JPH0821476B2 - Ecrプラズマ発生装置 - Google Patents
Ecrプラズマ発生装置Info
- Publication number
- JPH0821476B2 JPH0821476B2 JP5233072A JP23307293A JPH0821476B2 JP H0821476 B2 JPH0821476 B2 JP H0821476B2 JP 5233072 A JP5233072 A JP 5233072A JP 23307293 A JP23307293 A JP 23307293A JP H0821476 B2 JPH0821476 B2 JP H0821476B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- discharge tube
- conductor
- magnetic field
- microwave
- plasma
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- Legal status (The legal status 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 status listed.)
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- Plasma Technology (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、核融合や半導体プロセ
スの分野で、例えば使用される、ECRプラズマ発生装
置に関する。
スの分野で、例えば使用される、ECRプラズマ発生装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】ECRプラズマ発生装置においては、プ
ロセスガスのイオン化を果たすような、電子サイクロト
ロン共鳴条件を満たす共鳴域を放電管内に発生するよう
に、放電管にマイクロ波を導入している。このようなマ
イクロ波を放電間へ導入するために、従来の装置では、
導波管に導波管窓を設けたり、放電管中にヘリックスア
ンテナを突出させたりしている。
ロセスガスのイオン化を果たすような、電子サイクロト
ロン共鳴条件を満たす共鳴域を放電管内に発生するよう
に、放電管にマイクロ波を導入している。このようなマ
イクロ波を放電間へ導入するために、従来の装置では、
導波管に導波管窓を設けたり、放電管中にヘリックスア
ンテナを突出させたりしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、導波管窓を使
用した場合には、そのマイクロ波の伝搬の遮断を避ける
ために、この導波管窓を一定以上のデメンションにしな
ければならず、装置を小形化することができないばかり
か、高密度のプラズマを発生させることはできない。
用した場合には、そのマイクロ波の伝搬の遮断を避ける
ために、この導波管窓を一定以上のデメンションにしな
ければならず、装置を小形化することができないばかり
か、高密度のプラズマを発生させることはできない。
【0004】一方、ヘリックスアンテナを使用した場合
には、プラズマによるマイクロ波のカットオフが生じる
ので高密度のプラズマを生成することができない。そし
て、ヘリックスアンテナが放電管内のプラズマ中にさら
されてるいために、プラズマの損失が生じたり、アンテ
ナ材の不純物がプラズマ中に混入しクリーンなイオンが
生成されなかったり、また、このために長時間の連続運
転ができない等の問題が有る。
には、プラズマによるマイクロ波のカットオフが生じる
ので高密度のプラズマを生成することができない。そし
て、ヘリックスアンテナが放電管内のプラズマ中にさら
されてるいために、プラズマの損失が生じたり、アンテ
ナ材の不純物がプラズマ中に混入しクリーンなイオンが
生成されなかったり、また、このために長時間の連続運
転ができない等の問題が有る。
【0005】さらに、上記従来の装置においては、放電
管の径がマイクロ波のカットオフサイズよりも小さくな
ると(2.45GFzのマイクロ波は直径が72mm以
下の円筒状の放電管ではカットオフする)、放電管内に
プラズマ生成のエネルギー源であるマイクロ波が入射で
きなくなるので、装置の小形化に限度がある。そして、
ヘリックスアンテナを使用した場合には、この限度近く
まで、装置を小形化すると、前記ヘリックスアンテナに
よるプラズマの損失が著しくなる。
管の径がマイクロ波のカットオフサイズよりも小さくな
ると(2.45GFzのマイクロ波は直径が72mm以
下の円筒状の放電管ではカットオフする)、放電管内に
プラズマ生成のエネルギー源であるマイクロ波が入射で
きなくなるので、装置の小形化に限度がある。そして、
ヘリックスアンテナを使用した場合には、この限度近く
まで、装置を小形化すると、前記ヘリックスアンテナに
よるプラズマの損失が著しくなる。
【0006】本発明は、前記課題に着目してなされたも
ので、その目的とするところは、装置の小形化が可能
で、クリーンなイオン生成することができ、長時間の運
転も可能で、かつ高濃度のプラズマを発生させることが
できるECRプラズマ発生装置を提供することにある。
ので、その目的とするところは、装置の小形化が可能
で、クリーンなイオン生成することができ、長時間の運
転も可能で、かつ高濃度のプラズマを発生させることが
できるECRプラズマ発生装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係わるECRプ
ラズマ発生装置は、プロセスガスが導入される放電管
と、この放電管の外周に、この放電管の軸方向に互いに
所定間隔を有して配設され、放電管内に放電管の中心に
向かって凸となるミラー磁界を形成する複数のリング状
の永久磁石と、前記放電管にマイクロ波を供給し、前記
ミラー磁界とで、電子サイクロトロン共鳴条件を満たす
共鳴域を電子管内に発生するように、前記放電管にマイ
クロ波を供給する手段とを具備し、前記マイクロ波を供
給する手段は、放電管中に同軸的に突出した筒状の部分
を夫々有し、互いに電磁波的に絶縁された内部導体と外
部導体とを有する同軸アンテナと、内部導体の前記筒状
の部分に、放電管の軸に沿って互いに所定間隔を有して
形成され、同軸ケーブルを伝搬したマイクロ波を放電管
中に放射させる複数の放射口とを有し、前記共鳴領域は
内部導体の前記筒状の部分で囲まれた領域であることを
特徴とする。
ラズマ発生装置は、プロセスガスが導入される放電管
と、この放電管の外周に、この放電管の軸方向に互いに
所定間隔を有して配設され、放電管内に放電管の中心に
向かって凸となるミラー磁界を形成する複数のリング状
の永久磁石と、前記放電管にマイクロ波を供給し、前記
ミラー磁界とで、電子サイクロトロン共鳴条件を満たす
共鳴域を電子管内に発生するように、前記放電管にマイ
クロ波を供給する手段とを具備し、前記マイクロ波を供
給する手段は、放電管中に同軸的に突出した筒状の部分
を夫々有し、互いに電磁波的に絶縁された内部導体と外
部導体とを有する同軸アンテナと、内部導体の前記筒状
の部分に、放電管の軸に沿って互いに所定間隔を有して
形成され、同軸ケーブルを伝搬したマイクロ波を放電管
中に放射させる複数の放射口とを有し、前記共鳴領域は
内部導体の前記筒状の部分で囲まれた領域であることを
特徴とする。
【0008】
【作用】前記放射口から、放電管中に放射されたマイク
ロ波は、ECR領域に有効に導入され、この領域にプラ
ズマを生成する。
ロ波は、ECR領域に有効に導入され、この領域にプラ
ズマを生成する。
【0009】
【実施例】以下に、図1並びに図2を参照して、本発明
の一実施例に係わるECRプラズマ発生装置を説明す
る。図において、符号10は両端が開口し、ステンレス
のような金属でできた円筒状の放電管を示す。この放電
管10の外周壁の一部は同軸アンテナ11の外部導体1
2の前部である大径部12aにより構成されている。ま
た、この同軸アンテナ11は、外部導体12内に、これ
と所定間隔を有して同軸的に配置された内部導体13を
有する。この同軸アンテナ11はマイクロ波入力側が小
径で、放電管10側が大径となっており、これらの間に
はテーパ部11aが形成されている。そして、同軸アン
テナ11は大径側で放電管10の一方の開口に密にか
つ、同軸的に装着されている。外部導体12と、内部導
体13との間には、アルミナのような絶縁材(誘電体)
14が、これら導体間を電磁波的に絶縁して異常放電を
防ぐように配置されている。
の一実施例に係わるECRプラズマ発生装置を説明す
る。図において、符号10は両端が開口し、ステンレス
のような金属でできた円筒状の放電管を示す。この放電
管10の外周壁の一部は同軸アンテナ11の外部導体1
2の前部である大径部12aにより構成されている。ま
た、この同軸アンテナ11は、外部導体12内に、これ
と所定間隔を有して同軸的に配置された内部導体13を
有する。この同軸アンテナ11はマイクロ波入力側が小
径で、放電管10側が大径となっており、これらの間に
はテーパ部11aが形成されている。そして、同軸アン
テナ11は大径側で放電管10の一方の開口に密にか
つ、同軸的に装着されている。外部導体12と、内部導
体13との間には、アルミナのような絶縁材(誘電体)
14が、これら導体間を電磁波的に絶縁して異常放電を
防ぐように配置されている。
【0010】前記放電管10の中央部外周面には、複数
(この実施例では3個)のリング状の永久磁石15が、
放電管10の軸方向に互いに所定の間隔を有して同軸的
に取着されている。各永久磁石15は、3000ガウス
程度のECR磁場(2.54GHzのマイクロ波を使用
する場合にはECR磁場は875G)よりも高い磁束密
度を有し、内周面15aと外周面15bとで異なる極性
を有するように形成されている。また、3個の永久磁石
15は、隣り合うもの相互の内周面15aの極性が反対
となるようにして、配設されており、かくして、これら
永久磁石15によりミラー磁界が図に示すように放電管
10内に、これの内周面近くで発生される。このミラー
磁界は、内周面15aがN極の永久磁石15から内周面
15aがS極の永久磁石15に、放電管10の軸方向に
沿って延び、これら永久磁石15の間では放電管10の
中心軸に向かって凸状に湾曲している。
(この実施例では3個)のリング状の永久磁石15が、
放電管10の軸方向に互いに所定の間隔を有して同軸的
に取着されている。各永久磁石15は、3000ガウス
程度のECR磁場(2.54GHzのマイクロ波を使用
する場合にはECR磁場は875G)よりも高い磁束密
度を有し、内周面15aと外周面15bとで異なる極性
を有するように形成されている。また、3個の永久磁石
15は、隣り合うもの相互の内周面15aの極性が反対
となるようにして、配設されており、かくして、これら
永久磁石15によりミラー磁界が図に示すように放電管
10内に、これの内周面近くで発生される。このミラー
磁界は、内周面15aがN極の永久磁石15から内周面
15aがS極の永久磁石15に、放電管10の軸方向に
沿って延び、これら永久磁石15の間では放電管10の
中心軸に向かって凸状に湾曲している。
【0011】前記内部導体13の一端の周縁部より、同
軸アンテナ11内に突出した環状の大径部13aには、
前記永久磁石15の内周面15aと対面するようにし
て、マイクロ波放射口としてのスリット16が形成され
ている。また、内周面15aとスリット16との間に位
置する絶縁材14の部分は除去されており、永久磁石1
5からの磁束が放電管10内に効率良く延びるようにな
っている。この結果、同軸アンテナ11により伝搬され
たマイクロ波は、スリット16を介して、所謂ホイッス
ラ・モードでECR領域にまで放射される。これらスリ
ット16は、ほぼ環状をしており、夫々等しい幅かもし
くは、イオンの射出側である放電管10の他方の開口側
に向かうのに従ってデイメンションが徐々に大きくなる
ように夫々異なる幅並びに/もしくは長さを有する。こ
のように、スリット16のデメンションを、同軸アンテ
ナ11内でのマイクロ波の伝搬方向に沿って徐々に大き
くすることにより、スリット16からのマイクロ波の射
出量を全スリット16に渡ってほぼ等しくすることがで
きる。この結果、ECR領域で発生されるプラズマPの
密度を放電管10の軸方向に沿って所望の分布を有する
ようにできる。
軸アンテナ11内に突出した環状の大径部13aには、
前記永久磁石15の内周面15aと対面するようにし
て、マイクロ波放射口としてのスリット16が形成され
ている。また、内周面15aとスリット16との間に位
置する絶縁材14の部分は除去されており、永久磁石1
5からの磁束が放電管10内に効率良く延びるようにな
っている。この結果、同軸アンテナ11により伝搬され
たマイクロ波は、スリット16を介して、所謂ホイッス
ラ・モードでECR領域にまで放射される。これらスリ
ット16は、ほぼ環状をしており、夫々等しい幅かもし
くは、イオンの射出側である放電管10の他方の開口側
に向かうのに従ってデイメンションが徐々に大きくなる
ように夫々異なる幅並びに/もしくは長さを有する。こ
のように、スリット16のデメンションを、同軸アンテ
ナ11内でのマイクロ波の伝搬方向に沿って徐々に大き
くすることにより、スリット16からのマイクロ波の射
出量を全スリット16に渡ってほぼ等しくすることがで
きる。この結果、ECR領域で発生されるプラズマPの
密度を放電管10の軸方向に沿って所望の分布を有する
ようにできる。
【0012】前記同軸アンテナ11のテーパ部11aの
全長は、マイクロ波の半波長の整数倍に設定されてお
り、この結果、インピーダンスの整合は良く、マイクロ
波の反射を防止できる。
全長は、マイクロ波の半波長の整数倍に設定されてお
り、この結果、インピーダンスの整合は良く、マイクロ
波の反射を防止できる。
【0013】前記同軸アンテナ11は、小径側の外部導
体12の外径をa1,内部導体13の外径をb1とし、
大径側の外部導体12の外径をa2,内部導体13の外
径をb2とした場合に、次式で表される、小径側と大径
側とのインピーダンス(Z1、Z2)とをほぼ等しくし
て、全体のデメンションを小さくしている(荷電粒子の
損失を大にして放電を防ぐ)。
体12の外径をa1,内部導体13の外径をb1とし、
大径側の外部導体12の外径をa2,内部導体13の外
径をb2とした場合に、次式で表される、小径側と大径
側とのインピーダンス(Z1、Z2)とをほぼ等しくし
て、全体のデメンションを小さくしている(荷電粒子の
損失を大にして放電を防ぐ)。
【0014】Z1=138.05/(εr)1/2 ・log
10(a1/b1) Z2=138.05/(εr)1/2 ・log10(a2/
b2) ここで、εrは外部導体12と内部導体13との間の誘
電率を示し、絶縁材14が介在されているときには絶縁
材14の誘電率を示すが、この絶縁材14は必ずしも必
要ではない)。
10(a1/b1) Z2=138.05/(εr)1/2 ・log10(a2/
b2) ここで、εrは外部導体12と内部導体13との間の誘
電率を示し、絶縁材14が介在されているときには絶縁
材14の誘電率を示すが、この絶縁材14は必ずしも必
要ではない)。
【0015】前記内部導体13の放電管10側の一端部
の中央には、表面磁束密度が3000G程度の、ECR
磁場よりも高い磁束密度をもつ円柱状の補助永久磁石1
7が同軸的に埋設されている。この補助永久磁石17の
放電管10側に位置する内端面は、前記永久磁石15の
うち接近したものの内周面の極性と異なる極性に設定さ
れている。この極性は、この実施例では、補助永久磁石
17の内端面はS極に、そして永久磁石15の内周面は
N極に設定されており、この結果、図1に示すように、
N極からS極に向かうミラー磁界が、両永久磁石15,
17間で形成され、プラズマを効率良く閉じ込めるEC
R領域の一端側を規定している。前記内部導体13内に
は、前記補助永久磁石17の所まで延びた二重管よりな
る水冷ジャケット19が形成され、この中で水を循環さ
せることにより補助永久磁石17の過度の加熱を防止し
ている。
の中央には、表面磁束密度が3000G程度の、ECR
磁場よりも高い磁束密度をもつ円柱状の補助永久磁石1
7が同軸的に埋設されている。この補助永久磁石17の
放電管10側に位置する内端面は、前記永久磁石15の
うち接近したものの内周面の極性と異なる極性に設定さ
れている。この極性は、この実施例では、補助永久磁石
17の内端面はS極に、そして永久磁石15の内周面は
N極に設定されており、この結果、図1に示すように、
N極からS極に向かうミラー磁界が、両永久磁石15,
17間で形成され、プラズマを効率良く閉じ込めるEC
R領域の一端側を規定している。前記内部導体13内に
は、前記補助永久磁石17の所まで延びた二重管よりな
る水冷ジャケット19が形成され、この中で水を循環さ
せることにより補助永久磁石17の過度の加熱を防止し
ている。
【0016】前記大径部12aを貫通するようにしてガ
ス導入管18が設けられ、このガス導入管18より、外
部導体12の大径部12aと内部導体13の大径部13
aとの間の空間並びにスリット16を介して、イオン化
されるガスが放電管10内に導入される。
ス導入管18が設けられ、このガス導入管18より、外
部導体12の大径部12aと内部導体13の大径部13
aとの間の空間並びにスリット16を介して、イオン化
されるガスが放電管10内に導入される。
【0017】前記放電管10の前側には、図示していな
いが、ECR磁場領域で発生されたプラズマからイオン
を放電管10の外に前端開口を介して、矢印aで示すよ
うに、引出すための、イオン引き出し電極が設けられて
いる。
いが、ECR磁場領域で発生されたプラズマからイオン
を放電管10の外に前端開口を介して、矢印aで示すよ
うに、引出すための、イオン引き出し電極が設けられて
いる。
【0018】上記のような構造のECRプラズマ発生装
置においては、放電管10の軸方向に延びたミラー磁界
により規定されたECR磁場に、放電管10の軸方向に
沿って、周方向から、スリット16を介して、磁力線に
平行にマイクロ波が導入されるので、カットオフを避け
て高密度プラズマを生成できる。例えば、酸素ガスの圧
力を2 x 10-4Torrとし、2.45GHzのマ
イクロ波の電力を400Wとしたときに、電子密度5.
6 x 1011cm-3、電子温度10eVの高密度、高
エネルギーのプラズマを生成することができた。
置においては、放電管10の軸方向に延びたミラー磁界
により規定されたECR磁場に、放電管10の軸方向に
沿って、周方向から、スリット16を介して、磁力線に
平行にマイクロ波が導入されるので、カットオフを避け
て高密度プラズマを生成できる。例えば、酸素ガスの圧
力を2 x 10-4Torrとし、2.45GHzのマ
イクロ波の電力を400Wとしたときに、電子密度5.
6 x 1011cm-3、電子温度10eVの高密度、高
エネルギーのプラズマを生成することができた。
【0019】上記実施例では、ステンレスやアルミナを
装置形成材料として使用したが、これに限定されるもの
ではない。例えば、放電管を軽量化するためには、ステ
ンレスの代わりにアルミニウムを使用しても良く。ま
た、アルミナが加工しにくければ、窒化ボロンを使用し
ても良い。
装置形成材料として使用したが、これに限定されるもの
ではない。例えば、放電管を軽量化するためには、ステ
ンレスの代わりにアルミニウムを使用しても良く。ま
た、アルミナが加工しにくければ、窒化ボロンを使用し
ても良い。
【0020】前記リング状の永久磁石15としては、内
周面と外周面とで異なる極性のものを使用したが、一側
面と反対側面とで異なる極性のものを使用しても良い。
この場合には、隣合う永久磁石15相互の互いに面する
側面の極性が異なるようにして複数の永久磁石15を放
電管10の軸に沿って互いに所定間隔を有して配置し、
ミラー磁界を放電管10内に、放電管10の中心軸に向
かって凸状に湾曲して、これの内周面近くで発生するよ
うにする。
周面と外周面とで異なる極性のものを使用したが、一側
面と反対側面とで異なる極性のものを使用しても良い。
この場合には、隣合う永久磁石15相互の互いに面する
側面の極性が異なるようにして複数の永久磁石15を放
電管10の軸に沿って互いに所定間隔を有して配置し、
ミラー磁界を放電管10内に、放電管10の中心軸に向
かって凸状に湾曲して、これの内周面近くで発生するよ
うにする。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、導波管窓やヘリックス
アンテナを使用しなくても、効果的にマイクロ波を放電
管中に導入できるので、装置の小形化が可能で、クリー
ンなイオン生成することができ、長時間の運転も可能
で、かつ高濃度のプラズマを発生させることができる。
アンテナを使用しなくても、効果的にマイクロ波を放電
管中に導入できるので、装置の小形化が可能で、クリー
ンなイオン生成することができ、長時間の運転も可能
で、かつ高濃度のプラズマを発生させることができる。
【図1】本発明の一実施例に係わるECRプラズマ発生
装置を概略的に示す縦断面図。
装置を概略的に示す縦断面図。
【図2】図1に示す装置の一部を示す図。
10…放電管、11…同軸アンテナ、12…外部導体、
13…内部導体,14…絶縁材、15…永久磁石、16
…スリット(放射口)
13…内部導体,14…絶縁材、15…永久磁石、16
…スリット(放射口)
Claims (1)
- 【請求項1】 プロセスガスが導入される放電管と、こ
の放電管の外周に、この放電管の軸方向に互いに所定間
隔を有して配設され、放電管内に放電管の中心に向かっ
て凸となるミラー磁界を形成する複数のリング状の永久
磁石と、前記放電管にマイクロ波を供給し、前記ミラー
磁界とで、電子サイクロトロン共鳴条件を満たす共鳴域
を電子管内に発生するように、前記放電管にマイクロ波
を供給する手段とを具備し、前記マイクロ波を供給する
手段は、放電管中に同軸的に突出した筒状の部分を夫々
有し、互いに電磁波的に絶縁された内部導体と外部導体
とを有する同軸アンテナと、内部導体の前記筒状の部分
に、放電管の軸に沿って互いに所定間隔を有して形成さ
れ、同軸ケーブルを伝搬したマイクロ波を放電管中に放
射させる複数の放射口とを有し、前記共鳴領域は内部導
体の前記筒状の部分で囲まれた領域であることを特徴と
するECRプラズマ発生装置
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5233072A JPH0821476B2 (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Ecrプラズマ発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5233072A JPH0821476B2 (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Ecrプラズマ発生装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0785996A JPH0785996A (ja) | 1995-03-31 |
JPH0821476B2 true JPH0821476B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=16949368
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5233072A Expired - Lifetime JPH0821476B2 (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | Ecrプラズマ発生装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0821476B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AUPS303302A0 (en) * | 2002-06-19 | 2002-07-11 | Australian National University, The | A plasma beam generator |
FR2993428B1 (fr) * | 2012-07-11 | 2014-08-08 | Centre Nat Rech Scient | Applicateur d'onde de surface pour la production de plasma |
KR102164480B1 (ko) * | 2019-02-14 | 2020-10-13 | 주식회사 쌤빛 | 개선된 ecr 균일 플라즈마 발생 장치 |
CN114698219B (zh) * | 2020-12-25 | 2024-03-12 | 上海光链电子科技有限公司 | 一种用于氢原子激射器的电离源装置及氢原子激射器 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0687440B2 (ja) * | 1987-05-11 | 1994-11-02 | 松下電器産業株式会社 | マイクロ波プラズマ発生方法 |
JPH0750844B2 (ja) * | 1989-12-28 | 1995-05-31 | 理化学研究所 | プラズマ発生用マイクロ波アンテナ |
JP2965169B2 (ja) * | 1990-12-07 | 1999-10-18 | 徳芳 佐藤 | マイクロ波放電反応装置及び電極装置 |
-
1993
- 1993-09-20 JP JP5233072A patent/JPH0821476B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0785996A (ja) | 1995-03-31 |
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