JPH0828350B2 - Ｅｃｒ型プラズマ発生装置 - Google Patents
Ｅｃｒ型プラズマ発生装置Info
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- JPH0828350B2 JPH0828350B2 JP4329347A JP32934792A JPH0828350B2 JP H0828350 B2 JPH0828350 B2 JP H0828350B2 JP 4329347 A JP4329347 A JP 4329347A JP 32934792 A JP32934792 A JP 32934792A JP H0828350 B2 JPH0828350 B2 JP H0828350B2
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- Japan
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- metal plate
- magnetic field
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、電子サイクロトロン
共鳴（ＥＣＲ）現象でプラズマを発生し、このプラズマ
を利用して被処理物を処理するＥＣＲ型プラズマ発生装
置に関する。
共鳴（ＥＣＲ）現象でプラズマを発生し、このプラズマ
を利用して被処理物を処理するＥＣＲ型プラズマ発生装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＥＣＲ型プラズマ発生装置は、例えば、
半導体産業におけるエッチングやデポジションのための
プラズマ、及びイオン源のソースプラズマを発生するた
めに利用されている。このような用途のために使用され
ている従来の装置では、多くの場合、プラズマを発生す
るための磁界の形成はコイル電磁石に依存しており、ま
たマイクロ波を通す窓は導波路の磁気軸に垂直に設けら
れている。そしてこの窓は、マイクロ波の遮断が起こら
ないように大口径（例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を用いる場合には，直径Ｄが６６．５ｍｍ以上）のも
のを使用している。このため、径の大きいプラズマを発
生させるためには導波路の径やコイルの径を大きくする
必要があるが、装置全体が大型化し、かつ均一なプラズ
マが得られない等の理由で、導波路の径を大きくするこ
とは実用上、難しい。
半導体産業におけるエッチングやデポジションのための
プラズマ、及びイオン源のソースプラズマを発生するた
めに利用されている。このような用途のために使用され
ている従来の装置では、多くの場合、プラズマを発生す
るための磁界の形成はコイル電磁石に依存しており、ま
たマイクロ波を通す窓は導波路の磁気軸に垂直に設けら
れている。そしてこの窓は、マイクロ波の遮断が起こら
ないように大口径（例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ
波を用いる場合には，直径Ｄが６６．５ｍｍ以上）のも
のを使用している。このため、径の大きいプラズマを発
生させるためには導波路の径やコイルの径を大きくする
必要があるが、装置全体が大型化し、かつ均一なプラズ
マが得られない等の理由で、導波路の径を大きくするこ
とは実用上、難しい。
【０００３】また、永久磁石を用いた装置も知られてい
るが、このような装置では永久磁石の磁界はＥＣＲ域を
一部にもち、プラズマの閉じ込めを主目的としているも
ので、通常バケット型磁界と呼ばれている。このような
磁界を利用したものでも、均一で大口径のプラズマを発
生させることは困難である。
るが、このような装置では永久磁石の磁界はＥＣＲ域を
一部にもち、プラズマの閉じ込めを主目的としているも
ので、通常バケット型磁界と呼ばれている。このような
磁界を利用したものでも、均一で大口径のプラズマを発
生させることは困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】即ち、上記従来の装置
で、均一で大口径のプラズマを発生させるためには、複
雑な磁界の補正等をしなければならず、この場合にはプ
ラズマの高密度化並びに低不純物混入を達成することが
難しい等の課題が生じる。
で、均一で大口径のプラズマを発生させるためには、複
雑な磁界の補正等をしなければならず、この場合にはプ
ラズマの高密度化並びに低不純物混入を達成することが
難しい等の課題が生じる。
【０００５】従って本発明の目的は、プラズマの高密度
化並びに低不純物化が可能でありながら、均一で大口径
のプラズマを発生させることができ、かつ装置全体の大
型化も防止できるＥＣＲ型プラズマ発生装置を提供する
ことである。
化並びに低不純物化が可能でありながら、均一で大口径
のプラズマを発生させることができ、かつ装置全体の大
型化も防止できるＥＣＲ型プラズマ発生装置を提供する
ことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のＥＣＲ型プラズマ発生装置は、２枚の金属
板をこれらの間にマイクロ波の導波路を形成するように
互いに上下方向に離間して対面して配設し、一方の金属
板の上にこれに沿って複数の永久磁石を近接するもの相
互が極性が反転するようにして配設することによりＥＣ
Ｒ領域並びに曲がったミラー磁界を他方の金属板の下側
に形成し、この他方の金属板の前記永久磁石の磁極の真
下に、マイクロ波の伝搬方向に独立した複数の開口を形
成して導波路を通るマイクロ波をこれら開口よりＥＣＲ
領域に放射させてプラズマの発生に寄与させ、上記の曲
がったミラー磁界に捕捉された荷電粒子のドリフト運動
を利用して高密度プラズマを生成することを特徴とす
る。
に、本発明のＥＣＲ型プラズマ発生装置は、２枚の金属
板をこれらの間にマイクロ波の導波路を形成するように
互いに上下方向に離間して対面して配設し、一方の金属
板の上にこれに沿って複数の永久磁石を近接するもの相
互が極性が反転するようにして配設することによりＥＣ
Ｒ領域並びに曲がったミラー磁界を他方の金属板の下側
に形成し、この他方の金属板の前記永久磁石の磁極の真
下に、マイクロ波の伝搬方向に独立した複数の開口を形
成して導波路を通るマイクロ波をこれら開口よりＥＣＲ
領域に放射させてプラズマの発生に寄与させ、上記の曲
がったミラー磁界に捕捉された荷電粒子のドリフト運動
を利用して高密度プラズマを生成することを特徴とす
る。
【０００７】
【実施例】以下に本発明の一実施例に係わるＥＣＲ型プ
ラズマ発生装置を添付図面を参照して説明する。
ラズマ発生装置を添付図面を参照して説明する。
【０００８】図１にて、符号１はアルミでできた円筒状
のケーシングを示し、このケーシング１の上部の一側に
は、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振する発信
器２が配置され第１の導波路を構成する筒状の突出部３
が設けられている。またこのケーシング１の上壁近くに
は互いに少し離間し、間に前記第１の導波路と連通した
第２の導波路を構成する２枚の金属板４，５がほぼ水平
に配置されている。これら金属板４，５は、ケーシング
１の内径とほぼ同じ径を有する円板形状をなし、マイク
ロ波は透過しないが磁束か透過する材質、例えばアルミ
で形成されている。これら金属板４，５の間隔は、荷電
粒子の損失を起こり易くして両金属板間の放電破壊を防
ぐように非常に狭く設定されている。前記上方の金属板
５の上面には多数の永久磁石６，７が、図２に示すよう
に同心の４つの円上に配設されている。これら永久磁石
は、Ｎ極が金属板５に面した磁石（Ｎ極磁石６）と、Ｓ
極が金属板５に面した磁石（Ｓ極磁石７）とからなり、
金属板５の最外周に沿う円に沿って互いに所定間隔を有
して並べられたＮ極磁石６よりなる第１のグループと、
第１のグループの内側に順次並べられたＳ極磁石７より
なる第２のグループ、Ｎ極磁石６よりなる第３のグルー
プ並びにＳ極磁石７よりなる第４のグループとに分けら
れる。従って、これら磁石の配列は、金属板５の径方向
に沿って近接して隣合うもの相互の極性が異なるように
なっている。また、これら永久磁石として、前記の金属
板４の下方のケーシング１内に、使用するマイクロ波の
電子サイクロトロン共鳴条件（磁束密度をＢ、電子の質
量と電荷を夫々ｍ，ｅ、そしてマイクロ波の周波数をｆ
とした場合に、２πｆ＝ｅＢ／ｍとなる条件）を満たす
共鳴域（図３中破線で示す領域）が存在するような強さ
のものを使用している。
のケーシングを示し、このケーシング１の上部の一側に
は、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振する発信
器２が配置され第１の導波路を構成する筒状の突出部３
が設けられている。またこのケーシング１の上壁近くに
は互いに少し離間し、間に前記第１の導波路と連通した
第２の導波路を構成する２枚の金属板４，５がほぼ水平
に配置されている。これら金属板４，５は、ケーシング
１の内径とほぼ同じ径を有する円板形状をなし、マイク
ロ波は透過しないが磁束か透過する材質、例えばアルミ
で形成されている。これら金属板４，５の間隔は、荷電
粒子の損失を起こり易くして両金属板間の放電破壊を防
ぐように非常に狭く設定されている。前記上方の金属板
５の上面には多数の永久磁石６，７が、図２に示すよう
に同心の４つの円上に配設されている。これら永久磁石
は、Ｎ極が金属板５に面した磁石（Ｎ極磁石６）と、Ｓ
極が金属板５に面した磁石（Ｓ極磁石７）とからなり、
金属板５の最外周に沿う円に沿って互いに所定間隔を有
して並べられたＮ極磁石６よりなる第１のグループと、
第１のグループの内側に順次並べられたＳ極磁石７より
なる第２のグループ、Ｎ極磁石６よりなる第３のグルー
プ並びにＳ極磁石７よりなる第４のグループとに分けら
れる。従って、これら磁石の配列は、金属板５の径方向
に沿って近接して隣合うもの相互の極性が異なるように
なっている。また、これら永久磁石として、前記の金属
板４の下方のケーシング１内に、使用するマイクロ波の
電子サイクロトロン共鳴条件（磁束密度をＢ、電子の質
量と電荷を夫々ｍ，ｅ、そしてマイクロ波の周波数をｆ
とした場合に、２πｆ＝ｅＢ／ｍとなる条件）を満たす
共鳴域（図３中破線で示す領域）が存在するような強さ
のものを使用している。
【０００９】前記ケーシング１の上部中央には、アルゴ
ンガスのようなプラズマ化されるガスをケーシング１内
に導入するためのガス導入ポート８が突設されている。
このガス導入ポート８の内端は、前記上方の金属板５を
貫通して第２の導波路に開口している。また、前記永久
磁石６，７の上部には、金属板４，５を水冷するための
ウオータジャケット９が設けられている。
ンガスのようなプラズマ化されるガスをケーシング１内
に導入するためのガス導入ポート８が突設されている。
このガス導入ポート８の内端は、前記上方の金属板５を
貫通して第２の導波路に開口している。また、前記永久
磁石６，７の上部には、金属板４，５を水冷するための
ウオータジャケット９が設けられている。
【００１０】前記下方の金属板４には、永久磁石の磁極
の直下に位置するようにして、スリット状の開口１０が
形成されている。この実施例では、これら開口１０は、
全永久磁石に対応するように形成されているのではな
く、図２に示すように、１列となるように８個の永久磁
石のみに対応して形成されている。次に、上記構成のＥ
ＣＲ型プラズマ発生装置の動作の基本原理を図３を参照
して説明する。
の直下に位置するようにして、スリット状の開口１０が
形成されている。この実施例では、これら開口１０は、
全永久磁石に対応するように形成されているのではな
く、図２に示すように、１列となるように８個の永久磁
石のみに対応して形成されている。次に、上記構成のＥ
ＣＲ型プラズマ発生装置の動作の基本原理を図３を参照
して説明する。
【００１１】永久磁石６，７により発生された磁界は、
Ｎ極磁石６のＮ極からでた磁力線が金属板４，５を通し
て隣接するＳ極磁石７の南極Ｓで終わり、磁極近傍で強
く中央部で弱い曲がった局所的なミラー磁界となる。そ
して、発信器２より発信され、両金属板４，５間に規定
された導波路に沿って進むマイクロ波は開口１０から金
属板４の下方の空間に放射され、共鳴域で電子に共鳴吸
収されてプラズマの発生と、その維持のエネルギーとを
供給する。このプラズマにより発生した荷電粒子の一部
は曲がったミラー磁界に捕らえられ、他部は下方に拡散
される。ミラー磁界に捕捉され磁力線に沿って運動する
荷電粒子には、磁界が曲がっているために、磁力線の曲
率半径方向の遠心力が働き、この遠心力と磁界のローレ
ンツ力とにより図面に垂直な方向に荷電粒子は運動する
（ドリフト運動）。一方、磁界は、永久磁石に近ずくの
に従って強くなるので、上向きの強度勾配を有する。こ
の磁界の不均一性の結果、荷電粒子の磁力線に巻きつく
回転運動（サイクロトロン運動）の回転半径は、場所的
に変化し、いわゆる磁界の勾配によるドリフト運動（▽
Ｂドリフトと呼ばれる）が、前記と同様に図面に垂直に
起こる。これらのドリフト運動の結果、荷電粒子は永久
磁石近くに捕らえられ、密度の高いプラズマの生成に寄
与する。
Ｎ極磁石６のＮ極からでた磁力線が金属板４，５を通し
て隣接するＳ極磁石７の南極Ｓで終わり、磁極近傍で強
く中央部で弱い曲がった局所的なミラー磁界となる。そ
して、発信器２より発信され、両金属板４，５間に規定
された導波路に沿って進むマイクロ波は開口１０から金
属板４の下方の空間に放射され、共鳴域で電子に共鳴吸
収されてプラズマの発生と、その維持のエネルギーとを
供給する。このプラズマにより発生した荷電粒子の一部
は曲がったミラー磁界に捕らえられ、他部は下方に拡散
される。ミラー磁界に捕捉され磁力線に沿って運動する
荷電粒子には、磁界が曲がっているために、磁力線の曲
率半径方向の遠心力が働き、この遠心力と磁界のローレ
ンツ力とにより図面に垂直な方向に荷電粒子は運動する
（ドリフト運動）。一方、磁界は、永久磁石に近ずくの
に従って強くなるので、上向きの強度勾配を有する。こ
の磁界の不均一性の結果、荷電粒子の磁力線に巻きつく
回転運動（サイクロトロン運動）の回転半径は、場所的
に変化し、いわゆる磁界の勾配によるドリフト運動（▽
Ｂドリフトと呼ばれる）が、前記と同様に図面に垂直に
起こる。これらのドリフト運動の結果、荷電粒子は永久
磁石近くに捕らえられ、密度の高いプラズマの生成に寄
与する。
【００１２】また、開口１０と共鳴域との間の磁界Ｂは
共鳴磁界Ｂｃｅと比べ、Ｂ＞Ｂｃｅとなっているため、
原理的に、密度の高いプラズマが存在していても、開口
１０から放射されたマイクロ波の伝搬に支障をきたさな
い（いわゆるホイッスラー伝搬）ので、高密度のプラズ
マを生成することができる。
共鳴磁界Ｂｃｅと比べ、Ｂ＞Ｂｃｅとなっているため、
原理的に、密度の高いプラズマが存在していても、開口
１０から放射されたマイクロ波の伝搬に支障をきたさな
い（いわゆるホイッスラー伝搬）ので、高密度のプラズ
マを生成することができる。
【００１３】上記のような原理により、ガス導入ポート
８よりケーシング１内に導入されたガスと、発信器２か
らのマイクロ波により、金属板４の下側で密度の高いプ
ラズマが発生される。そして、永久磁石の配置面積を大
きくすることにより、この面積にほぼ比例した大口径の
プラズマを得ることができる。例えば、アルゴンガスの
圧力を６×１０-4Ｔｏｒｒに保ち、２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波を２００Ｗの出力で供給し、荷電粒子密度が１
×１０11ｃｍ-3で直径２０ｃｍに渡って均一性（一様
性）が±３％のプラズマを発生させることができる。
８よりケーシング１内に導入されたガスと、発信器２か
らのマイクロ波により、金属板４の下側で密度の高いプ
ラズマが発生される。そして、永久磁石の配置面積を大
きくすることにより、この面積にほぼ比例した大口径の
プラズマを得ることができる。例えば、アルゴンガスの
圧力を６×１０-4Ｔｏｒｒに保ち、２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波を２００Ｗの出力で供給し、荷電粒子密度が１
×１０11ｃｍ-3で直径２０ｃｍに渡って均一性（一様
性）が±３％のプラズマを発生させることができる。
【００１４】上記のようなＥＣＲ型プラズマ発生装置を
例えば、イオン発生装置として使用する場合には、既知
のようにケーシング１の下側に加速電極や取出し電極を
配置すれば良く、このようにすることにより大径の、即
ち、ケーシング１の内径とほぼ同じ径のイオンビームを
取出すことができる。
例えば、イオン発生装置として使用する場合には、既知
のようにケーシング１の下側に加速電極や取出し電極を
配置すれば良く、このようにすることにより大径の、即
ち、ケーシング１の内径とほぼ同じ径のイオンビームを
取出すことができる。
【００１５】尚、上記実施例においては、全て同じデメ
ンションの開口を下側の金属板に形成したが、このデメ
ンション並びに／または配置を、マイクロ波電力の分配
を均一にするように調節すれば、より均一な密度のプラ
ズマを発生させることができる。このためには、例え
ば、マイクロ波の進行方向から見て、金属板の中心に向
かうのに従ってデメンションが徐々に大きくなるように
開口を形成するようにすれば良い。また、実施例では、
永久磁石は同心円状に配設されているが、必ずしもこの
ような配設にする必要はなく、例えば複数の矩形状に配
設しても良い。前記開口は、スリット状に形成したが、
この形状に限定されることはない。さらに、個々の永久
磁石は、１個の永久磁石と同様の磁力線を発生するので
あれば、必ずしも一体でなくても良く、幾つかに分割さ
れていても良い。
ンションの開口を下側の金属板に形成したが、このデメ
ンション並びに／または配置を、マイクロ波電力の分配
を均一にするように調節すれば、より均一な密度のプラ
ズマを発生させることができる。このためには、例え
ば、マイクロ波の進行方向から見て、金属板の中心に向
かうのに従ってデメンションが徐々に大きくなるように
開口を形成するようにすれば良い。また、実施例では、
永久磁石は同心円状に配設されているが、必ずしもこの
ような配設にする必要はなく、例えば複数の矩形状に配
設しても良い。前記開口は、スリット状に形成したが、
この形状に限定されることはない。さらに、個々の永久
磁石は、１個の永久磁石と同様の磁力線を発生するので
あれば、必ずしも一体でなくても良く、幾つかに分割さ
れていても良い。
【００１６】上記ＥＣＲ型プラズマ発生装置において
は、プラズマの発生は無電極であるＥＣＲ放電によりお
こなっているので金属板の冷却を充分に行うことにより
不純物の混入の恐れをより低くすることができる。
は、プラズマの発生は無電極であるＥＣＲ放電によりお
こなっているので金属板の冷却を充分に行うことにより
不純物の混入の恐れをより低くすることができる。
【００１７】
【発明の効果】上記構成のＥＣＲ型プラズマ発生装置に
はおいては、プラズマの高密度化並びに低不純物化が可
能であり、さらに均一で大口径のプラズマを発生させる
ことができる。
はおいては、プラズマの高密度化並びに低不純物化が可
能であり、さらに均一で大口径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型プラズマ発
生装置の全体を概略的に示す図である。
生装置の全体を概略的に示す図である。
【図２】図１に示す装置に使用されている永久磁石と開
口との配置を示す平面図である。
口との配置を示す平面図である。
【図３】本発明のＥＣＲ型プラズマ発生装置のプラズマ
の発生原理を説明するための図である。
の発生原理を説明するための図である。
１…ケーシング、２…マイクロ波発信器、４，５…金属
板、６，７…永久磁石、１０…開口。
板、６，７…永久磁石、１０…開口。
Claims (1)
- 【請求項１】 ２枚の金属板をこれらの間にマイクロ波
の導波路を形成するように互いに上下方向に離間して対
面して配設し、一方の金属板の上にこれに沿って複数の
永久磁石を近接するもの相互が極性が反転するようにし
て配設することによりＥＣＲ領域並びに曲がったミラー
磁界を他方の金属板の下側に形成し、この他方の金属板
の前記永久磁石の磁極の真下に、マイクロ波の伝搬方向
に独立した複数の開口を形成して導波路を通るマイクロ
波をこれら開口よりＥＣＲ領域に放射させてプラズマの
発生に寄与させ、上記の曲がったミラー磁界に捕捉され
た荷電粒子のドリフト運動を利用して高密度プラズマを
生成することを特徴とするＥＣＲ型プラズマ発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4329347A JPH0828350B2 (ja) | 1992-12-09 | 1992-12-09 | Ｅｃｒ型プラズマ発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4329347A JPH0828350B2 (ja) | 1992-12-09 | 1992-12-09 | Ｅｃｒ型プラズマ発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06310494A JPH06310494A (ja) | 1994-11-04 |
| JPH0828350B2 true JPH0828350B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=18220444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4329347A Expired - Lifetime JPH0828350B2 (ja) | 1992-12-09 | 1992-12-09 | Ｅｃｒ型プラズマ発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0828350B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016052877A1 (ko) * | 2014-09-30 | 2016-04-07 | 한국기초과학지원연구원 | Ecr 플라즈마 발생장치 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6933182B1 (en) | 1995-04-20 | 2005-08-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device and manufacturing system thereof |
| FR2995493B1 (fr) * | 2012-09-11 | 2014-08-22 | Hydromecanique & Frottement | Dispositif pour generer un plasma presentant une etendue importante le long d'un axe par resonnance cyclotronique electronique rce a partir d'un milieu gazeux |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
-
1992
- 1992-12-09 JP JP4329347A patent/JPH0828350B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016052877A1 (ko) * | 2014-09-30 | 2016-04-07 | 한국기초과학지원연구원 | Ecr 플라즈마 발생장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06310494A (ja) | 1994-11-04 |
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