JPH02501965A - 電子サイクロトロン共鳴プラズマ源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、特に電子サイクロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ源に関するものである 。より特定すれば、本発明は、エツチング処理及び被覆処理並びに予備被覆表面 処理、及び材料特性の変更処理を行うためにプラズマを発生するＥＣＲ用プラズ マ源に関するものである。

電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）は、磁力線のまわりを軌道運動しつつマイク ロ波エネルギを吸収する自由電子の円周運動に関するものである。磁場中におけ る電子の軌道周波数がマイクロ波の周波数に等しければ共鳴が生じて電子はエネ ルギを獲得する。すなわち、ＥＣＲ周波ここに、ｅ；電荷 ｍｅ＝電子の質量 Ｃ＝光速 Ｂ＝磁場の強さ／ガウス ｐｉ＝定数、ここでは２２／７ 与えられたマイクロ波周波数輸の場合、ＥＣＲは次の式を満足する特定の磁場強 度において発生する。すなわち、ＥＣＲプラズマ源によりプラズマを生成するた めには、低圧のプラズマ発生チャンバ内にガスが導入される。チャンバにはガス 中で電子のサイクロトロン運動を生ずるために磁場が加えられる。マイクロ波ビ ーム及び磁場によりＥＣＲ条件を生ずることにより、電子は共鳴吸収を通じてエ ネルギを獲得し、パックグラウンドガスと衝突してさらなるイオン化を生ずる。

その結果、生じるプラズマは電子、イオン、遊離基、及び中性原子からなってい る。

チャンバ内にマイクロ波エネルギを連続的にポンプ供給することにより、旋回電 子（ｇｙｒａｔｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ）はいわゆる“熱フイラメンビイオ ン源より発生する電子よりも“熱い”ものである。これは、ＥＣＲプラズマ源を して連続的にイオンを発生せしめ、そのイオン化効率は典型的なアーク及び陰極 放電機構によるプラズマイオン源のイオン化効率より顕著に高くなる。

プラズマを発生するためにＥＣＲを用いる上での一つの問題点は、プラズマ相を 通じて均一なイオン集群分布（すなわち、均一イオン密度）を達成するのが困難 なことである。すなわち、磁場を生ずるために電磁コイルのみを用いると、イオ ン密度は磁場が比較的弱い周縁部に比し、磁場が最も強くなるプラズマの中央部 に集中することになる。このようなチャンバ内におけるイオンの不均一分布が生 ずる結果、注出されるプラズマまたはイオンビームもまた不均一な密度となる。

しかしながら、エツチング、被覆、予備被覆、及び材料特性変更工程のためには 均一なイオン密度が不可欠の条件として要求される。

本発明の目的は、均一イオン密度を得るための磁場形状を形成することである。

この発明の別の目的は、マイクロ波エネルギと磁場強度の結合性を高めることに より、プラズマ中の自由電子へのパワー伝達を最適化するようにした磁場形状を 提供することである。

２０〜２．０００電子ボルトの間でイオンビームを発生する場合において、プラ ズマ発生チャンバは高電位に支配される。

この発明のさらに別の目的は、マイクロ波源とプラズマ発生チャンバとの間にお いて電圧分離器（アイソレータ）を確立することにより、マイクロ波源が接地電 位程度の低電圧で作動し、他方プラズマ発生チャンバが高電位で作動するように したものである。

この発明のいま一つの目的は、単一窓装置において電圧アイソレータ、圧力アイ ソレータ、マイクロ波チョーク、及び冷却装置を提供する本発明は、注出システ ムの近傍において均一減磁領域を提供するようにした磁場形成方式に関するもの である。均一磁場が形成されれば、イオン密度もまた同一領域において均一とな る。注出システムの近傍に均一磁場領域を設けることにより注出システムから引 き出される出力もまた均一となる。磁場形状は２個の磁場発生源から提供される 。第１の磁場発生源はプラズマ発生チャンバ内において磁場を発生することによ りマイクロ波エネルギとの結合においてＥＣＲ条件及び気体分子のイオン化を生 じ、電子、イオン、遊離基、及び中性原子からなるプラズマを形成せしめるもの である。第２の磁場発生源は第１の磁場発生源より十分低い強度において磁場を 発生し、プラズマ発生チャンバ内において均一磁場領域を生成するものである。

この第２の磁場発生源はプラズマ発生チャンバの周縁部において最も強く、軸線 に近づくに従って弱くなる磁場を発生する。ここで、第１の磁場発生源はプラズ マ形成チャンバの軸線部において最も強く、その周縁部に近づくに従って弱くな る磁場を発生することに留意し、第２の磁場発生源は第１発生源の磁場が最も弱 くなるチャンバ周縁部において磁場を増大させ、第１発生源による磁場が最も強 くなる軸線部においてわずかな効果しか生じないものである。したがって、第２ の磁場発生源の面内における２個の磁場発生源の合成磁場は比較的均一な磁場と なる。

この比較的均一な磁場はイオンのより均一な分布を生じる。プラズマが注出シス テムに向かって第２の磁場発生源の面の外側に移動すると、プラズマはプラズマ 発生チャンバの軸線に沿った磁場の減少に基づいて拡散する。理論上、この磁場 は注出グリッドにおけるイオンビーム注出のために、極小となり、これによって プラズマは磁化を取り除かれる。

注出システムの近傍に第２の磁場発生源を配置することにより、注出された出力 （すなわち、イオンビーム、プラズマ流）はより均一となる。第２の磁場発生源 は実際上、注出システムにおいて均一で磁化の程度が弱い（理想的には非磁化） プラズマを生成するためのＥＣＲプラズマ源の効率調整手段となるものである。

第２の磁場発生源の位置、強度、及び極性は可変であり、プラズマ発生源の磁場 形状及び効率を最適化すべく設計することにより予め調整することができる。効 率を高めることはプラズマ密度が与えられた圧力に対してより大きくなることを 意味する。したがって、プラズマ発生源は低圧及び低ガス流において高出力密度 で動作することができる。

本発明はさらにプラズマ発生チャンバをマイクロ波から電気的に分離するための 高電圧アイソレータに関するものである。プラズマ発生チャンバはプラズマ生成 の結果として高電位に達する。マイクロ波源はプラズマ発生チャンバと同様な高 電位で動作させる必要はないため、電圧アイソレータによって高電位を遮断し、 マイクロ波源を接地電位の近傍において動作させる。好ましい実施例において、 アイソレータは非導電性窓により連結された２個の空間的に分離した障壁を含む 窓装置として構成される。この分離間隔は２障壁間を電圧が飛び越えること（絶 縁破壊）を阻止するに十分な大きさにされる。

窓装置はまた、多数の付加的な機能を提供するものである。窓装置は（１）この 窓を通過する高パワーのマイクロ波エネルギ、及び（２）隣接するプラズマ発生 チャンバにおいて生じた高電圧、に基づいて窓に蓄積される熱を除去するために 水冷される。窓装置はさらに、マイクロ波漏れを減少させるためのマイクロ波チ ョークを含んでいる。最後に、窓装置はマイクロ波源が大気圧の近傍で動作する 間において、プラズマ発生チャンバが真空状態（すなわち、１０−３〜１０−’ Ｔｏｒｒ程度の源氏）において動作できるようにするための真空シールを含んで いる。好ましい実施例において、真空シールは金属製であり、ＲＩＥ　（反応イ オンエツチング）、ＲＩＢＥ（反応イオンビームエツチング）、ＣＡＩＢＥ（化 学工程を伴うイオンビームエツチング）、及びＲＩＳＥ（反応イオン流エツチン グ）などにおいて用いられる反応ガスと調和するものが選択される。

窓装置は下記５点の特徴をもっている。すなわち、（１）電圧分離、（２）圧力 分離、（３）水冷、（４）マイクロ波チョーク、及び（５）反応ガスとよく調和 した金属製真空シール、である。

図面の簡単な説明 第１図はイオンビーム源として輪郭表示されたＥＣＲプラズマ源の破断面図にマ イクロ波源を示すブロック線図を付加したもの、第２図は周辺に沿って放射状に 配列された永久磁石を有するプラズマ発生チャンバの断面図、 第３図は磁気コイルの磁力線を示すプラズマ発生チャンバの破断面図、 第４図は永久磁石からの磁力線を示すプラズマ発生チャンノくの破断面図、 第５図はプラズマ発生チャンバの中心軸に沿った磁場強度を示すグラフ、 第６図は水冷窓装置の分解断面図、 第７図はイオン流発生源として形成されたＥＣＲプラズマ源の破断面図にマイク ロ波源を示すブロック線図を添えたものであり、第８図は、イオン注入のために 形成されたＥＣＲプラズマ源を示す破断面図である。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図はイオンビーム源をターゲットＴに向かって発射するように形成されたＥ ＣＲプラズマ（１０）の好ましい実施例を示している。マイクロ波源（１２）か ら放射されたマイクロ波ビームＭは窓（１６）を通ってプラズマ発生チャンバ（ １４）内に流入する。プラズマ発生チャンバ（１４）は第２図の部分断面図にお いて示した通り、円筒型として形成されるが、これは他の形状であってもよい。

チャンバ（１４）内にはチャンネル（１７）においてガスが導入される。このガ スは第１の磁場発生源（１８）により形成された磁場による磁気エネルギと結合 したマイクロ波エネルギビームＭによりイオン化される。この第１の磁場発生源 （１８）はプラズマ発生チャンバ（１４）を囲繞するバンドとして形成された電 磁コイルである。コイル（１８）はチャンバ（１４）の軸線に沿って移動するこ とにより磁場の最大点の軸上位置を調整することができる。最大点はコイル（１ ８）の中点に対応し、チャンバの軸線に沿って発生する。ＥＣＲ条件を達するた めには、十分な磁場強度を発生することができる他の磁場発生源を用いることも できる。この磁場はマイクロ波ビームが電子を励起するとき、これらの電子を磁 力線に沿った軌道に乗せる。マイクロ波ビーム及び磁場の結合はガスを付勢して 電子、イオン、遊離基、及び中性原子からなるプラズマを形成せしめる。

電子へのエネルギ伝達効率は電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件下における 動作により高めることができる。ＥＣＲ条件はマイクロ波ビームの周波数がｆゆ ＝　（２，８０ｘｌＯ’）Ｂのときに生じる。ここに、Ｂは磁場強度（ガウス） である。したがって、典型的な２．４５　ＧＨｚマイクロ波周波数の場合、第１ の磁場発生源（１８）よりＥＣＲ条件を達成するために加えられる磁場強度は約 ８７５ガウスである。

プラズマ発生チャンバ（１４）からは注出システム（２２）により出力が取出さ れる。この出力及び注出システムは装置応用分野に応じて異なったものとなる。

第１図はイオンビーム注出用として形成されたＥＣＲプラズマ源を図示したもの である。ここに、イオンビームＩはターゲット基板（２４）上のターゲットＴに 衝突する。イオンビーム■は典型的にはモリブデン及び高密度黒鉛からなるグリ ッド（２２）によって注出される。このグリッドはまた、チャンバ（１４）の高 温化に耐えることができ、かつ熱変形を回避し得るような機械的特性を存する何 らかの導電材料から形成することができる。チャンバ（１４）は典型的には室温 から５００〜１，０００℃まで上昇するような温度変化に支配される。モリブデ ン及び黒鉛製グリッドは２．０００〜３．０００℃までの高温に耐えることがで きる。

電磁コイル（１８）により形成されるプラズマは典型的にそのコイル（１８）の 面内におけるプラズマ発生チャンバ（１４）の中心軸部にイオンを集中させる。

すなわち、その部分はコイルによる磁場が最も強くなるところだからである。プ ラズマはこのコイルの磁場にのみ左右されるならば、不均一となることは明らか である。

均一プラズマ領域を提供するため、プラズマ発生チャンバの外周には第１の磁場 発生源（１８）と注出システム（２２）との間において第２の磁場発生源（２０ ）が装備される。この第２の磁場発生源（２０）はプラズマ発生チャンバにおい て均一磁場領域を提供するものである。均一磁場領域は第２の磁場発生源（２０ ）により形成される面内において発生する。均一磁場領域を形成すべく第２の磁 場を調整することにより、より均一なプラズマを得ることができる。均一なプラ ズマが注出システムに向かって移動するとき、プラズマは拡散する。その結果、 プラズマはマイクロ波導入窓（１６）に向かっては不均一となるが、注入システ ムに向かっては概して均−製を増大させて、均一出力（すなわち、イオンビーム 、プラズマ流）を提供する。

イオンビーム注出のためには、注出システムにおける磁場を最少とすることによ り、プラズマ及びイオンビーム出力がほとんど磁化されないようにすることが望 ましい。第２の磁場発生源の形成はまた、合成磁場を減少させて、プラズマの磁 化を少なくするものである。

第１図及び第２図の実施例において、第２の磁気回路は永久磁石群からなってい る。第２図には１６個の永久磁石（２０ａ　）〜（２０ｑ　）が示されているが 、それ以外の数の磁石であうでもよい。また、第２の磁場発生源（２０）は永久 磁石（２０ａ　）〜（２０ｑ　）として示したが、チャンバ（１４）内において ＥＣＲ条件を分裂させることなく均一、かつ低下された磁場領域を提供し得る限 り、他の何らかの磁場発生源を用いることができる。

第１の磁場発生源（１８）の磁場強度はＥＣＲ条件を達成するために選択される 。第３図はコイル（１８）から得られた磁束密度を示している。この磁束密度は 磁力線Ｆの間隔によって指示する通り、チャンバ（１４）の軸線に沿ってコイル の中点で最も高くなるものとして示されている。磁束密度はコイル（１８）の中 点から軸線に沿りて遠ざかるに従って減少する。

第２の磁場発生源（２０）の磁場強度及び位置はプラズマ源（１０）を同調させ るために選択される。イオン注出のためには、均一かつ非磁化（又は磁化程度の 弱い）イオンビーム出力を達成しなければならない。また、プラズマ注出の場合 には、均一なプラズマ流出力を達成しなければならない。理想的には、チャンバ （１４）の壁部における永久磁石の磁場強度はコイル（１８）の軸線における磁 場強度（大）とチャンバ（１４）の壁部における磁場強度（小）との間の差を、 その第２の磁場発生源の面内において等しくするものでなければならない。第４ 図は永久磁石（２０）から発生する磁束密度を示すものである。参照数字（２８ ）はこれらの永久磁石から出た磁場が互いにほぼ相殺し合うような減磁領域を指 示するものである。

第５図に示す通り、チャンバ（１４）の中央部における磁場強度は基本的には、 第１の磁場発生源（１８）による磁場から得られるものである。磁場強度は軸線 に沿ってコイル（１８）から遠ざかるに従って減少する。半径方向（図示せず） において、第１の磁場発生源による磁場は中心軸からチャンバ（１４）の壁部に 向かうに従って減少する。

永久磁石（２０ａ　）〜（２０ｑ　）はチャンバ（１４）の周縁部において最も 強く、軸線に向かうに従って減少する磁場を提供する。ここで、コイル（１８） はチャンバの軸線において最も強く、チャンバの周縁部に近づくにしたがって減 少する磁場を生ずることに留意すべきである。永久磁石（２ｏ）の面内における 二つの磁場の結合効果は、より均一な磁場をもたらし、より均一な磁場は、磁石 （２０）の面内においてより均一なイオン分布（イオン密度）をもたらすもので ある。この磁石（２０）の面は注出システムの近傍に設定される。プラズマが注 出システム（２２）に向かって磁石面の外側に移動すると、プラズマはチャンバ （１４）の軸線に沿った磁場強度の減少に基づいて拡散する。第１及び第２の磁 場発生源（１ｇ）、（２０）によるプラズマの形態は第１図に略示する如くとな る。

第１の磁場発生源（１８）の面内においてプラズマは圧縮される。その面がコイ ルから注出システム（２２）に向かって移動すると、第１の磁場発生源（１８） による磁場強度は減少してプラズマが拡散し、プラズマの磁化が減少する。

第２の磁場はプラズマ源が均一な出力を発生し、ビーム注出のために、非磁化出 力を得る効率を最適化するように予備調整される。第２の磁場については、種々 の強度として設計することができる。すなわち、永久磁石の種々の放射状の間隔 （及び永久磁石数、第２図参照）において、設計することができる。たとえば、 半径方向の間隔を縮小することにより、チャンバ（１４）の周縁部における磁石 数は増加する。また、第１の磁場発生源（１８）と注出システム（２２）との間 を種々の軸方向位置において設定することができる。好ましい実施例において、 永久磁石（２０）はチャンバ（１４）の周縁部においてその軸線を辿る方向に移 動可能にされる。最後に、永久磁石の磁極形状もまた種々に変えることができる 。すなわち、永久磁石構成の場合、設計変数は磁場強度、半径方向の間隔、軸方 向の間隔及び極性配置である。

多くのエツチング及び被覆工程においては、２０〜２．００ｎ子ボルト程度の高 エネルギーイオンビームエを発生することが望ましい。その結果、プラズマ発生 チャンバ（１４）は典型的には５００〜１．　ＯＯＯワット程度の高電位パワー 人力において動作することになる。チャンバ（１４）をその周縁部において外部 環境から分離するためには、シールド手段（２６）が設けられる。

チャンバ（１４）の一端に配置されるマイクロ波源（１２）は必ずしも高電位で 動作させる必要はない。したがって、マイクロ波源（１２）とチャンバ（１４） との間に電圧アイソレータを設けることにより、マイクロ波源（１２）はプラズ マ発生チャンバ（１４）が高電位で動作している間においても接地電位近くの低 電位において動作させることができる。

第１図及び第８図を参照すると、電圧アイソレータは二つの障壁（４０）、（４ ２）からなる窓装置より構成される。好ましい実施例において、これらの障壁（ ４０）及び（４２）はそれぞれチョークフランジ及び共同フランジの機能を有す るものであるが、他の形式の障壁を用いてもよい。チョークフランジ（４０）は マイクロ波回路と接触するが、共同フランジ（４２）はプラズマ発生チャンバ（ １４）と接触する。２個の障壁（４０）、（４２）の間隔は非導電性窓（１６） 及びボルト（５６）により維持される。ボルト（５６）は窓（１６）の円周に沿 って配列されている。これらのボルトは絶縁材料で包囲されることにより、共同 フランジ（４２）からチョークフランジ（４０）への電流路を遮断するものであ る。障壁（４０）、（４２）の間隔は高電位となる共同フランジ（４２）と接地 電位近傍のチョークフランジ（４０）との間における放電（ｖｏｌｔａｇｅ　ｊ ｕｏ＋ｐ）を阻止するに十分な距離のみが要求される。好ましい実施例において 、電圧分離は約１０．０００ボルトの電位差において有効でなければならない。

窓（１６）は石英ガラスから形成されるが、マイクロ波に対して透過性を有する ものである限り他の適当な非導電性材料を用いることもできる。

石英ガラスは室温において２Ｘ１０　（Ω−ｍ）の直流導電率を有する。また、 石英ガラスの１０　ｗ／　２　ｐ　ｉ　（Ｇ＆）における誘電率は３゜７８であ る。

ＥＣＲプラズマ源（１０）は大電力マイクロ波ビーム及び高電圧プラズマチャン バにおいて用いられるため、窓（１６）はＥＣＲプラズマ源（１０）が動作し得 るエネルギレベルの限界指数となるような範囲まで熱を吸収する。この問題を回 避するため、熱は窓（１６）から伝導冷却により移動させられる。チョークフラ ンジ（４０）にはチャンネル（４４）において、また共同・フランジ（４２）に はチャンネル（４６）において水流が形成される。窓（１６）からフランジ（４ ０）、（４２）、さらにはチャンネル（４４）、（４６）を通ずる水流に向かり て形成される伝導熱移動によりこの窓（１６）が冷却される。

窓装置はさらに、プラズマ発生チャンバを約１０−’Ｔｏｒｒの真空状態に維持 し、同時にマイクロ波源（１２）をほぼ大気圧の近傍で動作させるための圧力ア イソレータをも形成する。プラズマ発生チャンバ（１４）を窓（１６）において シールするためには、真空シール（５０）及び（５２）が装備される。

好ましい実施例において、シール（５０）及び（５２）はフランジ（４０）、（ ４２）の各環状凹部内に嵌合する環状金属リングからなっている。これらの真空 シールはＲＩＥＳＲＩＢＥＳＣＡＩＢＥ、及びＲＩＳＥ工程において用いられる 反応ガスに侵されない金属が用いられる。しかしながら、これらの目的に対して は他の反応ガス耐性材料を用いることもできる。非反応性ガス工程においては常 套的なゴムシールを用いることもできる。

窓装置はさらに、マイクロ波漏れを減少してプラズマ発生チャンバ（１４）に入 れ込むためのマイクロ波チョークを含んでいる。このマイクロ波チョークはチョ ークフランジ（４０）として形成された常套的な直線素子である。

第１図はイオンビーム注出方式を示している。ワードビームの使用はイオンを加 速するために、注出システム（２２）としてグリッドセットを使用することを反 映している。このような実施例は化学的反応イオンビームエッチング（ＣＡＩＢ Ｅ）、及び反応イオンビーム（ＲＩ　Ｂ　Ｅ）　工程のために用いられる。

第９図はプラズマ注出方式を示すものである。この注出システムはプラズマ流を 生ずるオリフィスを含んでいる。ガスジェット（６０）はターゲットチャンバ中 にガスを導入すべく挿入される。このような方式は被覆工程及び反応イオンスト リームエツチング（ＲＩ　Ｓ　Ｅ）のために用いられるが、他の非ビーム工程も また用いることができる。

第１０図はイオン注入方式を示すものである。イオンは光学系（６２）を通じて 質量選択装置（６４）中に流入する。イオンは次に加速器（６６）により加速さ れて、走査装置（６８）を通り、ターゲットＴに衝突する。

本発明の好ましい実施例は以上図示及び説明した通りであるが、それは本発明を これらの実施例に厳密に制限することを意図するものではない。すなわち、本発 明の範囲は添付の請求の範囲を参照して決定されるべきであり、それらの均等物 及び均等事項は従来技術の基準に照らしてその範囲内に含まれるものである。

ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、４ す５４ 国際調査報告ＲＴ

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. １．ガスを導入してプラズマ状態にイオン化するためのプラズマ発生チャンバと 、 前記プラズマ発生チャンバにマイクロ波エネルギを加えるためのマイクロ波源と 、 前記プラズマ発生チャンバ内において前記マイクロ波上エネルギと結合して電子 サイクロトロン共鳴条件を生ずることにより、前記ガスをイオン化してイオン、 電子、遊離基、及び中性原子を含むプラズマ状にするような磁束密度を発生する ために、前記プラズマ発生チャンバの外側に設けられた第１の磁場発生源と、前 記プラズマ発生チャンバから出力を注出するための注出システム、及び、 前記第１の磁場発生源と前記注出システムとの間におけるプラズマ発生チャンバ の周縁部に配置きれた第２の磁場発生源であって、前記出力の均一性を増大する ためのもの を構えたことを特徴とする電子サイクロトロン共鳴プラズマ源。
2. ２．前記第２の磁場発生源が前記プラズマ発生チャンバ内において均一磁場領域 を形成することにより、前記プラズマのイオン密度均一性及び前記出力のイオン 密度均一性を増大させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電子サイク ロトロン共鳴プラズマ源。
3. ３．前記第２の磁場発生源がさらに、前記プラズマの磁化を減少させるものであ ることを特徴とする請求項１記載の電子サイクロトロン共鳴プラズマ源。
4. ４．前記第２の磁場発生源が前記第１の磁場発生源と前記注出システムの間にお けるプラズマ発生チャンバの周縁部に各々放射状に配置された複数の永久磁石か らなることを特徴とする請求項１記載の電子サイクロトロン共鳴プラズマ源。
5. ５．ガスを導入してプラズマ状態にイオン化するためのプラズマ発生チャンバと 、 前記プラズマ発生チャンバにマイクロ波エネルギを加えるためのマイクロ波源と 、 前記プラズマ発生チャンバ内において前記マイクロ波エネルギと結合して電子サ イクロトロン共鳴条件を生ずることにより、前記ガスをイオン化してイオン、電 子、遊離基、及び中性原子を含むプラズマ状とするような磁束密度を発生するた めに、前記プラズマ発生チャンバの外側に設けられた電磁コイルと、 前記プラズマ発生チャンバから出力を注出するための注出システム、及び、 前記電磁コイルと前記注出システムとの間におけるプラズマ発生チャンバの周縁 部に配置された複数の永久磁石であって、前記出力の均一性を高めるためのもの を備えたことを特徴とする電子サイクロトロン共鳴プラズマ源。
6. ６．前記複数の永久磁石が前記電磁コイルとプラズマ注出システムとの間におい て前記プラズマ発生チャンバの軸線に沿って移動可能であることを特徴とする請 求項５記載の電子サイクロトロン共鳴プラズマ源。
7. ７．前記電磁コイルが前記プラズマ発生チャンバの軸線に沿って移動可能である ことを特徴とする請求項５記載の電子サイクロトロン共鳴プラズマ源。
8. ８．前記複数の永久磁石が前記プラズマの磁化を減少させるものであることを特 徴とする請求項５記載の電子サイクロトロン共鳴プラズマ源。
9. ９．前記永久磁石がそれらの磁石により規定される前記プラズマ発生チャンバの 面内において、前記電磁コイルによる磁場が最も強く作用する前記プラズマ発生 チャンバの軸線において最も弱い磁場を作用させると共に、前記電磁コイルによ る磁場の強さが低下する前記プラズマ発生チャンバの壁部においてより強い磁場 を発生するものであることを特徴とする請求項５記載の電子サイクロトロン共鳴 プラズマ源。
10. １０．前記プラズマ発生チャンバの壁部及び軸線部における前記永久磁石磁場の 強度差が前記プラズマ発生チャンバの軸線部及び壁部における前記電磁コイルに よる磁場強度の差にほぼ等しいものであることを特徴とする請求項９記載の電子 サイクロトロン共鳴プラズマ源。
11. １１．ガスを導入してプラズマ状にイオン化するために高電位に維持されるプラ ズマ発生チャンバと、 前記プラズマ発生チャンバにマイクロ波エネルギを加えるためにほぼ接地電位に 維持されるマイクロ波浪と、前記マイクロ波エネルギを前記プラズマ発生チャン バに導入すべく通過させると共に、前記プラズマ発生チャンバを前記マイクロ波 源から電気的に分離するための手段と、 前記マイクロ波エネルギと結合して前記プラズマ発生チャンバ内に電子サイクロ トロン共鳴条件を生じることによりそのチャンバ内のガスをイオン化してイオン 、電子、遊離基、及び中性原子を含むプラズマ状とするために、前記プラズマ発 生チャンバの外側に設けられた磁場発生源、及び、 前記プラズマ発生チャンバから出力を注出するための注出システムを備えたこと を特徴とする電子サイクロトロン共鳴プラズマ源。
12. １２．前記電気的分離手段が、 マイクロ波回路と接触し、かつ前記マイクロ波エネルギを通過させる領域を有す る第１の障壁と、 前記プラズマ発生チャンバと接触し、かつ前記マイクロ波エネルギを通過させる 領域を有する第２の障壁とを備え、前記第１及び第２の障壁が互いに電気的に分 離されたものであることを特徴とする請求項１１記載の電子サイクロトロン共鳴 プラズマ源。
13. １３．前記第１及び第２の障壁が空間的に分離していると共に、前記マイクロ波 エネルギ通過領域が開口されており、さらに、前記電気的分離手段が前記第１及 び第２の障壁の開口部においてそれら障壁間に設けられた非導電性窓からなるこ とを特徴とする請求項１２記載の電子サイクロトロン共鳴プラズマ源。
14. １４．前記電気的分離手段が水冷されるものであることを特徴とする請求項１１ 記載の電子サイクロトロン共鳴プラズマ源。
15. １５．ガスを導入してプラズマ状にイオン化するためのプラズマ発生チャンバと 、 前記プラズマ発生チャンバにマイクロ波エネルギを加えるためのマイクロ波浪と 、 前記マイクロ波エネルギを前記プラズマ発生チャンバに導入するための水冷窓装 置と、 前記プラズマ発生チャンバ内において前記マイクロ波エネルギと結合して電子サ イクロトロン共鳴条件を生ずることにより、前記ガスをそのチャンバ内でイオン 化してイオン、電子、遊離基、及び中性原子を含むプラズマ状とするために、前 記プラズマ発生チャンバの外側に設けられた磁場発生源、及び、 前記プラズマ発生チャンバから出力を注出するための注出システムを備えたこと を特徴とする電子サイクロトロン共鳴プラズマ源。
16. １６．前記水冷窓装置が前記マイクロ波源を前記プラズマ発生チャンバから電気 的に分離するものであることを特徴とする請求項１５記載の電子サイクロトロン 共鳴プラズマ源。
17. １７．前記水冷窓装置が、 マイクロ波エネルギを通過させるための開口を有する第１の水冷障壁と、 マイクロ波エネルギを通過させるための開口を有する第２の水冷障壁と、 前記第１及び第２の障壁の開口部において設けられた前記第１及び第２の障壁間 の窓であって、それらの障壁との間の熱伝導により冷却されるもの を備えたものであることを特徴とする電子サイクロトロン共鳴プラズマ源。
18. １８．前記水冷窓装置がさらに、少くとも１個の前記水冷障壁と窓との間に設け られた金属製真空シールを含むものであることを特徴とする請求項１７記載の電 子サイクロトロン共鳴プラズマ源。
19. １９．ガスを導入してプラズマ状にイオン化するための真空機構付プラズマ発生 チャンバと、 前記プラズマ発生チャンバにマイクロ波エネルギを加えるために大気圧近傍で動 作するマイクロ波源と、 前記マイクロ波エネルギを前記プラズマ発生チャンバに導入するためのものであ って、前記プラズマ発生チャンバを前記マイクロ波源から圧力分離するための手 段と、 前記プラズマ発生チャンバ内において前記マイクロ波エネルギと結合して電子サ イクロトロン条件を生ずることにより前記ガスをイオン化してイオン、電子、遊 離基、及び中性原子を含むプラズマ状とするような磁束密度を発生するために前 記プラズマ発生チャンバの外側に設けられた磁場発生源、及び、 前記プラズマ発生チャンバから出力を注出するための注出システム備えたことを 特徴とする電子サイクロトロン共鳴プラズマ源。
20. ２０．前記圧力分離手段が前記プラズマ発生チャンバとマイクロ波源との間に設 けられた窓及び障壁を含み、前記障壁が前記マイクロ波エネルギを通過させるた めの開口を有し、前記窓がその開口において位置決めされ、前記窓装置がさらに 、前記障壁と窓との間に真空シールを有するものであることを特徴とする請求項 １９記載の電子サイクロトロン共鳴プラズマ源。
21. ２１．前記真空シールが前記プラズマ発生チャンバに導入される反応ガスの影響 を受けないものであることを特徴とする請求項２０記載の電子サイクロトロン共 鳴プラズマ源。
22. ２２．ガスを導入してプラズマ状にイオン化するための真空機構付高電圧プラズ マ発生チャンバと、 前記プラズマ発生チャンバにマイクロ波エネルギを加えるために大気圧の近傍で 動作する接地電位型マイクロ波源と、それ自体はマイクロ波エネルギを前記プラ ズマ発生チャンバ内に導入するものであるが、前記プラズマ発生チャンバを前記 マイクロ波源から電気的及び圧力的に分離するための窓装置と、前記プラズマ発 生チャンバ内において前記マイクロ波エネルギと結合して電子サイクロトロン共 鳴条件を生ずることにより、そのチャンバ内のガスをイオン化してイオン、電子 、及び遊離基を含むプラズマ状とするような磁束密度を発生させるために、前記 プラズマ発生チャンバの外側に設けられた磁場発生源、及び、前記プラズマ発生 チャンバから出力を注出するための注出システムとを備え、 前記窓装置が前記マイクロ波エネルギを通過させるための開口を有すると共に、 マイクロ波チョークを有するマイクロ波回路と接するようにした第１の水冷障壁 と、 前記マイクロ波エネルギが通過する開口を有する前記プラズマ発生チャンバと接 触した第２の水冷障壁であって、前記第１の水冷障壁に対して電気的に分離され たものと、 前記第１及び第２の障壁の開口部に対応して第１及び第２の障壁間に位置する非 導電性窓であって、前記第１及び第２の水冷障壁との間の熱伝導により冷却され るものと、 前記第１の障壁と窓との間に設けられた第１の金属製真空シール、及び、 前記第２の障壁と窓との間に設けられた第２の金属製真空シールを含むものであ ることを特徴とする電子サイクロトロン共鳴プラズマ源。
23. ２３．プラズマ発生チャンバにガスを導入する段階と、第１の磁場発生源による 磁場を用いて前記ガスから電子サイクロトロン運動を誘起させる段階と、 前記プラズマ発生チャンバにマイクロ波ビームを導入することにより前記磁場と の結合において前記ガスをプラズマ状にイオン化して電子サイクロトロン共鳴条 件を生ずる段階と、前記プラズマ発生チャンバ内においてプラズマを均一磁場領 域に従属せしめてその領域内で均一イオン密度のプラズマを生成する段階、及び 、 前記プラズマ発生チャンバ内の均一プラズマから均等密度の出力を発生させる段 階 からなることを特徴とするＥＣＲプラズマ源の出力において均一イオン密度を生 成する方法。
24. ２４．プラズマ発生チャンバ内にガスを導入する段階と、第１の磁場発生源から の磁場によりそのガスから電子サイクロトロン連動を誘起させる段階と、 前記プラズマ発生チャンバ内において前記磁場と結合して電子サイクロトロン共 鳴運動をもたらすようにマイクロ波ビームを導入することにより前記ガスをイオ ン化してプラズマ状にする段階と、前記プラズマ発生チャンバ内の均一減少磁場 領域中においてプラズマを従属させることにより注出システムでの磁化を減少さ せてプラズマの均一イオン密度を生成する段階、及び、前記均一プラズマから減 少した磁化において均一イオンビームを注出する段階 を含むことを特徴とするＥＣＲプラズマ源から、均一イオンビームを生成する方 法。