JP2010163682A - Plasma processing apparatus and plasma generating apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the uniformity and flammability of plasma in an ICP source plasma processing apparatus. <P>SOLUTION: The plasma processing apparatus which generates plasma in a vacuum process chamber and processes a sample with the plasma comprises a plurality of sets (7-1 to 7-4 and 7'-1 to 7'-4) of high-frequency induction antennas for forming such an induction electric field as to rotate in a right direction on an ECR plane of the magnetic field formed in the vacuum processing chamber. The phases of currents to be supplied to the respective sets of antennas in high-frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4 and 7'-1 to 7'-4 are controlled so as to be the same phase in corresponding elements, and the plasma is generated through an electron cyclotron resonance (ECR) phenomenon. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、誘導結合プラズマを用いたプラズマ処理装置およびプラズマ生成装置に関する。本発明は、特に誘導結合プラズマを用いたプラズマ処理装置およびプラズマ生成装置の高周波誘導アンテナの構造に特徴を有する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma generation apparatus using inductively coupled plasma. The present invention is particularly characterized by the structure of a plasma processing apparatus using inductively coupled plasma and a high frequency induction antenna of the plasma generating apparatus.

半導体デバイスの微細化に対応して、プラズマプロセスにおいては、ウェハ面内で均一な処理結果が実現できるプロセス条件（プロセスウインドウ）が年々狭くなってきており、これからのプラズマ処理装置には、より完全なプロセス状態の制御が求められている。これを実現するためには、プラズマの分布やプロセスガスの解離やリアクタ内の表面反応を極めて高精度に制御できる装置が必要になる。   In response to the miniaturization of semiconductor devices, in the plasma process, the process conditions (process window) that can achieve a uniform processing result within the wafer surface are becoming narrower year by year. Process status control is required. In order to realize this, an apparatus capable of controlling plasma distribution, process gas dissociation, and surface reaction in the reactor with extremely high accuracy is required.

現在、これらのプラズマ処理装置に用いられる代表的なプラズマ源として高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma：以下、ＩＣＰと略称する）源がある。ＩＣＰ源では、まず、高周波誘導アンテナに流れる高周波電流Ｉがアンテナの周囲に誘導磁場Ｈを発生させ、この誘導磁場Ｈが誘導電場Ｅを形成する。この時、プラズマを発生させたい空間に電子が存在すると、その電子は誘導電場Ｅによって駆動され、ガス原子（分子）を電離してイオンと電子の対を発生させる。このようにして発生した電子は、元の電子と共に再び誘導電場Ｅによって駆動され、さらに電離が生じる。最終的に、この電離現象が雪崩的に生じることでプラズマが発生する。プラズマの密度が最も高くなる領域は、プラズマを発生させる空間のうち誘導磁場Ｈや誘導電場Ｅが最も強い空間、つまり、アンテナに最も近い空間である。また、これらの誘導磁場Ｈや誘導電場Ｅの強度は、高周波誘導アンテナに流れる電流Ｉの線路を中心として距離の２乗で減衰するという特性を持つ。したがって、これらの誘導磁場Ｈや誘導電場Ｅの強度分布、ひいてはプラズマの分布は、アンテナの形状によって制御できる。   At present, there is a high frequency inductively coupled plasma (ICP) source as a typical plasma source used in these plasma processing apparatuses. In the ICP source, first, the high frequency current I flowing through the high frequency induction antenna generates an induction magnetic field H around the antenna, and this induction magnetic field H forms an induction electric field E. At this time, if electrons exist in a space where plasma is to be generated, the electrons are driven by the induction electric field E, ionizing gas atoms (molecules) to generate ion-electron pairs. The electrons generated in this way are driven again by the induction electric field E together with the original electrons, and further ionization occurs. Eventually, this ionization phenomenon occurs avalanche to generate plasma. The region where the plasma density is highest is a space where the induced magnetic field H and the induced electric field E are the strongest among the spaces where the plasma is generated, that is, the space closest to the antenna. In addition, the intensity of the induction magnetic field H and the induction electric field E has a characteristic of being attenuated by the square of the distance around the line of the current I flowing through the high frequency induction antenna. Therefore, the intensity distribution of the induction magnetic field H and the induction electric field E, and hence the plasma distribution, can be controlled by the shape of the antenna.

以上のようにＩＣＰ源は、高周波誘導アンテナを流れる高周波電流Ｉによってプラズマを発生させる。一般に高周波誘導アンテナのターン数（巻き数）を大きくすると、インダクタンスが増大して電流は下がるが、電圧は上がる。ターン数を下げると、逆に電圧は下がるが電流が上がる。ＩＣＰ源の設計において、どの程度の電流および電圧が好ましいのかは、プラズマの均一性や安定性ならびに発生効率等の観点だけでなく、機械・電気工学的見地からの様々な理由によって決定される。例えば、電流が増大することは、発熱の問題やそれによる電力ロスの問題、整合回路に使用する可変コンデンサの耐電流特性の問題がある。一方、電圧が増大することは、異常放電や、高周波誘導アンテナとプラズマの間の容量結合の影響、可変コンデンサの耐電圧特性の問題等がある。そこで、ＩＣＰ源の設計者は、整合回路に使用する可変コンデンサ等の電気素子の耐電流特性及び耐電圧特性や、高周波誘導アンテナの冷却や異常放電の問題等を加味しながら、高周波誘導アンテナの形状やターン数を決定する。   As described above, the ICP source generates plasma by the high frequency current I flowing through the high frequency induction antenna. In general, when the number of turns (number of turns) of a high-frequency induction antenna is increased, the inductance increases and the current decreases, but the voltage increases. If the number of turns is decreased, the voltage decreases, but the current increases. In an ICP source design, what level of current and voltage is preferable is determined not only from the viewpoints of plasma uniformity and stability and generation efficiency, but also for various reasons from a mechanical and electrical engineering standpoint. For example, the increase in current has a problem of heat generation, a problem of power loss caused by the problem, and a problem of current resistance characteristics of a variable capacitor used in the matching circuit. On the other hand, the increase in voltage includes abnormal discharge, the influence of capacitive coupling between the high frequency induction antenna and the plasma, the problem of withstand voltage characteristics of the variable capacitor, and the like. Therefore, the ICP source designer considers the current withstand voltage and voltage withstand characteristics of electric elements such as variable capacitors used in the matching circuit, cooling of the high frequency induction antenna, problems of abnormal discharge, etc. Determine the shape and number of turns.

このようなＩＣＰ源は、高周波誘導アンテナの巻き方や形状によってアンテナの作る誘導磁場Ｈや誘導電場Ｅの強度分布、つまりプラズマの分布を制御できるという利点がある。これに基づき、ＩＣＰ源では種々の工夫が進められてきた。   Such an ICP source has an advantage that the intensity distribution of the induction magnetic field H and induction electric field E created by the antenna, that is, the plasma distribution can be controlled by the winding method and shape of the high-frequency induction antenna. Based on this, various devices have been advanced for ICP sources.

この実用例として、ＩＣＰ源を利用して基板電極上の基板を処理するプラズマ処理装置がある。このプラズマ処理装置に関して、高周波誘導アンテナを、一部または全部が多重渦巻き型のアンテナにて構成し、より均一なプラズマを得るとともに、高周波誘導アンテナ用マッチング回路のマッチング用並列コイルによる電力効率の低下を小さくし、温度上昇を小さくすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。   As a practical example, there is a plasma processing apparatus that processes a substrate on a substrate electrode using an ICP source. Regarding this plasma processing apparatus, a part of or all of the high-frequency induction antenna is composed of a multiple spiral antenna, so that a more uniform plasma is obtained and the power efficiency is reduced due to the matching parallel coil of the high-frequency induction antenna matching circuit. It has been proposed to reduce the temperature rise and the temperature rise (see, for example, Patent Document 1).

また、全く同じ複数の高周波誘導アンテナを、一定角度ごとに並列して設置する構造が提案されている。例えば、３系統の高周波誘導アンテナを、１２０°おきに設置することにより、周方向の均一性を向上させることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この高周波誘導アンテナは、縦に巻かれたり、あるいは平面に巻かれたり、あるいはドームに沿って巻かれたりしている。特許文献２のように、まったく同じ複数のアンテナ要素を、回路的に並列に接続すると、複数のアンテナ要素からなる高周波誘導アンテナのトータルインダクタンスが低減されるという利点もある。   In addition, a structure has been proposed in which a plurality of identical high-frequency induction antennas are installed in parallel at a predetermined angle. For example, it has been proposed to improve the uniformity in the circumferential direction by installing three high frequency induction antennas every 120 ° (see, for example, Patent Document 2). The high frequency induction antenna is wound vertically, wound on a plane, or wound along a dome. As in Patent Document 2, when a plurality of identical antenna elements are connected in parallel in terms of a circuit, there is an advantage that the total inductance of a high-frequency induction antenna including a plurality of antenna elements is reduced.

さらに、高周波誘導アンテナを、２つ以上の同一形状のアンテナ要素を回路的に並列に接続して構成するとともに、アンテナ要素の中心を被処理物の中心と一致するように同心円状、あるいは放射状に配置し、各アンテナ要素の入力端を、３６０°を各アンテナ要素の数で割った角度おきに配置し、かつアンテナ要素が径方向と高さ方向に立体的な構造を持つように構成することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。   Further, the high frequency induction antenna is configured by connecting two or more antenna elements having the same shape in parallel in a circuit, and concentrically or radially so that the center of the antenna element coincides with the center of the object to be processed. Arrange the input ends of each antenna element at an angle of 360 ° divided by the number of each antenna element, and configure the antenna element to have a three-dimensional structure in the radial direction and the height direction. Has been proposed (see, for example, Patent Document 3).

ＩＣＰ源に対し、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）プラズマ源は、電子による電磁波の共鳴吸収を利用したプラズマ発生装置であり、電磁エネルギーの吸収効率が高く、着火性に優れ、高密度プラズマが得られるという特徴がある。現在、マイクロ波（以下、μ波という）（２．４５ＧＨｚ）やＵＨＦ、ＶＨＦ帯の電磁波を用いたものが考案されている。放電空間への電磁波の放射は、μ波（２．４５ＧＨｚ）では導波管などを用いた無電極放電が、ＵＨＦ、ＶＨＦでは電磁波を放射する電極とプラズマ間の容量結合を用いた平行平板型容量結合放電が使われる場合が多い。   In contrast to ICP sources, electron cyclotron resonance (ECR) plasma sources are plasma generators that use resonance absorption of electromagnetic waves by electrons, have high electromagnetic energy absorption efficiency, excellent ignitability, and high-density plasma. There is a feature that can be obtained. Currently, microwaves (hereinafter referred to as μ waves) (2.45 GHz), UHF, and VHF electromagnetic waves have been devised. Electromagnetic radiation into the discharge space is parallel plate type using capacitive coupling between the electrode and plasma that emits electromagnetic waves in UHF and VHF, while electrodeless discharge using a waveguide or the like is used in μ waves (2.45 GHz). Capacitively coupled discharge is often used.

高周波誘導アンテナを用い、ＥＣＲ現象を利用したプラズマ源もある。これは、ホイスラー波と呼ばれる一種のＥＣＲ現象に伴う波によってプラズマを生成するものである。ホイスラー波はヘリコン波とも呼ばれ、これを利用したプラズマ源はヘリコンプラズマ源とも呼ばれる。このヘリコンプラズマ源の構成は、例えば、円筒状の真空容器の側面に高周波誘導アンテナを巻きつけ、これに比較的低い周波数、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加し、さらに磁場を印加する。この時、高周波誘導アンテナは、１３．５６ＭＨｚの一周期のうち半周期では右回りに回転する電子を生成し、残りの半周期では左回りに回転する電子を生成する。この二種類の電子のうち、右回りの電子と磁場の相互作用でＥＣＲ現象が生じる。ただし、このヘリコンプラズマ源では、ＥＣＲ現象が生じる時間は高周波の半周期に限られること、また、ＥＣＲの発生する場所が分散し電磁波の吸収長が長いために長い円筒状の真空容器が必要となりプラズマの均一性が得られ難いこと、長い真空容器に加えてプラズマ特性がステップ状に変化するため適切なプラズマ特性（電子温度やガスの解離など）に制御し難いこと、等いくつかの問題があり、産業用にはあまり適さない。   There is also a plasma source using a high frequency induction antenna and utilizing the ECR phenomenon. This is to generate plasma by a wave accompanying a kind of ECR phenomenon called a Heusler wave. A Heusler wave is also called a helicon wave, and a plasma source using this is also called a helicon plasma source. In the configuration of the helicon plasma source, for example, a high frequency induction antenna is wound around a side surface of a cylindrical vacuum vessel, a relatively low frequency, for example, a high frequency power of 13.56 MHz is applied thereto, and a magnetic field is further applied. At this time, the high frequency induction antenna generates electrons that rotate clockwise in a half cycle of one cycle of 13.56 MHz, and generate electrons that rotate counterclockwise in the remaining half cycle. Of these two types of electrons, the ECR phenomenon occurs due to the interaction between the clockwise electrons and the magnetic field. However, in this helicon plasma source, the time when the ECR phenomenon occurs is limited to a high frequency half cycle, and the place where ECR occurs is dispersed and the absorption length of electromagnetic waves is long, so a long cylindrical vacuum vessel is required. There are several problems, such as difficulty in obtaining plasma uniformity and difficulty in controlling the plasma characteristics (such as electron temperature and gas dissociation) because the plasma characteristics change stepwise in addition to a long vacuum vessel. Yes, not very suitable for industrial use.

既に、ヘリコンプラズマ源特有の縦長の真空容器が提案されている（例えば、特許文献５参照）。しかしながら、この文献に記載の技術では、高周波誘導アンテナは用いられておらず、プラズマと容量結合するパッチ電極に与える電圧の位相を制御する方法でヘリコン波を発生するように工夫されている。しかも、上述したようなプラズマ分布の制御性の不利な点を補うように、縦長の真空容器に沿ってヘリコン波の波長の関数となる間隔をあけ、二組以上の電極群を設置するように工夫されている。しかしながら、誘導結合アンテナを用いようと、容量結合型のパッチ電極を用いようと、ヘリコン波を用いる場合プラズマの制御性が悪い縦長の真空容器からは逃れられない。このことは、特許文献５に良く反映されている。また、この縦長の真空容器を用いてプラズマの制御性を上げようとすると、非常に複雑な電極と磁場の構成を持つ必要があるという問題もあり、このことも特許文献５に良く反映されている。   A vertically long vacuum vessel unique to a helicon plasma source has already been proposed (see, for example, Patent Document 5). However, the technique described in this document does not use a high frequency induction antenna, and is devised to generate a helicon wave by a method of controlling the phase of a voltage applied to a patch electrode capacitively coupled to plasma. In addition, in order to compensate for the disadvantage of the controllability of the plasma distribution as described above, an interval that is a function of the wavelength of the helicon wave is provided along the vertically long vacuum vessel, and two or more sets of electrodes are installed. It has been devised. However, when using a helicon wave, whether using an inductively coupled antenna or a capacitively coupled patch electrode, it cannot escape from a vertically long vacuum vessel with poor plasma controllability. This is well reflected in Patent Document 5. In addition, if the controllability of plasma is increased by using this vertically long vacuum vessel, there is a problem that it is necessary to have a very complicated electrode and magnetic field configuration, which is well reflected in Patent Document 5. Yes.

右回りの電子を生成するために、回転する電場を作り出す方法は複数ある。簡便な方法としては、上記特許文献５記載のようなパッチアンテナの方法が昔から知られており、パッチ状（円形や四角形の小さな面状）のアンテナを円周上にｎ個（例えば４個）並べ、放射したい電磁波の周波数を持つ電圧の位相をπ／ｎ（例えばπ／４）ずつずらしながら供給すると、右円偏波した電磁波を放出させることができる。   There are several ways to create a rotating electric field to generate clockwise electrons. As a simple method, a patch antenna method as described in Patent Document 5 has been known for a long time, and there are n (for example, four) patch-like (circular or square small planar) antennas on the circumference. When the phase of the voltage having the frequency of the electromagnetic wave to be radiated is shifted while being shifted by π / n (for example, π / 4), the right-polarized electromagnetic wave can be emitted.

まず、右回転の電場を積極的に生成する方法について説明する。積極的なアンテナがある場合、アンテナ周辺には近接場（near field：電場と磁場の両方）と遠方場（far field：電磁波）が形成される。どのような場が強く生成されるか弱く生成されるかは、アンテナの設計と用い方によって異なる。この時、プラズマとアンテナを容量結合させると、プラズマへの電力輸送の主過程は電場（近接場）になる。また、プラズマとアンテナを誘導結合させると、プラズマへの電力輸送の主過程は磁場（近接場）になる。積極的に容量結合も誘導結合もさせない場合、プラズマへの電力輸送の主過程は遠方場利用になる。以下、電磁波放射、電場、磁場による右回転電場の生成方法について説明する。     First, a method for actively generating a right-rotating electric field will be described. When there is an active antenna, a near field (both electric and magnetic fields) and a far field (electromagnetic field) are formed around the antenna. Which field is generated strongly or weakly depends on the design and use of the antenna. At this time, if the plasma and the antenna are capacitively coupled, the main process of power transfer to the plasma is an electric field (near field). When the plasma and the antenna are inductively coupled, the main process of power transfer to the plasma is a magnetic field (near field). If neither capacitive coupling nor inductive coupling is actively performed, the main process of power transfer to the plasma is to use the far field. Hereinafter, a method of generating a right rotating electric field by electromagnetic radiation, an electric field, and a magnetic field will be described.

（１） 電磁波放射（far field：遠方場）
遠方場とは遠方に伝播する電磁波のことである。この方法では、積極的に右円偏波した電磁場をプラズマの生成空間に放出する場合と、積極的に右円偏波させないが電磁波に含まれる右円偏波成分を利用する場合に分かれる。前述のパッチアンテナをｎ個並べる方法は前者であり、従来のμ波を用いた無電極ＥＣＲ放電は後者の例である。プラズマとアンテナは近接場が邪魔をしないように積極的には結合させない。単に放射した電磁波をプラズマに入射しているだけである。パッチアンテナまたはダイポールアンテナ（特許文献４参照：ただし、この技術は、積極的に電磁場を右回転させているわけではない）等のアンテナ全般が使えることが知られている。すなわち、この方法では、
（Ａ）アンテナ（電極）には電力を加える。電磁場の放射効率を上げるために、積極的にアンテナの共振を利用することが多い。共振を利用しないと電磁波の放射効率が悪いので実用にはなり難い。放射した電磁波が積極的にプラズマに向うわけではない（基本的に遠方に伝播するので、あちらこちらいろんな所に飛んで行ってしまう）ので、プラズマに良く吸収されるとはならず、大電力輸送には使い難い。大電力輸送には、電磁波の伝播方向が限られる導波管を用いることが多い。ただし、導波管のサイズは電磁波の波長によって決まるため、μ波以下の周波数では導波管サイズが大きくなりすぎるため、導波管を用いる場合は少ない。
（Ｂ）導波管ではなく、電極（アンテナ）を用いる場合には、電極に電力を印加する端子がある。電極を接地する端子は存在しない場合と存在する場合に分かれる。これは、アンテナの共振をどのように生じさせるかで決まる。
（Ｃ）アンテナの有無に関わらず、プラズマに放射された電磁場の浸透限界はカットオフ密度ｎｃ（ｍ−３）で決まり、この場合電磁波は表皮深さまでプラズマに浸透する。表皮深さは、２００ＭＨｚでプラズマの抵抗率を１５Ωｍとすると１３８ｍｍであり、シース（数ｍｍ以下）より桁で長い。つまり、次に述べる容量結合の場合よりもプラズマ内により深く浸透する。
ということがいえる。電磁波の周波数ｆとカットオフ密度ｎｃの関係を図２６に示す。μ波以下の領域では、カットオフ密度ｎｃは、産業上で用いるプラズマ密度（１０１５−１７ｍ−３）より低いのが一般である。つまり、μ波以下の電磁波は、通常のプラズマ中を自由に伝播できず、表皮深さまで浸透する。 (1) Electromagnetic radiation (far field)
The far field is an electromagnetic wave propagating far away. This method can be divided into a case where an electromagnetic field positively polarized to the right is emitted into the plasma generation space and a case where the right circular polarization component included in the electromagnetic wave is not actively used but is positively polarized. The above-described method of arranging n patch antennas is the former, and the conventional electrodeless ECR discharge using μ waves is an example of the latter. The plasma and antenna are not actively combined so that the near field does not interfere. Simply radiated electromagnetic waves are incident on the plasma. It is known that general antennas such as patch antennas or dipole antennas (see Patent Document 4; however, this technique does not actively rotate the electromagnetic field clockwise) can be used. That is, in this method,
(A) Electric power is applied to the antenna (electrode). In order to increase the radiation efficiency of the electromagnetic field, antenna resonance is often used actively. If resonance is not used, the radiation efficiency of electromagnetic waves is poor, making it difficult to put it to practical use. The radiated electromagnetic waves are not actively directed to the plasma (basically, they travel far away, so they fly to various places), so they are not well absorbed by the plasma and transport high power. It is difficult to use. For high power transportation, a waveguide with a limited propagation direction of electromagnetic waves is often used. However, since the size of the waveguide is determined by the wavelength of the electromagnetic wave, the waveguide size becomes too large at a frequency equal to or lower than the μ wave, and therefore there are few cases where the waveguide is used.
(B) When an electrode (antenna) is used instead of a waveguide, there is a terminal for applying power to the electrode. There is a case where there is no terminal for grounding the electrode and a case where the terminal exists. This depends on how the resonance of the antenna occurs.
(C) Regardless of the presence or absence of the antenna, the penetration limit of the electromagnetic field radiated to the plasma is determined by the cut-off density nc (m −3 ). In this case, the electromagnetic wave penetrates the plasma to the skin depth. The skin depth is 138 mm when the plasma resistivity is 15 Ωm at 200 MHz, which is longer than the sheath (several mm or less). That is, it penetrates deeper into the plasma than in the case of capacitive coupling described below.
It can be said that. The relationship between the electromagnetic wave frequency f and the cut-off density nc is shown in FIG. In a region below μ wave, the cut-off density nc is generally lower than the plasma density (10 15-17 m −3 ) used in the industry. That is, electromagnetic waves of μ wave or less cannot propagate freely in normal plasma and penetrate to the skin depth.

（２）電場（near field:近接場）
電場を生成するには、近接場（電場）を発生する積極的な電極が必要であり、パッチ電極（例えば、特許文献５参照）や平行平板型電極などが使える。この場合は、電場（電極に発生する電圧）が強くなければならないので、電極の負荷は高インピーダンスにする必要がある。つまり、ここで使われる電極は、プラズマと容量結合するが、接地された部品とは極力結合しないように作成される。つまり、この電極の一部でも接地したり、コンデンサやコイルを接続して接地させたりする事は通常できない。電場は、近接場なので、電極とプラズマの位置関係を工夫することで、大電力を効率良くプラズマに輸送できるが、容量結合を強くするために、プラズマに対して十分な面積（大きな静電容量）が必要になる。電極とプラズマとの容量結合を利用するので、アンテナ（電磁波放射する電極）だけでなく、電磁波を放射する能力が弱くても単なる電場（近接場）を発生する電極（容量結合型平行平板プラズマ源の電極と同じ）でも使える。 (2) Electric field (near field)
In order to generate an electric field, an active electrode that generates a near field (electric field) is required, and a patch electrode (for example, see Patent Document 5) or a parallel plate electrode can be used. In this case, since the electric field (voltage generated at the electrode) must be strong, the load on the electrode needs to have a high impedance. In other words, the electrode used here is capacitively coupled with the plasma, but is created so as not to couple with the grounded component as much as possible. That is, it is usually not possible to ground a part of this electrode, or to connect a capacitor or a coil to ground. Since the electric field is a near field, high power can be efficiently transported to the plasma by devising the positional relationship between the electrode and the plasma. However, in order to strengthen the capacitive coupling, the area sufficient for the plasma (large capacitance) ) Is required. Capacitive coupling between the electrode and the plasma makes it possible to generate not only an antenna (an electrode that emits electromagnetic waves) but also an electrode that generates a simple electric field (near field) even if the ability to radiate electromagnetic waves is weak (capacitively coupled parallel plate plasma source) Can be used as well.

この方法では、以下のことが言える。
（Ａ）電極には位相制御した電圧を加える。
（Ｂ）電極には電圧を印加する端子のみがあり、その他の端子、例えば電極を接地する端子は存在しない。
（Ｃ）容量結合した電場は、電子の集団運動（シース）で遮蔽される。この遮蔽を防ぐには、電界に垂直な磁場をかけて電子の動きを制限することで可能になる。別な表現では、電子の動きを制限すると、プラズマ内での電界の波長が延びるとも言える。
（Ｄ）特許文献５の技術では、以下の議論により、プラズマと容量結合する電極を使っていると結論できる。
（Ｄ−１）高周波信号として電圧を利用していること。これは高周波のエネルギーが電圧、つまり電界に直接変換されてプラズマに伝送されていることを意味する。このことは、電極がプラズマと容量結合していることを示す。ちなみに、誘導結合を利用する場合、高周波として電流を利用しなければならない。誘導結合は誘導磁場によって行われるが、誘導磁場は電圧ではなく高周波電流によって発生するからである。
（Ｄ−２）電子運動による遮蔽現象を記述しているが、これは電極がプラズマと容量結合していることを意味する。この遮蔽を静磁場で解消できるということは、電極がプラズマと容量結合している場合のみ有効な手段である。なぜなら、静磁場で表皮深さを変えることは不可能だからである。高周波誘導磁場は高周波誘導磁場によってのみ打ち消すことができ、静磁場では解消できない。なぜなら、磁場とは加算と減算が可能な物理量だが、静磁場（つまり一定値）により高周波誘導磁場（つまり変動値）を打ち消すことは不可能である。プラズマの表皮効果自体、電磁場が持つ高周波磁場成分の遮蔽効果であり、表皮効果自体をもたらすのはプラズマ内に発生する高周波誘導磁場（電流によって印加した誘導磁場と反対の極性を持つので加算すると電流によって生じた誘導磁場を打ち消す方向に働く）である。
（Ｄ−３）引用文献５に使われている電極は、アンテナではないと記述している。これは、使われている電極が近接場を主に利用していることにしかならない。すなわち、誘導電場か次に説明する誘導磁場のどちらかである。
（Ｄ−３−１）引用文献５では、図に電磁波を放射する効率が悪い小面積のパッチ状電極を使うことが示されている。これは、使われている電極が近接場を主に利用していることにしかならず、誘導電場か次に説明する誘導磁場のどちらかである。しかし、電場の場合プラズマとの結合を強くするためには広い面積（大きな静電容量）が必要になるのに対して、磁場の場合はトランス（誘導結合）を実現するために電流を流す線路をプラズマに平行に細長く引く必要がある。特許文献５では、電極の形より、容量結合しているとしかならない。パッチ状電極を接地させるという記述も図も無い。（Ｄ−３−２）で述べるように、このパッチ状電極の大きさは高周波の波長より短く、パッチ状電極に発生する電圧も電流も印加高周波の周波数により変動するものの、瞬間的に見れば電極全体に波長の影響の無い一様な電圧が発生しており、また、一様な電流が流れ込んでいることになる。パッチ電極は近接場として強い誘導電場も弱い誘導磁場も形成しているが、この場合誘導電場がプラズマと強く容量結合する面積を持っているが、パッチ状電極がプラズマと強くトランス結合するだけの線路長を持っていない。
（Ｄ−３−２）１３．５６ＭＨｚを使用する例を引いているが、１３．５６ＭＨｚの波長は約２２ｍであり、図のパッチ状電極がこの波長に対して共振しているとは考えられないこと（もし、共振しているならば電極の大きさは波長の１／２とか１／４とかの大きさが必要だし、例えば特許文献４のように積極的に共振する手法を用いなくては、共振など起こらない。また、アンテナではないと記述していることからも、このパッチ状電極は共振していることにはならない）。また、このような巨大な電極を必要とする半導体デバイスを形成させるための所定の処理を行うプラズマ処理装置は無い。これは、使われている電極が近接場を主に利用していることにしかならない。誘導電場か次に説明する誘導磁場のどちらか。しかし、電場の場合プラズマとの結合を強くするためには広い面積（大きな静電容量）が必要になるのに対して、磁場の場合はトランス（誘導結合）を実現するために電流を流す線路をプラズマに平行に細長く引く必要がある。電極の形はパッチ状でありプラズマとトランス結合するための電流線路はほとんど無い。つまりこのパッチ状電極は、容量結合しているとしかならない。
（Ｄ−３−３）パッチ状電極を接地させるという記述も図も無い。これは、パッチ状電極を流れる電流はプラズマを介してアースに流れ込むことになる。つまり、プラズマがこのパッチ状電極の負荷であり、生成するプラズマのインピーダンスによって電流値が大きく変わる。良く知られているように、誘導結合プラズマでは、基本的に、プラズマと誘導結合する線路の一端に電流を供給し、他端を接地する。これは、線路に流れる電流が主に直接接地（アース）に流れ込み、接地（負荷の低インピーダンス化）による大電流を発生させる。この大電流で誘導磁場を生成して、効率的にプラズマに電力を輸送できるようにしたものである。もちろん、接地端をアースから切り離してそこにコンデンサを挿入することは行われるが、電気回路的な工夫により、大電流を発生するとともに、その大電流で強い誘導磁場を生成して、効率的にプラズマに電力を輸送できるようにしたものであることには変わりは無い。つまり、パッチ状電極を接地させるという記述も図も無いことは、このパッチ状電極がプラズマと主に容量結合していることにしかならない。 In this method, the following can be said.
(A) A phase-controlled voltage is applied to the electrode.
(B) The electrode has only a terminal for applying a voltage, and there is no other terminal, for example, a terminal for grounding the electrode.
(C) The capacitively coupled electric field is shielded by the collective motion (sheath) of electrons. This shielding can be prevented by restricting the movement of electrons by applying a magnetic field perpendicular to the electric field. In other words, limiting the movement of electrons can extend the wavelength of the electric field in the plasma.
(D) In the technique of Patent Document 5, it can be concluded from the following discussion that an electrode capacitively coupled to plasma is used.
(D-1) A voltage is used as a high-frequency signal. This means that high-frequency energy is directly converted into a voltage, that is, an electric field, and transmitted to the plasma. This indicates that the electrode is capacitively coupled to the plasma. Incidentally, when using inductive coupling, current must be used as a high frequency. This is because inductive coupling is performed by an induced magnetic field, but the induced magnetic field is generated not by voltage but by high-frequency current.
(D-2) The shielding phenomenon due to electron motion is described, which means that the electrode is capacitively coupled to the plasma. The fact that this shielding can be eliminated by a static magnetic field is an effective means only when the electrode is capacitively coupled to the plasma. This is because it is impossible to change the skin depth with a static magnetic field. A high frequency induction magnetic field can be canceled only by a high frequency induction magnetic field, and cannot be eliminated by a static magnetic field. This is because a magnetic field is a physical quantity that can be added and subtracted, but it is impossible to cancel a high-frequency induction magnetic field (that is, a fluctuation value) by a static magnetic field (that is, a constant value). The skin effect of the plasma itself is the shielding effect of the high-frequency magnetic field component of the electromagnetic field. The skin effect itself is caused by the high-frequency induced magnetic field generated in the plasma (the polarity is opposite to the induced magnetic field applied by the current, so adding up the current It works in the direction to cancel out the induced magnetic field generated by.
(D-3) It is described that the electrode used in the cited document 5 is not an antenna. This only means that the electrodes used mainly use the near field. That is, either an induction electric field or an induction magnetic field described below.
(D-3-1) In cited document 5, it is shown in the figure that a patch-like electrode having a small area with low efficiency of radiating electromagnetic waves is used. This only means that the used electrode mainly uses the near field, and is either an induction electric field or an induction magnetic field described below. However, in the case of an electric field, a large area (large capacitance) is required to strengthen the coupling with the plasma, whereas in the case of a magnetic field, a line that carries a current to realize a transformer (inductive coupling). Must be elongated in parallel with the plasma. In Patent Document 5, it is only a capacitive coupling due to the shape of the electrode. There is no description or illustration of grounding the patch electrode. As described in (D-3-2), the size of the patch electrode is shorter than the wavelength of the high frequency, and although the voltage and current generated in the patch electrode vary depending on the frequency of the applied high frequency, A uniform voltage without the influence of wavelength is generated in the entire electrode, and a uniform current flows. The patch electrode forms both a strong induction field and a weak induction magnetic field as a near field. In this case, the induction field has a strong capacitive coupling area with the plasma, but the patch electrode only has a strong transformer coupling with the plasma. I don't have the track length.
(D-3-2) Although an example using 13.56 MHz is drawn, the wavelength of 13.56 MHz is about 22 m, and it is considered that the patch-like electrode in the figure resonates with this wavelength. (If it is resonating, the size of the electrode needs to be 1/2 or 1/4 of the wavelength. For example, a method of actively resonating as in Patent Document 4 is not used. Does not resonate, and since it is not an antenna, this patch electrode does not resonate). Further, there is no plasma processing apparatus that performs a predetermined process for forming a semiconductor device that requires such a huge electrode. This only means that the electrodes used mainly use the near field. Either the induction electric field or the induction magnetic field described below. However, in the case of an electric field, a large area (large capacitance) is required to strengthen the coupling with the plasma, whereas in the case of a magnetic field, a line that carries a current to realize a transformer (inductive coupling). Must be elongated in parallel with the plasma. The shape of the electrode is patch-like, and there is almost no current line for transformer coupling with plasma. That is, this patch electrode is only capacitively coupled.
(D-3-3) There is no description or figure of grounding the patch electrode. This means that the current flowing through the patch electrode flows into the ground via the plasma. That is, plasma is the load of the patch-like electrode, and the current value varies greatly depending on the impedance of the generated plasma. As is well known, in inductively coupled plasma, basically, a current is supplied to one end of a line inductively coupled with the plasma, and the other end is grounded. This is because the current flowing through the line mainly flows directly into the ground (earth) and generates a large current due to the ground (lowering the impedance of the load). An induction magnetic field is generated with this large current so that electric power can be efficiently transported to the plasma. Of course, it is possible to disconnect the grounding end from the ground and insert a capacitor there, but the electric circuit devised to generate a large current and generate a strong induction magnetic field with the large current efficiently. There is no change in that the power can be transported to the plasma. In other words, the fact that there is no description or illustration of grounding the patch-like electrode means that this patch-like electrode is mainly capacitively coupled to the plasma.

特開平８− ８３６９６号公報JP-A-8-83696 特開平８−３２１４９０号公報JP-A-8-32490 特開２００５−３０３０５３号公報JP 2005-303053 A 特開２０００−２３５９００号公報JP 2000-235900 A 特許第３２６９８５３号公報Japanese Patent No. 3269853 特開平１１−１３５４３８号公報JP-A-11-135438

L. Sansonnens et al., Plasma Sources Sci. Technol. 15, 2006, pp302L. Sansonnens et al., Plasma Sources Sci. Technol. 15, 2006, pp302 J. Hoopwood et al., J. Vac. Sci. Technol., A11, 1993, pp147J. Hoopwood et al., J. Vac. Sci. Technol., A11, 1993, pp147 M. Yamashita et al., Jpn. J. Appl. Phys., 38, 1999, pp4291M. Yamashita et al., Jpn. J. Appl. Phys., 38, 1999, pp4291 K. Suzuki et al., Plasma Source Sci. Technol., 9, 2000, pp199K. Suzuki et al., Plasma Source Sci. Technol., 9, 2000, pp199 M. Yamashita et al., Jpn. J. Appl. Phys., 38, 1999, pp4291M. Yamashita et al., Jpn. J. Appl. Phys., 38, 1999, pp4291

上記従来の右回転電場を生成する技術に関して、誘導磁場（near field:近接場）を使って積極的に右回転する電場を作り出すことは、従来なされていない。ましてや、誘導磁場で作り出した積極的に右回転する誘導電場を用いてＥＣＲ現象を起こす技術は開発されていない。誘導磁場は電流によって発生するので、電場利用とは全く逆の設計が必要となる。すなわち、誘導磁場の利用では、強い近接場（磁場）を発生する積極的な電極が必要であり、電流が強くなければならないので、電極の負荷は低インピーダンスにする必要がある。つまり、ここで使われる電極は、プラズマと誘導結合（トランス結合）するが、積極的に接地したり、コンデンサやコイルを接続して接地したりすることが必要となる。誘導磁場の利用は、近接場なので、プラズマとの位置関係を工夫することで、大電力を効率良くプラズマに輸送できる。この方法では、誘導結合を強くするために、プラズマと結合するだけの十分な線路長（コイル長さ）が必要になる。この方法は、電極とプラズマとの誘導結合（トランス結合）を利用するので、アンテナ（電磁波放射する電極）だけでなく、電磁波を放射する能力が弱くても単なる磁場（近接場）を発生する電極（コイル）でも使える。この方法によれば、以下のことがいえる。
（Ａ）電極には、位相制御した電流を加えること。
（Ｂ）電極には、電流を印加する端子があり、さらに電極から接地部へ積極的に大電流を流すための別の端子が存在する。この端子は接地されるか、コンデンサやコイルを通じて接地されること。
（Ｃ）誘導結合した電場は、遠方場と同様、表皮効果で遮蔽される。静磁場でこの遮蔽を防ぐことは不可能であること。 With respect to the conventional technology for generating a right rotating electric field, it has not been conventionally made to generate an electric field that rotates positively using an induced magnetic field (near field). Furthermore, no technology has been developed that causes the ECR phenomenon using an induction electric field that is positively rotated to the right created by an induction magnetic field. Since the induced magnetic field is generated by an electric current, a design that is completely opposite to the use of an electric field is required. In other words, the use of an induced magnetic field requires an active electrode that generates a strong near field (magnetic field), and the current must be strong, so the load on the electrode needs to have a low impedance. In other words, the electrode used here is inductively coupled (transformer coupled) with the plasma, but it is necessary to be actively grounded or grounded by connecting a capacitor or a coil. Since the induction magnetic field is used in the near field, high power can be efficiently transported to the plasma by devising the positional relationship with the plasma. In this method, in order to strengthen inductive coupling, a sufficient line length (coil length) sufficient to couple with plasma is required. Since this method uses inductive coupling (transformer coupling) between the electrode and plasma, not only the antenna (electrode that radiates electromagnetic waves) but also an electrode that generates a simple magnetic field (near field) even if its ability to radiate electromagnetic waves is weak. (Coil) can also be used. According to this method, the following can be said.
(A) Applying a phase-controlled current to the electrode.
(B) The electrode has a terminal for applying a current, and further has another terminal for positively flowing a large current from the electrode to the ground portion. This terminal must be grounded or grounded through a capacitor or coil.
(C) The inductively coupled electric field is shielded by the skin effect, similar to the far field. It is impossible to prevent this shielding with a static magnetic field.

ＩＣＰ源では、高周波電流Ｉが高周波誘導アンテナを周回するうちに、浮遊容量を介してプラズマやアースに流れ込み損失を生じる。これが原因となり、誘導磁場Ｈが周方向で強弱の分布を持ち、結果として周方向のプラズマの均一性が損なわれる現象が顕著になる場合がある。この現象は、高周波誘導アンテナ周囲の空間の誘電率だけでなく透磁率にも影響を受け、反射波効果や表皮深さ効果などとして現れてくる波長短縮現象である。この現象は、同軸ケーブルのような通常の高周波伝送ケーブルでも発生する一般的現象であるが、高周波誘導アンテナがプラズマと誘導結合あるいは容量結合していることでその波長短縮効果がより顕著に現れるというものである。また、ＩＣＰ源だけではなく、ＥＣＲプラズマ源や平行平板型容量結合プラズマ源のような一般的なプラズマ源では、高周波を放射するアンテナやその周辺の空間に、アンテナや真空容器内部に向う進行波と返ってくる反射波が重なって定在波が発生する。これは、アンテナ端部やプラズマ、さらに高周波が放射される真空容器内の多くの部分から反射波が帰ってくるためである。この定在波も、波長短縮効果に大きく関与する。これらの状況下では、ＩＣＰ源の場合、例えＲＦ周波数として波長が約２２ｍと長い１３．５６ＭＨｚを使っていても、高周波誘導アンテナ長が２．５ｍ程度を超えると、アンテナループ内に波長短縮効果を伴う定在波が発生する。したがって、アンテナループ内での電流分布が不均一となって、プラズマ密度分布が不均一になるという問題が発生する。   In the ICP source, while the high-frequency current I circulates around the high-frequency induction antenna, it flows into the plasma and the ground via the stray capacitance and causes a loss. For this reason, the induced magnetic field H has a strong and weak distribution in the circumferential direction, and as a result, the phenomenon that the uniformity of the plasma in the circumferential direction is impaired may become remarkable. This phenomenon is affected by not only the dielectric constant of the space around the high-frequency induction antenna but also the magnetic permeability, and is a wavelength shortening phenomenon that appears as a reflected wave effect or a skin depth effect. This phenomenon is a general phenomenon that occurs even in a normal high-frequency transmission cable such as a coaxial cable, but the wavelength shortening effect appears more prominently because the high-frequency induction antenna is inductively coupled or capacitively coupled with plasma. Is. Further, not only an ICP source but also a general plasma source such as an ECR plasma source or a parallel plate capacitively coupled plasma source, a traveling wave directed toward the inside of the antenna or vacuum vessel in an antenna that radiates a high frequency or a surrounding space. Standing waves are generated by overlapping reflected waves. This is because the reflected wave returns from the antenna end, plasma, and many parts in the vacuum vessel where high frequencies are radiated. This standing wave is also greatly involved in the wavelength shortening effect. Under these circumstances, in the case of the ICP source, even if the RF frequency is 13.56 MHz which is as long as about 22 m, if the length of the high frequency induction antenna exceeds about 2.5 m, the wavelength shortening effect is generated in the antenna loop. A standing wave with is generated. Therefore, the current distribution in the antenna loop becomes non-uniform, causing a problem that the plasma density distribution becomes non-uniform.

ＩＣＰ源において、アンテナに流れる高周波電流Ｉは、周期的に位相つまり流れる方向が逆転し、これに従って、誘導磁場Ｈ（誘導電場Ｅ）の向き、つまり電子の駆動方向が逆転するという問題がある。つまり、印加する高周波の半周期毎に、電子は一旦停止し、逆方向に加速されることを繰り返す。このような状態において、高周波のある半周期において電子による雪崩現象的電離が不十分な場合、電子が一旦停止した時点で十分に高い密度のプラズマが得られ難いという問題が生じる。この理由は、電子が減速されて一旦停止する間、プラズマの生成効率が落ちるからである。一般に、ＩＣＰ源は、ＥＣＲプラズマ源や容量結合型平行平板型プラズマ源よりもプラズマの着火性が悪いが、これには上記のような原因による。なお、高周波の半周期毎にプラズマの生成効率が悪くなるのは、位相制御をしていない誘導結合を用いたヘリコンプラズマ源も同じである。   In the ICP source, the phase of the high-frequency current I flowing through the antenna, that is, the flowing direction is periodically reversed, and the direction of the induction magnetic field H (induction electric field E), that is, the driving direction of electrons is reversed accordingly. That is, the electron is temporarily stopped and accelerated in the opposite direction every half cycle of the applied high frequency. In such a state, if avalanche ionization due to electrons is insufficient during a half period of high frequency, there is a problem that it is difficult to obtain a sufficiently high density plasma when the electrons are temporarily stopped. This is because the plasma generation efficiency is reduced while the electrons are decelerated and temporarily stopped. In general, an ICP source has a lower plasma ignitability than an ECR plasma source or a capacitively coupled parallel plate type plasma source. Note that the generation efficiency of the plasma deteriorates every half cycle of the high frequency as well as the helicon plasma source using inductive coupling without phase control.

以上述べたように、ＩＣＰ源では、プラズマの均一性を向上させる工夫が種々見られるが、いずれも工夫を凝らすほど高周波誘導アンテナの構造が複雑になり、産業用装置としては成立し難くなるという問題が発生する。また、従来の技術では、良好なプラズマ均一性を維持しながらプラズマの着火性を飛躍的に向上させることは、意図されておらず、着火性の悪さは解消されていない。   As described above, in the ICP source, various ideas for improving the uniformity of plasma can be seen. However, as all the ideas are elaborated, the structure of the high frequency induction antenna becomes more complicated, and it is difficult to establish as an industrial device. A problem occurs. Further, in the prior art, it is not intended to dramatically improve the plasma ignitability while maintaining good plasma uniformity, and the poor ignitability has not been eliminated.

他方、ＥＣＲプラズマ源は、波長が短いため装置内に複雑な電場分布を生じやすく、均一なプラズマを得ることが難しいという問題がある。   On the other hand, since the ECR plasma source has a short wavelength, there is a problem that a complicated electric field distribution is easily generated in the apparatus, and it is difficult to obtain a uniform plasma.

すなわち、μ波（２．４５ＧＨｚ）の波長は短いため、大口径ＥＣＲプラズマ源ではμ波が放電空間内に種々の高次伝播モードで伝播する。これにより、プラズマ放電空間内のいたる所で局所的に電場が集中し、その部分で高密度のプラズマが発生する。また、入射するμ波の高次伝播モードによる電場分布に、プラズマ装置内部から反射して戻ってくるμ波が重なって定在波が発生するため、装置内の電場分布はさらに複雑になり易い。以上の二つの理由により、一般的に大口径にわたって均一なプラズマ特性を得ることは難しい。しかも、一旦このような複雑な電場分布が発生すると、その電場分布を制御してプロセスに良好な電場分布に変化させることは事実上困難である。なぜなら、高次伝播モードが発生しないように、あるいは、装置内から反射して戻ってくる反射波が複雑な電場分布を形成しないように、装置構造の変更が必要となるからである。種々の放電条件に最適な装置構造が、単一装置構造であることはほとんどない。さらに、μ波（２．４５ＧＨｚ）でＥＣＲ放電を生じさせるためには、８７５ガウスという強い磁場が必要となり、これを発生させるコイルが消費する電力やヨークを含めた構造が極めて大きくなるという欠点がある。   That is, since the wavelength of the μ wave (2.45 GHz) is short, the μ wave propagates in the discharge space in various high-order propagation modes in the large-diameter ECR plasma source. As a result, the electric field is locally concentrated everywhere in the plasma discharge space, and high-density plasma is generated in that portion. In addition, the electric field distribution in the device is likely to be more complicated because the μ wave reflected and returned from the inside of the plasma device overlaps with the electric field distribution due to the higher-order propagation mode of the incident μ wave. . For the above two reasons, it is generally difficult to obtain uniform plasma characteristics over a large aperture. Moreover, once such a complicated electric field distribution is generated, it is practically difficult to control the electric field distribution and change it to a good electric field distribution for the process. This is because it is necessary to change the device structure so that a higher-order propagation mode does not occur, or a reflected wave reflected from the inside of the device does not form a complicated electric field distribution. A device structure that is optimal for various discharge conditions is rarely a single device structure. Furthermore, in order to generate an ECR discharge at μ waves (2.45 GHz), a strong magnetic field of 875 gauss is required, and there is a drawback that the structure including the power and the yoke consumed by the coil that generates this becomes extremely large. is there.

また、これらの問題のうち磁場強度に関しては、ＵＨＦ、ＶＨＦでは比較的弱い磁場ですむため、問題の大きさは緩和される。しかし、波長の比較的長いＵＨＦ、ＶＨＦでも定在波の問題は深刻で、放電空間内の電場分布が不均一になり、発生するプラズマ密度分布が平坦でなくなり、プロセス均一性に問題が生じることが分かっている。これに関しては、現在でも理論的実験的な研究が続けられている（例えば、非特許文献１参照）。   Among these problems, regarding the magnetic field strength, since the UHF and VHF require a relatively weak magnetic field, the magnitude of the problem is alleviated. However, even in the case of UHF and VHF having relatively long wavelengths, the problem of standing waves is serious, the electric field distribution in the discharge space becomes non-uniform, the generated plasma density distribution is not flat, and there is a problem in process uniformity. I know. In this regard, theoretical and experimental studies are still ongoing (see Non-Patent Document 1, for example).

以上述べたように、従来のＩＣＰ源では、均一性の良いプラズマを発生させることは検討されているが、アンテナの構造が複雑にならざるを得ず、また、プラズマの着火性が悪いという問題がある。一方、ＥＣＲプラズマ源は、着火性が良いものの、電磁波の高次伝播モードや定在波によるプラズマ均一性が悪いという問題がある。   As described above, in the conventional ICP source, it has been studied to generate plasma with good uniformity, but the structure of the antenna must be complicated, and the problem of poor plasma ignitability. There is. On the other hand, although the ECR plasma source has good ignitability, it has a problem that plasma uniformity due to higher-order propagation modes of electromagnetic waves and standing waves is poor.

本発明は、上記問題にかんがみて行われたもので、ＩＣＰ源を用いたプラズマ処理装置においてＥＣＲ放電現象を利用可能とするものである。これにより、アンテナ構造を最小限の工夫で最適化してプラズマの均一性を良好にすることと同時に、プラズマの着火性を飛躍的に改善することができる。   The present invention has been made in view of the above problems, and makes it possible to use the ECR discharge phenomenon in a plasma processing apparatus using an ICP source. As a result, the antenna structure can be optimized with a minimum of improvement to improve the plasma uniformity, and at the same time, the plasma ignitability can be dramatically improved.

すなわち、本発明は、大口径のプラズマ処理装置においても、着火性の良い均一なプラズマ源を提供することを目的とする。   That is, an object of the present invention is to provide a uniform plasma source with good ignitability even in a large-diameter plasma processing apparatus.

上記課題を解決するための第1ステップとして、本発明では、試料を収容し得る真空処理室を構成する真空容器と、前記真空処理室に処理ガスを導入するガス導入口と、前記真空処理室外に設けられた高周波誘導アンテナと、前記真空処理室内に磁場を形成する磁場コイルと、前記高周波誘導アンテナに高周波電流を供給するプラズマ生成用高周波電源と、前記磁場コイルに電力を供給する電源とを備え、前記高周波誘導アンテナに前記高周波電源から高周波電流を供給し、さらに磁場を印加して、真空処理室内に供給されるガスをプラズマ化して試料をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、前記真空処理室は、前記真空容器の上部に気密に固定される真空処理室蓋を具備し、該真空処理室蓋は誘電体からなるとともに平板状または中空の半球状または台形の回転体状もしくは有底円筒状のいずれかの形状を有し、前記高周波誘導アンテナをｎ（ｎ≧２の整数）個の高周波誘導アンテナ要素に分割し、該分割されたそれぞれの高周波誘導アンテナ要素を円周上に縦列に並べ、縦列に配置された各高周波誘導アンテナ要素に順次λ（高周波電源の波長）／ｎずつ遅延させた高周波電流を磁力線方向に対して一定方向に順に遅れて流れるようにする。これにより、前記磁場コイルに電力を供給して形成した磁場Ｂの磁力線方向に対して右方向に回転する回転誘導電場Ｅを前記高周波電流により形成し、この回転誘導電場によりプラズマ中の電子を前記磁力線方向に対して右方向に回転させる。この時、前記回転誘導電場Ｅの回転周波数と前記磁場Ｂによる電子サイクロトロン周波数を一致させるように構成するとともに、前記誘導電場Ｅと前記磁場Ｂの間にＥ×Ｂ≠０の関係が任意のところで満たされるように、複数のアンテナと磁場とを構成してプラズマを発生させることにより、上記課題は達成される。   As a first step for solving the above problems, in the present invention, a vacuum vessel constituting a vacuum processing chamber capable of accommodating a sample, a gas inlet for introducing a processing gas into the vacuum processing chamber, and an outside of the vacuum processing chamber A high frequency induction antenna provided in the vacuum processing chamber, a magnetic field coil that forms a magnetic field in the vacuum processing chamber, a high frequency power source for plasma generation that supplies a high frequency current to the high frequency induction antenna, and a power source that supplies power to the magnetic field coil A plasma processing apparatus for supplying a high-frequency current from the high-frequency power source to the high-frequency induction antenna, applying a magnetic field, and converting the gas supplied into the vacuum processing chamber into a plasma to plasma-process the sample; Comprises a vacuum processing chamber lid that is airtightly fixed to the upper portion of the vacuum vessel, and the vacuum processing chamber lid is made of a dielectric and is flat or medium. The high-frequency induction antenna has an empty hemispherical or trapezoidal rotary body shape or a bottomed cylindrical shape, and the high-frequency induction antenna is divided into n (integers of n ≧ 2) high-frequency induction antenna elements. In addition, the high frequency induction antenna elements are arranged in tandem on the circumference, and the high frequency current obtained by sequentially delaying each high frequency induction antenna element arranged by λ (wavelength of high frequency power supply) / n is constant with respect to the direction of the magnetic field lines. The flow should be delayed in order. As a result, a rotation induction electric field E that rotates in the right direction with respect to the direction of the magnetic field lines of the magnetic field B formed by supplying electric power to the magnetic field coil is formed by the high-frequency current, and the electrons in the plasma are generated by the rotation induction electric field. Rotate clockwise with respect to the direction of magnetic field. At this time, the rotational frequency of the rotational induction electric field E is configured to coincide with the electron cyclotron frequency of the magnetic field B, and the relationship of E × B ≠ 0 is arbitrary between the induction electric field E and the magnetic field B. The above-mentioned subject is achieved by constituting a plurality of antennas and a magnetic field to generate plasma so as to be satisfied.

上記課題を解決するための第２ステップは、上記右回りに回転する電子に、さらに磁場Ｂを印加し、電子にLarmor運動（Motion）を起こさせることである。Larmor運動は、Ｅ×Ｂドリフトに基づく右回転の運動であり、この運動が起こるためには、上記誘導電場Ｅと磁場Ｂとの間に、Ｅ×Ｂ≠０の関係が必要である。この磁場Ｂの印加方向は、この磁場Ｂの磁力線方向に対して、前記誘導電場Ｅの回転方向が右回りになる方向である。これらを満たす時、誘導電場Ｅによる右回転の回転方向とLarmor運動の回転方向が一致する。さらにこの磁場Ｂの変化は、その変動周波数ｆＢが、Larmor運動の回転周波数（電子サイクロトロン周波数ωｃ）との間に、２πｆＢ＜＜ωｃの関係を満たす必要がある。この磁場Ｂ印加に加え、その磁場強度の電子サイクロトロン周波数ωｃと回転する誘導電場Ｅの回転周波数ｆを、２πｆ=ωｃとなるように一致させて電子サイクロトロン共鳴現象を発生させることにより、上記課題は達成される。   The second step for solving the above problem is to apply a magnetic field B to the electrons rotating clockwise and to cause the electrons to cause a Larmor motion. The Larmor motion is a right-rotation motion based on the E × B drift. In order for this motion to occur, a relationship of E × B ≠ 0 is required between the induction electric field E and the magnetic field B. The application direction of the magnetic field B is a direction in which the rotation direction of the induction electric field E is clockwise with respect to the direction of the magnetic force lines of the magnetic field B. When these conditions are satisfied, the rotation direction of the clockwise rotation by the induction electric field E coincides with the rotation direction of the Larmor motion. Further, the change in the magnetic field B needs to satisfy the relationship of 2πfB << ωc between the fluctuation frequency fB and the rotation frequency of the Larmor motion (electron cyclotron frequency ωc). In addition to the application of the magnetic field B, the electron cyclotron resonance phenomenon is generated by matching the electron cyclotron frequency ωc of the magnetic field strength with the rotation frequency f of the rotating induction electric field E so that 2πf = ωc. Achieved.

上記課題を解決するために、本発明では、試料を収容しうる真空処理室を構成する円筒状の真空容器と、該真空処理室に処理ガスを導入するガス導入口と、前記真空処理室の外に設けた高周波誘導アンテナと、前記真空処理室内に磁場を形成する磁場コイルと、前記高周波誘導アンテナに高周波電流を供給するプラズマ生成用高周波電源と、前記磁場コイルに電力を供給する磁場コイル用電源とを備え、前記高周波誘導アンテナに前記高周波電源から高周波電流を供給し、真空処理室内に供給されるガスをプラズマ化して被処理試料をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、前記高周波誘導アンテナをｎ（ｎ≧２の整数）個の高周波誘導アンテナ要素に分割し、分割されたそれぞれの高周波誘導アンテナ要素を真空容器と同心円状の円周上に縦列に並べ、縦列に配置された各高周波誘導アンテナ要素に順次λ（高周波電源の波長）／ｎずつ遅延させた高周波電流を給電するとともに、前記磁場コイルに電力を供給して磁場を形成し、プラズマを発生させ、試料をプラズマ処理することにより、上記課題は達成される。   In order to solve the above problems, in the present invention, a cylindrical vacuum container constituting a vacuum processing chamber capable of accommodating a sample, a gas inlet for introducing a processing gas into the vacuum processing chamber, and the vacuum processing chamber A high frequency induction antenna provided outside, a magnetic field coil that forms a magnetic field in the vacuum processing chamber, a high frequency power source for plasma generation that supplies a high frequency current to the high frequency induction antenna, and a magnetic field coil that supplies power to the magnetic field coil A plasma processing apparatus that supplies a high-frequency current from the high-frequency power supply to the high-frequency induction antenna, converts the gas supplied into the vacuum processing chamber into plasma, and plasma-processes the sample to be processed. It is divided into (n ≧ 2) high frequency induction antenna elements, and each of the divided high frequency induction antenna elements is concentric with the vacuum vessel. A high-frequency current that is delayed by λ (the wavelength of the high-frequency power supply) / n is sequentially fed to each high-frequency induction antenna element that is arranged in a vertical row, and a magnetic field is formed by supplying power to the magnetic field coil. Then, the above-mentioned problem is achieved by generating plasma and subjecting the sample to plasma treatment.

次に、本発明では、上記試料を収容しうる真空処理室を構成する円筒状の真空容器と、該真空処理室に処理ガスを導入するガス導入口と、前記真空処理室の外に設けた高周波誘導アンテナと、前記真空処理室内に磁場を形成する磁場コイルと、前記高周波誘導アンテナに高周波電流を供給するプラズマ生成用高周波電源と、前記磁場コイルに電力を供給する磁場コイル用電源とを備え、前記高周波誘導アンテナをｎ（ｎ≧２の整数）個の高周波誘導アンテナ要素に分割し、分割されたそれぞれの高周波誘導アンテナ要素を真空容器と同心円状の円周上に縦列に並べ、縦列に配置された各高周波誘導アンテナ要素に順次λ（高周波電源の波長）／ｎずつ遅延させた高周波電流を給電するとともに、前記高周波誘導アンテナに前記高周波電源から高周波電流を供給し、真空処理室内に供給されるガスをプラズマ化して被処理試料をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、前記アンテナにより生成される誘導電場Ｅと前記磁場Ｂの間に、Ｅ×Ｂ≠０の関係を満たすように、前記高周波誘導アンテナと前記磁場を構成することによって、上記課題は達成される。   Next, in the present invention, a cylindrical vacuum container constituting a vacuum processing chamber capable of accommodating the sample, a gas inlet for introducing a processing gas into the vacuum processing chamber, and an outside of the vacuum processing chamber are provided. A high-frequency induction antenna; a magnetic field coil that forms a magnetic field in the vacuum processing chamber; a plasma-generating high-frequency power source that supplies a high-frequency current to the high-frequency induction antenna; and a magnetic field coil power source that supplies power to the magnetic field coil The high-frequency induction antenna is divided into n (n ≧ 2 integer) high-frequency induction antenna elements, and the divided high-frequency induction antenna elements are arranged in a column on a circumference concentric with the vacuum vessel. A high-frequency current delayed by λ (wavelength of high-frequency power supply) / n is sequentially fed to each of the arranged high-frequency induction antenna elements, and the high-frequency induction antenna is fed from the high-frequency power supply. In a plasma processing apparatus that supplies a frequency current and converts the gas supplied into the vacuum processing chamber into plasma and plasma-processes the sample to be processed, between the induction electric field E generated by the antenna and the magnetic field B, E × B By configuring the high-frequency induction antenna and the magnetic field so as to satisfy the relationship of ≠ 0, the above problem can be achieved.

さらに、本発明では、上記試料を収容しうる真空処理室を構成する円筒状の真空容器と、該真空処理室に処理ガスを導入するガス導入口と、前記真空処理室の外に設けた高周波誘導アンテナと、前記真空処理室内に磁場を形成する磁場コイルと、前記高周波誘導アンテナに高周波電流を供給するプラズマ生成用高周波電源と、前記磁場コイルに電力を供給する磁場コイル用電源とを備え、前記高周波誘導アンテナをｎ（ｎ≧２の整数）個の高周波誘導アンテナ要素に分割し、分割されたそれぞれの高周波誘導アンテナ要素を真空容器と同心円状の円周上に縦列に並べ、縦列に配置された各高周波誘導アンテナ要素に順次λ（高周波電源の波長）／ｎずつ遅延させた高周波電流を給電するとともに、前記高周波誘導アンテナに前記高周波電源から高周波電流を供給し、真空処理室内に供給されるガスをプラズマ化して被処理試料をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、回転する誘導電場Ｅの回転周波数ｆと磁場Ｂによる電子サイクロトロン周波数ωｃを２πｆ＝ωｃとなるように一致させる。これにより、電子に、電子サイクロトロン共鳴による高周波電力を吸収させることによって、上記課題は達成される。   Furthermore, in the present invention, a cylindrical vacuum container constituting a vacuum processing chamber capable of accommodating the sample, a gas inlet for introducing a processing gas into the vacuum processing chamber, and a high frequency provided outside the vacuum processing chamber. An induction antenna, a magnetic field coil that forms a magnetic field in the vacuum processing chamber, a high-frequency power source for plasma generation that supplies a high-frequency current to the high-frequency induction antenna, and a magnetic field coil power source that supplies power to the magnetic field coil, The high-frequency induction antenna is divided into n (n ≧ 2 integer) high-frequency induction antenna elements, and the divided high-frequency induction antenna elements are arranged in a column on the circumference concentric with the vacuum vessel, and arranged in a column. Each of the high frequency induction antenna elements is fed with a high frequency current that is sequentially delayed by λ (the wavelength of the high frequency power supply) / n, and In a plasma processing apparatus that supplies a high-frequency current, converts the gas supplied into the vacuum processing chamber into plasma, and plasma-processes the sample to be processed, the rotational frequency f of the rotating induction electric field E and the electron cyclotron frequency ωc by the magnetic field B are set to 2πf = Match so that ωc. Thereby, the said subject is achieved by making an electron absorb the high frequency electric power by electron cyclotron resonance.

次に、本発明では、上記試料を収容しうる真空処理室を構成する円筒状の真空容器と、該真空処理室に処理ガスを導入するガス導入口と、前記真空処理室の外に設けた高周波誘導アンテナと、前記真空処理室内に磁場を形成する磁場コイルと、前記高周波誘導アンテナに高周波電流を供給するプラズマ生成用高周波電源と、前記磁場コイルに電力を供給する磁場コイル用電源とを備え、前前記高周波誘導アンテナをｎ（ｎ≧２の整数）個の高周波誘導アンテナ要素に分割し、分割されたそれぞれの高周波誘導アンテナ要素を真空容器と同心円状の円周上に縦列に並べ、縦列に配置された各高周波誘導アンテナ要素に順次λ（高周波電源の波長）／ｎずつ遅延させた高周波電流を給電するとともに、記高周波誘導アンテナに前記高周波電源から高周波電流を供給し、真空処理室内に供給されるガスをプラズマ化して被処理試料をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、前記アンテナにより生成される誘導電場Ｅの回転方向が、前記磁場コイルが形成する磁場Ｂの磁力線に対して右回転するように、前記高周波誘導アンテナと前記磁場を構成することによって、上記課題は達成される。   Next, in the present invention, a cylindrical vacuum container constituting a vacuum processing chamber capable of accommodating the sample, a gas inlet for introducing a processing gas into the vacuum processing chamber, and an outside of the vacuum processing chamber are provided. A high-frequency induction antenna; a magnetic field coil that forms a magnetic field in the vacuum processing chamber; a plasma-generating high-frequency power source that supplies a high-frequency current to the high-frequency induction antenna; and a magnetic field coil power source that supplies power to the magnetic field coil The high frequency induction antenna is divided into n (n ≧ 2 integer) high frequency induction antenna elements, and the divided high frequency induction antenna elements are arranged in a column on a circumference concentric with the vacuum vessel. A high frequency current delayed by λ (the wavelength of the high frequency power supply) / n is sequentially fed to each high frequency induction antenna element arranged in the antenna, and the high frequency induction antenna is fed from the high frequency power supply. In a plasma processing apparatus for supplying a frequency current and converting a gas supplied into a vacuum processing chamber into a plasma to process a sample to be processed, the magnetic field coil forms a rotation direction of an induction electric field E generated by the antenna. By configuring the high-frequency induction antenna and the magnetic field so as to rotate clockwise with respect to the magnetic field lines of the magnetic field B, the above-described problem is achieved.

さらに、本発明は、プラズマ生成装置を、真空処理室と、該真空処理室外に設けられ高周波が流れる複数の高周波誘導アンテナを有し、該複数のアンテナが真空処理室中に形成する誘導電場分布が、有限の値を持つ磁場中で、一定方向に回転するように構成した。   Furthermore, the present invention provides a plasma generating apparatus having a vacuum processing chamber and a plurality of high frequency induction antennas that are provided outside the vacuum processing chamber and through which a high frequency flows, the induction electric field distribution formed by the plurality of antennas in the vacuum processing chamber. Is configured to rotate in a certain direction in a magnetic field having a finite value.

本発明は、プラズマ生成装置を、真空処理室と、該真空処理室外に設けられ高周波が流れる複数の高周波誘導アンテナを有し、該複数のアンテナが軸対称に配置され、かつ、磁場分布が軸対象の分布であると同時に、前記複数のアンテナの軸と前記磁場分布の軸が一致し、真空処理室中に形成される誘導電場分布が一定方向に回転するように構成した。   The present invention includes a plasma generating apparatus having a vacuum processing chamber and a plurality of high-frequency induction antennas that are provided outside the vacuum processing chamber and through which high-frequency waves flow, the plurality of antennas are arranged symmetrically, and the magnetic field distribution is axial. At the same time as the distribution of the object, the axes of the plurality of antennas coincide with the axis of the magnetic field distribution, and the induction electric field distribution formed in the vacuum processing chamber rotates in a certain direction.

本発明は、上記プラズマ生成装置において、前記一定方向に回転する前記誘導電場分布の回転方向が、前記磁場の磁力線の方向に対して右回転であるように構成した。   The present invention is configured such that, in the plasma generating apparatus, a rotation direction of the induction electric field distribution rotating in the predetermined direction is a right rotation with respect to a direction of a magnetic force line of the magnetic field.

本発明は、上記プラズマ生成装置において、前記複数のアンテナにより形成される誘導電場Ｅと前記磁場Ｂの間にＥ×Ｂ≠０の関係が満たされるように、複数のアンテナと磁場とを構成した。   According to the present invention, in the plasma generation apparatus, the plurality of antennas and the magnetic field are configured so that the relationship of E × B ≠ 0 is satisfied between the induction electric field E formed by the plurality of antennas and the magnetic field B. .

本発明は、上記プラズマ生成装置において、前記複数のアンテナにより形成される前記回転する誘導電場Ｅの回転周波数ｆと前記磁場Ｂによる電子サイクロトロン周波数ωｃを２πｆ＝ωｃとなるように一致させるように構成した。   The present invention is configured such that, in the plasma generating apparatus, the rotation frequency f of the rotating induction electric field E formed by the plurality of antennas and the electron cyclotron frequency ωc by the magnetic field B are matched so as to satisfy 2πf = ωc. did.

さらに、本発明では、上記プラズマ処理装置において、磁場Ｂは静磁場であっても良いし、変動磁場であっても良いが、変動磁場の場合、その変動周波数ｆＢが、Larmoｒ運動の回転周波数（電子サイクロトロン周波数ωｃ）との間に、２πｆＢ＜＜ωｃの関係を満たすことによって、上記課題は達成される。   Furthermore, in the present invention, in the plasma processing apparatus, the magnetic field B may be a static magnetic field or a variable magnetic field. In the case of a variable magnetic field, the variable frequency fB is the rotational frequency of the Larmor motion ( By satisfying the relationship of 2πfB << ωc with the electron cyclotron frequency ωc), the above problem is achieved.

図１は、本発明が適用されるプラズマ処理装置の構成の概要を説明する縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view for explaining the outline of the configuration of a plasma processing apparatus to which the present invention is applied. 図２は、本発明の第１の実施例にかかる高周波誘導アンテナ要素への給電方法を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a method of feeding power to the high frequency induction antenna element according to the first embodiment of the present invention. 図３は、本発明における電場態様によりプラズマの生成態様を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a plasma generation mode according to an electric field mode in the present invention. 図４は、従来のアンテナによって生成される電場強度の分布を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the distribution of the electric field strength generated by the conventional antenna. 図５は、本発明のアンテナによって生成される電場強度の分布を説明する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the distribution of the electric field strength generated by the antenna of the present invention. 図６は、本発明の第１の実施例にかかる高周波誘導アンテナ要素への給電方法の変形例を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a modification of the power feeding method to the high frequency induction antenna element according to the first embodiment of the present invention. 図７は、本発明の第２の実施例にかかる高周波誘導アンテナ要素への給電方法を説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a method of feeding power to the high frequency induction antenna element according to the second embodiment of the present invention. 図８は、本発明の第３の実施例にかかる高周波誘導アンテナ要素への給電方法を説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a method of feeding power to the high frequency induction antenna element according to the third embodiment of the present invention. 図９は、本発明の第４の実施例にかかる高周波誘導アンテナ要素への給電方法を説明する図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a method of feeding power to the high frequency induction antenna element according to the fourth embodiment of the present invention. 図１０は、本発明の第５実施例にかかる高周波誘導アンテナ要素への給電方法を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a method of feeding power to the high frequency induction antenna element according to the fifth embodiment of the present invention. 図１１は、本発明の第６の実施例にかかる高周波誘導アンテナ要素への給電方法を説明する図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a method of feeding power to the high frequency induction antenna element according to the sixth embodiment of the present invention. 図１２は、本発明の第７の実施例にかかる高周波誘導アンテナ要素への給電方法を説明する図である。FIG. 12 is a diagram for explaining a method of feeding power to the high-frequency induction antenna element according to the seventh embodiment of the present invention. 図１３は、本発明にかかるプラズマ処理装置における真空容器の蓋の形状の様々な変形例を説明する図である。FIG. 13 is a diagram for explaining various modifications of the shape of the lid of the vacuum vessel in the plasma processing apparatus according to the present invention. 図１４は、本発明にかかるプラズマ処理装置における真空容器の蓋の形状を半球状とした例を説明する図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an example in which the shape of the lid of the vacuum vessel in the plasma processing apparatus according to the present invention is hemispherical. 図１５は、本発明にかかるプラズマ処理装置における真空容器の蓋の形状を回転する台形状とした例を説明する図である。FIG. 15 is a diagram for explaining an example in which the shape of the lid of the vacuum vessel in the plasma processing apparatus according to the present invention is a trapezoidal shape that rotates. 図１６は、本発明にかかるプラズマ処理装置における真空容器の蓋の形状を有底の円筒状とした例を説明する図である。FIG. 16 is a diagram for explaining an example in which the shape of the lid of the vacuum vessel in the plasma processing apparatus according to the present invention is a bottomed cylindrical shape. 図１７は、本発明において形成される等磁場面（ＥＣＲ面）と磁力線の関係を説明する図である。FIG. 17 is a diagram for explaining the relationship between the isomagnetic surface (ECR surface) and the lines of magnetic force formed in the present invention. 図１８は、本発明において真空容器蓋の形状に対応するＥＣＲ面とプラズマ生成領域の関係を説明する図である。FIG. 18 is a diagram illustrating the relationship between the ECR plane corresponding to the shape of the vacuum vessel lid and the plasma generation region in the present invention. 図１９は、本発明の第８の実施例にかかる複数組の高周波誘導アンテナ要素への給電方法を説明する図である。FIG. 19 is a diagram for explaining a method of feeding power to a plurality of sets of high-frequency induction antenna elements according to the eighth embodiment of the present invention. 図２０は、本発明の第９の実施例にかかる複数組の高周波誘導アンテナ要素への給電方法を説明する図である。FIG. 20 is a diagram for explaining a method of feeding power to a plurality of sets of high frequency induction antenna elements according to the ninth embodiment of the present invention. 図２１は、本発明の第１０の実施例にかかる複数組の高周波誘導アンテナ要素への給電方法を説明する図である。FIG. 21 is a diagram for explaining a method of feeding power to a plurality of sets of high-frequency induction antenna elements according to the tenth embodiment of the present invention. 図２２は、本発明の第１１の実施例にかかる複数組の高周波誘導アンテナ要素への給電方法を説明する図である。FIG. 22 is a diagram for explaining a method of feeding power to a plurality of sets of high-frequency induction antenna elements according to the eleventh embodiment of the present invention. 図２３は、本発明にかかるプラズマ処理装置における真空容器の蓋の形状の様々な変形例に対応した複数組の高周波誘導アンテナ要素の配置を説明する図である。FIG. 23 is a diagram for explaining the arrangement of a plurality of sets of high-frequency induction antenna elements corresponding to various modified examples of the shape of the lid of the vacuum vessel in the plasma processing apparatus according to the present invention. 図２４は、本発明の第１２の実施例にかかる矩形状に配置した複数組の高周波誘導アンテナ要素への給電方法を説明する図である。FIG. 24 is a diagram for explaining a method of feeding power to a plurality of sets of high-frequency induction antenna elements arranged in a rectangular shape according to a twelfth embodiment of the present invention. 図２５は、本発明の第１３の実施例にかかる矩形状に配置した複数組の高周波誘導アンテナ要素への給電方法を説明する図である。FIG. 25 is a diagram for explaining a feeding method to a plurality of sets of high frequency induction antenna elements arranged in a rectangular shape according to a thirteenth embodiment of the present invention. 図２６は、電磁波の周波数ｆとカットオフ密度ｎｃの関係を説明する図である。FIG. 26 is a diagram for explaining the relationship between the frequency f of electromagnetic waves and the cutoff density nc. 図２７は、一つのアンテナ要素の中で定在波が無視できない状態のとき、このアンテナ要素に発生する電圧と電流の定在波の分布を説明する図である。FIG. 27 is a diagram illustrating the distribution of standing waves of voltage and current generated in an antenna element when a standing wave cannot be ignored in one antenna element.

本発明にかかるプラズマ処理装置は、半導体デバイスの製造の分野にのみその使用が限定されるものではなく、液晶ディスプレイの製造や、各種材料の成膜、表面処理等のプラズマ処理の各分野に適用することが可能である。ここでは、半導体デバイス製造用のプラズマエッチング装置を例にとって、実施例を示すことにする。   The use of the plasma processing apparatus according to the present invention is not limited to the field of semiconductor device manufacturing, but is applicable to the fields of plasma processing such as liquid crystal display manufacturing, film formation of various materials, and surface treatment. Is possible. Here, an embodiment will be described by taking a plasma etching apparatus for manufacturing a semiconductor device as an example.

図１を用いて、本発明が適用されるプラズマ処理装置の構成の概要を説明する。高周波誘導結合（ＩＣＰ）型プラズマ処理装置は、内部を真空に維持された真空処理室１を有する円筒状の真空容器１１と、高周波によって生じた電場を真空処理室内に導入する絶縁材からなる真空処理室の蓋１２と、真空処理室１内を真空に維持する例えば真空ポンプに結合された真空排気手段１３と、被処理体（半導体ウェハ）Ｗが載置される電極（試料台）１４と、被処理体である半導体ウェハＷを外部と真空処理室内との間で搬送するゲートバルブ２１を備えた搬送システム２と、処理ガスを導入するガス導入口３と、半導体ウェハＷにバイアス電圧を供給するバイアス用高周波電源４１と、バイアス用整合器４２と、プラズマ生成用高周波電源５１と、プラズマ生成用整合器５２と、複数の遅延手段６−２、６−３（図示せず）、６−４と、真空処理室１の周辺部上に配置され、高周波誘導アンテナ７を構成する複数に分割され円周上に縦列配置された高周波誘導アンテナ要素７−１（図示せず）、７−２、７−３（図示せず）、７−４と、磁場を印加するための上アンテナ８１と下アンテナ８２を構成する電磁石と、磁場の分布を制御する磁性体で作られたヨーク８３と、前記高周波誘導アンテナ要素７−１（図示せず）、７−２、７−３（図示せず）、７−４がプラズマと容量結合するのを制御するファラデーシールド９と、前記電磁石に電力を供給する図示を省略した磁場コイル用電源を有して構成される。   The outline of the configuration of a plasma processing apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. The high frequency inductively coupled (ICP) type plasma processing apparatus is a vacuum composed of a cylindrical vacuum vessel 11 having a vacuum processing chamber 1 whose inside is maintained in a vacuum, and an insulating material for introducing an electric field generated by the high frequency into the vacuum processing chamber. A lid 12 of the processing chamber, a vacuum evacuation means 13 coupled to, for example, a vacuum pump for maintaining the inside of the vacuum processing chamber 1 in a vacuum, and an electrode (sample stage) 14 on which an object to be processed (semiconductor wafer) W is placed A transfer system 2 having a gate valve 21 for transferring a semiconductor wafer W as an object to be processed between the outside and a vacuum processing chamber, a gas inlet 3 for introducing a processing gas, and a bias voltage to the semiconductor wafer W A bias high-frequency power supply 41, a bias matching unit 42, a plasma generation high-frequency power source 51, a plasma generation matching unit 52, a plurality of delay units 6-2 and 6-3 (not shown), -4, high-frequency induction antenna elements 7-1 (not shown), 7-, which are arranged on the periphery of the vacuum processing chamber 1 and divided into a plurality of pieces constituting the high-frequency induction antenna 7 and arranged in tandem on the circumference. 2, 7-3 (not shown), 7-4, an electromagnet constituting the upper antenna 81 and the lower antenna 82 for applying a magnetic field, and a yoke 83 made of a magnetic material for controlling the magnetic field distribution, Faraday shield 9 for controlling capacitive coupling of the high frequency induction antenna element 7-1 (not shown), 7-2, 7-3 (not shown), 7-4 with plasma, and power to the electromagnet And a power supply for the magnetic field coil (not shown).

真空容器１１は、例えば、表面をアルマイト処理したアルミニウム製かステンレス製の真空容器であり、電気的に接地されている。また、表面処理としてアルマイトだけではなく、他の耐プラズマ性の高い物質（例えばイットリア：Ｙ２Ｏ３）を使うこともできる。真空処理室１には、真空排気手段１３、および被処理物である半導体ウェハＷを搬入出するためのゲートバルブ２１を有する搬送システム２を備える。真空処理室１中には、半導体ウェハＷを円筒状真空容器１１と同心円状に載置するための電極１４が円筒状真空容器１１と同心円状に設置される。搬送システム２により、真空処理室中に搬入されたウェハＷは、電極１４上に運ばれ、電極１４上に保持される。電極１４には、プラズマ処理中に半導体ウェハＷに入射するイオンのエネルギーを制御する目的で、バイアス用整合器４２を介して、バイアス用高周波電源４１が接続される。エッチング処理用のガスが、ガス導入口３より、真空処理室１内に導入される。 The vacuum vessel 11 is, for example, an aluminum or stainless steel vacuum vessel whose surface is anodized, and is electrically grounded. Further, not only alumite but also other material having high plasma resistance (for example, yttria: Y 2 O 3 ) can be used as the surface treatment. The vacuum processing chamber 1 includes a vacuum exhaust means 13 and a transfer system 2 having a gate valve 21 for loading and unloading a semiconductor wafer W as an object to be processed. In the vacuum processing chamber 1, an electrode 14 for placing the semiconductor wafer W concentrically with the cylindrical vacuum vessel 11 is installed concentrically with the cylindrical vacuum vessel 11. The wafer W carried into the vacuum processing chamber by the transfer system 2 is transferred onto the electrode 14 and held on the electrode 14. A high frequency power supply 41 for bias is connected to the electrode 14 via a bias matching unit 42 for the purpose of controlling the energy of ions incident on the semiconductor wafer W during plasma processing. Etching gas is introduced into the vacuum processing chamber 1 through the gas inlet 3.

一方、半導体ウェハＷと対向する位置には、高周波誘導アンテナ要素７−１（図示せず）、７−２、７−３（図示せず）、７−４が、平板状の石英やアルミナセラミック等の絶縁材からなる真空容器蓋１２を介して大気側に設置される。高周波誘導アンテナ要素…、７−２、…、７−４は、その中心が半導体ウェハＷの中心と一致するように同心円上に配置される。高周波誘導アンテナ要素…、７−２、…、７−４は、図１には明示されていないが、複数の同一形状を持つアンテナ要素からなる。複数のアンテナ要素の給電端Ａはプラズマ生成用整合器５２を介してプラズマ生成用高周波電源５１に接続され、接地端Ｂは接地電位に、いずれも全く同じように接続される。   On the other hand, at positions facing the semiconductor wafer W, high-frequency induction antenna elements 7-1 (not shown), 7-2, 7-3 (not shown), 7-4 are flat quartz or alumina ceramic. It is installed on the atmosphere side through a vacuum vessel lid 12 made of an insulating material such as. The high frequency induction antenna elements..., 7-2,..., 7-4 are arranged concentrically so that the centers thereof coincide with the centers of the semiconductor wafers W. The high frequency induction antenna elements..., 7-2,..., 7-4 are not clearly shown in FIG. The feed terminals A of the plurality of antenna elements are connected to the plasma generating high frequency power supply 51 via the plasma generating matching unit 52, and the ground terminals B are connected to the ground potential in exactly the same way.

高周波誘導アンテナ要素…、７−２、…、７−４とプラズマ生成用整合器５２との間には、各高周波誘導アンテナ要素…、７−２、…、７−４に流れる電流の位相を遅延させる遅延手段６−２、６−３（図示せず）、６−４が設けられる。   Between the high-frequency induction antenna elements..., 7-2,..., 7-4 and the plasma generation matching unit 52, the phase of the current flowing through each high-frequency induction antenna element. Delay means 6-2, 6-3 (not shown) and 6-4 for delaying are provided.

真空容器蓋１２には、図示を省略した冷却用の冷媒流路が設けられ、この冷媒流路に、水、フロリナート、空気、窒素などの流体を流すことによって冷却される。アンテナ、真空容器１１、ウェハ搭載台１４も冷却および温度調節の対象となる。   The vacuum vessel lid 12 is provided with a cooling coolant channel (not shown), and is cooled by flowing a fluid such as water, fluorinate, air, or nitrogen through the coolant channel. The antenna, vacuum vessel 11 and wafer mounting table 14 are also subject to cooling and temperature adjustment.

図２を用いて、本発明にかかるプラズマ処理装置の第１の実施例を説明する。この実施例では、図１の上から見た図２（Ａ）に示すように、高周波誘導アンテナ７を１つの円周上でｎ＝４（ｎ≧２の整数）個の高周波誘導アンテナ要素７−１〜７−４に分割する。それぞれの高周波誘導アンテナ要素７−１、７−２、７−３、７−４の給電端Ａまたは接地端Ｂは、時計回転方向に３６０°／４（３６０°／ｎ）ずつ離れて配置され、それぞれの高周波誘導アンテナ要素７−１、７−２、７−３、７−４にプラズマ生成用高周波電源５１からプラズマ生成用整合器５２を介し、給電点５３から各給電端Ａを介して高周波電流を供給する。この実施例では、各高周波誘導アンテナ要素７−１〜７−４は、それぞれ同一円周上の右回りに給電端Ａ側から約λ／４（λ／ｎ）離れて接地端Ｂ側が配置される。各高周波誘導アンテナ要素７−１〜７−４の長さはλ／４（λ／ｎ）である必要は無いが、発生している定在波のλ／４（λ／ｎ）以下であることが望ましい。また、アンテナの構成によっては、各高周波誘導アンテナ要素の長さは、λ／２以下であればよい。給電点５３と高周波誘導アンテナ要素７−２、７−３、７−４の給電端Ａ間には、それぞれλ／４遅延回路６−２、λ／２遅延回路６−３、３λ／４遅延回路６−４が挿入される。これにより、各誘導アンテナ要素７−１〜７−４に流れる電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４は、図２（Ｂ）に示すように順にλ／４（λ／n）ずつ位相が遅れることになる。電流Ｉ１で駆動された、プラズマ中の電子は、電流Ｉ２で続いて駆動される。また、電流Ｉ３で駆動されたプラズマ中の電子は、電流Ｉ４で続いて駆動される。 A first embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 2A viewed from the top of FIG. 1, the high-frequency induction antenna 7 includes n = 4 (n ≧ 2) high-frequency induction antenna elements 7 on one circumference. Divide into -1 to 7-4. The feeding end A or grounding end B of each of the high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 is arranged 360 ° / 4 (360 ° / n) apart in the clockwise direction. The high-frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3, and 7-4 are respectively connected from the high-frequency power source 51 for plasma generation to the matching unit 52 for plasma generation and from the feed point 53 to each feed end A. Supply high-frequency current. In this embodiment, the high-frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4 are arranged on the ground end B side at a distance of about λ / 4 (λ / n) from the feeding end A side in the clockwise direction on the same circumference. The The length of each of the high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4 is not necessarily λ / 4 (λ / n), but is not more than λ / 4 (λ / n) of the generated standing wave. It is desirable. Further, depending on the configuration of the antenna, the length of each high-frequency induction antenna element may be λ / 2 or less. A λ / 4 delay circuit 6-2, a λ / 2 delay circuit 6-3, and a 3λ / 4 delay are respectively provided between the feeding point 53 and the feeding end A of the high frequency induction antenna elements 7-2, 7-3, and 7-4. Circuit 6-4 is inserted. As a result, the currents I 1 , I 2 , I 3 , and I 4 flowing through the induction antenna elements 7-1 to 7-4 are sequentially phased by λ / 4 (λ / n) as shown in FIG. Will be delayed. Electrons in the plasma driven with current I 1 are subsequently driven with current I 2 . Further, the electrons in the plasma driven by the current I 3 are subsequently driven by the current I 4 .

図３を用いて、図２に示した高周波誘導アンテナを用いた場合のプラズマ中の電子の駆動形態を説明する。図３において、高周波誘導アンテナ要素７−１、７−２、７−３、７−４の給電端Ａと接地端Ｂの構成は図２と同じである。また、各誘導アンテナ要素に流れる電流Ｉ１−Ｉ４の方向は、全て給電端Ａから接地端Ｂに向かうと表記している。各高周波誘導アンテナ要素に流れる電流は、図２と同じように、Ｉ１−Ｉ４の位相がそれぞれ９０°ずれている。位相を９０°ずらしているのは、高周波電流の１周期（３６０°）を４つの高周波誘導アンテナ要素に割り振るためで、３６０°／４＝９０°の関係を持っている。ここでいう、電流Ｉおよび誘導電場Ｅは誘導磁場Ｈを用いて、下記（１）式および（２）式で示されるマックスウェルの方程式で関係付けられる。下記（１）式および（２）式で、Ｅ、ＨとＩは、高周波誘導アンテナとプラズマの全ての電界（電場）および磁界（磁場）および電流のベクトルであり、μは透磁率、εは誘電率である。

Figure 2010163682
The driving mode of electrons in plasma when the high-frequency induction antenna shown in FIG. 2 is used will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the configurations of the power feeding end A and the grounding end B of the high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 are the same as those in FIG. In addition, the directions of the currents I 1 to I 4 flowing through the induction antenna elements are all described as being directed from the feeding end A to the grounding end B. As in FIG. 2, the currents flowing through the high-frequency induction antenna elements are shifted by 90 ° from the phase of I 1 -I 4 . The reason why the phase is shifted by 90 ° is to allocate one period (360 °) of the high-frequency current to the four high-frequency induction antenna elements, and has a relationship of 360 ° / 4 = 90 °. Here, the current I and the induction electric field E are related by Maxwell's equations expressed by the following equations (1) and (2) using the induction magnetic field H. In the following formulas (1) and (2), E, H and I are all electric field (electric field) and magnetic field (magnetic field) and current vectors of the high frequency induction antenna and plasma, μ is magnetic permeability, and ε is Dielectric constant.
Figure 2010163682

図３（Ａ）の右側には、電流の位相関係を示している。ここに示したある時間（ｔ＝ｔ１）における誘導電場Ｅの、高周波誘導アンテナに囲まれた領域における向きを、図３（Ａ）の左側に点線と矢印で示している。この向きから分かるように、誘導電場Ｅの分布はアンテナが配置される平面、すなわち、アンテナの作り出す平面において線対称になる。この図３（Ａ）より電流の位相がさらに９０°進んだとき（ｔ＝ｔ２）の誘導電場Ｅの向きを図３（Ｂ）に示す。誘導電場Ｅの向きは９０°時計回りに回転している。この図３より、本発明における高周波誘導アンテナは、時間とともに右回転、すなわち時計方向に回転する誘導電場Ｅを作り出すことが分かる。この右回転する誘導電場Ｅの中に電子が存在する場合、電子も誘導電場Ｅに駆動されて右回転する。この場合、電子の回転周期は、高周波電流の周波数に一致する。ただし、工学的工夫により、高周波電流の周波数と異なる回転周期を持つ誘導電場Ｅを作ることは可能であり、この時、電子は高周波電流の周波数ではなく誘導電場Ｅの回転周期と同じ周期で回転する。このように、通常のＩＣＰ源と同じように、本発明でも誘導電場Ｅで電子が駆動される。しかし、高周波誘導アンテナの電流Ｉの位相とは関係なく一定方向（この図では右回り）に電子を駆動すること、またこの回転が停止する瞬間がないことが、本発明の通常のＩＣＰ源やヘリコンプラズマ源と異なる点である。   On the right side of FIG. 3A, the phase relationship of current is shown. The direction of the induction electric field E in a region surrounded by the high frequency induction antenna at a certain time (t = t1) shown here is indicated by a dotted line and an arrow on the left side of FIG. As can be seen from this orientation, the distribution of the induction electric field E is axisymmetric in the plane where the antenna is arranged, that is, the plane created by the antenna. FIG. 3B shows the direction of the induction electric field E when the current phase is further advanced by 90 ° from this FIG. 3A (t = t2). The direction of the induction electric field E rotates 90 ° clockwise. From FIG. 3, it can be seen that the high-frequency induction antenna according to the present invention creates an induction electric field E that rotates clockwise with time, that is, rotates clockwise. When electrons are present in the induction electric field E that rotates to the right, the electrons are also driven by the induction electric field E and rotate to the right. In this case, the rotation period of the electrons matches the frequency of the high frequency current. However, it is possible to create an induction electric field E having a rotation period different from the frequency of the high-frequency current by engineering means. At this time, electrons rotate at the same period as the rotation period of the induction electric field E, not the frequency of the high-frequency current. To do. As described above, in the present invention, electrons are driven by the induction electric field E as in the case of a normal ICP source. However, the fact that the electrons are driven in a certain direction (clockwise in this figure) regardless of the phase of the current I of the high-frequency induction antenna, and that there is no moment when this rotation stops, This is different from the helicon plasma source.

ここで、本発明の高周波誘導アンテナがプラズマ中にどのような誘導電場Ｅを生成させるかについて説明する。ここでは誘導電場Ｅで説明するが、（１）式が示すように、誘導電場Ｅと誘導磁場Ｈは互いに変換可能な物理量であり、等価である。まず、図４は従来のＩＣＰ源が作り出す誘導電場Ｅの分布を模式的に表している。従来のＩＣＰ源では、アンテナが一周しており円を描いていようと、アンテナが分割されていようと、アンテナには同相の電流が流れるため、アンテナが作り出す誘導電場Ｅは周方向で同一になる。つまり、図４に示したように、アンテナ直下に誘導電場Ｅの最大値が現れ、アンテナの中心とアンテナ周囲に対して減衰するドーナツ状の電場分布を作る。この分布はＸ−Ｙ平面において中心点Ｏに対する点対称である。理論上、アンテナの中心点Ｏにおける誘導電場ＥはＥ＝０である。このドーナツ状の電場分布が、電流の向き（半周期）に従い右に回ったり左に回ったりする。誘導電場Ｅの回転方向が変わるときは、電流がゼロになるときであり、誘導電場Ｅは一旦全領域でＥ＝０になる。このような誘導電場Ｅは、既に誘導磁場Ｈとして測定されており、確認されている（例えば、非特許文献２参照）。   Here, what kind of induction electric field E is generated in the plasma by the high frequency induction antenna of the present invention will be described. Here, the induction electric field E will be described, but as shown in the equation (1), the induction electric field E and the induction magnetic field H are physical quantities that can be converted to each other and are equivalent. First, FIG. 4 schematically shows the distribution of the induction electric field E created by the conventional ICP source. In a conventional ICP source, whether the antenna makes a circle and draws a circle, or the antenna is divided, an in-phase current flows through the antenna, so the induction electric field E created by the antenna is the same in the circumferential direction. . That is, as shown in FIG. 4, the maximum value of the induction electric field E appears immediately below the antenna, and a donut-shaped electric field distribution that attenuates with respect to the center of the antenna and the periphery of the antenna is created. This distribution is point-symmetric with respect to the center point O in the XY plane. Theoretically, the induction electric field E at the center point O of the antenna is E = 0. This donut-shaped electric field distribution turns clockwise or counterclockwise according to the direction of current (half cycle). The rotation direction of the induction electric field E changes when the current becomes zero, and the induction electric field E once becomes E = 0 in the entire region. Such an induction electric field E has already been measured and confirmed as an induction magnetic field H (see, for example, Non-Patent Document 2).

次に、本発明のアンテナが作る誘導電場Ｅを説明する。まず、図３（Ａ）と同じ電流状態を考える。つまり、Ｉ４に正のピーク電流が流れ、Ｉ２に逆向きのピーク電流が流れる。これに対し、Ｉ１とＩ３は小さいという状況である。この場合、誘導電場Ｅの最大値は、Ｉ４が流れるアンテナ要素７−４とＩ２が流れるアンテナ要素７−２の下に現れる。また、電流がほとんど流れないアンテナ要素７−１と７−３の下には強い誘導電場Ｅは現れない。これを模式的に示したのが、図５である。ここでは、Ｘ−Ｙ平面状のＸ軸上に二つのピークが現れる様子を示した。図５に明らかなように、本発明の誘導電場Ｅは、アンテナ周上に二つの大きなピークを持ち、かつＸ−Ｙ平面において軸対称（この図の場合Ｙ軸対称）である。そして、Ｙ軸上にはなだらかなピークを持つ分布が現れる。このなだらかな分布のピーク高さは低く、その位置は中心座標Ｏに現れる。つまり、アンテナの中心点Ｏにおける誘導電場はＥ＝０ではない。このように、本発明による図２の構成では、従来のＩＣＰ源やヘリコンプラズマ源とは全く異なる誘導電場Ｅを作り出すし、しかも、それが高周波誘導アンテナの電流Ｉの位相とは関係なく一定方向（この図では右回り）に回転する。また、図３より明らかなように、全ての高周波誘導アンテナ要素に流れる電流Ｉが同時にＩ＝０になる瞬間は無い。したがって回転する誘導電場ＥがＥ＝０となる瞬間は存在しないことも本発明の特徴である。 Next, the induction electric field E created by the antenna of the present invention will be described. First, consider the same current state as in FIG. In other words, a positive peak current flows in the I 4, the peak of reverse current flows through the I 2. In contrast, I 1 and I 3 are small. In this case, the maximum value of the induced electric field E will appear below the antenna elements 7-2 through which the antenna elements 7-4 and I 2 that I 4 flows. In addition, a strong induction electric field E does not appear under the antenna elements 7-1 and 7-3 through which almost no current flows. This is schematically shown in FIG. Here, a state in which two peaks appear on the X axis of the XY plane is shown. As is apparent from FIG. 5, the induction electric field E of the present invention has two large peaks on the circumference of the antenna and is axially symmetric in the XY plane (in this case, Y-axis symmetric). A distribution having a gentle peak appears on the Y axis. The peak height of this gentle distribution is low, and its position appears at the center coordinate O. That is, the induction electric field at the center point O of the antenna is not E = 0. As described above, in the configuration of FIG. 2 according to the present invention, an induction electric field E that is completely different from that of the conventional ICP source or helicon plasma source is generated, and it is in a constant direction regardless of the phase of the current I of the high frequency induction antenna. Rotate (clockwise in this figure). Further, as is apparent from FIG. 3, there is no moment when the current I flowing through all the high frequency induction antenna elements simultaneously becomes I = 0. Therefore, it is also a feature of the present invention that there is no moment when the rotating induction electric field E becomes E = 0.

本発明では、このように局所的なピークを持つ誘導電場分布を生成するが、このことは発生させるプラズマの均一性を悪化させることにはならない。まず、図５のＸ軸上の誘導電場分布は、アンテナが発生する誘導磁場分布によって決まる。つまり、同じ電流が流れる場合、図４のＸ軸上の誘導電場分布と図５のＸ軸上の誘導電場の分布は、中心点Ｏを中心とした二つのピークを持つ対称な形の誘導電場という意味で等しい。さらに本発明の誘導電場は、アンテナに流れる高周波電流と同じ周波数で回転するので、高周波電流の一周期で平均すれば、Ｘ−Ｙ平面において中心点Ｏに対する点対称な誘導電場分布を発生することになる。つまり、本発明では、全く異なる誘導電場分布を作り出すが、従来のＩＣＰ源の持つ良い特徴、つまり、アンテナの構造で誘導電場分布が決まることと、点対称で周方向に均一なプラズマを発生させることができるという特徴をそのまま保持している。   In the present invention, an induction electric field distribution having a local peak is generated in this way, but this does not deteriorate the uniformity of the generated plasma. First, the induction electric field distribution on the X axis in FIG. 5 is determined by the induction magnetic field distribution generated by the antenna. That is, when the same current flows, the distribution of the induction electric field on the X axis in FIG. 4 and the distribution of the induction electric field on the X axis in FIG. 5 are symmetrical induction electric fields having two peaks around the center point O. Are equal in the sense. Furthermore, since the induction electric field of the present invention rotates at the same frequency as the high-frequency current flowing through the antenna, if it is averaged over one period of the high-frequency current, a point-symmetric induction electric field distribution with respect to the center point O is generated in the XY plane. become. In other words, in the present invention, a completely different induction electric field distribution is created, but a good characteristic of the conventional ICP source, that is, the induction electric field distribution is determined by the structure of the antenna, and a uniform plasma is generated in the circumferential direction with point symmetry. It retains the feature of being able to.

ここで、図1に示した上下の磁場コイル８１、８２とヨーク８３を用いることにより、この誘導電場Ｅの回転面に対して垂直な磁場成分を持つ磁場Ｂを印加することができる。本発明では、この磁場Ｂが満たすべき条件は二つある。一つ目は、前記の回転する誘導電場Ｅの回転方向が、磁場Ｂの磁力線の方向に対して常に右回転となるような磁場Ｂを印加することである。例えば、図２の構成では、これまで説明してきたように、誘導電場Ｅは紙面に対して時計回りの方向、つまり右回転する。この場合、磁力線の向きには、紙面の表から裏面に向かう方向の成分が必要である。これにより誘導電場Ｅの回転方向とLarmoｒ運動の回転方向が一致する。また、この一つ目の条件は、誘導電場Ｅの回転方向とLarmoｒ運動の回転方向が一致するような磁場Ｂを印加するという表現もできる。   Here, by using the upper and lower magnetic field coils 81 and 82 and the yoke 83 shown in FIG. 1, a magnetic field B having a magnetic field component perpendicular to the rotation plane of the induction electric field E can be applied. In the present invention, there are two conditions that the magnetic field B should satisfy. The first is to apply a magnetic field B such that the direction of rotation of the rotating induction electric field E is always clockwise with respect to the direction of the magnetic field lines. For example, in the configuration of FIG. 2, as described so far, the induction electric field E rotates clockwise with respect to the paper surface, that is, clockwise. In this case, the direction of the magnetic lines of force requires a component in the direction from the front side to the back side. Thereby, the rotation direction of the induction electric field E coincides with the rotation direction of the Lammor motion. The first condition can also be expressed as applying a magnetic field B such that the direction of rotation of the induction electric field E and the direction of rotation of the Larmor motion coincide.

残りの条件は、誘導電場Ｅに対して、Ｅ×Ｂ≠０となる磁場Ｂを印加することである。ただし、このＥ×Ｂ≠０という条件は、プラズマを発生させたい空間のどこかでは必要であるが、プラズマを発生させたい全ての空間において必要なわけではない。磁場を印加する方法は種々あるが、局所的に複雑な構造を持つ磁場を用いない限り、この“Ｅ×Ｂ≠０”という条件は前述の一つ目の条件に含まれる。この“Ｅ×Ｂ≠０”という条件により、電子は磁力線を中心（Guiding Center）とするLarmor運動と呼ばれる回転運動を行う。このLarmor運動は、前述した回転誘導電場による回転運動ではなく、電子サイクロトロン運動と呼ばれているものである。その回転周波数は電子サイクロトロン周波数ωｃと呼ばれ、下記（３）式で表される。下記（３）式で、ｑは電子の素電荷、Ｂは磁場強度、ｍｅは電子の質量である。この電子サイクロトロン運動の特徴は、その周波数が磁場強度のみにより定まることである。

Figure 2010163682
The remaining condition is that a magnetic field B satisfying E × B ≠ 0 is applied to the induction electric field E. However, this condition of E × B ≠ 0 is necessary somewhere in a space where plasma is to be generated, but is not necessary in all spaces where plasma is to be generated. There are various methods for applying a magnetic field, but unless a magnetic field having a locally complex structure is used, the condition of “E × B ≠ 0” is included in the first condition described above. Under the condition of “E × B ≠ 0”, the electrons perform a rotational motion called Larmor motion with the magnetic field lines as the center (Guiding Center). This Larmor motion is not the above-described rotational motion caused by the rotational induction electric field, but is called electron cyclotron motion. The rotation frequency is called an electron cyclotron frequency ωc and is expressed by the following equation (3). In the following formula (3), q is an elementary charge of an electron, B is a magnetic field strength, and me is an electron mass. The feature of this electron cyclotron motion is that its frequency is determined only by the magnetic field strength.
Figure 2010163682

ここで、回転する誘導電場Ｅの回転周波数ｆをこのサイクロトロン周波数ωｃに、２πｆ=ωｃとなるように一致させると、電子サイクロトロン共鳴が生じ、高周波誘導アンテナに流れる高周波電力は、共鳴的に電子に吸収され、高密度プラズマを発生させることができる。ただし、“誘導電場Ｅの回転周波数ｆをこのサイクロトロン周波数ωｃに一致させる”という条件は、プラズマを発生させたい空間のどこかでは必要であるが、プラズマを発生させたい全ての空間において必要なわけではない。このＥＣＲの発生条件は、前述したように下記（４）式で表される。ここで、νは図３に示した電荷の平面に水平な方向の電子の速度である。

Figure 2010163682
Here, when the rotational frequency f of the rotating induction electric field E is matched with the cyclotron frequency ωc so that 2πf = ωc, electron cyclotron resonance occurs, and the high-frequency power flowing through the high-frequency induction antenna is resonated with electrons. Absorbed and high density plasma can be generated. However, the condition that “the rotational frequency f of the induction electric field E matches the cyclotron frequency ωc” is necessary somewhere in the space where the plasma is to be generated, but is necessary in all the spaces where the plasma is to be generated. is not. As described above, the ECR generation condition is expressed by the following equation (4). Here, ν is the velocity of electrons in the direction horizontal to the plane of charge shown in FIG.
Figure 2010163682

また、ここで印加する磁場Ｂは静磁場であっても良いし、変動磁場であっても良い。ただし、変動磁場の場合、その変動周波数ｆＢが、Larmoｒ運動の回転周波数（電子サイクロトロン周波数ωc）との間に、２πｆＢ＜＜ωｃの関係を満たさなければならない。この関係が意味することは、電子サイクロトロン運動をする電子の一周期から見れば、変動磁場の変化は十分小さく、静磁場とみなせるということである。   Further, the magnetic field B applied here may be a static magnetic field or a variable magnetic field. However, in the case of a fluctuating magnetic field, the fluctuating frequency fB must satisfy the relationship of 2πfB << ωc with the rotational frequency of the Larmor motion (electron cyclotron frequency ωc). This relationship means that the change of the changing magnetic field is sufficiently small and can be regarded as a static magnetic field when viewed from one cycle of electrons that perform electron cyclotron motion.

以上により、電子サイクロトロン（ＥＣＲ）加熱というプラズマ加熱方法を利用し、電子のプラズマ生成能力を飛躍的にあげることができる。ただし、産業上の応用において、所望するプラズマ特性を得ることを考えると、アンテナ構造を最適化して誘導電場Ｅの強さとその分布を制御するとともに、上記磁場Ｂの強度分布を可変制御することにより、必要なところに必要なだけ上記磁場Ｂや周波数の条件を満たす空間を形成し、プラズマ生成とその拡散を制御することが望ましい。図１は、このことを考慮した一実施例である。   As described above, a plasma heating method called electron cyclotron (ECR) heating can be used to dramatically increase the plasma generation capability of electrons. However, considering obtaining desired plasma characteristics in industrial applications, the antenna structure is optimized to control the intensity and distribution of the induction electric field E and to variably control the intensity distribution of the magnetic field B. It is desirable to form a space that satisfies the conditions of the magnetic field B and the frequency as necessary, and to control plasma generation and diffusion. FIG. 1 shows an embodiment that takes this into consideration.

また、本発明で述べたＩＣＰ源においてＥＣＲ放電を可能にする方法は、用いる高周波の周波数や磁場強度に依存せず、常に、これまで述べてきた条件を満たせば利用可能である。もちろん、工学的な応用に関しては、発生させるプラズマの容器をどのような大きさにするか等の現実的な制限により、用いることのできる周波数や磁場強度には制限が発生する。例えば、次式で示すLarmoｒ運動の半径ｒＬが、プラズマを閉じ込める容器より大きい場合、電子は周回運動することなく容器壁に衝突するので、ＥＣＲ現象は起こらない。（５）式で、νは、図３に示した電場の平面に水平な方向の電子の速度である。

Figure 2010163682
Further, the method for enabling ECR discharge in the ICP source described in the present invention does not depend on the frequency of the high frequency used or the magnetic field strength, and can be used as long as the conditions described so far are satisfied. Of course, for engineering applications, the frequency and magnetic field intensity that can be used are limited due to practical limitations such as the size of the plasma container to be generated. For example, when the radius rL of the Larmor motion represented by the following equation is larger than the container confining the plasma, the electrons collide with the container wall without making a reciprocal motion, so that the ECR phenomenon does not occur. In equation (5), ν is the velocity of electrons in the direction horizontal to the plane of the electric field shown in FIG.
Figure 2010163682

この場合、当然、用いる高周波の周波数を高くし、ＥＣＲ現象が発生するように磁場強度も高くする必要がある。しかしながら、この周波数と磁場強度の選択は、目的に応じて自由に選択するべきであり、本発明が示した原理自体は何も損なわれるものではない。   In this case, naturally, it is necessary to increase the frequency of the high frequency to be used and to increase the magnetic field strength so that the ECR phenomenon occurs. However, the selection of the frequency and the magnetic field strength should be freely selected according to the purpose, and the principle of the present invention is not impaired.

ここで、本発明が示したＩＣＰ源においてＥＣＲ放電を可能にする原理の必要十分条件をまとめると、以下の４点になる。１点目は、プラズマを生成する空間に印加する磁場Ｂの磁力線の方向に対して常に右回転する誘導電場Ｅの分布を形成することである。２点目は、この磁場Ｂとその磁力線の方向に対して右回転する誘導電場Ｅの分布に対して、Ｅ×Ｂ≠０を満たす磁場Ｂを印加することである。３点目は、回転する誘導電場Ｅの回転周波数ｆと磁場Ｂによる電子サイクロトロン周波数ωｃを一致させることである。４点目は、電子サイクロトロン運動をする電子の一周期から見れば、磁場Ｂの変化は十分小さく、静磁場とみなせるということである。以上の4点を満たす実施例が図1であるが、図１の実施例を変形しても前記必要十分条件を満たすならば、いかなる変形を行ってもＩＣＰ源においてＥＣＲ放電は可能になる。つまり、図１の装置構成を如何に変形させようとも、前記必要十分条件を満たせば本発明の一実施例となることに注意しなければならない。その変形は単に工学的な設計の問題であり、本発明が示す物理的な原理を変更するものではない。以下に、図1の変形例についてまとめる。   Here, the necessary and sufficient conditions of the principle that enables ECR discharge in the ICP source shown by the present invention are summarized as follows. The first point is to form a distribution of the induction electric field E that always rotates to the right with respect to the direction of the magnetic field lines of the magnetic field B applied to the plasma generation space. The second point is to apply a magnetic field B that satisfies E × B ≠ 0 to the distribution of the induction electric field E that rotates to the right with respect to the direction of the magnetic field B and its magnetic field lines. The third point is to make the rotation frequency f of the rotating induction electric field E coincide with the electron cyclotron frequency ωc by the magnetic field B. The fourth point is that the change of the magnetic field B is sufficiently small and can be regarded as a static magnetic field when viewed from one cycle of electrons that perform electron cyclotron motion. FIG. 1 shows an embodiment that satisfies the above four points. However, even if the embodiment of FIG. 1 is modified, ECR discharge can be performed in the ICP source as long as the necessary and sufficient conditions are satisfied. In other words, it should be noted that no matter how the apparatus configuration of FIG. 1 is modified, an embodiment of the present invention is obtained if the necessary and sufficient conditions are satisfied. The deformation is merely a matter of engineering design and does not change the physical principle presented by the present invention. Hereinafter, the modified example of FIG. 1 will be summarized.

図１においては、真空容器蓋１２が平板状の絶縁材からなり、その上に高周波誘導アンテナ７が構成されている。この構成が意味するのは、プラズマを生成したい空間、つまり真空容器蓋１２と被処理体Ｗに挟まれた空間に、磁場Ｂの磁力線の方向に対して常に右回転する誘導電場Ｅの分布を形成できることである。前記必要十分条件の１点目の内容である。したがって、真空容器蓋１２が平板状の絶縁体であることも、高周波誘導アンテナ７が真空容器蓋１２の上に構成されていることも、本発明にとっては必須の構成ではない。例えば、真空容器蓋１２は、台形の回転体状や中空の半球状すなわちドーム状あるいは有底円筒状の形状であってもかまわない。また、高周波誘導アンテナは真空容器蓋に対してどのような位置にあってもかまわない。本発明が示す原理からすれば、真空容器蓋１２の形状と真空容器蓋に対するアンテナ位置は、前記必要十分条件を満たす構成ならば、全て本発明の一実施例である。   In FIG. 1, the vacuum vessel lid 12 is made of a flat insulating material, and the high frequency induction antenna 7 is formed thereon. This configuration means that the distribution of the induction electric field E that always rotates to the right with respect to the direction of the magnetic field line B in the space where the plasma is to be generated, that is, the space between the vacuum vessel lid 12 and the workpiece W. It can be formed. This is the first content of the necessary and sufficient conditions. Therefore, neither the vacuum vessel lid 12 is a flat insulator nor the high frequency induction antenna 7 is configured on the vacuum vessel lid 12 is an essential configuration for the present invention. For example, the vacuum vessel lid 12 may have a trapezoidal rotating body shape, a hollow hemispherical shape, that is, a dome shape or a bottomed cylindrical shape. The high frequency induction antenna may be located at any position with respect to the vacuum vessel lid. According to the principle indicated by the present invention, the shape of the vacuum vessel lid 12 and the antenna position with respect to the vacuum vessel lid are all embodiments of the present invention as long as the above-mentioned necessary and sufficient conditions are satisfied.

しかしながら、産業上の利用においては、真空容器蓋の形状と真空容器蓋に対するアンテナ位置は重要な意味がある。なぜならば、被処理体Ｗの面内において均一な加工が必要とされるからである。つまり、被処理体Ｗの上で処理に用いるイオンやラジカル等のプラズマを構成するガス種の成分が均一な分布を形成しなければならない。   However, in industrial use, the shape of the vacuum vessel lid and the antenna position with respect to the vacuum vessel lid are important. This is because uniform processing is required within the surface of the workpiece W. That is, the components of the gas species constituting the plasma such as ions and radicals used for processing on the workpiece W must form a uniform distribution.

プラズマは、高エネルギー電子により母ガスが解離・励起・電離されることで発生する。この時発生するラジカルやイオンには、強い電子エネルギー依存性があり、ラジカルとイオンでは発生量だけでなく、それらの発生分布が異なる。これにより、ラジカルとイオンを全く同じ分布で生成することは、事実上無理である。また、発生したラジカルやイオンは拡散により広がるが、それらの拡散係数はラジカルやイオンの種類により異なる。特に、イオンの拡散係数は中性のラジカルの拡散係数より桁で大きいのが普通である。つまり、拡散を利用して被処理体Ｗの上でラジカルとイオンを同時に均一な分布にすることも、事実上無理である。また、母ガスが分子の場合や多種のガスを混ぜてプラズマを発生させる場合、ラジカルやイオンは複数種類発生するので、全てのラジカルとイオンの分布を均一にすることはさらに不可能である。しかし、均一な処理をするために重要なのは、プラズマが適用されるプロセスがどのようなガス種によって進行するかである。例えば、反応が特定のラジカル主体で進行するならば、そのラジカルの分布を均一にすることが重要である。反対に、イオンによるスパッタリングが主体で反応が進行するならば、そのイオンの分布を均一にすることが重要である。さらにラジカルとイオンが競合して反応が進む場合もある。これらの種々のプロセスに対応するためには、プラズマの発生分布とその拡散を制御し、より望ましい均一性で各プロセスを進行させることが要求される。   Plasma is generated when the mother gas is dissociated, excited, and ionized by high-energy electrons. The radicals and ions generated at this time have strong electron energy dependence, and not only the generation amount but also the generation distribution thereof differs between radicals and ions. Thus, it is virtually impossible to generate radicals and ions with exactly the same distribution. In addition, the generated radicals and ions spread by diffusion, but their diffusion coefficients differ depending on the types of radicals and ions. In particular, the diffusion coefficient of ions is usually orders of magnitude greater than that of neutral radicals. In other words, it is practically impossible to make the radicals and ions uniformly distributed on the workpiece W by using diffusion. Further, when the mother gas is a molecule or when plasma is generated by mixing various gases, a plurality of types of radicals and ions are generated, so that it is further impossible to make the distribution of all radicals and ions uniform. However, what is important for uniform processing is what kind of gas the process to which the plasma is applied proceeds. For example, if the reaction proceeds mainly with a specific radical, it is important to make the distribution of the radical uniform. On the other hand, if the reaction proceeds mainly with sputtering by ions, it is important to make the distribution of the ions uniform. Furthermore, the reaction may proceed due to competition between radicals and ions. In order to cope with these various processes, it is required to control the generation distribution of the plasma and its diffusion and to advance each process with more desirable uniformity.

このような要求に対しては、本発明では２種類の対応策がある。この理由は、本発明では、プラズマを生成する電子のエネルギーを決めるのがＥ×Ｂの大きさ、簡単に言えば誘導電場Ｅの大きさと、磁場Ｂの大きさで決まるからである。一つ目の対応策は誘導電場Ｅの大きさに関連しており、プロセス毎に、絶縁体からなる真空容器蓋１２の形状とこれに対するアンテナ位置の最適化することである。前述したように、本発明では通常のＩＣＰ源と同様、アンテナの構成でプラズマの発生分布が決まる。アンテナ近傍に最も強い誘導電界Ｅが形成されるからである。また、真空容器蓋と被処理体および真空容器が作る空間の広がりによって発生したラジカルやイオンの分布を制御できる。これは、二つ目の対応策である磁場Ｂと深い関係があるが、ここでは説明を判りやすくするため、磁場を考えない状態で説明する。   In response to such a requirement, there are two types of countermeasures in the present invention. This is because, in the present invention, the energy of electrons generating plasma is determined by the size of E × B, in short, the size of the induction electric field E and the size of the magnetic field B. The first countermeasure is related to the magnitude of the induction electric field E, and is to optimize the shape of the vacuum vessel lid 12 made of an insulator and the antenna position with respect to this for each process. As described above, in the present invention, the generation distribution of plasma is determined by the configuration of the antenna as in the case of a normal ICP source. This is because the strongest induced electric field E is formed in the vicinity of the antenna. In addition, the distribution of radicals and ions generated by the expansion of the space created by the vacuum vessel lid, the object to be processed, and the vacuum vessel can be controlled. This has a deep relationship with the magnetic field B, which is the second countermeasure, but here, in order to make the explanation easy to understand, the description will be made without considering the magnetic field.

図１３には、４種類の絶縁体からなる真空容器蓋１２の形状とアンテナ位置に対して、被処理体Ｗの上での分布がどのような形になるかを模式的に示した。説明を簡単にするため、この分布はイオンの分布とする。図１３（Ａ）には、絶縁体からなる真空容器蓋１２が平板状である場合を示した。高周波誘導アンテナ要素７は絶縁体である真空容器蓋１２の上にあり、アンテナ直下にイオン（プラズマ）の生成空間Ｐが出現する。この時発生したイオンは、真空容器蓋１２と真空容器１１が囲む空間に拡散して広がる。定性的に記述すると、このときの拡散方向は主に下向きになる。このような拡散により、被処理体Ｗの上にＭ型のイオン分布が形成されたと仮定する。ここで、アンテナの間隔ｄを図１３（Ｂ）に示すｄ’のように小さくしたとする。このアンテナ位置の変更によって、イオンの拡散はより被処理体Ｗの中心方向に向う。したがって、被処理体Ｗの上のイオン分布をより中央高にできる。また、図示していないが、アンテナ間隔をより広げれば、イオンのＭ型分布はより強調される方向に変化する。つまり、アンテナの構造の変更は、イオンの分布制御に非常に有用である。しかしながら、アンテナ構造の変更だけでは、ここで考えているイオン以外のイオンやラジカルも同じような分布変化をする。なぜならば、アンテナに対するプラズマ発生領域の広がりに変化は少なく、また、絶縁体からなる真空容器蓋１２と真空容器１１が形成している空間が同じ形をしているからである。   FIG. 13 schematically shows the distribution on the workpiece W with respect to the shape of the vacuum vessel lid 12 made of four types of insulators and the antenna position. In order to simplify the explanation, this distribution is assumed to be an ion distribution. FIG. 13A shows a case where the vacuum vessel lid 12 made of an insulator has a flat plate shape. The high-frequency induction antenna element 7 is on a vacuum vessel lid 12 that is an insulator, and an ion (plasma) generation space P appears immediately below the antenna. The ions generated at this time diffuse and spread in the space surrounded by the vacuum vessel lid 12 and the vacuum vessel 11. If described qualitatively, the diffusion direction at this time is mainly downward. It is assumed that an M-type ion distribution is formed on the workpiece W by such diffusion. Here, it is assumed that the distance d between the antennas is reduced as indicated by d 'shown in FIG. Due to the change in the antenna position, the diffusion of ions is more directed toward the center of the workpiece W. Therefore, the ion distribution on the workpiece W can be made higher in the center. Although not shown, if the antenna interval is further widened, the M-type distribution of ions changes in a more emphasized direction. That is, changing the antenna structure is very useful for controlling the distribution of ions. However, only by changing the antenna structure, ions and radicals other than the ions considered here undergo similar distribution changes. This is because there is little change in the extent of the plasma generation region with respect to the antenna, and the space formed by the vacuum vessel lid 12 made of an insulator and the vacuum vessel 11 has the same shape.

このような分布制御は、絶縁体からなる真空容器蓋１２の形状を変更することで可能である。図１３（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）には、それぞれ半球形のドーム状の真空容器蓋、回転する台形状の内側に空間を有する真空容器蓋そして有底円筒形の真空容器蓋に変更したときのイオンの分布を模式的に示している。これにより理解できることは、図１３（Ａ）から（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）へと絶縁体からなる真空容器蓋１２の形状の変化に伴い、より中央に向うイオンの拡散が増えることである。したがって、図１３（Ａ）から（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）と変更するに従い、被処理体Ｗの上のイオン分布はより中央高になる。   Such distribution control is possible by changing the shape of the vacuum vessel lid 12 made of an insulator. FIGS. 13C, 13D and 13E are changed to a hemispherical dome-shaped vacuum vessel lid, a vacuum vessel lid having a space inside a rotating trapezoidal shape, and a bottomed cylindrical vacuum vessel lid, respectively. The distribution of ions is shown schematically. What can be understood from this is that the diffusion of ions toward the center increases as the shape of the vacuum vessel lid 12 made of an insulator changes from FIGS. 13 (A) to (C) (D) (E). . Therefore, the ion distribution on the object to be processed W becomes higher at the center height as changing from FIG. 13 (A) to (C) (D) (E).

ここで、図１３（Ｂ）と（Ｄ）では、被処理体Ｗ上のイオン分布は同じ形になるように書いてある。このことは、実際の装置の構造を適切に設計することにより実現可能である。しかしながら、図１３（Ａ）から（Ｂ）への変更と、図１３（Ａ）から（Ｄ）への変更には決定的な違いがある。これは、絶縁体からなる真空容器蓋１２と真空容器１１が作る空間の体積とその表面積が違うことである。   Here, in FIGS. 13B and 13D, the ion distribution on the workpiece W is written so as to have the same shape. This can be achieved by appropriately designing the actual device structure. However, there is a decisive difference between the change from FIG. 13 (A) to (B) and the change from FIG. 13 (A) to (D). This is that the volume and the surface area of the space formed by the vacuum vessel lid 12 and the vacuum vessel 11 made of an insulator are different.

まず、イオンは空間で消滅する確率は非常に低く、その消滅は主として壁表面での電荷放出である。空間で消滅するためには、例えば、二個の電子と同時に衝突する（３体衝突）という非常に稀な反応が必要だからである。また、イオンの壁への衝突は、電子と等量でなくてはならない（プラズマの準中性条件）という制限がある。しかし、ラジカルは中性の励起種であり、単体の電子や他の分子等と衝突して容易にその活性エネルギーを失う。逆の場合もありうる。また、ラジカルも壁に衝突してその励起エネルギーを失うが、その流入はプラズマの準中性条件とは無関係で、単に壁への拡散量で決まる。もちろん、前述したようにイオンとラジカルの拡散係数は大きく異なる。つまり、絶縁体からなる真空容器蓋１２と真空容器１１が作る空間の体積とその表面積を変えることにより、イオンに対するラジカルの生成領域・拡散・消滅の程度をより大きく変えることができる。以上より、図１３（Ａ）から（Ｂ）への変更と比べると、図１３（Ａ）から（Ｄ）への変更は、イオンとラジカルの分布をよりダイナミックに制御できることが判る。   First, ions have a very low probability of annihilation in space, and the annihilation is mainly charge discharge at the wall surface. This is because, in order to disappear in space, for example, a very rare reaction of colliding with two electrons simultaneously (three-body collision) is necessary. In addition, the collision of ions with the wall has a limitation that the amount must be equal to that of electrons (plasma quasi-neutral condition). However, radicals are neutral excited species that easily lose their active energy by colliding with single electrons or other molecules. The reverse is also possible. Radicals also collide with the walls and lose their excitation energy, but the inflow is independent of the quasi-neutral conditions of the plasma and is simply determined by the amount of diffusion into the walls. Of course, as described above, the diffusion coefficients of ions and radicals are greatly different. That is, by changing the volume and the surface area of the space formed by the vacuum container lid 12 and the vacuum container 11 made of an insulator, the extent of radical generation / diffusion / extinction with respect to ions can be greatly changed. From the above, it can be seen that the change from FIG. 13 (A) to (D) can more dynamically control the distribution of ions and radicals compared to the change from FIG. 13 (A) to (B).

二つ目の対応策は、磁場Ｂの大きさに関連しており、絶縁体からなる真空容器蓋１２の形状とこれに対する磁場分布を可変制御することで、プラズマの発生と拡散を最適化することである。図１に示した実施例では、上下磁場コイル８１、８２に流す電流とヨーク８３の形状で磁場の強度とその分布を制御する。この時、例えば、図１７に示すような磁場を発生させることができる。この磁場の特徴は、磁力線の向きが下方向になっていることである。この磁力線の向きと、図３に示した電界方向より、図３に示した電界の回転方向と電子のLarmoｒ運動は磁力線方向に対して同じ右回転になる。つまり、この磁場は、前記必要十分条件の一つ目と二つ目を満たした一例である。   The second countermeasure relates to the magnitude of the magnetic field B, and optimizes the generation and diffusion of plasma by variably controlling the shape of the vacuum vessel lid 12 made of an insulator and the magnetic field distribution corresponding thereto. That is. In the embodiment shown in FIG. 1, the intensity of the magnetic field and its distribution are controlled by the current flowing through the upper and lower magnetic field coils 81 and 82 and the shape of the yoke 83. At this time, for example, a magnetic field as shown in FIG. 17 can be generated. The feature of this magnetic field is that the direction of magnetic field lines is downward. From the direction of the lines of magnetic force and the electric field direction shown in FIG. 3, the electric field rotation direction shown in FIG. In other words, this magnetic field is an example satisfying the first and second necessary and sufficient conditions.

この磁力線に垂直な平面に等磁場面が形成される。等磁場面は無数にあるが、図１７にその一例を示した。ここで、前記一定方向に回転する誘導電場分布の回転周期を１００ＭＨzとすると、（３）式より、約３５．７ガウス等磁場面がＥＣＲ放電を起こす磁場強度面である。これをＥＣＲ面と呼ぶ。この例では、ＥＣＲ面は下に凸の形をしているが、平面状でも、上に凸状でもかまわない。本発明では、プラズマ生成部にＥＣＲ面を作ることは必須であるが、ＥＣＲ面の形状は任意である。このＥＣＲ面は、上下磁場コイル８１、８２に流す電流を可変することで上下に移動させることが可能であり、また、その面形状もより下に凸状にもできるし、平面状にも、上に凸状にもできる。   An isomagnetic surface is formed on a plane perpendicular to the magnetic field lines. An infinite number of isomagnetic field surfaces are shown in FIG. Here, assuming that the rotation period of the induction electric field distribution rotating in the predetermined direction is 100 MHz, a magnetic field surface of about 35.7 Gauss is a magnetic field strength surface causing ECR discharge from the equation (3). This is called an ECR plane. In this example, the ECR surface has a downward convex shape, but it may be planar or convex upward. In the present invention, it is essential to create an ECR surface in the plasma generation unit, but the shape of the ECR surface is arbitrary. This ECR surface can be moved up and down by changing the currents flowing in the upper and lower magnetic field coils 81 and 82, and the surface shape can also be convex downward, Can be convex upward.

次に、ＥＣＲ面と真空容器蓋形状のバリエーションを組み合わせるとどのような効果が発生するかについて、図１８を用いて説明する。図１８（Ａ）は図１３（Ａ）と全く同じで、磁場が無いときのプラズマの生成領域（チェック模様の領域）とその拡散方向を模式的に示したものである。この図１３（Ａ）に対してＥＣＲ面を形成したときの一例を図１８（Ｂ）に示す。ここで、まず重要なことは、（１）ＥＣＲによるプラズマ生成領域は、ＥＣＲ面に沿って存在するということである。これだけでも、磁場が無いときとＥＣＲ面を形成したときを比べると、プラズマ中のイオンとラジカルの発生領域が異なることが定性的に理解できる。次に、（２）放電の強さは、磁場が無いときは誘導電場Ｅの大きさに従って強くなるが、ＥＣＲ放電ではＥ×Ｂの大きさに従って強くなることである。さらに、（３）ＥＣＲにおいて電子は共鳴的に電界のエネルギーを吸収するので、同じ誘導電場Ｅであっても、磁場が無いときと比べてＥＣＲでは放電の強さが圧倒的に強いことである。これら（２）（３）も、磁場が無いときとＥＣＲ面を形成したときを比べると、プラズマ中のイオンとラジカルの発生領域が異なることを原理的に示している。もちろん、図１に示した実施例では、上下磁場コイル８１、８２に流す電流とヨーク８３の形状を変更することにより、ＥＣＲ面の面形状とＥＣＲ面の真空容器蓋に対する上下位置を大きく変えることができるので、磁場が無いときとＥＣＲ面を形成したときを比べると、プラズマ中のイオンとラジカルの発生領域を大幅に変更することが可能になる。   Next, what kind of effect is produced when the variations of the ECR surface and the vacuum vessel lid shape are combined will be described with reference to FIG. FIG. 18A is exactly the same as FIG. 13A, and schematically shows a plasma generation region (check pattern region) and its diffusion direction when there is no magnetic field. FIG. 18B shows an example when the ECR plane is formed with respect to FIG. Here, first of all, (1) the plasma generation region by ECR exists along the ECR plane. Even with this alone, it can be qualitatively understood that the generation region of ions and radicals in plasma is different when there is no magnetic field and when the ECR plane is formed. Next, (2) the intensity of the discharge increases according to the magnitude of the induction electric field E when there is no magnetic field, but increases according to the magnitude of E × B in the ECR discharge. Furthermore, (3) electrons in ECR resonately absorb the energy of the electric field, so even with the same induction electric field E, the discharge strength is overwhelmingly stronger in ECR than in the absence of a magnetic field. . These (2) and (3) also show in principle that the ion and radical generation regions in the plasma are different when there is no magnetic field and when the ECR plane is formed. Of course, in the embodiment shown in FIG. 1, by changing the current passed through the upper and lower magnetic field coils 81 and 82 and the shape of the yoke 83, the surface shape of the ECR surface and the vertical position of the ECR surface with respect to the vacuum vessel lid are greatly changed. Therefore, comparing the case where there is no magnetic field and the case where the ECR plane is formed, it becomes possible to significantly change the generation region of ions and radicals in the plasma.

また、ＥＣＲ面を形成することは、磁場が無いときと比べると拡散の状態も異なる。つまり、プラズマ中のイオンと電子は、荷電粒子なので、磁場に沿って拡散しやすく、磁場に垂直には拡散しにくいという特性を持つ。電子はLarmoｒ運動により磁力線に巻きついた状態で磁力線に沿って拡散する上に、イオンはプラズマの準中性条件からの要請により、電子と同じ方向に拡散するからである。しかしながら、ラジカルは中性粒子なので、その拡散に磁場の影響は無い。つまり、ＥＣＲ面を形成することは、イオンやラジカルの発生領域を変えるだけでなく、イオンやラジカルの拡散による分布形状にも影響を与えることが判る。つまり、磁場はプラズマ生成分布と拡散を制御する非常に有用な手段である。図１８（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、図１３（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）に対応した図で、絶縁体からなる真空容器蓋１２の形状をそれぞれ半球形のドーム状の真空容器蓋、台形の回転体の内側に空間を有する真空容器蓋そして有底円筒形の真空容器蓋に変更したときのプラズマの生成領域を模式的に示している。もちろん、各真空容器蓋の作る空間と表面積の大きさが異なるので、図１３を用いて説明した拡散と消滅の違いはここでも原理的に同じである。   Also, the formation of the ECR plane is different in the state of diffusion compared to when no magnetic field is present. In other words, since ions and electrons in the plasma are charged particles, they tend to diffuse along the magnetic field and hardly diffuse perpendicular to the magnetic field. This is because electrons are diffused along the magnetic field lines while being wound around the magnetic field lines by Larmor motion, and ions are diffused in the same direction as the electrons due to a request from the quasi-neutral condition of the plasma. However, since radicals are neutral particles, their diffusion is not affected by a magnetic field. That is, it can be seen that the formation of the ECR plane not only changes the ion and radical generation region, but also affects the distribution shape due to the diffusion of ions and radicals. That is, the magnetic field is a very useful means for controlling the plasma generation distribution and diffusion. 18 (C), (D), and (E) are views corresponding to FIGS. 13 (C), (D), and (E), and the shape of the vacuum container lid 12 made of an insulator is a hemispherical dome-shaped vacuum container. FIG. 2 schematically shows a plasma generation region when a lid, a vacuum vessel lid having a space inside a trapezoidal rotating body, and a bottomed cylindrical vacuum vessel lid are changed. Of course, the space created by each vacuum vessel lid and the size of the surface area are different, so the difference between diffusion and extinction described using FIG. 13 is the same in principle.

図１８でいえることがもう一つある。これは、本発明では、特許文献５に代表されるようなヘリコン波を使うとき特有の縦長の真空容器を必要としないことである。本発明では、図１８（Ｂ）に示すように横長の真空容器でも、図１８（Ｅ）に示す縦長の真空容器でも、自由に選択できる。これが可能になるのは、ヘリコン波を励起する場合には伝播してゆくヘリコン波が伝播途中で十分吸収されるように吸収長を長く取らなければならない（真空容器を長くする）のに対し、本特許ではＥＣＲ面で電場のエネルギーが吸収されるため長い吸収長が不要だからである。本発明では、誘導電場のエネルギーを吸収する空間は、ＥＣＲ面（等磁場面と電子の回転面）を形成できるだけの大きさで十分である。なぜなら、ＥＣＲ面はある方向に伝播する波ではなく、単なる共鳴面だからである。これが、ヘリコン波を用いる場合とＥＣＲ面を用いる場合の決定的な差であり、本発明がヘリコンプラズマ源に比べて十分な実用性を持つ理由である。   One more thing can be said in FIG. This is because the present invention does not require a special vertically long vacuum vessel when using a helicon wave as typified by Patent Document 5. In the present invention, either a horizontally long vacuum container as shown in FIG. 18B or a vertically long vacuum container as shown in FIG. 18E can be freely selected. This is possible because when the helicon wave is excited, the absorption length must be made long so that the propagating helicon wave is sufficiently absorbed during the propagation (lengthening the vacuum vessel), This is because in this patent, since the electric field energy is absorbed on the ECR plane, a long absorption length is unnecessary. In the present invention, the space for absorbing the energy of the induction electric field need only be large enough to form an ECR plane (equal magnetic field plane and electron rotation plane). This is because the ECR plane is not a wave propagating in a certain direction but a simple resonance plane. This is a decisive difference between using a helicon wave and using an ECR plane, and is the reason why the present invention has sufficient practicality compared to a helicon plasma source.

以上述べたように、本発明は、（１）アンテナ構造、（２）絶縁体からなる真空容器蓋１２の構造、そして（３）磁場という、プラズマの生成と拡散・消滅を調整するための仕掛けを３種類持っている。このような特徴は、従来のＩＣＰ源やＥＣＲプラズマ源、平行平板型等のプラズマ源では容易には得られなかった特長である。特に、磁場はアンテナ構造や絶縁体からなる真空容器蓋１２の形状などの装置構造を決めた後でも、上下磁場コイル８１、８２に流す電流を可変することで、プラズマの発生領域やその拡散をよりダイナミックに制御できるという特徴を持つ。   As described above, the present invention is (1) an antenna structure, (2) a structure of a vacuum vessel lid 12 made of an insulator, and (3) a mechanism for adjusting plasma generation and diffusion / extinction, which is a magnetic field. There are three types. Such a feature cannot be easily obtained with a conventional plasma source such as an ICP source, an ECR plasma source, or a parallel plate type. In particular, the magnetic field varies the current flowing through the upper and lower magnetic field coils 81 and 82 even after the device structure such as the antenna structure and the shape of the vacuum vessel lid 12 made of an insulator is determined, thereby reducing the plasma generation region and its diffusion. It has the feature that it can be controlled more dynamically.

図１４を用いて真空処理質蓋の形状の第２の例を説明する。図１４において、真空処理室蓋１２の形状以外は図１のプラズマ処理装置の構造と略同様であり、同じ箇所には同じ符号を付してあり、これらの説明は省略する。図１の真空処理室蓋１２は平板状（円盤状）の絶縁材で構成されたが、この例では、絶縁体からなる真空処理室蓋１２は、中空の半球状すなわちドーム状に形成され、図示のように円筒形の真空容器１１の頂部に気密に固定されて真空処理室１を構成する。この構成により、図１８（Ｃ）に示すように、ＥＣＲ面にプラズマ生成領域が形成される。   A second example of the shape of the vacuum processing quality lid will be described with reference to FIG. In FIG. 14, except for the shape of the vacuum processing chamber lid 12, it is substantially the same as the structure of the plasma processing apparatus of FIG. 1, and the same reference numerals are given to the same portions, and description thereof is omitted. The vacuum processing chamber lid 12 in FIG. 1 is made of a flat plate (disc-shaped) insulating material, but in this example, the vacuum processing chamber lid 12 made of an insulator is formed in a hollow hemispherical shape, that is, a dome shape, As shown in the drawing, the vacuum processing chamber 1 is configured to be airtightly fixed to the top of a cylindrical vacuum vessel 11. With this configuration, as shown in FIG. 18C, a plasma generation region is formed on the ECR plane.

図１５を用いて真空処理質蓋の形状の第３の例を説明する。図１５において、真空処理室蓋１２の形状以外は図１のプラズマ処理装置の構造と略同様であり、同じ箇所には同じ符号を付してあり、これらの説明は省略する。この例では、絶縁体からなる真空処理室蓋１２は、中空の円錐の頂部を削除し平坦な天井を形成し内側に空間を有する形状に形成され、図示のように円筒形の真空容器１１の頂部に気密に固定されて真空処理室１を構成する。この明細書においては、この真空容器蓋１２の形状を台形の回転体と呼ぶ。この構成により、図１８（Ｄ）に示すように、ＥＣＲ面にプラズマ生成領域Ｐが形成される。   A third example of the shape of the vacuum processing quality lid will be described with reference to FIG. In FIG. 15, the structure of the plasma processing apparatus of FIG. 1 is substantially the same except for the shape of the vacuum processing chamber lid 12, and the same reference numerals are given to the same portions, and description thereof is omitted. In this example, the vacuum processing chamber lid 12 made of an insulator is formed in a shape having a hollow ceiling, forming a flat ceiling and having a space inside, and as shown in FIG. The vacuum processing chamber 1 is configured to be hermetically fixed to the top. In this specification, the shape of the vacuum vessel lid 12 is referred to as a trapezoidal rotating body. With this configuration, as shown in FIG. 18D, a plasma generation region P is formed on the ECR plane.

図１６を用いて真空処理質蓋の形状の第４の例を説明する。図１６において、真空処理室蓋１２の形状以外は図１のプラズマ処理装置の構造と略同様であり、同じ箇所には同じ符号を付してあり、これらの説明は省略する。この例では、絶縁体からなる真空処理室蓋１２は、底を有する円筒として内側に空間を有する形状に形成され、図示のように底が上となるように円筒形の真空容器１１の頂部に気密に固定されて真空処理室１を構成する。この明細書においては、この真空容器蓋１２の形状を有底円筒形と呼ぶ。この構成により、図１８（Ｅ）に示すように、ＥＣＲ面にプラズマ生成領域Ｐが形成される。   A fourth example of the shape of the vacuum processing quality lid will be described with reference to FIG. In FIG. 16, except the shape of the vacuum processing chamber lid 12, it is substantially the same as the structure of the plasma processing apparatus of FIG. 1, and the same code | symbol is attached | subjected to the same location and these description is abbreviate | omitted. In this example, the vacuum processing chamber lid 12 made of an insulator is formed in a shape having a space inside as a cylinder having a bottom, and is placed on the top of the cylindrical vacuum vessel 11 so that the bottom is up as shown in the figure. The vacuum processing chamber 1 is configured to be hermetically fixed. In this specification, the shape of the vacuum vessel lid 12 is referred to as a bottomed cylindrical shape. With this configuration, a plasma generation region P is formed on the ECR plane as shown in FIG.

これらの例では、いずれもその機能は図１に示した実施例と同じである。異なる点は、それぞれのプラズマ源が生成するプラズマのイオンやラジカルの分布制御の範囲（生成領域と拡散・消滅の程度）が異なることである。これらのプラズマ源の選択は、本発明をどのようなプロセスに適用するかで選択するべきである。   In these examples, the function is the same as that of the embodiment shown in FIG. The difference is that the ranges of plasma ion and radical distribution control (the generation region and the extent of diffusion / extinction) generated by each plasma source are different. The selection of these plasma sources should be selected according to the process to which the present invention is applied.

以下、高周波誘導アンテナの形状などについて説明する。図１（図２）では、４分割された高周波誘導アンテナ７が、一つの円周上に配置されている。この“一つの円周上”という構成も、前記必要十分条件の１点目の内容を実現するための必須構成ではない。例えば、大小二つの円周を考え、平板状絶縁体１２の内周と外周、あるいは上下や斜めにも４分割された高周波誘導アンテナが配置されたとしても、前記必要十分条件の1点目の内容を実現できる。つまり、前記必要十分条件の１点目の内容を実現できるならば、円周の数やそれらの配置は自由に構成できる。   Hereinafter, the shape of the high frequency induction antenna will be described. In FIG. 1 (FIG. 2), the high-frequency induction antenna 7 divided into four is arranged on one circumference. This “one circle” configuration is not an essential configuration for realizing the first content of the necessary and sufficient conditions. For example, considering two large and small circumferences, even if a high-frequency induction antenna divided into four parts in the inner and outer circumferences of the flat insulator 12 or vertically and diagonally is arranged, the first point of the necessary and sufficient conditions The contents can be realized. That is, if the first content of the necessary and sufficient conditions can be realized, the number of circumferences and their arrangement can be freely configured.

図１（図２）では、円を４分割した円弧状の高周波誘導アンテナ要素７−１、７−２、７−３、７−４が、一つの円周上に配置されている。この“４分割”という構成も、前記必要十分条件の１点目の内容を実現するための必須構成ではない。高周波誘導アンテナの分割数は、ｎ≧２を満たす整数ｎを考えればよい。ｎ本の円弧状アンテナ（高周波誘導アンテナ要素）を用いて一つの円周の高周波誘導アンテナ７を構成することもできる。さらに、図１では、高周波に流れる電流の位相制御により、磁力線方向に対して右回転する誘導電場Ｅを形成する方法を示したが、これは、ｎ≧３では確実に形成できる。ｎ＝２の場合は特殊であり、例えば、２個の半円状のアンテナを用いて一つの円周を形成し、それぞれに（３６０°）／（２個のアンテナ）＝（１８０°）の位相差をつけて電流を流すことを意味する。この場合、単に電流を流すだけでは、誘導電場Ｅは右回転も左回転もすることができ、前記必要十分条件の１点目の内容を満たさないように見える。しかしながら、本発明の必要十分条件を満たす磁場を印加すると、電子はLarmoｒ運動により自発的に右回転を行うため、結果として誘導電場Ｅも右回転する。したがって、本発明における高周波誘導アンテナの分割数は、前記のとおり、ｎ≧２を満たす整数ｎを考えればよい。このことは、図１１で詳細に説明している。   In FIG. 1 (FIG. 2), arc-shaped high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3 and 7-4 obtained by dividing a circle into four are arranged on one circumference. This “four-divided” configuration is not an indispensable configuration for realizing the first content of the necessary and sufficient conditions. The number of divisions of the high frequency induction antenna may be an integer n satisfying n ≧ 2. One circular high-frequency induction antenna 7 can also be configured using n arc-shaped antennas (high-frequency induction antenna elements). Further, FIG. 1 shows a method of forming the induction electric field E that rotates clockwise with respect to the direction of the magnetic field lines by controlling the phase of the current that flows at a high frequency, but this can be reliably formed when n ≧ 3. The case where n = 2 is special. For example, one semicircle is formed using two semicircular antennas, and (360 °) / (two antennas) = (180 °) respectively. It means that a current is applied with a phase difference. In this case, the induction electric field E can be rotated clockwise or counterclockwise by simply passing an electric current, and does not seem to satisfy the contents of the first point of the necessary and sufficient conditions. However, when a magnetic field satisfying the necessary and sufficient conditions of the present invention is applied, the electrons spontaneously rotate to the right due to the Larmor motion, and as a result, the induction electric field E also rotates to the right. Accordingly, the number of divisions of the high frequency induction antenna in the present invention may be an integer n satisfying n ≧ 2, as described above. This is explained in detail in FIG.

図１（図２）では、円を４分割した円弧状の高周波誘導アンテナ要素７−１、７−２、７−３、７−４が、一つの円周上に配置されている。この“円周上の配置”も、前記必要十分条件の１点目の内容を実現するための必須構成ではない。例えば、直線状の４本の高周波誘導アンテナ要素を用いて矩形に配置しても、前記必要十分条件の１点目の内容を実現できる。当然、ｎ≧２を満たすｎ本の直線状の高周波誘導アンテナ要素を用いてｎ角形（ｎ＝２の場合は、ある程度距離を離して対向させればよい）の高周波誘導アンテナ7を構成することもできる。   In FIG. 1 (FIG. 2), arc-shaped high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3 and 7-4 obtained by dividing a circle into four are arranged on one circumference. This “circumferential arrangement” is not an essential component for realizing the first content of the necessary and sufficient conditions. For example, the first content of the necessary and sufficient conditions can be realized even if four linear high frequency induction antenna elements are used and arranged in a rectangle. Naturally, the n-shaped high-frequency induction antenna 7 satisfying n ≧ 2 is configured by using n linear high-frequency induction antenna elements (when n = 2, it may be opposed to some distance). You can also.

図１（図２）では、円を４分割した円弧状の高周波誘導アンテナ要素７−１，７−２、６−３．７−４の給電端Ａと接地端Ｂが、一つの円周上にＡＢＡＢＡＢＡＢと点対称になるように配置されている。この“給電端と接地端が点対称になるように配置すること”も、前記必要十分条件の１点目の内容を実現するための必須構成ではない。給電端Ａと接地端Ｂは、自由に配置できる。図２と対応するこの実施例を図６に示す。図６では、一例として、高周波誘導アンテナ要素７−１の給電端Ａと接地端Ｂの位置を反転させ、高周波電流Ｉ１の向きを反転させたものである。しかしながら、この場合では、高周波誘導アンテナ要素７−１に流れる高周波電流Ｉ１の位相を図２に示した位相から反転させる（例えば、３λ／２遅延させる）ことにより、図５に示した回転する誘導電場Ｅを作り出すことができる。このことから判るのは、給電端Ａと接地端Ｂの位置を反転させることは、位相を反転：つまりλ／２遅延させることと等しいことである。 In FIG. 1 (FIG. 2), the feeding end A and the grounding end B of the arc-shaped high-frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 6-3.7-4 obtained by dividing a circle into four parts are on one circle. Are arranged so as to be point-symmetric with ABABABAB. This “arrangement so that the power supply end and the ground end are point-symmetric” is not an indispensable configuration for realizing the first point of the necessary and sufficient conditions. The feeding end A and the grounding end B can be freely arranged. This embodiment corresponding to FIG. 2 is shown in FIG. In Figure 6, as an example, the feeding end A of the high frequency induction antenna elements 7-1 to reverse the position of the ground terminal B, and one obtained by reversing the direction of the high frequency current I 1. However, in this case, the phase shown in FIG. 5 is rotated by reversing the phase of the high-frequency current I 1 flowing through the high-frequency induction antenna element 7-1 from the phase shown in FIG. 2 (for example, by delaying by 3λ / 2). An induction electric field E can be created. From this, it can be seen that inverting the positions of the feeding end A and the grounding end B is equivalent to inverting the phase, that is, delaying λ / 2.

これを利用すると、図２の構成はさらに簡略化でき、これを図７に示す。図７の構成は、図２においてＩ１とＩ３、Ｉ２とＩ４がそれぞれλ／２遅延、つまり反転していることを利用したもので、Ｉ１とＩ３、Ｉ２とＩ４にそれぞれ同相の電流を流すが、Ｉ３とＩ４の給電端Ａと接地端Ｂを反転させた構成である。しかもＩ１とＩ３、Ｉ２とＩ４の間にλ／４遅延６−２を入れているので、図２と同じ回転する誘導電場Ｅ（図５に示したもの）を形成できる。以上のように、高周波誘導アンテナの構成と位相制御を組み合わせると、多くのバリエーションを作ることができる。しかし、これらのバリエーションは工学的設計に過ぎず、前記必要十分条件の一点目の内容を満たすように構成した場合、全て本発明の一実施例となる。 If this is utilized, the structure of FIG. 2 can further be simplified and this is shown in FIG. Arrangement of Figure 7, utilizes the fact that I 1 and I 3, I 2 and I 4 are each lambda / 2 delay, i.e. the inversion in FIG. 2, I 1 and I 3, I 2 and I 4 In this configuration, currents of the same phase are passed through the power supply terminals A and grounding terminals B of I 3 and I 4 , respectively. In addition, since the λ / 4 delay 6-2 is inserted between I 1 and I 3 , and I 2 and I 4 , the same induction electric field E (shown in FIG. 5) as that in FIG. 2 can be formed. As described above, many variations can be made by combining the configuration of the high-frequency induction antenna and the phase control. However, these variations are merely engineering designs, and all of the variations are examples of the present invention when configured to satisfy the first content of the necessary and sufficient conditions.

図1では、電源出力部にある整合器と高周波誘導アンテナ要素７−１〜７−４の間に位相遅延回路が設けられている。この“整合器と高周波誘導アンテナ要素７−１〜７−４の間に位相遅延回路が設けられていること”も、前記必要十分条件の１点目の内容を実現するための必須構成ではない。前記必要十分条件の１点目の内容を満たすためには、高周波誘導アンテナに、図５に示した回転する誘導電場Ｅを形成するように電流を流すことだけである。ここで、図２と同じように図５に示した回転する誘導電場Ｅを形成するが、異なる構成の実施例を図８に示す。図８の構成は、高周波誘導アンテナ要素７−１〜７−４と同じ数の高周波電源５１−１〜５１−４により、高周波誘導アンテナ要素７−１〜７−４に電流を流すものだが、一つの発信器５４の出力に、遅延手段なしおよびλ／４遅延手段６−２およびλ／２遅延手段６−３ならびに３λ／４遅延手段６−４をそれぞれ介して高周波電源５１−１〜５１−４、整合器５２−１〜５２−４を接続し、それぞれ必要な位相遅延を行うというものである。このように高周波電源５１を増やすことで、整合回路５３が増えるが、高周波電源単体の電力量を小さくでき、高周波電源の信頼性を上げることが可能になる。また、各アンテナに供給する電力を微調整することにより、周方向のプラズマの均一性を制御することができる。   In FIG. 1, a phase delay circuit is provided between the matching unit in the power output unit and the high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4. The fact that “a phase delay circuit is provided between the matching unit and the high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4” is not an essential configuration for realizing the first content of the necessary and sufficient conditions. . In order to satisfy the first content of the necessary and sufficient condition, it is only necessary to pass a current through the high frequency induction antenna so as to form the rotating induction electric field E shown in FIG. Here, the rotating induction electric field E shown in FIG. 5 is formed in the same manner as in FIG. 2, but an example of a different configuration is shown in FIG. The configuration of FIG. 8 is such that a current is supplied to the high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4 by the same number of high frequency power sources 51-1 to 51-4 as the high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4. The output of one transmitter 54 is supplied with high-frequency power sources 51-1 to 51-51 via no delay means and λ / 4 delay means 6-2, λ / 2 delay means 6-3 and 3λ / 4 delay means 6-4, respectively. -4, matchers 52-1 to 52-4 are connected to perform necessary phase delays. By increasing the number of high-frequency power sources 51 in this manner, the number of matching circuits 53 increases, but the amount of power of the single high-frequency power source can be reduced and the reliability of the high-frequency power source can be increased. Further, by finely adjusting the power supplied to each antenna, the plasma uniformity in the circumferential direction can be controlled.

このような電源構成と高周波誘導アンテナ構成のバリエーションはこれ一つに限らない。例えば、図２と図８に示した構成を応用すると、図２と同じように図５に示した回転する誘導電場Ｅを形成するが、さらに異なる構成を作ることができる。この一実施例を図９に示す。図９の実施例は、発信器５４に接続された高周波電源５１−１とλ／２遅延手段６−３を介して接続された高周波電源５１−２の二台の高周波電源から互いにλ／２遅延した高周波を給電点５３−１、５３−２に出力し、これらの出力と高周波誘導アンテナ要素７−２、７−４の間でさらにλ／４遅延手段６−２を介して必要な遅延を行うものである。   Such variations of the power supply configuration and the high frequency induction antenna configuration are not limited to this. For example, when the configurations shown in FIGS. 2 and 8 are applied, the rotating induction electric field E shown in FIG. 5 is formed in the same manner as in FIG. 2, but a different configuration can be made. An example of this is shown in FIG. In the embodiment of FIG. 9, the high frequency power source 51-1 connected to the transmitter 54 and the high frequency power source 51-2 connected via the λ / 2 delay means 6-3 are mutually connected to each other at λ / 2. The delayed high frequency is output to the feeding points 53-1 and 53-2, and the necessary delay between these outputs and the high frequency induction antenna elements 7-2 and 7-4 via the λ / 4 delay means 6-2. Is to do.

次の実施例は、図９と図７の実施例を組み合わせたもので、これを図１０に示す。図１０では、図９と同じ発信器５４に接続された二台の高周波電源５１−１、５１−２を用いるが、その位相は発信器５４の出力部で一方の高周波電源５１−３側にλ／４遅延手段６−２を挿入して位相をλ／４ずらすとともに、高周波誘導アンテナ要素７−１、７−２は給電端Ａと接地端Ｂを図９と同様に設定し、高周波誘導アンテナ要素７−３、７−４は給電端Ａと接地端Ｂを図７と同様に高周波誘導アンテナ要素７−１、７−２と逆方向に（反転させて）設定したものである。この出力の位相の基準をＩ１の位相とすると、Ｉ１とI３は同相の電流となるが、Ｉ３の向き（給電端Ａと接地端Ｂ）が図２と比べて反転しているため、Ｉ１とＩ３が形成する誘導電場Ｅは図２と同じになる。また、Ｉ２とＩ４はＩ１と比べて位相がλ／４遅れており、Ｉ２とＩ４も同相の電流となるが、Ｉ４の向き（給電端Ａと接地端Ｂ）が図２と比べて反転しているため、Ｉ２とＩ４が形成する誘導電場Ｅは図２と同じになる。結果として、図１０に示した実施例は、図２とは構成が異なるが、図２と同じ誘導電場Ｅを形成する。 The next embodiment is a combination of the embodiments of FIGS. 9 and 7 and is shown in FIG. In FIG. 10, two high frequency power supplies 51-1 and 51-2 connected to the same transmitter 54 as in FIG. 9 are used, but the phase is on the one high frequency power supply 51-3 side at the output part of the transmitter 54. The λ / 4 delay means 6-2 is inserted to shift the phase by λ / 4, and the high frequency induction antenna elements 7-1 and 7-2 set the feeding end A and the ground end B in the same manner as in FIG. In the antenna elements 7-3 and 7-4, the feeding end A and the grounding end B are set in the opposite direction (inverted) from the high frequency induction antenna elements 7-1 and 7-2 in the same manner as in FIG. When the phase reference of the output to the phase I 1, I 1 and I 3 are in phase current, the direction of I 3 (feeding end A and the ground terminal B) is inverted as compared with FIG. 2 Therefore, the induction electric field E formed by I 1 and I 3 is the same as in FIG. In addition, I 2 and I 4 are delayed in phase by λ / 4 compared to I 1, and I 2 and I 4 also have the same phase current, but the direction of I 4 (feeding end A and grounding end B) is illustrated in FIG. 2, the induction electric field E formed by I 2 and I 4 is the same as in FIG. As a result, the embodiment shown in FIG. 10 forms the same induction electric field E as FIG.

すなわち、この実施例は、試料を収容し得る真空処理室を構成する真空容器と、前記真空処理室に処理ガスを導入するガス導入口と、前記真空処理室外に設けられた高周波誘導アンテナと、前記真空処理室内に磁場を形成する磁場コイルと、前記高周波誘導アンテナに高周波電流を供給するプラズマ生成用高周波電源と、前記磁場コイルに電力を供給する電源とを備え、前記高周波誘導アンテナに前記高周波電源から高周波電流を供給し、真空処理室内に供給されるガスをプラズマ化して試料をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、特に、前記高周波誘導アンテナをｍ（ｍは正の偶数）個の高周波誘導アンテナ要素に分割し、分割されたそれぞれの高周波誘導アンテナ要素を円周上に縦列に並べ、縦列に配置された前記高周波誘導アンテナ要素に、ｍ／２個の各高周波電源よりあらかじめλ（高周波電源の波長）／ｍずつ遅延させた高周波電流を、１番目の高周波誘導アンテナ要素からｍ／２番目までの高周波誘導アンテナ要素まで順次高周波誘導アンテナ要素に供給し、さらに、ｍ／２＋１番目の高周波誘導アンテナ要素からｍ番目までの高周波誘導アンテナ要素までは順次その高周波誘導アンテナ要素が対向する１番目からｍ／２番目までの高周波誘導アンテナ要素と同じ位相の高周波電流を供給するが、前記高周波誘導アンテナ要素を流れる電流の向きが逆になるように該高周波誘導アンテナ要素を構成し、一定方向に回転する電場を形成して試料をプラズマ処理するように構成することにより、前記磁場コイルに電力を供給して形成した磁場の磁力線方向に対して右回りに順に遅らせて流し、特定方向に回転する電場を形成してプラズマを発生させて試料をプラズマ処理するように構成したものである。   That is, in this embodiment, a vacuum vessel constituting a vacuum processing chamber capable of accommodating a sample, a gas introduction port for introducing a processing gas into the vacuum processing chamber, a high-frequency induction antenna provided outside the vacuum processing chamber, A magnetic field coil for forming a magnetic field in the vacuum processing chamber; a plasma generating high frequency power source for supplying a high frequency current to the high frequency induction antenna; and a power source for supplying power to the magnetic field coil; In a plasma processing apparatus for supplying a high-frequency current from a power source and converting a gas supplied into a vacuum processing chamber into a plasma to process a sample, in particular, the high-frequency induction antenna includes m (m is a positive even number) high-frequency induction antennas. The high frequency induction antenna elements are divided into elements, and the divided high frequency induction antenna elements are arranged in a column on the circumference. High frequency currents delayed by λ (wavelength of high frequency power supply) / m in advance from each m / 2 high frequency power supply to the tena element from the first high frequency induction antenna element to the m / 2 high frequency induction antenna elements Sequentially supplied to the high-frequency induction antenna element, and further, from the m / 2 + 1th high-frequency induction antenna element to the m-th high-frequency induction antenna element, the first to m / 2th high-frequency elements that are sequentially opposed to the high-frequency induction antenna element A high-frequency current having the same phase as that of the induction antenna element is supplied, but the high-frequency induction antenna element is configured so that the direction of the current flowing through the high-frequency induction antenna element is reversed, and an electric field that rotates in a certain direction is formed. Is configured so as to be plasma-treated, so that electric power is supplied to the magnetic field coil and a magnetic field formed by supplying power to the magnetic field coil The sample is plasma-processed by generating an electric field rotating in a specific direction and generating an electric field that rotates in a specific direction.

以上より、図２、図６、図７、図８、図９、図１０は全て構成が異なっているが、図５に示したように、磁力線方向に対して右回転する同じ誘導電場分布Ｅを形成する。全て、前述の必要十分条件の１点目の内容を満たすバリエーションである。   2, 6, 7, 8, 9, and 10 are all different in configuration, but as shown in FIG. 5, the same induction electric field distribution E that rotates to the right with respect to the direction of the magnetic field is shown. Form. All of these variations satisfy the first content of the above-mentioned necessary and sufficient conditions.

前述したように、高周波誘導アンテナの分割数ｎがｎ＝２の場合、前述の必要十分条件の２点目の内容を満たす磁場Ｂを印加することにより、高周波誘導アンテナが形成する誘導電場Ｅは磁力線の方向に対して右回転する。この実施例では、二つの高周波誘導アンテナ要素には、λ／２位相がずれた高周波を給電する。この実施例の基本構成を図１１に示す。図１１の構成では、アンテナ要素７−１の給電端Ａと接地端Ｂとアンテナ要素７−２の給電端Ａと接地端ＢとがＡＢＡＢと周方向に点対称で並ぶように構成されるとともに、発信器５４の二つの出力は、一方が高周波電源５１−１および整合器５２−１を介して、高周波誘導アンテナ要素７−１の給電端Ａの給電点５３−１に接続され、他方がλ／２遅延手段６−３と高周波電源５１−２および整合器５２−２を介して、高周波誘導アンテナ要素７−２の給電端Ａの給電点５３−２に接続されている。   As described above, when the division number n of the high frequency induction antenna is n = 2, the induction electric field E formed by the high frequency induction antenna is obtained by applying the magnetic field B that satisfies the content of the second point of the necessary and sufficient conditions described above. Turn right with respect to the direction of the magnetic field lines. In this embodiment, the two high-frequency induction antenna elements are fed with high-frequency waves that are shifted in phase by λ / 2. FIG. 11 shows the basic configuration of this embodiment. In the configuration of FIG. 11, the feeding end A and the grounding end B of the antenna element 7-1 and the feeding end A and the grounding end B of the antenna element 7-2 are configured to be aligned symmetrically with ABAB in the circumferential direction. One of the two outputs of the transmitter 54 is connected to the feeding point 53-1 of the feeding end A of the high frequency induction antenna element 7-1 through the high frequency power source 51-1 and the matching unit 52-1, and the other is connected. It is connected to the feed point 53-2 at the feed end A of the high frequency induction antenna element 7-2 via the λ / 2 delay means 6-3, the high frequency power source 51-2 and the matching unit 52-2.

したがって、図１１に書いたように、各高周波誘導アンテナ要素の電流の方向はＩ１とＩ２に矢印で示した方向である。ところが、各高周波誘導アンテナの要素７−１と７−２には、位相が逆転した（λ／２位相がずれた）電流が流れるため、結果として、各高周波誘導アンテナ要素７−１、７−２に流れる高周波電流は図面に対して、位相の半周期毎に、上向きまたは下向きのどちらかになる。したがって、図１１の形成する誘導電場Ｅは、図５と同じ二つのピークをもつことになる。ただこれだけでは、誘導電場Ｅに駆動された電子は、右回転も左回転も可能になる。しかし、これに前記必要十分条件を満たす磁場Ｂ（紙面の表面から裏面へ向かう磁力線の磁場）を印加すると、右回りの電子はＥＣＲ現象により共鳴的に高周波のエネルギーを受け取って高効率に雪崩的電離を起こすが、左回りの電子は共鳴的に高周波のエネルギーを受け取れないので電離効率は悪いものとなる。結果として、プラズマの発生は右回りの電子によって主体的に行われるようになり、効率よく高周波のエネルギーを受け取って高速度まで加速された電子が残ることになる。この時、プラズマの中を流れる電流成分は低速の左回りの電子と、高速の右回りの電子が主な成分になるが、当然、高速に達した右回りの電子による電流が支配的になり、（１）式および（２）式から判るように誘導電場Ｅは右に回る。このことは、μ波やＵＨＦ、ＶＨＦを用いた従来のＥＣＲプラズマ源において、特に電界を特定方向に回転させなくてもＥＣＲ放電が生じることと同じである。 Thus, as written in Figure 11, the direction of current of each high-frequency induction antenna element is a direction indicated by an arrow in I 1 and I2. However, since currents with reversed phases (λ / 2 phase shifted) flow through the elements 7-1 and 7-2 of each high-frequency induction antenna, as a result, the high-frequency induction antenna elements 7-1 and 7- The high-frequency current flowing in 2 is either upward or downward with respect to the drawing every half cycle of the phase. Therefore, the induction electric field E formed in FIG. 11 has the same two peaks as in FIG. However, with this alone, the electrons driven by the induction electric field E can be rotated clockwise or counterclockwise. However, when a magnetic field B (a magnetic field line of magnetic force directed from the front surface to the back surface) satisfying the above-mentioned necessary and sufficient conditions is applied to this, clockwise electrons receive high-frequency energy resonantly due to the ECR phenomenon, and avalanche is highly efficient. Although ionization occurs, the counterclockwise electrons cannot receive high-frequency energy resonantly, so the ionization efficiency is poor. As a result, the plasma is generated mainly by the clockwise electrons, and the electrons accelerated to a high speed by receiving high-frequency energy efficiently remain. At this time, the current component flowing in the plasma is mainly composed of low-speed counterclockwise electrons and high-speed clockwise electrons, but naturally the current due to the high-speed clockwise electrons becomes dominant. The induction electric field E turns to the right as can be seen from the equations (1) and (2). This is the same as the conventional ECR plasma source using μ wave, UHF, or VHF, in which ECR discharge is generated without rotating the electric field in a specific direction.

この図１１に対して、図６（あるいは、図７、図１０）の効果を入れると、図１２のように、簡単な構成でＥＣＲ現象を起こすことができる。図１２では、位相を反転させた高周波を供給せず、それぞれの高周波誘導アンテナ要素に同相の高周波を供給するが、それぞれの高周波誘導アンテナ要素の給電端Ａと接地端Ｂを同じにすることで電流の向きが反転するため、図１１と同じ効果を得ることができる。ただし、高周波誘導アンテナの分割数ｎがｎ＝２の場合、二つの高周波誘導アンテナ要素に流れる電流が同時にゼロになる場合が存在するため、例外的に誘導電場ＥがＥ＝０となる瞬間が存在する。高周波誘導アンテナの分割数ｎがｎ≧３の場合、それぞれの場合に応じた図３と同じ図を作成すれば明らかなように、常に二つ以上の高周波誘導アンテナ要素に電流が流れるため、誘導電場ＥがＥ＝０となる瞬間は存在しない。   If the effect of FIG. 6 (or FIGS. 7 and 10) is added to FIG. 11, the ECR phenomenon can be caused with a simple configuration as shown in FIG. In FIG. 12, high-frequency inversion is not supplied, and high-frequency in-phase is supplied to each high-frequency induction antenna element, but the feeding end A and ground end B of each high-frequency induction antenna element are the same. Since the direction of the current is reversed, the same effect as in FIG. 11 can be obtained. However, when the division number n of the high-frequency induction antenna is n = 2, the current flowing through the two high-frequency induction antenna elements may be zero at the same time, so there is an exceptional moment when the induction electric field E becomes E = 0. Exists. When the number n of divisions of the high frequency induction antenna is n ≧ 3, it is obvious that a current always flows through two or more high frequency induction antenna elements as shown in FIG. 3 corresponding to each case. There is no moment when the electric field E becomes E = 0.

互いに等間隔にアンテナの中心から放射状に配置された少なくとも３本の直線状導体からなり、該直線状導体の各々は一端接地された他端がＲＦ高周波電源に接続されることが示されている（例えば、特許文献６参照）。この特許文献６図３（Ｃ）（Ｅ）には、（ａ）アンテナは真空中に導入されており、（ｂ）また、アンテナは直線状導体から構成されており、（ｃ）さらに、該直線状導体が絶縁被覆されており、（ｄ）磁場を印加する構成が開示されている。これらの構成は、本発明の図１２であるｎ＝２の構成と良く似ている。特許文献６の構成の目的は、真空中に導入したアンテナに大電力を安定に投入して高密度のプラズマを生成し、磁場によりその拡散を制御して均一な分布を得るということである。しかしこの構成は、本特許と比べると致命的な欠陥がある。この基本原因は、真空中にアンテナが導入されていることである。この文献で述べられているとおり、真空中に導体アンテナを導入すると異常放電などにより安定したプラズマを生成することが困難である。このことは、非特許文献３文献にも記された事実である。このために特許文献６の発明では、アンテナを安定してプラズマから絶縁被覆するために直線状導体としている。ところが、このアンテナはプラズマと誘導結合するばかりではなく、容量結合もする。つまり、アンテナ導体とプラズマは、絶縁被覆の静電容量によって繋がっており、絶縁被覆のプラズマ側表面には高周波電圧によるセルフバイアス電圧が発生し、絶縁被覆表面は常にプラズマのイオンによってスパッタされる。これにより、問題が発生する。まず、絶縁被覆がスパッタされることにより、プラズマ処理をする半導体ウェハは、絶縁被覆の原料物質に汚染される、あるいは、絶縁被覆がスパッタによって異物となり半導体ウェハの上に乗り、正常なプラズマ処理ができなくなる。次の問題は、絶縁被覆が時間経過に従って薄くなり、絶縁被覆部の静電容量の増加とともにアンテナ導体とプラズマ間の容量結合が強くなっていくことである。これにより、まず、容量結合により生成されるプラズマの特性が時間とともに変化し、一定の特性のプラズマが発生できなくなる。つまりプラズマ特性の経時変化が発生する。さらに、絶縁被服が薄くなって容量結合が強くなると、より高いセルフバイアス電圧が発生し、絶縁被覆は加速度的に消耗し、異物発生や汚染も加速的に増加する。最終的には、もっとも弱い絶縁被覆部が破れ、アンテナ導体が直接プラズマと接触し、異常放電を起こしてプラズマ処理を続けられなくなる。当然、アンテナの寿命は有限である。つまり、特許文献６の発明の構成は、産業用には適さない。使い始めは良くても、使っているうちに特性がどんどん劣化して使えなくなる上に、アンテナは消耗品として交換する必要があり時間もコストもかかる装置となってしまう。これに対して、本特許の構成は絶縁体蓋１２の大気側にあり、その寿命は半永久的で、消耗品として交換する時間もコストもかからない。さらに、図１に示したように、アンテナとプラズマの間にはファラデーシールドがあり、アンテナとプラズマ間の容量結合を遮断できる。従って、絶縁体蓋１２がイオンでスパッタされて半導体ウェハの汚染や異物発生は無い上に、絶縁体蓋１２がスパッタで薄くなって使えなくなることも無い。さらに本発明と特許文献６の発明との違いは、特許文献６の発明は回転する誘導電場を作り出すことも、この回転誘導電場と磁場によってＥＣＲを起こすことも、両方とも意図されていないことである。   It is shown that it comprises at least three linear conductors arranged radially from the center of the antenna at equal intervals, and each of the linear conductors is grounded at one end and connected to the RF high frequency power source. (For example, refer to Patent Document 6). 3 (C) and (E) of this Patent Document 6, (a) the antenna is introduced in a vacuum, (b) the antenna is composed of a linear conductor, (c) A configuration in which a linear conductor is covered with an insulation and (d) a magnetic field is applied is disclosed. These configurations are very similar to the configuration of n = 2 shown in FIG. 12 of the present invention. The purpose of the configuration of Patent Document 6 is to stably apply a large electric power to an antenna introduced in a vacuum to generate high-density plasma, and to control the diffusion by a magnetic field to obtain a uniform distribution. However, this configuration has a fatal defect compared to this patent. The basic cause is that the antenna is introduced in a vacuum. As described in this document, when a conductive antenna is introduced into a vacuum, it is difficult to generate stable plasma due to abnormal discharge or the like. This is a fact described in Non-Patent Document 3. For this reason, in the invention of Patent Document 6, a linear conductor is used to stably insulate the antenna from plasma. However, this antenna is not only inductively coupled with plasma but also capacitively coupled. That is, the antenna conductor and the plasma are connected by the capacitance of the insulating coating, and a self-bias voltage due to a high frequency voltage is generated on the plasma side surface of the insulating coating, and the insulating coating surface is always sputtered by plasma ions. This creates a problem. First, when the insulating coating is sputtered, the semiconductor wafer subjected to plasma processing is contaminated with the raw material of the insulating coating, or the insulating coating becomes a foreign matter by sputtering and gets on the semiconductor wafer, and normal plasma processing is performed. become unable. The next problem is that the insulation coating becomes thinner with time, and the capacitive coupling between the antenna conductor and the plasma becomes stronger as the capacitance of the insulation coating increases. Thereby, first, the characteristics of the plasma generated by capacitive coupling change with time, and it becomes impossible to generate plasma with a certain characteristic. That is, a change in plasma characteristics with time occurs. Furthermore, when the insulation jacket becomes thinner and capacitive coupling becomes stronger, a higher self-bias voltage is generated, the insulation coating is consumed at an accelerated rate, and foreign matter generation and contamination are also increased at an accelerated rate. Eventually, the weakest insulation coating is broken, the antenna conductor comes into direct contact with the plasma, causes abnormal discharge, and the plasma treatment cannot be continued. Of course, the lifetime of the antenna is finite. That is, the configuration of the invention of Patent Document 6 is not suitable for industrial use. Even if it is good to start using, the characteristics will deteriorate over time and it will become unusable, and the antenna will need to be replaced as a consumable part, which will be a time consuming and costly device. On the other hand, the configuration of this patent is on the atmosphere side of the insulator lid 12, and its lifetime is semi-permanent, and it does not take time and cost to replace it as a consumable. Furthermore, as shown in FIG. 1, there is a Faraday shield between the antenna and the plasma, and the capacitive coupling between the antenna and the plasma can be cut off. Therefore, the insulator lid 12 is sputtered with ions so that the semiconductor wafer is not contaminated or foreign matter is generated, and the insulator lid 12 is not sputtered to become unusable. Furthermore, the difference between the present invention and the invention of Patent Document 6 is that the invention of Patent Document 6 is not intended to create a rotating induction electric field, nor to cause ECR by this rotating induction electric field and magnetic field. is there.

図１においては、磁場の構成要件として、二つの電磁石である上コイル８１と下コイル８２およびヨーク８３を示している。しかし、本発明にとって必須であることは、前記必要十分条件を満たす磁場を実現することだけであり、ヨーク８３も、二個の電磁石も必須の構成ではない。例えば、上コイル８１（あるいは下コイル８２）だけであっても、前記必要十分条件を満たせばよい。磁場の発生手段としては、電磁石でも固定磁石も良く、さらに、電磁石と固定磁石の組み合わせでも良い。   In FIG. 1, the upper coil 81, the lower coil 82, and the yoke 83 which are two electromagnets are shown as constituent elements of the magnetic field. However, what is essential for the present invention is to realize a magnetic field that satisfies the necessary and sufficient conditions, and neither the yoke 83 nor the two electromagnets are essential. For example, even the upper coil 81 (or the lower coil 82) only needs to satisfy the necessary and sufficient conditions. The magnetic field generating means may be an electromagnet or a fixed magnet, and may be a combination of an electromagnet and a fixed magnet.

図１においては、ファラデーシールド９を示している。このファラデーシールドは本来高周波を放射するアンテナとプラズマの間の容量結合を抑制する機能があるため、容量結合型のＥＣＲプラズマ源では用いることはできない（例えば特許文献５）。本発明では、通常のＩＣＰ源と同様、ファラデーシールドを用いることができる。しかし、本発明にとって“ファラデーシールド”は必須の構成ではない。前記必要十分条件とは関係ないからである。ただし、通常のＩＣＰ源と同様、産業での利用上、ファラデーシールドは有用性がある。ファラデーシールドは、アンテナから放射される誘導磁場Ｈ（すなわち、誘導電場Ｅ）にはほとんど影響を与えず、アンテナとプラズマの容量結合を遮断する働きがあるからである。この遮断をより完全にするためには、ファラデーシールドは接地されるべきである。通常、ＩＣＰ源では、上記容量結合を遮断するとプラズマの着火性が更に悪くなる。しかし、本発明では、誘導結合で生じた誘導電場Ｅによる高効率なＥＣＲ加熱を利用するため、上記容量結合を完全に遮断しても良好な着火性が得られる。しかし、種々の理由により、このファラデーシールドに電気回路を接続し、ファラデーシールドに発生する高周波電圧を０Ｖもしくは０Ｖ以上に制御することも可能である。   In FIG. 1, the Faraday shield 9 is shown. Since this Faraday shield originally has a function of suppressing capacitive coupling between an antenna that radiates high frequency and plasma, it cannot be used in a capacitively coupled ECR plasma source (for example, Patent Document 5). In the present invention, a Faraday shield can be used as in a normal ICP source. However, the “Faraday shield” is not an essential configuration for the present invention. This is because it is not related to the necessary and sufficient conditions. However, the Faraday shield is useful for industrial use in the same way as a normal ICP source. This is because the Faraday shield hardly affects the induction magnetic field H (that is, the induction electric field E) radiated from the antenna, and has a function of blocking the capacitive coupling between the antenna and the plasma. In order to make this interruption more complete, the Faraday shield should be grounded. In general, in an ICP source, if the capacitive coupling is interrupted, the ignitability of plasma is further deteriorated. However, in the present invention, since high-efficiency ECR heating by the induction electric field E generated by inductive coupling is used, good ignitability can be obtained even if the capacitive coupling is completely cut off. However, for various reasons, it is possible to connect an electric circuit to the Faraday shield and control the high-frequency voltage generated at the Faraday shield to 0 V or 0 V or more.

図１には、これまで述べた構成要素以外にも、ガス導入口３、ゲートバルブ２１、ウェハバイアス（バイアス電源４１および整合器４２）を示しているが、これらも、前記必要十分条件とは関係いため、本発明にとっては必須の構成ではない。ガス導入口は、プラズマを生成するためには必要であるが、その位置は真空容器１１の壁面にあっても良いし、ウェハＷを搭載する電極１４にあっても良い。また、ガスの噴出し方も、面状に噴出しても良いし、点状に噴出しても良い。ゲートバルブ２１は、産業上の利用において、ウェハを搬送することを目的にその構成を示してあるだけである。さらに、産業上のプラズマ処理装置の利用において、必ずしもウェハバイアス（バイアス電源４１および整合器４２）は必要とされておらず、本発明の産業上の利用に当たって、必須のものではない。   FIG. 1 shows the gas inlet 3, the gate valve 21, and the wafer bias (bias power supply 41 and matching unit 42) in addition to the components described so far. Therefore, it is not an essential configuration for the present invention. The gas inlet is necessary for generating plasma, but the position thereof may be on the wall surface of the vacuum vessel 11 or on the electrode 14 on which the wafer W is mounted. Further, the gas may be ejected in a planar shape or a dot shape. The gate valve 21 is merely shown for the purpose of transporting a wafer in industrial use. Further, in the use of the industrial plasma processing apparatus, the wafer bias (the bias power supply 41 and the matching unit 42) is not necessarily required, and is not essential for the industrial use of the present invention.

本発明では、高周波誘導アンテナによって形成された誘導電場Ｅは、磁場の磁力線の方向に対して右回転する。回転面の形状は高周波誘導アンテナの構造によって決まり、円形や楕円形などになる。したがって、回転の中心軸は必ず存在する。産業上の応用において、このような中心軸が存在するのは他にも、磁場Ｂ、被処理体（円形のウェハや矩形のガラス基盤など）、真空容器、ガス噴出し口、被処理体を搭載する電極や真空排気口などがある。本発明にとって、これらの中心軸が一致する必要は全くなく、必須の構成要件ではない。前記必要十分条件とは関係ないからである。しかしながら、被処理体表面の処理の均一性（エッチングレートやデポレート、あるいは、形状など）が問題となる場合、これらの中心軸は一致することが望ましい。   In the present invention, the induction electric field E formed by the high frequency induction antenna rotates clockwise with respect to the direction of the magnetic field lines of the magnetic field. The shape of the rotating surface is determined by the structure of the high frequency induction antenna, and may be circular or elliptical. Therefore, there is always a central axis of rotation. In industrial applications, such a central axis exists in addition to the magnetic field B, the object to be processed (circular wafer, rectangular glass substrate, etc.), vacuum vessel, gas ejection port, object to be processed. There are mounted electrodes and vacuum exhaust ports. For the present invention, these central axes do not need to coincide with each other, and are not essential components. This is because it is not related to the necessary and sufficient conditions. However, when the processing uniformity (etching rate, deposition rate, shape, etc.) of the surface of the object to be processed becomes a problem, it is desirable that these central axes coincide.

以上のように、本発明によれば、常に処理室内に電流を駆動する高周波誘導磁場が形成されているため、プラズマの着火性能をあげ、高密度のプラズマが得られる。また、本発明によれば、高周波誘導アンテナの長さを制御することができ、どのような大口径化の要求にも対応することができ、また、周方向のプラズマ均一性を上げることができる。   As described above, according to the present invention, since a high-frequency induction magnetic field that constantly drives current is formed in the processing chamber, plasma ignition performance is improved and high-density plasma can be obtained. In addition, according to the present invention, the length of the high frequency induction antenna can be controlled, it is possible to meet any demand for large diameter, and the plasma uniformity in the circumferential direction can be increased. .

実施例１から実施例７の高周波誘導アンテナの構造は、前記第２〜第４の真空容器蓋１２の形状のいずれにも適用することができる。   The structure of the high frequency induction antenna according to the first to seventh embodiments can be applied to any of the shapes of the second to fourth vacuum vessel lids 12.

以下、本発明の他の発明の態様を説明する。以下の発明の態様は、複数個の高周波誘導アンテナ要素からなる高周波誘導アンテナの組を複数組設ける態様である。ここで、回転する誘導電場Ｅを形成する複数の高周波誘導アンテナ素子からなるアンテナの組数をｍと置く。本発明の場合、ｍは自然数であれば構築可能である。つまり、二つの円周を考えるだけでなく、三つ以上の円周上に、それぞれ分割されたアンテナを配置することも可能である。図１、２、６〜１２、１４〜１６は、全てｍ＝１の場合である。ｍを幾つにするのかは、目的に応じて選択するべきである。産業上の応用において、どの程度の面積を持つプラズマが必要になるのか、どの程度の面積を持つ被処理体を処理するのか、あるいは、プラズマの均一性はどの程度必要なのか、によってｍの数を決めるべきである。ｍが1の場合と２以上の場合では決定的な違いがある。後で説明するように、ｍが２の場合はｍが1の場合と比べて、アンテナの各組に流す電流の大きさを制御して、プラズマの生成分布を制御できるというチューニングノブが一つ増えるからである。ｍが３以上の場合は煩雑になるだけなので、ここではｍ＝２の場合について説明する。   Hereinafter, other aspects of the present invention will be described. In the following aspects of the invention, a plurality of sets of high frequency induction antennas each including a plurality of high frequency induction antenna elements are provided. Here, the number of antenna sets composed of a plurality of high frequency induction antenna elements forming the rotating induction electric field E is set to m. In the present invention, m can be constructed if it is a natural number. That is, it is possible not only to consider two circumferences but also to arrange divided antennas on three or more circumferences. 1, 2, 6 to 12, and 14 to 16 are cases where m = 1. The number of m should be selected according to the purpose. In industrial applications, the number of m depends on how much plasma is required, how much area is processed, or how much plasma uniformity is required. Should be decided. There is a decisive difference when m is 1 and 2 or more. As will be described later, when m is 2, there is one tuning knob that can control the plasma generation distribution by controlling the magnitude of the current flowing through each set of antennas compared to when m is 1. Because it increases. Since the case where m is 3 or more is only complicated, the case where m = 2 will be described here.

図１９を用いて、第８の実施例を説明する。図１９は、図２または図８の構成（ｍ＝１）をｍ＝２（複数組）に拡張した場合を示している。高周波電源、整合器、電流の遅延回路や給電線などを書き込むと図が煩雑になるので、ここでは各高周波誘導アンテナ要素に対する給電端Ａ（矢印）と接地端Ｂのみを用いる。図１９は、図２または図８の各高周波誘導アンテナ要素７−１、７−２、７−３、７−４の内側にペアとなるアンテナ要素７’−１、７’−２、７’−３、７’−４を設置している。以後、高周波誘導アンテナ要素７−１、７−２、７−３、７−４を外側アンテナ７、高周波誘導アンテナ要素７’−１、７’−２、７’−３,７’−４を内側アンテナ７’と呼ぶ。均一性の高いプラズマを発生させるには、これらの外側アンテナ７と内側アンテナ７’は、同心円となるように構成する。また、この構成では、例えば、高周波誘導アンテナ要素７−１とこれ対応するアンテナ要素７’−１の給電端Ａと接地端Ｂの周方向における位相角は一致している。この場合、図１９右に示したように、Ｉ１、Ｉ１’として同相の電流を流し、Ｉ２、Ｉ２’、Ｉ３、Ｉ３’、Ｉ４、Ｉ４’をそれぞれλ／４ずつ位相をずらして供給する。この場合、電流Ｉ１とＩ１’が作る誘導電場（誘導磁場）の和は最も高くなり、アンテナからプラズマへの電力の輸送効率は最大になる。プラズマの生成は、内側アンテナ７’の内部（円状になる）は主に内側アンテナ７’が、外側アンテナ７の周辺（円環状になる）は主に外側アンテナ７が担うことになる。したがって、プラズマの分布制御は、電流の絶対値｜Ｉ１｜（＝｜Ｉ２｜＝｜Ｉ３｜＝｜Ｉ４｜）と｜Ｉ１’｜（＝｜Ｉ２’｜＝｜Ｉ３’｜＝｜Ｉ４’｜）の比率を変えることで実現できる。これは、m=1の場合では得られなかったチューニングノブである。電流比｜Ｉ１’｜／｜Ｉ１｜は、０（｜Ｉ１’｜＝０、｜Ｉ１｜は有限の値をとる）から無限大（｜Ｉ１’｜は有限の値をとる, ｜Ｉ１｜＝０）まで自由に設定できる。 The eighth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 19 shows a case where the configuration (m = 1) in FIG. 2 or FIG. 8 is expanded to m = 2 (plural sets). If a high-frequency power source, a matching unit, a current delay circuit, a power supply line, and the like are written, the figure becomes complicated. Therefore, only the power supply end A (arrow) and the ground end B for each high-frequency induction antenna element are used here. 19 shows a pair of antenna elements 7′-1, 7′-2, 7 ′ inside the high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 of FIG. 2 or FIG. -3, 7'-4. Thereafter, the high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 are replaced with the outer antenna 7, and the high frequency induction antenna elements 7'-1, 7'-2, 7'-3, 7'-4 are replaced with the outer antenna 7. Called the inner antenna 7 '. In order to generate highly uniform plasma, the outer antenna 7 and the inner antenna 7 ′ are configured to be concentric. In this configuration, for example, the phase angles in the circumferential direction of the feeding end A and the grounding end B of the high-frequency induction antenna element 7-1 and the corresponding antenna element 7′-1 are the same. In this case, as shown in the right side of FIG. 19, currents of the same phase are passed as I 1 and I 1 ′, and I 2 , I 2 ′, I 3 , I 3 ′, I 4 , and I 4 ′ are set to λ / 4. Supply by shifting the phase one by one. In this case, the sum of the induction electric field (induction magnetic field) generated by the currents I 1 and I 1 ′ is the highest, and the power transfer efficiency from the antenna to the plasma is maximized. The generation of plasma is mainly performed by the inner antenna 7 ′ in the inner antenna 7 ′ (in a circular shape), and mainly by the outer antenna 7 in the periphery (in an annular shape) of the outer antenna 7. Therefore, the distribution control of the plasma is controlled by the absolute value of the current | I 1 | (= | I 2 | = | I 3 | = | I 4 |) and | I 1 '| (= | I 2 ' | = | I 3 This can be realized by changing the ratio of '| = | I 4 ' |). This is a tuning knob that cannot be obtained when m = 1. The current ratio | I 1 '| / | I 1 | varies from 0 (| I 1 ' | = 0, | I 1 | takes a finite value) to infinity (| I 1 '| takes a finite value). , | I 1 | = 0).

本発明では、一つの高周波誘導アンテナ組は、例えば図２で説明したように高周波誘導アンテナの組の中で電流の位相が制御されていなければならない。このことは、図１９の外側アンテナ７（高周波誘導アンテナ要素７−１、７−２、７−３、７−４）でも、内側アンテナ７’（高周波誘導アンテナ要素７’−１、７’−２、７’−３、７’−４）でも成り立つ必要がある。また、図１９で説明した例では、外側アンテナ７と内側アンテナ７’の電流の位相差は０°に制御されている。しかしながら、図１９の構成で、内側アンテナと外側アンテナの位相差は、必ずしも０°に制御されている必要は無い。電場（磁場）は、加算と減算が可能な物理量であり、外側アンテナの作り出す誘導電界と内側アンテナの作り出す誘導電界は、必ず、ある場所では互いに強めあい、また別の場所では互いに弱めあう。図１９において位相差が０°であることは、互いに弱めあう電場が最小になり、互いに強めあう電場が最大になるだけである。だから、アンテナからプラズマへの電力の輸送効率は最大になる。０°以外では、０°の場合と比べ、互いに弱めあう電場が増え、互いに強めあう電場が減るだけである。プラズマの分布制御という観点では、互いに弱めあう電場を最小にし、互いに強めあう電場を最大にする必然性は無い。説明を分かりやすくするために、図１９では内側アンテナと外側アンテナの電流の位相差は０°としたが、０°以外にも設定できる。   In the present invention, for one high frequency induction antenna set, the phase of current must be controlled in the high frequency induction antenna set as described with reference to FIG. This is true even for the outer antenna 7 (high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3, 7-4) of FIG. 19 and the inner antenna 7 ′ (high frequency induction antenna elements 7′-1, 7′−). 2, 7'-3, 7'-4) must also hold. In the example described with reference to FIG. 19, the phase difference between the currents of the outer antenna 7 and the inner antenna 7 'is controlled to 0 °. However, in the configuration of FIG. 19, the phase difference between the inner antenna and the outer antenna is not necessarily controlled to 0 °. The electric field (magnetic field) is a physical quantity that can be added and subtracted, and the induced electric field generated by the outer antenna and the induced electric field generated by the inner antenna always strengthen each other in one place and weaken each other in another place. In FIG. 19, the phase difference of 0 ° means that the electric fields that weaken each other are minimized and the electric fields that strengthen each other are only maximized. Therefore, the power transfer efficiency from the antenna to the plasma is maximized. Other than 0 °, the electric fields that weaken each other increase and the electric fields that strengthen each other decrease compared to the case of 0 °. From the viewpoint of plasma distribution control, there is no necessity to minimize the electric fields that weaken each other and maximize the electric fields that strengthen each other. In order to make the explanation easy to understand, the phase difference between the currents of the inner antenna and the outer antenna is 0 ° in FIG. 19, but it can be set to other than 0 °.

図２０を用いて第９の実施例を説明尾する。図２０は、外側アンテナと内側アンテナの電流の位相差を４５°に設定した一実施例である。この場合、高周波誘導アンテナ要素の個数（アンテナの分割数）はｎ＝４なので、４５°とは２π／ｍｎ（radian）である。図２０では、内側アンテナ７’と外側アンテナ７の作り出す電界が最も強くなるように、内側アンテナと外側アンテナを周方向に４５°ずらして設置してある。これは、例えば、外側アンテナの高周波誘導アンテナ要素７−１の給電端Ａと、内側アンテナの高周波誘導アンテナ要素７’−１の給電端Ａが周方向に４５°回転していることを意味する。このような構成の場合、各高周波誘導アンテナ要素に流すべき電流の位相差は、図２０右に書いたように、４５°（λ／ｍｎ）になる。   The ninth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 20 shows an embodiment in which the phase difference between the currents of the outer antenna and the inner antenna is set to 45 °. In this case, since the number of high-frequency induction antenna elements (the number of antenna divisions) is n = 4, 45 ° is 2π / mn (radian). In FIG. 20, the inner antenna and the outer antenna are shifted by 45 ° in the circumferential direction so that the electric field generated by the inner antenna 7 ′ and the outer antenna 7 is the strongest. This means, for example, that the feeding end A of the high frequency induction antenna element 7-1 of the outer antenna and the feeding end A of the high frequency induction antenna element 7'-1 of the inner antenna are rotated by 45 ° in the circumferential direction. . In the case of such a configuration, the phase difference of the current to be passed through each high frequency induction antenna element is 45 ° (λ / mn) as written on the right side of FIG.

図２０の構成は、図１９の構成と比べると利点がある。このために、まず図１９の構成の不利な点を説明する。図２でも同じであるが、図１９の外側アンテナ７が作り出す誘導電界が滑らかに回転する条件は、一つの高周波誘導アンテナ要素、例えば７−１の長さｌが、ｌ≦λ／ｎを満たすことである（外側アンテナがｌ≦λ／ｎを満たす場合、内側アンテナは必ずｌ≦λ／ｎを満たすので、ここでは外側アンテナだけで説明する）。ここで、ｌ＜＜λ／ｎの場合、アンテナ要素７−１の給電端Ａを流れる高周波電流Ｉ１Ａと接地端Ｂを流れる高周波電流Ｉ１Ｂは等しいと考えることができ、Ｉ１Ａ＝Ｉ１Ｂである。しかし、ｌがλ／ｎの長さに近づくと、定在波（波長λ）によって高周波誘導アンテナ要素の中に電流分布が発生する。この様子を図２７（Ａ）に示す。給電端Ａから見たＩ１方向のインピーダンスは、アンテナ要素７−１が持つある有限のインピーダンスをとるのに対して、接地端Ｂから見たＩ１方向のインピーダンスはほぼ０Ωになる。このため、定在波の影響が顕著に出た場合は、図２７（Ａ）に示すように通常Ｉ１Ａ＜Ｉ１Ｂとなる。当然、給電端Ａの直下の電場強度、つまりプラズマの密度は、接地端Ｂの直下のプラズマ密度より低くなる。つまり、外側アンテナの周方向にプラズマ分布が生じる。このプラズマ分布が最も大きく変化するところは、アンテナ要素とアンテナ要素の継ぎ目、例えば、図１９のアンテナ要素７−１の接地端Ｂとアンテナ要素７−２の給電端Ａの間である。 The configuration of FIG. 20 has an advantage over the configuration of FIG. For this purpose, first, the disadvantages of the configuration of FIG. 19 will be described. 2 is the same, but the condition that the induced electric field generated by the outer antenna 7 of FIG. 19 rotates smoothly is that the length l of one high-frequency induction antenna element, for example, 7-1 satisfies l ≦ λ / n. (When the outer antenna satisfies l ≦ λ / n, the inner antenna always satisfies l ≦ λ / n, and therefore only the outer antenna will be described here). Here, in the case of l << λ / n, it can be considered that the high-frequency current I 1 A flowing through the feeding end A of the antenna element 7-1 and the high-frequency current I 1 B flowing through the ground end B are equal, and I 1 A = I 1 B. However, when l approaches the length of λ / n, a current distribution is generated in the high-frequency induction antenna element by the standing wave (wavelength λ). This is shown in FIG. I 1 direction of impedance viewed from the feeding end A is that the the impedance of some finite with the antenna element 7-1, I 1 direction of impedance seen from the ground terminal B becomes substantially 0 .OMEGA. For this reason, when the influence of the standing wave is noticeable, as shown in FIG. 27A, I 1 A <I 1 B is normally satisfied. Naturally, the electric field intensity directly under the power supply terminal A, that is, the plasma density is lower than the plasma density directly under the ground terminal B. That is, a plasma distribution is generated in the circumferential direction of the outer antenna. The place where the plasma distribution changes most greatly is between the antenna element and the joint between the antenna elements, for example, between the grounding end B of the antenna element 7-1 and the feeding end A of the antenna element 7-2 in FIG.

この周方向のプラズマ分布をより均一にする方法は二つある。一つは、図２０に示したように、接地端Ｂを直接接地するのではなく、コンデンサＣを介して接地することである。コンデンサＣの値を適切に設計することにより、Ｉ１Ａ＝Ｉ１Ｂを実現できる。この様子を図２７（Ｂ）に示す。アンテナ要素７−１が持つインダクタンスをＬと置くと、Ｉ１Ａ＝Ｉ１Ｂとなるのは、コンデンサＣ（容量Ｃ）とＬの間に１／ωＣ＝ωＬ／２の関係が成り立つときである。図２７（Ｂ）に示すように、この時、電流Ｉ１の分布はアンテナ要素７−１の中心で最大値をとり、また、電圧Ｖ１の分布はアンテナ要素７−１の中心で０Ｖとなる。このことは、非特許文献４および非特許文献５に詳しく記載されている。 There are two methods for making the plasma distribution in the circumferential direction more uniform. One is not to directly ground the ground terminal B but to ground it through a capacitor C as shown in FIG. By appropriately designing the value of the capacitor C, I 1 A = I 1 B can be realized. This is shown in FIG. When the inductance of the antenna element 7-1 is L, I 1 A = I 1 B is obtained when the relationship of 1 / ωC = ωL / 2 is established between the capacitor C (capacitance C) and L. is there. As shown in FIG. 27B, at this time, the distribution of the current I 1 takes the maximum value at the center of the antenna element 7-1, and the distribution of the voltage V 1 is 0 V at the center of the antenna element 7-1. Become. This is described in detail in Non-Patent Document 4 and Non-Patent Document 5.

もう一つの方法は、外側アンテナ給電端Ａと接地端Ｂの周方向の位置に対して、内側アンテナの給電端Ａと接地端Ｂの周方向の位置をずらす、つまり位相角をつけることである。図２０ではこの位相角は４５°である。このような構成にすることで、プラズマの濃淡をチャンバ内に分散し、プラズマの拡散による均一性向上を図ることができる。図２０の構成は、この二つの要件を同時に満たす一実施例である。   Another method is to shift the circumferential position of the feeding end A and the grounding end B of the inner antenna with respect to the circumferential position of the outer antenna feeding end A and the grounding end B, that is, to give a phase angle. . In FIG. 20, this phase angle is 45 °. With such a configuration, the density of plasma can be dispersed in the chamber, and uniformity can be improved by plasma diffusion. The configuration of FIG. 20 is an embodiment that satisfies these two requirements simultaneously.

図２１を用いて第１０の実施例を説明する。図２０で説明したような、定在波の影響でアンテナの周方向にプラズマ分布ができる場合、このプラズマ分布をより均一にする別のアンテナ構成がある。これは、アンテナ要素を重ねることであり、図２１にこの一実施例を示す。図２１では、高周波誘導アンテナ要素７−１は、その半分が高周波誘導アンテナ要素７−４と重なっており、また残り半分が高周波誘導アンテナ要素７−２と重なっている。高周波誘導アンテナ要素が重なった部分では、二つの高周波誘導アンテナ要素に流れる電流によって生じる誘導電場が加算される。つまり、高周波誘導アンテナ要素７−１の半分は電流Ｉ１とＩ４による誘導電場が形成され、残り半分は電流Ｉ１とＩ２による誘導電場が形成される。したがって、この構成により周方向の誘導電場をより滑らかにした状態で、回転電場を形成できる。この構成を全てのアンテナ要素に対して行ったのが、図２１である。 The tenth embodiment will be described with reference to FIG. When the plasma distribution is generated in the circumferential direction of the antenna due to the influence of the standing wave as described in FIG. 20, there is another antenna configuration that makes this plasma distribution more uniform. This is an overlap of antenna elements, and FIG. 21 shows an example of this. In FIG. 21, the half of the high frequency induction antenna element 7-1 overlaps with the high frequency induction antenna element 7-4, and the other half overlaps with the high frequency induction antenna element 7-2. In the portion where the high frequency induction antenna elements overlap, the induction electric field generated by the current flowing through the two high frequency induction antenna elements is added. That is, half of the high frequency induction antenna element 7-1 forms an induction electric field due to the currents I 1 and I 4 , and the other half forms an induction electric field due to the currents I 1 and I 2 . Therefore, with this configuration, the rotating electric field can be formed in a state in which the circumferential induction electric field is made smoother. FIG. 21 shows this configuration performed for all antenna elements.

以上、図２０と図２１を用いて、外側アンテナ７と内側アンテナ７’を用いてより滑らかな回転電場を形成する方法を説明した。ここで説明した、（１）外側アンテナと内側アンテナの周方向の取り付け位相角を設定する方法と、（２）接地端Ｂをコンデンサを介して接地する方法と、（３）アンテナ要素を重ねる方法は、それぞれ別の図で説明したが、これらの方法を同時に実施することが可能である。   The method for forming a smoother rotating electric field using the outer antenna 7 and the inner antenna 7 ′ has been described above with reference to FIGS. 20 and 21. (1) a method of setting a circumferential mounting phase angle between the outer antenna and the inner antenna, (2) a method of grounding the grounding end B through a capacitor, and (3) a method of overlapping antenna elements. Are described in different figures, but these methods can be carried out simultaneously.

図２２を用いて第１１の実施例を説明する。高周波誘導アンテナ要素の長さｌが、ｌ＜＜λ／ｎ、つまり、Ｉ１Ａ＝Ｉ１Ｂの場合、最も簡単なｍ＝２となる構成の一実施例を図２２に示す。この構成は、図１２で説明した構成をそれぞれ内側アンテナ７’と外側アンテナ７に用いたものである。この場合、高周波誘導アンテナ要素に流れる電流Ｉ１、Ｉ１’、Ｉ２、Ｉ２’は、全て同相の電流とすることができる。したがって、内側アンテナの給電点Ａと外側アンテナの給電点Ａに、一台の電源から電流を供給することができる。この場合、内側アンテナと外側アンテナに供給する電流量を調整する電流調整器５５を図に示した位置に挿入することが望ましい。もちろん、内側アンテナ７’と外側アンテナ７に別々の電源から電流を供給してもかまわない。 The eleventh embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 22 shows an example of a configuration in which m = 2 is the simplest when the length l of the high-frequency induction antenna element is l << λ / n, that is, I 1 A = I 1 B. In this configuration, the configuration described in FIG. 12 is used for the inner antenna 7 ′ and the outer antenna 7, respectively. In this case, the currents I 1 , I 1 ′, I 2 , I 2 ′ flowing through the high-frequency induction antenna element can all be in-phase currents. Therefore, current can be supplied from one power source to the feeding point A of the inner antenna and the feeding point A of the outer antenna. In this case, it is desirable to insert a current adjuster 55 for adjusting the amount of current supplied to the inner antenna and the outer antenna at the position shown in the figure. Of course, current may be supplied to the inner antenna 7 ′ and the outer antenna 7 from different power sources.

平板状真空容器蓋１２の場合と同じように、絶縁体からなる真空容器蓋１２が、台形の回転体状や中空の半球体すなわちドーム状や有底円筒形の場合でも、高周波誘導アンテナをその内周外周に配置することも、上下や斜めに配置することも可能である。図１３で説明したように、真空容器蓋１２に対するアンテナの位置は、プラズマの生成分布と拡散分布を制御する上で非常に重要である。同じ意味で、内側アンテナと外側アンテナを真空容器蓋１２に対してどのように配置するかは重要である。   As in the case of the flat plate-shaped vacuum vessel lid 12, even when the vacuum vessel lid 12 made of an insulator is a trapezoidal rotary body or a hollow hemisphere, that is, a dome shape or a bottomed cylindrical shape, It can be arranged on the inner circumference outer circumference, or can be arranged vertically or diagonally. As described with reference to FIG. 13, the position of the antenna with respect to the vacuum vessel lid 12 is very important in controlling the plasma generation distribution and the diffusion distribution. In the same sense, how to arrange the inner antenna and the outer antenna with respect to the vacuum vessel lid 12 is important.

図２３に真空容器蓋１２に対する内側アンテナ７’と外側アンテナ７の配置のバリエーションを示す。図２３（Ａ）は、平板状真空容器蓋１２の上に内側アンテナ７と外側アンテナ７’を設置した例である。図１３（Ａ）と比べると、より中心に集中したプラズマ分布を作り出すことができる。もちろん、内側アンテナ７’または外側アンテナ７の一方の電流を０Ａとすれば、図２３（Ａ）と図１３（Ａ）は等価の構成である。平板状真空容器蓋１２は、一つの面（上面）を持っているだけなので、このような構成になる。図２３（Ｂ）は、ドーム状真空容器蓋１２に対する内側アンテナ７’と外側アンテナ７の配置のバリエーションである。ドームの曲面上に外側アンテナと内側アンテナを配置し、プラズマの分布制御性を高めた構成である。図２３（Ａ）と同じく、内側アンテナ７’または外側アンテナ７の一方の電流を０Ａとすれば、図２３（Ｂ）と図１３（Ｂ）は等価の構成である。   FIG. 23 shows variations in the arrangement of the inner antenna 7 ′ and the outer antenna 7 with respect to the vacuum container lid 12. FIG. 23A shows an example in which the inner antenna 7 and the outer antenna 7 ′ are installed on the flat vacuum vessel lid 12. Compared with FIG. 13A, a plasma distribution more concentrated at the center can be created. Of course, if one current of the inner antenna 7 'or the outer antenna 7 is set to 0A, FIG. 23 (A) and FIG. 13 (A) are equivalent structures. Since the flat vacuum vessel lid 12 has only one surface (upper surface), it has such a configuration. FIG. 23B is a variation of the arrangement of the inner antenna 7 ′ and the outer antenna 7 with respect to the dome-shaped vacuum vessel lid 12. The outer antenna and the inner antenna are arranged on the curved surface of the dome to improve the plasma distribution controllability. As in FIG. 23A, if one current of the inner antenna 7 'or the outer antenna 7 is 0 A, FIGS. 23B and 13B have an equivalent configuration.

図２３（Ｃ）（Ｄ）は、台形の回転体状真空容器蓋１２に対する内側アンテナ７’と外側アンテナ７の配置のバリエーションである。この台形の回転体状真空容器蓋１２は、傾斜した側面とフラットな上面を持つので、図２３（Ｃ）（Ｄ）のようなバリエーションが可能になる。図２３（Ｃ）は、側面に外側アンテナ７、上面に内側アンテナ７’を配置している。図２３（Ｄ）は、傾斜した側面に内側アンテナ７’と外側アンテナ７を配置している。図２３（Ｃ）（Ｄ）ともに、内側アンテナ７’または外側アンテナ７の一方の電流を０Ａとすれば、図１３（Ｄ）と等価な構成になる。また、図２３（Ｃ）より図２３（Ｄ）のほうが、より中心部のプラズマ分布を制御できる。図示していないが、両アンテナを全て上面に配置することも可能である。   FIGS. 23C and 23D are variations of the arrangement of the inner antenna 7 ′ and the outer antenna 7 with respect to the trapezoidal rotary body vacuum vessel lid 12. Since the trapezoidal rotary body vacuum vessel lid 12 has an inclined side surface and a flat upper surface, variations as shown in FIGS. 23C and 23D are possible. In FIG. 23C, the outer antenna 7 is disposed on the side surface, and the inner antenna 7 'is disposed on the upper surface. In FIG. 23D, the inner antenna 7 'and the outer antenna 7 are arranged on the inclined side surface. In both FIGS. 23C and 23D, if one current of the inner antenna 7 'or the outer antenna 7 is set to 0 A, the configuration is equivalent to that in FIG. Further, the plasma distribution in the central portion can be controlled more in FIG. 23D than in FIG. Although not shown, it is also possible to arrange both antennas on the upper surface.

図２３（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）は、有底円筒形真空容器蓋１２に対する内側アンテナ７’と外側アンテナ７の配置のバリエーションである。この台形の回転体状真空容器蓋１２は、垂直な側面と広いフラットな上面を持つので、図２３（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）のようなバリエーションが可能になる。図２３（Ｅ）は、側面に内側アンテナ７’と外側アンテナ７を配置している。図２３（Ｆ）は、側面に外側アンテナ７、上面に内側アンテナ７’を配置している。図２３（Ｅ）（Ｆ）ともに、内側アンテナ７’または外側アンテナ７の一方の電流を０Ａとすれば、図１３（Ｅ）と等価な構成になる。   23E, 23F, and 23G are variations of the arrangement of the inner antenna 7 'and the outer antenna 7 with respect to the bottomed cylindrical vacuum vessel lid 12. FIG. Since the trapezoidal rotary body vacuum vessel lid 12 has a vertical side surface and a wide flat upper surface, variations as shown in FIGS. 23 (E), (F) and (G) are possible. In FIG. 23E, the inner antenna 7 'and the outer antenna 7 are arranged on the side surface. In FIG. 23F, the outer antenna 7 is disposed on the side surface, and the inner antenna 7 'is disposed on the upper surface. In both FIGS. 23E and 23F, if one current of the inner antenna 7 'or the outer antenna 7 is set to 0A, the configuration is equivalent to that in FIG.

図２３（Ｇ）は、上面に外側アンテナ７と内側アンテナ７’を配置している。図２３（Ｇ）は、内側アンテナ７’または外側アンテナ７の一方の電流を０Ａとすれば、図１３（Ａ）と同じ構成になるように見える。しかし、図１３（Ａ）は側壁が導体の真空容器（接地されている）なのに対して、図２３（Ｇ）では側壁が絶縁体からなる真空容器蓋１２（電気的に浮いている）なので、発生する誘導電場の分布が異なり、同じではない。以上のような真空容器蓋１２の形とそれに対する高周波誘導アンテナの組数と配置は、それらが発生するプラズマをどのようなプロセスに適用するかで決めるべきである。   In FIG. 23G, the outer antenna 7 and the inner antenna 7 'are arranged on the upper surface. FIG. 23G appears to have the same configuration as FIG. 13A when one current of the inner antenna 7 'or the outer antenna 7 is 0A. However, in FIG. 13A, the side wall is a conductive vacuum vessel (grounded), whereas in FIG. 23G, the side wall is a vacuum vessel lid 12 made of an insulator (electrically floating). The distribution of induced electric fields generated is different and not the same. The shape of the vacuum vessel lid 12 as described above and the number and arrangement of the high-frequency induction antennas corresponding thereto should be determined by the process to which the plasma generated by them is applied.

図２、１１、１３、１８および図２３で説明したことを再度要約する。本発明では、アンテナの分割数ｎ、真空容器蓋１２の形、高周波誘導アンテナの組数ｍ、真空容器蓋１２に対するアンテナの配置という多数のプラズマ分布制御機能を持つ。しかし、これらは従来のＩＣＰ源でも、装置構成として実現可能なことである。プラズマ分布制御に関し、本発明で最も重要なことは、これらの装置構成上柔軟なプラズマ制御性に、さらに、ＥＣＲ面という電気的に外部から制御可能なチューニングノブを導入したことである。ＩＣＰ源において回転誘導電場を作り出し、ＥＣＲ放電を可能にするということは、プラズマ着火性に優れ、また、より低ガス圧力でプラズマ生成が可能になるというだけでなく、外部制御可能なＥＣＲ面という優れたプラズマ制御性を付与することを意味する。これだけの柔軟性のあるプラズマ制御性を持つプラズマ源は、従来に例の無いことである。   What has been described in FIGS. 2, 11, 13, 18 and 23 will be summarized again. The present invention has a number of plasma distribution control functions such as the number of antenna divisions n, the shape of the vacuum vessel lid 12, the number m of high frequency induction antenna sets, and the arrangement of the antenna with respect to the vacuum vessel lid 12. However, these can be realized as a device configuration even with a conventional ICP source. Regarding the plasma distribution control, the most important thing in the present invention is that a tuning knob, which is electrically controllable from the outside, such as an ECR surface, is introduced to the plasma controllability that is flexible in terms of the device configuration. Creating a rotating induction electric field in an ICP source and enabling ECR discharge is not only excellent in plasma ignitability and also capable of generating plasma at a lower gas pressure, but also called an ECR surface that can be controlled externally. It means that excellent plasma controllability is imparted. A plasma source having such a flexible plasma controllability is unprecedented.

図２４を用いて、本発明の第１２の実施例を説明する。この実施例は、図１９に示した高周波誘導アンテナ素子７−１〜７−２、７’−１〜７’−２を、直線状とし、それぞれの組の外側アンテナ７、内側アンテナ７’を矩形状とした実施例である。図２４に、アンテナ分割数ｎ＝４、アンテナ組数ｍ＝２の場合の高周波誘導アンテナの構成を示す。外側アンテナ７は、直線状に配置され分割された高周波誘導アンテナ素子７−１〜７−４が配置され、アンテナ分割数が４なので、四角形（矩形）を構成する。内側アンテナ７’も同様に構成される。これは、図１９に示したアンテナ構成を、矩形にしたと考えてよい。しかし、四角形にしたことで、四角形の誘導電界が回転することになる。これは、図３で円形とした電界の形が四角形になると理解してよい。ただし、完璧に四角形の電界分布というのは存在しない。なぜなら、電界は常に微分可能な曲面で形成されるからである。しかし、図２４の構成は、内側アンテナの作り出す誘導電界分布が持つ四角形からの崩れを、外側電極が補正するという効果を持つ。図２４では、内側アンテナと外側アンテナの電流の位相差は０°としたが、図１９と同様に、０°以外にも設定できる。   A twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the high-frequency induction antenna elements 7-1 to 7-2 and 7′-1 to 7′-2 shown in FIG. 19 are linear, and the outer antenna 7 and the inner antenna 7 ′ of each pair are arranged. This is an embodiment having a rectangular shape. FIG. 24 shows a configuration of a high frequency induction antenna when the number of antenna divisions n = 4 and the number of antenna sets m = 2. The outer antenna 7 is arranged in a straight line and divided into high-frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4, and the number of antenna divisions is 4, so that a rectangular (rectangular) shape is formed. The inner antenna 7 'is similarly configured. This may be considered that the antenna configuration shown in FIG. 19 is rectangular. However, the quadrangular induction electric field is rotated by the quadrangular shape. This can be understood when the shape of the circular electric field in FIG. However, there is no perfect square electric field distribution. This is because the electric field is always formed with a differentiable curved surface. However, the configuration of FIG. 24 has the effect that the outer electrode corrects the collapse of the induced electric field distribution created by the inner antenna from the quadrangle. In FIG. 24, the phase difference between the currents of the inner antenna and the outer antenna is set to 0 °, but can be set to other than 0 ° as in FIG.

図２５を用いて、本発明の第１３の実施例を説明する。この実施例は、図２４よりも、誘導電場をより四角形のままで回転させるように構成した高周波誘導アンテナの構成に関する実施例である。この構成は、図２０で説明した考え方を、ｎ角形に拡張したものであり、各アンテナ要素に流す電流の位相も、図２０と同じになる。すなわち、高周波誘導アンテナ素子７−１〜７−４からなる外側（第１の）アンテナ７と、高周波誘導アンテナ素子７’−１〜７’−４からなる内側（第２の）アンテナ７’とを４５°ずらして配置することによって、右回転誘導電場を形成するものである。第１のアンテナ７は、直線状の高周波誘導アンテナ素子７−１〜７−４を矩形に配置している。それぞれの高周波誘導アンテナ素子７−１〜７−４には、給電端Ａからλ／４位相のずれた電流が供給され、接地端Ｂが接地されている。同様に、第２のアンテナ７’は、直線状の高周波誘導アンテナ素子７’−１〜７’−４を矩形に配置している。それぞれの高周波誘導アンテナ素子７’−１〜７’−４には、給電端Ａからλ／４位相のずれた電流が供給され、接地端Ｂが接地されている。対応する高周波誘導アンテナ素子７−１、７’−１には、それぞれ同位相の電力が供給され、他の高周波誘導アンテナ素子７−２、７’−２、素子７−３、７’−３、素子７−４、７’−４にも同様にそれぞれ同位相の電流が供給される。第１のアンテナ７と第２のアンテナ７’は、上下に重ねられ、かつ４５°ずらして配置される。これによれば、隣接する各高周波誘導アンテナ素子には、それぞれλ／８位相のずれた電流Ｉ１、Ｉ１’、Ｉ２、Ｉ２’、Ｉ３、Ｉ３’、Ｉ４、Ｉ４’が流れ、図２４よりもより四角形に近い形で右回転誘導電場を形成することができる。 A thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an embodiment relating to the configuration of a high-frequency induction antenna configured to rotate the induction electric field in a more square shape than in FIG. This configuration is an extension of the concept described in FIG. 20 to an n-gon, and the phase of the current flowing through each antenna element is the same as in FIG. That is, an outer (first) antenna 7 composed of high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4, and an inner (second) antenna 7 'composed of high frequency induction antenna elements 7'-1 to 7'-4. Are shifted by 45 ° to form a clockwise rotation induction electric field. In the first antenna 7, linear high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4 are arranged in a rectangular shape. Each of the high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4 is supplied with a current having a λ / 4 phase shift from the feeding end A, and the grounding end B is grounded. Similarly, the second antenna 7 'has linear high frequency induction antenna elements 7'-1 to 7'-4 arranged in a rectangle. Each of the high frequency induction antenna elements 7′-1 to 7′-4 is supplied with a current having a phase shift of λ / 4 from the feeding end A, and the grounding end B is grounded. The corresponding high-frequency induction antenna elements 7-1 and 7′-1 are supplied with the same phase power, and the other high-frequency induction antenna elements 7-2 and 7′-2 and elements 7-3 and 7′-3. Similarly, currents of the same phase are supplied to the elements 7-4 and 7'-4. The first antenna 7 and the second antenna 7 ′ are stacked one above the other and are shifted by 45 °. According to this, currents I 1 , I 1 ′, I 2 , I 2 ′, I 3 , I 3 ′, I 4 , I 4 , which are shifted from each other by λ / 8 phase, are respectively connected to adjacent high-frequency induction antenna elements. 'Flows, and a right rotation induction electric field can be formed in a shape closer to a square than in FIG.

１：真空処理室、
１１：真空容器、
１２：真空容器蓋（絶縁材）、
１３：真空排気手段、
１４：電極（試料台）、
２：搬送システム、
２１：ゲートバルブ、
３：ガス導入口、
４１：バイアス用高周波電源、
４２：バイアス用整合器、
５１：プラズマ生成用高周波電源、
５２：プラズマ生成用整合器、
５３：給電点、
５４：発信器、
５５：電流調整器、
６：遅延手段、
７：高周波誘導アンテナ、
７−１〜７−４：高周波誘導アンテナ要素、
７８：給電線、
７９：接地線、
８１：上磁場コイル、
８２：下磁場コイル、
８３：ヨーク、
９：ファラデーシールド、
Ａ：給電端、
Ｂ：接地端、
Ｃ：コンデンサ、
Ｗ：被処理体（半導体ウェハ）。 1: Vacuum processing chamber,
11: Vacuum container,
12: Vacuum container lid (insulating material),
13: Vacuum evacuation means,
14: Electrode (sample stage),
2: Conveying system,
21: Gate valve,
3: Gas inlet
41: High frequency power supply for bias,
42: Bias matching unit,
51: High frequency power supply for plasma generation,
52: Matching device for plasma generation,
53: Feeding point
54: Transmitter
55: Current regulator,
6: Delay means,
7: high frequency induction antenna,
7-1 to 7-4: high frequency induction antenna elements,
78: feeder line,
79: ground wire,
81: Upper magnetic field coil,
82: Lower magnetic field coil,
83: York,
9: Faraday shield
A: Feeding end,
B: Grounding end
C: capacitor,
W: Object to be processed (semiconductor wafer).

Claims (7)

試料を収容し得る真空処理室を構成する真空容器と、前記真空処理室に処理ガスを導入するガス導入口と、前記真空処理室内に誘導電場を形成する高周波誘導アンテナと、前記真空処理室内に磁場を形成する磁場コイルと、前記高周波誘導アンテナに高周波電流を供給するプラズマ生成用高周波電源と、前記磁場コイルに電力を供給する電源とを備え、前記高周波誘導アンテナに前記高周波電源から高周波電流を供給し、真空処理室内に供給されるガスをプラズマ化して試料をプラズマ処理するプラズマ処理装置において、
前記真空処理室は、前記真空容器の上部に気密に固定される誘電体からなる真空処理室蓋を具備し、
前記高周波誘導アンテナは、ｎ個（ｎ≧２の整数）の高周波誘導アンテナ要素に分割し、該分割されたそれぞれの高周波誘導アンテナ要素を縦列に並べ、縦列に配置された各高周波誘導アンテナ要素の組を複数組備え、それぞれの組の各高周波誘導アンテナの高周波誘導アンテナ要素に順次λ（高周波電源の波長）／ｎずつ遅延させた高周波電流を一定方向に順に遅らせて流し、前記磁場コイルに電力を供給して形成した磁場Ｂの磁力線方向に対して右方向に回転する回転誘導電場Ｅを前記高周波電流により形成し、前記回転誘導電場Ｅの回転周波数と前記磁場Ｂによる電子サイクロトロン周波数を一致させるように構成するとともに、前記誘導電場Ｅと前記磁場Ｂの間にＥ×Ｂ≠０の関係が任意のところで満たされるように、複数組（組数：ｍ≧1の自然数）の高周波誘導アンテナと磁場とを構成してプラズマを発生させ、このプラズマにより試料をプラズマ処理するように構成した
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 A vacuum vessel constituting a vacuum processing chamber capable of accommodating a sample, a gas inlet for introducing a processing gas into the vacuum processing chamber, a high-frequency induction antenna for forming an induction electric field in the vacuum processing chamber, and a vacuum processing chamber A magnetic field coil for forming a magnetic field; a plasma generating high frequency power source for supplying a high frequency current to the high frequency induction antenna; and a power source for supplying power to the magnetic field coil, wherein the high frequency induction antenna receives a high frequency current from the high frequency power source. In the plasma processing apparatus for supplying and plasma-processing the sample by converting the gas supplied into the vacuum processing chamber into plasma,
The vacuum processing chamber comprises a vacuum processing chamber lid made of a dielectric material hermetically fixed to the upper part of the vacuum vessel,
The high-frequency induction antenna is divided into n (integers of n ≧ 2) high-frequency induction antenna elements, the divided high-frequency induction antenna elements are arranged in a column, and each of the high-frequency induction antenna elements arranged in the column is arranged. A plurality of sets are provided, and a high-frequency current delayed by λ (high-frequency power supply wavelength) / n is sequentially passed through the high-frequency induction antenna elements of each high-frequency induction antenna in a certain direction in order, and power is supplied to the magnetic field coil. Is generated by the high-frequency current, and the rotation frequency of the rotation induction electric field E and the electron cyclotron frequency by the magnetic field B are made to coincide with each other. And a plurality of sets (number of sets: so that the relationship of E × B ≠ 0 is satisfied between the induction electric field E and the magnetic field B at any place. A plasma processing apparatus comprising a high-frequency induction antenna (natural number of m ≧ 1) and a magnetic field to generate plasma, and the sample is plasma-processed by this plasma. 請求項１記載のプラズマ処理装置において、
前記真空処理室蓋は、平板状または中空の半球状または台形の回転体状もしくは有底円筒状のいずれかの形状を有し、
前記複数の組の高周波誘導アンテナ要素の組のそれぞれが前記真空処理室蓋の外部に配置される
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
The vacuum processing chamber lid has a flat plate shape or a hollow hemispherical or trapezoidal rotary body shape or a bottomed cylindrical shape,
Each of the plurality of sets of high frequency induction antenna elements is disposed outside the vacuum processing chamber lid. 絶縁体からなる真空処理室蓋を上部に有する真空処理室と、該真空処理室内に誘導電場を形成する高周波が流れる複数の高周波誘導アンテナ要素の組を複数組（組数：ｍ≧1の自然数）有し、該複数の高周波誘導アンテナ要素の組のそれぞれの複数の高周波誘導アンテナ要素が同一平面上でこの平面に直交する軸に対して対称に配置され、かつ、磁場分布が前記平面に交差しかつ前記平面に直交する軸に対して対象の分布であると同時に、前記複数の高周波誘導アンテナ要素の組の複数の組のそれぞれの軸と前記磁場分布の軸が一致し、前記複数の高周波誘導アンテナ要素の組の複数の組により形成される前記回転する誘導電場Ｅの回転周波数と前記磁場Ｂによる電子サイクロトロン周波数を一致させるように構成して真空処理室中に形成される誘導電場分布が一定方向に回転するように形成するとともに、前記複数の高周波誘導アンテナ要素の組の複数の組により形成される誘導電場Ｅと前記磁場Ｂの間にＥ×Ｂ≠０の関係が任意のところで満たされるように、複数のアンテナと磁場とを構成した
ことを特徴とするプラズマ生成装置。 A plurality of sets of a vacuum processing chamber having an upper vacuum processing chamber lid made of an insulator and a plurality of high-frequency induction antenna elements through which a high frequency is generated to form an induction electric field in the vacuum processing chamber (the number of sets: a natural number of m ≧ 1) And each of the plurality of high frequency induction antenna elements of the set of the plurality of high frequency induction antenna elements is arranged symmetrically with respect to an axis orthogonal to the plane on the same plane, and the magnetic field distribution intersects the plane. And the distribution of the object with respect to an axis orthogonal to the plane, and at the same time, the respective axes of the plurality of sets of the plurality of sets of high frequency induction antenna elements coincide with the axes of the magnetic field distribution, and the plurality of high frequencies It is formed in the vacuum processing chamber so as to make the rotation frequency of the rotating induction electric field E formed by a plurality of sets of induction antenna elements coincide with the electron cyclotron frequency by the magnetic field B. And an induction electric field distribution formed by a plurality of sets of the plurality of high-frequency induction antenna elements and a relationship of E × B ≠ 0. A plasma generating apparatus comprising a plurality of antennas and a magnetic field so that is satisfied at any point. 請求項３記載のプラズマ生成装置において、
前記真空処理室蓋が、平板状、台形の回転体、中空の半球状、有底円筒状のいずれかの形状を有し、
前記複数の組の高周波誘導アンテナ要素の組のそれぞれが前記真空処理室蓋の外部に配置される
ことを特徴とするプラズマ生成装置。 The plasma generating apparatus according to claim 3, wherein
The vacuum processing chamber lid has a flat plate shape, a trapezoidal rotary body, a hollow hemispherical shape, or a bottomed cylindrical shape,
Each of the plurality of sets of high-frequency induction antenna elements is disposed outside the vacuum processing chamber lid. 請求項３記載のプラズマ生成装置において、
前記一定方向に回転する前記誘導電場分布の回転方向が、前記磁場の磁力線の方向に対して右回転であるように構成した
ことを特徴とするプラズマ生成装置。 The plasma generating apparatus according to claim 3, wherein
The plasma generation apparatus is configured such that the direction of rotation of the induction electric field distribution rotating in the fixed direction is clockwise with respect to the direction of the magnetic field lines of the magnetic field. 請求項３記載のプラズマ生成装置において、
前記複数の高周波誘導アンテナ要素の組の複数の組により形成される前記回転する誘導電場Ｅの回転周波数と前記磁場Ｂによる電子サイクロトロン周波数を一致させるように構成した
ことを特徴とするプラズマ生成装置。 The plasma generating apparatus according to claim 3, wherein
A plasma generating apparatus, characterized in that a rotation frequency of the rotating induction electric field E formed by a plurality of sets of the plurality of high frequency induction antenna elements is matched with an electron cyclotron frequency by the magnetic field B. 請求項３記載のプラズマ生成装置において、
前記磁場Ｂの変動周波数ｆＢが、Larmoｒ運動の回転周波数（電子サイクロトロン周波数ωｃ）との間に、２πｆＢ＜＜ωｃの関係を満たすように構成した
ことを特徴とするプラズマ生成装置。 The plasma generating apparatus according to claim 3, wherein
A plasma generating apparatus characterized in that a relationship of 2πfB << ωc is satisfied between the fluctuation frequency fB of the magnetic field B and the rotation frequency of the Larmor motion (electron cyclotron frequency ωc).
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