JP3469987B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波により
プラズマを発生させ、ウエハ等の被処理基板に対してエ
ッチング等のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置およ
びその方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus and method for generating plasma by microwaves and performing plasma processing such as etching on a substrate to be processed such as a wafer.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来は、電子が磁場と垂直な平面を回転
するサイクロトロン周波数とマイクロ波の周波数を合致
させ、共鳴状態にして電子にエネルギーを供給する方法
や、マイクロ波を空洞共振器に放射してマイクロ波の振
幅を大きくし、電界強度を強めて電子にエネルギーを供
給する方法が知られている。前者は、有磁場マイクロ波
あるいはＥＣＲ（電子イオン共鳴）（Electron Cyclotr
on Resonance）法と呼ばれており、例えば特開昭５６−
１３４８０号公報により知られている。後者は、例えば
特開昭５６−９６８４１号公報、特開昭６３−１０３０
８８号公報、特開昭６３−２９３８２４号公報、特開平
１−１８７８２４号公報、特開平３−１９３３２号公
報、特開平３−９４４２２号公報により知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, a method for supplying energy to electrons by bringing a cyclotron frequency in which electrons rotate in a plane perpendicular to a magnetic field into a frequency of microwaves to bring them into a resonance state and radiating microwaves to a cavity resonator Then, a method is known in which the amplitude of the microwave is increased and the electric field strength is increased to supply energy to the electrons. The former is a microwave with magnetic field or ECR (electron ion resonance)
on Resonance) method.
It is known from the publication 13480. The latter is disclosed, for example, in JP-A-56-96841 and JP-A-63-1030.
88, JP-A-63-293824, JP-A-1-187824, JP-A-3-19332, and JP-A-3-94422.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体集積
回路の集積度が高くなるに伴い生産性を高めるためにウ
エハと呼ばれる半導体集積回路を形成するためのシリコ
ンなどの半導体で形成された被処理基板のサイズは大き
くなってきている。次世代の集積回路では直径１２イン
チ（約３００ｍｍ）といった巨大な基板状に多くの半導
体装置を形成しなければならないといわれており、この
巨大な基板状に均一な成膜、加工等の処理を行う必要が
ある。しかしながら、上記従来技術においては、被処理
基板の大口径化に対して十分考慮されていなかった。By the way, as the degree of integration of a semiconductor integrated circuit increases, a substrate to be processed formed of a semiconductor such as silicon for forming a semiconductor integrated circuit called a wafer in order to improve productivity. Size is getting bigger. It is said that many semiconductor devices must be formed on a huge substrate with a diameter of 12 inches (about 300 mm) in the next-generation integrated circuit, and uniform film formation and processing are performed on this huge substrate. There is a need to do. However, in the above-mentioned prior art, sufficient consideration has not been given to increasing the diameter of the substrate to be processed.

【０００４】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決すべく、マイクロ波を用いたプラズマ処理において、
直径が１２インチ（約３００ｍｍ）以上になっても被処
理基板に対して半径方向に亘って均一なプラズマ処理を
行うことができるようにしたプラズマ処理装置およびそ
の方法を提供することにある。また本発明の他の目的
は、マイクロ波を用いたプラズマ処理において、直径が
１２インチ（約３００ｍｍ）以上になっても被処理基板
に対して半径方向に亘って均一なプラズマ処理を行うこ
とができ、しかもマイクロ波電力の損失を抑制してマイ
クロ波電力の有効利用を図ったプラズマ処理装置を提供
することにある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art by plasma treatment using microwaves.
It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and method capable of performing uniform plasma processing in the radial direction on a substrate to be processed even if the diameter is 12 inches (about 300 mm) or more. Another object of the present invention is to perform uniform plasma processing in the radial direction on a substrate to be processed even when the diameter is 12 inches (about 300 mm) or more in plasma processing using microwaves. It is another object of the present invention to provide a plasma processing apparatus that is capable of suppressing the loss of microwave power and effectively using the microwave power.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、マイクロ波源と、該マイクロ波源から放
射したマイクロ波を伝送するマイクロ波導波管と、該マ
イクロ波導波管で伝送されたマイクロ波を共振させる空
洞共振器と、被処理基板を載置する基板電極を内部に設
置した処理室と、前記空洞共振器の中心軸付近を中心に
して角度成分を有するマイクロ波電磁界を前記空洞共振
器からマイクロ波導入窓を通して前記処理室内に放射し
て前記被処理基板に対向する領域にリング状のプラズマ
を発生させるマイクロ波電磁界放射手段とを備えたこと
を特徴とするプラズマ処理装置である。また本発明は、
マイクロ波源と、該マイクロ波源から放射したマイクロ
波を伝送するマイクロ波導波管と、該マイクロ波導波管
で伝送されたマイクロ波を伝送する同軸線路部と、該同
軸線路部に同軸状に接続して同軸線路部から伝送された
マイクロ波を共振させる空洞共振器と、被処理基板を載
置する基板電極を内部に設置した処理室と、前記空洞共
振器の中心軸付近を中心にして角度成分を有するマイク
ロ波電磁界を前記空洞共振器からマイクロ波導入窓を通
して前記処理室内に放射して前記被処理基板に対向する
領域にリング状のプラズマを発生させるマイクロ波電磁
界放射手段とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装
置である。また本発明は、マイクロ波源と、該マイクロ
波源から放射したマイクロ波を伝送するマイクロ波導波
管と、該マイクロ波導波管で伝送されたマイクロ波を伝
送する同軸線路部と、該同軸線路部の空洞共振器側に設
けられ、同軸線路部と空洞共振器との境界付近において
生じるマイクロ波電力の反射を低減する整合室と、前記
同軸線路部に前記整合室を介して同軸状に接続して同軸
線路部から伝送されたマイクロ波を共振させる空洞共振
器と、被処理基板を載置する基板電極を内部に設置した
処理室と、前記空洞共振器からマイクロ波電磁界をマイ
クロ波導入窓を通して前記処理室内に放射して前記被処
理基板に対向する領域にリング状のプラズマを発生させ
るマイクロ波電磁界放射手段とを備えたことを特徴とす
るプラズマ処理装置である。In order to achieve the above object, the present invention provides a microwave source, a microwave waveguide for transmitting microwaves radiated from the microwave source, and a microwave waveguide for transmitting the microwave. A cavity resonator that resonates the microwave, a processing chamber in which a substrate electrode on which a substrate to be processed is placed is installed, and a microwave electromagnetic field having an angular component centered around the central axis of the cavity resonator. Microwave electromagnetic field radiating means for radiating from the cavity resonator through the microwave introduction window into the processing chamber to generate ring-shaped plasma in a region facing the substrate to be processed. It is a device. Further, the present invention is
A microwave source, a microwave waveguide for transmitting microwaves radiated from the microwave source, a coaxial line portion for transmitting microwaves transmitted by the microwave waveguide, and a coaxial connection to the coaxial line portion. The cavity resonator that resonates the microwave transmitted from the coaxial line section, the processing chamber in which the substrate electrode on which the substrate to be processed is placed is installed, and the angular component around the central axis of the cavity resonator. And a microwave electromagnetic field radiating means for radiating a microwave electromagnetic field from the cavity resonator into the processing chamber through a microwave introduction window to generate ring-shaped plasma in a region facing the substrate to be processed. It is a plasma processing apparatus characterized in that. Further, the present invention provides a microwave source, a microwave waveguide for transmitting microwaves radiated from the microwave source, a coaxial line portion for transmitting the microwaves transmitted by the microwave waveguide, and a coaxial line portion of the coaxial line portion. A matching chamber, which is provided on the cavity resonator side and reduces reflection of microwave power generated near the boundary between the coaxial line portion and the cavity resonator, is coaxially connected to the coaxial line portion through the matching chamber. A cavity resonator for resonating the microwave transmitted from the coaxial line portion, a processing chamber in which a substrate electrode for mounting a substrate to be processed is installed, and a microwave electromagnetic field from the cavity resonator through a microwave introduction window. A plasma processing apparatus comprising: a microwave electromagnetic field radiating unit that radiates into the processing chamber to generate ring-shaped plasma in a region facing the substrate to be processed.

【０００６】また本発明は、マイクロ波源と、該マイク
ロ波源から放射したマイクロ波を伝送するマイクロ波導
波管と、該マイクロ波導波管で伝送されたマイクロ波を
伝送する同軸線路部と、該同軸線路部の空洞共振器側に
設けられ、同軸線路部と空洞共振器との境界付近におい
て生じるマイクロ波電力の反射を低減する整合室と、前
記同軸線路部に前記整合室を介して同軸状に接続して同
軸線路部から伝送されたマイクロ波を共振させる空洞共
振器と、被処理基板を載置する基板電極を内部に設置し
た処理室と、前記空洞共振器の中心軸付近を中心にして
角度成分を有するマイクロ波電磁界を前記空洞共振器か
らマイクロ波導入窓を通して前記処理室内に放射して前
記被処理基板に対向する領域にリング状のプラズマを発
生させるマイクロ波電磁界放射手段とを備えたことを特
徴とするプラズマ処理装置である。また本発明は、前記
プラズマ処理装置において、前記空洞共振器はＴＭモー
ドで共振するように構成したことを特徴とする。また本
発明は、前記プラズマ処理装置において、前記空洞共振
器は円形ＴＭモードで共振するように構成したことを特
徴とする。また本発明は、前記プラズマ処理装置におい
て、前記マイクロ波電磁界放射手段をスロットアンテナ
で形成したことを特徴とする。また本発明は、前記プラ
ズマ処理装置において、前記マイクロ波電磁界放射手段
を、前記処理室内に放射されるマイクロ波電界の方向が
前記空洞共振器内の電界の方向と異なるようにスロット
アンテナで形成したことを特徴とする。また本発明は、
前記プラズマ処理装置において、前記マイクロ波電磁界
放射手段を、前記処理室内にＴＥ0n(n=1,2,3…)モード
とＴＭ0n(n=1,2,3…)モードとの合成されたマイクロ波
電磁界が放射されるスロットアンテナで形成したことを
特徴とする。また本発明は、前記プラズマ処理装置にお
いて、前記マイクロ波電磁界放射手段を、表面電流との
間において次の関係が成立するようにスロットアンテナ
で形成したことを特徴とする。前記空洞共振器に対して
外向きに正の方向を持つスロットアンテナ長軸方向の単
位ベクトルをｎ_s、表面電流ベクトルをＪとしたとき、
ｎ_sとＪを用いて定義されるベクトルＳ≡ｎ_s×（ｎ_s×
Ｊ）が空洞共振器の中心軸付近に中心を持つ同心状の渦
（マイクロ波電磁界成分）を形成する。The present invention also provides a microwave source, a microwave waveguide for transmitting the microwave radiated from the microwave source, a coaxial line section for transmitting the microwave transmitted by the microwave waveguide, and the coaxial line. A matching chamber, which is provided on the side of the cavity of the line portion and reduces reflection of microwave power generated near the boundary between the coaxial line portion and the cavity resonator, and a coaxial line formed in the coaxial line portion via the matching chamber. A cavity resonator that connects and resonates the microwave transmitted from the coaxial line section, a processing chamber in which a substrate electrode for mounting a substrate to be processed is installed, and a center axis of the cavity resonator is centered. A microwave electromagnetic field having an angular component is radiated from the cavity resonator through the microwave introduction window into the processing chamber to generate a ring-shaped plasma in a region facing the substrate to be processed. Is a plasma processing apparatus characterized by comprising an electromagnetic radiation means. Further, the present invention is characterized in that, in the plasma processing apparatus, the cavity resonator is configured to resonate in a TM mode. Further, the present invention is characterized in that, in the plasma processing apparatus, the cavity resonator is configured to resonate in a circular TM mode. Further, according to the present invention, in the plasma processing apparatus, the microwave electromagnetic field radiating means is formed by a slot antenna. According to the present invention, in the plasma processing apparatus, the microwave electromagnetic field emitting means is formed by a slot antenna so that a direction of a microwave electric field radiated into the processing chamber is different from a direction of an electric field inside the cavity resonator. It is characterized by having done. Further, the present invention is
In the plasma processing apparatus, the microwave electromagnetic field radiating means is provided in the processing chamber in a combination of a TE0n (n = 1,2,3 ...) mode and a TM0n (n = 1,2,3 ...) mode. It is characterized by being formed by a slot antenna that radiates a wave electromagnetic field. Further, the present invention is characterized in that, in the plasma processing apparatus, the microwave electromagnetic field radiating means is formed by a slot antenna so that the following relationship is established with a surface current. When the unit vector in the long axis direction of the slot antenna having a positive direction outward with respect to the cavity resonator is n _s and the surface current vector is J,
A vector _S ≡ n _s × (n _s × defined by n _s and J
J) forms a concentric vortex (microwave electromagnetic field component) whose center is near the central axis of the cavity resonator.

【０００７】また本発明は、前記プラズマ処理装置にお
ける前記処理室内において前記空洞共振器の軸方向の成
分を有する静磁界を発生させる静磁界発生装置を備えた
ことを特徴とする。また本発明は、マイクロ波源と、該
マイクロ波源から放射したマイクロ波を伝送するマイク
ロ波導波管と、該マイクロ波導波管で伝送されたマイク
ロ波を共振させるリング状の空洞共振器と、被処理基板
を載置する基板電極を内部に設置した処理室と、前記リ
ング状の空洞共振器からマイクロ波電磁界をマイクロ波
導入窓を通して前記処理室内に放射して前記被処理基板
に対向する領域にリング状のプラズマを発生させるマイ
クロ波電磁界放射手段とを備えたことを特徴とするプラ
ズマ処理装置である。また本発明は、マイクロ波源と、
該マイクロ波源から放射したマイクロ波を伝送するマイ
クロ波導波管と、該マイクロ波導波管で伝送されたマイ
クロ波を共振させるリング状の空洞共振器と、被処理基
板を載置する基板電極を内部に設置した処理室と、前記
リング状の空洞共振器の中心軸を中心にして角度成分を
有するマイクロ波電磁界を前記リング状の空洞共振器か
らマイクロ波導入窓を通して前記処理室内に放射して前
記被処理基板に対向する領域にリング状のプラズマを発
生させるマイクロ波電磁界放射手段とを備えたことを特
徴とするプラズマ処理装置である。Further, the present invention is characterized by comprising a static magnetic field generator for generating a static magnetic field having a component in the axial direction of the cavity resonator in the processing chamber of the plasma processing apparatus. The present invention also provides a microwave source, a microwave waveguide that transmits the microwave radiated from the microwave source, a ring-shaped cavity resonator that resonates the microwave transmitted by the microwave waveguide, and a processed object. A processing chamber in which a substrate electrode on which a substrate is placed is installed, and a microwave electromagnetic field from the ring-shaped cavity resonator is radiated into the processing chamber through a microwave introduction window in a region facing the substrate to be processed. It is a plasma processing apparatus comprising: a microwave electromagnetic field emitting means for generating a ring-shaped plasma. The present invention also includes a microwave source,
A microwave waveguide that transmits microwaves emitted from the microwave source, a ring-shaped cavity resonator that resonates the microwaves transmitted by the microwave waveguide, and a substrate electrode on which a substrate to be processed is placed Radiating a microwave electromagnetic field having an angle component centered on the central axis of the ring-shaped cavity resonator from the ring-shaped cavity resonator through the microwave introduction window into the processing chamber. A plasma processing apparatus comprising: a microwave electromagnetic field radiating unit that generates a ring-shaped plasma in a region facing the substrate to be processed.

【０００８】また本発明は、前記プラズマ処理装置にお
いて、前記処理室内に、前記被処理基板と対向して接地
または高周波電力を給電する電極部材を設置したことを
特徴とする。また本発明は、前記プラズマ処理装置にお
ける前記処理室内において、前記被処理基板と対向して
前記リング状の空洞共振器の中心軸部に接地または高周
波電力を給電する電極部材を設置したことを特徴とす
る。また本発明は、前記プラズマ処理装置における前記
処理室内において前記空洞共振器の軸方向の成分を有す
る静磁界を発生させる静磁界発生装置を備えたことを特
徴とする。また本発明は、前記プラズマ処理装置におい
て、前記処理室内に、前記被処理基板と対向して接地ま
たは高周波電力を給電する電極部材を設置し、該電極部
材を温度制御するように構成したことを特徴とする。ま
た本発明は、前記プラズマ処理装置において、前記被処
理基板と対向して前記リング状の空洞共振器の中心軸部
に設置された部材から前記処理室内に処理ガスを供給す
るように構成したことを特徴とする。また本発明は、前
記プラズマ処理装置において、前記マイクロ波電磁界放
射手段をスロットアンテナで形成したことを特徴とす
る。また本発明は、前記プラズマ処理装置において、前
記マイクロ波電磁界放射手段を、前記処理室内に放射さ
れるマイクロ波電界の方向が前記空洞共振器内の電界の
方向と異なるようにスロットアンテナで形成したことを
特徴とする。Further, the present invention is characterized in that, in the plasma processing apparatus, an electrode member facing the substrate to be processed is installed in the processing chamber so as to be grounded or supply high-frequency power. Further, according to the present invention, in the processing chamber of the plasma processing apparatus, an electrode member for grounding or supplying high-frequency power is installed at a central axis portion of the ring-shaped cavity resonator so as to face the substrate to be processed. And Further, the present invention is characterized by comprising a static magnetic field generator for generating a static magnetic field having a component in the axial direction of the cavity resonator in the processing chamber of the plasma processing apparatus. In the plasma processing apparatus according to the present invention, an electrode member facing the substrate to be processed, which is grounded or supplies high-frequency power, is installed in the processing chamber, and the temperature of the electrode member is controlled. Characterize. Further, according to the present invention, in the plasma processing apparatus, the processing gas is supplied into the processing chamber from a member that faces the substrate to be processed and is installed in a central axis portion of the ring-shaped cavity resonator. Is characterized by. Further, according to the present invention, in the plasma processing apparatus, the microwave electromagnetic field radiating means is formed by a slot antenna. According to the present invention, in the plasma processing apparatus, the microwave electromagnetic field emitting means is formed by a slot antenna so that a direction of a microwave electric field radiated into the processing chamber is different from a direction of an electric field inside the cavity resonator. It is characterized by having done.

【０００９】また本発明は、空洞共振器の中心軸付近を
中心にして角度成分を有するマイクロ波電磁界を前記空
洞共振器からマイクロ波導入窓を通して処理室内に放射
して被処理基板に対向する領域にリング状のプラズマを
発生させ、この発生したリング状のプラズマにより前記
被処理基板に対してプラズマ処理を施すことを特徴とす
るプラズマ処理方法である。以上説明したように、本発
明は、プラズマ処理室内のプラズマ密度分布、高周波電
磁界分布、処理室内のガスの流れ等を最適化することに
特徴がある。ところで、プラズマ処理の均一性はプラズ
マを構成する各種粒子の密度ならびにエネルギー分布に
より決まると考えられる。プラズマを構成する粒子とし
てイオン、電子、プラズマ中で発生する活性種、基板上
の化学反応により生成される反応生成物がある。これら
各種粒子の密度ならびにエネルギー分布を最適化（制
御）するには、プラズマ発生に用いるエネルギーの分
布、外部より供給する雰囲気ガス流の分布、荷電粒子を
加速するために与える電位の分布、処理室壁面の温度、
処理室に加える静磁界を最適化（制御）することによっ
て実現することができる。即ち、プラズマ発生に用いる
エネルギーの分布最適化によるイオン、電子、活性種の
発生分布の最適化、雰囲気ガス流の最適化による各種粒
子の発生源である雰囲気ガスの密度の最適化、荷電粒子
を加速するために与える電位分布の最適化による荷電粒
子のエネルギーの最適化を行うことができる。Further, according to the present invention, a microwave electromagnetic field having an angle component around the central axis of the cavity resonator is radiated from the cavity resonator into the processing chamber through the microwave introduction window to face the substrate to be processed. In the plasma processing method, a ring-shaped plasma is generated in a region and the processed substrate is subjected to plasma processing by the generated ring-shaped plasma. As described above, the present invention is characterized by optimizing the plasma density distribution in the plasma processing chamber, the high frequency electromagnetic field distribution, the gas flow in the processing chamber, and the like. By the way, it is considered that the uniformity of plasma treatment is determined by the density and energy distribution of various particles forming plasma. Particles constituting plasma include ions, electrons, active species generated in plasma, and reaction products generated by a chemical reaction on the substrate. To optimize (control) the density and energy distribution of these various particles, the distribution of the energy used for plasma generation, the distribution of the atmosphere gas flow supplied from the outside, the distribution of the potential given to accelerate charged particles, the processing chamber Wall temperature,
It can be realized by optimizing (controlling) the static magnetic field applied to the processing chamber. That is, by optimizing the distribution of ions, electrons, and active species by optimizing the distribution of energy used for plasma generation, by optimizing the atmosphere gas flow, the density of the atmosphere gas that is the source of various particles is optimized, and charged particles are The energy of charged particles can be optimized by optimizing the potential distribution given for acceleration.

【００１０】従って、本発明によれば、マイクロ波を用
いたプラズマ処理において、直径が１２インチ（約３０
０ｍｍ）以上になっても被処理基板に対して半径方向に
亘って均一なプラズマ処理を行うことができる。また本
発明によれば、マイクロ波を用いたプラズマ処理におい
て、直径が１２インチ（約３００ｍｍ）以上になっても
被処理基板に対して半径方向に亘って均一なプラズマ処
理を行うことができ、しかもマイクロ波電力の損失を抑
制してマイクロ波電力の有効利用を図ることができる。Therefore, according to the present invention, in plasma processing using microwaves, the diameter is 12 inches (about 30 mm).
Even if it is 0 mm or more, it is possible to perform uniform plasma processing on the substrate to be processed in the radial direction. Further, according to the present invention, in plasma processing using microwaves, even if the diameter is 12 inches (about 300 mm) or more, uniform plasma processing can be performed on the substrate to be processed in the radial direction, Moreover, the loss of microwave power can be suppressed and the microwave power can be effectively used.

【００１１】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を用いて説明する。まず、本発明に係るプラズマ発生領
域をリング状に制御することの意義について図１を用い
て説明する。図１（ａ）はプラズマ発生が平板状の領域
で均一に起きる場合のプラズマ処理装置の処理室を模式
的に示す。平板状のプラズマ発生領域１４０１で発生し
たプラズマを構成する粒子は中性ガス分子との衝突など
により処理室１０３中に拡散していく。処理室壁面１４
０３でプラズマは消失することから側壁近くで密度は低
下する。従って密度分布は被処理基板１０６の近傍では
中心部で密度が高く周囲で低いいわゆる凸型の分布にな
りやすい傾向にある。被処理基板１０６に均一なプラズ
マ処理を行うには被処理基板１０６直上でほぼ均一なプ
ラズマ密度であることが望ましい。これを実現するには
壁面１４０３での損失を減らすか、または密度が高くな
る中心部のプラズマ発生領域をなくす等の方法が考えら
れる。図１（ｂ）は中心部のプラズマ発生領域をなくし
たリング状のプラズマ発生領域１４０５をもつ場合を示
す。この場合において、発生領域１４０５と被処理基板
１０６との距離やプラズマ発生領域１４０５のリング径
等を制御（調整）することによって被処理基板１０６付
近に均一なプラズマ密度分布を実現することができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the significance of controlling the plasma generation region according to the present invention in a ring shape will be described with reference to FIG. FIG. 1A schematically shows a processing chamber of a plasma processing apparatus when plasma is generated uniformly in a flat area. Particles forming plasma generated in the flat plate-shaped plasma generation region 1401 diffuse into the processing chamber 103 due to collision with neutral gas molecules. Wall 14 of processing room
Since the plasma disappears at 03, the density decreases near the side wall. Therefore, in the vicinity of the substrate 106 to be processed, the density distribution tends to be a so-called convex distribution in which the density is high in the center and low in the periphery. In order to perform uniform plasma processing on the substrate 106 to be processed, it is desirable that the plasma density is substantially uniform immediately above the substrate 106 to be processed. In order to realize this, a method of reducing the loss on the wall surface 1403 or eliminating the plasma generation region in the central portion where the density becomes high can be considered. FIG. 1B shows a case where a ring-shaped plasma generation region 1405 is formed by eliminating the central plasma generation region. In this case, by controlling (adjusting) the distance between the generation region 1405 and the substrate 106 to be processed, the ring diameter of the plasma generation region 1405, and the like, a uniform plasma density distribution can be realized in the vicinity of the substrate 106 to be processed.

【００１２】まず、本発明に係わる第１の実施の形態に
ついて図２乃至図１３を用いて説明する。ところで、閉
じた空間内にプラズマが存在する場合、壁面１４０３で
プラズマが損失するため、空間の中心部で高く周囲で低
いプラズマ密度分布となりやすい傾向にある。プラズマ
処理装置に用いられるプラズマの場合も同様の傾向があ
り、プラズマ処理の不均一をもたらす原因の一つとなる
場合がある。これを防止するには処理室壁面１４０３へ
のプラズマ損失を低減するプラズマ発生量を損失の原因
である壁面付近で多くなるように設定するなどの方策が
考えられる。円盤状の被処理基板１０６が処理対象とな
る場合、円筒形のプラズマ処理室１０３を用いることが
自然であり、この場合円筒側壁１４０３でのプラズマ損
失がプラズマ処理１０３の基板内均一性に影響を与え
る。プラズマ発生量の分布によって被処理基板付近のプ
ラズマ不均一を緩和するには側壁近傍で高く中心部で低
いリング状の発生量分布に調整する必要がある。角型の
処理室を用いた場合も同様に処理室壁面近傍で高く中心
部で低いリング状の発生量分布に調整する必要がある。
プラズマの発生量は発生用エネルギーの消費量と正の相
関がある。プラズマ発生用エネルギーの消費量はエネル
ギーの供給量と損失の割合で決まる。損失の割合がほぼ
空間的に一定であればエネルギーの供給量によりほぼプ
ラズマ発生量は決まる。従って側壁近傍で高く中心部で
低いリング状のプラズマ発生量分布に調整するにはプラ
ズマに供給するエネルギーの分布をリング状にすること
が重要となる。First, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 13. By the way, when plasma exists in the closed space, the plasma is lost at the wall surface 1403, so that the plasma density distribution tends to be high in the center of the space and low in the periphery. In the case of the plasma used in the plasma processing apparatus, there is a similar tendency, which may be one of the causes of nonuniform plasma processing. In order to prevent this, a measure such as setting the amount of plasma generated to reduce the plasma loss on the wall surface 1403 of the processing chamber to increase near the wall surface that causes the loss can be considered. When the disk-shaped substrate to be processed 106 is to be processed, it is natural to use the cylindrical plasma processing chamber 103, and in this case, the plasma loss at the cylindrical side wall 1403 affects the uniformity of the plasma processing 103 within the substrate. give. In order to alleviate the plasma non-uniformity in the vicinity of the substrate to be processed by the distribution of the plasma generation amount, it is necessary to adjust to a ring-shaped generation amount distribution that is high near the sidewall and low at the center. Similarly, when a rectangular processing chamber is used, it is necessary to adjust to a ring-shaped amount distribution that is high near the wall of the processing chamber and low at the center.
The amount of generated plasma has a positive correlation with the amount of generated energy consumed. The amount of energy used to generate plasma is determined by the amount of energy supplied and the rate of loss. If the loss ratio is substantially spatially constant, the amount of energy supply determines the amount of plasma generation. Therefore, it is important to make the distribution of the energy supplied to the plasma in a ring shape in order to adjust the plasma generation amount distribution in a ring shape that is high near the sidewall and low in the center.

【００１３】プラズマ発生エネルギー源としてマイクロ
波を用いる。リング状の電力分布を得るのにリング状の
空洞共振器１０１を用いることができる。自由空間での
波長λが１０ｃｍ程度のマイクロ波は空洞共振器１０１
内の電磁界もオーダー的に１０ｃｍ程度の周期で強弱を
示す分布をとりやすくなる傾向がある。被処理基板１０
６の直径Ｄが例えば１０インチ（約２５４ｍｍ）、１２
インチ（約３０５ｍｍ）と順次大きくなったとき、リン
グ状空洞共振器１０１もこれとオーダー的に同程度の大
きさが必要となる。従ってリング状空洞共振器１０１と
して内部の電磁界が数個から十数個程度のピークを持つ
分布になるリング状空洞共振器を用いることになる。な
お、本発明においては、被処理基板１０６の直径が例え
ば１０インチ（約２５４ｍｍ）、１２インチ（約３０５
ｍｍ）と順次大きくなったときでも、半径方向に亘って
均一のプラズマ処理が行えるように、中心部が凹のリン
グ状プラズマを発生できれば良く、後述するように必ず
しもリング状空洞共振器を用いる必要はない。図２に本
発明に係るリング状空洞共振器を用いたエッチング装置
の断面図を示す。図示しないマイクロ波発生源により供
給されたマイクロ波電力は図示しないアイソレータ、図
示しない整合器を介して方形導波管１００によりリング
状空洞共振器１０１に伝送される。リング状空洞共振器
１０１にはマイクロ波の放射孔１０２が設けられ、処理
室１０３にマイクロ波導入窓１０４を介してマイクロ波
を放射する。リング状空洞共振器１０１はマイクロ波電
力の損失を低減するため導電率の高い物質例えばアルミ
ニウムや銅などでできている。マイクロ波導入窓１０４
はマイクロ波に与える損失が少なく、かつプラズマ処理
に悪影響をおよぼしにくい材質として例えば石英、アル
ミナセラミックなどの誘電体でできている。またマイク
ロ波導入窓１０４はリング状の形状となっている。マイ
クロ波導入窓１０４から処理室１０３内に放射されたマ
イクロ波によりプラズマが処理室１０３内に発生する。Microwave is used as a plasma generation energy source. A ring-shaped cavity resonator 101 can be used to obtain a ring-shaped power distribution. A microwave having a wavelength λ of about 10 cm in free space is generated by the cavity resonator 101.
The electromagnetic field in the inside tends to have a distribution showing strength in a cycle of about 10 cm in order. Substrate 10 to be processed
The diameter D of 6 is, for example, 10 inches (about 254 mm), 12
The ring-shaped cavity resonator 101 is required to have a size of the same order as the size of the ring-shaped cavity resonator 101 when the size gradually increases to inch (about 305 mm). Therefore, as the ring-shaped cavity resonator 101, a ring-shaped cavity resonator having a distribution in which the internal electromagnetic field has a peak of several to ten and a dozen is used. In the present invention, the diameter of the substrate 106 to be processed is, for example, 10 inches (about 254 mm) or 12 inches (about 305 mm).
mm), it is sufficient to generate a ring-shaped plasma having a concave central portion so that uniform plasma processing can be performed in the radial direction. There is no. FIG. 2 shows a sectional view of an etching apparatus using a ring-shaped cavity resonator according to the present invention. Microwave power supplied by a microwave generator (not shown) is transmitted to the ring-shaped cavity resonator 101 by the rectangular waveguide 100 via an isolator (not shown) and a matching device (not shown). The ring-shaped cavity resonator 101 is provided with a microwave radiation hole 102, and the microwave is radiated into the processing chamber 103 through the microwave introduction window 104. The ring-shaped cavity resonator 101 is made of a highly conductive material such as aluminum or copper in order to reduce the loss of microwave power. Microwave introduction window 104
Is made of a dielectric such as quartz or alumina ceramic, which is a material that has a small loss given to microwaves and is less likely to adversely affect plasma processing. The microwave introduction window 104 has a ring shape. Plasma is generated in the processing chamber 103 by the microwave radiated from the microwave introduction window 104 into the processing chamber 103.

【００１４】円盤状部品１０５はマイクロ波導入窓１０
４に囲まれて設置される。このため円盤状部品１０５に
は、リング状空洞共振器１０１の軸心部を通して電力や
処理ガスや冷媒等を供給することが可能となる。従っ
て、円盤状部品１０５は図示しない温度制御機構により
処理に適した温度に加熱あるいは冷却することができ
る。円盤状部品１０５を加熱する場合には、円盤状部品
１０５内に例えばヒータを埋め込むことによって円盤状
部品１０５の加熱を実現することができる。また円盤状
部品１０５を冷却する場合には、円盤状部品１０５内に
例えば水等の冷媒を通す通路を埋め込むことによって円
盤状部品１０５の冷却を実現することができる。The disk-shaped component 105 is the microwave introduction window 10
It is installed surrounded by 4. Therefore, it becomes possible to supply the disk-shaped component 105 with electric power, processing gas, refrigerant, etc. through the axial center of the ring-shaped cavity resonator 101. Therefore, the disk-shaped component 105 can be heated or cooled to a temperature suitable for processing by a temperature control mechanism (not shown). When the disc-shaped component 105 is heated, the disc-shaped component 105 can be heated by, for example, embedding a heater in the disc-shaped component 105. When cooling the disk-shaped component 105, cooling of the disk-shaped component 105 can be realized by embedding a passage for passing a coolant such as water in the disk-shaped component 105.

【００１５】またガス供給機構１１０を円盤状部品１０
５に接続することによって、処理に適した１種類または
複数種類の雰囲気ガスを所定の流量処理室１０３に供給
することができる。また円盤状部品１０５に高周波電力
を給電し、発生するプラズマを調整することもできる。
処理室１０３には図示しない排気系が接続され、排気量
ならびに雰囲気ガスの供給量を制御することにより処理
室１０３は処理に適した圧力に保持されている。また円
盤状部品１０５は電気的に接地することもでき、被処理
基板１０６に整合器１０７を介して接続された例えば周
波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源１０８によって供給
される高周波の接地電極として動作させることができ
る。被処理基板１０６は、例えば１０インチ（約２５４
ｍｍ）、１２インチ（約３０５ｍｍ）、それ以上の直径
を有する円盤状基板である。処理室１０３を取り囲むよ
うに複数の静磁界発生装置１０９ａ、１０９ｂが設置さ
れ、処理室内に電子サイクロトロン共鳴現象を起こす程
度の大きさの静磁界Ｈ_Sを発生させることができる。静
磁界Ｈ_Sは被処理基板１０６に対してほぼ垂直な方向に
発生させる。マイクロ波の周波数ｆが２．４５ＧＨｚの
場合、電子サイクロトロン共鳴現象を起こす静磁界Ｈ_S
の大きさは０．０８７５テスラとなる。複数の静磁界発
生装置１０９ａ、１０９ｂが電磁石である場合、電磁石
に流す電流の大きさを調整することにより処理室１０３
内の静磁界分布を制御でき、電子サイクロトロン共鳴を
起こす大きさの静磁界となる位置を制御することができ
る。その他の静磁界発生装置を用いた場合にも、例えば
静磁界発生装置と処理室の位置関係を調整することによ
り処理室１０３内の静磁界を制御することができる。と
ころで、電子サイクロトロン共鳴現象を用いたプラズマ
処理装置でマイクロ波電力は電子サイクロトロン共鳴を
起こす場所で強く吸収され、プラズマは主としてこの場
所で発生する。静磁界を制御することでプラズマの発生
領域を制御できる。またプラズマ中の電子は静磁界に垂
直方向の移動が抑制される。そのため静磁界を調整する
ことによりプラズマ中電子の拡散を制御することができ
る。Further, the gas supply mechanism 110 is connected to the disk-shaped component 10
By connecting to 5, the atmospheric gas of one kind or plural kinds suitable for processing can be supplied to the predetermined flow rate processing chamber 103. Further, it is also possible to supply high frequency power to the disk-shaped component 105 and adjust the generated plasma.
An exhaust system (not shown) is connected to the processing chamber 103, and the processing chamber 103 is maintained at a pressure suitable for processing by controlling the exhaust amount and the supply amount of the atmospheric gas. Further, the disk-shaped component 105 can be electrically grounded, and can be operated as a high-frequency ground electrode supplied from a high-frequency power source 108 having a frequency of 13.56 MHz, which is connected to the substrate 106 to be processed through a matching unit 107. You can The substrate 106 to be processed is, for example, 10 inches (about 254 inches).
mm), 12 inches (about 305 mm), and more. A plurality of static magnetic field generators 109a and 109b are installed so as to surround the processing chamber 103, and a static magnetic field H _S having a magnitude enough to cause an electron cyclotron resonance phenomenon can be generated in the processing chamber. The static magnetic field H _S is generated in a direction substantially perpendicular to the substrate 106 to be processed. When the frequency f of the microwave is 2.45 GHz, a static magnetic field H _S that causes an electron cyclotron resonance phenomenon.
Is 0.0875 tesla. When the plurality of static magnetic field generators 109a and 109b are electromagnets, the processing chamber 103 can be adjusted by adjusting the magnitude of the current flowing through the electromagnets.
It is possible to control the distribution of the static magnetic field in the inside, and to control the position where the static magnetic field has a magnitude that causes electron cyclotron resonance. Even when another static magnetic field generator is used, the static magnetic field in the processing chamber 103 can be controlled by adjusting the positional relationship between the static magnetic field generator and the processing chamber, for example. By the way, in the plasma processing apparatus using the electron cyclotron resonance phenomenon, the microwave power is strongly absorbed at the place where the electron cyclotron resonance occurs, and the plasma is mainly generated at this place. By controlling the static magnetic field, the plasma generation region can be controlled. Further, the electrons in the plasma are suppressed from moving in the direction perpendicular to the static magnetic field. Therefore, the diffusion of electrons in plasma can be controlled by adjusting the static magnetic field.

【００１６】リング状共振器１０１について図３から図
８を用いて説明する。図３にリング状共振器の模式図並
びに座標系を示す。図３のようにリングの内半径をａ、
外半径をｂ、高さをｈとする。ところで、リング状共振
器１０１内部には、ｚ方向の電界Ｅ_TEM、磁界Ｈ_TEMを持
たないＴＥＭモードと呼ばれる電磁界、ｚ方向の磁界成
分Ｈ_TMを持たない（ｚ軸と垂直な面内に磁界成分Ｈ_TMを
有する）ＴＭ（Transverse Magnetic）モードと呼ばれ
る電磁界、ｚ方向の電界成分Ｅ_TEを持たない（ｚ軸と垂
直な面内に電界成分Ｅ_TEを有する）ＴＥ（Transverse E
lectric）モードと呼ばれる３種類の電磁界が存在でき
る。リング状共振器１０１のサイズ（ａ、ｂ、ｈ）は、
３種類のモードの各々において以下の式を満足する。 ＴＥＭモードの場合： ｈ＝πｆ／ｃ（ａ、ｂには制限なし） ＴＥモードの場合： Ｊ_m'(ｋ_cａ)Ｎ_m'(ｋ_cｂ)−Ｊ_m'(ｋ_cｂ)Ｎ_m'(ｋ_cａ)＝０ （π／ｈ）²＝（２πｆ／ｃ）²−ｋ_c ² ＴＭモードの場合： Ｊ_m(ｋ_cａ)Ｎ_m(ｋ_cｂ)−Ｊ_m(ｋ_cｂ)Ｎ_m(ｋ_cａ)＝０ （π／ｈ）²＝（２πｆ／ｃ）²−ｋ_c ² ただし、ｆ：マイクロ波の周波数、π：円周率、ｃ：光
速、Ｊ_m(ｒ)：ｍ次ベッセル関数、Ｎ_m(ｒ)：ｍ次ノイマ
ン関数、Ｊ_m'(ｒ)≡ｄＪ_m(ｒ)／ｄｒ、Ｎ_m'(ｒ)≡ｄＮ_m
(ｒ)／ｄｒとする。The ring resonator 101 will be described with reference to FIGS. 3 to 8. FIG. 3 shows a schematic diagram of the ring resonator and the coordinate system. As shown in FIG. 3, the inner radius of the ring is a,
The outer radius is b and the height is h. By the way, inside the ring-shaped resonator 101, there is no electric field E _TEM in the z direction, an electromagnetic field called TEM mode having no magnetic field H _TEM, and no magnetic field component H _TM in the z direction (in a plane perpendicular to the z axis). magnetic field has a component H _TM) TM (electromagnetic field called Transverse magnetic) mode, having a electric field component E _TE in no electric field component E _TE in the z direction (z-axis perpendicular to the plane) TE (Transverse E
There can be three types of electromagnetic fields called electric modes. The size (a, b, h) of the ring resonator 101 is
The following equation is satisfied in each of the three modes. In TEM mode: h = πf / c (no limitation for a and b) In TE mode: J _m ′ (k _c a) N _m ′ (k _c b) −J _m ′ (k _c b) N _{m '(k c a) =} 0 (π / h) 2 = (2πf / c) in the case of ² -k _c ² TM _{mode: J m (k c a)} N m (k c b) -J m (k _{c b) N m (k c} a) = 0 (π / h) 2 = (2πf / c) 2 -k c 2 However, f: frequency of the microwave, [pi: pi, c: velocity of light, J _m (r): m-th order Bessel function, N _m (r): m-th order Neumann function, J _m ′ (r) ≡dJ _m (r) / dr, N _m ′ (r) ≡dN _m
(r) / dr

【００１７】ここでＴＥ、ＴＭモードについてベッセル
関数、ノイマン関数の次数ｍは角度方向の変化の数を示
す。ｍ次の場合角度方向ｑに２ｍ個のピークが存在する
電磁界分布となる。ＴＥ、ＴＭモードの場合どちらも
ａ、ｂを与えた場合、上式を満足するｋcは複数存在
し、ｋcの絶対値の小さいほうから１番、２番と番号を
与えるとｋcに付与された番号はは半径方向（ｒ方向）
の電磁界の変化の回数を示す。このｋcに付与された番
号をｎとする。上記ｍ、ｎでＴＥ、ＴＭの各モードは特
徴付けられ、以下このモードをＴＥmnモード、ＴＭmnモ
ードと呼ぶことにする。Here, in the TE and TM modes, the order m of the Bessel function and Neumann function represents the number of changes in the angular direction. In the case of m-th order, the electromagnetic field distribution has 2m peaks in the angular direction q. In the case of both TE and TM modes, when a and b are given, there are a plurality of kc that satisfy the above equation, and when the numbers 1 and 2 are given from the smallest absolute value of kc, they are given to kc. Numbers are radial (r direction)
The number of changes in the electromagnetic field of is shown. The number assigned to this kc is n. Each of TE and TM modes is characterized by the above m and n, and hereinafter, these modes will be referred to as TEmn mode and TMmn mode.

【００１８】図４（ａ）には、ＴＥ61モードの電界Ｅ_TM
を模式的に示す。図４（ｂ）は図４（ａ）に示すリング
状空洞共振器１０１のＡ−Ａ’断面におけるＴＥ61モー
ドの電界Ｅ_TEを示す。ＴＥモードの電界Ｅ_TEは、リング
状共振器の軸（ｚ方向）と垂直な面内（半径方向（ｒ方
向））にしか存在しない。ＴＥモードの磁界Ｈ_TEは、上
記電界Ｅ_TEに対して直角に発生する。同様に図５（ａ）
には、ＴＭ61モードの電界Ｅ_TMを模式的に示す。図５
（ｂ）は図５（ａ）に示すリング状空洞共振器１０１の
Ａ−Ａ’断面におけるＴＭ61モードの電界Ｅ_TMを示す。
ＴＭモードの電界Ｅ_TMはリング状共振器に対して軸方向
（ｚ方向）の成分のみを持つ。ＴＭモードの磁界Ｈ
_TMは、上記電界Ｅ_TMに対して直角に発生する。図６に
は、ＴＥＭモードの電界Ｅ_TEMおよび磁界Ｈ_TEMを模式的
に示す。ＴＥＭモードの電界Ｅ_TEMは半径方向（ｒ方
向）成分のみを持ち、磁界Ｈ_TEMは角度方向（ｑ方向）
成分のみを持つ。ＴＥＭモードの電磁界は角度方向（ｑ
方向）に一様である。FIG. 4A shows the electric field E _{TM in the} TE61 mode.
Is schematically shown. FIG. 4B shows an electric field E _TE of the _TE 61 mode in the section AA ′ of the ring-shaped cavity resonator 101 shown in FIG. The TE mode electric field E _TE exists only in a plane (radial direction (r direction)) perpendicular to the axis (z direction) of the ring-shaped resonator. The TE mode magnetic field H _TE is generated at a right angle to the electric field E _TE . Similarly, FIG.
Shows schematically the electric field E _{TM in the} TM61 mode. Figure 5
5B shows the electric field E _TM of TM61 mode in the AA ′ cross section of the ring-shaped cavity resonator 101 shown in FIG.
The TM mode electric field E _TM has only a component in the axial direction (z direction) with respect to the ring resonator. TM mode magnetic field H
_TM is generated at right angles to the electric field E _TM . FIG. 6 schematically shows the electric field E _TEM and the magnetic field H _TEM in the TEM mode. The electric field E _{TEM of the} TEM mode has only a radial direction (r direction) component, and the magnetic field H _TEM is an angular direction (q direction).
It has only ingredients. The electromagnetic field in the TEM mode has an angular direction (q
Direction) is uniform.

【００１９】ＴＥＭモードは、概略波長λに比べサイズ
が大きいリング状空洞共振器１０１の場合、角度方向
（ｑ方向）に電磁界が変化する他のモード（ＴＥモード
やＴＭモード）が混入しやすく、ＴＥＭモードのみを得
ることが困難となる。即ち図７に示すように方形導波管
１００を使って励振する場合、方形導波管１００の内部
の電界は中心部で強く、端で弱く変化する。そのため、
方形導波管１００にリング状空洞共振器１０１を接続し
た場合、方形導波管１００内の電界変化がリング状空洞
共振器１０１の角度方向に現われることになり、ＴＥＭ
モードのみを得ることが困難となる。また電子サイクロ
トロン共鳴現象はマイクロ波の電界Ｅと図２に示す如く
複数の静磁界発生装置１０９ａ、１０９ｂによる静磁界
Ｈ_S（ｚ方向）とが直交する場合に発生するため、電子
サイクロトロン共鳴現象を利用する場合にはＴＥモード
（電界Ｅが空洞共振器１０１の半径方向（ｒ方向）に生
じるため）の方が、ＴＭモード（電界Ｅが空洞共振器１
０１の軸方向（ｚ方向）に生じるため）に比べて有利と
なる。In the TEM mode, in the case of the ring-shaped cavity resonator 101 having a size larger than the approximate wavelength λ, other modes (TE mode and TM mode) in which the electromagnetic field changes in the angular direction (q direction) are easily mixed. , It becomes difficult to obtain only the TEM mode. That is, when excitation is performed using the rectangular waveguide 100 as shown in FIG. 7, the electric field inside the rectangular waveguide 100 changes strongly at the center and weakly at the ends. for that reason,
When the ring-shaped cavity resonator 101 is connected to the rectangular waveguide 100, the electric field change in the rectangular waveguide 100 appears in the angular direction of the ring-shaped cavity resonator 101, and the TEM
It is difficult to get only the mode. Further, the electron cyclotron resonance phenomenon occurs when the electric field E of the microwave and the static magnetic field H _S (z direction) by the plurality of static magnetic field generators 109a and 109b are orthogonal to each other as shown in FIG. When used, the TE mode (because the electric field E is generated in the radial direction (r direction) of the cavity resonator 101) is the TM mode (the electric field E is the cavity resonator 1).
01 (since it occurs in the axial direction (z direction)).

【００２０】一方ＴＭモードの場合、軸方向（ｚ方向）
に電磁界の変化がなく、共振器高さｈを小さくできるモ
ードが存在するため装置の小型化に有利である。次に示
す表１にマイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合の
ＴＥm1モードのリング状空洞共振器のサイズを求めた例
を示す。On the other hand, in the TM mode, the axial direction (z direction)
Since there is no change in the electromagnetic field and there is a mode in which the height h of the resonator can be reduced, it is advantageous for downsizing of the device. Table 1 below shows an example of determining the size of the TEm1 mode ring-shaped cavity resonator when the microwave frequency is 2.45 GHz.

【００２１】[0021]

【表１】 [Table 1]

【００２２】同様に次に示す表２にマイクロ波の周波数
が２．４５ＧＨｚの場合のＴＭm1モードの軸方向に電磁
界の変化のない場合についてリング状共振器のサイズ求
めた例を示す。Similarly, Table 2 below shows an example in which the size of the ring-shaped resonator is obtained in the case where the electromagnetic field does not change in the axial direction of the TMm1 mode when the microwave frequency is 2.45 GHz.

【００２３】[0023]

【表２】 [Table 2]

【００２４】ＴＥm1モードを方形導波管１００により励
振する方法の例を図８（ａ）〜（ｊ）に示す。それぞれ
上面図、側面図を１組に断面で示す。図８（ａ）はリン
グ状空洞共振器１０１に対して方形導波管１００を接線
方向に接続した場合を示す。図８（ｂ）はリング状空洞
共振器１０１の外周のある個所に対して方形導波管１０
０を接続した場合を示す。図８（ｃ）はリング状空洞共
振器１０１の外周のある個所に対して高さ方向から方形
導波管１００を接続した場合を示す。図８（ｄ）はリン
グ状空洞共振器１０１の外周のある個所に対して高さ方
向から接線方向に延びた方形導波管１００を接続した場
合（図８（ａ）と図８（ｃ）とを組み合わせた場合）を
示す。図８（ｅ）は図８（ｂ）と同様にしてリング状空
洞共振器１０１の外周のある個所に対して方形導波管１
００を接続し、リング状空洞共振器１０１の一端を閉じ
た場合を示す。図８（ｆ）はリング状空洞共振器１０１
の外側に対して方形導波管１００を接線方向に接続し、
マイクロ波を半径方向に導入する場合を示す。図８
（ｇ）はリング状空洞共振器１０１の内周の２ヵ所か
ら、高さ方向から軸心に導かれるマイクロ波を半径方向
に導入するように方形導波管１００を接続した場合を示
す。図８（ｈ）はリング状空洞共振器１０１の内周の１
ヵ所から高さ方向から軸心に導かれるマイクロ波を半径
方向に導入するように方形導波管１００を接続した場合
を示す。図８（ｉ）は図８（ｇ）と同様にリング状空洞
共振器１０１の内周の２ヵ所から、高さ方向から軸心に
導かれるマイクロ波を導入するようにリング状空洞共振
器１０１より高さを細くした部分を有する方形導波管１
００を接続した場合を示す。図８（ｊ）はリング状空洞
共振器１０１の上端の２ヵ所から、高さ方向から軸心に
導かれるマイクロ波を半径方向に導波して導入するよう
に方形導波管１００を接続した場合を示す。図８（ａ）
〜（ｊ）には１０種の例を示したが方形導波管１００の
電磁界分布とＴＥm1モードの電磁界分布とが接続面で類
似した分布であれば励振は可能であり、これらの励振方
法に限定されるものではない。An example of a method of exciting the TEm1 mode by the rectangular waveguide 100 is shown in FIGS. A pair of top view and side view are shown in cross section. FIG. 8A shows a case where the rectangular waveguide 100 is tangentially connected to the ring-shaped cavity resonator 101. FIG. 8B shows a rectangular waveguide 10 with respect to a part of the outer periphery of the ring-shaped cavity resonator 101.
The case where 0 is connected is shown. FIG. 8C shows a case where the rectangular waveguide 100 is connected to a certain location on the outer periphery of the ring-shaped cavity resonator 101 from the height direction. FIG. 8 (d) shows a case where a rectangular waveguide 100 extending in the tangential direction from the height direction is connected to a portion on the outer circumference of the ring-shaped cavity resonator 101 (FIGS. 8 (a) and 8 (c)). (When combined with). 8 (e) is similar to FIG. 8 (b), and the rectangular waveguide 1 is attached to a portion of the outer periphery of the ring-shaped cavity resonator 101.
00 is connected and one end of the ring-shaped cavity resonator 101 is closed. FIG. 8F shows a ring-shaped cavity resonator 101.
Tangentially connect the rectangular waveguide 100 to the outside of
The case where a microwave is introduced in the radial direction is shown. Figure 8
(G) shows the case where the rectangular waveguide 100 is connected from two positions on the inner circumference of the ring-shaped cavity resonator 101 so as to introduce the microwave guided to the axis from the height direction in the radial direction. FIG. 8 (h) shows the inner circumference of the ring-shaped cavity resonator 101 at 1
The case where the rectangular waveguide 100 is connected so as to introduce the microwave guided to the axis from the height direction from a position in the radial direction is shown. Similar to FIG. 8 (g), FIG. 8 (i) shows that the ring-shaped cavity resonator 101 is introduced from two positions on the inner circumference of the ring-shaped cavity resonator 101 so as to introduce microwaves guided to the axial center from the height direction. Rectangular waveguide 1 having a portion with a smaller height
00 is connected. In FIG. 8 (j), a rectangular waveguide 100 is connected so that a microwave guided from the height direction to the axial center is guided by being guided in the radial direction from two positions at the upper end of the ring-shaped cavity resonator 101. Indicate the case. Figure 8 (a)
Although 10 types of examples are shown in (j) to (j), if the electromagnetic field distribution of the rectangular waveguide 100 and the electromagnetic field distribution of the TEm1 mode are similar in connection surface, it is possible to excite them. The method is not limited.

【００２５】ＴＭm1モードを励振する方法も接続面の空
洞共振器１０１と励振側導波管１００の電磁界整合性を
考慮して同様に立案することができる。リング状空洞共
振器１０１のマイクロ波導入窓１０４に接する面には、
電磁界の結合孔１０２が設けられており、マイクロ波を
導入窓１０４を介して処理室１０３内に放射する。とこ
ろで、空洞共振器１０１にマイクロ波を放射するための
結合孔１０２を設ける際には、マイクロ波磁界と平行に
結合孔１０２をスロット状に設けると効率良く電磁波を
放射することができる。マイクロ波電力損失低減のため
に空洞共振器１０１は導電率の高い物質で作るため、空
洞共振器１０１の内面でマイクロ波磁界Ｈは内面に対し
て平行となりかつ電界Ｅと垂直となる。図９（ＴＥ41モ
ードの場合を示す。）に示すように、磁界Ｈとスロット
１０２の角度θを調整して空洞共振器１０１内の電磁界
とマイクロ波導入窓１０４および処理室１０３との電磁
的な結合の強さを調整することができる。空洞共振器１
０１とマイクロ波導入窓１０４および処理室１０３との
電磁的な結合が強すぎると空洞共振器電磁界の所望モー
ドからのずれが大きくなる。結合孔１０２としてのスロ
ットのマイクロ波磁界に対する角度θを調整して電磁的
な結合の強さを調整し、空洞共振器１０１内の電磁界を
所望モードに維持しつつ、効率良くマイクロ波を処理室
１０３内に放射することができる。何れにしても、設計
段階において、結合孔１０２としてのスロットのマイク
ロ波磁界に対する角度θの最適化をはかる必要が有る。The method of exciting the TMm1 mode can be similarly designed in consideration of the electromagnetic field matching between the cavity resonator 101 on the connection surface and the excitation side waveguide 100. On the surface of the ring-shaped cavity resonator 101 in contact with the microwave introduction window 104,
An electromagnetic field coupling hole 102 is provided to radiate microwaves into the processing chamber 103 through the introduction window 104. By the way, when the coupling hole 102 for radiating the microwave is provided in the cavity resonator 101, if the coupling hole 102 is provided in a slot shape in parallel with the microwave magnetic field, the electromagnetic wave can be efficiently radiated. Since the cavity resonator 101 is made of a material having high conductivity in order to reduce microwave power loss, the microwave magnetic field H is parallel to the inner surface of the cavity resonator 101 and perpendicular to the electric field E. As shown in FIG. 9 (in the case of the TE 41 mode), the electromagnetic field H in the cavity resonator 101 and the electromagnetic wave between the microwave introduction window 104 and the processing chamber 103 are adjusted by adjusting the angle H of the magnetic field H and the slot 102. The strength of the bond can be adjusted. Cavity resonator 1
01, the microwave introduction window 104 and the processing chamber 103 are too strongly electromagnetically coupled, the deviation of the cavity resonator electromagnetic field from the desired mode becomes large. The angle θ of the slot as the coupling hole 102 with respect to the microwave magnetic field is adjusted to adjust the electromagnetic coupling strength, and the microwave is efficiently processed while maintaining the electromagnetic field in the cavity resonator 101 in a desired mode. The radiation can be emitted into the chamber 103. In any case, in the design stage, it is necessary to optimize the angle θ of the slot as the coupling hole 102 with respect to the microwave magnetic field.

【００２６】空洞共振器１０１内の電磁界とマイクロ波
導入窓１０４および処理室１０３の電磁的な結合の強さ
を調整する他の方法としてスロットの長さを制御する方
法が有る。スロットの長さを短くすると電磁的な結合は
弱くなり、長くすると強くすることができる。リング状
空洞共振器１０１におけるＴＥm1モードの場合、図９
（ＴＥ41モードの場合を示す。）に示すように中心軸に
垂直な面ではマイクロ波磁界Ｈ_TEは半径方向（ｒ方向）
成分を持たない。そのため結合孔１０２としてのスロッ
トの長軸方向と半径方向（ｒ方向）のなす角度θが小さ
いとき、空洞共振器１０１内電磁界とマイクロ波導入窓
１０４および処理室１０３との電磁的な結合が大きくな
る。そして、結合孔１０２としてのスロットをハの字形
状に形成することによって、隣接するスロットから放射
されるマイクロ波の電磁界の内、半径方向の成分は相殺
されて（打ち消し合わされて）、角度（ｑ方向）成分が
残された形、即ちＴＥ0n(n=1,2,3…)モードを主体とす
る電磁界がマイクロ波導入窓１０４を通して処理室１０
３内に放射されることになり、その結果中心部が凹とな
るリング状のプラズマを発生することになり、被処理基
板１０６の径Ｄが例えば１０インチ（約２５４ｍｍ）、
１２インチ（約３０５ｍｍ）、それ以上の大きさになっ
て、処理室壁面１４０３でプラズマが消失されたとして
も、被処理基板１０６の半径方向に亘って均一なプラズ
マ処理、例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源１
０８から供給される高周波電力によってエッチング処理
を行うことができる。Another method for adjusting the electromagnetic field in the cavity resonator 101 and the electromagnetic coupling strength between the microwave introduction window 104 and the processing chamber 103 is to control the length of the slot. The shorter the slot length, the weaker the electromagnetic coupling, and the longer slot the stronger. In the case of TEm1 mode in the ring-shaped cavity resonator 101, FIG.
As shown in (TE41 mode), the microwave magnetic field H _TE is radial (r direction) on the plane perpendicular to the central axis.
It has no ingredients. Therefore, when the angle θ formed by the long axis direction of the slot as the coupling hole 102 and the radial direction (r direction) is small, electromagnetic coupling between the electromagnetic field inside the cavity resonator 101 and the microwave introduction window 104 and the processing chamber 103 occurs. growing. Then, by forming the slot as the coupling hole 102 in a V-shape, the radial components of the electromagnetic fields of the microwaves radiated from the adjacent slots are canceled out (cancelled out) and the angle ( (q direction) component is left, that is, an electromagnetic field mainly composed of TE0n (n = 1,2,3 ...) mode is passed through the microwave introduction window 104 and the processing chamber 10
3 is generated, and as a result, a ring-shaped plasma having a concave center portion is generated, and the diameter D of the substrate 106 to be processed is, for example, 10 inches (about 254 mm).
Even if the plasma becomes 12 inches (about 305 mm) or more and the plasma disappears on the wall surface 1403 of the processing chamber, uniform plasma processing is performed in the radial direction of the substrate 106 to be processed, for example, at a frequency of 13.56 MHz. High frequency power supply 1
The etching process can be performed by the high frequency power supplied from 08.

【００２７】リング状空洞共振器１０１におけるＴＭm1
モードの場合のマイクロ波電界および空洞共振器底面を
流れる表面電流を図１０（ＴＭ61モードの場合を示
す。）に模式的に示す。マイクロ波電界Ｅ_TMは、軸方向
（ｚ方向）成分のみを持ち、定在の腹が角度方向（ｑ方
向）にできる。また空洞共振器１０１の底面を流れる表
面電流は、電界定在波の腹の位置を中心に放射状に流れ
る。そこで、図１０（ＴＭ61モードの場合を示す。）
は、電界定在波の腹と腹との間に結合孔１０２としての
スロットを表面電流に垂直、かつ空洞共振器１０１の中
心に対して放射状に設けた場合を示す。図１０に示すス
ロット１０２からは、主にＴＥ61モードの電磁界がマイ
クロ波導入窓１０４を通して処理室１０３内に放射され
ることになり、その結果スロット１０２の先にできるス
ポットがつながって、中心部が凹となるリング状のプラ
ズマを発生することが可能となる。TMm1 in the ring-shaped cavity resonator 101
The microwave electric field and the surface current flowing through the bottom surface of the cavity resonator in the mode are schematically shown in FIG. 10 (in the case of the TM61 mode). The microwave electric field E _TM has only an axial (z direction) component, and a standing antinode can be formed in the angular direction (q direction). The surface current flowing on the bottom surface of the cavity resonator 101 flows radially around the antinode of the electric field standing wave. Therefore, FIG. 10 (in the case of the TM61 mode is shown).
Shows the case where slots as coupling holes 102 are provided between the antinodes of the electric field standing wave, perpendicular to the surface current and radially with respect to the center of the cavity resonator 101. From the slot 102 shown in FIG. 10, a TE61 mode electromagnetic field is mainly radiated into the processing chamber 103 through the microwave introduction window 104, and as a result, a spot formed at the tip of the slot 102 is connected to form a central portion. It is possible to generate a ring-shaped plasma having a concave shape.

【００２８】図１１（ＴＭ61モードの場合を示す。）
は、スロット１０２を一つおきに設けた場合を示す。こ
の場合には、スロット１０２からは、主にＴＥ0n(n=1,
2,3…)モードを主体とする電磁界がマイクロ波導入窓１
０４を通して処理室１０３内に放射されることになり、
その結果中心部が凹となるリング状のプラズマを発生す
ることになり、被処理基板１０６の径Ｄが例えば１０イ
ンチ（約２５４ｍｍ）、１２インチ（約３０５ｍｍ）、
それ以上の大きさになって、処理室壁面１４０３でプラ
ズマが消失されたとしても、被処理基板１０６の半径方
向に亘って均一なプラズマ処理、例えば周波数１３．５
６ＭＨｚの高周波電源１０８から供給される高周波電力
によってエッチング処理を行うことができる。FIG. 11 (in the case of TM61 mode)
Shows the case where every other slot 102 is provided. In this case, TE0n (n = 1,
2,3 ...) Electromagnetic field mainly in the microwave introduction window 1
Will be radiated into the processing chamber 103 through 04,
As a result, a ring-shaped plasma having a concave center portion is generated, and the diameter D of the substrate 106 to be processed is, for example, 10 inches (about 254 mm), 12 inches (about 305 mm),
Even if the size becomes larger than that and the plasma is extinguished on the wall surface 1403 of the processing chamber, uniform plasma processing is performed in the radial direction of the substrate 106 to be processed, for example, a frequency of 13.5.
The etching process can be performed by the high frequency power supplied from the 6 MHz high frequency power supply 108.

【００２９】マイクロ波導入窓１０４について図２を用
いて説明する。マイクロ波導入窓１０４もリング状の形
状となっている。空洞共振器１０１から結合孔１０２を
介して放射されたマイクロ波はマイクロ波導入窓１０４
の中心軸に対して、平行な面と垂直な面から処理室１０
３内に放射される。円盤状部品１０５を導電率の高い物
質で作ると、マイクロ波は円盤状部品１０５の表面で反
射される。円盤状部品１０５の厚さｔを調整することで
マイクロ波導入窓１０４の中心軸に対して平行な面の処
理室にさらされる面積を調整でき、マイクロ波導入窓１
０４の２つの面から放射されるマイクロ波電力の割合を
調整できる。すなわち円盤状部品１０５の厚さｔをマイ
クロ波導入窓１０４とほぼ同じ厚さにするとマイクロ波
導入窓１０４の中心軸にたいし平行な面を完全に遮蔽す
ることになり、この面から放射されるマイクロ波電力を
なくすことができる。また円盤状部品１０５の厚さｔを
薄くし、中心軸にたいし平行な面を処理室１０３に多く
露出することでこの面からのマイクロ波の放射の割合を
大きくすることができる。マイクロ波導入窓１０４の上
記２つの面からのマイクロ波電力の放射の割合を制御す
ることで処理室１０３内のマイクロ波電力の分布を調整
でき、プラズマ発生量の分布を調整することができる。The microwave introduction window 104 will be described with reference to FIG. The microwave introduction window 104 also has a ring shape. The microwave radiated from the cavity resonator 101 through the coupling hole 102 is a microwave introduction window 104.
From the plane parallel to and perpendicular to the central axis of the processing chamber 10
It is radiated within 3. When the disc-shaped component 105 is made of a material having high conductivity, microwaves are reflected on the surface of the disc-shaped component 105. By adjusting the thickness t of the disk-shaped component 105, the area of the surface of the microwave introduction window 104 that is parallel to the central axis and exposed to the processing chamber can be adjusted.
The proportion of microwave power radiated from the two planes 04 can be adjusted. That is, if the thickness t of the disk-shaped component 105 is set to be approximately the same as the microwave introduction window 104, the plane parallel to the central axis of the microwave introduction window 104 is completely shielded, and the radiation is emitted from this plane. Microwave power can be eliminated. Further, by making the thickness t of the disk-shaped component 105 thin and exposing a large amount of a plane parallel to the central axis in the processing chamber 103, the proportion of microwave radiation from this plane can be increased. By controlling the ratio of the microwave power emitted from the two surfaces of the microwave introduction window 104, the distribution of the microwave power in the processing chamber 103 can be adjusted and the distribution of the plasma generation amount can be adjusted.

【００３０】即ち、マイクロ波導入窓１０４の厚さｔを
調整することによりマイクロ波導入窓１０４からプラズ
マに供給されるマイクロ波電力を最適化することができ
る。マイクロ波導入窓１０４から見た負荷としてのプラ
ズマのインピーダンスに応じてマイクロ波導入窓１０４
の厚さｔをマイクロ波の半波長の整数倍の厚さに対して
厚さを増すあるいは減らす方向に調整してインピーダン
ス整合をはかり、透過電力を最適化することができる。
このようにマイクロ波導入窓１０４の厚さｔについて
も、設計段階において最適化しておくことが必要とな
る。次に円盤状部品１０５の接地電極としての働きにつ
いて図２を用いて説明する。プラズマ中の高周波電流は
質量が小さく、高周波電界に追随しやすい電子電流が主
体となる。しかし図２に示す如く複数の静磁界発生装置
１０９ａ、１０９ｂによる静磁界Ｈ_Sを加えるとこの静
磁界により静磁界と垂直方向の電子の移動は抑制され、
この方向に高周波電流が流れにくくなる。従って高周波
電流は主に静磁界Ｈ_Sにそって流れる。円盤状部品１０
５は、被処理基板１０６と対向して設置されており、静
磁界Ｈ_Sは被処理基板１０６とほぼ垂直に加えるため、
被処理基板１０６に加えられた高周波により流れる電流
は被処理基板１０６と円盤状部品１０５のあいだをほぼ
均一に流れる。従って、直径Ｄが例えば１０インチ（約
２５４ｍｍ）、１２インチ（約３０５ｍｍ）、それ以上
の大きな被処理基板１０６に対しても、周囲と中央付近
で流れる高周波電流の大きさはほぼ同じであり、被処理
基板１０６に加えられる高周波の影響を均一にすること
ができる。That is, by adjusting the thickness t of the microwave introduction window 104, the microwave power supplied from the microwave introduction window 104 to the plasma can be optimized. Depending on the impedance of the plasma as the load viewed from the microwave introduction window 104, the microwave introduction window 104
The thickness t can be adjusted to increase or decrease the thickness with respect to the integral multiple of the half wavelength of the microwave to achieve impedance matching and optimize the transmitted power.
As described above, the thickness t of the microwave introduction window 104 also needs to be optimized in the design stage. Next, the function of the disk-shaped component 105 as a ground electrode will be described with reference to FIG. The high-frequency current in the plasma has a small mass and is mainly an electron current that easily follows the high-frequency electric field. However, as shown in FIG. 2, when a static magnetic field H _S is applied by a plurality of static magnetic field generators 109a and 109b, the static magnetic field suppresses the movement of electrons in the direction perpendicular to the static magnetic field.
It becomes difficult for the high-frequency current to flow in this direction. Therefore, the high-frequency current mainly flows along the static magnetic field H _S. Disc-shaped part 10
5 is installed so as to face the substrate 106 to be processed, and since the static magnetic field H _S is applied almost perpendicularly to the substrate 106 to be processed,
The current flowing due to the high frequency applied to the target substrate 106 flows substantially uniformly between the target substrate 106 and the disk-shaped component 105. Therefore, even for a large substrate 106 having a diameter D of, for example, 10 inches (about 254 mm) or 12 inches (about 305 mm), the high-frequency current flowing around and around the center is almost the same. The influence of the high frequency applied to the substrate 106 to be processed can be made uniform.

【００３１】そのほか、円盤状部品１０５からガス供給
を行うことができ、処理室１０３内のガスの流れを均一
にすることができる。次に第１の実施の形態における変
形例を図１２および図１３を用いて説明する。この変形
例は、マイクロ波導入窓１０４の形状を変え、リング状
空洞共振器１０１に設けた結合孔をリング状空洞共振器
１０１の中心軸に対して垂直な面および平行な面に形成
した場合である。その他の部分の役割については図２に
示す実施の形態と同様であり説明の一部を省略する。こ
の変形例では、リング状空洞共振器１０１の中心軸に対
して垂直な面に結合孔１０２を設け、平行な面に結合孔
１０２’を設ける。ＴＥm1モード(m=1,2,3)を用いた場
合を例にとり説明する。図４（ａ）に示すように、中心
軸に対して平行な面で図３におけるｚ＝ｈ／２の位置で
マイクロ波磁界Ｈ_TEはｚ方向成分のみを持つ。従って、
ｚ＝ｈ／２の位置に角度方向（ｑ方向）に結合孔１０
２’として幅の小さなスロットを設けても電磁的な結合
は小さくマイクロ波はほとんど放射されない。ｚ＝ｈ／
２の位置からずれた位置ではそのずれの大きさに応じて
マイクロ波磁界Ｈ_TEは角度方向（ｑ方向）成分を持つよ
うになる。従って、図１３に示すように、中心軸に平行
な面で角度方向に設ける結合孔１０２’としてのスロッ
ト位置のｚ座標の大きさに応じてマイクロ波放射の割合
を調整することができる。中心軸に垂直な面に設ける結
合孔１０２’の電磁的な結合の強さは上述の実施の形態
で述べた方法（スロットの長手軸を軸方向に対して角度
θを付け、この角度θを変えることまたはスロットの長
さを変えること）で調整できる。リング状空洞共振器１
０１の中心軸に平行な面に設ける結合孔１０２’の電磁
的な結合の強さと、リング状空洞共振器１０１の中心軸
に垂直な面に設ける結合孔１０２の電磁的な結合の強さ
とが上記のように独立に調整できるため、この２つの面
からマイクロ波導入窓１０４を通して処理室１０３に放
射されるマイクロ波電力の割合を調整することができ
る。何れにしても、設計段階において２つの面からマイ
クロ波導入窓１０４を通して処理室１０３に放射される
マイクロ波電力の割合が最適化されるように結合孔１０
２、１０２’を決めておくことが必要となる。Besides, the gas can be supplied from the disk-shaped component 105, and the gas flow in the processing chamber 103 can be made uniform. Next, a modification of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 12 and 13. In this modification, the shape of the microwave introduction window 104 is changed, and the coupling hole provided in the ring-shaped cavity resonator 101 is formed in a plane perpendicular to the central axis of the ring-shaped cavity resonator 101 and a plane parallel to the center axis. Is. The roles of the other parts are the same as those in the embodiment shown in FIG. 2, and a part of the description is omitted. In this modification, the coupling hole 102 is provided on a plane perpendicular to the central axis of the ring-shaped cavity resonator 101, and the coupling hole 102 'is provided on a plane parallel to the central axis. The case of using the TEm1 mode (m = 1, 2, 3) will be described as an example. As shown in FIG. 4A, the microwave magnetic field H _TE has only a z-direction component at a position of z = h / 2 in FIG. 3 on a plane parallel to the central axis. Therefore,
The coupling hole 10 in the angular direction (q direction) at the position of z = h / 2
Even if a slot having a small width is provided as 2 ', electromagnetic coupling is small and microwaves are hardly radiated. z = h /
At a position deviated from the position 2, the microwave magnetic field H _TE has an angular direction (q direction) component depending on the size of the deviation. Therefore, as shown in FIG. 13, the proportion of microwave radiation can be adjusted according to the size of the z coordinate of the slot position of the coupling hole 102 ′ provided in the angular direction on the plane parallel to the central axis. The electromagnetic coupling strength of the coupling hole 102 'provided on the surface perpendicular to the central axis is determined by the method described in the above embodiment (the longitudinal axis of the slot is formed at an angle θ with respect to the axial direction, and this angle θ is It can be adjusted by changing or changing the length of the slot). Ring cavity resonator 1
The electromagnetic coupling strength of the coupling hole 102 ′ provided on the plane parallel to the central axis of 01 and the electromagnetic coupling strength of the coupling hole 102 provided on the plane perpendicular to the central axis of the ring-shaped cavity resonator 101 are Since they can be adjusted independently as described above, it is possible to adjust the ratio of the microwave power radiated from the two surfaces to the processing chamber 103 through the microwave introduction window 104. In any case, at the design stage, the coupling hole 10 is optimized so that the ratio of the microwave power radiated from the two surfaces to the processing chamber 103 through the microwave introduction window 104 is optimized.
It is necessary to determine 2, 102 '.

【００３２】次に本発明に係る第２の実施の形態につい
て図１４乃至図２２を用いて説明する。第２の実施の形
態は第１の実施の形態と比べマイクロ波立体回路部分、
マイクロ波導入窓部分が異なる以外は同様の構成となっ
ている。両者で共通する部分について説明の一部を省略
する。図示しないマグネトロン管などのマイクロ波源か
ら放射されたマイクロ波は図示しないアイソレータ、整
合器を介して方形導波管により同軸導波管変換器７０１
に伝送される。同軸導波管変換器７０１は少ない電力損
失でマイクロ波電力を方形導波管から同軸線路に伝える
ことができる。同軸線路部７０２の先端には整合室７０
３が設けられ空洞共振器７０４と同軸部７０２の境界で
生じるマイクロ波電力の反射を防止し、効率良く空洞共
振器７０４内にマイクロ波電力を伝送する。図１６に示
すように整合室７０３の高さＬをマイクロ波の波長λの
１／４にすることによって反射波が合成される際、半波
長位相がずれることによって相殺されて（打ち消し合っ
て）マイクロ波電力の反射を抑制することができる。即
ち、整合室７０３は、インピーダンスの異なる線路を挿
入してインピーダンス整合作用を持たせるようにすれば
よく、図１４に示す構成に限定されるものではない。即
ち、整合室７０３として、例えば図１５に示す構造で構
成してもよい。図１５（ａ）は整合室７０３を内部導体
径および外部導体径が上部の同軸線路７０２と異なる同
軸線路で構成した場合を示す。図１５（ｂ）は整合室７
０３を内外径の異なる同軸線路を接続した構造を示す。
図１５（ｃ）は整合室７０３を円形導波管で構成した場
合を示す。図１５（ｄ）は整合室７０３を同軸線路の外
部導体径を絞る板により構成した場合を示す。図１５
（ｅ）は整合室７０３を内部導体径のみが異なる同軸線
路で構成した場合を示す。図１５（ｆ）は図１５（ｄ）
に示す板を複数枚設置した場合を示す。また整合室７０
３の高さＬも１／４波長に限定されるものではなく、マ
イクロ波導入窓７０５、プラズマ等で発生する反射波が
含まれる割合が大きい場合には１／４波長より若干ずれ
た長さで反射電力を極小に抑えることができる場合があ
る。Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 14 to 22. The second embodiment is different from the first embodiment in the microwave stereo circuit portion,
The structure is the same except that the microwave introduction window is different. A part of the description common to both is omitted. The microwave radiated from a microwave source such as a magnetron tube (not shown) passes through an isolator (not shown) and a matching device, and a coaxial waveguide converter 701 is formed by a rectangular waveguide.
Be transmitted to. The coaxial waveguide converter 701 can transfer microwave power from the rectangular waveguide to the coaxial line with low power loss. A matching chamber 70 is provided at the tip of the coaxial line portion 702.
3 is provided to prevent the microwave power from being reflected at the boundary between the cavity resonator 704 and the coaxial portion 702, and efficiently transmit the microwave power into the cavity resonator 704. As shown in FIG. 16, when the height L of the matching chamber 703 is set to 1/4 of the wavelength λ of the microwaves, when the reflected waves are combined, the half-wavelength phases are offset (cancelled each other). The reflection of microwave power can be suppressed. That is, the matching chamber 703 is not limited to the configuration shown in FIG. 14, as long as lines having different impedances are inserted so as to have an impedance matching action. That is, the matching chamber 703 may have a structure shown in FIG. 15, for example. FIG. 15A shows a case in which the matching chamber 703 is configured by a coaxial line whose inner conductor diameter and outer conductor diameter are different from the upper coaxial line 702. FIG. 15B shows the matching chamber 7.
3 shows a structure in which coaxial lines having different inner and outer diameters are connected.
FIG. 15C shows a case where the matching chamber 703 is formed by a circular waveguide. FIG. 15D shows a case where the matching chamber 703 is formed by a plate that reduces the outer conductor diameter of the coaxial line. Figure 15
(E) shows the case where the matching chamber 703 is configured by coaxial lines having different inner conductor diameters. 15 (f) is shown in FIG. 15 (d).
The case where a plurality of plates shown in is installed is shown. In addition, the matching chamber 70
The height L of 3 is not limited to the 1/4 wavelength, and when the proportion of the reflected wave generated by the microwave introduction window 705, plasma, etc. is large, the length is slightly deviated from the 1/4 wavelength. In some cases, the reflected power can be suppressed to a minimum.

【００３３】ところで、マイクロ波（電磁波）は、媒質
の定数や境界が不連続に変化する部分があるとそこで電
力の一部が反射される。空洞共振器７０４を励振するた
めに導波路を接続すると接続面で反射が生じ、マイクロ
波電力を効率良く処理室１０３内に伝送することに悪影
響を与える。そこで接続部に整合室７０３を設け整合室
の直径、高さを最適化し、反射波を打ち消すことによ
り、全体としてマイクロ波電力を処理室１０３内に効率
良く伝送することができる。以上説明したように、マイ
クロ波電力を、方形導波管から少ない電力損失で同軸導
波管変換器７０１を介して同軸線路部７０２に伝え、整
合室７０３により空洞共振器７０４と同軸部７０２の境
界で生じるマイクロ波電力の反射を防止して効率良く空
洞共振器７０４内に伝送し、空洞共振器７０４に対して
角度方向（ｑ方向）に電磁界が変化しない例えば円形Ｔ
Ｍ011モードと呼ばれるモードで共振させることができ
る。By the way, in the microwave (electromagnetic wave), if there is a portion where the constant or boundary of the medium changes discontinuously, part of the electric power is reflected there. When a waveguide is connected to excite the cavity resonator 704, reflection occurs at the connection surface, which adversely affects efficient transmission of microwave power into the processing chamber 103. Therefore, the matching chamber 703 is provided at the connection portion, the diameter and height of the matching chamber are optimized, and the reflected waves are canceled, so that the microwave power as a whole can be efficiently transmitted into the processing chamber 103. As described above, the microwave power is transmitted from the rectangular waveguide to the coaxial line section 702 via the coaxial waveguide converter 701 with a small power loss, and the matching chamber 703 allows the cavity resonator 704 and the coaxial section 702 to pass through. The microwave power generated at the boundary is prevented from being reflected and efficiently transmitted into the cavity resonator 704, and the electromagnetic field does not change in the angular direction (q direction) with respect to the cavity resonator 704, for example, a circular T.
It is possible to resonate in a mode called the M011 mode.

【００３４】空洞共振器７０４は、例えば円形ＴＭ011
モードと呼ばれるモードで共振するサイズになるよう構
成されている。空洞共振器７０４はアルミニウム、銅な
どの導電率の高い金属でできており、マイクロ波電力の
損失を防止している。空洞共振器７０４のマイクロ波導
入窓７０５側には結合孔７０６が設けられ、マイクロ波
導入窓７０４を介して処理室１０３内にマイクロ波を放
射する。マイクロ波導入窓７０４の材質はマイクロ波の
損失が小さく、プラズマ処理に悪影響を与えない例えば
石英、アルミナセラミックスなどが用いられる。処理室
１０３の周囲には静磁界発生装置１０９ａ、１０９ｂが
設置されており、図２と同様に処理室１０３内に電子サ
イクロトロン共鳴現象を発生させる程度の静磁界Ｈ_Sを
加えることができる。電子サイクロトロン共鳴とは静磁
界中でサイクロトロン運動をする電子の回転周期と外部
から加える電磁波の周期が一致したとき電磁波のエネル
ギーが電子の運動エネルギーに共鳴的に変換される現象
をいう。マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合電
子サイクロトロン共鳴を起こす静磁界の大きさは０．０
８７５テスラとなる。ところで、図１４に示す７０７
は、被処理基板１０６を載置した基板電極の周囲に設置
され、アルミに対してアルマイト処理された接地電極で
ある。処理室１０３内は、異物等が生じないように石英
カバーで覆われている。従って、空洞共振器７０４の底
部に設けられた結合孔７０６からリング状のマイクロ波
電磁界が、マイクロ波導入窓７０５を通して処理室１０
３内に放射され、静磁界発生装置１０９ａ、１０９ｂに
よる静磁界Ｈ_Sによって電子サイクロトロン共鳴現象を
発生させて中心部が凹となるリング状のプラズマを発生
させ、接地電極７０７と被処理基板１０６を載置した基
板電極との間に高周波電源１０８による高周波電力を供
給して被処理基板１０６に対してプラズマ処理であるエ
ッチング処理が施されることになる。The cavity resonator 704 is, for example, a circular TM011.
It is configured to have a size that resonates in a mode called a mode. The cavity resonator 704 is made of a metal having high conductivity such as aluminum or copper, and prevents loss of microwave power. A coupling hole 706 is provided on the microwave introduction window 705 side of the cavity resonator 704, and microwaves are radiated into the processing chamber 103 through the microwave introduction window 704. The material of the microwave introduction window 704 is, for example, quartz, alumina ceramics, or the like that has a small microwave loss and does not adversely affect the plasma processing. Static magnetic field generators 109a and 109b are installed around the processing chamber 103, and a static magnetic field H _S to the extent that an electron cyclotron resonance phenomenon is generated can be applied in the processing chamber 103 as in FIG. Electron cyclotron resonance is a phenomenon in which the energy of an electromagnetic wave is resonantly converted into the kinetic energy of an electron when the rotation period of an electron that performs cyclotron motion in a static magnetic field and the period of an electromagnetic wave applied from the outside coincide with each other. When the microwave frequency is 2.45 GHz, the magnitude of the static magnetic field that causes electron cyclotron resonance is 0.0
It will be 875 Tesla. By the way, 707 shown in FIG.
Is a ground electrode that is installed around the substrate electrode on which the substrate to be processed 106 is placed, and is anodized aluminum. The inside of the processing chamber 103 is covered with a quartz cover so that foreign matters and the like are not generated. Therefore, the ring-shaped microwave electromagnetic field from the coupling hole 706 provided in the bottom portion of the cavity resonator 704 passes through the microwave introduction window 705 and the processing chamber 10.
3 generated, and the static magnetic field H _S generated by the static magnetic field generators 109a and 109b causes an electron cyclotron resonance phenomenon to generate a ring-shaped plasma having a concave central portion, thereby causing the ground electrode 707 and the substrate 106 to be processed. High-frequency power is supplied from the high-frequency power supply 108 to the substrate electrode on which the substrate 106 to be processed is subjected to the etching process, which is a plasma process.

【００３５】更に空洞共振器７０４について説明する。
空洞共振器７０４は例えば円形ＴＭ011モードと呼ばれ
る電磁界で共振するサイズに構成されている。理論的に
円形ＴＭ011モードの電磁界は以下のように表現できる
ことが知られている。図１７には、円形ＴＭ011モード
における軸方向電界Ｅ_zを示す。 Ｅ_r＝−(ｋ_z／ｋ_c)Ｅ₀₁₁Ｊ₀'(ｋ_cｒ)sinｋ_zｚ Ｅ_q＝０ Ｅ_z＝Ｅ₀₁₁Ｊ₀(ｋ_cｒ)cosｋ_zｚ Ｈ_r＝０ Ｈ_q＝−（ｊωε／ｋ_c）Ｅ₀₁₁Ｊ₀'(ｋ_cｒ)cosｋ_zｚ Ｈ_z＝０ ただし、ｒ：円筒空洞共振器中心軸からの距離、ｚ：円
筒空洞共振器底面からの距離、Ｅ_r：半径方向電界、
Ｅ_q：角度方向電界、Ｅ_z：軸方向電界、Ｈ_r：半径方向
磁界、Ｈ_q：角度方向磁界、Ｈ_z：軸方向磁界、Ｅ₀₁₁：
定数、ｋ_c＝２．４０５／ａ（ａ：空洞共振器の半
径）、Ｊ₀(ｒ)：零次ベッセル関数、ｋ_z：軸方向波数
（ｋ_z ²＝ｋ_c ²＋(ω／ｃ)²（ω：電磁波の角周波数、
ｃ：光速））、ε：空洞共振器内の誘電率、ｊ：虚数単
位、Ｊ₀'(ｒ)＝ｄＪ₀(ｒ)／ｄｒである。例えば円形Ｔ
Ｍ011モードは、角度方向（ｑ方向）に電磁界が変化し
ないため、角度方向に均一にマイクロ波を放射するのに
有利である。円形ＴＭ011モードを励振するには接続面
で上記電磁界に類似した電磁界となるよう接続された導
波路を用いることが必要となる。本実施の形態では、同
軸線路７０２を空洞共振器７０４中央に接続することに
より類似した電磁界で接続することができ、その結果空
洞共振器７０４に対して角度方向（ｑ方向）に電磁界が
変化しない円形ＴＭ011モードで励振することができ
る。Further, the cavity resonator 704 will be described.
The cavity resonator 704 has a size that resonates in an electromagnetic field called a circular TM011 mode, for example. It is known that the circular TM011 mode electromagnetic field can theoretically be expressed as follows. FIG. 17 shows the axial electric field E _z in the circular TM011 mode. E _r =-(k _z / k _c ) E ₀₁₁ J ₀ '(k _c r) sink _z z E _q = 0 E _z = E ₀₁₁ J ₀ (k _c r) cosk _z z H _r = 0 H _q = − (Jωε / k _c ) E ₀₁₁ J ₀ ′ (k _c r) cos k _z z H _z = 0, where r: distance from the central axis of the cylindrical cavity resonator, z: distance from the bottom surface of the cylindrical cavity resonator, E _r : radial electric field,
E _q : Angular electric field, E _z : Axial electric field, H _r : Radial magnetic field, H _q : Angular magnetic field, H _z : Axial magnetic field, E ₀₁₁ :
Constant, k _c = 2.405 / a (a: radius of cavity resonator), J ₀ (r): zero-order Bessel function, k _z : axial wave number (k _z ² = k _c ² + (ω / c ) ² (ω: Angular frequency of electromagnetic wave,
c: speed of light), ε: permittivity in the cavity resonator, j: imaginary unit, J ₀ '(r) = dJ ₀ (r) / dr. For example circular T
The M011 mode is advantageous for uniformly radiating microwaves in the angular direction because the electromagnetic field does not change in the angular direction (q direction). In order to excite the circular TM011 mode, it is necessary to use a waveguide connected so as to have an electromagnetic field similar to the electromagnetic field at the connection surface. In the present embodiment, the coaxial line 702 can be connected with a similar electromagnetic field by connecting it to the center of the cavity resonator 704, and as a result, an electromagnetic field is generated in the angular direction (q direction) with respect to the cavity resonator 704. It can be excited in the circular TM011 mode which does not change.

【００３６】次に空洞共振器７０４の下部に設けられた
結合孔７０６について説明する。導体板にスリット状に
あけた穴を用いるとマイクロ波（電磁波）を効率良く放
射できることが知られており、スロットアンテナ７０６
と呼ばれている。定性的にスロットアンテナ７０６の動
作を説明する。マイクロ波にさらされた導体板表面には
マイクロ波の磁界Ｈに垂直に表面電流が流れる。導体板
表面にスロットアンテナ７０６がありこれにより表面電
流を妨げると、妨げられた表面電流により電荷が誘起さ
れ、これを波源としてマイクロ波（電磁波）が放射され
る。従ってスロットアンテナ７０６の長軸方向が表面電
流と平行である場合にスロットアンテナ７０６からのマ
イクロ波の放射は起こりにくくなる。また放射されるマ
イクロ波の電界Ｅはスロットアンテナ７０６の長軸方向
に垂直になる傾向がある。Next, the coupling hole 706 provided below the cavity resonator 704 will be described. It is known that microwaves (electromagnetic waves) can be efficiently radiated by using slit-shaped holes in the conductor plate.
It is called. The operation of the slot antenna 706 will be qualitatively described. A surface current flows perpendicularly to the microwave magnetic field H on the surface of the conductor plate exposed to the microwave. When the slot antenna 706 is provided on the surface of the conductor plate and the surface current is disturbed by the slot antenna 706, electric charges are induced by the disturbed surface current, and a microwave (electromagnetic wave) is radiated by using this as a wave source. Therefore, when the major axis direction of the slot antenna 706 is parallel to the surface current, the microwave radiation from the slot antenna 706 is less likely to occur. The electric field E of the radiated microwave tends to be perpendicular to the long axis direction of the slot antenna 706.

【００３７】図１８に本実施の形態で用いる結合孔とし
てのスロットアンテナの一実施の形態を示す。図１８に
示す円盤８０１が空洞共振器７０４の底面を構成する。
円形ＴＭ011モードの空洞共振器７０４の底面では、中
心軸から放射状に表面電流８０２（ベクトルＪとす
る。）が流れる。図１８に示すスロットアンテナ８０４
の長軸方向の外向き単位ベクトル８０３（ベクトルｎ_s
とする。）と半径方向のなす角度θを調整するとスロッ
トアンテナ７０６によりさえぎられる表面電流の大きさ
と放射されるマイクロ波電界の方向を制御でき、処理室
１０３内に放射されるマイクロ波電磁界を制御すること
ができる。図１８のスロットアンテナの場合、角度θが
９０°に近いとき半径方向電界成分の割合が大きくな
り、角度θが０°に近いとき角度方向電界成分の割合が
大きくなる。また放射される電磁界の強度はスロットア
ンテナ７０６によりさえぎられる電流の大きさに比例す
ると考えられる。従って放射される電磁界の強度はベク
トルｎ_sとＪのベクトル積ｎ_s×Ｊの大きさに比例すると
考えられる。またスロットアンテナ７０６により空洞共
振器７０４の底面８０１の処理室側に誘起される表面電
流Ｊ_pはスロットアンテナ７０６の長軸方向と垂直にな
る。図１８に示すようにスロットアンテナ（結合孔）７
０６を並べるとＪ_pは円盤８０１の角度方向（ｑ方向）
に流れる成分（ＴＥ01モード）をもち、これによりリン
グ状に分布するマイクロ波電界強度分布を得ることがで
きる。即ち、角度θを付けることによってスロットアン
テナ７０６から、図１９に示すようにＴＥ01モードのマ
イクロ波電磁界とＴＭ01モードのマイクロ波電磁界とが
合成された形でマイクロ波導入窓７０５を通して処理室
１０３内に放射される。なお、ＴＥ01モードのマイクロ
波電磁界（リング状のマイクロ波電磁界）は、中心部が
凹となるリング状のマイクロ波電力分布を形成してリン
グ状のプラズマを発生させるものである。他方、ＴＭ01
モードのマイクロ波電磁界は、中心部が凸となるマイク
ロ波電力分布を形成するものである。FIG. 18 shows an embodiment of a slot antenna as a coupling hole used in this embodiment. The disk 801 shown in FIG. 18 constitutes the bottom surface of the cavity resonator 704.
On the bottom surface of the circular TM011 mode cavity resonator 704, a surface current 802 (denoted as a vector J) flows radially from the central axis. Slot antenna 804 shown in FIG.
Of the unit axis 803 (the vector n _s
And ) With the radial direction, the magnitude of the surface current blocked by the slot antenna 706 and the direction of the microwave electric field radiated can be controlled, and the microwave electromagnetic field radiated into the processing chamber 103 can be controlled. You can In the case of the slot antenna of FIG. 18, the ratio of the radial electric field component increases when the angle θ is close to 90 °, and the ratio of the angular electric field component increases when the angle θ is close to 0 °. Further, it is considered that the intensity of the radiated electromagnetic field is proportional to the magnitude of the current blocked by the slot antenna 706. Therefore, it is considered that the intensity of the radiated electromagnetic field is proportional to the size of the vector product n _s × J of the vector n _s and J. Further, the surface current J _p induced on the processing chamber side of the bottom surface 801 of the cavity resonator 704 by the slot antenna 706 becomes perpendicular to the long axis direction of the slot antenna 706. As shown in FIG. 18, the slot antenna (coupling hole) 7
When 06 are arranged, J _p is the angular direction of disk 801 (q direction).
It has a component (TE01 mode) that flows in the direction (1), whereby a microwave electric field intensity distribution distributed in a ring shape can be obtained. That is, by making an angle θ, the TE01 mode microwave electromagnetic field and the TM01 mode microwave electromagnetic field are combined from the slot antenna 706 through the microwave introduction window 705 as shown in FIG. Is radiated inside. The TE01-mode microwave electromagnetic field (ring-shaped microwave electromagnetic field) forms a ring-shaped microwave power distribution having a concave central portion to generate ring-shaped plasma. On the other hand, TM01
The mode microwave electromagnetic field forms a microwave power distribution having a convex central portion.

【００３８】以上説明したように、角度θを付けること
によってスロットアンテナ７０６からリング状のマイク
ロ波電磁界（ＴＥ01モードのマイクロ波電磁界）が、マ
イクロ波導入窓７０５を通して処理室１０３内に放射さ
れるため、中心部が凹となるリング状のマイクロ波電力
分布を形成してリング状のプラズマを発生させ、被処理
基板１０６の径Ｄが例えば１０インチ（約２５４ｍ
ｍ）、１２インチ（約３０５ｍｍ）、それ以上の大きな
になって、処理室壁面１４０３でプラズマが消失された
としても、被処理基板１０６の半径方向に亘って均一な
プラズマ処理を実現することができる。このように上記
スロットアンテナ７０６の角度θを調整することによ
り、前記リング状電界強度分布の程度を調整でき、プラ
ズマの均一性を制御することができる。このスロットア
ンテナの構成方法は本実施の形態に特異のものではな
く、第１、第２の実施の形態など他の空洞共振器を用い
た場合にも同様に適用することができる。As described above, the ring-shaped microwave electromagnetic field (TE01 mode microwave electromagnetic field) is radiated from the slot antenna 706 into the processing chamber 103 through the microwave introduction window 705 by setting the angle θ. Therefore, a ring-shaped microwave power distribution having a concave center portion is formed to generate ring-shaped plasma, and the diameter D of the substrate 106 to be processed is, for example, 10 inches (about 254 m).
m), 12 inches (about 305 mm) or more, and even if plasma is extinguished on the processing chamber wall surface 1403, it is possible to realize uniform plasma processing in the radial direction of the substrate 106 to be processed. it can. By adjusting the angle θ of the slot antenna 706 in this manner, the degree of the ring-shaped electric field intensity distribution can be adjusted, and the uniformity of plasma can be controlled. The method of constructing this slot antenna is not unique to this embodiment, and can be similarly applied to the case of using other cavity resonators such as those of the first and second embodiments.

【００３９】また図２０にはスロットアンテナ７０６の
他の実施の形態を示す。スロット７０６が「ハ」の字状
に並べられている。図２０に示す角度θを調整すること
により空洞共振器７０４と処理室１０３の電磁的な結合
の度合を調整することができる。すなわちθの絶対値が
０度に近いとき電磁的な結合が弱く、９０°に近いとき
結合が強くなる。電磁的な結合が強すぎると空洞共振器
内の電磁界が所望の電磁界からずれる度合が大きくな
る。また電磁的な結合が弱すぎると電磁波が処理室内に
放射されにくくなる。そのため最適な結合の度合に設定
する必要があり、図２０の角度θの調整により容易に最
適な結合の度合を得ることができる。ただし、円形ＴＭ
011モードの空洞共振器７０４において、スロット７０
６を「ハ」の字状に並べた場合には、隣接するスロット
から放射されるマイクロ波電磁界の角度方向（ｑ方向）
の成分は相殺されて（打ち消され合って）、半径方向の
成分のみとなり、中心部が凸となるマイクロ波電力分布
を形成するものになってしまう。いずれにしても、この
スロットアンテナの構成方法は、本実施の形態に特異の
ものではなく、第１、第２の実施の形態など他の空洞共
振器を用いた場合にも同様に適用することができる。FIG. 20 shows another embodiment of the slot antenna 706. The slots 706 are arranged in a C shape. The degree of electromagnetic coupling between the cavity resonator 704 and the processing chamber 103 can be adjusted by adjusting the angle θ shown in FIG. That is, when the absolute value of θ is close to 0 degrees, the electromagnetic coupling is weak, and when it is close to 90 degrees, the coupling is strong. If the electromagnetic coupling is too strong, the electromagnetic field in the cavity resonator will deviate from the desired electromagnetic field to a large extent. If the electromagnetic coupling is too weak, electromagnetic waves are less likely to be emitted into the processing chamber. Therefore, it is necessary to set the optimal degree of coupling, and the optimal degree of coupling can be easily obtained by adjusting the angle θ in FIG. However, circular TM
In the 011 mode cavity 704, the slot 70
When 6 are arranged in the shape of “C”, the angular direction (q direction) of the microwave electromagnetic field radiated from the adjacent slot
Components cancel each other out (cancelled each other) to form only a radial component, forming a microwave power distribution with a convex central portion. In any case, this method of constructing the slot antenna is not unique to this embodiment, and can be similarly applied to the case of using other cavity resonators such as those of the first and second embodiments. You can

【００４０】また結合孔としてのスロットアンテナ７０
６を設ける導体板（以下スロット板と呼ぶ。）の厚み
は、通常１ｍｍから５ｍｍ程度の薄いものが用いられる
が、５ｍｍ程度を越える厚いものを用いることもでき
る。厚い導体板を用いた場合、結合孔７０６の部分が厚
さ方向に導波管として働くため、結合孔の形状に対する
自由度が薄い場合と比べて低くなる。矩形の導波管の場
合、長いほうの辺の長さが自由空間中のマイクロ波（電
磁波）の波長の１／２より短くなると導波管の軸方向に
電磁界は伝搬せず、指数関数的に減衰する。そのため厚
い導体板を用いた場合、結合孔としてのスロットの長軸
方向の長さを半波長より大きくする必要がある。マイク
ロ波の周波数が２．４５ＧＨｚの場合、自由空間での波
長は１２２．４ｍｍとなるのでスロット長軸の長さは６
１．２ｍｍより大きくする必要がある。ただし、厚いス
ロット板を用いた場合、スロット板内部に冷媒を循環さ
せ、冷却する等ができる。A slot antenna 70 serving as a coupling hole
The thickness of the conductor plate (hereinafter referred to as a slot plate) provided with 6 is usually about 1 mm to about 5 mm, but a thicker plate than about 5 mm can be used. When a thick conductor plate is used, the portion of the coupling hole 706 acts as a waveguide in the thickness direction, so that the degree of freedom with respect to the shape of the coupling hole is low. In the case of a rectangular waveguide, if the length of the longer side becomes shorter than half the wavelength of the microwave (electromagnetic wave) in free space, the electromagnetic field does not propagate in the axial direction of the waveguide, and the exponential function Decays. Therefore, when a thick conductor plate is used, it is necessary to make the length of the slot as the coupling hole in the long axis direction larger than half the wavelength. When the microwave frequency is 2.45 GHz, the wavelength in free space is 122.4 mm, so the length of the long axis of the slot is 6
It must be larger than 1.2 mm. However, when a thick slot plate is used, a coolant can be circulated inside the slot plate to cool it.

【００４１】また図２１にはマイクロ波導入窓とスロッ
ト板との他の実施の形態を示す。マイクロ波導入窓７０
５’はリング状の形状である。この場合スロット板８０
１’は第１の実施の形態の円盤状部品１０５の機能を併
せ持つことができる。スロット板８０１’はリング状マ
イクロ波導入窓７０５’の中心の穴から処理室１０３に
さらされており、この部分を接地電極として動作させる
ことができる。スロットアンテナ７０６の形状は図１
８、図２０に示した形状を用いることができる。スロッ
ト板８０１’の内部には図示しない冷媒の循環機構があ
り、温度調節することができる。またスロット板８０
１’に、円盤状部品１０５と同様にガス供給機構を同様
に内部に備えることにより、処理室１０３に処理ガスを
供給することができる。スロット板８０１’は中央部が
マイクロ波導入窓７０５’の形状にあわせて突出した形
状となっているが、図２１に示す突出量ｄは任意であ
る。この突出量ｄを調整してマイクロ波導入窓７０５’
の底面と側面の面積比を調整し、マイクロ波電力放射の
方向、量を制御することができる。また、スロット板８
０１’を電気的に接地せず、高周波を給電することもで
きる。FIG. 21 shows another embodiment of the microwave introduction window and the slot plate. Microwave introduction window 70
5'is a ring shape. In this case the slot plate 80
1'can also have the function of the disk-shaped component 105 of the first embodiment. The slot plate 801 ′ is exposed to the processing chamber 103 through the central hole of the ring-shaped microwave introduction window 705 ′, and this portion can be operated as a ground electrode. The shape of the slot antenna 706 is shown in FIG.
8 and the shape shown in FIG. 20 can be used. A coolant circulation mechanism (not shown) is provided inside the slot plate 801 'to adjust the temperature. Also, the slot plate 80
The processing gas can be supplied to the processing chamber 103 by equipping 1'with a gas supply mechanism similarly to the disk-shaped component 105. The slot plate 801 'has a shape in which the central portion is projected according to the shape of the microwave introduction window 705', but the projection amount d shown in FIG. 21 is arbitrary. The microwave introduction window 705 'is adjusted by adjusting the protrusion amount d.
It is possible to control the direction and amount of microwave power radiation by adjusting the area ratio of the bottom surface to the side surface of the. Also, the slot plate 8
It is also possible to supply a high frequency without electrically grounding 01 '.

【００４２】次にマイクロ波立体回路部分（同軸線路部
７０２及び空洞共振器７０４）に関する他の実施の形態
について図１４及び図２２を用いて説明する。この実施
の形態は、図１４に示す実施の形態において空洞共振器
７０４および結合孔７０６の部分を、図２２に示す各構
造物により置き換えた以外同様な構造とすることができ
る。図２２（ａ）は空洞共振器７０４として同軸空洞共
振器を用いた場合である。図２２（ｂ）は同様に半同軸
共振器の場合を示す。図２２（ｃ）は結合孔が空洞共振
器７０４の底部と同じ形状（底部なし）の場合を示す。
図２２（ｄ）はモードフィルタ１５０２を空洞共振器７
０４内に装着し、所望のモード以外のモードを抑制する
効果をもたせた場合を示す。図２３には、図２２（ｃ）
に示すようにスロットアンテナなしの場合における円形
ＴＭ011モードの空洞共振器７０４からマイクロ波導入
窓（石英板）７０５を通して処理室１０３内に伝送され
るマイクロ波電磁界（特に電界）を示す。この実施の形
態でも、２３１で示す位置にリング状のプラズマを発生
させることができる。しかし、静磁界発生装置１０９
ａ、１０９ｂによる静磁界Ｈ_Sの影響をできるだけ受け
ないように空洞共振器７０４の底部にスロットアンテナ
を設けた方が優れている。即ち、空洞共振器７０４の底
部にスロットアンテナを設けた方が、安定性の点で優れ
ている。Next, another embodiment of the microwave three-dimensional circuit portion (the coaxial line portion 702 and the cavity resonator 704) will be described with reference to FIGS. 14 and 22. This embodiment can have the same structure as that of the embodiment shown in FIG. 14 except that the cavity resonator 704 and the coupling hole 706 are replaced by the respective structures shown in FIG. FIG. 22A shows a case where a coaxial cavity resonator is used as the cavity resonator 704. Similarly, FIG. 22B shows the case of a semi-coaxial resonator. FIG. 22C shows the case where the coupling hole has the same shape as the bottom portion of the cavity resonator 704 (no bottom portion).
FIG. 22D shows the mode filter 1502 with the cavity resonator 7.
It shows the case where it is mounted in 04 and has an effect of suppressing a mode other than the desired mode. In FIG. 23, FIG.
The microwave electromagnetic field (especially the electric field) transmitted from the circular TM011 mode cavity resonator 704 to the inside of the processing chamber 103 through the microwave introduction window (quartz plate) 705 as shown in FIG. Also in this embodiment, ring-shaped plasma can be generated at the position indicated by 231. However, the static magnetic field generator 109
It is better to provide the slot antenna at the bottom of the cavity resonator 704 so as to minimize the influence of the static magnetic field H _S due to a and 109b. That is, providing the slot antenna at the bottom of the cavity resonator 704 is superior in stability.

【００４３】次に本発明に係る第３の実施の形態につい
て図２４乃至図２６を用いて説明する。図２４に示す第
３の実施の形態は、第１の実施の形態と比べて空洞共振
器の構造が異なることおよび静磁界の発生装置を持たな
いこと以外はほぼ同様の構成となっており、共通する部
分の説明の一部を省略する。図２４には本発明に係る第
３の実施の形態であるプラズマ処理装置の断面図を示
す。例えばマグネトロン管などの図示しないマイクロ波
源から放射された例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波は、図示しないアイソレータ、図示しない整合器を
通り方形導波管１００によりリング状の空洞共振器１０
１に投入される。空洞共振器１０１の底面にはスロット
アンテナ１０２が設けられ、リング状マイクロ波導入窓
１０４を通して処理室１０３にマイクロ波を供給する。
リング状空洞共振器１０１、マイクロ波導入窓１０４の
中央部にはガス供給管１１０に接続されたガス供給器１
０５’が設けられている。ガス供給器１０５’の処理室
１０３に面した面には複数のガス供給穴があり処理室１
０３内に１種類または複数種類の処理ガスを所定の流量
供給する。処理室１０３には図示しない排気系が接続さ
れておりガス供給器１０５’により供給されるガスの流
量と排気系の排気量を制御することにより処理室１０３
内を処理に適した所定の圧力、ガス雰囲気に保持するこ
とができる。処理室１０３内には例えば直径３００ｍｍ
の被処理基板１０６が設置されている。被処理基板１０
６には例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源１０
８が整合器１０７を介して接続され、高周波電力を加え
ることができる。Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 24 to 26. The third embodiment shown in FIG. 24 has substantially the same configuration as that of the first embodiment except that the structure of the cavity resonator is different from that of the first embodiment and the static magnetic field generator is not provided. A part of the description of the common part will be omitted. FIG. 24 shows a sectional view of a plasma processing apparatus according to the third embodiment of the present invention. A microwave having a frequency of, for example, 2.45 GHz emitted from a microwave source (not shown) such as a magnetron tube passes through an isolator (not shown) and a matching device (not shown) to form a ring-shaped cavity resonator 10 by a rectangular waveguide 100.
Thrown in 1. A slot antenna 102 is provided on the bottom surface of the cavity resonator 101 and supplies microwaves to the processing chamber 103 through a ring-shaped microwave introduction window 104.
The gas supply device 1 connected to the gas supply pipe 110 is provided at the center of the ring-shaped cavity resonator 101 and the microwave introduction window 104.
05 'is provided. There is a plurality of gas supply holes on the surface of the gas supply device 105 ′ facing the processing chamber 103, and the processing chamber 1
One or a plurality of types of processing gases are supplied into the chamber 03 at a predetermined flow rate. An exhaust system (not shown) is connected to the processing chamber 103, and the processing chamber 103 is controlled by controlling the flow rate of the gas supplied by the gas supplier 105 ′ and the exhaust amount of the exhaust system.
The inside can be maintained at a predetermined pressure and gas atmosphere suitable for processing. In the processing chamber 103, for example, a diameter of 300 mm
Substrate 106 to be processed is installed. Substrate 10 to be processed
6 is, for example, a high frequency power source 10 having a frequency of 13.56 MHz.
8 are connected via a matching unit 107, and high frequency power can be applied.

【００４４】図２５に共振モードとしてとして例えばＴ
Ｍ610モードを用いた空洞共振器１０１の断面図、およ
びマイクロ波電界、空洞共振器底面を流れる表面電流を
模式的に示す。前記した表２に示すように周波数２．４
５ＧＨｚの場合例えば内半径ａが８６ｍｍ、外半径ｂが
１９５ｍｍのサイズでＴＭ610モードの空洞共振器１０
１を構成することができる。方形導波管１００を空洞共
振器１０１の側面に接続してＴＭ610モードの電磁界を
励振している。空洞共振器１０１内では第１の実施の形
態で説明したように電界Ｅ_TMは軸方向成分のみをもち、
定在波の腹が角度方向に１２個できる。また空洞共振器
１０１の底面を流れる表面電流１２０４は電界定在波の
腹の位置を中心に放射状に流れる。スロットアンテナ１
０２を表面電流１２０４に垂直かつ空洞共振器１０１中
心に対し放射状に１２個設けることができる。図２６に
示すようにスロットアンテナを設けることもできる。図
２５に示す例では１２個のスロットアンテナを設けてい
たが、図２６に示す例では１つおきに６個のスロットア
ンテナ１０２を設けている。これにより６個のスロット
アンテナ全体でリング状の電界１３０２を処理室１０３
内に放射することができる。以上ＴＭ610モードについ
て説明したがその他の例えばＴＭ410、ＴＭ510、TM71
0、ＴＭ810等のモードについても同様に空洞共振器の励
振、スロットアンテナの構成を行うことができる。In FIG. 25, as a resonance mode, for example, T
A cross-sectional view of the cavity resonator 101 using the M610 mode and a microwave electric field and a surface current flowing through the bottom surface of the cavity resonator are schematically shown. As shown in Table 2 above, the frequency of 2.4
In the case of 5 GHz, for example, the TM610 mode cavity resonator 10 has an inner radius a of 86 mm and an outer radius b of 195 mm.
1 can be configured. The rectangular waveguide 100 is connected to the side surface of the cavity resonator 101 to excite an electromagnetic field of TM610 mode. In the cavity resonator 101, the electric field E _TM has only an axial component as described in the first embodiment,
There are 12 standing wave antinodes in the angular direction. The surface current 1204 flowing on the bottom surface of the cavity resonator 101 flows radially around the antinode of the electric field standing wave. Slot antenna 1
Twelve 02 can be provided perpendicular to the surface current 1204 and radially with respect to the center of the cavity resonator 101. A slot antenna may be provided as shown in FIG. In the example shown in FIG. 25, twelve slot antennas are provided, but in the example shown in FIG. 26, six slot antennas 102 are provided every other one. As a result, a ring-shaped electric field 1302 is generated in the processing chamber 103 by the entire six slot antennas.
Can be radiated into. The TM610 mode has been described above, but other examples such as TM410, TM510, TM71
For modes such as 0 and TM810, the cavity resonator can be excited and the slot antenna can be similarly configured.

【００４５】処理室１０３の周囲に静磁界Ｈ_Sの発生装
置を設け、プラズマ拡散損失の防止、電子サイクロトロ
ン共鳴現象の利用等の効果を持たせることもできる。A static magnetic field H _S generator may be provided around the processing chamber 103 to provide effects such as prevention of plasma diffusion loss and utilization of the electron cyclotron resonance phenomenon.

【００４６】以上説明した実施の形態は、エッチング装
置のみに限定されるものではなく、導入する処理ガスを
変更することでＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）
装置、アッシング装置等他のプラズマ処理装置に適用す
ることができる。The embodiment described above is not limited to only the etching apparatus, but CVD (Chemical Vapor Deposition) can be performed by changing the process gas to be introduced.
The present invention can be applied to other plasma processing apparatus such as an apparatus and an ashing apparatus.

【００４７】[0047]

【発明の効果】本発明によれば、１０インチを越えるよ
うな巨大な被処理基板に対して均一なエッチング処理等
のプラズマ処理を行うことができる効果を奏する。According to the present invention, there is an effect that a plasma treatment such as a uniform etching treatment can be performed on a large substrate to be processed exceeding 10 inches.

【００４８】また本発明によれば、マイクロ波を用いた
プラズマ処理装置においてマイクロ波立体回路部分の電
力損失が抑制されるため、マイクロ波電力の有効利用を
図ることができる効果を奏する。また電力損失が抑制さ
れるためマイクロ波立体回路部分の不要な加熱が抑えら
れる効果もある。Further, according to the present invention, since the power loss in the microwave three-dimensional circuit portion is suppressed in the plasma processing apparatus using microwaves, it is possible to effectively use the microwave power. In addition, since power loss is suppressed, there is an effect that unnecessary heating of the microwave three-dimensional circuit portion is suppressed.

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

【図１】本発明に係るプラズマ処理の原理を説明するた
めの図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of plasma processing according to the present invention.

【図２】本発明に係るプラズマ処理装置の第１の実施の
形態を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a first embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention.

【図３】本発明に係るプラズマ処理装置の第１の実施の
形態において用いられているリング状空洞共振器の説明
図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a ring-shaped cavity resonator used in the first embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.

【図４】ＴＥモードにおけるリング状空洞共振器の内部
の電界分布等を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an electric field distribution and the like inside a ring-shaped cavity resonator in a TE mode.

【図５】ＴＭモードにおけるリング状空洞共振器の内部
の電界分布等を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing an electric field distribution and the like inside a ring-shaped cavity resonator in TM mode.

【図６】ＴＥＭモードにおけるリング状空洞共振器の内
部の電界分布等を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing an electric field distribution and the like inside a ring-shaped cavity resonator in a TEM mode.

【図７】方形導波管内を伝送されるＴＭモードのマイク
ロ波電界分布を示す斜視断面図である。FIG. 7 is a perspective sectional view showing a microwave electric field distribution of TM mode transmitted in a rectangular waveguide.

【図８】リング状空洞共振器に対する様々な励振方法を
示す図である。FIG. 8 is a diagram showing various excitation methods for a ring-shaped cavity resonator.

【図９】ＴＥモードで共振されたリング状空洞共振器に
おいて底部に「ハ」字状にスロットアンテナを形成した
場合、放射されるマイクロ波電磁界を説明するための図
である。FIG. 9 is a diagram for explaining a microwave electromagnetic field radiated when a slot antenna is formed in a “C” shape at the bottom in a ring-shaped cavity resonator resonated in a TE mode.

【図１０】ＴＭモードで共振されたリング状空洞共振器
における電界分布と底部に流れる表面電流とスロットア
ンテナとを示した図である。FIG. 10 is a diagram showing an electric field distribution, a surface current flowing at the bottom, and a slot antenna in a ring-shaped cavity resonator resonated in the TM mode.

【図１１】図１０に示すようにＴＭモードで共振された
リング状空洞共振器において一つおきにスロットアンテ
ナを形成した場合を示した図である。FIG. 11 is a view showing a case where the slot antenna is formed in every other ring-shaped cavity resonator resonated in the TM mode as shown in FIG.

【図１２】図２に示すプラズマ処理装置の第１の実施の
形態における変形例を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a modified example of the first embodiment of the plasma processing apparatus shown in FIG.

【図１３】図１２に示すリング状空洞共振器において内
周面にスロットアンテナを形成した場合を示す図であ
る。13 is a diagram showing a case where a slot antenna is formed on the inner peripheral surface of the ring-shaped cavity resonator shown in FIG.

【図１４】本発明に係るプラズマ処理装置の第２の実施
の形態を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention.

【図１５】図１４に示す整合室の様々な変形例を示す図
である。FIG. 15 is a view showing various modified examples of the matching chamber shown in FIG.

【図１６】整合室において直径、高さを最適化して反射
波を打ち消し合うことによってマイクロ波電力を効率良
く伝送することを説明するための図である。FIG. 16 is a diagram for explaining efficient transmission of microwave power by optimizing the diameter and height and canceling out reflected waves in the matching chamber.

【図１７】図１４に示す空洞共振器がＴＭ011モードで
共振された場合の軸方向の電界を示す図である。17 is a diagram showing an axial electric field when the cavity resonator shown in FIG. 14 is resonated in a TM011 mode.

【図１８】図１４に示す空洞共振器の底部においてスロ
ットアンテナの長手軸を半径方向に対して傾きθを付け
た場合について説明するための図である。FIG. 18 is a diagram for explaining a case where the longitudinal axis of the slot antenna is tilted with respect to the radial direction at the bottom of the cavity resonator shown in FIG.

【図１９】図１８に示すスロットアンテナから放射され
るＴＥ01モードとＴＭ01モードとが合成されたマイクロ
波電磁界を示す図である。19 is a diagram showing a microwave electromagnetic field in which a TE01 mode and a TM01 mode radiated from the slot antenna shown in FIG. 18 are combined.

【図２０】図１４に示す空洞共振器の底部において
「ハ」字状にスロットアンテナを形成した場合を示した
図である。FIG. 20 is a view showing a case where a slot antenna is formed in a “C” shape at the bottom of the cavity resonator shown in FIG. 14.

【図２１】図１４に示す空洞共振器の底部構成の変形例
を示す図である。21 is a diagram showing a modification of the bottom configuration of the cavity resonator shown in FIG.

【図２２】図１４に示す空洞共振器の様々な変形例を示
す図である。22 is a diagram showing various modifications of the cavity resonator shown in FIG.

【図２３】図２２に示す如くスロットアンテナの無い空
洞共振器においてＴＭ011モードで共振されて処理室内
に伝送される軸方向の電界を示す図である。23 is a diagram showing an axial electric field resonated in the TM011 mode and transmitted into the processing chamber in the cavity resonator without the slot antenna as shown in FIG. 22.

【図２４】本発明に係るプラズマ処理装置の第３の実施
の形態を示す断面図である。FIG. 24 is a sectional view showing a third embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.

【図２５】図２４に示すリング状空洞共振器の励振方法
および底部に形成したスロットアンテナを示す図であ
る。FIG. 25 is a diagram showing a method of exciting the ring-shaped cavity resonator shown in FIG. 24 and a slot antenna formed at the bottom.

【図２６】図２４に示すリング状空洞共振器の底部に一
つおきにスロットアンテナを形成した場合を示す図であ
る。FIG. 26 is a view showing a case where every other slot antenna is formed on the bottom of the ring-shaped cavity resonator shown in FIG. 24.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１００…方形導波管、１０１…リング状空洞共振器 １０２、１０２’…結合孔（スロットアンテナ）、１０
３…処理室 １０４…マイクロ波導入窓、１０５…円盤状部品、１０
５’…ガス供給部 １０６…被処理基板、１０７…整合器、１０８…高周波
電源 １０９ａ、１０９ｂ…電磁石（静磁界発生装置） ７０１…同軸導波管変換器、７０２…同軸線路部、７０
３…整合室 ７０４…空洞共振器、７０５、７０５’…マイクロ波導
入窓 ７０６…結合孔（スロットアンテナ）、７０７…接地電
極 ８０１、８０１’…底部（スロット板）、８０２…表面
電流 ８０３…スロットアンテナの長軸方向の外向き単位ベク
トルＪ １４０３…処理室の側壁、１４０５…リング状のプラズ
マ100 ... Square waveguide, 101 ... Ring cavity 102, 102 '... Coupling hole (slot antenna), 10
3 ... Processing chamber 104 ... Microwave introduction window, 105 ... Disk-shaped parts, 10
5 '... Gas supply part 106 ... Substrate to be processed, 107 ... Matching device, 108 ... High frequency power supplies 109a, 109b ... Electromagnet (static magnetic field generator) 701 ... Coaxial waveguide converter, 702 ... Coaxial line part, 70
3 ... Matching chamber 704 ... Cavity resonator, 705, 705 '... Microwave introduction window 706 ... Coupling hole (slot antenna), 707 ... Ground electrodes 801, 801' ... Bottom (slot plate), 802 ... Surface current 803 ... Slot Antenna outward long unit vector J 1403 ... Side wall of processing chamber, 1405 ... Ring-shaped plasma

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−112161（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−262119（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−130494（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−135093（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/205 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) Reference JP-A-6-112161 (JP, A) JP-A-3-262119 (JP, A) JP-A-7-130494 (JP, A) JP-A-7- 135093 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. ⁷ , DB name) H01L 21/3065 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/205

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】マイクロ波源と、該マイクロ波源から放射
したマイクロ波を伝送するマイクロ波導波管と、該マイ
クロ波導波管で伝送されたマイクロ波を伝送する同軸線
路部と、該同軸線路部の円筒状の空洞共振器側に設けら
れ、同軸線路部と円筒状の空洞共振器との境界付近にお
いて生じるマイクロ波電力の反射を低減する整合室と、
前記同軸線路部に前記整合室を介して同軸状に接続して
同軸線路部から伝送されたマイクロ波を円形ＴＭモード
で共振させる前記円筒状の空洞共振器と、被処理基板を
載置する基板電極を内部に設置した処理室と、前記円筒
状の空洞共振器で共振された円形ＴＭモードのマイクロ
波電磁界の内、前記円筒状の空洞共振器の中心軸付近を
中心にして放射線方向に対してある角度成分のマイクロ
波電界を前記円筒状の空洞共振器における前記被処理基
板に対向する底面に設けられたスロットアンテナからマ
イクロ波導入窓を通して前記処理室内に放射して前記被
処理基板に対向する領域にリング状のプラズマを発生さ
せるマイクロ波電磁界放射手段とを備えたことを特徴と
するプラズマ処理装置。1. A microwave source, a microwave waveguide for transmitting a microwave radiated from the microwave source, a coaxial line portion for transmitting the microwave transmitted by the microwave waveguide, and a coaxial line portion of the coaxial line portion. A matching chamber provided on the side of the cylindrical cavity resonator to reduce reflection of microwave power generated near the boundary between the coaxial line portion and the cylindrical cavity resonator,
A substrate on which the cylindrical cavity resonator, which is coaxially connected to the coaxial line portion through the matching chamber and resonates the microwave transmitted from the coaxial line portion in a circular TM mode, and a substrate to be processed are placed. In a processing chamber having an electrode installed therein and in a microwave electromagnetic field of a circular TM mode resonated by the cylindrical cavity resonator, a radial direction is obtained around a central axis of the cylindrical cavity resonator. A microwave electric field having a certain angle component is radiated into the processing chamber through a microwave introduction window from a slot antenna provided on the bottom surface of the cylindrical cavity resonator facing the processing substrate, and then radiated to the processing substrate. A plasma processing apparatus, comprising: microwave electromagnetic field emitting means for generating ring-shaped plasma in opposing areas. 【請求項２】前記スロットアンテナにおいて、前記円筒
状の空洞共振器の中心軸付近を中心にして円周方向に複
数穿設される各スロットの長軸を前記放射線方向に対し
てある角度傾斜していることを特徴とする請求項１記載
のプラズマ処理装置。2. In the slot antenna, a long axis of each of a plurality of slots bored in a circumferential direction around a central axis of the cylindrical cavity resonator is inclined at an angle with respect to the radiation direction. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is a plasma processing apparatus. 【請求項３】更に、静磁界発生装置を、前記処理室内に
おいて前記円筒状の空洞共振器の軸方向の成分を有する
静磁界を発生させるように備えたことを特徴とする請求
項１記載のプラズマ処理装置。3. The static magnetic field generator is further provided so as to generate a static magnetic field having a component in the axial direction of the cylindrical cavity resonator in the processing chamber. Plasma processing equipment. 【請求項４】マイクロ波源と、該マイクロ波源から放射
したマイクロ波を伝送するマイクロ波導波管と、該マイ
クロ波導波管で伝送されたマイクロ波をＴＥモードで共
振させるリング状の空洞共振器と、被処理基板を載置す
る基板電極を内部に設置した処理室と、前記リング状の
空洞共振器の中心軸付近を中心にして周方向に複数穿設
される各スロットの長軸を前記中心からの放射線方向に
対してある角度傾斜さ せ、さらに、前記各スロットを、
隣接するスロットから放射されるマイクロ波の電磁界の
内前記半径方向の成分を打ち消すように配置したスロッ
トアンテナを前記リング状の空洞共振器における前記被
処理基板に対向する底面に設け、前記リング状の空洞共
振器で共振されたマイクロ波電磁界の内、ＴＥモードを
主体とする電磁界を、前記スロットアンテナからマイク
ロ波導入窓を通して前記処理室内に放射して前記被処理
基板に対向する領域にリング状のプラズマを発生させる
マイクロ波電磁界放射手段とを備えたことを特徴とする
プラズマ処理装置。4. A microwave source, said a microwave waveguide for transmitting the microwaves radiated from the microwave source, said micro-wave microwaves transmitted by the waveguide ring that makes co <br/> oscillation in TE mode -Shaped cavity resonator, a processing chamber having a substrate electrode on which a substrate to be processed is placed, and the ring-shaped cavity
Multiple holes are drilled in the circumferential direction around the center axis of the cavity resonator.
The major axis of each slot is the radial direction from the center
Inclining at an angle with respect to each other , further, each of the slots,
Of the electromagnetic field of the microwave radiated from the adjacent slot
Inside, the slot is arranged so as to cancel the radial component.
The antenna in the ring-shaped cavity
Provided on the bottom surface facing the substrate, of a microwave electromagnetic field resonated by the ring-shaped cavity resonator, the electromagnetic field mainly the TE mode, into the processing chamber through a microwave introducing window from the slot antenna A plasma processing apparatus comprising: a microwave electromagnetic field radiating unit that radiates and generates a ring-shaped plasma in a region facing the substrate to be processed. 【請求項５】マイクロ波源と、該マイクロ波源から放射
したマイクロ波を伝送するマイクロ波導波管と、該マイ
クロ波導波管で伝送されたマイクロ波をＴＭモードで共
振させるリング状の空洞共振器と、被処理基板を載置す
る基板電極を内部に設置した処理室と、前記リング状の
空洞共振器の中心軸付近を中心にして周方向に複数穿設
される各スロットの長軸を前記中心からの放射線方向に
向け、さらに、前記各スロットを、電界定在波の腹と腹
との間に配置したスロットアンテナを前記リング状の空
洞共振器における前記被処理基板に対向する底面に設
け、前記リング状の空洞共振器で共振されたマイクロ波
電磁界の内、ＴＥモードを主体とする電磁界を、前記ス
ロットアンテナからマイクロ波導入窓を通して前記処理
室内に放射して前記被処理基板に対向する領域にリング
状のプラズマを発生させるマイクロ波電磁界放射手段と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 5. A microwave source and radiation from the microwave source
A microwave waveguide for transmitting the generated microwave,
The microwaves transmitted by the black-wave waveguide are shared in TM mode.
Place the ring-shaped cavity resonator to be shaken and the substrate to be processed.
The processing chamber with the substrate electrode installed inside and the ring-shaped
Multiple holes are drilled in the circumferential direction around the center axis of the cavity resonator.
The major axis of each slot is the radial direction from the center
The slot of the electric field standing wave and the belly of the electric field standing wave.
The slot antenna placed between the
Installed on the bottom surface of the cavity that faces the substrate to be processed.
The microwave resonated by the ring-shaped cavity resonator
Among the electromagnetic fields, the electromagnetic field mainly composed of TE mode is
The above processing from the lot antenna through the microwave introduction window
A ring is radiated into the chamber and is placed in a region facing the substrate to be processed.
Microwave field radiating means for generating a plasma
The plasma processing apparatus characterized by comprising a. 【請求項６】前記処理室内において、前記被処理基板と
対向して接地または高周波電力を給電する電極部材を設
置したことを特徴とする請求項４または５記載のプラズ
マ処理装置。6. The plasma processing apparatus according to claim 4 , wherein an electrode member for grounding or supplying high-frequency power is installed in the processing chamber so as to face the substrate to be processed. 【請求項７】前記電極部材を温度制御するように構成し
たことを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置。7. The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the temperature of the electrode member is controlled.