JPH06349594A

JPH06349594A - プラズマ発生装置

Info

Publication number: JPH06349594A
Application number: JP5135901A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Nagayama; 貴久永山; Yumiko Nakamura; 有美子中村; Naomitsu Fujishita; 直光藤下
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-06-07
Filing date: 1993-06-07
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマを起こし難いガスを用いるときで
も、プラズマを確実に発生させ、かつそれを安定させる
ことを目的とする。【構成】プラズマを生成し始めるときは、パルス発生
手段１５により通常より高い電圧をパルス状にしてマグ
ネトロン２に印加する。これにより、マグネトロン２
は、高パルスのマイクロ波を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば不純物のドー
ピング、材料合成、表層改質、あるいは新材料開発など
に使用されるイオン源用のプラズマ発生装置や、イオン
プレーティングによる成膜やプラズマによるエッチング
等に用いられるプラズマ発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、プラズマを利用して薄膜の形成，
除去などの表面処理をする方法に、マイクロ波による電
子サイクロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonanc
e:ECR）プラズマが広く用いられている。ＥＣＲプラズ
マ法は、１０^-4Ｔｏｒｒ台の低ガス圧状態で活性度の高
いプラズマ生成ができるので、低エネルギーで大きなイ
オン電流が得られ、指向性，均一制に優れたイオン流が
形成できる。このため、イオン流を照射することによる
加工においても、加工対象にあまりダメージを与えない
高品質な加工が可能であり、高集積半導体素子などの製
造に欠かせないものとなっている。

【０００３】図２０は、例えば特開昭５１−４４９０号
公報に示されるマイクロ波イオン源（プラズマ発生装
置）の構造を示す断面構成図である。同図において、１
はマグネトロン制御電源（ＤＣ）、２はマイクロ波を発
振するマグネトロン、３は同軸ケーブル、４は同軸型気
密端子、５は真空チャンバー、６ａは同軸ケーブル３の
内導体、６ｂは同軸ケーブル３の外導体、７は内導体６
ａの先端であるアンテナ、８はプラズマ室、９はプラズ
マ室８を囲むように配置された円形のコイル、１０はガ
ス導入口、１１はプラズマ、１２はプラズマ室８で生成
したプラズマ１１を導くアパーチャ、１３は加工室、１
４は同軸ケーブル３の内導体６ａと外導体６ｂとを絶縁
する絶縁物である。

【０００４】次に、このマイクロ波イオン源の動作につ
いて説明する。まず、真空チャンバ５，プラズマ室８お
よび加工室１３を図示していない真空排気装置で真空排
気して高真空状態とする。ここに、所定の原料ガスをガ
ス導入口１０よりプラズマ室９に導入し、真空排気の状
態を制御して、この原料ガスの圧力を所定の値に安定さ
せる。ここで、ＤＣのマグネトロン制御電源１よりマグ
ネトロン２に電力を供給することによりマイクロ波を発
生させる。このマイクロ波は、同軸ケーブル３，同軸型
気密端子４を介して真空チャンバ５内に導入され、アン
テナ７に到達する。アンテナ７に到達したマイクロ波は
プラズマ室８の中に放射され、円形のコイル９によって
発生された磁界と共に、所定の圧力となっているプラズ
マ室９内の原料ガスを電離してプラズマ１１を生成す
る。

【０００５】この際、最も効率的に原料ガスの電離（プ
ラズマ生成）が行われる条件は、印加される磁界強度が
ＥＣＲ共鳴条件を満たす場合である。例えば、マイクロ
波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合、印加される磁界強
度が８７５ＧａｕｓｓのときＥＣＲ共鳴条件を満たす。
このように生成されたプラズマ１１から、アパーチャ１
２を介してイオンもしくはプラズマが加工室１３に導か
れ、この加工室１３に載置される被加工対象の加工を行
う。なお、アパーチャ１２が無い場合、複数のアパーチ
ャが存在する場合もある。

【０００６】さて、一般に、このような装置において、
プラズマが発生しているときのプラズマ放電条件は、プ
ラズマ放電開始時と比較して定常状態は緩やかである。
言い替えると、プラズマ発生時は、プラズマ放電の状態
が安定し難い。このため、特に放電し難いガスのプラズ
マを生成する場合、放電開始のために種々の工夫がなさ
れている。一般的に行われている方法の一つとしては、
放電開始時だけプラズマ室内の真空度を変化させる方法
がある。これは、図２１に示すように、プラズマ発生時
には原料ガスの濃度を上げてプラズマを生成し易くする
ものである。また、最初に放電し易いガスを導入してプ
ラズマを生成し、プラズマ放電の状態が安定してきたら
徐々に放電し難い目的のガスに入れ換えていく方法もと
られる。

【０００７】一方、放電開始時にマイクロ波出力を上げ
て、プラズマを発生させる方法がある。この場合は、図
２２に示すようにマイクロ波出力を徐々に上げていき、
プラズマ生成時にこのマイクロ波出力を最大とし、この
後マイクロ波出力を徐々に下げて、マイクロ波出力が低
い状態でプラズマ放電を安定させる。また、放電開始
（プラズマ生成開始）のための特別な構造を付加した例
としては、特開昭６１−８８４２６号公報に示されるよ
うに、火花ギャップをもちいて種放電を形成し、プラズ
マ放電を開始させるなどの方法がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来は以上のようにプ
ラズマ放電を開始させていたので、以下に示すような問
題があった。まず、原料ガスの圧力を変化させる方法や
ガスを入れ替える方法では、加工の再現性に影響を与え
るという問題があった。これらの方法では、ガス圧を変
化させるときやガスを入れ替えるとき、それらが安定す
るのに時間がかかってしまう。従って、放電条件が大き
く変化するなど何等かの要因で加工中にプラズマが途切
れ、これを再立ち上げる必要が生じた場合、安定するの
に時間がかかっては加工の再現性に影響を与えてしま
う。

【０００９】一方、一時的にマイクロ波出力を上げる方
法では、通常、出力の上限が電源によって定まっている
ため、放電に十分な出力まで出力を上げられない場合が
ある。そして、十分に高い出力まで上げられる電源を用
いるのは、定常状態の運転に必要のない高出力のマイク
ロ波発振器を用いることであり、電源のコストが上がっ
たり、低出力時（定常運転時）のマイクロ波の出力リッ
プルが大きくなるなどの問題があった。また、火花ギャ
ップを用いる方法においては、火花ギャップがプラズマ
室内に配置されるため、火花ギャップのプラズマによる
エッチングや、火花ギャップへのスパッタ粒子の堆積等
があり、その寿命が短いという問題がある。

【００１０】ところで、特にＥＣＲプラズマを生成する
プラズマ発生装置で、同軸型導波管（同軸ケーブル）を
用いて比較的高い出力のマイクロ波を用いてプラズマを
生成する場合には、内導体６ａの加熱による同軸型気密
端子４の損傷が問題となる（図２０）。ここで、マイク
ロ波の挙動に注目して、ＥＣＲプラズマ発生装置の動作
を考えてみる。図２０において、真空チャンバー５内に
導入されたマイクロ波は、主としてプラズマ室８内で反
射，吸収される。この場合、反射したマイクロ波は、入
射波と干渉して定在波を生成しながらマグネトロン制御
電源１方向に戻るように進む。

【００１１】同軸ケーブル３では、図２３に示すよう
に、マイクロ波の定在波が最大になるある一定部位が、
このマイクロ波電流によって加熱される。この加熱され
る位置は、負荷のインピーダンスがわかれば計算するこ
とが可能である。なお、負荷の状態はプラズマの状態に
よって変動する。すなわち、アンテナ７の先端における
定在波の位相をφとすれば、同軸ケーブル３上に流れる
電流が最大になる反射端からの距離ｄは、次の式１で示
される。

【００１２】ｄ＝λ・（ｎ−φ／π）／２ (n=0,1,2・・・) ・・・（１）

【００１３】しかし、実際にプラズマのインピーダンス
を事前に求めることは困難なため、上式のφは組立上が
った装置を用いて、実験的に求めているのが現状であ
る。ここで、同軸ケーブル３の上の最大加熱のポイント
に、同軸型気密端子４がくると、最悪の場合、同軸型気
密端子４が破壊され、真空を維持できなくなるという問
題が生ずる。同軸型気密端子４は、真空のシールドと電
気的絶縁のためセラミックスで作られていることが多い
が、この同軸型気密端子４のところでは、同軸ケーブル
３の内導体６ａと外導体６ｂとのインピーダンスマッチ
ングがとれていなく、したがって発熱し易い構造となっ
ている。したがって、図２３に示すように、この同軸型
気密端子４の所に定在波の極大値がくると、非常に高い
温度となり、同軸型気密端子４が破壊され易い。

【００１４】このような問題に対する対策としては、特
開昭５１−４４９０号公報に示されるように、内導体の
一部を接地して、そこを冷却する方法がある。しかし、
同軸型気密端子４の損傷を防止するため、同軸ケーブル
３の内導体６ａを接地させて冷却し、これにより同軸型
気密端子４を冷却するためには、熱伝導の観点から、同
軸ケーブル３短くかつしっかりと固定する必要が生じ
る。これでは、同軸ケーブルの長所である柔軟な装置レ
イアウトを行えるという利点が消失するという問題を生
ずる。

【００１５】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、プラズマを起こし難いガ
スを用いるときでも、プラズマを確実に発生させ、かつ
それを安定させることを目的とする。また、プラズマを
発生させるためのマイクロ波の反射による定在波の影響
がでないようにすることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明のプラズマ発生
装置は、プラズマを発生させる時はパルス状のプラズマ
放電を行うプラズマ放電用電源供給手段を有することを
特徴とする。また、マイクロ波伝達手段がマイクロ波の
光路長を可変できることを特徴とする。

【００１７】

【作用】プラズマ発生のためのプラズマ放電を、プラズ
マ発生のために要する全体の電力を増やすことなく高い
値として、プラズマを発生させる。また、マイクロ波の
反射による定在波の状態を変化させて、定在波が特定箇
所に偏らない状態とする。

【００１８】

【実施例】以下この発明の１実施例を図を参照して説明
する。実施例１．図１は、この発明の１実施例であるプラズマ
発生装置の構成を示す断面構成図である。同図におい
て、１５はマグネトロン制御電源１の出力する電力を定
格出力より高いパルス状にするパルス発生手段であり、
他は図２０と同様である。次に、この実施例１のプラズ
マ発生装置の動作について説明する。このプラズマ発生
装置において、マイクロ波の伝達からプラズマの生成、
加工室へのイオンもしくはプラズマの輸送は従来と同様
に行う。

【００１９】図２に示すように、パルス発生手段１５に
より、プラズマ点火時にマイクロ波出力は高出力のパル
ス状マイクロ波となり、プラズマの点火後には通常の連
続したマイクロ波に戻される。ここで、図３に示すよう
に、複数のパルスを予め定められた回数繰り返し印加し
てプラズマの点火を行えば、より確実なプラズマの点火
が行える。

【００２０】マイクロ波を高出力のパルス出力とするた
めには、図４に示すように、マグネトロン制御電源１の
出力を昇圧回路４１を介してコンデンサー４２に一時的
に貯め込み、ある程度電圧が上がったところで、スイッ
チ４３をオンとする方法がある。これにより、図５に示
すように、定格出力以上の高いパルス出力が得られる。
また、図６に示すように、マグネトロン制御電源１とパ
ルス電源６１を並列に配置し、比較手段６２により電圧
の高い方をマグネトロン２に送り込むようにしてもよ
い。図７に示すように、図７（ａ）と図７（ｂ）の２つ
の出力を比較して、電圧の高い方の出力をマグネトロン
２に送り込むことで、図７（ｃ）に示す波形のパルス状
となったマイクロ波を得ることができる。

【００２１】前者は装置のコストは安くなるが、マイク
ロ波が途切れてからも一瞬プラズマが発生し続けるアフ
ターグローの時間よりパルス間隔が長い場合、このあい
だにプラズマが完全に消滅してしまう。このため、次回
のパルス発振時に種となるプラズマが存在しないため、
複数のパルスを出力して、より確実なプラズマ点火を行
うことは出来なくなる。後者では、装置コストは上がる
が、一度点火したプラズマはパルスが途切れている間も
継続して存在するため、アフターグロー時間に無関係に
複数のパルスによる確実なプラズマの点火が可能とな
る。

【００２２】実施例２．図８は、この発明の第２の実施
例を示すプラズマ発生装置の構成を示す断面構成図であ
る。同図において、１６は加工室１３に設けられた窓、
１７は加工室１３内のプラズマによる発光（プラズマ
光）を検出する光センサー、１８は光センサ１７のプラ
ズマ光検出によりパルス電源１５の動作を制御する電源
制御部である。電源制御部１８は光センサ１７が、窓１
６を介して安定したプラズマ光を検出した時点で、パル
ス電源１５の動作を停止しする。これにより、印加する
マイクロ波は定常出力状態とする。

【００２３】このように、光センサー１７を設けること
によりプラズマの発生状態をリアルタイムにモニターで
きるため、図９に示すように、マイクロ波のパルス発振
をプラズマが発生したら停止する等の制御が可能とな
る。プラズマが点火するまでパルスを出し続けること
で、より確実なプラズマの点火を行うことが可能とな
る。なお、ある一定回数パルスを発生してもプラズマが
点火しないときは、パルスの発生を中止する回路を設け
て、プラズマ発生装置に不必要な負担をかけないような
構成としてもよい。

【００２４】実施例３．ところで、上記実施例では、プ
ラズマ発生のためにマイクロ波を一定のパルス状にして
印加するようにしているが、これを変化させるようにし
ても良い。図１０は、この発明の第３の実施例であるプ
ラズマ発生装置の、マイクロ波の出力状態を示す説明図
である。図１０に示すように、１パルスにおける出力を
徐々に上げていき、プラズマ点火が確認された時点でこ
れを停止して、定常状態のマイクロ波印加とすること
で、プラズマの点火に必要な最小限度のマイクロ波出力
での点火が可能となる。このように構成すれば、プラズ
マ発生装置にかかる負担を最小限にとどめたプラズマの
点火が可能となる。

【００２５】なお、パルス発振をプラズマの発生が確認
された時点で停止するだけでなく、このパルス出力があ
る一定の出力まで上がったら、パルス発振を打ち切るよ
うにしても良い。また、１パルスにおける出力を徐々に
上げていく段階で、所定の出力となった時点でそれ以上
出力を上げずに、さらに数回のマイクロ波のパルス印加
を行う用にしても良い。以上のようにすることで、ガス
濃度が低いなど何らかの問題発生でプラズマが生成され
ない状態のとき、プラズマ発生装置に対する不必要な負
担を軽減できる。

【００２６】実施例４．図１１は、この発明の第４の実
施例であるプラズマ発生装置のマイクロ波の出力状態を
示す説明図である。光センサーをプラズマ点火時のみで
はなく、プラズマ放電中も常に働かせてプラズマ放電を
モニターし、何等かの事情でプラズマ放電が途切れたと
き、図１１に示すように、即座に供給するマイクロ波を
高パルス状として印加するようにしてもよい。マイクロ
波をパルスとして印加して放電を再開させることができ
るため、瞬時にプラズマの再点火が可能となり加工プロ
セスに影響を与えることなく加工を続けることを可能と
する。この場合、点火時の装置の負担を減らすために、
図１２に示したように、順次パルス高を上げていっても
同様の効果を奏することはいうまでもない。

【００２７】なお、上記実施例では、マイクロ波の伝送
路として同軸ケーブル（同軸線路）を用いたプラズマ発
生装置について説明したが、導波管型の伝送路を持つプ
ラズマ発生装置においても同様の効果が得られることは
いうまでもない。また、プラズマの発生をモニターする
センサーとして、光センサーを用いて説明したが、ラン
グミュアープローブや、プラズマ発生装置の各部の電極
に流れる電流測定等、プラズマの生成を示す他の計測手
段を用いても同様の効果が得られることもいうまでもな
い。

【００２８】実施例５．図１３は、この発明の第５の実
施例であるプラズマ発生装置の構成を示す断面構成図で
ある。同図において、１９は伸縮自在なベローズ、２０
は同軸ケーブル３を伸縮自在にするスライダー、２１は
プラズマ室と同軸線路の間の気密を保つための誘電体か
らなる真空シールドである。ベローズ１９とスライダー
２０とにより、同軸型気密端子４とプラズマ室８との間
隔を変化させ、発生する定在波のピークの低いところに
同軸型気密端子４が配置されるようにする。これは、最
も発熱の小さい場所に設定することになる。この調整の
ための変位量は、最大でマイクロ波の波長の１／４（通
常用いられる２．４５ＧＨｚでは、ほぼ３ｃｍ）あれば
よい。

【００２９】ところで、通常、外導体６ｂと内導体６ａ
の間には、図１３のように絶縁物１４が充填されてい
る。これは、マイクロ波の伝送路である同軸ケーブル３
内でプラズマが生成することでエネルギーをロスし、ア
ンテナ７に到達するマイクロ波が減少することを防止す
るためである。しかし、この実施例５の場合は、スライ
ダー２０が可動部品のため、内導体６ａと外導体６ｂの
間を完全に隙間なく絶縁物１４で埋めることは難しい。
このため、その隙間でプラズマが形成され、マイクロ波
の伝達を妨げることがある。

【００３０】実施例６．この問題を解決する一つの方法
としては、外導体６ｂと内導体６ａの間をプラズマが生
成しない程度の高真空に保つ方法がある。図１４は、以
上の問題を解消したこの発明の第６の実施例であるプラ
ズマ発生装置の構成を示す断面構成図である。同図にお
いて２２は同軸ケーブル３の真空チャンバー５内の外導
体６ｂに開けられた開口であり、他の符号は図１３と同
様である。このように、外導体６ｂの一部に開口２２を
設け、真空チャンバー５内のマイクロ波の伝送路である
同軸ケーブル３内を高真空に保ち、同軸ケーブル３内に
おけるプラズマの発生を防止することができる。

【００３１】実施例７．図１５は、この発明の第７の実
施例であるプラズマ発生装置の構成を示す断面構成図で
ある。同図において、２３はベローズ状の外導体であ
り、他は図１３と同様である。外導体２４は、ベローズ
１９と同様に伸縮自在であり、このように構成すると
で、ベローズ状の外導体２４を用い、プラズマ伝送の際
に問題となるスライダー２０と外導体間の隙間をなくす
ことが可能である。

【００３２】実施例８．図１６は、この発明の第８の実
施例であるプラズマ発生装置の構成を示す断面構成図で
ある。同図において２４はアルミナで形成されているア
ルミナリング、２５は金属で形成されている金属リング
である。アルミナリング２４の外周は、外導体６ｂで覆
われ、金属リング２５は外導体６ｂと同様の性能を有す
るものである。そして、アルミナリング２４と金属リン
グ２５は全体長が一定になるようなペアで使用する。ま
た、真空チャンバー５内のアルミナリング２４以外の内
導体６ａと外導体６ｂとの間は、高真空に保たれてい
る。

【００３３】ここで、アルミナはマイクロ波の吸収が小
さく、比誘電率が約９と大きい。アルミナリング２４の
長さをＬとすると、比誘電率が約９であるので、マイク
ロ波の実質的な光路長は２Ｌだけ増加する。これに伴
い、定在波のピーク発生位置も変化する。すなわち、ア
ルミナリング２４を、マイクロ波の導波路である同軸ケ
ーブル３の途中の、内導体６ａと外導体６ｂとの間の絶
縁物１４（図２０）の代わりとして用いれば、導波路長
を変えることなく光路長を変えられ、定在波のピーク位
置が、同軸型気密端子４の位置にこないようにすること
ができる。アルミナはマイクロ波の吸収が小さいので、
マイクロ波の伝送効率を落とすことはなく、実施例５の
プラズマ発生装置のような可動部分がないため、構成が
簡単になりコストも安くなる。

【００３４】この実施例では、アルミナリング２４とし
て厚みの違うものを複数用意し、プラズマ生成時に最も
発熱するポイントが同軸型気密端子４の位置に来ないよ
うに、適当な厚みのアルミナリング２４を用いる。光路
長の変位の最大は前述したように１／４波長であり、こ
れは２．４５ＧＨｚのマイクロ波では、ほぼ３ｃｍであ
るから、アルミナリングの全長は最大１．５ｃｍであ
る。このため、３ｍｍ、６ｍｍ、６ｍｍ、の三枚のリン
グを用意し、これを組み合わせて使えば、０、３、６、
９、１２、１５ｍｍの６通りの組合せが可能であり、実
用上は十分である。

【００３５】ところで、同軸ケーブルの特性抵抗Ｒ
_cは、以下の式２で示される。

【００３６】Ｒ_c＝６０・（μ₁／ε₁）^0.5ｌｏｇ_e（ａ／ｂ）（Ω）・・・（式２）ここでＲ_cはマイクロ波の導波路中の特性抵抗、μ₁、ε
₁はそれぞれ内導体と外導体の間の透磁率と誘電率、
ａ、Ｂはそれぞれ内導体と外導体の半径である。

【００３７】特性抵抗がマイクロ波の導波路の途中で不
連続になると、そこでマイクロ波の反射が生じるため、
この特性抵抗は、導波路、すなわち同軸ケーブル３の線
路中で一致させておく必要がある。この式２を用いて、
内導体と外導体の間が真空の場合とアルミナの場合とに
ついて、具体的にＲｃが等しくなるａ_v：ａ_aの比を求め
てみる。ここでａ_vは内導体と外導体の間が真空の場合
の外導体の半径、ａ_aは内導体と外導体の間がアルミナ
の場合の外導体の半径である。また、内導体の半径ｂは
どの位置でも等しいものとする。

【００３８】アルミナは常磁性体であるから透磁率はほ
ぼ真空と等しい。また、アルミナの誘電率が約９である
から、ａ_a＝ｅ³・ａ_v≒２０・ａ_vとなる。すなわち、仮
にａ_v＝５ｍｍ、ｂ＝２ｍｍとすれば、挿入するアルミ
ナリングの径はａ_a≒１００ｍｍとなる。以上示したよ
うに、ａ_v、ｂ自体を小さくすれば、ａ_aも小さくなる。
しかし、あまりａ_vを小さくすると、以下に示す式３，
式４で示す高周波抵抗Ｒ_fが大きくなり発熱量が大きく
なりあまりよくない。

【００３９】Ｒ_f＝ρ・ｌ／（２ａ_vδ）・・・（３） δ＝（ρ／（π・ｆ・μ））^0.5・・・（４）ここで、ρはマイクロ波の導波路を構成している材質の
比抵抗、ｌは導波路長、δは表皮厚さ、ｆはマイクロ波
の周波数、μは透磁率である。

【００４０】実施例９．図１７は、この発明の第９の実
施例であるプラズマ発生装置の構成を示す断面断面構成
図である。同図において、２６は水冷管であり、他は図
１６と同様である。外導体６ａのアルミナリング２４が
収まっている所を、図１７に示すように、水冷管２３を
用いて冷却すると、アルミナは熱伝導率がよいので、ア
ルミナリング２４を介して内導体６ｂも冷却される。内
導体６ａは、その先端がアンテナ７であり、プラズマ１
２中に曝されており高温になる。これを、水冷管２６を
用いてアルミナリング２４を介して内導体６ｂを冷却す
れば、この内導体６ｂの先端であるアンテナ７を冷却す
ることが可能となる。

【００４１】実施例１０．なお、上記実施例５〜９で
は、プラズマの発生状態を監視するようにしていない
が、実施例２で示したように光センサーを用いて、発生
しているプラズマの状態より、マイクロ波を制御するよ
うにしてもよい。図１８は、この発明の第１０の実施例
であるプラズマ発生装置の構成を示す断面構成図であ
る。同図は、図８に示した窓１６，光センサー１７、電
源制御部１８を、図１６に示すプラズマ発生装置の組合
わせたものである。なお、これらの制御手段は、図１６
のプラズマ発生装置に限らず他の実施例のプラズマ発生
装置に組合わせても、実施例２と同様の効果を奏するこ
とは、言うまでもない。

【００４２】実施例１１．ところで、実施例８で示した
ように、特性抵抗を同軸ケーブル３の線路中で一致させ
ておくために、通常の外導体の半径を５ｍｍ、内導体の
半径を２ｍｍとすると、アルミナリングの半径は１００
ｍｍと大きいものとなってしまう。図１９は、この発明
の第１１の実施例であるプラズマ発生装置のマイクロ波
の導波路である同軸ケーブルの構成を示す断面構成図で
ある。同図において、２４はアルミナリング、２５は金
属リング、２７はテーパ形状の内導体、２８はテーパ形
状の外導体である。これは、実施例８に示す構造では、
アルミナリングを装着する外導体の半径がかなり大きく
なってしまうという問題を解決するためのものである。

【００４３】図１９において、元々の外導体２８の半径
ａ_oは５ｍｍ、元々の内導体２７の半径ｂ_oは２ｍｍであ
る。そして、テーパ状のそれぞれの径を増大させ、半径
ａ_a を４０ｍｍ，半径ｂ_aを３８ｍｍとする。内導体２
７，外導体２８の径をテーパ状に太くさせると、当然こ
こでのインピーダンスのマッチングが他の領域とはとれ
なくなる。しかし、テーパ状に太くしているので、イン
ピーダンスのマッチング崩れは徐々に発生していき、マ
イクロ波を通してもその反射が抑えられる。

【００４４】ここで、アルミナリング２４の中を通過す
る半径２ｍｍの内導体２７ａとのインピーダンスと、こ
のアルミナリング２４直前のテーパ状に広がってくる内
導体２７外導体２８のインピーダンスをマッチングさせ
るためには、外導体２８の最大半径、すなわちアルミナ
リング２４の半径は４０ｍｍ，内導体２７の最大半径は
３８ｍｍとなる。

【００４５】また、テーパ部においては内導体２７の半
径が大きいため、マイクロ波の導波抵抗が小さく従って
発熱量が小さい。加えて、アルミナリング２４に接して
いるので放熱しやすい状態となっている。同様に、アル
ミナリング２４中の内導体２７ａはアルミナリング２４
に接していて放熱しやすい状態となっている。このた
め、この内導体２７ａはより細くすることが可能とな
り、すなわち、この半径をｂ_oよりも小さくすることが
可能で、内導体２７外導体２８の最大半径をより小さく
することが可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、プラズマの起きにくいガスでも瞬時にプラズマの点
火が行え、かつこのプラズマを安定させて生成できると
いう効果がある。また、プラズマの発生を確認しながら
電源を供給するので、プラズマが発生してからも、電源
をパルス状にするという無駄を省ける。そして、マイク
ロ波の反射による定在波が、局所的に偏ってその部分の
発熱させるようなことを防止できるので、装置の寿命が
長くできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例であるプラズマ発生装置の
構成を示す断面構成図である。

【図２】図１のプラズマ発生装置の動作を説明する説明
図である。

【図３】図１のプラズマ発生装置の動作を説明する説明
図である。

【図４】マイクロ波の高出力のパルス出力の方式を示す
構成図である。

【図５】図４の構成によるマイクロ波の出力状態を示す
波形図である。

【図６】マイクロ波の高出力のパルス出力の方式を示す
構成図である。

【図７】図６の構成によるマイクロ波の出力状態を示す
波形図である。

【図８】この発明の第２の実施例を示すプラズマ発生装
置の構成を示す断面構成図である。

【図９】図８のプラズマ発生装置の動作を示すタイミン
グチャートである。

【図１０】この発明の第３の実施例であるプラズマ発生
装置の、マイクロ波の出力状態を示す説明図である。

【図１１】この発明の第４の実施例であるプラズマ発生
装置のマイクロ波の出力状態を示す説明図である。

【図１２】この発明の他の実施例であるプラズマ発生装
置のマイクロ波の出力状態を示す説明図である。

【図１３】この発明の第５の実施例であるプラズマ発生
装置の構成を示す断面構成図である。

【図１４】この発明の第６の実施例であるプラズマ発生
装置の構成を示す断面構成図である。

【図１５】この発明の第７の実施例であるプラズマ発生
装置の構成を示す断面構成図である。

【図１６】この発明の第８の実施例であるプラズマ発生
装置の構成を示す断面構成図である。

【図１７】この発明の第９の実施例であるプラズマ発生
装置の構成を示す断面断面構成図である。

【図１８】この発明の第１０の実施例であるプラズマ発
生装置の構成を示す断面構成図である。

【図１９】この発明の第１１の実施例であるプラズマ発
生装置のマイクロ波の導波路である同軸ケーブルの構成
を示す断面構成図である。

【図２０】従来のプラズマ発生装置であるマイクロ波イ
オン源の構成を示す断面構成図である。

【図２１】図２０のマイクロ波イオン源の動作を説明す
る説明図である。

【図２２】図２０のマイクロ波イオン源の動作を説明す
る説明図である。

【図２３】マイクロ波の反射によって生ずる定在波を示
す説明図である。

【符号の説明】

１マグネトロン制御電源（ＤＣ）２マグネトロン３同軸ケーブル４同軸型気密端子５真空チャンバー６ａ内導体６ｂ外導体７アンテナ８プラズマ室９円形のコイル１０ガス導入口１１プラズマ１２アパーチャ１３加工室１４絶縁物１５パルス発生手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低圧下で電子サイクロトロン共鳴により
プラズマを生成するプラズマ発生装置において、前期プラズマを発生させる時は、連続で供給するときよ
り高い出力のパルス状としたマイクロ波を供給するマイ
クロ波供給手段を有することを特徴とするプラズマ発生
装置。
【請求項２】請求項１記載のプラズマ発生装置におい
て、プラズマの有無を検出するプラズマ検出手段と、前期プラズマ検出手段が検出するプラズマの状態により
前期マイクロ波供給手段の動作を制御する制御手段とを
有することを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項３】請求項１記載のプラズマ発生装置におい
て、内導体とこの内導体を覆うように配置され前記内導体と
は絶縁された外導体とから構成され、前記マイクロ波供
給手段が出力したマイクロ波を伝達するマイクロ波伝達
手段を備え、前記マイクロ波伝達手段が空間的な長さを可変すること
を特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項４】請求項１記載のプラズマ発生装置におい
て、内導体とこの内導体を覆うように配置され前記内導体と
は絶縁された外導体とから構成され、前記マイクロ波供
給手段が出力したマイクロ波を伝達するマイクロ波伝達
手段を備え、前記内導体と外導体との間に、マイクロ波の吸収が小さ
く比誘電率が大きい材料を充填し、伝達するマイクロ波
の光路長を可変とすることを特徴とするプラズマ発生装
置。