JPH05314918A - Microwave antenna for ion source - Google Patents

Microwave antenna for ion source

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Publication number
JPH05314918A
JPH05314918A JP4148228A JP14822892A JPH05314918A JP H05314918 A JPH05314918 A JP H05314918A JP 4148228 A JP4148228 A JP 4148228A JP 14822892 A JP14822892 A JP 14822892A JP H05314918 A JPH05314918 A JP H05314918A
Authority
JP
Japan
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antenna
microwave
chamber
magnetic field
permanent magnet
Prior art date
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Pending
Application number
JP4148228A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuichi Maeno
修一 前野
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
Priority to JP4148228A priority Critical patent/JPH05314918A/en
Publication of JPH05314918A publication Critical patent/JPH05314918A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To simplify structure and effectively form a magnetic field by incorporating a permanent magnet inside, and thereby generating in the vicinity of an antenna a magnetic field for satisfying a microwave resonance condition (ECR condition). CONSTITUTION:A magnet case 12 is positioned underneath an antenna 3, and inside thereof a permanent magnet 11 is built in. An electric discharge chamber 10 is a space to be vacuum-evacuated, and a raw gas is introduced thereinto from a gas inlet. A microwave generated in a magnetron 1 reaches the antenna 3 via a connection conductor 2, and power of the microwave is induced to the inside of the electric discharge chamber 10 by means of the antenna 3 and an exterior conductor 4. Next, a gas inside the chamber 10 is ionized to become plasma, and an electron discharged from the gas because of the microwave is oscillated, and this time a comparatively strong magnetic field is formed in the periphery of the antenna 3 by the magnet 11. Accordingly, high density plasma can be generated and plasma generation efficiency can be increased with simple structure.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、マイクロ波によって
原料ガスをプラズマに励起するイオン源におけるアンテ
ナに関する。イオン源は、原料ガスをなんらかの手段に
よって励起してプラズマとするものである.引出電極系
を備え、イオンビ−ムを引き出す。イオンビ−ムはイオ
ン注入、イオンエッチング、イオンによる物質の改質等
に用いられる。ガスの励起手段としてさまざまのものが
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antenna in an ion source for exciting a source gas into plasma by microwaves. The ion source excites the source gas by some means into plasma. Equipped with an extraction electrode system to extract ion beams. The ion beam is used for ion implantation, ion etching, modification of substances with ions, and the like. There are various gas excitation means.

【0002】フィラメントを加熱しチャンバとの間にア
−ク放電を起こさせるものがある。高周波グロー放電に
よって励起するものもある。あるいはマイクロ波によっ
て励起するものもある。マイクロ波イオン源は例えば
2.45GHzのマイクロ波をチャンバに導入するもの
である。放電のための熱陰極が不要であるから長寿命で
あるという利点がある。マイクロ波イオン源は通常、マ
グネトロン、導波管、誘電体窓、チャンバ等よりなって
いる。マグネトロンで発生したマイクロ波を導波管に導
き直接にチャンバ内に導入するものである。チャンバの
入口には誘電体の窓がある。これはマイクロ波を通し、
しかもチャンバ内の真空を保つためである。
There is one that heats a filament to cause an arc discharge between the filament and the chamber. Some are excited by high frequency glow discharge. Alternatively, some are excited by microwaves. The microwave ion source is, for example, for introducing a microwave of 2.45 GHz into the chamber. There is an advantage that the life is long because a hot cathode for discharging is unnecessary. Microwave ion sources typically consist of magnetrons, waveguides, dielectric windows, chambers, and the like. The microwave generated by the magnetron is guided to the waveguide and directly introduced into the chamber. There is a dielectric window at the entrance to the chamber. This goes through the microwave,
Moreover, this is to maintain the vacuum in the chamber.

【0003】[0003]

【従来の技術】マイクロ波を用いて原料ガスを励起する
イオン源は、マイクロ波イオン源という。これは通常チ
ャンバ内で最低次のモ−ドが定常状態として存在しうる
ように設定される。プラズマの生成効率を高めるために
しばしばマイクロ波共鳴吸収が利用される。ECRマイ
クロ波イオン源という。これはチャンバの周りに大きい
コイルを設置し、チャンバ内部に875ガウスの磁場を
作り、電子のサイクロトロン運動を引き起こす。これと
2.45GHzのマイクロ波が共鳴するので電子がマイ
クロ波から効率的にエネルギ−を吸収できる。電子の運
動によって中性の原子が励起されるのであるから、共鳴
吸収によって原料ガスの励起がより効率的に行われる。
これはチャンバの周りに大きいコイルを設けて軸方向に
一様磁場を作り出さなければならない。
2. Description of the Related Art An ion source for exciting a source gas by using a microwave is called a microwave ion source. It is usually set so that the lowest order mode can exist as a steady state in the chamber. Microwave resonant absorption is often used to increase the efficiency of plasma generation. It is called an ECR microwave ion source. This places a large coil around the chamber and creates a magnetic field of 875 Gauss inside the chamber, causing cyclotron motion of the electrons. Since this and the microwave of 2.45 GHz resonate, electrons can efficiently absorb energy from the microwave. Since the neutral atom is excited by the movement of electrons, the source gas is excited more efficiently by resonance absorption.
It must provide a large coil around the chamber to create a uniform magnetic field in the axial direction.

【0004】導波管を用いてマイクロ波を導波すると大
きいパワ−のマイクロ波をチャンバに供給することがで
きる。導波管は寸法によって遮断波長が決まる。この遮
断波長よりも長い波長のマイクロ波は伝送されない。ま
た寸法が大きい程多くのモ−ドのマイクロ波が伝達され
る。従って、導波管はかなりサイズの大きいものとな
る。するとチャンバも含めた装置全体が大きく嵩高いも
のになる。この上にマイクロ波共鳴吸収のためのコイル
をチャンバ外周に設けるとさらにサイズが大きくなり過
ぎる。
When a microwave is guided by using a waveguide, a microwave having a large power can be supplied to the chamber. The cutoff wavelength is determined by the size of the waveguide. Microwaves with a wavelength longer than this cutoff wavelength are not transmitted. Also, the larger the size, the more the microwaves in the mode are transmitted. Therefore, the waveguide becomes considerably large in size. Then, the entire apparatus including the chamber becomes large and bulky. If a coil for absorbing the microwave resonance is provided on the outer circumference of the chamber, the size becomes too large.

【0005】導波管を使わずにマイクロ波をチャンバ内
に導く方法もある。これはアンテナを用いるものであ
る。例えば、M.Pichot,A.Durandet,J.Pelletier,Y.Arna
l and L.Vallier,"Micowave multipolar Plasmas excit
ed by distributed electron cyclotron resonance:Con
cept and Performance",Rev.Sci.Instrum.59(7),p1072
(1988)はチャンバ内壁にそって多くのアンテナを設置
し、チャンバ外壁にはこれの2倍の数の永久磁石を設け
たイオン源を提案している。図4はこれの概略斜視図を
示す。隣接する永久磁石は互いに極性が反対であるよう
に並んでおりカスプ磁場を生成する。多数のアンテナは
このカスプ磁場の及ぶ範囲にあり狭い範囲でマイクロ波
共鳴条件を満足する。つまりアンテナの近傍の狭い範囲
で875ガウスになる。このイオン源チャンバはマルチ
カスプ型である。各アンテナのパワ−は独立に調整する
ことができる。多数のアンテナをチャンバ内部に設けて
いるのでプラズマ生成の効率が高い。しかしチャンバの
中央部では、マイクロ波のプラズマへの吸収は少ない。
チャンバの中央部にはカスプ磁場が及ばないからたとえ
マイクロ波パワー密度が高くても共鳴条件を満足しない
からである。
There is also a method of guiding microwaves into the chamber without using a waveguide. This uses an antenna. For example, M.Pichot, A.Durandet, J.Pelletier, Y.Arna
l and L. Vallier, "Micowave multipolar Plasmas excit
ed by distributed electron cyclotron resonance: Con
cept and Performance ", Rev. Sci. Instrum.59 (7), p1072
(1988) proposes an ion source in which many antennas are installed along the inner wall of the chamber and twice as many permanent magnets are installed on the outer wall of the chamber. FIG. 4 shows a schematic perspective view of this. Adjacent permanent magnets are arranged so that their polarities are opposite to each other and generate a cusp magnetic field. Many antennas are within the range of this cusp magnetic field and satisfy the microwave resonance condition in a narrow range. That is, it is 875 Gauss in a narrow range near the antenna. This ion source chamber is a multi-cusp type. The power of each antenna can be adjusted independently. Since a large number of antennas are provided inside the chamber, the efficiency of plasma generation is high. However, in the central part of the chamber, microwaves are less absorbed by the plasma.
This is because the cusp magnetic field does not reach the central part of the chamber, so that the resonance condition is not satisfied even if the microwave power density is high.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】多数のアンテナを使う
Pichotの装置は、制御の自由度が高くプラズマの
分布条件を自由に決められ、チャンバ壁の近傍までプラ
ズマの密度を高めることができる等の長所を有する。し
かしこれは大掛かりな装置となる。導波管をもちいるも
のとこの点では変わらない。マイクロ波パワ−を運ぶ機
能において、アンテナは導波管には及ばない。しかしア
ンテナを用いると装置をより小型にすることができる。
その場合でもより小型化するためにはアンテナの数は少
ない方が良い。もしも図4の装置で、1本だけのアンテ
ナを使おうとすると、中央に1本のアンテナが存在する
ことになる。しかしこうすると、カスプ磁場からアンテ
ナが離れてしまう。カスプ磁場を用いてマイクロ波共鳴
を起こさせるということができない。
The apparatus of Pichot which uses a large number of antennas has a high degree of freedom of control, the distribution condition of plasma can be freely determined, and the density of plasma can be increased up to the vicinity of the chamber wall. It has advantages. However, this is a large-scale device. This is the same as the one using a waveguide. In the function of carrying microwave power, the antenna does not reach the waveguide. However, using an antenna allows the device to be made smaller.
Even in that case, it is preferable that the number of antennas is small in order to further reduce the size. If only one antenna is used in the device of FIG. 4, there will be one antenna in the center. However, this leaves the antenna away from the cusp field. It is not possible to generate microwave resonance using a cusp magnetic field.

【0007】翻って考えてみれば、カスプ磁場はプラズ
マの閉じ込めにのみ利用されるということが多く、これ
をECR条件(マイクロ波共鳴吸収条件)を満たすよう
に用いるということが珍しいのである。通常ECR条件
を与えるためにはチャンバの外周に大きいコイルを設置
してチャンバの中央部に875ガウスの領域を作り出
す。これは前述した通りである。チャンバ外周にコイル
を設けることによってチャンバの内部にECR条件を生
成するのはECRプラズマCVD法、ECRプラズマエ
ッチング法などにおいて常套手段であると言って良い。
導波管を用いてマイクロ波をチャンバに導入する形式の
装置では例外無く外部コイルによっている。
In other words, the cusp magnetic field is often used only for confining the plasma, and it is rare to use it so as to satisfy the ECR condition (microwave resonance absorption condition). To provide the usual ECR conditions, a large coil is placed around the circumference of the chamber to create an area of 875 Gauss in the center of the chamber. This is as described above. It can be said that it is a conventional means in the ECR plasma CVD method, the ECR plasma etching method, etc. to generate the ECR condition inside the chamber by providing the coil on the outer circumference of the chamber.
An external coil is used without exception in a device in which microwaves are introduced into the chamber using a waveguide.

【0008】本発明はアンテナを用いてマイクロ波をチ
ャンバに導入するタイプのイオン源に関するが、アンテ
ナの場合は導波管の場合よりも小型にするのに向いてい
るという長所がある。もしもチャンバの外周にコイルを
設けると小型化という長所が無くなってしまう。コイル
を設けることなくチャンバの内部にマイクロ波共鳴条件
を満足する磁場を発生させたい。
The present invention relates to an ion source of the type in which microwaves are introduced into a chamber by using an antenna, but an advantage of the antenna is that it is suitable for making it smaller than that of a waveguide. If a coil is provided on the outer circumference of the chamber, the advantage of downsizing is lost. We want to generate a magnetic field that satisfies the microwave resonance condition inside the chamber without providing a coil.

【0009】またコイルによる磁場はこれを維持するた
めに多大の電力を必要とする。経済的な面でもコイルは
避けたいものである。マイクロ波共鳴というが共鳴条件
下においてエネルギ−を供給するのは磁場ではなく、マ
イクロ波である。したがって永久磁石によってマイクロ
波共鳴条件(サイクロトロン共鳴条件)を作り出しても
良い筈である。現に先述のPichotもそのような考
えからチャンバ外の磁石で875ガウスの共鳴磁場を発
生させている。しかし外部の磁石ではチャンバの内部奥
深くにおよぶ共鳴磁場を作り出すことはできない。この
ような難点を解決し、アンテナを用いた小型でマイクロ
波共鳴を可能としたイオン源用のアンテナを提供するこ
とが本発明の目的である。
The magnetic field generated by the coil requires a large amount of electric power to maintain the magnetic field. From a financial perspective, we want to avoid coils. Microwave resonance is not the magnetic field but the microwave that supplies the energy under the resonance condition. Therefore, the microwave resonance condition (cyclotron resonance condition) should be created by the permanent magnet. Actually, the above-mentioned Pichot also generates a resonance magnetic field of 875 Gauss by the magnet outside the chamber based on such an idea. However, an external magnet cannot create a resonant magnetic field deep inside the chamber. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems and provide a compact antenna using an antenna for an ion source capable of microwave resonance.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明のイオン源用アン
テナはその内部に永久磁石を組込みこれによってアンテ
ナの近傍にマイクロ波共鳴条件(ECR条件)を満足す
る磁場を発生させるものである。従来のアンテナは永久
磁石を持たないが、本発明のアンテナは内部に自身の永
久磁石を持つ。アンテナはマイクロ波を周囲に放射する
と同時に磁場を周囲に形成する。両者がマイクロ波共鳴
条件を満足するのでプラズマの生成が促進される。
The ion source antenna of the present invention has a permanent magnet incorporated therein to generate a magnetic field satisfying the microwave resonance condition (ECR condition) in the vicinity of the antenna. While the conventional antenna does not have a permanent magnet, the antenna of the present invention has its own permanent magnet inside. The antenna radiates microwaves to the surroundings and at the same time creates a magnetic field in the surroundings. Since both satisfy the microwave resonance condition, plasma generation is promoted.

【0011】[0011]

【作用】本発明のアンテナは自身に永久磁石を持つの
で、マイクロ波をチャンバ内部に導入すると同時に、近
傍に強い磁場を発生できる。原料ガスから電子が放出さ
れると電子はこの磁場の作用でサイクロトロン運動をす
る。この周期がマイクロ波の周期に合致するようにして
いるので電子が加速されてより強い衝撃力でガス分子に
衝突する。このため中性原子からのプラズマの生成効率
が高揚する。このような構造の利点は、マイクロ波の強
度の大きい領域と磁場の強度の大きい領域が合致すると
いうことである。どちらもアンテナから生ずるのである
からアンテナの近傍で両者の強度が大きくなる。従って
磁場をマイクロ波吸収のために有効に利用できる。つま
り共鳴吸収領域が広くなるのである。さらにチャンバの
外周部に大きいコイルを不要とする。マイクロ波を導入
する手段がアンテナであることと相まって装置を小型に
することができる。
Since the antenna of the present invention has its own permanent magnet, it can generate a strong magnetic field in the vicinity while introducing microwaves into the chamber. When electrons are emitted from the raw material gas, the electrons make a cyclotron motion by the action of this magnetic field. Since this cycle matches the cycle of microwaves, electrons are accelerated and collide with gas molecules with a stronger impact force. Therefore, the efficiency of plasma generation from neutral atoms is enhanced. The advantage of such a structure is that the region where the microwave intensity is high and the region where the magnetic field intensity is high match. Since both are generated from the antenna, the strength of both increases near the antenna. Therefore, the magnetic field can be effectively used for microwave absorption. That is, the resonance absorption region becomes wider. Furthermore, a large coil is not required on the outer peripheral portion of the chamber. Combined with the fact that the means for introducing microwaves is an antenna, the device can be made compact.

【0012】[0012]

【実施例】図1は本発明の実施例に係るイオン源用マイ
クロ波アンテナの断面図である。マグネトロン1はマイ
クロ波を発生する装置である。これは例えば2.45G
Hzのマイクロ波を発生する。マイクロ波は導波管を通
ることなく、接続導体2と、外部導体4に出力される。
これは同軸ケ−ブルと同じ伝搬の態様である。接続導体
2は本発明のアンテナ3に電気的に接続される。アンテ
ナ3は細長い管状の金属部材である。内部に二重管にな
った冷却水の通路があり、冷却水を通すことができるよ
うになっている。冷却水入口5から冷却水が入り中心部
を降下し下端に至る。ここで反転しより外周の領域を上
昇する。そして上部側方の冷却水出口6から排出され
る。下方においてセラミックスペーサ7がアンテナ3を
支持している。外部導体4はフランジ8を介して放電チ
ャンバ10の外壁に取り付けられる。フランジ8と放電
チャンバ10の穴を通してアンテナ3が放電チャンバ内
に差し込まれている。フランジ8と放電チャンバ10の
間には、Oリング9が設けてある。
1 is a sectional view of a microwave antenna for an ion source according to an embodiment of the present invention. The magnetron 1 is a device that generates microwaves. This is 2.45G, for example
Generates microwave at Hz. The microwave is output to the connection conductor 2 and the outer conductor 4 without passing through the waveguide.
This is the same mode of propagation as a coaxial cable. The connection conductor 2 is electrically connected to the antenna 3 of the present invention. The antenna 3 is an elongated tubular metal member. There is a double-walled cooling water passage inside, which allows cooling water to pass through. Cooling water enters from the cooling water inlet 5 and descends through the central portion to reach the lower end. Here, it is inverted and the outer peripheral region is raised. Then, it is discharged from the cooling water outlet 6 on the upper side. The ceramic spacer 7 supports the antenna 3 below. The outer conductor 4 is attached to the outer wall of the discharge chamber 10 via a flange 8. The antenna 3 is inserted into the discharge chamber through the holes in the flange 8 and the discharge chamber 10. An O-ring 9 is provided between the flange 8 and the discharge chamber 10.

【0013】本発明において重要なことはアンテナの内
部に永久磁石11が設けられるということである。アン
テナ3の下方には磁石ケ−ス12があってこの内部に永
久磁石11が内蔵される。放電チャンバ10は真空にひ
くことの出来る空間である。ここに原料ガスがガス入口
(図示せず)から導入される。マグネトロン1で発生し
たマイクロ波は接続導体2を経由してアンテナ3に至
る。アンテナ3と外部導体4によってマイクロ波のパワ
−が放電チャンバ10の内部に導入される。マイクロ波
はアンテナを伝わって放電チャンバの内部に入る。そし
て放電チャンバ10の内部のガスを電離しプラズマとす
る。マイクロ波のためにガスから出た電子が振動する。
この電子が中性の原子に衝突してこれを電離するのであ
る。この際に永久磁石11がアンテナ3の周囲に比較的
強い磁場を形成している。アンテナの近傍にマイクロ波
共鳴条件f=qB/2πmを満足する領域が存在する。
ここでfはマイクロ波の周波数、qは電子電荷、mは電
子質量である。fが2.45GHzであれば、これを満
たす磁束密度はB=875ガウスである。
What is important in the present invention is that the permanent magnet 11 is provided inside the antenna. Below the antenna 3, there is a magnet case 12 in which a permanent magnet 11 is built. The discharge chamber 10 is a space that can be evacuated. A raw material gas is introduced here through a gas inlet (not shown). The microwave generated by the magnetron 1 reaches the antenna 3 via the connecting conductor 2. The microwave power is introduced into the discharge chamber 10 by the antenna 3 and the outer conductor 4. The microwave travels through the antenna and enters the interior of the discharge chamber. Then, the gas inside the discharge chamber 10 is ionized into plasma. Electrons emitted from gas vibrate due to microwaves.
This electron collides with a neutral atom and ionizes it. At this time, the permanent magnet 11 forms a relatively strong magnetic field around the antenna 3. A region that satisfies the microwave resonance condition f = qB / 2πm exists near the antenna.
Here, f is the microwave frequency, q is the electronic charge, and m is the electronic mass. If f is 2.45 GHz, the magnetic flux density satisfying this is B = 875 Gauss.

【0014】マイクロ波共鳴条件が満足される領域では
電子の動きが強力になり原料ガスを強く励起する。プラ
ズマ生成の効率が向上する。図2はアンテナ下部の横断
面図である。永久磁石11はこの例では隣接磁石間で極
性が反転するように並べてある。磁力線は隣接磁石の外
面から外面へと円弧状に形成される。磁場の存在する適
当な部分に於いてマイクロ波共鳴条件が満たされる。こ
の条件から少し外れていても電子の運動が磁場によって
やはりガスの励起は盛んになる。永久磁石の配置、個数
は任意である。図3は他の永久磁石の配置例を示す横断
面図である。ここでは永久磁石が周方向に磁極を持つ。
磁力線は一方の端面から出て、他方の端面に至る。これ
らの他にも永久磁石の配置が考えられる。
In the region where the microwave resonance condition is satisfied, the movement of electrons becomes strong and the source gas is strongly excited. The efficiency of plasma generation is improved. FIG. 2 is a cross-sectional view of the lower part of the antenna. In this example, the permanent magnets 11 are arranged so that the polarities are reversed between the adjacent magnets. The magnetic force lines are formed in an arc shape from the outer surface of the adjacent magnet to the outer surface. Microwave resonance conditions are met in the appropriate portions of the magnetic field. Even if it deviates from this condition a little, the electron's motion excites the gas due to the magnetic field. Arrangement and number of permanent magnets are arbitrary. FIG. 3 is a cross-sectional view showing an arrangement example of another permanent magnet. Here, the permanent magnet has magnetic poles in the circumferential direction.
The magnetic lines of force exit from one end face and reach the other end face. In addition to these, arrangement of permanent magnets is also conceivable.

【0015】もしも、チャンバの外周にコイルを設ける
ようにした従来のECRプラズマ装置であれば、コイル
電流をかなり大きくしなければならない。そうでなけれ
ばチャンバの中央部の磁場をマイクロ波共鳴条件を満足
するように大きくはできない。コイルが作る磁場はチャ
ンバの内部全体に遍く及び磁場エネルギ−が大きくなら
ざるをえないからである。本発明であればマイクロ波を
伝達するアンテナ自身に永久磁石を取り付けているので
永久磁石が形成するべき磁場はアンテナの近傍の狭い領
域に及べば良い。このために小型の永久磁石を利用する
ことができる。
In the case of the conventional ECR plasma device in which the coil is provided on the outer circumference of the chamber, the coil current must be considerably increased. Otherwise, the magnetic field in the central part of the chamber cannot be increased to satisfy the microwave resonance condition. This is because the magnetic field created by the coil is inevitable throughout the interior of the chamber and the magnetic field energy must be large. In the present invention, since the permanent magnet is attached to the antenna itself that transmits microwaves, the magnetic field to be formed by the permanent magnet has only to reach a narrow area near the antenna. Therefore, a small permanent magnet can be used.

【0016】さらに効率ということを考えても、マイク
ロ波密度が最も高いアンテナの近傍でマイクロ波共鳴条
件が満足されるというのが最も望ましいのである。本発
明はこの要求をも満たすことができる。コイルによって
チャンバの内部に縦磁場を発生させるものでは、チャン
バの中央ではなく周辺部に最も磁場の強い領域が生ずる
がここでマイクロ波共鳴条件を満たすようにするとマイ
クロ波の密度が低いから効率的でない。そうではなく、
チャンバの中央部でマイクロ波共鳴条件を満たすものと
すれば周辺部での磁場はもっと大きいので余分の電力が
必要になる。
From the viewpoint of efficiency, it is most desirable that the microwave resonance condition is satisfied in the vicinity of the antenna having the highest microwave density. The present invention can also meet this need. When a longitudinal magnetic field is generated inside the chamber by a coil, a region with the strongest magnetic field occurs in the peripheral part of the chamber instead of the center, but if the microwave resonance condition is satisfied here, the microwave density is low and it is efficient. Not. Instead,
If the microwave resonance condition is satisfied in the central portion of the chamber, the magnetic field in the peripheral portion is larger, so extra power is required.

【0017】[0017]

【発明の効果】本発明は永久磁石を内蔵するアンテナを
用いてマイクロ波をチャンバの内部に導入する。マイク
ロ波強度の強いチャンバの中央部に局所的な強い磁場を
形成できマイクロ波共鳴条件を満足できるようにでき
る。マイクロ波により電子が強く加速され、原料ガスを
活発に励起することができる。ために高密度のプラズマ
を生成することができる。小型であってしかも高性能の
イオン源を与えることができる。アンテナの内部に永久
磁石を組込むことは簡単である。永久磁石の端面磁場強
度はあまり大きくなくてよい。磁場が遠く迄及ぶ必要が
ないからである。
According to the present invention, the microwave is introduced into the chamber by using the antenna having the built-in permanent magnet. A strong local magnetic field can be formed in the central portion of the chamber where the microwave intensity is strong, so that the microwave resonance condition can be satisfied. Electrons are strongly accelerated by the microwave, and the source gas can be actively excited. Therefore, high-density plasma can be generated. A compact and high-performance ion source can be provided. It is easy to incorporate a permanent magnet inside the antenna. The end face magnetic field strength of the permanent magnet does not need to be very high. This is because the magnetic field does not have to extend far.

【0018】マイクロ波の伝搬に導波管を用いると大き
いマイクロ波のパワ−を伝搬できる。同軸構造のアンテ
ナ、外部導体を用いる構造では最大200W程度のパワ
−しか伝送できない。しかしアンテナを用いると構造が
単純化されるので小型になる。アンテナをチャンバの内
部へ取り付けるからこれが永久磁石の支持具となりう
る。これが大きな利点である。導波管を用いるものでは
チャンバの内部に支持具となりうるものがないので永久
磁石を簡単に取り付けることができない。もちろん導波
管を用いるタイプでも永久磁石をチャンバ内部に懸垂支
持できるであろう。しかし永久磁石はプラズマで加熱さ
れるから冷却しなければならない。すると冷却機構も追
加しなければならないであろう。アンテナには初めから
冷却機構が内蔵されていてこれで永久磁石を冷却できる
ので新たに冷却機構が要らない。
When a waveguide is used for microwave propagation, a large microwave power can be propagated. A coaxial antenna and a structure using an external conductor can transmit only a maximum power of about 200W. However, the use of an antenna simplifies the structure and reduces the size. Since the antenna is mounted inside the chamber, it can serve as a support for the permanent magnet. This is a great advantage. In the case of using the waveguide, there is nothing that can serve as a support inside the chamber, so that the permanent magnet cannot be easily attached. Of course, the type using the waveguide could also suspend and support the permanent magnet inside the chamber. However, the permanent magnet is heated by plasma and must be cooled. Then a cooling mechanism would have to be added. Since the antenna has a built-in cooling mechanism from the beginning and this can cool the permanent magnet, no new cooling mechanism is required.

【0019】コイルでマイクロ波共鳴条件を満たそうと
すると常時電力が必要である。しかし本発明では永久磁
石を用いるから電力は不要である。プラズマ発生のため
のエネルギ−を節減することが出来る。本発明はアンテ
ナに永久磁石を組込むだけの簡単な構造でプラズマの生
成効率を上昇させることができる。外周にコイルを設置
する必要がない。バケット型、カウフマン型等任意のイ
オン源に適用することができる。
Electric power is always required to satisfy the microwave resonance condition with the coil. However, in the present invention, since a permanent magnet is used, electric power is unnecessary. Energy for generating plasma can be saved. The present invention can increase the plasma generation efficiency with a simple structure in which a permanent magnet is incorporated in the antenna. There is no need to install a coil on the outer circumference. It can be applied to any ion source such as a bucket type and a Kauffman type.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例に係るイオン源マイクロ波アン
テナの縦断面図。
FIG. 1 is a vertical sectional view of an ion source microwave antenna according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のアンテナの端部の横断面図。2 is a cross-sectional view of an end portion of the antenna of FIG.

【図3】他の永久磁石の配置を示すアンテナ端部の縦断
面図。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of an antenna end portion showing another arrangement of permanent magnets.

【図4】M.Pichotらによる多数のアンテナを用いるイオ
ン源の斜視図。
FIG. 4 is a perspective view of an ion source using multiple antennas by M. Pichot et al.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マグネトロン 2 接続導体 3 アンテナ 4 外部導体 5 冷却水入口 6 冷却水出口 7 セラミックスペ−サ 8 フランジ 9 Oリング 10 チャンバ 11 永久磁石 12 磁石ケ−ス 1 Magnetron 2 Connection Conductor 3 Antenna 4 Outer Conductor 5 Cooling Water Inlet 6 Cooling Water Outlet 7 Ceramics Spacer 8 Flange 9 O-ring 10 Chamber 11 Permanent Magnet 12 Magnet Case

フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05H 1/46 9014−2G Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H05H 1/46 9014-2G

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マグネトロンに接続され、イオン源チャ
ンバの外から内部に挿入され、イオン源チャンバの内部
にマイクロ波を導入する棒状のアンテナであって、内部
に冷却水の通路と永久磁石を有し、前記永久磁石はイオ
ン源チャンバの内部にマイクロ波共鳴条件を満たす磁場
を発生するようにしたことを特徴とするイオン源用マイ
クロ波アンテナ。
1. A rod-shaped antenna that is connected to a magnetron and is inserted from the outside of the ion source chamber into the inside of the ion source chamber and introduces microwaves into the ion source chamber. The antenna has a cooling water passage and a permanent magnet inside. A microwave antenna for an ion source, wherein the permanent magnet generates a magnetic field satisfying a microwave resonance condition inside the ion source chamber.
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