JPH10172791A - シートプラズマ発生装置 - Google Patents

シートプラズマ発生装置

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JPH10172791A
JPH10172791A JP8324954A JP32495496A JPH10172791A JP H10172791 A JPH10172791 A JP H10172791A JP 8324954 A JP8324954 A JP 8324954A JP 32495496 A JP32495496 A JP 32495496A JP H10172791 A JPH10172791 A JP H10172791A
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JP
Japan
Prior art keywords
plasma
metal tube
microwave
tube
magnetic field
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Pending
Application number
JP8324954A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuhiro Yoshida
光宏 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 【課題】 シートプラズマの幅をより広くしかもプラズ
マ密度を更に高くするようにしたシートプラズマ発生装
置を提供する。 【解決手段】 導波管3と同形状の入射窓5に接して導
波管3内に挿入したマイクロ波用誘電体レンズ11と、
上記金属管6外部にこの金属管6を囲むように設置され
た小型コイル又は永久磁石7と、上記金属管6より下流
にあって誘電体管13を囲んで設けたループ状アンテナ
8と、からなるうちの少なくとも二つの組合わせにて構
成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ発生装置
に係り、例えば大面積プロセス用プラズマ発生装置、リ
ニア型イオン源、金属等の大面積酸化膜生成装置、フィ
ルム等の表面処理装置、プラズマ加速器等のプラズマを
利用する装置全般への適用に有用で、更にはエッチング
やスパッター装置、薄膜生成装置等、効率よく短時間で
処理を行う必要性のあるシートプラズマ発生装置として
好適なものに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のマイクロ波及び磁場を利用したシ
ートプラズマ発生装置を図5に示す。図5の(a)は側
面構成図、(b)は(a)のA−B断面図である。図5
において、マイクロ波12を伝送する矩形断面導波管3
をテーパ管9にて幅を広げ、この広げた導波管10と同
一形状断面を有する入射窓5を介して金属管6に入射さ
せ、この金属管6内ではマイクロ波12の伝搬を制御し
つつプラズマをシート状に発生させている。
【0003】ここで、プラズマの発生は、真空容器1外
に配置されて磁場BO を作るコイル2により発生される
ECRゾーンEO にて磁場BO に平行に入射されるマイ
クロ波12が矩形断面の金属管6を伝播しつつECR条
件にて効率よく吸収されることによりシートプラズマP
O が発生するものである。なお、ECR条件及びECR
ゾーンのECRは、Electron Cycrotr
on Resonance(電子サイクロトロン共鳴)
のことであり、磁場中の電子はサイクロトロン周波数に
て回転運動を行うが、この周波数と同一周波数にて振動
する電磁波(本発明ではマイクロ波)をプラズマ中の電
子に作用させるとき、共鳴的にこの電磁波のエネルギを
電子の運動エネルギに変換できる、この共鳴現象のこと
である。こうして、発生したシートプラズマは同時に磁
場BO に沿って形状を保ちながら、真空中を輸送され
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述の説明に係るシー
トプラズマ発生装置において、シートプラズマPO をよ
り広幅に向けスケールアップする場合に、プラズマをシ
ート形状内で一様にするためマイクロ波パワーの吸収も
一様化する必要がある。従来の方法では、マイクロ波パ
ワーの吸収を一様化させるために必要なECRゾーン付
近の磁場強度や形状の調整ができないこと、また導波管
中マイクロ波のモードが決まっており入射前のマイクロ
波パワー分布が導波管中心でピークを持つ等のことに起
因してプラズマを一様に広幅化することに限界がある。
【0005】また、プラズマの密度をより高くするため
には、マイクロ波の入射パワーを増加させる必要がある
が、プラズマ密度のマイクロ波パワーに対する増加率
は、パワーが一定値以上になると飽和する傾向にあっ
て、これも限界がある。
【0006】本発明は、上述の問題に鑑み、シートプラ
ズマの幅をより広くスケールアップし、同時にプラズマ
密度を更に高くするシートプラズマ発生装置の提供を目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、次の発明特定事項を有する。 (1)マイクロ波を伝える導波管と、この導波管と同形
状の入射窓と、この入射窓に接して設けた金属管と、こ
の金属管の端が位置する真空容器とを有するシートプラ
ズマ発生装置において、上記入射窓に接して導波管内に
挿入したマイクロ波用誘電体レンズと、上記金属管外部
にこの金属管を囲むように設置された小型コイル又は永
久磁石と、上記金属管より下流にあって誘電体管を囲ん
で設けたループ状アンテナと、からなるうちの少なくと
も二つの組合わせにて構成したことを特徴とする。 (2)上記(1)において、上記金属管の断面形状を矩
形とし、しかも直管、及びテーパ状のいずれかとしたこ
とを特徴とする。 (3)上記(1)において、上記導波管は直管及びテー
パ管のいずれかとしたことを特徴とする。 (4)上記(1)、(2)又は(3)において、金属管
外部に小型コイル、又は永久磁石を対で同じ極を向き合
わせて補 助磁場としてカスプ型磁場を直流又は交流
で、形成するように設置することを特徴とする。 (5)上記(1)、(2)又は(3)において、金属管
よりも下流に設けられてこの金属管断面と同形状の断面
を有する 誘電体管と、この誘電体管を囲んで設けたル
ープ状アンテナを有することを特徴とする。
【0008】基本モード(TE10)で伝播してきたマイ
クロ波は、マイクロ波電力分布を幅方向に広げる働きを
有するマイクロ波用レンズにて予め幅方向にパワー分布
を広げられる。プラズマのシート化及び広幅化のために
必要なマイクロ波レンズ11から金属管内に入射したマ
イクロ波は、プラズマ中を伝播し、シートプラズマを生
成する。
【0009】このとき、永久磁石又は小型コイルにてマ
イクロ波がプラズマに吸収される位置での磁場形状を制
御してマイクロ波の伝播、吸収分布を調整しプラズマの
形状制御を行っており、換言すれば、永久磁石又は小型
コイルによるカプス型磁場により、幅方向に広がる形に
調整された磁場、またマイクロ波進行方向に凸でより大
きな曲率を持つECRゾーン形により幅方向へのマイク
ロ波伝播を増大させ、プラズマの広幅一様化が達成され
る。さらに精度よく調整する際には、小型コイルによる
補助磁場を交流電流により時間的に変化させることでこ
まかくプラズマ形を整えることが可能である。
【0010】次に、金属管を通過したプラズマは、誘電
体を囲むループ状アンテナ内を通る。このときループ状
アンテナにMHZ オーダーの高周波電流を流すことでプ
ラズマ中にヘリコン波(プラズマ中を磁場に平行に伝播
する電磁波で、周波数または波長により位相速度が変化
する性質を持つホイッスラー波にて電子サイクロトン周
波数より充分低周波の部分をいう)を励起させ、密度ジ
ャンプ現象(ある一定パワー以上で密度が1ケタ程度急
激に増える現象)を利用して高密度化を図る。これによ
り莫大なマイクロ波パワーを必要とせず、プラズマ形状
を保持しながら高密度プラズマが得られる。
【0011】上記はマイクロ波レンズ、永久磁石又は小
型コイル、更にはループ状アンテナそれぞれの機能であ
り、仮に例えばマイクロ波レンズ単独でもある程度の幅
のシートプラズマの生成が可能であり、また永久磁石又
は小型コイル単独でも形状制御により広幅、高精度のシ
ートプラズマの生成も可能であるが、マイクロ波レン
ズ、永久磁石又は小型コイル、ループ状アンテナによる
組合せにより、広幅の形状制御ができて高密度なシート
プラズマを得ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】ここで、図1〜4を参照して本発
明の実施の形態の一例を説明する。なお、図1〜4にお
いて図5と同一部分には同符号を付する。図1〜3は、
シートプラズマ発生装置一例である。1は真空容器、2
は軸方向の磁場BO 及びECRゾーンEO 形成用の電磁
コイル、3は矩形断面のマイクロ波伝送用導波管、5は
マイクロ波入射窓、6は金属管である。
【0013】導波管3の端には、プラズマ広幅化のため
のテーパ管9が接続される。このテーパ管はマイクロ波
のモードを変えずマイクロ波のインピーダンスマッチン
グがとれるように長さを調整するものである。
【0014】テーパ管9に連通する導波管10内には、
マイクロ波入射窓5に接しており、図2(b)に示すよ
うに厚み方向wには一定形状であり、幅方向に図2
(a)にも示すよう調整された形を持つマイクロ波用誘
電体レンズ11が備えられ、マイクロ波12のパワー分
布が幅t方向に広げられる。この場合、幅方向の形状f
は誘電体の誘電率や導波管サイズから光の軸跡計算を用
いて決定される。
【0015】更に、マイクロ波入射窓5に接して、プラ
ズマ形状制御用金属管6が接続される。この金属管6は
直管でも幅方向にテーパー状でもよい。また、本例で
は、金属管6の幅方向に小型コイル又は永久磁石7をカ
スプ状に、またそれに垂直に小型コイル又は永久磁石7
をBO の向きに合わせてカスプ状に設置する。図3に示
すように極性をあわせるとこれらのコイル、又は磁石に
より磁力線をより幅方向に広げ、ECRゾーンの曲率を
大きくすることができる。図3のBO、EO は調整前、
1 、E1 は調整後の磁場、及びECRゾーンである。
これによりマイクロ波は金属管内をより幅方向の外に向
かって進向し、広幅一様なシートプラズマを得ることが
できる。小型コイルを用いた例では、プラズマ状態に応
じた磁場調整が可能である。この磁場を小型コイルへ交
流電流を印加して変動させてやることで、磁気圧変動に
よるプラズマ形状の微調が可能となる。ここで、振動
数、電流値はプラズマガス種、密度、金属管サイズによ
り決められる。
【0016】また、金属管6の端の真空容器1との間に
あって、形状の調整及び高密度化のために備えられた誘
電体管13の周囲にはリング状の金属アンテナ8が設け
られる。ここでは金属管6の端と誘電体管13とは同一
断面形状を有する。また、アンテナ8は誘電体管13全
体を囲む断面形状を有し、更にはこのアンテナ8を磁場
の向きと平行に複数個設置してもよく、この場合、電気
的に直列又は並列に接続でき、更に並列の場合アンテナ
相互の印加高周波の位相をずらした設置でも状況に応じ
た調整が可能である。ここでは、プラズマ中のヘリコン
波の励起により、密度ジャンプ現象を生じさせ、高密度
プラズマを得るものである。
【0017】上述の説明では、マイクロ波レンズ11、
永久磁石又は小型コイル7、ループ状アンテナ8を全て
備えた例を示しているが、前述したようにマイクロ波レ
ンズ11、永久磁石又は小型コイル7、ループ状アンテ
ナ8の機能からすれば、マイクロ波レンズ11と永久磁
石又は小型コイル7だけの組合せ、永久磁石又は小型コ
イル7とループ状アンテナ8だけの組合せ、更には数十
cm程の幅におけるマイクロ波レンズ11とループ状ア
ンテナ8とだけの組合せも可能である。なお、かかる組
合せによってもマイクロ波がプラズマに吸収される部分
に永久磁石又は小型コイル7が配置され、誘電体管13
にループ状アンテナ8を配置することには変わりがな
い。また、図1では、テーパ管9の存在を前提としてい
るが、テーパ管に限らず直管でもシート化は充分図れ
る。なお、図1においては真空容器1の形は問わない。
またコイル2の形状も真空容器内に一様な軸方向磁場が
形成されることを条件として任意のものでよい。図4
は、大型化した例を示したものである。同図に示すよう
に、マイクロ波12を誘電レンズを通して真空容器1に
並列に導入し、金属管6、及び高周波アンテナ8を長辺
に長い共通のものにすることで、任意の幅を持ったシー
トプラズマ生成が可能である。
【0018】
【発明の効果】以上のように本発明は、マイクロ波と一
様磁場、及び広幅化を目的としたテーパー管、マイクロ
波パワー分布を調整する誘電体レンズ、形状を設定すべ
くマイクロ波伝播を調整する金属管、磁場調整用小型コ
イル又は永久磁石、さらに高密度化用高周波アンテナの
組合せを用いることで、効率よく高い精度で一様なシト
プラズマを生成する装置である。従って、従来における
シートプラズマを生成する運転領域の拡大化とシートプ
ラズマの一様性の向上、さらに比較的小さなパワーでの
高密度化が行うことができ、自由度が大きく経済的なシ
ートプラズマ生成を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例の構成図。
【図2】誘導体レンズ部の構成図。
【図3】補助磁場発生部の構成図。
【図4】大型化した一例の構成図。
【図5】従来例の構成図。
【符号の説明】
1 真空容器 3 導波管 5 入射窓 6 金属管 7 小型コイル又は永久磁石 8 アンテナ 11 誘電体レンズ 13 誘電体管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/205 H01L 21/205 21/3065 21/302 B

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マイクロ波を伝える導波管と、この導波
    管と同形状の入射窓と、この入射窓に接して設けた金属
    管と、この金属管の端が位置する真空容器とを有するシ
    ートプラズマ発生装置において、 上記入射窓に接して導波管内に挿入したマイクロ波用誘
    電体レンズと、上記金属管外部にこの金属管を囲むよう
    に設置された小型コイル又は永久磁石と、上記金属管よ
    り下流にあって誘電体管を囲んで設けたループ状アンテ
    ナと、からなるうちの少なくとも二つの組合わせにて構
    成したことを特徴とするシートプラズマ発生装置。
  2. 【請求項2】 上記金属管の断面形状を矩形とし、しか
    も直管、及びテーパ状のいずれかとしたことを特徴とす
    る請求項1記載のシートプラズマ発生装置。
  3. 【請求項3】 上記導波管は直管及びテーパ管のいずれ
    かとしたことを特徴とする請求項1記載のシートプラズ
    マ発生装置。
  4. 【請求項4】 金属管外部に小型コイル、又は永久磁石
    を対で同じ極を向き合わせて補助磁場としてカスプ型磁
    場を直流又は交流で、形成するように設置することを特
    徴とする請求項1、2又は3記載のシートプラズマ発生
    装置。
  5. 【請求項5】 金属管よりも下流に設けられてこの金属
    管断面と同形状の断面を有する誘電体管と、この誘電体
    管を囲んで設けたループ状アンテナを有することを特徴
    とする請求項1、2又は3記載のシートプラズマ発生装
    置。
JP8324954A 1996-12-05 1996-12-05 シートプラズマ発生装置 Pending JPH10172791A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009224269A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Chube Univ プラズマ装置、プラズマ処理ユニット及びプラズマ処理方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009224269A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Chube Univ プラズマ装置、プラズマ処理ユニット及びプラズマ処理方法

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