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JPH06101308B2 - Microwave plasma processing equipment - Google Patents
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JPH06101308B2 - Microwave plasma processing equipment - Google Patents

Microwave plasma processing equipment

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JPH06101308B2
JPH06101308B2 JP62110750A JP11075087A JPH06101308B2 JP H06101308 B2 JPH06101308 B2 JP H06101308B2 JP 62110750 A JP62110750 A JP 62110750A JP 11075087 A JP11075087 A JP 11075087A JP H06101308 B2 JPH06101308 B2 JP H06101308B2
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plasma
microwave
generation chamber
plasma generation
magnetic field
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好美 袴田
啓明 小島
康則 大野
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マイクロ波と磁界の相互作用により生成した
プラズマによつて試料の表面処理を行なうマイクロ波プ
ラズマ処理装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a microwave plasma processing apparatus that performs a surface treatment of a sample with plasma generated by an interaction between a microwave and a magnetic field.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

マイクロ波電力によりプラズマを生成し、プラズマを生
成する室の周囲にソレノイドコイルを配置し、このソレ
ノイドコイルにより発生する磁界と前記マイクロ波の電
界による電子のサイクロトロン運動を利用してさらにプ
ラズマの生成効率を高め、プラズマ中のイオンにより試
料の表面処理を行なうマイクロ波プラズマ処理装置は、
例えば特開昭57−177975号公報等により知られている。
このようなマイクロ波プラズマ処理装置の概略を図によ
り説明する。
Plasma is generated by microwave power, and a solenoid coil is arranged around the chamber for generating plasma. The magnetic field generated by this solenoid coil and the cyclotron motion of electrons due to the electric field of the microwave are used to further generate plasma. , A microwave plasma processing apparatus that performs surface treatment of a sample with ions in plasma is
For example, it is known from JP-A-57-177975.
The outline of such a microwave plasma processing apparatus will be described with reference to the drawings.

第8図は従来のマイクロ波プラズマ処理装置の断面図で
ある。図で、1はマイクロ波を発生するマイクロ波発振
器、2はマイクロ波発振器1で発生したマイクロ波電力
を伝送する導波管、3は導波管2に連結された容器、4
は容器3により形成されるプラズマ生成室、5はマイク
ロ波をプラズマ生成室4に導入する入射窓、6はプラズ
マ生成室4内に生成したプラズマを示す。7a,7bは容器
3の外部に設けられたソレノイドコイル、8はプラズマ
6内のイオンを引出すイオン引出し電極、9は引出され
たイオンにより種々の処理を行なう処理装置である。10
は処理装置9内に図示しないホルダにより支持された試
料、11はイオン引出し装置8により引出されたイオン、
12はプラズマ生成室4および処理装置9内を真空とする
真空排気装置である。
FIG. 8 is a sectional view of a conventional microwave plasma processing apparatus. In the figure, 1 is a microwave oscillator for generating microwaves, 2 is a waveguide for transmitting the microwave power generated by the microwave oscillator 1, 3 is a container connected to the waveguide 2, 4
Denotes a plasma generation chamber formed by the container 3, 5 denotes an entrance window for introducing microwaves into the plasma generation chamber 4, and 6 denotes plasma generated in the plasma generation chamber 4. Reference numerals 7a and 7b are solenoid coils provided outside the container 3, 8 is an ion extraction electrode for extracting the ions in the plasma 6, and 9 is a processing device for performing various processes by the extracted ions. Ten
Is a sample supported by a holder (not shown) in the processing device 9, 11 is ions extracted by the ion extracting device 8,
Reference numeral 12 denotes an evacuation device that evacuates the plasma generation chamber 4 and the processing device 9.

プラズマ生成室4にマイクロ波が射入された状態で所定
のガスが導入されると、当該ガスはマイクロ波により、
プラズマ化され、さらにこのプラズマ6内に存在する電
子はソレノイドコイル7a,7bにより形成される磁界の影
響を受けてサイクロトロン運動を行なう。この電子のサ
イクロトロン運動により、当該電子は容器16内の分子や
原子など中性粒子に衝突し、その粒子を電離し、イオン
を生成せしめる。このような動作の繰返しにより、導入
ガスのプラズマ化は著るしく促進され、プラズマ生成効
率は向上する。マイクロ波周波数として電波法により工
業用に割当てられた2.45GHzを用いた場合、電子にサイ
クロトロン運動を発生させるためのサイクロトロン共鳴
(ECR)条件を満足する磁束密度は0.0875テスラであ
る。
When a predetermined gas is introduced into the plasma generation chamber 4 while microwaves are being radiated into the plasma generation chamber 4, the gas causes
Electrons that have been turned into plasma and that are present in the plasma 6 undergo cyclotron motion under the influence of the magnetic field formed by the solenoid coils 7a and 7b. Due to the cyclotron motion of the electrons, the electrons collide with neutral particles such as molecules and atoms in the container 16 and ionize the particles to generate ions. By repeating such an operation, the introduction gas is turned into plasma significantly, and the plasma generation efficiency is improved. When 2.45GHz, which is industrially assigned by the Radio Law, is used as the microwave frequency, the magnetic flux density that satisfies the cyclotron resonance (ECR) condition for causing cyclotron motion in electrons is 0.0875 Tesla.

このようにして形成されたプラズマ6内に存在するイオ
ンはイオン引出し装置8(複数の電極で構成される)に
より引出され、イオンシヤワ11となつて処理装置9内に
導入される。このイオンシヤワ11を利用して、試料10に
対するミリング、エツチング等の処理が行なわれる。
Ions existing in the plasma 6 thus formed are extracted by the ion extracting device 8 (consisting of a plurality of electrodes) and introduced into the processing device 9 together with the ion shower 11. Using the ion shower 11, processing such as milling and etching on the sample 10 is performed.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ところで、上記のようなマイクロ波プラズマ処理装置に
あつては、試料10に対するミリング、エツチング等の処
理が終了すると試料10が取出され、未処理の試料と交換
されて再び同様の処理が繰返えされる。したがつて、処
理効率(生産性の効率)を向上させるには、1回でより
多くの試料を処理する必要があり、そのためにはプラズ
マ生成室4の断面積を大きくすればよい。ところが、プ
ラズマ生成室4へのマイクロ波入射の良好な結合度を得
るためには、プラズマ生成室4の断面積をマイクロ波導
波管2の断面積を近似したものに選定しなければなら
ず、これによりプラズマ生成室4の断面積を大きくして
試料10の処理効率を向上させることはできなかつた。
By the way, in the microwave plasma processing apparatus as described above, when the processing such as milling and etching for the sample 10 is completed, the sample 10 is taken out, replaced with an unprocessed sample, and the same processing is repeated again. Be done. Therefore, in order to improve the processing efficiency (productivity efficiency), it is necessary to process a larger number of samples at one time, and for that purpose, the cross-sectional area of the plasma generation chamber 4 may be increased. However, in order to obtain a good degree of coupling of microwaves incident on the plasma generation chamber 4, the cross-sectional area of the plasma generation chamber 4 must be selected to approximate the cross-sectional area of the microwave waveguide 2. As a result, it was impossible to increase the cross-sectional area of the plasma generation chamber 4 and improve the processing efficiency of the sample 10.

なお、外部磁場によるECRを用いない方式のマイクロ波
プラズマ発生装置では、例えば特開昭56−1124722号公
報に記載のように、プラズマ生成部内のプラズマを次第
に拡大する手段が示されている。しかしこの手段は、同
軸導波管内部導体のマイクロ波電界によりイオン化を図
りプラズマを生成するものであり、ECRによるプラズマ
生成と異なり、このプラズマはプラズマ生成部表面、即
ちプラズマ生成部を構成する絶縁物内壁面で生成され
る。このようなプラズマは、壁面からの不純物を含み、
又、壁面への損失が多いため、高密度で純度の高いもの
が得られ難いという問題があつた。
In a microwave plasma generator that does not use ECR with an external magnetic field, a means for gradually expanding the plasma in the plasma generating unit is disclosed, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-1124722. However, this method is to generate plasma by ionizing by the microwave electric field of the inner conductor of the coaxial waveguide.Unlike plasma generation by ECR, this plasma is the surface of the plasma generation unit, that is, the insulation that constitutes the plasma generation unit. It is generated on the inner wall surface. Such plasma contains impurities from the wall surface,
In addition, there is a problem that it is difficult to obtain a high-density and highly pure product because the loss on the wall surface is large.

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、プラ
ズマ生成室へのマイクロ波入射の結合度を損うことなく
処理面積を大きくして処理効率を向上させることができ
るマイクロ波プラズマ処理装置を提供するにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to improve the processing efficiency by increasing the processing area without impairing the coupling degree of the microwave incident on the plasma generation chamber. To provide the equipment.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記の目的を達成するため、本発明は、マイクロ波発振
器で発生したマイクロ波電力を導波路で伝送してプラズ
マ生成室内に導入するとともに、プラズマ生成室内に磁
界を発生させ、マイクロ波と磁界により生成されたプラ
ズマからイオン引出し装置で処理室にイオンを引出し、
このイオンを利用して試料に対する処理を行なうマイク
ロ波プラズマ処理装置において、プラズマ生成室は、導
波路への開口部からイオン引出し装置の間に、プラズマ
生成室の断面積が導波路の開口部側からイオン引出し装
置側に向つてほぼ連続的に増大する部分を有することを
特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention transmits microwave power generated by a microwave oscillator through a waveguide and introduces it into a plasma generation chamber, and generates a magnetic field inside the plasma generation chamber. Ions are extracted from the generated plasma into the processing chamber with an ion extraction device,
In a microwave plasma processing apparatus that performs processing on a sample using these ions, the plasma generation chamber has a cross-sectional area of the plasma generation chamber between the opening of the waveguide and the ion extractor, which is closer to the opening of the waveguide. From the ion extraction device side toward the ion extraction device side.

〔作用〕[Action]

所定の形状の導波路により伝送されるマイクロ波は導波
路の形状で定まるモードを有しており、導波路の形状を
急激に変化させると上記モードの維持ができなくなり、
反射と損失が著しく増大する。本発明では、プラズマ生
成室は、導波路への開口部からイオン引出し装置までの
間において、プラズマ生成室の断面積が導波路の開口部
側からイオン引出し装置側に向つてほぼ連続的に増大す
る部分を設けたので、上記モードを維持しつつイオン引
出し装置側の断面積を大きくすることができ、広い面積
からイオンが引出される。
Microwaves transmitted by a waveguide of a predetermined shape have a mode that is determined by the shape of the waveguide, and if the shape of the waveguide is changed abruptly, the above mode cannot be maintained,
Reflections and losses are significantly increased. According to the present invention, in the plasma generation chamber, the cross-sectional area of the plasma generation chamber increases substantially continuously from the opening side of the waveguide toward the ion extraction device side between the opening to the waveguide and the ion extraction device. Since the portion to be provided is provided, the cross-sectional area on the side of the ion extracting device can be increased while maintaining the above mode, and the ions can be extracted from a large area.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.

第1図(a)は本発明の第1の実施例に係るマイクロ波
プラズマ処理装置の断面図、第1図(b),(c)はそ
れぞれ第1図(a)の線Ib−Ib,Ic−Icに沿う断面図、
第1図(d)は第1図(a)に示す装置のプラズマ生成
室内の磁界分布図である。図で、第8図に示す部分と同
一部分には同一符号を付して説明を省略する。15aは入
射窓5の近傍において、第1図(b)に示すように同一
円周上に配置された複数の永久磁石であり、各永久磁石
のS極がプラズマ生成室4に面するように配置されてい
る。
FIG. 1 (a) is a sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 1 (b) and 1 (c) are respectively lines Ib-Ib, of FIG. 1 (a). A sectional view taken along Ic-Ic,
FIG. 1 (d) is a magnetic field distribution diagram in the plasma generation chamber of the apparatus shown in FIG. 1 (a). In the figure, those parts that are the same as those corresponding parts in FIG. 8 are designated by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted. Reference numeral 15a denotes a plurality of permanent magnets arranged on the same circumference in the vicinity of the entrance window 5 as shown in FIG. 1 (b), so that the S pole of each permanent magnet faces the plasma generation chamber 4. It is arranged.

15bは永久磁石15aに隣接し、かつ、その円周より大きい
同一円周上に配置された複数の永久磁石であり、永久磁
石15aと同様そのS極はプラズマ生成室4に面してい
る。15cは永久磁石15bから処理装置9側に離れて配置さ
れた複数の永久磁石であり、永久磁石15bよりさらに大
きい同一円周上に各N極をプラズマ生成室4に向けて配
置されている。15dは第1図(c)に示すように、永久
磁石15cの処理装置9側にこれらと隣接して配置された
複数の永久磁石であり、永久磁石15cより大きい同一円
周上に各N極をプラズマ生成室4に向けて配置されてい
る。16は上記各永久磁石15a〜15dに内接するように構成
された容器である。17は容器16の処理装置9側端部に設
けられたイオン引出し電極であり、プラズマ6に接する
プラズマ電極17a、このプラズマ電極17aに対して負の電
位を与えてプラズマ6から正イオンを引出すための引出
し電極17b、および処理装置9と同じく接地電位とされ
た接地電極17cで構成されている。
Reference numeral 15b denotes a plurality of permanent magnets which are adjacent to the permanent magnet 15a and are arranged on the same circumference larger than the circumference thereof, and like the permanent magnet 15a, its S pole faces the plasma generation chamber 4. Reference numeral 15c denotes a plurality of permanent magnets arranged away from the permanent magnet 15b on the processing device 9 side, and each N pole is arranged on the same circumference larger than the permanent magnet 15b so as to face the plasma generation chamber 4. As shown in FIG. 1 (c), 15d is a plurality of permanent magnets arranged adjacent to the permanent magnet 15c on the processing device 9 side, and each N pole is on the same circumference larger than the permanent magnet 15c. Are arranged so as to face the plasma generation chamber 4. Reference numeral 16 is a container configured to be inscribed in each of the permanent magnets 15a to 15d. Reference numeral 17 denotes an ion extraction electrode provided at the end of the container 16 on the side of the processing device 9. In order to extract a positive ion from the plasma 6 by applying a negative potential to the plasma electrode 17a in contact with the plasma 6 and the plasma electrode 17a. Of the extraction electrode 17b and the grounding electrode 17c that is set to the ground potential similarly to the processing device 9.

次に、本実施例の動作を第1図(d)に示す磁束分布図
を参照しながら説明する。第1図(d)で横軸には磁束
密度が、縦軸にはプラズマ生成室4の軸方向の距離がと
つてある。真空排気装置12により全体を10-6Torr程度の
高真空にした後、所要のガス、例えばアルゴンやCF4
どを10-3〜10-4Torrに充填した状態でプラズマ生成室4
にマイクロ波を入射せしめると充填されたガスがプラズ
マ化される。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the magnetic flux distribution chart shown in FIG. In FIG. 1 (d), the horizontal axis represents the magnetic flux density, and the vertical axis represents the axial distance of the plasma generation chamber 4. After the whole is evacuated to a high vacuum of about 10 -6 Torr by the vacuum exhaust device 12, the plasma generation chamber 4 is filled with a required gas such as argon or CF 4 at 10 -3 to 10 -4 Torr.
When the microwave is incident on the gas, the filled gas is turned into plasma.

一方、各永久磁石15a〜15dによりプラズマ生成室4内に
は第1図(d)に示す磁束密度分布を有する磁界が生じ
る。この磁界の磁束密度は磁束密度が極大となる位置か
らイオン引出し電極側に向つて次第に小さくなつてゆく
領域Aを有する。このような磁界の存在により、プラズ
マ6内の電子のサイクロトロン運動が生じ、電子が中性
粒子に衝突し、比較的運動エネルギの小さい(イオン温
度の低い)イオンを生成させる。プラズマ6の生成効率
は磁束密度が極大となる近辺において最も高くなり、こ
の付近で生成されたプラズマ6は領域Aの磁束密度勾配
によりイオン引出し電極17の方へ輸送される。
On the other hand, a magnetic field having the magnetic flux density distribution shown in FIG. 1D is generated in the plasma generation chamber 4 by the permanent magnets 15a to 15d. The magnetic flux density of this magnetic field has a region A that gradually decreases from the position where the magnetic flux density is maximum toward the ion extraction electrode side. Due to the presence of such a magnetic field, cyclotron motion of electrons in the plasma 6 occurs, the electrons collide with neutral particles, and ions with relatively low kinetic energy (low ion temperature) are generated. The generation efficiency of the plasma 6 is highest near the maximum magnetic flux density, and the plasma 6 generated near this is transported to the ion extraction electrode 17 by the magnetic flux density gradient in the region A.

容器16は各永久磁石15a〜15dに内接して構成されている
ので、容器16の内面近くの磁束密度はマイクロ波入射側
もイオン引出し電極17側もほぼ等しく、容器16の壁面か
らほぼ等しい距離の点でECR条件を満足する磁束密度を
得ることができる。これにより、プラズマ生成領域を第
1図(a)に示したように、マイクロ波入射側からイオ
ン引出し電極17に向つて次第に広くすることが可能とな
り、イオン引出し面積を広くすることができる。
Since the container 16 is inscribed in each of the permanent magnets 15a to 15d, the magnetic flux density near the inner surface of the container 16 is substantially equal on both the microwave incident side and the ion extraction electrode 17 side, and is substantially the same distance from the wall surface of the container 16. From this point, it is possible to obtain a magnetic flux density that satisfies the ECR condition. As a result, as shown in FIG. 1A, the plasma generation region can be gradually widened from the microwave incident side toward the ion extraction electrode 17, and the ion extraction area can be widened.

イオン引出し電極17によりプラズマ6から引出されるイ
オンは、一般には正電荷に帯電したイオン11であり、引
出されたイオン11は加速されて試料10に照射され、試料
10に対して所要の処理、例えばミリング、エツチング等
によりパターン加工が施される。
The ions extracted from the plasma 6 by the ion extraction electrode 17 are generally positively charged ions 11, and the extracted ions 11 are accelerated and irradiated on the sample 10.
The pattern processing is performed on 10 by a required process such as milling or etching.

このように、本実施例では、マイクロ波入射側で磁石配
列半径を小さく、イオン引出し電極側で磁石配列半径を
大きくし、これら各磁石に内接して容器16を構成したの
で、プラズマ生成室へのマイクロ波入射の結合度を損う
ことなくイオン引出し面積を広くすることができ、処理
面積が大きくなつて処理効率を向上させることができ
る。又、永久磁石として稀土類を用いると容易に0.1テ
スラ以上の磁界を得ることができ、これにより、電磁コ
イルを使用した場合に必要とされる磁界発生のための安
定した直流電源や冷却装置を省略することができ、ひい
てはコスト低減、占有面積の縮少を達成することができ
る。
As described above, in this embodiment, the magnet array radius is small on the microwave incident side and the magnet array radius is large on the ion extraction electrode side, and the container 16 is formed inscribed in each of these magnets. The ion extraction area can be increased without impairing the coupling degree of the microwave incidence, and the processing efficiency can be improved by increasing the processing area. In addition, when rare earth is used as a permanent magnet, a magnetic field of 0.1 Tesla or more can be easily obtained, which makes it possible to provide a stable DC power supply and cooling device for the magnetic field generation required when an electromagnetic coil is used. It can be omitted, and thus cost reduction and occupancy area reduction can be achieved.

第2図は本発明の第2の実施例に係るマイクロ波プラズ
マ処理装置の断面図である。図で、第1図(a)に示す
部分と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
19a,19bは電磁コイルであり、マイクロ波入射側の電磁
コイル19aの径がイオン引出し電極17側の電磁コイル19b
の径より小さくされる。これら電磁コイル19a,19bに電
流を供給することにより、プラズマ生成室中心軸付近の
磁束密度分布が、さきの実施例と同様にマイクロ波入射
側からイオン引出し電極17方向に次第に小さくなる磁界
を形成することができる。したがつて、本実施例も、プ
ラズマ生成室へのマイクロ波入射の結合度を損うことな
くイオン引出し面積を広くし、処理能力を向上させるこ
とができる。
FIG. 2 is a sectional view of the microwave plasma processing apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG.
Reference numerals 19a and 19b are electromagnetic coils, and the diameter of the electromagnetic coil 19a on the microwave incident side is the electromagnetic coil 19b on the ion extraction electrode 17 side.
Is smaller than the diameter of. By supplying a current to these electromagnetic coils 19a and 19b, a magnetic flux density distribution near the central axis of the plasma generation chamber forms a magnetic field that gradually decreases from the microwave incident side toward the ion extraction electrode 17 as in the previous embodiment. can do. Therefore, also in this embodiment, the ion extraction area can be widened and the processing capacity can be improved without impairing the coupling degree of the microwave incidence on the plasma generation chamber.

第3図は本発明の第3の実施例に係るマイクロ波プラズ
マ処理装置の断面図である。図で、第1図(a)に示す
部分と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
20はマイクロ波入射口の近傍に配置された電磁コイルで
ある。この電磁コイル20には、永久磁石15a,15bが形成
する磁界と同一方向の磁界を形成するように電流が供給
される。この電磁コイル20の磁界により、プラズマ生成
室4のマイクロ波入射口近傍の磁束密度を最大にするこ
とができ、これにより、生成プラズマのマイクロ波入射
窓5の方向への拡散損失を抑制してプラズマ密度の増大
を図ることができる。
FIG. 3 is a sectional view of the microwave plasma processing apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG.
Reference numeral 20 denotes an electromagnetic coil arranged near the microwave entrance. A current is supplied to the electromagnetic coil 20 so as to form a magnetic field in the same direction as the magnetic field formed by the permanent magnets 15a and 15b. The magnetic field of the electromagnetic coil 20 can maximize the magnetic flux density in the vicinity of the microwave entrance of the plasma generation chamber 4, thereby suppressing the diffusion loss of the generated plasma in the direction of the microwave entrance window 5. The plasma density can be increased.

本実施例では、永久磁石に対して電磁コイルを併用する
ようにしたので、磁界分布を精度良く制御することがで
き、プラズマの生成効率を高めることができる。イオン
引出し面積を広くして処理能力を向上させることができ
る効果は第1の実施例と同じである。
In this embodiment, since the electromagnetic coil is used together with the permanent magnet, the magnetic field distribution can be controlled with high accuracy, and the plasma generation efficiency can be increased. The effect of widening the ion extraction area and improving the processing capacity is the same as that of the first embodiment.

第4図(a),(b)は本発明の第4の実施例に係るマ
イクロ波プラズマ処理装置の縦断面図および横断面図で
ある。図で、第1図に示す部分と同一部分には同一符号
を付して説明を省略する。さきの各実施例において、プ
ラズマ生成室4を構成する容器16は截頭円錐形のものの
みであつたが、本実施例では、截頭円錐形の容器16のイ
オン引出電極17側に連結された円筒形の容器21を有す
る。22は容器21の周囲に配置された永久磁石である。第
4図(b)は第4図(a)の線IVb−IVbに沿う断面図で
あり、これにより永久磁石22の配置および極性が示され
ている。23は容器21により形成されるプラズマ拡張室で
ある。プラズマ拡張室23はプラズマ生成室4と連通して
いる。
FIGS. 4 (a) and 4 (b) are a longitudinal sectional view and a lateral sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG. In each of the above-described embodiments, the container 16 forming the plasma generation chamber 4 is only a truncated cone, but in the present embodiment, it is connected to the ion extraction electrode 17 side of the truncated cone container 16. It has a cylindrical container 21. Reference numeral 22 is a permanent magnet arranged around the container 21. FIG. 4 (b) is a sectional view taken along line IVb-IVb in FIG. 4 (a), which shows the arrangement and polarity of the permanent magnets 22. Reference numeral 23 is a plasma expansion chamber formed by the container 21. The plasma expansion chamber 23 communicates with the plasma generation chamber 4.

永久磁石22は、それら隣接するものの極性が第4図
(b)に示すように反対極性となるように配置されてい
る。したがつて、プラズマ拡張室23の容器21の内壁面近
くには、隣接する磁石へ向う磁界が形成され、この磁界
によりプラズマ6を容器21の壁面から離れた位置に閉じ
込めることができる。
The permanent magnets 22 are arranged such that the adjacent magnets have opposite polarities as shown in FIG. 4 (b). Therefore, a magnetic field toward the adjacent magnet is formed near the inner wall surface of the container 21 in the plasma expansion chamber 23, and the magnetic field can confine the plasma 6 at a position away from the wall surface of the container 21.

本実施例では、プラズマ拡張室23の中心付近の磁界は非
常に小さく、プラズマ拡張室23内では径方向のプラズマ
密度分布がほぼ均一になる特性を有しているので、プラ
ズマ拡張室23の出口にイオン引出し電極17を配置するこ
とにより、第1の実施例と同じ効果を奏するばかりでな
く、分布の一様なイオンビームを得ることができ、ひい
てはプラズマ処理装置として精度のよい均一な処理特性
を得ることもできる。
In the present embodiment, the magnetic field in the vicinity of the center of the plasma expansion chamber 23 is very small, and the plasma density distribution in the plasma expansion chamber 23 has a characteristic that the radial direction plasma density distribution is substantially uniform. By arranging the ion extracting electrode 17 at the same position, not only the same effect as in the first embodiment can be obtained, but also an ion beam having a uniform distribution can be obtained, and as a result, the plasma processing apparatus can obtain a uniform processing characteristic with high accuracy. You can also get

第5図は本発明の第5の実施例に係るマイクロ波プラズ
マ処理装置の断面図である。図で、第1図(a)に示す
部分と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
25は軸方向に磁化した永久磁石であり、軸方向において
磁極が一致するようにプラズマ生成室外に複数個配置さ
れている。このような永久磁石25を使用することによ
り、本実施例は、第1の実施例と同じ効果を奏するとと
もに、永久磁石の特性を最大限に発揮させることがで
き、さらに、取付けが容易で、径方向寸法を小さくでき
る効果をも有する。
FIG. 5 is a sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG.
Reference numeral 25 denotes a permanent magnet magnetized in the axial direction, and a plurality of permanent magnets 25 are arranged outside the plasma generation chamber so that the magnetic poles coincide with each other in the axial direction. By using such a permanent magnet 25, the present embodiment has the same effects as the first embodiment, can maximize the characteristics of the permanent magnet, and can be easily attached. It also has the effect of reducing the radial dimension.

第6図は本発明の第6の実施例に係るマイクロ波プラズ
マ処理装置の断面図である。図で、第1図(a)に示す
部分と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
27は半円形又はU字形の永久磁石である。この永久磁石
27はプラズマ生成室4の外周に複数個配置されており、
各永久磁石27は円弧方向に磁化されるとともにそれらの
各磁極の極性が軸方向において一致するように配置され
る。本実施例は第1の実施例と同じ効果を奏するととも
に、永久磁石27の作る磁界がプラズマ生成室4の外部の
磁石内で閉じられているので、漏れ磁束が少なくなりプ
ラズマ生成室内の磁界を強くすることができ、ひいては
プラズマ生成効率を高めることが可能となる効果をも有
する。
FIG. 6 is a sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG.
27 is a semi-circular or U-shaped permanent magnet. This permanent magnet
A plurality of 27 are arranged on the outer periphery of the plasma generation chamber 4,
Each of the permanent magnets 27 is magnetized in the arc direction and arranged so that the polarities of their respective magnetic poles match in the axial direction. This embodiment has the same effect as the first embodiment, and since the magnetic field created by the permanent magnet 27 is closed inside the magnet outside the plasma generation chamber 4, the leakage flux is reduced and the magnetic field inside the plasma generation chamber is reduced. It also has the effect that it can be strengthened, and by extension, the plasma generation efficiency can be increased.

第7図は本発明の第7の実施例に係るマイクロ波プラズ
マ処理装置の断面図である。図で、第1図(a)に示す
部分と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
29はプラズマ生成室4の外周に傾斜を有して配置された
永久磁石である。これら永久磁石29はその磁化方向が径
方向になるよう幅(又は厚み)方向に磁化されており、
隣接する永久磁石の極性が逆になるように配置されてい
る。これら永久磁石29により形成される磁界の磁束密度
は、さきの各実施例と同様、マイクロ波入射側からイオ
ン引出し電極17側に向つて次第に小さくなるのは明らか
であり、かつ、第4図(b)に示すようにプラズマ生成
室壁面近くが大でプラズマ生成室4の中心方向に向つて
次第に小さくなる。このような磁束密度分布において、
磁石の強さを充分大きくしてECR条件を満足する磁束密
度を与えれば、効率良くプラズマを生成することができ
る。そして、プラズマ生成室4の壁面近くで生成された
プラズマは、磁界の勾配によりプラズマ生成室4の中央
へ、かつ、イオン引出し電極17の方へ輸送される。
FIG. 7 is a sectional view of the microwave plasma processing apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG.
Reference numeral 29 denotes a permanent magnet arranged on the outer circumference of the plasma generation chamber 4 with an inclination. These permanent magnets 29 are magnetized in the width (or thickness) direction so that the magnetization direction becomes the radial direction,
The adjacent permanent magnets are arranged so that their polarities are reversed. It is clear that the magnetic flux density of the magnetic field formed by these permanent magnets 29 becomes gradually smaller from the microwave incident side toward the ion extraction electrode 17 side, as in the previous embodiments, and FIG. As shown in b), the vicinity of the wall surface of the plasma generation chamber is large and gradually decreases toward the center of the plasma generation chamber 4. In such a magnetic flux density distribution,
If the strength of the magnet is made sufficiently large and the magnetic flux density satisfying the ECR condition is given, plasma can be efficiently generated. The plasma generated near the wall surface of the plasma generation chamber 4 is transported to the center of the plasma generation chamber 4 and toward the ion extraction electrode 17 due to the gradient of the magnetic field.

本実施例は、第1の実施例と同じ効果を奏するととも
に、均一なイオンビームを引出すことができる効果を有
する。
The present embodiment has the same effect as the first embodiment, and has the effect that a uniform ion beam can be extracted.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べたように、本発明では、マイクロ波導入部とイ
オン引出し電極の間において、プラズマ生成室を、その
断面積がマイクロ波導入部側からイオン引出し電極側に
向つて連続的に増大する部分を有するように構成したの
で、プラズマ生成室へのマイクロ波入射の結合度を損う
ことなくイオン引出し面積を広くすることができ、これ
により処理面積が大きくなり処理効率を向上させること
ができる。
As described above, in the present invention, between the microwave introduction part and the ion extraction electrode, the plasma generation chamber is a part where the cross-sectional area continuously increases from the microwave introduction part side toward the ion extraction electrode side. Since it is configured so that the ion extraction area can be widened without deteriorating the coupling degree of the microwave incident on the plasma generation chamber, the processing area can be increased and the processing efficiency can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(a)は本発明の第1の実施例に係るマイクロ波
プラズマ処理装置の断面図、第1図(b),(c)はそ
れぞれ第1図(a)に示す線Ib−Ib,Ic−Icに沿う断面
図、第1図(d)は第1図(a)に示す装置の磁束密度
分布図、第2図および第3図はそれぞれ本発明の第2,第
3の実施例に係るマイクロ波プラズマ処理装置の断面
図、第4図(a)は本発明の第4の実施例に係るマイク
ロ波プラズマ処理装置の断面図、第4図(b)は第4図
(a)に示す線IVb−IVbに沿う断面図、第5図,第6図
および第7図はそれぞれ本発明の第5,第6,第7の実施例
に係るマイクロ波プラズマ処理装置の断面図、第8図は
従来のマイクロ波プラズマ処理装置の断面図である。 1……マイクロ波発振器、2……導波管、4……プラズ
マ生致室、6……プラズマ、9……処理装置、10……試
料、15a〜15d,25,27,29……永久磁石、16……容器、17
……イオン引出し電極、19a,19b,20……電磁コイル。
FIG. 1 (a) is a sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 1 (b) and 1 (c) are respectively lines Ib-Ib shown in FIG. 1 (a). , Ic-Ic cross-sectional view, FIG. 1 (d) is a magnetic flux density distribution diagram of the apparatus shown in FIG. 1 (a), and FIGS. 2 and 3 are second and third embodiments of the present invention, respectively. 4A is a sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to an example, FIG. 4A is a sectional view of a microwave plasma processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. ) Is a cross-sectional view taken along line IVb-IVb shown in FIG. 5, FIG. 6, FIG. 6 and FIG. 7 are cross-sectional views of a microwave plasma processing apparatus according to fifth, sixth and seventh embodiments of the present invention, respectively. FIG. 8 is a sectional view of a conventional microwave plasma processing apparatus. 1 ... Microwave oscillator, 2 ... Waveguide, 4 ... Plasma storage chamber, 6 ... Plasma, 9 ... Processor, 10 ... Sample, 15a-15d, 25,27,29 ... Permanent Magnet, 16 ... container, 17
...... Ion extraction electrodes, 19a, 19b, 20 …… electromagnetic coils.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】マイクロ波発振器と、このマイクロ波発振
器で発生したマイクロ波電力を伝送する導波路と、この
導波路に対して開口を有するプラズマ生成室と、このプ
ラズマ生成室内に磁界を発生させる磁界発生装置と、前
記プラズマ生成室で生成したプラズマからイオンを引出
すイオン引出し装置と、引出されたイオンを利用する処
理室とを備えたマイクロ波プラズマ処理装置において、
前記プラズマ生成室は、前記導波路への開口部から前記
イオン引出し装置までの間に、前記プラズマ生成室の断
面積が前記導波路の開口部側から前記イオン引出し装置
側に向つてほぼ連続的に増大する部分を有することを特
徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
1. A microwave oscillator, a waveguide for transmitting microwave power generated by the microwave oscillator, a plasma generation chamber having an opening for the waveguide, and a magnetic field generated in the plasma generation chamber. In a microwave plasma processing apparatus comprising a magnetic field generator, an ion extractor for extracting ions from the plasma generated in the plasma generating chamber, and a processing chamber utilizing the extracted ions,
In the plasma generation chamber, the cross-sectional area of the plasma generation chamber is substantially continuous from the opening side of the waveguide toward the ion extraction device side between the opening to the waveguide and the ion extraction device. A microwave plasma processing apparatus, characterized in that the microwave plasma processing apparatus has an increasing portion.
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、前記磁界
発生装置は、前記プラズマ生成室の外面に沿つて配置さ
れている電磁コイルであることを特徴とするマイクロ波
プラズマ処理装置。
2. The microwave plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field generation device is an electromagnetic coil arranged along an outer surface of the plasma generation chamber.
【請求項3】特許請求の範囲第1項において、前記磁界
発生装置は、前記プラズマ生成室の外面に沿い軸方向の
磁界を形成するように配置されている永久磁石であるこ
とを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
3. The magnetic field generating device according to claim 1, wherein the magnetic field generating device is a permanent magnet arranged so as to form an axial magnetic field along the outer surface of the plasma generating chamber. Microwave plasma processing equipment.
【請求項4】特許請求の範囲第3項において、前記永久
磁石は、前記プラズマ生成室外周の円周方向に沿つて隣
り合う磁極が同じ極性となるように配置されていること
を特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
4. The permanent magnet according to claim 3, wherein the permanent magnets are arranged such that adjacent magnetic poles have the same polarity along the circumferential direction of the outer periphery of the plasma generation chamber. Microwave plasma processing equipment.
【請求項5】特許請求の範囲第3項において、前記永久
磁石は、前記プラズマ生成室外周の円周方向に沿つて隣
り合う磁極が反対の極性となるように配置されているこ
とを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
5. The permanent magnet according to claim 3, wherein the permanent magnets are arranged such that adjacent magnetic poles along the circumferential direction of the outer periphery of the plasma generation chamber have opposite polarities. Microwave plasma processing equipment.
【請求項6】特許請求の範囲第1項において、前記プラ
ズマ生成室は、そのイオン引出し装置側開口に、当該開
口より面積の大きいプラズマ保存室およびこのプラズマ
保存室の外周に沿つて隣り合う磁極が反対の極性となる
ように配置した永久磁石が設けられていることを特徴と
するマイクロ波プラズマ処理装置。
6. The plasma generation chamber according to claim 1, wherein the plasma generation chamber has an opening on the ion extractor side, the plasma storage chamber having a larger area than the opening, and the magnetic poles adjacent to each other along the outer periphery of the plasma storage chamber. The microwave plasma processing apparatus is characterized in that a permanent magnet is provided so that the magnets have opposite polarities.
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