JPH10255726A - Surface wave plasma emission device - Google Patents
Surface wave plasma emission deviceInfo
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- JPH10255726A JPH10255726A JP9070395A JP7039597A JPH10255726A JP H10255726 A JPH10255726 A JP H10255726A JP 9070395 A JP9070395 A JP 9070395A JP 7039597 A JP7039597 A JP 7039597A JP H10255726 A JPH10255726 A JP H10255726A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光源、プロセス用
プラズマ源として用いられ、放電容器に表面波を与えて
高密度のプラズマを生成する表面波プラズマ発光装置の
構成に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface wave plasma light emitting device which is used as a light source and a plasma source for a process and gives a surface wave to a discharge vessel to generate high density plasma.
【0002】[0002]
【従来の技術】表面波プラズマ発光装置は、表面波によ
り放電容器の放電材料を励起し、高密度のプラズマを生
成して発光させるもので、光源や半導体素子製造等での
例えばエッチングのためのプロセス用プラズマ源等とし
て用いられている。2. Description of the Related Art A surface wave plasma light emitting device excites a discharge material in a discharge vessel by a surface wave to generate high density plasma to emit light. It is used as a process plasma source and the like.
【0003】図4には、従来の表面波プラズマ発光装置
の構成が示されており、図示されるように、この装置で
は、放電材料(ガス)を入れた放電管1の端部に、導波
管2が結合され、この導波管2にはマイクロ波を発生さ
せるマグネトロン3が接続される。この導波管2の上記
放電管1との結合部の図の上側には、放電管1の外周に
マイクロ波空胴4を形成するためのマイクロ波空胴壁5
が配置される。FIG. 4 shows the configuration of a conventional surface wave plasma light emitting device. As shown in FIG. 4, in this device, a guide is provided at an end of a discharge tube 1 containing a discharge material (gas). The waveguide 2 is coupled, and a magnetron 3 for generating a microwave is connected to the waveguide 2. A microwave cavity wall 5 for forming a microwave cavity 4 on the outer periphery of the discharge tube 1 is provided on the upper side of the drawing of the coupling portion of the waveguide 2 with the discharge tube 1.
Is arranged.
【0004】また、上記結合部の放電管1の外周に、後
端側に寄せて中心導体6が設けられ、この中心導体6は
その外周直径が放電管1の中央部へ向うほど小さくなる
(円錐形状)ように形成される。そして、この中心導体
6の肉薄端部(右側)と上記マイクロ波空胴壁5との間
に所定の間隔を設けることによって、表面波(マイクロ
波)結合部7が形成される。Further, a center conductor 6 is provided on the outer periphery of the discharge tube 1 at the joint portion, which is located close to the rear end, and the outer diameter of the center conductor 6 becomes smaller as it goes toward the center of the discharge tube 1 ( (Conical shape). By providing a predetermined space between the thin end portion (right side) of the center conductor 6 and the microwave cavity wall 5, the surface wave (microwave) coupling portion 7 is formed.
【0005】上記の構成によれば、マグネトロン3で発
振したマイクロ波(エネルギー)が導波管2を経由して
中心導体6の外周部及びマイクロ波空胴4へ供給される
と、上記中心導体6とマイクロ波空胴壁5の間の表面波
結合部7から表面波が放電管1へ結合する。即ち、この
表面波結合部7では、表面波により放電管1内の放電材
料が励起され、放電管1の内壁側でプラズマPが生成さ
れる。そして、上記表面波が図示のプラズマPを生成し
ながら、放電管1の長手方向(プラズマ界面)に沿って
伝搬することにより、放電管1内でプラズマ発光が行わ
れる。According to the above configuration, when the microwave (energy) oscillated by the magnetron 3 is supplied to the outer peripheral portion of the central conductor 6 and the microwave cavity 4 via the waveguide 2, the central conductor A surface wave is coupled to the discharge tube 1 from a surface wave coupling portion 7 between the microwave cavity wall 6 and the microwave cavity wall 5. That is, in the surface wave coupling section 7, the discharge material in the discharge tube 1 is excited by the surface wave, and the plasma P is generated on the inner wall side of the discharge tube 1. Then, the surface wave propagates along the longitudinal direction (plasma interface) of the discharge tube 1 while generating the illustrated plasma P, whereby plasma emission is performed in the discharge tube 1.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の表面波プラズマ発光装置では、上記放電管1内を伝
搬する表面波が放電管1の先端(図の右側)で反射さ
れ、その反射波の影響によりプラズマ分布が不均一にな
るという問題があった。即ち、上記表面波のエネルギー
は伝搬中にプラズマに吸収されて減衰するが、吸収され
ずに放電管1の先端まで達した表面波により反射波が形
成され、この反射波により定在波が形成されるので、不
均一なプラズマが生じることになる。However, in the above-mentioned conventional surface wave plasma light emitting device, the surface wave propagating in the discharge tube 1 is reflected at the tip (right side in the figure) of the discharge tube 1, and the reflected wave There is a problem that the plasma distribution becomes uneven due to the influence. In other words, the energy of the surface wave is absorbed by the plasma during propagation and attenuated, but a reflected wave is formed by the surface wave that reaches the tip of the discharge tube 1 without being absorbed, and a standing wave is formed by the reflected wave. Therefore, a non-uniform plasma is generated.
【0007】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、放電容器での反射波の発生
を抑制し、高密度で均一なプラズマを効率よく生成する
ことができる表面波プラズマ発光装置を提供することに
ある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to suppress the generation of reflected waves in a discharge vessel and efficiently generate high-density and uniform plasma. An object of the present invention is to provide a surface wave plasma light emitting device.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1請求項の発明に係る表面波プラズマ発光装置
は、放電材料を含む放電容器と、マイクロ波発生手段
と、このマイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を表
面波として上記放電容器に結合させるマイクロ波結合手
段と、上記放電容器内部に磁界を形成するための磁界発
生手段とを備え、上記マイクロ結合手段により供給した
表面波を上記磁界発生手段で発生した磁界と結合させて
発光効率を高めるようにしたことを特徴とする。第2請
求項に係る発明は、上記放電容器を中空形状に形成する
と共に、この中空部に導線を配置した磁界発生手段を備
え、上記放電容器に結合した表面波に対し、その電界に
直交する磁界を与えるようにしたことを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a surface acoustic wave plasma light emitting device comprising: a discharge vessel containing a discharge material; a microwave generating means; A microwave coupling means for coupling the microwave generated by the means to the discharge vessel as a surface wave, and a magnetic field generating means for forming a magnetic field inside the discharge vessel; The luminous efficiency is enhanced by coupling with a magnetic field generated by the magnetic field generating means. The invention according to a second aspect is characterized in that the discharge vessel is formed in a hollow shape, and a magnetic field generating means having a conducting wire disposed in the hollow portion is provided, and a surface wave coupled to the discharge vessel is orthogonal to an electric field thereof. It is characterized in that a magnetic field is applied.
【0009】上記の構成によれば、例えば中空形状とし
た放電容器の中空部に導線を配置し、表面波の電界に直
交する磁界を発生させることができる。そうすると、プ
ラズマ中の電子は磁力線の周りをサイクロトロン運動
し、かつ表面波の電界により加速されるので、そのエネ
ルギーが高くなる。この高エネルギーの電子は、放電材
料に衝突して高密度のプラズマを生成することになり、
従って表面波エネルギーはこの高密度のプラズマに効率
よく吸収される。この結果、放電容器の先端等への表面
波の到達割合が大幅に減少し、反射波の発生が抑制され
る。According to the above configuration, for example, a conducting wire can be arranged in the hollow portion of a hollow discharge vessel to generate a magnetic field orthogonal to the electric field of the surface wave. Then, the electrons in the plasma perform cyclotron motion around the lines of magnetic force and are accelerated by the electric field of the surface wave, so that the energy is increased. These high-energy electrons collide with the discharge material and generate a high-density plasma,
Therefore, the surface wave energy is efficiently absorbed by the high-density plasma. As a result, the arrival ratio of the surface wave to the tip of the discharge vessel or the like is greatly reduced, and the generation of the reflected wave is suppressed.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】図1及び図2には、本発明の実施
形態の一例である表面波プラズマ発光装置の構成が示さ
れている。図1において、放電管10は中空部10Aを
有する円筒管からなり、その内部に例えば希ガスとハロ
ゲンガスの混合ガス等の放電材料が封入されている。こ
の放電管10の端部には、従来と同様にして、導波管2
を介して例えば2.45GHz のマイクロ波を発生させる
マグネトロン3が接続され、上記導波管2との結合部の
放電管10の外周に、マイクロ波空胴4を形成するため
のマイクロ波空胴壁5が設けられる。1 and 2 show the configuration of a surface wave plasma light emitting device which is an example of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a discharge tube 10 is a cylindrical tube having a hollow portion 10A, in which a discharge material such as a mixed gas of a rare gas and a halogen gas is sealed. At the end of the discharge tube 10, the waveguide 2
A magnetron 3 for generating, for example, a microwave of 2.45 GHz is connected through a microwave cavity, and a microwave cavity for forming a microwave cavity 4 is formed on the outer periphery of the discharge tube 10 at the coupling portion with the waveguide 2. A wall 5 is provided.
【0011】また、放電管10と導波管2及びマイクロ
波空胴壁5の結合部では、この放電管10の外周に、円
錐形状の中心導体6が設けられ、この中心導体6の肉薄
の端部が放電管10の中央部へ向けて配置される。そう
して、この中心導体6の肉薄端部と上記マイクロ波空胴
壁5との間に所定の間隔を設けることにより、表面波結
合部7が形成される。従って、上記導波管、マイクロ波
空胴壁5及び中心導体6はマイクロ波結合手段として配
置されている。At the joint between the discharge tube 10, the waveguide 2, and the microwave cavity wall 5, a conical center conductor 6 is provided on the outer periphery of the discharge tube 10, and the center conductor 6 is thin. The end is arranged toward the center of the discharge tube 10. Then, by providing a predetermined interval between the thin end portion of the center conductor 6 and the microwave cavity wall 5, the surface wave coupling portion 7 is formed. Therefore, the waveguide, the microwave cavity wall 5 and the center conductor 6 are arranged as microwave coupling means.
【0012】そして、上記放電管10の中空部10A
に、その長手方向に沿って導線12が取り付けられ、こ
の導線12には直流電源14が接続されており、この導
線12と直流電源14は磁界発生手段として配置され
る。The hollow portion 10A of the discharge tube 10
A DC power supply 14 is connected to the conductive wire 12 along the longitudinal direction thereof, and the conductive wire 12 and the DC power supply 14 are arranged as magnetic field generating means.
【0013】当該例は以上の構成からなり、上記のマグ
ネトロン4で発振されたマイクロ波(エネルギー)は、
導波管2を経由してマイクロ波空胴4に供給され、マイ
クロ波による表面波が表面波結合部7から放電管10に
与えられると、放電管10内では放電材料が励起され、
プラズマPを発生させる。更に、表面波は放電管10と
プラズマPの界面に沿って放電管10の長手方向(水平
方向)へ伝搬する。This example has the above configuration, and the microwave (energy) oscillated by the magnetron 4 is:
When supplied to the microwave cavity 4 via the waveguide 2 and a surface wave by the microwave is given to the discharge tube 10 from the surface wave coupling portion 7, the discharge material is excited in the discharge tube 10,
A plasma P is generated. Further, the surface wave propagates along the interface between the discharge tube 10 and the plasma P in the longitudinal direction (horizontal direction) of the discharge tube 10.
【0014】ここで、図1で示されるように、上記表面
波の電界Eは、放電管10の軸方向と径方向にのみ、そ
の成分を有している。一方、上記導線12に直流電源1
4から所定の電流を流すことにより、図2に示されるよ
うに、上記電界Eに直交する磁界Fを発生させることが
できる。そうすると、例えば強度875ガウス(Gauss
)の磁界Fのとき、プラズマP中の電子はサイクロト
ロン共鳴を起こし、電界からのエネルギーを吸収して高
エネルギーとなる。Here, as shown in FIG. 1, the electric field E of the surface wave has its components only in the axial direction and the radial direction of the discharge tube 10. On the other hand, the DC power supply 1
4, a magnetic field F orthogonal to the electric field E can be generated as shown in FIG. Then, for example, the intensity of 875 Gauss (Gauss
In the case of the magnetic field F of (1), the electrons in the plasma P cause cyclotron resonance and absorb energy from the electric field to become high energy.
【0015】そして、この高エネルギーの電子が放電管
10内の放電材料に衝突することで、プラズマPは高密
度となる。従って、表面波エネルギーは効率よくプラズ
マPに吸収されることになり、表面波が放電管10の先
端(図の右側端)に到達する割合が従来に比して減少
し、反射波の発生が抑制される。この結果、プラズマ分
布も均一なものとなる。The high-energy electrons collide with the discharge material in the discharge tube 10 to increase the density of the plasma P. Accordingly, the surface wave energy is efficiently absorbed by the plasma P, and the ratio of the surface wave reaching the tip of the discharge tube 10 (the right end in the figure) is reduced as compared with the conventional case, and the generation of the reflected wave is reduced. Is suppressed. As a result, the plasma distribution becomes uniform.
【0016】図3には、磁界強度をパラメータとしたマ
イクロ波電力に対する発光出力の変化が示されており、
このグラフは、上記装置でマイクロ波周波数を2.45
GHzとし、875ガウスの磁界強度を与えたときと、磁
界を与えないときで比較したものである。図示されるよ
うに、875ガウスの磁界を与えたときの発光出力は、
磁界がない(0ガウス)ときに比べ、1.5倍となって
いることが分る。FIG. 3 shows a change in light emission output with respect to microwave power using the magnetic field strength as a parameter.
This graph shows that the microwave frequency of the above device was 2.45.
GHz, and a comparison was made between when a magnetic field strength of 875 Gauss was applied and when no magnetic field was applied. As shown in the figure, the emission output when applying a magnetic field of 875 Gauss is
It can be seen that it is 1.5 times as large as when there is no magnetic field (0 Gauss).
【0017】なお、上記放電管10において中空部10
Aの付近までプラズマPが発生した場合、表面波が中空
部10Aにも伝搬する可能性がある。そのため、この放
電管10の外径は、マイクロ波電力に対して十分大きく
なるように設定することが必要となる。The discharge tube 10 has a hollow portion 10.
When the plasma P is generated to the vicinity of A, the surface wave may propagate to the hollow portion 10A. Therefore, it is necessary to set the outer diameter of the discharge tube 10 to be sufficiently large with respect to the microwave power.
【0018】また、本発明の磁界発生手段と放電容器
は、表面波の電界に対し交差する方向に磁界を与えて、
サイクロトロン共鳴を起こすことができる構成であれば
よく、磁界発生手段としては適当な形状のコイル、永久
磁石等、放電容器の形状も中空のものに限らず、円筒形
や直方体でも構わない。Further, the magnetic field generating means and the discharge vessel of the present invention apply a magnetic field in a direction intersecting the electric field of the surface wave,
Any configuration may be used as long as it can generate cyclotron resonance, and the magnetic field generating means is not limited to a hollow one, such as a coil or a permanent magnet having an appropriate shape, and may be a cylindrical or rectangular parallelepiped.
【0019】[0019]
【発明の効果】以上説明したように、第1請求項に係る
発明によれば、マイクロ波により表面波を放電容器に結
合させる表面波プラズマ発光装置で、上記放電容器内部
に磁界を形成するための磁界発生手段を備え、上記表面
波を磁界と結合させて発光効率を高めるようにしたの
で、放電容器における反射波の発生を抑制でき、高密度
で均一なプラズマを形成することが可能となる。As described above, according to the first aspect of the present invention, there is provided a surface wave plasma light emitting device for coupling a surface wave to a discharge vessel by using a microwave to form a magnetic field inside the discharge vessel. Since the surface wave is combined with the magnetic field to enhance the luminous efficiency, the generation of the reflected wave in the discharge vessel can be suppressed, and a high-density and uniform plasma can be formed. .
【0020】第2請求項に係る発明によれば、中空形状
に形成した上記放電容器の中空部に導線を配置し、上記
表面波の電界に直交する磁界を与えるようにしたので、
高密度のプラズマを効率よく生成できるという利点があ
る。According to the second aspect of the present invention, a conducting wire is arranged in the hollow portion of the discharge vessel formed in a hollow shape, and a magnetic field orthogonal to the electric field of the surface wave is applied.
There is an advantage that high-density plasma can be efficiently generated.
【図1】本発明の実施形態例に係る表面波プラズマ発光
装置の構成を示す一部断面図である。FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a configuration of a surface acoustic wave plasma light emitting device according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の発光装置を先端側から見た図である。FIG. 2 is a view of the light emitting device of FIG. 1 as viewed from a front end side.
【図3】実施形態例の発光装置で測定したマイクロ波電
力に対する発光出力の変化を示すグラフ図である。FIG. 3 is a graph showing a change in light emission output with respect to microwave power measured by the light emitting device of the embodiment.
【図4】従来の表面波プラズマ発光装置の構成を示す一
部断面図である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a configuration of a conventional surface wave plasma light emitting device.
1,10 … 放電管、 2 … 導波管、 4 … マイクロ波空胴、 7 … 表面波結合部、 10A … 中空部、 12 … 導線、 14 … 直流電源、 P … プラズマ、 E … 電界、 F … 磁界。 1, 10: discharge tube, 2: waveguide, 4: microwave cavity, 7: surface wave coupling part, 10A: hollow part, 12: conducting wire, 14: DC power supply, P: plasma, E: electric field, F … Magnetic field.
Claims (2)
として上記放電容器に結合させるマイクロ波結合手段
と、上記放電容器内部に磁界を形成するための磁界発生
手段とを備え、 上記マイクロ結合手段により供給した表面波を上記磁界
発生手段で発生した磁界と結合させて発光効率を高める
ようにした表面波プラズマ発光装置。A discharge vessel containing a discharge material; microwave generation means; microwave coupling means for coupling the microwave generated by the microwave generation means to the discharge vessel as a surface wave; And a magnetic field generating means for forming a magnetic field, wherein the surface wave supplied by the micro-coupling means is combined with a magnetic field generated by the magnetic field generating means to enhance luminous efficiency.
に、この中空部に導線を配置した磁界発生手段を備え、
上記放電容器に結合した表面波に対し、その電界に直交
する磁界を与えるようにしたことを特徴とする上記第1
請求項記載の表面波プラズマ発光装置。2. The apparatus according to claim 2, wherein the discharge vessel is formed in a hollow shape, and a magnetic field generating means is provided in which a conductive wire is disposed in the hollow portion.
The first aspect, wherein a magnetic field orthogonal to the electric field is applied to the surface wave coupled to the discharge vessel.
The surface wave plasma light emitting device according to claim.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9070395A JPH10255726A (en) | 1997-03-06 | 1997-03-06 | Surface wave plasma emission device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9070395A JPH10255726A (en) | 1997-03-06 | 1997-03-06 | Surface wave plasma emission device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10255726A true JPH10255726A (en) | 1998-09-25 |
Family
ID=13430229
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9070395A Pending JPH10255726A (en) | 1997-03-06 | 1997-03-06 | Surface wave plasma emission device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10255726A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006294277A (en) * | 2005-04-06 | 2006-10-26 | Koito Mfg Co Ltd | Electrodeless discharge lamp and electrodeless discharge lamp device |
WO2012095081A1 (en) * | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Karlsruher Institut für Technologie | Lighting means and method for operating same |
-
1997
- 1997-03-06 JP JP9070395A patent/JPH10255726A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006294277A (en) * | 2005-04-06 | 2006-10-26 | Koito Mfg Co Ltd | Electrodeless discharge lamp and electrodeless discharge lamp device |
WO2012095081A1 (en) * | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Karlsruher Institut für Technologie | Lighting means and method for operating same |
US9589784B2 (en) | 2010-12-27 | 2017-03-07 | Karlsruher Institut for Technologie | Illuminant and operating method therefor |
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