プラズマ装置を提供することを
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a microwave plasma device that has a simple configuration and can easily control the discharge state.

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため本発明では、同軸管型放電室の
内導体と外導体の間に放電室の外導体と平行もしくは直
角に、棒状もしくは板状の導体を配置する。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, in the present invention, a rod-shaped or plate-shaped conductor is arranged between the inner conductor and the outer conductor of the coaxial tube type discharge chamber, parallel to or perpendicular to the outer conductor of the discharge chamber. do.

作用 本発明は上記構成によシ、よシ低磁場での放電が可能に
なシ、更に、配置した導体の長さを変えることによシ放
電状態を変えることができる。
Operation The present invention allows discharge in a very low magnetic field due to the above-mentioned configuration, and furthermore, the discharge state can be changed by changing the length of the arranged conductor.

実施例 本発明の詳細な説明する前に、先ずこの発明に至った経
緯を説明する。
EXAMPLE Before explaining the present invention in detail, first, the background to the invention will be explained.

本発明者らは大口径の同軸管型の放電室を有するイオン
源を、第6図に示す試作機を用いて開発している。
The present inventors have developed an ion source having a large-diameter coaxial tube type discharge chamber using a prototype machine shown in FIG.

、@6図はマイクロ波発振器やマイクロ波伝達回路の部
品等を省略し、放電室のまわシのみしか図示していない
が、これらの部品は第6図の従来例の様に接続されてい
る。第6図において、第6図と同じ構成要素には同一の
番号を付している。
, @Figure 6 omits the parts of the microwave oscillator and microwave transmission circuit, and only shows the discharge chamber rotation, but these parts are connected as in the conventional example shown in Figure 6. . In FIG. 6, the same components as in FIG. 6 are given the same numbers.

第6図の従来例に図示している2、45 GHz帯用の
矩形導波管2の断面の寸法は、内のりで109.2ff
1m×64.6IIIIIIであ)同軸管6は109.
2mmの面に接続する必要があるため、同軸管5の内径
は直径109 、2(1m以下にしなければならない。
The rectangular waveguide 2 for the 2,45 GHz band shown in the conventional example in FIG. 6 has a cross-sectional dimension of 109.2 ff.
1m x 64.6III) Coaxial pipe 6 is 109.
Since it is necessary to connect to a surface of 2 mm, the inner diameter of the coaxial tube 5 must be 109,2 (1 m or less) in diameter.

そこで、放電室8の外導体子の内径を直径109.2m
mよシ大きくするためには同軸管6と放電室8の各々の
インピーダンスを一致させ、かつ両者の間に1/4波長
の整数倍程度の長さのテーパ一部を設は内導体と外導体
の径を徐々に変化させる必要がある。
Therefore, the inner diameter of the outer conductor of the discharge chamber 8 is set to 109.2 m in diameter.
In order to make the diameter larger than m, the impedance of each of the coaxial tube 6 and the discharge chamber 8 must be matched, and a part of the taper with a length of about an integral multiple of 1/4 wavelength must be provided between the inner conductor and the outer conductor. It is necessary to gradually change the diameter of the conductor.

しかし、装置の小型化の面からはテーパ一部を設けるこ
とは好ましくなく、本発明者らは第8図の様に同軸間5
と放電室8を直接接続している。
However, from the standpoint of miniaturizing the device, it is not preferable to provide a tapered part, and the inventors have proposed that the coaxial space be 5 as shown in FIG.
and the discharge chamber 8 are directly connected.

第6図において、1Bはプラズマの特性を測定するため
のラングミュアプローブであり、太さ0.21のタング
ステン線をガラスで覆って構成し、図示した様に放電室
8の外導体)と平行に挿入し、先端部を外導体7と直角
に曲げ中心方向に向けている。
In FIG. 6, 1B is a Langmuir probe for measuring plasma characteristics, and it is constructed by covering a tungsten wire with a thickness of 0.21 with glass, and as shown in the figure, it is placed parallel to the outer conductor of the discharge chamber 8. The tip is bent at right angles to the outer conductor 7 and directed toward the center.

このイオン源は、ラングミュアプローブ18を挿入する
と、ソレノイド17の中心磁界が約700〜1000ガ
ウス程度でプラズマが発生し、しかもこのプラズマはマ
イクロ波をほとんど反射することなく吸収し、大電流の
イオンを取シ出すととができる。
In this ion source, when the Langmuir probe 18 is inserted, plasma is generated when the central magnetic field of the solenoid 17 is about 700 to 1000 Gauss, and this plasma absorbs microwaves with almost no reflection and emits ions with a large current. When you take it out, it will form a hole.

しかし、ラングミュアプローブ18を取り外すとプラズ
マが発生しない。しかも、ラングミュアプローブ18を
取り付けてもその挿入深さにより放電の状態に強弱が生
じる。
However, if the Langmuir probe 18 is removed, no plasma is generated. Moreover, even if the Langmuir probe 18 is attached, the strength of the discharge will vary depending on the insertion depth.

この原因は今のところ不明であるが、この現象を利用す
れば前述の従来例のように2000ガウスといった強磁
場を必要とせずに、高密度のプラズマを発生でき、大電
流のイオンを取シ出すことができる。
The cause of this is currently unknown, but if this phenomenon is used, high-density plasma can be generated without the need for a strong magnetic field of 2,000 Gauss as in the conventional example, and ions can be generated with a large current. I can put it out.

本発明は以上の現象に鑑みてなされたものであり、放電
室8の内導体6と外導体7の間にラングミュアプローブ
18の様な導体を配置することによシ、低磁場での高密
度な放電を可能とし、しかもこの導体の長さを変えるこ
とによシ放電の状態を調節しようとするものである。
The present invention has been made in view of the above phenomenon, and by arranging a conductor such as the Langmuir probe 18 between the inner conductor 6 and outer conductor 7 of the discharge chamber 8, it is possible to achieve high density in a low magnetic field. The aim is to enable a wide range of discharge, and to adjust the state of the discharge by changing the length of the conductor.

以下、本発明の第1の実施例を第1図を参照しながら説
明する。
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

第1図は本発明の主要部分のみを示しており、e)は断
面図で、(′b)は底から見た底面図である。また、第
6図および第6図と同一の構成要素には同一の番号を付
している。
FIG. 1 shows only the main parts of the present invention, e) is a sectional view, and ('b) is a bottom view seen from the bottom. 6 and the same components as in FIG. 6 are given the same numbers.

第1図において、19が放電室8の内導体6と外導体7
の間に配置した導体である。本実施例では、導体19は
上述のラングミュアプローブと同様な形状をした棒状で
あり、導体19を用いることによシ低磁場での高密度な
放電が発生でき、更にその挿入長さを自動又は手動によ
り変えることによって放電状態を調節し、制御できる。
In FIG. 1, 19 is the inner conductor 6 and outer conductor 7 of the discharge chamber 8.
A conductor placed between the In this embodiment, the conductor 19 is a bar with a shape similar to that of the above-mentioned Langmuir probe, and by using the conductor 19, a high-density discharge can be generated in a low magnetic field, and furthermore, the insertion length can be adjusted automatically or The discharge condition can be adjusted and controlled by changing it manually.

次に本発明の第2の実施例を第2図に示す。Next, a second embodiment of the present invention is shown in FIG.

第2図の(&)と(′b)は第1図と同様に、各々断面
図と脊面図であり、第1図と同一の構成要素には同一の
番号を付している。
Similar to FIG. 1, (&) and ('b) in FIG. 2 are a sectional view and a spinal view, respectively, and the same components as in FIG. 1 are given the same numbers.

第2図において、191Lが放電室8の内導体6と外導
体7の間に配置した導体である。
In FIG. 2, 191L is a conductor placed between the inner conductor 6 and outer conductor 7 of the discharge chamber 8.

導体191Lは、第6図のラングミュアプローブ18の
様に外導体7と平行に挿入し、しかも本実施例では複数
本を90’づつ対称に、かつ内側よシ外側のものの方が
長くなるように配置している。
The conductor 191L is inserted parallel to the outer conductor 7 like the Langmuir probe 18 in FIG. It is placed.

この導体19aを用いることにより低磁場での高密度な
放電が発生でき、更にその挿入長さを自動機構(図示せ
ず)又は手動で変えることにより、放電状態を調節し制
御できる。
By using this conductor 19a, a high-density discharge can be generated in a low magnetic field, and further, by changing the insertion length by an automatic mechanism (not shown) or manually, the discharge state can be adjusted and controlled.

次に本発明の第3の実施例を第3図に示す。Next, a third embodiment of the present invention is shown in FIG.

第3図(a)と(b)は第1図と同様に、各々断面図と
底面図であり、第1図と同一の構成要素には同一の番号
を付している。
Similar to FIG. 1, FIGS. 3(a) and 3(b) are a sectional view and a bottom view, respectively, and the same components as in FIG. 1 are given the same numbers.

第3図において、19bが放電室8の内導体6と外導体
7の間に配置した導体である。導体19bは、第6図の
ラングミュアプローブ18の先端の様に外導体7と直角
に挿入し、しかも本実施例では複数本を配置している。
In FIG. 3, 19b is a conductor placed between the inner conductor 6 and outer conductor 7 of the discharge chamber 8. The conductor 19b is inserted at right angles to the outer conductor 7 like the tip of the Langmuir probe 18 in FIG. 6, and in this embodiment, a plurality of conductors are arranged.

この導体1sbを用いることによシ、低磁場での高密度
な放電が発生でき、更にその挿入長さを変えることによ
り放電状態を調節し制御できる。
By using this conductor 1sb, a high-density discharge can be generated in a low magnetic field, and further, by changing its insertion length, the discharge state can be adjusted and controlled.

さらに本発明の第4の実施例を第4図に示す。Further, a fourth embodiment of the present invention is shown in FIG.

第4図(&)と(b)は第1図と同様に、各々断面図と
底面図であり、第1図と同一の構成要素には同一の番号
を付している。
Similar to FIG. 1, FIGS. 4(&) and (b) are a sectional view and a bottom view, respectively, and the same components as in FIG. 1 are given the same numbers.

第4図において、ff90が放電室8の内導体6と外導
体7の間に配置した導体である。
In FIG. 4, ff90 is a conductor placed between the inner conductor 6 and outer conductor 7 of the discharge chamber 8.

導体19Qは、第1図の導体19を外導体7の側面から
挿入したものであシ、しかも本実施例では複数本を90
’づつ対称に配置している。
The conductor 19Q is the same as the conductor 19 shown in FIG.
' are arranged symmetrically.

この導体190を用いることにより低磁場での高密度な
放電が発生でき、更にその挿入長さを変えることにより
放電状態を調節し制御できる。
By using this conductor 190, high-density discharge can be generated in a low magnetic field, and further, by changing the insertion length, the discharge state can be adjusted and controlled.

なお、本実施例では放電室の内導体と外導体の間に配置
する導体として棒状のものを用いたが、これは棒状に限
るものではなく板状等であってもかまわない。
In this embodiment, a rod-shaped conductor is used as the conductor disposed between the inner conductor and the outer conductor of the discharge chamber, but the conductor is not limited to a rod shape, and may be a plate-shaped conductor.

発明の効果 本発明を用いることによシ、弱磁場での放電が可能とな
りソレノイドを小型化でき、またソレノイド用の電源も
小容量のものですみ、消費電力も少なくてすむという効
果を得ることができる。
Effects of the Invention By using the present invention, it is possible to discharge in a weak magnetic field, the solenoid can be made smaller, and the power supply for the solenoid can also be of small capacity, resulting in less power consumption. Can be done.

更に、本発明によシ放電の状態を容易に制御できるとい
う効果も得ることができる。
Furthermore, according to the present invention, it is possible to obtain the effect that the state of discharge can be easily controlled.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の実施例のマイクロ波プラズマ装
置の概略図、第2図は本発明の第2の実施例の概略図、
第3図は本発明の第3の実施例の概略図、第4図は本発
明の第4の実施例の概略図、第6図は従来例の構成図、
第6図は放電室の概略図である。 3・・・・・・同軸管の内導体、4・・・・・・同軸管
の外導体、6・・・・・・同軸管、6・・・・・・放電
室の内導体、T・・・・・・放電室の外導体、8・・・
・・・放電室、19,191L。 19b、190・・・・・・導体。 (bン 第2図 (α2 (わ〕 第4図 (と2.ン (b) 第5図 第6図
FIG. 1 is a schematic diagram of a microwave plasma apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram of a second embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a schematic diagram of a third embodiment of the present invention, FIG. 4 is a schematic diagram of a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional example.
FIG. 6 is a schematic diagram of the discharge chamber. 3... Inner conductor of coaxial tube, 4... Outer conductor of coaxial tube, 6... Coaxial tube, 6... Inner conductor of discharge chamber, T ...Outer conductor of the discharge chamber, 8...
...Discharge chamber, 19,191L. 19b, 190... Conductor. (b) Figure 2 (α2 (wa) Figure 4 (and 2. (b) Figure 5 Figure 6

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)内導体と外導体から構成されマイクロ波電力を伝
達する同軸管と、該同軸管と接続された内導体と外導体
から構成された同軸管型の放電室から成り、前記放電室
の内導体と外導体の間に導体を配置したマイクロ波プラ
ズマ装置。
(1) Consists of a coaxial tube configured with an inner conductor and an outer conductor for transmitting microwave power, and a coaxial tube-type discharge chamber configured with an inner conductor and an outer conductor connected to the coaxial tube. A microwave plasma device with a conductor placed between the inner and outer conductors.
(2)放電室の内導体と外導体の間に配置した導体の形
状が、放電室の外導体と平行または直角に位置する棒状
もしくは板状である請求項1に記載のマイクロ波プラズ
マ装置。
(2) The microwave plasma device according to claim 1, wherein the conductor disposed between the inner conductor and the outer conductor of the discharge chamber has a rod-like or plate-like shape located parallel to or at right angles to the outer conductor of the discharge chamber.
(3)放電室の内導体と外導体の間に配置した導体の長
さを変える事により放電状態を制御する請求項1に記載
のマイクロ波プラズマ装置。
(3) The microwave plasma device according to claim 1, wherein the discharge state is controlled by changing the length of a conductor placed between the inner conductor and the outer conductor of the discharge chamber.
JP63068559A 1988-03-22 1988-03-22 Microwave plasma device Pending JPH01241798A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012506116A (en) * 2008-10-17 2012-03-08 セントレ・ナショナル・デ・ラ・レシェルシェ・サイエンティフィーク Low power gas plasma source
JP2015004082A (en) * 2013-06-19 2015-01-08 住友重機械工業株式会社 Film deposition apparatus
CN104677945A (en) * 2013-12-02 2015-06-03 中国科学院空间科学与应用研究中心 Langmuir probe sensor used on sounding rocket

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