JPH11102799A - プラズマ発生装置 - Google Patents
プラズマ発生装置Info
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- JPH11102799A JPH11102799A JP9262047A JP26204797A JPH11102799A JP H11102799 A JPH11102799 A JP H11102799A JP 9262047 A JP9262047 A JP 9262047A JP 26204797 A JP26204797 A JP 26204797A JP H11102799 A JPH11102799 A JP H11102799A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32192—Microwave generated discharge
-
- H—ELECTRICITY
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- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
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- H01J37/3266—Magnetic control means
- H01J37/32688—Multi-cusp fields
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
Abstract
(57)【要約】
【課題】 均一な分布の高密度なプラズマを、広い動作
ガス圧力範囲のもとで、安定に発生・維持することを可
能とするようなプラズマ発生装置を提供することを目的
とする。 【解決手段】 マイクロ波を導波する導波管５と、この
導波管５が接続され、放電ガスを供給する手段としての
ガス供給口１ａおよび真空排気手段（図示せず）に接続
される排気口１ｂを備えた真空容器１と、この真空容器
１に挿入された管状の誘電体部材からなる誘電体管１０
と、この誘電体管１０に上記マイクロ波を放射する手段
であるアンテナ９を備えたプラズマ発生装置とする。
ガス圧力範囲のもとで、安定に発生・維持することを可
能とするようなプラズマ発生装置を提供することを目的
とする。 【解決手段】 マイクロ波を導波する導波管５と、この
導波管５が接続され、放電ガスを供給する手段としての
ガス供給口１ａおよび真空排気手段（図示せず）に接続
される排気口１ｂを備えた真空容器１と、この真空容器
１に挿入された管状の誘電体部材からなる誘電体管１０
と、この誘電体管１０に上記マイクロ波を放射する手段
であるアンテナ９を備えたプラズマ発生装置とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、真空容器内で低
気圧・低温プラズマを発生させる全てのプラズマ発生装
置に関するものであるが、とりわけ、発生したプラズマ
を用いて半導体基板、液晶ガラス基板、有機材料、金属
材料等の表面の改質、エッチング、アッシング、クリー
ニング、薄膜形成等の処理を行うプラズマ処理装置とし
て利用される。
気圧・低温プラズマを発生させる全てのプラズマ発生装
置に関するものであるが、とりわけ、発生したプラズマ
を用いて半導体基板、液晶ガラス基板、有機材料、金属
材料等の表面の改質、エッチング、アッシング、クリー
ニング、薄膜形成等の処理を行うプラズマ処理装置とし
て利用される。
【０００２】
【従来の技術】ここでは、従来の代表的なマイクロ波を
用いたプラズマ発生装置として、マイクロ波を真空容器
内に導入するのに用いられる誘電体の表面とプラズマと
の境界に表面波を励起・伝播させ、この表面波の電磁エ
ネルギーによりプラズマを発生させるプラズマ発生装置
について説明する。
用いたプラズマ発生装置として、マイクロ波を真空容器
内に導入するのに用いられる誘電体の表面とプラズマと
の境界に表面波を励起・伝播させ、この表面波の電磁エ
ネルギーによりプラズマを発生させるプラズマ発生装置
について説明する。
【０００３】図８に、例えばＪａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏ
ｌ．３５（１９９６），ｐ．Ｌ３４１−Ｌ３４４記載の
表面波プラズマ発生装置の概略構成を示す。図８におい
て、１は真空容器で、側部にガス供給口１ａと排気口１
ｂがそれぞれ形成されている。２はマイクロ波を発振す
るマイクロ波発振器、３はマイクロ波発振器２を駆動す
る駆動電源、４は真空容器１の側壁に配設され、大気と
真空雰囲気とを隔てるとともにマイクロ波が通過可能な
誘電体材料からなる誘電体窓、５は誘電体窓４とマイク
ロ波発振器２とを連結し、マイクロ波発振器２で発振さ
れたマイクロ波を誘電体窓４にまで導く導波管である。
６は誘電体窓４に接しているマイクロ波導波管５の底面
に設けられたスリット、７はこのプラズマ発生装置を用
いて各種表面処理を施す被処理基板である。
ｒｎａｌ ｏｆ ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏ
ｌ．３５（１９９６），ｐ．Ｌ３４１−Ｌ３４４記載の
表面波プラズマ発生装置の概略構成を示す。図８におい
て、１は真空容器で、側部にガス供給口１ａと排気口１
ｂがそれぞれ形成されている。２はマイクロ波を発振す
るマイクロ波発振器、３はマイクロ波発振器２を駆動す
る駆動電源、４は真空容器１の側壁に配設され、大気と
真空雰囲気とを隔てるとともにマイクロ波が通過可能な
誘電体材料からなる誘電体窓、５は誘電体窓４とマイク
ロ波発振器２とを連結し、マイクロ波発振器２で発振さ
れたマイクロ波を誘電体窓４にまで導く導波管である。
６は誘電体窓４に接しているマイクロ波導波管５の底面
に設けられたスリット、７はこのプラズマ発生装置を用
いて各種表面処理を施す被処理基板である。
【０００４】上記のように構成される従来の表面波プラ
ズマ発生装置の動作について説明する。まず、排気口１
ｂに接続されている、荒引きポンプおよび例えばターボ
分子ポンプ等の高真空ポンプ（図示せず）により真空容
器１内を高真空に排気し、ガス供給口１ａを通じて例え
ばアルゴン、水素、酸素、塩素、四弗化炭素、シラン等
の放電ガスを供給し、真空容器１内がこの放電ガスによ
って所定の圧力に達すると、マイクロ波発振器２により
発振されたマイクロ波が、導波管５により導かれ、導波
管５の底面に設けられたスリット６から放射される。放
射されたマイクロ波は、誘電体窓４を介して真空容器１
内に導入され、放電ガスのプラズマ８が真空容器内に発
生する。
ズマ発生装置の動作について説明する。まず、排気口１
ｂに接続されている、荒引きポンプおよび例えばターボ
分子ポンプ等の高真空ポンプ（図示せず）により真空容
器１内を高真空に排気し、ガス供給口１ａを通じて例え
ばアルゴン、水素、酸素、塩素、四弗化炭素、シラン等
の放電ガスを供給し、真空容器１内がこの放電ガスによ
って所定の圧力に達すると、マイクロ波発振器２により
発振されたマイクロ波が、導波管５により導かれ、導波
管５の底面に設けられたスリット６から放射される。放
射されたマイクロ波は、誘電体窓４を介して真空容器１
内に導入され、放電ガスのプラズマ８が真空容器内に発
生する。
【０００５】一度プラズマ８が発生すると、真空容器１
内へ導入されたマイクロ波は、誘電体窓４とプラズマ８
との境界に沿ってのみ伝播する表面波として存在するこ
とができ、プラズマ８中の電子密度がいわゆるカットオ
フ密度（例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場
合には約７×１０10ｃｍ-3）を超える高密度なプラズマ
の場合でも、励起された表面波は反射されることなく伝
播・吸収されることが知られている。こうして、誘電体
窓４の近傍のプラズマ８中の電子はこの表面波の振動電
界により加速を受け、高エネルギー状態となって、原子
あるいは分子状の中性ガス粒子を励起・解離・電離さ
せ、プラズマ８の生成を維持する。このように、供給す
るマイクロ波電力を表面波としてプラズマ８と結合させ
ることは、カットオフ密度を超える高密度なプラズマの
生成に都合が良い。
内へ導入されたマイクロ波は、誘電体窓４とプラズマ８
との境界に沿ってのみ伝播する表面波として存在するこ
とができ、プラズマ８中の電子密度がいわゆるカットオ
フ密度（例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場
合には約７×１０10ｃｍ-3）を超える高密度なプラズマ
の場合でも、励起された表面波は反射されることなく伝
播・吸収されることが知られている。こうして、誘電体
窓４の近傍のプラズマ８中の電子はこの表面波の振動電
界により加速を受け、高エネルギー状態となって、原子
あるいは分子状の中性ガス粒子を励起・解離・電離さ
せ、プラズマ８の生成を維持する。このように、供給す
るマイクロ波電力を表面波としてプラズマ８と結合させ
ることは、カットオフ密度を超える高密度なプラズマの
生成に都合が良い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の表面波
プラズマ発生装置は、平面状の誘電体窓４の面内でマイ
クロ波の電界強度は一様ではなく、ガス圧力やマイクロ
波電力等のプラズマ生成条件に依存して、誘電体窓４の
面の径方向および円周方向にマイクロ波電界強度分布を
持つ。この不均一な電界強度の結果、生成されたプラズ
マ８中の電子およびイオン密度の真空容器１内の径方向
および円周方向における分布も不均一になるという問題
点があった。
プラズマ発生装置は、平面状の誘電体窓４の面内でマイ
クロ波の電界強度は一様ではなく、ガス圧力やマイクロ
波電力等のプラズマ生成条件に依存して、誘電体窓４の
面の径方向および円周方向にマイクロ波電界強度分布を
持つ。この不均一な電界強度の結果、生成されたプラズ
マ８中の電子およびイオン密度の真空容器１内の径方向
および円周方向における分布も不均一になるという問題
点があった。
【０００７】また、生成されたプラズマ８中の電子やイ
オンは、真空容器１や誘電体窓４の壁表面に入射し、そ
こで直ちに再結合過程により消滅する。このため、プラ
ズマ８の生成を維持するためには、壁表面での再結合に
よるプラズマの損失分と釣り合うだけの十分な、電離作
用、すなわちプラズマの生成が必要である。しかしなが
ら、このような従来のプラズマ発生装置では、電子やイ
オンの閉じ込め作用が無いために、壁表面でのプラズマ
の損失レートが大きい。従って、従来の表面波プラズマ
発生装置では、電離させる中性ガス粒子の密度が小さな
低ガス圧力下では、プラズマの着火・発生やプラズマ生
成の維持が困難であるという問題点があった。
オンは、真空容器１や誘電体窓４の壁表面に入射し、そ
こで直ちに再結合過程により消滅する。このため、プラ
ズマ８の生成を維持するためには、壁表面での再結合に
よるプラズマの損失分と釣り合うだけの十分な、電離作
用、すなわちプラズマの生成が必要である。しかしなが
ら、このような従来のプラズマ発生装置では、電子やイ
オンの閉じ込め作用が無いために、壁表面でのプラズマ
の損失レートが大きい。従って、従来の表面波プラズマ
発生装置では、電離させる中性ガス粒子の密度が小さな
低ガス圧力下では、プラズマの着火・発生やプラズマ生
成の維持が困難であるという問題点があった。
【０００８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、高密度なプラズマを、真空容器
内の径方向および円周方向において均一な分布で発生・
維持させることできるプラズマ発生装置を提供すること
を目的とする。
ためになされたもので、高密度なプラズマを、真空容器
内の径方向および円周方向において均一な分布で発生・
維持させることできるプラズマ発生装置を提供すること
を目的とする。
【０００９】また、プラズマの真空容器内における分布
をより一層均一にするとともに、低ガス圧下でもプラズ
マを安定に発生・維持することを可能とするようなプラ
ズマ発生装置を提供することを目的とするものである。
をより一層均一にするとともに、低ガス圧下でもプラズ
マを安定に発生・維持することを可能とするようなプラ
ズマ発生装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
マイクロ波を導波する導波管と、この導波管が接続さ
れ、放電ガスを供給する手段および真空排気手段を備え
た真空容器と、この真空容器に挿入された管状あるいは
棒状の誘電体部材と、この誘電体部材に上記マイクロ波
を放射する手段を備えたプラズマ発生装置である。
マイクロ波を導波する導波管と、この導波管が接続さ
れ、放電ガスを供給する手段および真空排気手段を備え
た真空容器と、この真空容器に挿入された管状あるいは
棒状の誘電体部材と、この誘電体部材に上記マイクロ波
を放射する手段を備えたプラズマ発生装置である。
【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１記載のプ
ラズマ発生装置において、上記真空容器の外部に磁界を
発生する磁界発生手段を備えたものである。
ラズマ発生装置において、上記真空容器の外部に磁界を
発生する磁界発生手段を備えたものである。
【００１２】請求項３に係る発明は、請求項１記載のプ
ラズマ発生装置において、上記マイクロ波を放射する手
段が、導波管の壁に設けられたスリットあるいはアンテ
ナであるものである。
ラズマ発生装置において、上記マイクロ波を放射する手
段が、導波管の壁に設けられたスリットあるいはアンテ
ナであるものである。
【００１３】請求項４に係る発明は、請求項１記載のプ
ラズマ発生装置において、上記誘電体材料が、マイクロ
波が透過可能な石英、パイレックスガラス、テフロン等
の高分子材料またはセラミックスのいずれか、またはそ
れらを組み合わせたものであるものである。
ラズマ発生装置において、上記誘電体材料が、マイクロ
波が透過可能な石英、パイレックスガラス、テフロン等
の高分子材料またはセラミックスのいずれか、またはそ
れらを組み合わせたものであるものである。
【００１４】請求項５に係る発明は、請求項２記載のプ
ラズマ発生装置において、上記誘電体部材を、磁界強度
が１００Ｇ以下の低磁界領域に設置するものである。
ラズマ発生装置において、上記誘電体部材を、磁界強度
が１００Ｇ以下の低磁界領域に設置するものである。
【００１５】請求項６に係る発明は、請求項２記載のプ
ラズマ発生装置において、上記マイクロ波を放射する手
段を、磁界強度が１００Ｇ以下の低磁界領域に設置する
ものである。
ラズマ発生装置において、上記マイクロ波を放射する手
段を、磁界強度が１００Ｇ以下の低磁界領域に設置する
ものである。
【００１６】請求項７に係る発明は、請求項２記載のプ
ラズマ発生装置において、真空容器の内部に電子サイク
ロトロン共鳴が起こるのに必要十分な磁界強度を発生
し、電子サイクロトロン共鳴を利用して放電を開始させ
るものである。
ラズマ発生装置において、真空容器の内部に電子サイク
ロトロン共鳴が起こるのに必要十分な磁界強度を発生
し、電子サイクロトロン共鳴を利用して放電を開始させ
るものである。
【００１７】請求項８に係る発明は、請求項２記載のプ
ラズマ発生装置において、上記磁界発生手段が、永久磁
石であるものである。
ラズマ発生装置において、上記磁界発生手段が、永久磁
石であるものである。
【００１８】請求項９に係る発明は、請求項２記載のプ
ラズマ発生装置において、上記磁界発生手段の磁界成分
に重畳する磁界成分を発生する電磁コイルを、さらに真
空容器の外側に備えたものである。
ラズマ発生装置において、上記磁界発生手段の磁界成分
に重畳する磁界成分を発生する電磁コイルを、さらに真
空容器の外側に備えたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
に基づいて説明する。図１はこの発明のプラズマ発生装
置の一実施の形態の概略構成を示す図である。図１にお
いて、１は真空容器で、側部にガス供給口１ａと排気口
１ｂがそれぞれ形成されている。２はマイクロ波を発振
するマイクロ波発振器、３はマイクロ波発振器２を駆動
する駆動電源、５は導波管、７は各種表面処理を施す基
板、８はプラズマ、９は導波管５に結合され、マイクロ
波立体回路からマイクロ波電力を放射させるための手段
で、図ではロッド・アンテナを示している。１０は、大
気と真空雰囲気とを隔てるとともに、マイクロ波を真空
容器１内に導入するための誘電体部材からなる円筒状誘
電体管で、マイクロ波が通過可能な、例えば、石英、ア
ルミナ、テフロン等の高分子材料、あるいはこれらを組
み合わせた誘電体管を用いることができる。
に基づいて説明する。図１はこの発明のプラズマ発生装
置の一実施の形態の概略構成を示す図である。図１にお
いて、１は真空容器で、側部にガス供給口１ａと排気口
１ｂがそれぞれ形成されている。２はマイクロ波を発振
するマイクロ波発振器、３はマイクロ波発振器２を駆動
する駆動電源、５は導波管、７は各種表面処理を施す基
板、８はプラズマ、９は導波管５に結合され、マイクロ
波立体回路からマイクロ波電力を放射させるための手段
で、図ではロッド・アンテナを示している。１０は、大
気と真空雰囲気とを隔てるとともに、マイクロ波を真空
容器１内に導入するための誘電体部材からなる円筒状誘
電体管で、マイクロ波が通過可能な、例えば、石英、ア
ルミナ、テフロン等の高分子材料、あるいはこれらを組
み合わせた誘電体管を用いることができる。
【００２０】次に、上記のように構成された本発明の実
施の形態におけるプラズマ発生装置の動作について説明
する。
施の形態におけるプラズマ発生装置の動作について説明
する。
【００２１】まず、従来装置と同様に排気口１ｂに接続
されている荒引きポンプおよび例えばターボ分子ポンプ
等の高真空ポンプ（図示せず）で真空容器１内を高真空
に排気し、ガス供給口１ａを通じて、例えば、アルゴ
ン、水素、酸素、塩素、四弗化炭素またはシラン等の放
電ガスを供給する。真空容器１内がこの放電ガスによっ
て所定の圧力に達すると、マイクロ波発振器２により発
振されたマイクロ波電力が、導波管５を経て、ロッド・
アンテナ９によって誘電体管１０に放射される。放射さ
れたマイクロ波は、真空容器１内に挿入された誘電体管
１０を通過して真空容器１内に導入される。
されている荒引きポンプおよび例えばターボ分子ポンプ
等の高真空ポンプ（図示せず）で真空容器１内を高真空
に排気し、ガス供給口１ａを通じて、例えば、アルゴ
ン、水素、酸素、塩素、四弗化炭素またはシラン等の放
電ガスを供給する。真空容器１内がこの放電ガスによっ
て所定の圧力に達すると、マイクロ波発振器２により発
振されたマイクロ波電力が、導波管５を経て、ロッド・
アンテナ９によって誘電体管１０に放射される。放射さ
れたマイクロ波は、真空容器１内に挿入された誘電体管
１０を通過して真空容器１内に導入される。
【００２２】誘電体部材１０は、大気と真空雰囲気とを
隔てるとともにマイクロ波を上記真空容器の内部に導入
させる。さらに、一度プラズマが真空容器１内に発生し
てからは、誘電体部材１０とプラズマとの境界に沿って
表面波を励起・伝播させることができ、いわゆるカット
オフ密度を超える高密度なプラズマに対しても、マイク
ロ波の電力を効率よく注入することが可能となり、しか
も真空容器１内のプラズマの分布を均一なものとするこ
とができる。
隔てるとともにマイクロ波を上記真空容器の内部に導入
させる。さらに、一度プラズマが真空容器１内に発生し
てからは、誘電体部材１０とプラズマとの境界に沿って
表面波を励起・伝播させることができ、いわゆるカット
オフ密度を超える高密度なプラズマに対しても、マイク
ロ波の電力を効率よく注入することが可能となり、しか
も真空容器１内のプラズマの分布を均一なものとするこ
とができる。
【００２３】図２は、真空容器１の周囲に永久磁石１１
を設置した構成であり、図３は、図２に示したプラズマ
発生装置の４分の１断面を表わし、永久磁石の真空容器
への配置および発生する磁界強度分布を示す図である。
図において、１３は永久磁石１１により発生する磁力線
の一部、１４は永久磁石１１により発生する等磁界強度
線の一部である。また、マイクロ波電力を真空容器１内
に導入するロッド・アンテナ９および誘電体管１０は、
真空容器１の中心軸上に設置されており、このマイクロ
波導入部（ロッド・アンテナ９、誘電体管１０の設置場
所）での磁界強度は１０Ｇ以内とすることが好ましい。
を設置した構成であり、図３は、図２に示したプラズマ
発生装置の４分の１断面を表わし、永久磁石の真空容器
への配置および発生する磁界強度分布を示す図である。
図において、１３は永久磁石１１により発生する磁力線
の一部、１４は永久磁石１１により発生する等磁界強度
線の一部である。また、マイクロ波電力を真空容器１内
に導入するロッド・アンテナ９および誘電体管１０は、
真空容器１の中心軸上に設置されており、このマイクロ
波導入部（ロッド・アンテナ９、誘電体管１０の設置場
所）での磁界強度は１０Ｇ以内とすることが好ましい。
【００２４】真空容器１の周囲に取り付けられた永久磁
石１１は、図３に示したように、真空容器１の壁面近傍
にいわゆるマルチカスプ磁界を形成し、いわゆる磁気ミ
ラー効果によりプラズマ８中の電子やイオンを真空容器
１内に閉じ込める作用をする。特に、真空容器１の中心
部の低磁界領域で発生した電子やイオンには、磁気ミラ
ー比を大きくとることができ、磁気閉じ込め効果が著し
く強く作用する。この磁界の効果により、真空容器１の
壁表面での再結合過程によるプラズマの損失を抑え、プ
ラズマ８の発生・維持を容易に行うことができる。ま
た、この真空容器１内に形成されたマルチカスプ磁界
は、真空容器１内により均一なプラズマ８を発生させる
作用もある。
石１１は、図３に示したように、真空容器１の壁面近傍
にいわゆるマルチカスプ磁界を形成し、いわゆる磁気ミ
ラー効果によりプラズマ８中の電子やイオンを真空容器
１内に閉じ込める作用をする。特に、真空容器１の中心
部の低磁界領域で発生した電子やイオンには、磁気ミラ
ー比を大きくとることができ、磁気閉じ込め効果が著し
く強く作用する。この磁界の効果により、真空容器１の
壁表面での再結合過程によるプラズマの損失を抑え、プ
ラズマ８の発生・維持を容易に行うことができる。ま
た、この真空容器１内に形成されたマルチカスプ磁界
は、真空容器１内により均一なプラズマ８を発生させる
作用もある。
【００２５】図２では、真空容器１内にマイクロ波電力
を導入するためのロッド・アンテナ９および誘電体管１
０を、磁界強度が１０Ｇ以下の磁界領域に設置している
ため、誘電体管１０とプラズマ８との境界に励起・伝播
する表面波の電力により発生した電子やイオンといった
荷電粒子に対して、磁気ミラー比を約１００程度にする
ことができ、これら荷電粒子の磁気閉じ込め効果が著し
く強く作用する。このような低磁界領域での表面波励起
によるプラズマ発生とマルチカスプ磁界によるプラズマ
閉じ込めとの組み合わせにより、例えば１０-4Ｔｏｒｒ
台の低ガス圧力下でも、効率よくカットオフ密度を超え
る高密度なプラズマ８の生成を行うことができる。
を導入するためのロッド・アンテナ９および誘電体管１
０を、磁界強度が１０Ｇ以下の磁界領域に設置している
ため、誘電体管１０とプラズマ８との境界に励起・伝播
する表面波の電力により発生した電子やイオンといった
荷電粒子に対して、磁気ミラー比を約１００程度にする
ことができ、これら荷電粒子の磁気閉じ込め効果が著し
く強く作用する。このような低磁界領域での表面波励起
によるプラズマ発生とマルチカスプ磁界によるプラズマ
閉じ込めとの組み合わせにより、例えば１０-4Ｔｏｒｒ
台の低ガス圧力下でも、効率よくカットオフ密度を超え
る高密度なプラズマ８の生成を行うことができる。
【００２６】図２に示した例では、マイクロ波を導入す
るロッド・アンテナ９および誘電体管１０を真空容器１
の中心軸上に設置し、このマイクロ波の導入部での磁界
強度は１０Ｇ以下にしているが、必ずしも真空容器１の
中心軸上に設置する必要がなく、また、１００Ｇ以下の
低磁界領域でマイクロ波の導入を行えば、ほとんど同様
の効果が得られる。
るロッド・アンテナ９および誘電体管１０を真空容器１
の中心軸上に設置し、このマイクロ波の導入部での磁界
強度は１０Ｇ以下にしているが、必ずしも真空容器１の
中心軸上に設置する必要がなく、また、１００Ｇ以下の
低磁界領域でマイクロ波の導入を行えば、ほとんど同様
の効果が得られる。
【００２７】図２に示した永久磁石１１による磁界強度
を適切に選ぶことによって、真空容器１の内壁面近傍に
電子サイクロトロン共鳴領域１２を形成できる。電子サ
イクロトロン共鳴領域１２の近傍では、マイクロ波の周
波数と電子のサイクロトロン周波数とが一致し、マイク
ロ波の振動電界により共鳴的に電子が加速される電子サ
イクロトロン共鳴現象が起こる。こうして、例えば１０
-4Ｔｏｒｒ台の低ガス圧力下でも容易に電子サイクロト
ロン共鳴放電が起こり、プラズマ８が真空容器１内に発
生する。
を適切に選ぶことによって、真空容器１の内壁面近傍に
電子サイクロトロン共鳴領域１２を形成できる。電子サ
イクロトロン共鳴領域１２の近傍では、マイクロ波の周
波数と電子のサイクロトロン周波数とが一致し、マイク
ロ波の振動電界により共鳴的に電子が加速される電子サ
イクロトロン共鳴現象が起こる。こうして、例えば１０
-4Ｔｏｒｒ台の低ガス圧力下でも容易に電子サイクロト
ロン共鳴放電が起こり、プラズマ８が真空容器１内に発
生する。
【００２８】プラズマ８が発生した後は、導入するマイ
クロ波電力が小さく、プラズマ８中の電子密度がいわゆ
るマイクロ波のカットオフ密度（例えば、周波数２．４
５ＧＨｚのマイクロ波の場合には約７×１０10ｃｍ-3）
よりも低い場合には、誘電体管１０を介して真空容器１
内へ導入されたマイクロ波は、プラズマ８中を伝播し、
電子サイクロトロン共鳴領域１２まで到達することがで
きる。こうして、電子サイクロトロン共鳴によりエネル
ギーを得た共鳴電子は、原子あるいは分子状の中性ガス
粒子を励起・解離・電離させ、プラズマ８の生成を維持
する。
クロ波電力が小さく、プラズマ８中の電子密度がいわゆ
るマイクロ波のカットオフ密度（例えば、周波数２．４
５ＧＨｚのマイクロ波の場合には約７×１０10ｃｍ-3）
よりも低い場合には、誘電体管１０を介して真空容器１
内へ導入されたマイクロ波は、プラズマ８中を伝播し、
電子サイクロトロン共鳴領域１２まで到達することがで
きる。こうして、電子サイクロトロン共鳴によりエネル
ギーを得た共鳴電子は、原子あるいは分子状の中性ガス
粒子を励起・解離・電離させ、プラズマ８の生成を維持
する。
【００２９】また、導入するマイクロ波電力が大きく、
プラズマ８中の電子密度がカットオフ密度よりも高い場
合には、誘電体管１０を介して真空容器１内へ導入され
たマイクロ波は、プラズマ８中を伝播することができ
ず、誘電体管１０とプラズマ８との境界に沿ってのみ伝
播する表面波として存在することができる。この励起さ
れた表面波は、プラズマ８中の電子密度がカットオフ密
度を超える高密度なプラズマの場合でも、反射されるこ
となく上記境界に沿って伝播し、伝播中にプラズマ８に
そのエネルギーが吸収される。こうして、誘電体管１０
の表面近傍のプラズマ８中の電子は、この表面波の振動
電界により加速を受け、高エネルギー状態になって、原
子あるいは分子状の中性ガス粒子を励起・解離・電離さ
せ、プラズマ８の生成を維持する。
プラズマ８中の電子密度がカットオフ密度よりも高い場
合には、誘電体管１０を介して真空容器１内へ導入され
たマイクロ波は、プラズマ８中を伝播することができ
ず、誘電体管１０とプラズマ８との境界に沿ってのみ伝
播する表面波として存在することができる。この励起さ
れた表面波は、プラズマ８中の電子密度がカットオフ密
度を超える高密度なプラズマの場合でも、反射されるこ
となく上記境界に沿って伝播し、伝播中にプラズマ８に
そのエネルギーが吸収される。こうして、誘電体管１０
の表面近傍のプラズマ８中の電子は、この表面波の振動
電界により加速を受け、高エネルギー状態になって、原
子あるいは分子状の中性ガス粒子を励起・解離・電離さ
せ、プラズマ８の生成を維持する。
【００３０】また、マルチカスプ磁界として、永久磁石
１１を用いて図３に示したようなラインカスプ磁界を発
生させているが、リングカスプ磁界や複合カスプ磁界等
の、真空容器１の壁面近傍に強力な磁界領域を形成し、
かつ、マイクロ波を導入する真空容器１の中心部で低磁
界領域を形成するような磁界強度分布であれば何でもよ
い。
１１を用いて図３に示したようなラインカスプ磁界を発
生させているが、リングカスプ磁界や複合カスプ磁界等
の、真空容器１の壁面近傍に強力な磁界領域を形成し、
かつ、マイクロ波を導入する真空容器１の中心部で低磁
界領域を形成するような磁界強度分布であれば何でもよ
い。
【００３１】また、真空容器１内に、永久磁石１１を用
いて図３に示したようなマルチカスプ磁界と、同時に、
電子サイクロトロン共鳴領域１２も発生させているが、
この電子サイクロトロン共鳴領域１２が無い場合には、
プラズマ８の点火・発生のし易さが若干劣るものの、図
８に示した従来のプラズマ発生装置に比べると、明らか
に真空容器１内のプラズマの分布が均一になる効果があ
る。
いて図３に示したようなマルチカスプ磁界と、同時に、
電子サイクロトロン共鳴領域１２も発生させているが、
この電子サイクロトロン共鳴領域１２が無い場合には、
プラズマ８の点火・発生のし易さが若干劣るものの、図
８に示した従来のプラズマ発生装置に比べると、明らか
に真空容器１内のプラズマの分布が均一になる効果があ
る。
【００３２】また、本実施の形態では、永久磁石１１を
用いて、真空容器１内に図３に示すようなマルチカスプ
磁界のみを発生させているが、図４に示すように、さら
に、コイル電源１８により磁界を発生する電磁コイル１
７等を用いて真空容器１の軸方向の磁界成分を重畳させ
てもよい。この場合には、いわゆる発散磁界も同時に形
成され、発生したプラズマ８が基板７に向かってドリフ
ト運動を行う。このようなプラズマ８のドリフト運動
は、基板７に積極的にプラズマ８中のイオンの入射を行
わせるエッチング等の表面処理を行う場合に効果があ
る。
用いて、真空容器１内に図３に示すようなマルチカスプ
磁界のみを発生させているが、図４に示すように、さら
に、コイル電源１８により磁界を発生する電磁コイル１
７等を用いて真空容器１の軸方向の磁界成分を重畳させ
てもよい。この場合には、いわゆる発散磁界も同時に形
成され、発生したプラズマ８が基板７に向かってドリフ
ト運動を行う。このようなプラズマ８のドリフト運動
は、基板７に積極的にプラズマ８中のイオンの入射を行
わせるエッチング等の表面処理を行う場合に効果があ
る。
【００３３】図１および２では、ロッド・アンテナ９を
用いて誘電体管１０へのマイクロ波の放射を行っている
が、スパイラル・アンテナ、ヘリカル・アンテナ、リジ
ターノ・コイル、ループ・アンテナ等のマイクロ波を放
射することができるアンテナ構造であれば何でもよく、
図５に示すようなスリット６を用いることによって、簡
便にマイクロ波を放射することができる。
用いて誘電体管１０へのマイクロ波の放射を行っている
が、スパイラル・アンテナ、ヘリカル・アンテナ、リジ
ターノ・コイル、ループ・アンテナ等のマイクロ波を放
射することができるアンテナ構造であれば何でもよく、
図５に示すようなスリット６を用いることによって、簡
便にマイクロ波を放射することができる。
【００３４】また、上記実施の形態では、誘電体管１０
を用いる例を示したが、図６および７に示すように、棒
状の誘電体部材からなる誘電体棒１６を用いても良い。
を用いる例を示したが、図６および７に示すように、棒
状の誘電体部材からなる誘電体棒１６を用いても良い。
【００３５】
【発明の効果】請求項１、３および４に係る発明によれ
ば、いわゆるカットオフ密度を超える高密度なプラズマ
に対しても、マイクロ波の電力を効率よく注入すること
が可能となり、しかも真空容器１内のプラズマの分布を
均一なものとすることができる効果がある。
ば、いわゆるカットオフ密度を超える高密度なプラズマ
に対しても、マイクロ波の電力を効率よく注入すること
が可能となり、しかも真空容器１内のプラズマの分布を
均一なものとすることができる効果がある。
【００３６】請求項２および８に係る発明によれば、プ
ラズマ発生装置において発生する磁界は、プラズマを取
り囲む真空容器の壁表面への電子やイオンの入射フラッ
クス量を減少させ、壁表面での再結合によるプラズマの
損失を抑え、低ガス圧力下でもプラズマの発生・維持を
容易にさせ、また、同時に、プラズマ密度の均一性をよ
り向上させる効果がある。
ラズマ発生装置において発生する磁界は、プラズマを取
り囲む真空容器の壁表面への電子やイオンの入射フラッ
クス量を減少させ、壁表面での再結合によるプラズマの
損失を抑え、低ガス圧力下でもプラズマの発生・維持を
容易にさせ、また、同時に、プラズマ密度の均一性をよ
り向上させる効果がある。
【００３７】請求項５および６に係る発明によれば、誘
電体部材を、磁界強度が１００Ｇ以下の磁界領域に設置
しているため、上記誘電体部材とプラズマとの境界に励
起・伝播する表面波の電力により発生した電子やイオン
といった荷電粒子に対して、磁気ミラー比を約１００程
度にすることができ、マイクロ波の電力を効率よく注入
できるとともに、荷電粒子の磁気閉じ込め効果が著しく
強く作用する効果がある。
電体部材を、磁界強度が１００Ｇ以下の磁界領域に設置
しているため、上記誘電体部材とプラズマとの境界に励
起・伝播する表面波の電力により発生した電子やイオン
といった荷電粒子に対して、磁気ミラー比を約１００程
度にすることができ、マイクロ波の電力を効率よく注入
できるとともに、荷電粒子の磁気閉じ込め効果が著しく
強く作用する効果がある。
【００３８】請求項７に係る発明によれば、プラズマ発
生装置において発生する電子サイクロトロン共鳴領域
は、マイクロ波の振動電界の周期と磁界中の電子のサイ
クロトロン運動の周期を一致させることができ、マイク
ロ波のエネルギーを共鳴的に電子に注入することが可能
となり、高エネルギー状態になった電子は、容易に中性
ガス粒子を電離させることができ、プラズマの点火や発
生を著しく容易にさせる効果がある。
生装置において発生する電子サイクロトロン共鳴領域
は、マイクロ波の振動電界の周期と磁界中の電子のサイ
クロトロン運動の周期を一致させることができ、マイク
ロ波のエネルギーを共鳴的に電子に注入することが可能
となり、高エネルギー状態になった電子は、容易に中性
ガス粒子を電離させることができ、プラズマの点火や発
生を著しく容易にさせる効果がある。
【００３９】請求項９に係る発明によれば、さらに電磁
コイルを備えることによって、いわゆる発散磁界も同時
に形成され、発生したプラズマが被処理物に向かってド
リフト運動を行い、このようなプラズマのドリフト運動
は、上記被処理物に積極的にプラズマ中のイオンの入射
を行わせ、エッチング等の表面処理を効率よく行う効果
がある。
コイルを備えることによって、いわゆる発散磁界も同時
に形成され、発生したプラズマが被処理物に向かってド
リフト運動を行い、このようなプラズマのドリフト運動
は、上記被処理物に積極的にプラズマ中のイオンの入射
を行わせ、エッチング等の表面処理を効率よく行う効果
がある。
【図１】 この発明のプラズマ発生装置の一実施の形態
の概略構成を示す図である。
の概略構成を示す図である。
【図２】 この発明のプラズマ発生装置の他の実施の形
態の概略構成を示す図である。
態の概略構成を示す図である。
【図３】 図２に示される永久磁石の配置および発生す
る磁界強度分布を示す図である。
る磁界強度分布を示す図である。
【図４】 この発明のプラズマ発生装置の他の実施の形
態の概略構成を示す図である。
態の概略構成を示す図である。
【図５】 この発明のプラズマ発生装置の他の実施の形
態の概略構成を示す図である。
態の概略構成を示す図である。
【図６】 この発明のプラズマ発生装置の他の実施の形
態の概略構成を示す図である。
態の概略構成を示す図である。
【図７】 この発明のプラズマ発生装置の他の実施の形
態の概略構成を示す図である。
態の概略構成を示す図である。
【図８】 従来のプラズマ発生装置の概略構成を示す図
である。
である。
１ 真空容器、１ａ ガス供給口、１ｂ 真空排気口、
２ マイクロ波発振器、３駆動電源、４ 誘電体窓、５
導波管、６ スリット、７ 基板、８ プラズマ、９
ロッド・アンテナ、１０ 誘電体管、１１ 永久磁
石、１２ 電子サイクロトロン共鳴領域、１３ 磁力
線、１４ 等磁界強度線、１５ マイクロ波共振器、１
６ 誘電体棒、１７ 電磁コイル、１８ コイル電源
２ マイクロ波発振器、３駆動電源、４ 誘電体窓、５
導波管、６ スリット、７ 基板、８ プラズマ、９
ロッド・アンテナ、１０ 誘電体管、１１ 永久磁
石、１２ 電子サイクロトロン共鳴領域、１３ 磁力
線、１４ 等磁界強度線、１５ マイクロ波共振器、１
６ 誘電体棒、１７ 電磁コイル、１８ コイル電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花崎 稔 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 米村 俊雄 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 奥 康二 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 中隈 信治 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内
Claims (9)
- 【請求項１】 マイクロ波を導波する導波管と、この導
波管が接続され、放電ガスを供給する手段および真空排
気手段を備えた真空容器と、この真空容器に挿入された
管状あるいは棒状の誘電体部材と、この誘電体部材に上
記マイクロ波を放射する手段を備えたことを特徴とする
プラズマ発生装置。 - 【請求項２】 上記真空容器の外部に磁界を発生する磁
界発生手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のプ
ラズマ発生装置。 - 【請求項３】 上記マイクロ波を放射する手段が、導波
管の壁に設けられたスリットあるいはアンテナであるこ
とを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。 - 【請求項４】 上記誘電体材料が、マイクロ波が透過可
能な石英、パイレックスガラス、テフロン等の高分子材
料またはセラミックスのいずれか、またはそれらを組み
合わせたものであることを特徴とする請求項１記載のプ
ラズマ発生装置。 - 【請求項５】 上記誘電体部材を、磁界強度が１００Ｇ
以下の低磁界領域に設置することを特徴とする請求項２
記載のプラズマ発生装置。 - 【請求項６】 上記マイクロ波を放射する手段を、磁界
強度が１００Ｇ以下の低磁界領域に設置することを特徴
とする請求項２記載のプラズマ発生装置。 - 【請求項７】 真空容器の内部に電子サイクロトロン共
鳴が起こるのに必要十分な磁界強度を発生し、電子サイ
クロトロン共鳴を利用して放電を開始させることを特徴
とする請求項２記載のプラズマ発生装置。 - 【請求項８】 上記磁界発生手段が、永久磁石であるこ
とを特徴とする請求項２記載のプラズマ発生装置。 - 【請求項９】 上記磁界発生手段の磁界成分に重畳する
磁界成分を発生する電磁コイルを、さらに真空容器の外
側に備えたことを特徴とする請求項２記載のプラズマ発
生装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9262047A JPH11102799A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | プラズマ発生装置 |
| TW087100240A TW400577B (en) | 1997-09-26 | 1998-01-09 | Plasma generating apparatus |
| US09/031,706 US6054016A (en) | 1997-09-26 | 1998-02-27 | Magnetically enhanced microwave plasma generating apparatus |
| KR1019980008259A KR100291152B1 (ko) | 1997-09-26 | 1998-03-12 | 플라즈마발생장치 |
| DE19813199A DE19813199A1 (de) | 1997-09-26 | 1998-03-25 | Plasmaerzeugungsvorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9262047A JPH11102799A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | プラズマ発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11102799A true JPH11102799A (ja) | 1999-04-13 |
Family
ID=17370302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9262047A Pending JPH11102799A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | プラズマ発生装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6054016A (ja) |
| JP (1) | JPH11102799A (ja) |
| KR (1) | KR100291152B1 (ja) |
| DE (1) | DE19813199A1 (ja) |
| TW (1) | TW400577B (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006331725A (ja) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Shibaura Mechatronics Corp | マイクロ波導入器、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置 |
| JP2007220639A (ja) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Univ Nagoya | マイクロ波導入器、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置 |
| JP2010123467A (ja) * | 2008-11-21 | 2010-06-03 | Nissin Ion Equipment Co Ltd | プラズマ発生装置 |
| JP2012064589A (ja) * | 2004-06-22 | 2012-03-29 | Shibaura Mechatronics Corp | プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置 |
| JP2015530694A (ja) * | 2012-07-11 | 2015-10-15 | ユニヴェルシテ ジョセフ フーリエ−グレノーブル アンＵｎｉｖｅｒｓｉｔｅ Ｊｏｓｅｐｈ Ｆｏｕｒｉｅｒ−Ｇｒｅｎｏｂｌｅ １ | プラズマ生成用の表面波アプリケータ |
| JPWO2015114992A1 (ja) * | 2014-01-30 | 2017-03-23 | ノベリオンシステムズ株式会社 | プラズマ発生装置 |
| JP2019204661A (ja) * | 2018-05-23 | 2019-11-28 | 株式会社エスイー | プラズマ照射装置及びプラズマ照射方法 |
Families Citing this family (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2320597A1 (en) * | 2000-01-06 | 2001-07-06 | Blacklight Power, Inc. | Ion cyclotron power converter and radio and microwave generator |
| US6878402B2 (en) * | 2000-12-06 | 2005-04-12 | Novellus Systems, Inc. | Method and apparatus for improved temperature control in atomic layer deposition |
| US6416822B1 (en) | 2000-12-06 | 2002-07-09 | Angstrom Systems, Inc. | Continuous method for depositing a film by modulated ion-induced atomic layer deposition (MII-ALD) |
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