JPH06223998A - Contactless plasma form control device - Google Patents

Contactless plasma form control device

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Publication number
JPH06223998A
JPH06223998A JP50A JP1041093A JPH06223998A JP H06223998 A JPH06223998 A JP H06223998A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 1041093 A JP1041093 A JP 1041093A JP H06223998 A JPH06223998 A JP H06223998A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
control device
vacuum container
magnetic field
shape control
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP50A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuhiro Yoshida
光宏 吉田
Mitsuo Kato
光雄 加藤
Toshiaki Katsura
敏明 桂
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.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication of JPH06223998A publication Critical patent/JPH06223998A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a contactless plasma form control device of a contactless type at a low cost which can be large-sized. CONSTITUTION:A Helmholtz coil 3 comprising a pair of circular coils to form a uniform magnetic field B by supplying a current to the circular coils, and a quadrupole field E are formed around a vacuum container 1 as a passage of plasma 1. Four electrodes 6 to form a thin sheet of the plasma 1 are fixed by EXB drift motion generated at the quadrupole field E.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、非接触プラズマ形状制
御装置に関し、大面積プロセス用プラズマ発生装置、リ
ニア型イオン銃、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が考えられ、特に近年、エッチン
グ、スパッター装置等、効率よく短時間で処理を行う必
要性が求められている装置に適用して有用なものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-contact plasma shape control device, and is considered to be applicable to general devices using plasma such as a plasma generator for a large area process, a linear ion gun, and a plasma accelerator. In recent years, it is useful when applied to an apparatus, such as an etching or sputtering apparatus, which is required to perform processing efficiently in a short time.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、プラズマを工業的に効率よく利用
するため、面上や線上にプラズマを一様に照射するよう
前記プラズマの形状を円柱状から、その横断面の厚さを
薄くシート状にする、すなわちシート化することが必要
とされている。また加工用レーザにおいても効率的なシ
ート化の要求が高まっている。その他にもプラズマをシ
ート化してその表面積を大きくし、高速に同位体を分離
する同位体分離器や、シート化したプラズマ内で電子を
素早く加速する小型SORでも、プラズマをシート化す
る必要性が高い。
2. Description of the Related Art In recent years, in order to efficiently use plasma industrially, the shape of the plasma is changed from a cylindrical shape so that the plasma is uniformly irradiated on a surface or a line, and the thickness of its cross section is reduced to a sheet shape. That is, it is necessary to make a sheet. In addition, there is an increasing demand for efficient sheeting for processing lasers. In addition, there is a need to make plasma into a sheet by using an isotope separator that separates isotopes at high speed by making plasma into a sheet to increase its surface area and a small SOR that accelerates electrons in the sheeted plasma quickly. high.

【0003】このような必要性から、プラズマをシート
化するためにプラズマ形状制御装置が用いられている。
Due to such a need, a plasma shape control device is used to form plasma into a sheet.

【0004】図4及び図5は、従来技術に係るプラズマ
形状制御装置の縦断面図である。このうち図4に示すプ
ラズマ形状制御装置は、金属リミッターを用いた接触タ
イプのプラズマ形状制御装置(以下これを接触プラズマ
制御装置という)であり、図5に示すプラズマ形状制御
装置は、コイルまたは永久磁石を用いた非接触タイプの
プラズマ形状制御装置(以下これを非接触プラズマ形状
制御装置という)である。
4 and 5 are longitudinal sectional views of a plasma shape control device according to the prior art. Among them, the plasma shape control device shown in FIG. 4 is a contact type plasma shape control device using a metal limiter (hereinafter referred to as a contact plasma control device), and the plasma shape control device shown in FIG. 5 is a coil or a permanent magnet. It is a non-contact type plasma shape control device using a magnet (hereinafter referred to as a non-contact plasma shape control device).

【0005】図4に示すように前記接触プラズマ形状制
御装置は、真空容器2、ヘルムホルツコイル3及び金属
リミッター12を有する。これらのうち、真空容器2
は、円筒状の真空容器であって、プラズマ源(図示せ
ず)から引き出されたプラズマ1の通路である。
As shown in FIG. 4, the contact plasma shape control device has a vacuum container 2, a Helmholtz coil 3 and a metal limiter 12. Of these, the vacuum container 2
Is a cylindrical vacuum container, which is a passage for the plasma 1 drawn from a plasma source (not shown).

【0006】ヘルムホルツコイル3は、真空容器2の外
周部に固定された1対の円形コイルである。これら1対
の円形コイルは、半径が等しく、真空容器2の軸方向
に、前記半径と同じ距離Lだけ離れて設けられている。
このヘルムホルツコイル3は、前記円形コイルの各々に
対し、同じ向きに同じ大きさの電流を流すと、軸方向に
沿った一様磁場Bを真空容器2の内部に形成する。
The Helmholtz coils 3 are a pair of circular coils fixed to the outer periphery of the vacuum container 2. The pair of circular coils have the same radius, and are provided in the axial direction of the vacuum container 2 with a distance L equal to the radius.
The Helmholtz coil 3 forms a uniform magnetic field B along the axial direction inside the vacuum container 2 when a current of the same magnitude is applied to each of the circular coils in the same direction.

【0007】金属リミッター12は、中央部にスリット
12aを有する金属の円板であって、プラズマ1がスリ
ット12aを通過するよう真空容器2の内部に固定され
ている。
The metal limiter 12 is a metal disk having a slit 12a in the center thereof, and is fixed inside the vacuum container 2 so that the plasma 1 passes through the slit 12a.

【0008】上記、接触プラズマ形状制御装置によれ
ば、ヘルムホルツコイル3によって形成された一様の磁
場Bによってプラズマ1がプラズマ源から矢印5の方向
に引き出され、真空容器2の内部に閉じ込められる。そ
の後、プラズマ1は、矢印5の方向に流れるが、途中に
ある金属リミッター12のスリット12aを通過する際
に薄くシート化される。
According to the above-mentioned contact plasma shape control device, the plasma 1 is extracted from the plasma source in the direction of arrow 5 by the uniform magnetic field B formed by the Helmholtz coil 3, and is confined inside the vacuum container 2. After that, the plasma 1 flows in the direction of the arrow 5, but is thinned into a sheet when passing through the slit 12a of the metal limiter 12 in the middle.

【0009】次に図5に示す非接触プラズマ形状制御装
置は、真空容器2、ヘルムホルツコイル3及びコイルま
たは永久磁石13を有する。このうち真空容器2及びヘ
ルムホルツコイル3は、図4に示す接触プラズマ制御装
置の真空容器2及びヘルムホルツコイル3と同様であ
る。
Next, the non-contact plasma shape controller shown in FIG. 5 has a vacuum container 2, a Helmholtz coil 3 and a coil or permanent magnet 13. Among them, the vacuum container 2 and the Helmholtz coil 3 are the same as the vacuum container 2 and the Helmholtz coil 3 of the contact plasma control device shown in FIG.

【0010】コイルまたは永久磁石13は、真空容器2
の外周部に固定され、真空容器2の内部にカスプ磁場B
2 を形成する。
The coil or the permanent magnet 13 is used for the vacuum container 2
The cusp magnetic field B is fixed to the outer peripheral part of the
Form 2 .

【0011】上記非接触プラズマ形状制御装置によれ
ば、プラズマ源から引き出されたプラズマ1は、真空容
器2の内部を矢印5の方向に流れるが、コイルまたは永
久磁石13が固定された部分を通過する際、カスプ磁場
2 によって薄くシート化される。
According to the above non-contact plasma shape control device, the plasma 1 drawn from the plasma source flows in the vacuum container 2 in the direction of the arrow 5, but passes through the portion where the coil or the permanent magnet 13 is fixed. In doing so, a thin sheet is formed by the cusp magnetic field B 2 .

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上述の如き従来技術に
係るプラズマ形状制御装置のうち、接触プラズマ形状制
御装置は、プラズマ1が直接金属リミッター12に接触
するため、この金属リミッター12においてプラズマ1
のロスが大きく、しかもプラズマ粒子が金属リミッター
12の表面をスパッターすることによるプラズマの汚染
が発生するという問題点がある。
Among the plasma shape control devices according to the prior art as described above, in the contact plasma shape control device, since the plasma 1 directly contacts the metal limiter 12, the plasma 1 is controlled by the metal limiter 12.
However, there is a problem in that plasma particles are sputtered on the surface of the metal limiter 12 to cause plasma contamination.

【0013】非接触プラズマ形状制御装置では、非接触
でプラズマ1をシート化できるものの、装置の大型化に
伴って、カスプ磁場B2 を形成するため、コイル13に
数+Aから数百Aの大電流を流すことが必要となり、こ
のため容量の大きな電源が必要となる。また永久磁石1
3によってカスプ磁場B2 を形成する場合にもやはり装
置の大型化に伴い大きくて強力な永久磁石が必要とな
る。何れにしても装置のコストがかなり高くなるという
問題点がある。
In the non-contact plasma shape control device, the plasma 1 can be formed into a sheet in a non-contact manner, but since the cusp magnetic field B 2 is formed with the increase in size of the device, the coil 13 has a large size of several + A to several hundred A. It is necessary to pass a current, which requires a power source with a large capacity. Permanent magnet 1
In the case of forming the cusp magnetic field B 2 by 3 as well, a large and strong permanent magnet is required as the device becomes larger. In any case, there is a problem that the cost of the device becomes considerably high.

【0014】本発明は、上記従来技術に鑑み、非接触タ
イプであって、しかも低コストで装置の大型化が可能な
非接触プラズマ形状制御装置を提供することを目的とす
る。
In view of the above-mentioned prior art, it is an object of the present invention to provide a non-contact type plasma shape control apparatus which is a non-contact type and which can be made large in size at low cost.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、磁場
(E)中のプラズマが電場(E)によってE×Bドリフ
ト速度を持ち、その速度方向に前記プラズマが変形され
る事実を見いだした。本発明は、かかる知見に基づくも
のである。すなわち、上記目的を達成する本発明の構成
は、プラズマの通路である真空容器と、該真空容器の外
周部に固定され、その内部に軸方向に沿って一様の磁場
(B)を形成するヘルムホルツコイルと、前記真空容器
の外周部に固定され、その内部に電場(E)を形成し、
前記プラズマに対しE×Bドリフト運動を生起せしめる
電極とを有することを特徴とする。
The present inventors have found that plasma in a magnetic field (E) has an E × B drift velocity due to an electric field (E), and the plasma is deformed in the velocity direction. . The present invention is based on such findings. That is, the structure of the present invention that achieves the above object is fixed to the vacuum container that is the passage of the plasma and the outer peripheral portion of the vacuum container, and forms a uniform magnetic field (B) inside the vacuum container along the axial direction. The Helmholtz coil and the outer periphery of the vacuum container are fixed, and an electric field (E) is formed inside the coil.
And an electrode that causes an E × B drift motion with respect to the plasma.

【0016】[0016]

【作用】上記構成の本発明によれば、ヘルムホルツコイ
ルによって形成された一様の磁場(B)によりプラズマ
源から引き出されたプラズマが真空容器内を流れる。そ
の後前記プラズマは、電極によって形成された電場
(E)を通過するが、その際前記プラズマに対しE×B
ドリフト運動が生起される。その結果前記プラズマは、
薄くシート化される。
According to the present invention having the above structure, the plasma drawn from the plasma source by the uniform magnetic field (B) formed by the Helmholtz coil flows in the vacuum chamber. The plasma then passes through an electric field (E) formed by the electrodes, whereupon E × B with respect to the plasma.
Drift movement is generated. As a result, the plasma is
It is made into a thin sheet.

【0017】[0017]

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。なお、従来技術と同様の部分には同一の符号を
付し、重複する説明は省略する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. The same parts as those in the conventional technique are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

【0018】図1は、本発明の実施例に係る非接触プラ
ズマ形状制御装置の説明図である。同図に示すように本
発明の実施例に係る非接触プラズマ形状制御装置は、真
空容器2、ヘルムホルツコイル3及び4個の電極6を有
する。
FIG. 1 is an explanatory view of a non-contact plasma shape control device according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the non-contact plasma shape control device according to the embodiment of the present invention includes a vacuum container 2, a Helmholtz coil 3 and four electrodes 6.

【0019】これらのうち、4個の電極6は、何れも真
空容器2の外周部に固定されている。また、各々の電極
6には、電源(図示せず)から所定の極性(具体的には
後述する)を有するよう電圧が印加される。こうして4
個の電極6は、真空容器2の内部に四重極電場Eを形成
する。
Of these, all four electrodes 6 are fixed to the outer peripheral portion of the vacuum container 2. Further, a voltage is applied to each electrode 6 from a power source (not shown) so as to have a predetermined polarity (specifically described later). Thus 4
The individual electrodes 6 form a quadrupole electric field E inside the vacuum container 2.

【0020】図2は、図1のA−A線矢視断面であっ
て、四重極電場Eの電気力線の状態及びE×Bドリフト
運動の方向を示した説明図である。また図3は、真空容
器2及びヘルムホルツコイル3を省略した、図1のA−
A線矢視断面であって、E×Bドリフト運動の方向及び
プラズマ1がシート化された状態を示した説明図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, showing the state of the lines of electric force of the quadrupole electric field E and the direction of the E × B drift motion. Further, FIG. 3 shows the A- of FIG. 1 in which the vacuum container 2 and the Helmholtz coil 3 are omitted.
It is an A line arrow cross section, and is an explanatory view showing the direction of ExB drift motion and the state where plasma 1 was made into a sheet.

【0021】図2に示すように4個の電極6は、極性が
図の右上から順に時計廻りに+、−、+、−となるよう
電圧が印加されている。従って4個の電極6は、+の各
電極から−の各電極へ向う電気力線8を有する四重極電
場Eを形成する。このため図3に示すようにプラズマ1
は、四重極電場Eにおいて矢印9の方向に(電場強度)
/(磁場強度)で決まるドリフト速度を有するE×Bド
リフト運動を生起し、その結果薄くシート化される。な
おシート化されたプラズマ1の幅11は、前記電場強度
の値によって調整することができる。
As shown in FIG. 2, a voltage is applied to the four electrodes 6 such that the polarities thereof are +, −, +, − in the clockwise order from the upper right of the figure. Therefore, the four electrodes 6 form a quadrupole electric field E having lines of electric force 8 directed from each of the + electrodes to each of the − electrodes. Therefore, as shown in FIG.
In the direction of arrow 9 in the quadrupole electric field E (electric field strength)
/ (B) causes an E × B drift motion having a drift velocity determined by (magnetic field strength), resulting in a thin sheet. The width 11 of the sheet-shaped plasma 1 can be adjusted by the value of the electric field strength.

【0022】また装置の大型化に対しては、電極を大き
くし、電流を流すことなく電圧を上げることで対応でき
る。
The size of the device can be increased by enlarging the electrodes and increasing the voltage without passing a current.

【0023】上記実施例によれば、一様磁場Bによって
プラズマ源から引き出されたプラズマ1は、真空容器2
の内部を矢印5の方向に流れるが、4個の電極6によっ
て形成された四重極電場Eを通過する際、E×Bドリフ
ト運動を生起し、薄くシート化される。
According to the above embodiment, the plasma 1 extracted from the plasma source by the uniform magnetic field B is stored in the vacuum chamber 2
Flows in the direction of the arrow 5 inside, and when passing through the quadrupole electric field E formed by the four electrodes 6, an E × B drift motion is generated and a thin sheet is formed.

【0024】なお真空容器2は、上記実施例のような円
筒状のものに限定する必要はない。
The vacuum container 2 need not be limited to the cylindrical one as in the above embodiment.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明したよ
うに、本発明は、電場Eによってプラズマをシート化す
る非接触タイプである。従って金属リミッターを用いた
場合のようにプラズマの汚染を生起することがない。ま
た電極間に電流を流さないため電力消費がなく、このた
めカスプ磁場を用いる場合のように容量の大きな電源を
必要とすることがない。従って従来のプラズマ形状制御
装置に比べてコスト的に有利であり、低コストで装置の
大型化が可能である。
As described above in detail with reference to the embodiments, the present invention is a non-contact type in which plasma is formed into a sheet by the electric field E. Therefore, unlike the case where the metal limiter is used, plasma contamination does not occur. In addition, since no current flows between the electrodes, there is no power consumption, and therefore, there is no need for a large-capacity power source as in the case of using a cusp magnetic field. Therefore, it is advantageous in cost as compared with the conventional plasma shape control device, and the size of the device can be increased at low cost.

【0026】また、カスプ磁場のような他の磁場がない
ため、一様磁場Bの乱れがなく、このためプラズマを効
率良く閉じ込めることが可能である。
Further, since there is no other magnetic field such as the cusp magnetic field, there is no disturbance of the uniform magnetic field B, so that the plasma can be efficiently confined.

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

【図1】本発明の実施例に係る非接触プラズマ形状制御
装置の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a non-contact plasma shape control device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A線矢視断面であって、四重極電場
Eの電気力線の状態及びE×Bドリフト運動の方向を示
した説明図である。
2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 and is an explanatory view showing a state of electric lines of force of a quadrupole electric field E and a direction of E × B drift motion.

【図3】真空容器2及びヘルムホルツコイル3を省略し
た、図1のA−A線矢視断面であって、E×Bドリフト
運動の方向及びプラズマ1がシート化された状態を示し
た説明図である。
3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 in which a vacuum container 2 and a Helmholtz coil 3 are omitted, and an explanatory view showing a direction of E × B drift motion and a state in which a plasma 1 is formed into a sheet. Is.

【図4】従来技術に係る接触プラズマ形状制御装置の縦
断面図である。
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of a contact plasma shape control device according to a conventional technique.

【図5】従来技術に係る非接触プラズマ形状制御装置の
縦断面図である。
FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of a non-contact plasma shape control device according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマ 2 真空容器 3 ヘルムホルツコイル 6 電極 B 一様磁場 E 四重極電場 1 plasma 2 vacuum container 3 Helmholtz coil 6 electrode B uniform magnetic field E quadrupole electric field

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマの通路である真空容器と、 該真空容器の外周部に固定され、その内部に軸方向に沿
って一様の磁場(B)を形成するヘルムホルツコイル
と、 前記真空容器の外周部に固定され、その内部に電場
(E)を形成し、前記プラズマに対しE×Bドリフト運
動を生起せしめる電極とを有することを特徴とする非接
触プラズマ形状制御装置。
1. A vacuum vessel which is a passage of plasma, a Helmholtz coil fixed to the outer peripheral portion of the vacuum vessel and forming a uniform magnetic field (B) along the axial direction inside the vacuum vessel, A non-contact plasma shape control device, comprising: an electrode which is fixed to an outer peripheral portion, forms an electric field (E) therein, and causes an E × B drift motion with respect to the plasma.
JP50A 1993-01-26 1993-01-26 Contactless plasma form control device Withdrawn JPH06223998A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100311234B1 (en) * 1999-01-18 2001-11-02 학교법인 인하학원 Enhanced inductively coupled plasma reactor
WO2015026057A1 (en) * 2013-08-22 2015-02-26 (주)클린팩터스 Plasma reactor

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