JPH05283194A

JPH05283194A - マイクロ波プラズマ発生装置

Info

Publication number: JPH05283194A
Application number: JP4074800A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Hashimoto; 清橋本; Shiro Asano; 史朗浅野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 1993-10-29

Abstract

(57)【要約】【目的】効率よくプラズマ密度を高くすることがで
き、保守等に手間を要しないマイクロ波プラズマ発生装
置を提供する。【構成】放電容器２１に取着された導波管３１の接続
管部３２が曲管状で、他端に真空窓３４が設けられ、そ
の内部が放電容器２１内より低圧力に維持されるように
構成されていることにより、放電容器２１に連通して同
じ雰囲気状態となっている接続管部３２の内部では、放
電容器２１内にプラズマが生成される状態であっても放
電容器２１内より低圧力であるためプラズマが生成され
ず、導波管３１内のマイクロ波の伝送が妨げられること
がなく、真空窓３４はプラズマを直視しない位置に設け
られているので、放電容器２１内のプラズマに晒された
り、プラズマの熱の影響を受けず、損傷を受けたり汚染
されたりすることがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば種々の装置のイ
オン源として用いられているマイクロ波プラズマ発生装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロ波プラズマ発生装置は、
核融合のための中性粒子入射加熱装置の負イオン源や、
半導体装置の製造に使用されるプラズマドライエッチン
グ装置、及びプラズマ気相成長装置等のイオン源に用い
られている。

【０００３】以下、マイクロ波プラズマ発生装置の従来
例を図６及び図７を参照して説明する。図６は第１の例
の概略構成を示す断面図であり、図７は第２の例の概略
構成を示す要部断面図である。

【０００４】先ず、第１の例を説明する。図１におい
て、１は放電容器であり、この放電容器１の上板２に形
成された開口３には導波管４の片端が取着されている。
また導波管４の他端は図示しないマイクロ波発生部に取
着されていて、放電容器１内にマイクロ波が導入される
ようなっている。さらに放電容器１内には、図示しない
ガス導入口からプラズマを形成する所定のガス、例えば
水素ガス（Ｈ₂）等が導入されるようになっている。

【０００５】そして放電容器１の上板２の開口３は、放
電容器１内に導入されるマイクロ波に対して透明な材
料、例えばアルミナセラミック等でなる真空窓５によっ
て気密に閉塞されている。これによって放電容器１内の
圧力状態が保持されることになる。

【０００６】また、放電容器１は、その内部が中間部に
設けられた金属メッシュ６によって上下に仕切られてい
て、放電容器１内部の金属メッシュ６の上方側にプラズ
マ閉込め空間７が形成されるようになっている。さらに
放電容器１の上板２の外面及び側壁８上部の外面にはそ
れぞれ永久磁石９が列状に配着されていて、これらの永
久磁石９によってプラズマ閉込め空間７に効果的にプラ
ズマを閉じ込める磁界が形成されている。

【０００７】一方、放電容器１の底板１０には、バルブ
１１を介して真空ポンプ等の排気装置１２が取着されて
いて、放電容器１は、その内部が、例えば１０⁻³Ｔｏ
ｒｒ台に減圧されるようになっている。

【０００８】上述のように構成された従来の第１の例の
マイクロ波プラズマ発生装置は、排気装置１２によって
放電容器１内を所定の圧力となるように減圧しておき、
この状態を維持しながら放電容器１内に所定のガスが導
入される。その後、マイクロ波発生源から導波管４内を
伝搬してきたマイクロ波が、開口３を閉塞している真空
窓５を介して放電容器１内に導入される。

【０００９】これによりマイクロ波は、周波数に応じた
共鳴磁界でプラズマ電子と共鳴し、マイクロ波電界によ
り電子を高エネルギに加速し、この相互作用によって放
電容器１内に放電プラズマが生成する。この時生成した
放電プラズマは、プラズマ閉込め空間７に永久磁石９の
形成する磁界によって閉じ込められる。

【００１０】しかし、真空窓５は、プラズマ閉込め空間
７内に露出した状態で導波管４が接続された開口３を気
密に閉塞しており、そのためプラズマ閉込め空間７に閉
じ込められたプラズマに直接晒されることになる。それ
故、アルミナセラミック等の材料でなり、熱的、機械的
に弱い真空窓５は、プラズマによって損傷を受け易く寿
命が短いもので、交換の頻度が高いものとなり保守等に
手間を有するものであった。

【００１１】また、プラズマによってプラズマ閉込め空
間７内に配置した金属試料等の表面をスパッタリングす
る場合や、試料表面に金属薄膜を気相成長で形成する場
合などでは、真空窓５が金属で汚染され、マイクロ波が
放電容器１内に導入され難くなって放電容器１内のプラ
ズマ密度をさらに高くすることができなかった。

【００１２】このため真空窓５が、プラズマ閉込め空間
７内に露出しないようにする構造がとられるようになっ
た。次ぎにそのような構造の第２の例について説明す
る。

【００１３】図２において、真空窓１３は、片端が放電
容器１の開口３に取着され、他端が図示しないマイクロ
波発生部に取着された導波管１４の中間部に、導波管１
４のマイクロ波の伝送路を途中で遮断するように装着さ
れている。なお真空窓１３は、第１の例と同様にマイク
ロ波に対して透明な材料で形成されている。

【００１４】そして、マイクロ波発生部から導波管１４
内を中間部まで伝搬してきたマイクロ波は、真空窓１３
を透過して導波管１４の片端部から開口３を経て放電容
器１内のプラズマ閉込め空間７に導入される。

【００１５】上述のように構成された従来の第２の例の
マイクロ波プラズマ発生装置は、第１の例と同様に減圧
された放電容器１内に所定のガスが導入される。そして
導波管１４内を、真空窓１３を透過し伝搬してきたマイ
クロ波が開口３から放電容器１内に導入されて、放電プ
ラズマが生成する。生成した放電プラズマは、プラズマ
閉込め空間７に永久磁石９の形成する磁界によって閉じ
込められる。

【００１６】そして、真空窓１３が、直接プラズマ閉込
め空間７内に露出せずにプラズマから離間して配置され
ているので、プラズマによる熱的、機械的な損傷や汚染
を受け難くなっているが、充分なものではなく保守等に
手間を有するものであった。

【００１７】しかしながら、導波管１４の片端から真空
窓１３が装着された中間部までの間は、その内部が開口
３によって放電容器１内と連通した状態となっているた
め、放電容器１と同じガス雰囲気となる。このため、放
電容器１内に生成するプラズマの密度をさらに高くしよ
うとして、放電容器１内のガス圧力やマイクロ波の電力
を増大させると、導波管１４の片端から真空窓１３が装
着された中間部までの間の片端部内部でもプラズマが生
成する虞がある。

【００１８】そして、プラズマが導波管１４の片端部内
部に生成された場合には、導波管１４内に生成されたプ
ラズマによってマイクロ波の伝送が妨げられ、放電容器
１内のプラズマ密度をより高くするためには、マイクロ
波発生部の電力をさらに大きくしなければならず、効率
よく放電容器１内に生成するプラズマの密度を高くする
ことができなくなる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の装
置では、効率よくプラズマ密度を高くすることが困難で
あり、また真空窓がプラズマによって熱的、機械的な損
傷や汚染を受け、保守等に手間を有するものである。本
発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、効率よくプラズマ密度を高くする
ことができ、また真空窓がプラズマによる損傷や汚染を
受け難く、保守等に手間を要しないマイクロ波プラズマ
発生装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波プラ
ズマ発生装置は、内部が減圧された放電容器と、この放
電容器内に区画された所定ガスのプラズマが形成される
プラズマ閉じ込め空間と、このプラズマ閉じ込め空間に
マイクロ波を導入するように放電容器に片端部が取着さ
れた導波管とを備えたマイクロ波プラズマ発生装置にお
いて、導波管は、放電容器に取着された片端部近傍内部
が放電容器内より低圧力に維持されていることを特徴と
するものであり、また、内部が減圧された放電容器と、
この放電容器内に区画された所定ガスのプラズマが形成
されるプラズマ閉じ込め空間と、このプラズマ閉じ込め
空間にマイクロ波を真空窓を介して導入するよう放電容
器に片端部が取着された導波管とを備えたマイクロ波プ
ラズマ発生装置において、真空窓が導波管の中間部に装
着されると共に、導波管は放電容器に取着された片端部
と真空窓が装着された中間部との間が空孔を有する管壁
で形成され、且つ空孔を有する管壁が放電容器内より低
圧力に維持された減圧容器内に配設されていることを特
徴とするものであり、さらに、内部が減圧された放電容
器と、この放電容器内に区画された所定ガスのプラズマ
が形成されるプラズマ閉じ込め空間と、このプラズマ閉
じ込め空間にマイクロ波を真空窓を介して導入するよう
放電容器に片端部が取着された導波管とを備えたマイク
ロ波プラズマ発生装置において、真空窓はプラズマ閉じ
込め空間に形成されるプラズマを直視しない位置に設け
られていることを特徴とするものである。

【００２１】

【作用】上記のように構成されたマイクロ波プラズマ発
生装置は、導波管の放電容器に取着された片端部近傍内
部が放電容器内より低圧力に維持されている構成とした
ことにより、放電容器に連通して同じ雰囲気状態となっ
ている導波管の片端部の内部では、放電容器内にプラズ
マが生成される状態であっても放電容器内より低圧力で
あるためプラズマが生成されず、導波管内のマイクロ波
の伝送が妨げられることがない。また、導波管の途中に
装着される真空窓がプラズマを直視しない位置に設けら
れている構成としたことにより、放電容器内に生成され
たプラズマに真空窓が直接晒されたり、プラズマの熱が
当たることがなく、損傷を受けたり汚染されたりするこ
とがない。このため、効率よくプラズマ密度を高くする
ことができ、また真空窓がプラズマによる損傷や汚染を
受け難く、保守等に手間を必要としない。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２３】先ず、第１の実施例のマイクロ波プラズマ
発生装置を図１乃至図４により説明する。図１は概略構
成を示す断面図であり、図２は拡大して示す要部斜視図
であり、図３及び図４はそれぞれ導波管の接続管部の変
形例を示す斜視図である。

【００２４】図１及び図２において、放電容器２１は略
円筒状に形成された気密容器で、図示しないガス導入口
からプラズマを形成する所定のガス、例えば水素ガス
（Ｈ₂）等が導入されるようになっている。また放電容
器２１は、内部が中間部に設けられた金属メッシュ２２
によって上下に仕切られていて、放電容器２１内部の金
属メッシュ２２の上方側にプラズマ閉込め空間２３が形
成されるようになっている。

【００２５】さらに、放電容器２１の上板２４の外面及
び側壁２５上部の外面には、それぞれ円環状の複数の永
久磁石２６が配着されていて、これらの永久磁石２６に
よってプラズマ閉込め空間２３に、効果的にプラズマを
閉じ込める磁界が形成されている。

【００２６】一方、放電容器２１の底板２７には、バル
ブ２８を介して真空ポンプ等の第１の排気装置２９が取
着されており、これにより放電容器２１の内部が、例え
ば１０⁻³Ｔｏｒｒ台に減圧されるようになっている。

【００２７】また、放電容器２１は、その上板２４に開
口３０が形成されていて、この開口３０には、導波管３
１の片端側を構成する矩形の断面形状を有する接続管部
３２の片端が接続されている。接続管部３２の他端に
は、導波管３１の他端側を構成する同じく矩形の断面形
状を有する主管部３３の片端が接続されており、主管部
３３の他端は、例えば周波数が２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波を発生する図示しないマイクロ波発生部に接続され
ている。

【００２８】そして、導波管３１の接続管部３２の他端
と主管部３３の片端との接続部位には、マイクロ波に対
して透明な材料、例えばアルミナセラミック等でなる真
空窓３４が、その主面が導波管３１のマイクロ波の伝送
路に交差するように装着されていて、これにより接続管
部３２の伝送路と主管部３３の伝送路とは気密に分断さ
れている。

【００２９】一方、放電容器２１に片端が接続された導
波管３１の接続管部３２は、中間部分が略直角に折り曲
げられた曲管状を有するもので、片端から他端が見通す
ことができないように形成されている。また接続管部３
２は管壁に直径が約１ｍｍ程度の多数の小孔３５が穿設
されている。なお小孔３５の孔径は、導波管３１内を伝
送されるマイクロ波の伝送に実質的に影響を与えないよ
うに、波長の１／１００以下程度の寸法に形成されてい
ればよい。

【００３０】そして、マイクロ波発生部で発生したマイ
クロ波が、導波管３１の主管部３３及び接続管部３２内
を伝搬し、途中真空窓３４を透過して開口３０から放電
容器２１内に導入されようになっている。

【００３１】また、放電容器２１の上板２４の上面側に
は、この上板２４を底板とするようにして低圧容器３６
が設けられている。そして低圧容器３６の内部に、その
側壁を他端部分が気密に貫通するようにして導波管３１
の接続管部３２が配設されている。さらに低圧容器３６
の側壁には、バルブ３７を間に設けて真空ポンプ等の第
２の排気装置３８が取着されている。

【００３２】この第２の排気装置３８によって低圧容器
３６の内部が排気され、この内部と管壁に形成された小
孔３５を介して連通している接続管部３２の内部が、放
電容器２１の内部より低圧の減圧された状態になるよう
になっている。

【００３３】このように構成された本実施例では、第１
の排気装置２９によって放電容器２１内を１０⁻³Ｔｏ
ｒｒ台の所定の圧力となるように減圧しておき、この状
態を維持しながらプラズマを形成する水素ガスが放電容
器２１内に導入される。同時に第２の排気装置３８によ
って低圧容器３６内を排気し、これに小孔３５を介して
連通している接続管部３２内が放電容器２１内よりも低
圧の状態に維持されている。

【００３４】その後、マイクロ波発生源から導波管３１
の主管部３３内及び接続管部３２内を伝搬してきたマイ
クロ波が、導波管３１の伝送路を途中で分断するように
装着された真空窓３４を透過し、開口３０を介して放電
容器２１内に導入される。

【００３５】これによりマイクロ波は、周波数に応じた
共鳴磁界でプラズマ電子と共鳴し、マイクロ波電界によ
り電子を高エネルギに加速し、この相互作用によって放
電容器２１内に放電プラズマが生成する。この時生成し
た放電プラズマは、プラズマ閉込め空間２３に永久磁石
２６の形成する磁界によって閉じ込められる。

【００３６】このとき真空窓３４は、放電容器２１に接
続された接続管部３２の片端から見通すことができない
他端に装着され、放電容器２１の開口３０からも見通す
ことができないように形成されているので、放電容器２
１内に生成されたプラズマに直接晒されたり、プラズマ
の熱が当たることがない。

【００３７】このため熱的、機械的に弱い材料で形成さ
れた真空窓３４が、プラズマによって損傷を受けて破損
することがなくなり、その寿命が長いものとなる。さら
に真空窓３４の交換の頻度が少なくなって保守等の手間
が少なくなる。

【００３８】また、プラズマによってプラズマ閉込め空
間２３内に配置した金属試料等の表面をスパッタリング
する場合や、試料表面に金属薄膜を気相成長で形成する
場合などでも、真空窓３４が金属で汚染されなくなり、
これによってマイクロ波が放電容器２１内に導入され難
くなることがなくなる。

【００３９】さらに、真空窓３４を透過した後の放電容
器２１のマイクロ波の伝送路は、管壁に小孔３５が形成
された導波管３１の接続管部３２で構成され、第２の排
気装置３８によって放電容器２１よりも低圧に維持でき
るようになっているので、プラズマを形成する水素ガス
が存在していてもプラズマが形成され難い状態にするこ
とができる。

【００４０】このため、放電容器２１内に生成するプラ
ズマの密度をさらに高くしようとして放電容器２１内の
ガス圧力やマイクロ波の電力を増大させても、接続管部
３２の内部圧力を第２の排気装置３８によって放電容器
２１よりも低圧に維持することで、接続管部３２内にプ
ラズマが生成する虞がない。

【００４１】そして、接続管部３２内にプラズマが生成
されないのでマイクロ波の伝送が妨げられることがな
く、放電容器２１内のプラズマ密度をより高くする場合
においても、接続管部３２内にプラズマが生成されてマ
イクロ波の伝送が妨げられるのを考慮し、マイクロ波発
生部の電力をさらに大きくする必要もなく、効率よく放
電容器２１内に生成するプラズマの密度を高くすること
ができる。

【００４２】なお、本実施例では、導波管３１の接続管
部３２を、矩形の断面形状を有し管壁に直径が約１ｍｍ
程度の多数の小孔３５が穿設されているもので構成した
が、これに限るものではなく、図３に斜視図で第１の変
形例を示すようにマイクロ波の伝送に影響を与えない範
囲で、波長に応じた空孔寸法の金属メッシュで接続管部
３９を構成してもよい。また、図４に斜視図で第２の変
形例を示すように同じくマイクロ波の伝送に影響を与え
ない範囲で、円形の断面形状を有し管壁に多数の小円孔
４０が穿設されるようにして接続管部４１を構成しても
よい。さらに管壁に穿設する小孔についても特に円形で
ある必要はない。

【００４３】次ぎに、第２の実施例を図５により説明す
る。本実施例はマイクロ波プラズマ発生装置で生成され
たプラズマから負イオンビームを引き出す負イオン源
で、図５は負イオン源の概略構成を示す断面図である。

【００４４】図５において、放電容器５１は下側に外周
にフランジ５２を有する開口部５３が形成された略円筒
状の容器で、その内部が図示しない排気装置により、例
えば１０⁻³Ｔｏｒｒ台に減圧されるようになってい
る。また放電容器５１の内部には、図示しないガス導入
口からプラズマを形成する所定のガス、例えば水素ガス
（Ｈ₂）等が導入されるようになっている。

【００４５】さらに、放電容器５１は上板５４及び側壁
５５の外面に、それぞれ円環状の複数の永久磁石５６が
配着されている。これらの永久磁石５６によって放電容
器５１の内部にプラズマを閉じ込めるための磁界が形成
され、プラズマ閉込め空間５７が区画されている。

【００４６】また、放電容器５１の下側の開口部５３
は、フランジ５２に絶縁リング５６を間に介在させて電
極部５９が取着されて閉塞されている。この電極部５９
は、複数の電極６０がそれぞれの間が絶縁部材６１によ
って絶縁分離されている。なお電極６０は中央部分に複
数の負イオン引出孔６２が穿設されている。

【００４７】一方、放電容器５１は、第１の実施例と同
様にその上板５４に開口３０が形成されていて、この開
口３０には、導波管３１の略直角に折り曲がった曲管で
管壁に多数の小孔３５が穿設された接続管部３２の片端
が接続されている。接続管部３２の他端には主管部３３
の片端が接続されており、主管部３３の他端は、例えば
周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する図示し
ないマイクロ波発生部に接続されている。

【００４８】そして、接続管部３２と主管部３３との接
続部位には、マイクロ波に対して透明な材料、例えばア
ルミナセラミック等でなる真空窓３４が、その主面が導
波管３１のマイクロ波の伝送路に交差するように装着さ
れていて、これにより接続管部３２の伝送路と主管部３
３の伝送路とは気密に分断されている。

【００４９】また、放電容器５１の上板５４の上面側に
は、この上板５４を底板とするようにして低圧容器３６
が設けられ、低圧容器３６の内部に接続管部３２が配設
されている。そして低圧容器３６の側壁には、バルブ３
７を間に設けて真空ポンプ等の排気装置６３が取着され
ている。

【００５０】この排気装置６３によって低圧容器３６の
内部が排気され、この内部と管壁に形成された小孔３５
を介して連通している接続管部３２の内部が、放電容器
５１の内部より低圧の減圧された状態になるようになっ
ている。

【００５１】このように構成された本実施例では、図示
しない排気装置によって放電容器５１内を１０⁻³Ｔｏ
ｒｒ台の所定の圧力となるように減圧しておき、この状
態を維持しながらプラズマを形成する水素ガスが放電容
器５１内に導入される。同時に排気装置６３によって低
圧容器３６内を排気し、これに小孔３５を介して連通し
ている接続管部３２内が放電容器２１内よりも低圧の状
態に維持されている。

【００５２】その後、マイクロ波発生源から導波管３１
内を伝搬してきたマイクロ波が、導波管３１の伝送路を
途中で分断するように装着された真空窓３４を透過し、
開口３０を介して放電容器５１内に導入される。

【００５３】これによりマイクロ波は、周波数に応じた
共鳴磁界でプラズマ電子と共鳴し、マイクロ波電界によ
り電子を高エネルギに加速し、この相互作用によって放
電容器５１内に放電プラズマが生成する。この時生成し
た放電プラズマは、プラズマ閉込め空間５７に永久磁石
５６の形成する磁界によって閉じ込められる。

【００５４】そして、プラズマ閉込め空間５７に閉じ込
められたプラズマから永久磁石５６で形成される磁気フ
ィルタを負水素イオンが通過し、さらに電極６０を通過
しながら加速され、負イオン引出孔６２から外部に負イ
オンビームとして引き出される。

【００５５】上述のように本実施例は構成されているの
で、第１の実施例と同様に真空窓３４が、プラズマによ
って損傷を受けなくなり、その交換の頻度が少なくなっ
て保守等の手間が少なくなる。また放電容器５１内のプ
ラズマ密度をより高くする場合でも、マイクロ波発生部
の電力を徒に大きくする必要もなく、効率よくこれを行
うことができる。

【００５６】尚、本発明は上記の各実施例のみに限定さ
れるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更
して実施し得るものである。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、導波管の放電容器に取着された片端部近傍内部が放
電容器内より低圧力に維持されている構成としたことに
より、また、導波管の途中に装着される真空窓がプラズ
マを直視しない位置に設けられている構成としたことに
より、効率よくプラズマ密度を高くすることができ、ま
た真空窓がプラズマによる損傷や汚染を受け難く、保守
等に手間を必要としない等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の概略構成を示す断面図
である。

【図２】同上における導波管の接続管部の斜視図であ
る。

【図３】同上における導波管の接続管部の第１の変形例
を示す斜視図である。

【図４】同上における導波管の接続管部の第２の変形例
を示す斜視図である。

【図５】本発明の第２の実施例の概略構成を示す断面図
である。

【図６】従来技術の第１の例の概略構成を示す断面図で
ある。

【図７】従来技術の第２の例の概略構成を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

２１…放電容器２３…プラズマ閉込め空間２９…第１の排気装置３１…導波管３２…接続管部３３…主管部３４…真空窓３５…小孔３６…低圧容器３８…第２の排気装置

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【手続補正書】

【提出日】平成４年７月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】マイクロ波プラズマ発生装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロ波プラズマ発生装置は、
核融合のための中性粒子入射加熱装置のイオン源や、半
導体装置の製造に使用されるプラズマドライエッチング
装置、及びプラズマ気相成長装置等のプラズマ源やイオ
ン源に用いられている。

【０００３】以下、マイクロ波プラズマ発生装置の従来
例を図６及び図７を参照して説明する。図６は第１の従
来例の概略構成を示す断面図であり、図７は第２の従来
例の概略構成を示す要部断面図である。

【０００４】先ず、第１の従来例を説明する。図６にお
いて、１は放電容器であり、この放電容器１の上板２に
形成された開口３には導波管４の片端が取着されてい
る。また導波管４の他端は図示しないマイクロ波発生部
に取着されていて、放電容器１内にマイクロ波が導入さ
れるようなっている。さらに放電容器１内には、図示し
ないガス導入口からプラズマを形成する所定のガス、例
えば水素ガス（Ｈ₂）等が導入されるようになってい
る。

【０００７】一方、放電容器１の底板１０には、バルブ
１１を介して真空ポンプ等の排気装置１２が取着されて
いて、放電容器１は、その内部が、例えば０．１Ｐａ台
に減圧されるようになっている。

【０００８】上述のように構成された第１の従来例のマ
イクロ波プラズマ発生装置は、排気装置１２によって放
電容器１内を所定の圧力となるように減圧しておき、こ
の状態を維持しながら放電容器１内に所定のガスが導入
される。その後、マイクロ波発生源から導波管４内を伝
搬してきたマイクロ波が、開口３を閉塞している真空窓
５を介して放電容器１内に導入される。

【０００９】そして、マイクロ波電界により電子が高エ
ネルギに加速され、放電容器１内に放電プラズマが生成
される。この時生成された放電プラズマは、プラズマ閉
込め空間７に永久磁石９の形成する磁界によって閉じ込
められる。

【００１０】しかし、真空窓５は、プラズマ閉込め空間
７内に露出した状態で導波管４が接続された開口３を気
密に閉塞しており、そのためプラズマ閉込め空間７に閉
じ込められたプラズマに直接晒されることになる。それ
故、アルミナセラミック等の材料からなる熱的、機械的
に弱い真空窓５は、プラズマによって損傷を受け易く寿
命が短いもので、交換の頻度が高いものとなり保守等に
手間を有するものであった。

【００１２】このため真空窓５が、プラズマ閉込め空間
７内に露出しないようにする構造がとられるようになっ
た。次にそのような構造の第２の従来例について説明す
る。

【００１３】図７において、真空窓１３は、片端が放電
容器１の開口３に取着され、他端が図示しないマイクロ
波発生部に取着された導波管１４の中間部に、導波管１
４のマイクロ波の伝送路を途中で遮断するように装着さ
れている。なお真空窓１３は、第１の従来例と同様にマ
イクロ波に対して透明な材料で形成されている。

【００１５】上述のように構成された第２の従来例のマ
イクロ波プラズマ発生装置は、第１の例と同様に減圧さ
れた放電容器１内に所定のガスが導入される。そして導
波管１４内を、真空窓１３を透過し伝搬してきたマイク
ロ波が開口３から放電容器１内に導入されて、放電プラ
ズマが生成される。生成された放電プラズマは、プラズ
マ閉込め空間７に永久磁石９の形成する磁界によって閉
じ込められる。

【００１６】そして、真空窓１３が、直接プラズマ閉込
め空間７内に露出せずにプラズマから離間して配置され
ているので、プラズマによる熱的、機械的な損傷や汚染
を受け難くなっている。

【００１７】しかしながら、導波管１４の片端から真空
窓１３が装着された中間部までの間は、その内部が開口
３によって放電容器１内と連通した状態となっているた
め、放電容器１と同じガス雰囲気となる。このため、放
電容器１内で生成されるプラズマの密度をさらに高くし
ようとして、放電容器１内のガス圧力やマイクロ波の電
力を増大させると、導波管１４の片端から真空窓１３が
装着された中間部までの間の片端部内部でもプラズマが
生成する虞がある。

【００１８】そして、プラズマが導波管１４の片端部内
部に生成された場合には、導波管１４内に生成されたプ
ラズマによってマイクロ波の伝送が妨げられる。導波管
内のプラズマ密度が高くなるとマイクロ波をしゃ断する
ようになり、放電容器１内にマイクロ波パワーが到達し
なくなり、効率よく放電容器１内に生成するプラズマの
密度を高くすることができなくなる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の装
置では、効率よくプラズマ密度を高くすることが困難で
あった。本発明は、このような状況に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、効率よくプラズマ密度
を高くすることができ、また真空窓がプラズマによる損
傷や汚染を受け難く、保守等に手間を要しないマイクロ
波プラズマ発生装置を提供することにある。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２６】一方、放電容器２１の底板２７には、バル
ブ２８を介して真空ポンプ等の第１の排気装置２９が取
着されており、これにより放電容器２１の内部が、例え
ば０．１Ｐａ台に減圧されるようになっている。

【００３３】このように構成された本実施例では、第１
の排気装置２９によって放電容器２１内を０．１Ｐａ台
の所定の圧力となるように減圧しておき、この状態を維
持しながらプラズマを形成する水素ガスが放電容器２１
内に導入される。同時に第２の排気装置３８によって低
圧容器３６内を排気し、これに小孔３５を介して連通し
ている接続管部３２内が放電容器２１内よりも低圧の状
態に維持されている。

【００３５】そして、マイクロ波電界により電子が高エ
ネルギに加速され、放電容器２１内に放電プラズマが生
成される。この時生成された放電プラズマは、プラズマ
閉込め空間２３に永久磁石２６の形成する磁界によって
閉じ込められる。

【００４１】そして、接続管部３２内にプラズマが生成
されないのでマイクロ波の伝送が妨げられることがな
く、放電容器２１内のプラズマ密度をより高くする場合
においても、マイクロ波の伝送が妨げられることなく、
効率よく放電容器２１内に生成するプラズマの密度を高
くすることができる。

【００４３】次に、第２の実施例を図５により説明す
る。本実施例はマイクロ波プラズマ発生装置で生成され
たプラズマからイオンビームを引き出すイオン源で、図
５はイオン源の概略構成を示す断面図である。

【００４４】図５において、放電容器５１は下側に外周
にフランジ５２を有する開口部５３が形成された略円筒
状の容器で、その内部が図示しない排気装置により、例
えば０．１Ｐａ台に減圧されるようになっている。また
放電容器５１の内部には、図示しないガス導入口からプ
ラズマを形成する所定のガス、例えば水素ガス（Ｈ₂）
等が導入されるようになっている。

【００４６】また、放電容器５１の下側の開口部５３
は、フランジ５２に絶縁リング５６を間に介在させて電
極部５９が取着されて閉塞されている。この電極部５９
は、複数の電極６０がそれぞれの間が絶縁部材６１によ
って絶縁分離されている。なお電極６０は中央部分に複
数のイオン引出孔６２が穿設されている。

【００５１】このように構成された本実施例では、図示
しない排気装置によって放電容器５１内を０．１Ｐａ台
の所定の圧力となるように減圧しておき、この状態を維
持しながらプラズマを形成する水素ガスが放電容器５１
内に導入される。同時に排気装置６３によって低圧容器
３６内を排気し、これに小孔３５を介して連通している
接続管部３２内が放電容器２１内よりも低圧の状態に維
持されている。

【００５３】これによりマイクロ波は、電子を高エネル
ギに加速され、放電容器５１内に放電プラズマが生成さ
れる。この時生成された放電プラズマは、プラズマ閉込
め空間５７に永久磁石５６の形成する磁界によって閉じ
込められる。

【００５４】そして、プラズマ閉込め空間５７に閉じ込
められたプラズマから水素イオンが電極６０を通過しな
がら加速され、イオン引出孔６２から外部にイオンビー
ムとして引き出される。

【００５７】

【図面の簡単な説明】

【図２】同上における導波管の接続管部の斜視図であ
る。

【符号の説明】２１…放電容器２３…プラズマ閉込め空間２９…第１の排気装置３１…導波管３２…接続管部３３…主管部３４…真空窓３５…小孔３６…低圧容器３８…第２の排気装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部が減圧された放電容器と、この放電
容器内に区画された所定ガスのプラズマが形成されるプ
ラズマ閉じ込め空間と、このプラズマ閉じ込め空間にマ
イクロ波を導入するように前記放電容器に片端部が取着
された導波管とを備えたマイクロ波プラズマ発生装置に
おいて、前記導波管は、前記放電容器に取着された片端
部近傍内部が前記放電容器内より低圧力に維持されてい
ることを特徴とするマイクロ波プラズマ発生装置。
【請求項２】内部が減圧された放電容器と、この放電
容器内に区画された所定ガスのプラズマが形成されるプ
ラズマ閉じ込め空間と、このプラズマ閉じ込め空間にマ
イクロ波を真空窓を介して導入するよう前記放電容器に
片端部が取着された導波管とを備えたマイクロ波プラズ
マ発生装置において、前記真空窓が前記導波管の中間部
に装着されると共に、前記導波管は前記放電容器に取着
された片端部と前記真空窓が装着された中間部との間が
空孔を有する管壁で形成され、且つ前記空孔を有する管
壁が前記放電容器内より低圧力に維持された減圧容器内
に配設されていることを特徴とするマイクロ波プラズマ
発生装置。
【請求項３】内部が減圧された放電容器と、この放電
容器内に区画された所定ガスのプラズマが形成されるプ
ラズマ閉じ込め空間と、このプラズマ閉じ込め空間にマ
イクロ波を真空窓を介して導入するよう前記放電容器に
片端部が取着された導波管とを備えたマイクロ波プラズ
マ発生装置において、前記真空窓は前記プラズマ閉じ込
め空間に形成されるプラズマを直視しない位置に設けら
れていることを特徴とするマイクロ波プラズマ発生装
置。