JPH0750844B2 - プラズマ発生用マイクロ波アンテナ - Google Patents
プラズマ発生用マイクロ波アンテナInfo
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- JPH0750844B2 JPH0750844B2 JP1339460A JP33946089A JPH0750844B2 JP H0750844 B2 JPH0750844 B2 JP H0750844B2 JP 1339460 A JP1339460 A JP 1339460A JP 33946089 A JP33946089 A JP 33946089A JP H0750844 B2 JPH0750844 B2 JP H0750844B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ECRプラズマ発生装置に係わり、特に、イオ
ン注入、微細加工等に用いられるイオン源に好適な高密
度かつ細径のプラズマビームが得られるプラズマ発生用
マイクロ波アンテナに関する。
ン注入、微細加工等に用いられるイオン源に好適な高密
度かつ細径のプラズマビームが得られるプラズマ発生用
マイクロ波アンテナに関する。
（従来技術） 気体に電子のラーマ回転数に等しい周波数のマイクロ波
を照射して、気体を効率良くイオン化する電子サイクロ
トロン共鳴（ECR）効果を応用したプラズマ発生装置が
広く普及している。これらの装置は、プラズマ閉じ込め
用磁場をプラズマ容器の軸方向に平行に印加し、これに
マイクロ波を導入してプラズマを生成し、引き出し電極
でプラズマを引き出し、イオン注入、微細加工、エッチ
ング等のイオン源に用いられている。
を照射して、気体を効率良くイオン化する電子サイクロ
トロン共鳴（ECR）効果を応用したプラズマ発生装置が
広く普及している。これらの装置は、プラズマ閉じ込め
用磁場をプラズマ容器の軸方向に平行に印加し、これに
マイクロ波を導入してプラズマを生成し、引き出し電極
でプラズマを引き出し、イオン注入、微細加工、エッチ
ング等のイオン源に用いられている。
前記マイクロ波の導入法としては、導波管モードでプラ
ズマ容器に導入する第１の方法を導波管から同軸管モー
ドに変換してから真空窓を通してプラズマ容器に導入す
る第２の方法に大別できる。第１の方法を用いた具体例
を第７図に示す。マイクロ波は導波管22′から真空窓24
を通して磁場で印加されたプラズマ容器21内に導入さ
れ、その結果、容器内にプラズマ26が生成される。この
方法はプラズマが容器内全体に分布するので、一様なプ
ラズマを得るのに好適である。第２の方法を用いた例を
第４図〜第６図に示す。例えば第６図は、真空窓24を通
してプラズマ容器21内に内導体23を挿入し、この同軸管
22の導波管側からマイクロ波を導入してプラズマ26、27
を生成する。この方法は、内導体の先端に電力が集中す
るので局所的に濃密なプラズマ27が得られる。
ズマ容器に導入する第１の方法を導波管から同軸管モー
ドに変換してから真空窓を通してプラズマ容器に導入す
る第２の方法に大別できる。第１の方法を用いた具体例
を第７図に示す。マイクロ波は導波管22′から真空窓24
を通して磁場で印加されたプラズマ容器21内に導入さ
れ、その結果、容器内にプラズマ26が生成される。この
方法はプラズマが容器内全体に分布するので、一様なプ
ラズマを得るのに好適である。第２の方法を用いた例を
第４図〜第６図に示す。例えば第６図は、真空窓24を通
してプラズマ容器21内に内導体23を挿入し、この同軸管
22の導波管側からマイクロ波を導入してプラズマ26、27
を生成する。この方法は、内導体の先端に電力が集中す
るので局所的に濃密なプラズマ27が得られる。
第７図及び第６図におけるマイクロ波は直線偏波であ
る。直線偏波は、右回りと左回りの円偏波の和であり、
磁力線に対して右回りの成分が電子の回転方法と一致す
るので効率よくプラズマに吸収され、またマイクロ波を
通さないプラズマの遮断密度が存在しないので高密度プ
ラズマの生成に有効である。第５図は、マイクロ波を円
偏波に変換するらせん導体からなるアンテナを用いた方
法を示す（特公昭１−197999号）。この方法では、らせ
ん導体25の一周の長さを波長と等しくする必要があるの
で、第６図の方法に比べてプラズマ27の直径は大きくな
る。
る。直線偏波は、右回りと左回りの円偏波の和であり、
磁力線に対して右回りの成分が電子の回転方法と一致す
るので効率よくプラズマに吸収され、またマイクロ波を
通さないプラズマの遮断密度が存在しないので高密度プ
ラズマの生成に有効である。第５図は、マイクロ波を円
偏波に変換するらせん導体からなるアンテナを用いた方
法を示す（特公昭１−197999号）。この方法では、らせ
ん導体25の一周の長さを波長と等しくする必要があるの
で、第６図の方法に比べてプラズマ27の直径は大きくな
る。
又、プラズマはプラズマ容器内の磁力線に沿って保持さ
れる。従って、第５図〜第７図に示す方法は何れも真空
窓にプラズマが接触している。第４図の方法はプラズマ
が接触しないように工夫したものである（Nucl.Instru
m.and Meth.B37/38（1988）147）。この方法では、プラ
ズマは容器内全体に広がるが真空窓24はプラズマ容器21
の径方向に外れているのでプラズマと接触しない。アン
テナ（内導体23）は、磁場方向に伝搬する直線偏波円形
導波管モードを励振している。
れる。従って、第５図〜第７図に示す方法は何れも真空
窓にプラズマが接触している。第４図の方法はプラズマ
が接触しないように工夫したものである（Nucl.Instru
m.and Meth.B37/38（1988）147）。この方法では、プラ
ズマは容器内全体に広がるが真空窓24はプラズマ容器21
の径方向に外れているのでプラズマと接触しない。アン
テナ（内導体23）は、磁場方向に伝搬する直線偏波円形
導波管モードを励振している。
（発明が解決しようとする課題） 上述したようなECRプラズマ発生装置を加速器などのイ
オン源に用いる場合、細いプラズマビームを生成してイ
オンを引き出す必要がある。従って、従来のマイクロ波
導入方法では、いくつかの問題があった。具体的には、
生成されたプラズマが真空容器内全体に拡散して存在し
高密度かつ細いビームが得られないこと、マイクロ波の
吸収効率を上げるためらせん導体からなるアンテナを用
いた場合には、ビーム径が大きくなり、局所的なプラズ
マ発生に適さず、らせん巻径を小さくして細径ビームを
得ようとすると、らせん長全体が長くなり熱変形を生じ
易いこと、マイクロ波導入のための真空窓がプラズマに
接触しているため、プラズマ密度を上げると真空窓が容
易に損傷を受けるなどの問題があった。
オン源に用いる場合、細いプラズマビームを生成してイ
オンを引き出す必要がある。従って、従来のマイクロ波
導入方法では、いくつかの問題があった。具体的には、
生成されたプラズマが真空容器内全体に拡散して存在し
高密度かつ細いビームが得られないこと、マイクロ波の
吸収効率を上げるためらせん導体からなるアンテナを用
いた場合には、ビーム径が大きくなり、局所的なプラズ
マ発生に適さず、らせん巻径を小さくして細径ビームを
得ようとすると、らせん長全体が長くなり熱変形を生じ
易いこと、マイクロ波導入のための真空窓がプラズマに
接触しているため、プラズマ密度を上げると真空窓が容
易に損傷を受けるなどの問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑み、円偏波を真空容器内に局
所的に導入してマイクロ波の吸収効率を上げ、またマイ
クロ波導入用窓をプラズマの衝撃から回避する構造を有
するプラズマ発生用マイクロ波アンテナを提供すること
を目的とする。
所的に導入してマイクロ波の吸収効率を上げ、またマイ
クロ波導入用窓をプラズマの衝撃から回避する構造を有
するプラズマ発生用マイクロ波アンテナを提供すること
を目的とする。
（課題を解決するための手段） 上記の課題は、方発明によれば、同軸管の内導体に軸対
称に配置した複数のらせん導体から成る小型のアンテナ
を、真空容器内でプラズマ閉じ込め用磁場の磁気軸上に
位置するように配置したことを特徴とし、また前記同軸
管の真空窓がプラズマを通る磁力線と交差しない位置に
配置されていることを特徴とする、プラズマ発生用マイ
クロ波アンテナを提供することによって解決することが
できる。
称に配置した複数のらせん導体から成る小型のアンテナ
を、真空容器内でプラズマ閉じ込め用磁場の磁気軸上に
位置するように配置したことを特徴とし、また前記同軸
管の真空窓がプラズマを通る磁力線と交差しない位置に
配置されていることを特徴とする、プラズマ発生用マイ
クロ波アンテナを提供することによって解決することが
できる。
（作 用） アンテナ理論（Proc.of.I.R.E.35（1947）1484）による
と、らせん導体のアンテナの対称軸方向の長さをらせん
半径に等しくすると自己共振回路となり放射効果が高ま
る。内導体に軸対称に配置するらせん導体の数は、らせ
んの巻数をｎとすると2/nで与えられる。このとき放射
されるマイクロ波はらせんの向きの円偏波になる。
と、らせん導体のアンテナの対称軸方向の長さをらせん
半径に等しくすると自己共振回路となり放射効果が高ま
る。内導体に軸対称に配置するらせん導体の数は、らせ
んの巻数をｎとすると2/nで与えられる。このとき放射
されるマイクロ波はらせんの向きの円偏波になる。
本発明では、アンテナの冷却を考慮してらせん導体の長
さをできるだけ短くする。すなわち、らせん導体の数を
４個、個々のらせん導体の長さを1/4波長とし、らせん
導体をらせん径の円を半周するように巻いてアンテナを
構成し、同軸管の内導体の先端に軸対称に配置する。複
数個のらせん導体を用いることによりマイクロ波の放射
の対称性が良くなり、良好な円偏波が得られる。またら
せん導体は長さが短いので内導体との熱伝導により容易
に冷却される。
さをできるだけ短くする。すなわち、らせん導体の数を
４個、個々のらせん導体の長さを1/4波長とし、らせん
導体をらせん径の円を半周するように巻いてアンテナを
構成し、同軸管の内導体の先端に軸対称に配置する。複
数個のらせん導体を用いることによりマイクロ波の放射
の対称性が良くなり、良好な円偏波が得られる。またら
せん導体は長さが短いので内導体との熱伝導により容易
に冷却される。
（発明の効果） 本発明は、マイクロ波を磁力線に沿って右回り円偏波に
して導入するので吸収効率が高く、プラズマ密度に上限
がない。また、アンテナが小型にできるのでプラズマを
中心軸近傍に局在させ、これにより、細い高強度イオン
ビームが得られる。マイクロ波導入用同軸管を中心軸か
ら遠ざけるので高密度プラズマを発生しても真空窓が損
傷しない。
して導入するので吸収効率が高く、プラズマ密度に上限
がない。また、アンテナが小型にできるのでプラズマを
中心軸近傍に局在させ、これにより、細い高強度イオン
ビームが得られる。マイクロ波導入用同軸管を中心軸か
ら遠ざけるので高密度プラズマを発生しても真空窓が損
傷しない。
（実施例） 以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。
第１図は、本発明のECRマイクロ波によるプラズマ発生
装置の断面図であり、第２図は第１図で用いたアンテナ
部の構造を示す拡大図である。
装置の断面図であり、第２図は第１図で用いたアンテナ
部の構造を示す拡大図である。
プラズマ容器11は、一端にプラズマ出射口を有し、他端
が密封された外形130mmの円筒形状のものであり、プラ
ズマ容器11にはその密封端から任意の位置に外径40mmの
マイクロ波導入用同軸管12が接合している。尚、同図に
は導波管から同軸管12への変換部分は省略してある。同
軸管12はＬ字に湾曲した外形17mmの内導体13を有し、プ
ラズマ容器を真空密封するセラミックス製真空窓14が同
軸管12内に接合されている。プラズマ容器内において、
前記内導体13の先端には本発明によるらせん導体18から
なるアンテナ15が取り付けられている。真空窓14は、プ
ラズマ容器11の内周の外に配置されているのでプラズマ
と接触しない。アンテナ15はプラズマ容器の中心軸上に
位置し、かつ磁力線の方向に向いている。
が密封された外形130mmの円筒形状のものであり、プラ
ズマ容器11にはその密封端から任意の位置に外径40mmの
マイクロ波導入用同軸管12が接合している。尚、同図に
は導波管から同軸管12への変換部分は省略してある。同
軸管12はＬ字に湾曲した外形17mmの内導体13を有し、プ
ラズマ容器を真空密封するセラミックス製真空窓14が同
軸管12内に接合されている。プラズマ容器内において、
前記内導体13の先端には本発明によるらせん導体18から
なるアンテナ15が取り付けられている。真空窓14は、プ
ラズマ容器11の内周の外に配置されているのでプラズマ
と接触しない。アンテナ15はプラズマ容器の中心軸上に
位置し、かつ磁力線の方向に向いている。
第２図（Ａ）は、アンテナ15の側面図であり、第２図
（Ｂ）は、その正面図である。
（Ｂ）は、その正面図である。
アンテナのらせん導体18は断面形状が4mm四角のもので
あって、４個のらせん導体が互いに90度間隔を隔てて即
ち互いに直角の位置に配列されている。個々のらせん導
体18はらせん内径20mmの円の半周部分より成り、らせん
長は15mmである。マイクロ波は、らせん方向に円偏波し
て放射され、偏波の向きは電子の回転方向に合わせてあ
る。放射効率を高めるために、らせんの巻数を少なくし
（分数巻き）、放射パターンを軸対称にするためにらせ
ん導体を複数個用いている。
あって、４個のらせん導体が互いに90度間隔を隔てて即
ち互いに直角の位置に配列されている。個々のらせん導
体18はらせん内径20mmの円の半周部分より成り、らせん
長は15mmである。マイクロ波は、らせん方向に円偏波し
て放射され、偏波の向きは電子の回転方向に合わせてあ
る。放射効率を高めるために、らせんの巻数を少なくし
（分数巻き）、放射パターンを軸対称にするためにらせ
ん導体を複数個用いている。
第１図及び第２図の構成において、同軸管12の内導体13
からマイクロ波を導入することにより、プラズマ容器11
内に希薄なプラズマ領域16と高密度プラズマ領域17が形
成される。
からマイクロ波を導入することにより、プラズマ容器11
内に希薄なプラズマ領域16と高密度プラズマ領域17が形
成される。
第３図は、本発明の実施例及び第４図に示す従来法とを
アルゴンの多価イオンの収量で比較したグラフである。
使用したマイクロ波の周波数は、2.45GHzである。プラ
ズマは極小磁場中で作られている。極小磁場とは、プラ
ズマの中心からどの方向に向かっても強さが距離と共に
大きくなる磁場で、ECR多価イオン源に用いられてい
る。ヒストグラフの横軸は多価イオンの電荷数、縦軸は
イオンビームの電流値を対数目盛りで表したものであ
る。白柱は本発明の実施例、黒柱は第４図の従来のアン
テナを用いた場合の結果を示す。ビーム引き出し電力は
10kV、引き出し口径は5mmである。本実施例では、同図
のようにイオンの収量は明らかに大きくなり、本発明が
多価強度イオンビームの生成に優れていることがわか
る。
アルゴンの多価イオンの収量で比較したグラフである。
使用したマイクロ波の周波数は、2.45GHzである。プラ
ズマは極小磁場中で作られている。極小磁場とは、プラ
ズマの中心からどの方向に向かっても強さが距離と共に
大きくなる磁場で、ECR多価イオン源に用いられてい
る。ヒストグラフの横軸は多価イオンの電荷数、縦軸は
イオンビームの電流値を対数目盛りで表したものであ
る。白柱は本発明の実施例、黒柱は第４図の従来のアン
テナを用いた場合の結果を示す。ビーム引き出し電力は
10kV、引き出し口径は5mmである。本実施例では、同図
のようにイオンの収量は明らかに大きくなり、本発明が
多価強度イオンビームの生成に優れていることがわか
る。
尚、本発明のECRマイクロ波によるプラズマ発生装置と
しては、第５図に示す内導体13の先端取り付けて実施す
ることもできるが、この構成においては、同軸管の真空
窓にプラズマが接触するため、窓材の工夫が必要であ
る。
しては、第５図に示す内導体13の先端取り付けて実施す
ることもできるが、この構成においては、同軸管の真空
窓にプラズマが接触するため、窓材の工夫が必要であ
る。
第１図は、本発明のECRマイクロ波によるプラズマ発生
装置の断面図、 第２図は、第１図に用いたアンテナの拡大構造図、 第３図は、本発明と従来法との多価イオンの電荷数−イ
オンビームの電流値の関係を示すグラフ、 第４図は、真空窓がプラズマに接触しないマイクロ波導
入法、 第５図は、らせん導体のアンテナによるマイクロ波導入
法、 第６図は、同軸管によるマイクロ波導入法、 第７図は、導波管によるマイクロ波導入法である。 （符号の説明） 11、12……プラズマ容器、 12、22……同軸管、 22′……導波管、 13、23……内導体、 14、24……真空窓、 15、25……アンテナ、 16、26……希薄プラズマ領域、 17、27……高密度プラズマ領域、 18……らせん導体。
装置の断面図、 第２図は、第１図に用いたアンテナの拡大構造図、 第３図は、本発明と従来法との多価イオンの電荷数−イ
オンビームの電流値の関係を示すグラフ、 第４図は、真空窓がプラズマに接触しないマイクロ波導
入法、 第５図は、らせん導体のアンテナによるマイクロ波導入
法、 第６図は、同軸管によるマイクロ波導入法、 第７図は、導波管によるマイクロ波導入法である。 （符号の説明） 11、12……プラズマ容器、 12、22……同軸管、 22′……導波管、 13、23……内導体、 14、24……真空窓、 15、25……アンテナ、 16、26……希薄プラズマ領域、 17、27……高密度プラズマ領域、 18……らせん導体。
Claims (2)
- 【請求項１】同軸管の内導体に軸対称に配置した複数の
らせん導体からなるアンテナを、真空容器内でプラズマ
閉じ込め用磁場の磁気軸上に配して右回り円偏波が強磁
場の磁力線に沿って伝搬することを特徴とするプラズマ
発生用マイクロ波アンテナ。 - 【請求項２】前記同軸管の真空窓が高密度プラズマを導
く磁力線と交差しない位置に配置されている特許請求の
範囲第１項記載のプラズマ発生用マイクロ波アンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1339460A JPH0750844B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | プラズマ発生用マイクロ波アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1339460A JPH0750844B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | プラズマ発生用マイクロ波アンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03201703A JPH03201703A (ja) | 1991-09-03 |
| JPH0750844B2 true JPH0750844B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=18327679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1339460A Expired - Lifetime JPH0750844B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | プラズマ発生用マイクロ波アンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0750844B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109640501A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-04-16 | 上海无线电设备研究所 | 一种非均匀等离子体电子密度的诊断系统及方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0821476B2 (ja) * | 1993-09-20 | 1996-03-04 | ニチメン電子工研株式会社 | Ｅｃｒプラズマ発生装置 |
| CN114256632B (zh) * | 2021-12-24 | 2024-02-06 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种基于感应耦合等离子体的新型蜂窝吸波复合结构 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6142112B2 (ja) * | 1981-11-20 | 1986-09-19 | Hitachi Ltd | |
| JPS61269900A (ja) * | 1985-05-22 | 1986-11-29 | 理化学研究所 | プラズマ発生装置 |
| JPS6343299A (ja) * | 1986-08-07 | 1988-02-24 | 理化学研究所 | 電子サイクロトロン共鳴によるプラズマ発生装置 |
| JPS63209205A (ja) * | 1987-02-25 | 1988-08-30 | Tokyo Keiki Co Ltd | ２条スパイラルアンテナ |
| JPS63216298A (ja) * | 1987-02-21 | 1988-09-08 | レイボルト・アクチエンゲゼルシャフト | プラズマ発生処理装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6142112U (ja) * | 1984-08-21 | 1986-03-18 | 日本無線株式会社 | ４線分数巻ヘリカルアンテナ |
| JPS6454407U (ja) * | 1987-09-29 | 1989-04-04 |
-
1989
- 1989-12-28 JP JP1339460A patent/JPH0750844B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6142112B2 (ja) * | 1981-11-20 | 1986-09-19 | Hitachi Ltd | |
| JPS61269900A (ja) * | 1985-05-22 | 1986-11-29 | 理化学研究所 | プラズマ発生装置 |
| JPS6343299A (ja) * | 1986-08-07 | 1988-02-24 | 理化学研究所 | 電子サイクロトロン共鳴によるプラズマ発生装置 |
| JPS63216298A (ja) * | 1987-02-21 | 1988-09-08 | レイボルト・アクチエンゲゼルシャフト | プラズマ発生処理装置 |
| JPS63209205A (ja) * | 1987-02-25 | 1988-08-30 | Tokyo Keiki Co Ltd | ２条スパイラルアンテナ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109640501A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-04-16 | 上海无线电设备研究所 | 一种非均匀等离子体电子密度的诊断系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03201703A (ja) | 1991-09-03 |
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