JPH0633680Y2 - 電子サイクロトロン共鳴プラズマ発生装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はプラズマ発生装置に関するものであり、特に大
面積、高密度の電子サイクロトロン共鳴（ECR）プラズ
マを発生させてイオン源の生成、固体表面のエッチン
グ、固体表面への薄膜の堆積、固体表面の質的変化を起
こす改質などに広く使用されるプラズマ発生装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来技術の典型を第４図に示す。同図において、真空チ
ェンバー１内は適当な圧力のガスで満たされており、励
磁コイル21・22によって磁界３を作っておく。マイクロ
波電力は導波管４から気密結合窓５を通して真空チェン
バー１内に導入される。電子の電荷をe,質量をm,磁束密
度をＢとすると、電子サンクロトロン周波数ｃは、 ｃ＝eB/（２πｍ） となり、マイクロ波周波数ｍがｍ＝ｃとなるよう
な共鳴領域６では電子サイクロトロン共鳴によってマイ
クロ波から電子へ効率よくエネルギーが移送され、エネ
ルギーの増加した電子によってガス分子が電離されプラ
ズマが生成維持される。

〔考案が解決しようとする課題〕

プラズマ粒子は略磁力線に沿って移動し、その一部は基
板支持装置７に装着される基板に対してエッチングなど
に有効に利用される。しかし、プラズマの荷電粒子は磁
力線に沿って基板支持装置７や真空チェンバー１の壁面
に到り、消失される。プラズマの荷電粒子密度は生成量
と消滅量のバランスによって決定されるが、従来の装置
では荷電粒子が空間内に蓄積されること無く壁に失われ
る。このため電離による荷電粒子即ち電子の利用効率が
悪く、高密度が得られなかった。例えば２・45GHzのマ
イクロ波電力を使用する典型的な場合においては、電子
密度（イオン密度）はせいぜい10¹¹cm^-3が上限である。

本考案は、上記従来の技術の問題点にかんがみ、その原
因は電離に有効に効くプラズマ電子の捕捉が効率的に行
われていないとの知見に基づき電子の空間保持効率を高
め大面積の基板に高い粒子密度束を供給し得るECRプラ
ズマの供給を実現する電子サイクロトロン共鳴プラズマ
発生装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は、複数の同心円上に、該同心円と垂直方向に極
性方向を有する多数の永久磁石が配置され、隣接する同
心円上に配置される永久磁石の極性方向は相互に反対方
向をなし、該同心円に直交する方向に電界が加えられ、
その電界による電界ベクトルと上記永久磁石による磁束
密度ベクトルのベクトル積の方向に電子を運動捕捉する
ことを特徴とする電子サイクロトロン共鳴プラズマ発生
装置である。

〔作用〕

第１図は本考案の装置の実施例の縦断面図、第２図はそ
の平面図であり、これらに基づき本考案の原理を具体的
に説明する。真空チェンバー１と保持板８で真空容器が
形成され、ガス注入口９から内部に必要なガスが適当な
圧力で補給されている。真空チェンバー１の周辺から
は、数個の気密窓５から導波管４を通してマイクロ波電
力が導入される。円柱状の永久磁石10は、保持板８に穿
たれた孔に同心円に沿って、内部から見て磁極のN,S極
が交互に同心円を作るように第２図のごとく挿入され
る。このような永久磁石群の配置で得られる磁界は、第
３図に示す同心円筒状永久磁石11と殆ど同等である。こ
のような配列構成をとれば製造単価を遥かに安くでき
る。

永久磁石群の作る磁界は、その磁力線が第１図乃至第３
図の磁界３に示すような形で形成され、磁界の強さを適
当に設定することによりマイクロ波と電子サイクロトン
共鳴条件を満たす共鳴域６を真空チェンバー１内に形成
することができ、多量の電子が発生する。一方、真空チ
ェンバー１と絶縁体12で絶縁されて電極13に取りつけら
れた網状電極14を設け、これと保持板８との間に印加電
源15から偏倚電圧Ｖを印加すると、電気力線16が生じ
る。

電気力線16が作る電界ベクトルＥと永久磁石の作る磁束
密度ベクトルＢとのベクトル積Ｅ×Ｂは第３図のベクト
ル積方向17に示すようにN,SおよびS,Nの間に沿う同心円
方向に向かう。この作用で電子は同心円方向に捕捉さ
れ、容易に真空チェンバー１の壁に当たらないから何回
も電離に寄与することになり高密度のプラズマの生成に
役立つ。網状電極14が網状であるためプラズマ空間から
拡散してくるイオンや電気的に中性なラジカルを出力の
流れ18の方向に通過させることができ、これらの利用が
容易になる。

〔実施例〕

10^-3Torrのアルゴンを充填した直径150mmの真空チェン
バーの周辺２ヵ所から、気密窓を通して２・45GHzのマ
イクロ波電力1kwを加え、磁束密度を共鳴条件の875ガウ
スに選んで、電極に150Vの偏倚電圧を加え、直径100mm
の基板のイオン・ビーム・スッパタリングがほぼ均一に
できた。

〔考案の効果〕

本考案は上記の構成を有するので、ECRプラズマは高密
度化が難しくそのためそこから引き出すイオン束やラジ
カル束密度が低く、作業時間が長いとされた従来技術の
上記問題点が解消された。又、大面積にわたって高い密
度の粒子（イオン、ラジカル）束が要求されているとこ
ろ、大面積化と高密度化は矛盾する要求であるため、電
離効率の大幅な増加が必要とされていた従来の課題が解
決された。

本考案はECRプラズマの電子運動を、磁力線に沿う運動
からそれに直交する運動に変えて捕捉時間を長くして電
離効率を上げかつ永久磁石を分離配置して大面積化を容
易にした。本考案は、エッチング、堆積、表面改質の速
度を大幅に上げたり、大電流のECRイオン源の実現を容
易にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の縦断面図、第２図はその平面
図、第３図は磁力線の説明図、第４図は従来技術の説明
図である。１は真空チェンバー、３は磁界、４は導波
管、５は気密結合窓、６は共鳴領域、７は基板支持装
置、８は保持板、９はガス注入口、10は永久磁石、11は
円筒状永久磁石、12は絶縁体、13は電極、14は網状電
極、15は印加電源、16は電気力線、17はベクトル積方
向、18は出力の流れ、21・22は励磁コイル。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の同心円上に、該同心円と垂直方向に
   極性方向を有する多数の永久磁石が配置され、隣接する
   同心円上に配置される永久磁石の極性方向は相互に反対
   方向をなし、該同心円に直交する方向に電界が加えら
   れ、その電界による電界ベクトルと上記永久磁石による
   磁束密度ベクトルのベクトル積の方向に電子を運動捕捉
   することを特徴とする電子サイクロトロン共鳴プラズマ
   発生装置。