JP3269853B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

Plasma processing equipment

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JP3269853B2
JP3269853B2 JP19054892A JP19054892A JP3269853B2 JP 3269853 B2 JP3269853 B2 JP 3269853B2 JP 19054892 A JP19054892 A JP 19054892A JP 19054892 A JP19054892 A JP 19054892A JP 3269853 B2 JP3269853 B2 JP 3269853B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを用いて例え
ばウエハなどの試料に対して、半導体デバイスを形成す
るための所定の処理を行うプラズマ処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus for performing a predetermined process for forming a semiconductor device on a sample such as a wafer by using plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】図6に
第1の従来例の高周波プラズマ処理装置を示す。
2. Description of the Related Art FIG. 6 shows a first conventional high-frequency plasma processing apparatus.

【0003】図6に示すように、内部が真空状態に設定
された処理室200内に互いに対向するように載置され
た2個の電極のうち、一方の電極201に高周波信号が
高周波電源210からインピーダンス整合器211を介
して印加され、他方の電極202が接地される。また、
反応ガスを処理室200内に流入させて、2つの電極2
01,202間でプラズマを発生させることによって、
当該発生されたプラズマを用いて、例えば微細加工処
理、レジスト剥離処理、薄膜堆積処理などの半導体デバ
イスを形成するための種々のプロセスが実行される。
As shown in FIG. 6, a high-frequency signal is applied to one electrode 201 of two electrodes placed opposite to each other in a processing chamber 200 whose inside is set to a vacuum state. , Via the impedance matching unit 211, and the other electrode 202 is grounded. Also,
The reaction gas flows into the processing chamber 200 and the two electrodes 2
By generating a plasma between 01 and 202,
Using the generated plasma, various processes for forming a semiconductor device, such as a fine processing process, a resist stripping process, and a thin film deposition process, are executed.

【0004】上記第1の従来例の高周波プラズマ処理装
置はその構造が簡単であるという利点を有しているが、
印加される高周波信号の角周波数ωは発生する電子プラ
ズマ周波数ωpeよりも低いので、高周波信号の電磁波
はプラズマ中を伝搬することができない。従って、当該
プロセスを実行するために設定される処理室200内の
圧力を高くする必要があり、これによって、プラズマに
よって発生されるイオンがよりランダムな方向に移動す
るので、例えばエッチング処理において、エッチングす
べき層にアンダーカットが発生する。それ故、当該高周
波プラズマ処理装置は、異方性エッチングの処理に適用
することができない。さらに、プラズマ生成用の電極に
試料を載置しているためにプラズマと試料が接触するの
で、試料表面に発生するイオンシースにより、イオンが
所望するエネルギーの速度以上に加速され、これによっ
て、イオンの温度が比較的高くなり、処理すべき試料3
00にしばしば損傷を与えるという問題点があった。
The high frequency plasma processing apparatus of the first conventional example has an advantage that its structure is simple.
Since the angular frequency ω of the applied high-frequency signal is lower than the generated electron plasma frequency ωpe, the electromagnetic wave of the high-frequency signal cannot propagate in the plasma. Therefore, it is necessary to increase the pressure in the processing chamber 200 set to perform the process, and the ions generated by the plasma move in a more random direction. An undercut occurs in a layer to be formed. Therefore, the high-frequency plasma processing apparatus cannot be applied to anisotropic etching. Further, since the sample comes into contact with the plasma because the sample is placed on the electrode for plasma generation, ions are accelerated to a speed higher than a desired energy by an ion sheath generated on the surface of the sample. Of the sample 3 to be processed
00 is often damaged.

【0005】図7に、例えば特開昭63−100180
号公報において開示された第2の従来例のマグネトロン
高周波プラズマ処理装置を示す。なお、図7において、
図6と同一のものについては同一の符号を付している。
FIG. 7 shows, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-100180.
2 shows a second conventional magnetron high-frequency plasma processing apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-209,878. In FIG. 7,
The same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.

【0006】図7に示すように、第1の従来例と同様
に、内部が真空状態に設定された処理室200内に互い
に対向するように載置された2個の電極のうち、一方の
電極201に高周波信号が高周波電源210からインピ
ーダンス整合器211を介して印加され、他方の電極2
02が接地される。また、反応ガスを処理室200内に
流入させて、2つの電極201,202間でプラズマを
発生させるとともに、接地電極202の下部に設けられ
た永久磁石203a,203bによって生じる磁界Bを
用いて、上記発生されたプラズマを永久磁石のN極20
3aとそのS極203bとの間に発生する磁路中であっ
て試料300の表面上において環状に閉じ込めることに
よって、プラズマの密度をより高くしている。そして、
このように発生されたプラズマを用いて種々のプロセス
が実行される。
As shown in FIG. 7, similarly to the first conventional example, one of two electrodes placed opposite to each other in a processing chamber 200 whose inside is set to a vacuum state. A high-frequency signal is applied to the electrode 201 from the high-frequency power supply 210 via the impedance matching device 211, and the other electrode 2
02 is grounded. In addition, a reaction gas is caused to flow into the processing chamber 200 to generate plasma between the two electrodes 201 and 202, and a magnetic field B generated by permanent magnets 203 a and 203 b provided below the ground electrode 202 is used. The generated plasma is transferred to the N pole 20 of a permanent magnet.
The density of the plasma is further increased by being confined in an annular shape on the surface of the sample 300 in the magnetic path generated between the 3a and the S pole 203b. And
Various processes are performed using the plasma generated in this manner.

【0007】しかしながら、この第2の従来例のマグネ
トロン高周波プラズマ処理装置においては、発生された
プラズマが上述のように局在するので、プラズマの均一
性が低くなる。従って、例えばエッチング処理のとき
に、処理すべきウエハの直径が大きい場合、試料300
の径方向においてエッチングの深さが異なるように処理
されるという問題点があった。
However, in the magnetron high-frequency plasma processing apparatus of the second conventional example, the generated plasma is localized as described above, so that the uniformity of the plasma is reduced. Therefore, for example, when the diameter of the wafer to be processed is large during the etching process, the sample 300
There is a problem that the etching is performed so that the etching depth is different in the radial direction.

【0008】図8に、例えば特開昭61−86942号
公報において開示された第3の従来例の回転磁界型高周
波プラズマ処理装置を示し、図9にそのプラズマ処理装
置の3個の電磁石404,405,406の配置を示
す。なお、図8及び図9において、図6及び図7と同一
のものについては同一の符号を付している。
FIG. 8 shows a third conventional rotating-field-type high-frequency plasma processing apparatus disclosed in, for example, JP-A-61-86942, and FIG. 9 shows three electromagnets 404 and 404 of the plasma processing apparatus. The arrangement of 405 and 406 is shown. 8 and 9, the same components as those in FIGS. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals.

【0009】図8に示すように、第1と第2の従来例と
同様に、内部が真空状態に設定された処理室200内に
互いに対向するように載置された2個の電極のうち、一
方の電極201に高周波信号が高周波電源210からイ
ンピーダンス整合器211を介して印加され、他方の電
極202が接地される。また、反応ガスを処理室200
内に流入させて、2つの電極201,202間でプラズ
マを発生させる。同時に、永久磁石を回転させて又は3
相交流信号を図9に示すように配置されたソレノイドコ
イル404,405,406に印加することによって、
2つの電極201,202間で発生される電界の方向に
対して垂直な方向であって電界の方向を軸を中心として
右回りの方向410で回転する回転磁界Bを発生させ
る。このとき同時に発生する電界Eと磁界Bとの外積E
×Bの方向でイオンが力を受けて移動するという現象が
発生する、いわゆるE×Bドリフト効果(以下、E×B
ドリフト効果という。)によって、上記発生されたプラ
ズマを試料300の表面上で移動させ、この結果、プラ
ズマの照射量を均一化させ、試料300に対する処理の
度合いを均一化させている。
As shown in FIG. 8, similarly to the first and second conventional examples, two electrodes placed opposite to each other in a processing chamber 200 in which the interior is set to a vacuum state are shown. A high-frequency signal is applied to one electrode 201 from a high-frequency power supply 210 via an impedance matching unit 211, and the other electrode 202 is grounded. Further, the reaction gas is supplied to the processing chamber 200.
To generate plasma between the two electrodes 201 and 202. At the same time, rotate the permanent magnet or 3
By applying a phase alternating signal to the solenoid coils 404, 405, 406 arranged as shown in FIG.
A rotating magnetic field B is generated in a direction perpendicular to the direction of the electric field generated between the two electrodes 201 and 202 and rotating in the clockwise direction 410 about the direction of the electric field as an axis. The outer product E of the electric field E and the magnetic field B generated simultaneously at this time
The so-called E × B drift effect (hereinafter referred to as E × B drift effect) occurs in which ions move in a direction of × B under force.
This is called the drift effect. ), The generated plasma is moved on the surface of the sample 300, and as a result, the irradiation amount of the plasma is made uniform, and the degree of processing on the sample 300 is made uniform.

【0010】しかしながら、この第3の従来例の回転磁
界型高周波プラズマ処理装置においては、上記E×Bド
リフト効果によって、発生されたプラズマ中のイオンが
試料300の表面に対して垂直でなく、傾斜した方向で
照射されるので、例えばエッチング処理時においてアン
ダーカットが発生する。従って、当該装置は、第1の従
来例と同様に、異方性エッチング処理などの微細加工に
用いることができないという問題点があった。
However, in the rotating-field-type high-frequency plasma processing apparatus of the third conventional example, ions in the generated plasma are not perpendicular to the surface of the sample 300 but tilted due to the E × B drift effect. Irradiation is performed in the specified direction, so that an undercut occurs during, for example, an etching process. Therefore, there is a problem that the apparatus cannot be used for fine processing such as anisotropic etching as in the first conventional example.

【0011】図10に、例えば特開昭62−25643
3号公報において開示された第4の従来例の電子サイク
トロン共鳴プラズマ処理装置(以下、ECRプラズマ処
理装置という。)を示す。図10において図6乃至図9
と同一のものについては同一の符号を付している。
FIG. 10 shows, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-25643.
No. 3 discloses a fourth conventional example of an electron cyclotron resonance plasma processing apparatus (hereinafter referred to as an ECR plasma processing apparatus). 6 to 9 in FIG.
The same components are denoted by the same reference numerals.

【0012】図10に示すように、内部が真空状態に設
定され中心部に試料300が載置された処理室200
と、内部が真空状態に設定されたプラズマ発生室221
と、マイクロ波伝搬用導波管222とが縦続に接続さ
れ、プラズマ発生室221の外側に磁界発生用ソレノイ
ドコイル220が設けられる。上記ソレノイドコイル2
20によってプラズマ発生室221と処理室200の各
内部に各室200,221の軸方向と平行な方向に磁界
Bが発生され、このとき、当該磁界Bと、上記導波管2
22を伝搬してくるマイクロ波の電界とが直交する。こ
こで、例えば、周波数2.45GHzのマイクロ波を用
いるとともに、875Gs(ガウス)の直流磁界を発生
させることによって、プラズマ発生室221内の電子が
サイクトロン共鳴してプラズマが発生され、上記発生さ
れたプラズマを利用して種々のプロセスの処理が実行さ
れる。
As shown in FIG. 10, a processing chamber 200 in which the inside is set to a vacuum state and a sample 300 is placed at the center thereof.
And a plasma generation chamber 221 whose inside is set to a vacuum state
And a microwave propagation waveguide 222 are connected in cascade, and a magnetic field generation solenoid coil 220 is provided outside the plasma generation chamber 221. The above solenoid coil 2
20, a magnetic field B is generated inside each of the plasma generation chamber 221 and the processing chamber 200 in a direction parallel to the axial direction of each of the chambers 200 and 221.
The electric field of the microwave propagating through 22 is orthogonal. Here, for example, by using a microwave having a frequency of 2.45 GHz and generating a DC magnetic field of 875 Gs (Gauss), the electrons in the plasma generation chamber 221 undergo cyclotron resonance to generate plasma, and the plasma is generated. Various processes are performed using plasma.

【0013】しかしながら、875Gsの比較的高い直
流磁界を発生させる必要があるので、ソレノイドコイル
220が大型になり、これによって、当該装置全体を小
型・軽量化することがむずかしいという問題点があっ
た。また、プラズマ発生室221内にマイクロ波の高次
モードによる電界の山と谷が発生するため、発生された
プラズマが局在化し、特にプラズマ発生室221の径を
より大きくしたとき、均一化したプラズマを得ることが
できず、第2の従来例と同様の問題点が生じる。
However, since it is necessary to generate a relatively high DC magnetic field of 875 Gs, the solenoid coil 220 becomes large, which makes it difficult to reduce the size and weight of the entire device. In addition, since peaks and valleys of the electric field are generated in the plasma generation chamber 221 by the higher-order mode of the microwave, the generated plasma is localized, and the plasma becomes uniform when the diameter of the plasma generation chamber 221 is further increased. Plasma cannot be obtained, and the same problems as in the second conventional example occur.

【0014】図11に、例えば米国特許4,990,2
29号において開示された第5の従来例のヘリコンプラ
ズマ処理装置を示す。図11において図6乃至図10と
同一のものについては同一の符号を付している。
FIG. 11 shows, for example, US Pat. No. 4,990,2.
29 shows a fifth conventional example of a helicon plasma processing apparatus disclosed in Japanese Patent No. 29; 11, the same components as those in FIGS. 6 to 10 are denoted by the same reference numerals.

【0015】図11に示すように、内部が真空状態に設
定され電気絶縁材料にてなる円筒状のプラズマ発生室2
30と、中心部に試料300が載置される円筒状の処理
室231が縦続に接続され、プラズマ発生室230の上
部に反応ガス流入パイプ232が連結される一方、処理
室231の下部に排気パイプ233が連結される。ま
た、プラズマ発生室230の外周部に高周波結合用アン
テナ240が固定されて設けられるとともに、当該アン
テナ240の外周部に、プラズマ発生室230の軸方向
に直流磁界Bを発生するための磁界発生用ソレノイドコ
イル250が設けられる。上記アンテナ240は、円形
状の上リング部241と、円形状の下リング部242
と、上リング部241の一点とそれに対向する下リング
部242の一点とを接続する接続エレメント243とか
ら構成され、上リング部241の上記一点に対して上リ
ング241の中心を中心として対向するその他点と、下
リング部242の上記一点に対して下リング242の中
心を中心として対向するその他点との間に、高周波電源
210から出力される高周波信号がインピーダンス整合
器211と同軸ケーブル212とを介して入力されて、
上記アンテナ240が励振される。このとき、高周波信
号はプラズマ発生室230内部で発生するプラズマと結
合しかつ浸透して、これによって、高周波の電磁波が、
ヘリコン波(ホイッスラー波)として、発生されたプラ
ズマの内部を軸方向の磁界Bに沿ってホイッスラーモー
ドで伝搬してランダウ減衰させて電離現象を促進するこ
とによって、高密度なプラズマを発生している。
As shown in FIG. 11, a cylindrical plasma generating chamber 2 is set in a vacuum state and made of an electrically insulating material.
30 and a cylindrical processing chamber 231 in which the sample 300 is placed at the center thereof are connected in cascade. The pipe 233 is connected. A high-frequency coupling antenna 240 is fixedly provided on an outer peripheral portion of the plasma generation chamber 230, and a magnetic field generator for generating a DC magnetic field B in the axial direction of the plasma generation chamber 230 is provided on the outer peripheral portion of the antenna 240. A solenoid coil 250 is provided. The antenna 240 has a circular upper ring portion 241 and a circular lower ring portion 242.
And a connection element 243 that connects one point of the upper ring part 241 and one point of the lower ring part 242 opposed thereto, and faces the above-mentioned one point of the upper ring part 241 around the center of the upper ring 241. A high-frequency signal output from the high-frequency power supply 210 is applied between the other point and the other point of the lower ring portion 242 opposite to the above-mentioned point with the center of the lower ring 242 as a center. Is entered via
The antenna 240 is excited. At this time, the high-frequency signal combines with and penetrates the plasma generated inside the plasma generation chamber 230, whereby the high-frequency electromagnetic wave
As a helicon wave (Whistler wave), the generated plasma is propagated in the Whistler mode along the magnetic field B in the axial direction in the Whistler mode to attenuate Landau to promote the ionization phenomenon, thereby generating high-density plasma. .

【0016】当該ヘリコンプラズマ処理装置において発
生されるヘリコン波の密度ne[cm-3]は、(a)高
周波信号の角周波数ωがイオンサイクロトロン角周波数
ωciよりも十分に高く、かつ電子サイクロトロン角周
波数ωceよりも十分に低いという第1の近似条件と、
(b)発生するプラズマの直径が比較的小さいという第
2の近似条件のもとでの近似式を用いて、公知の通り、
次の数1で表すことができる。
The density n e [cm −3 ] of the helicon wave generated in the helicon plasma processing apparatus is as follows: (a) The angular frequency ω of the high-frequency signal is sufficiently higher than the ion cyclotron angular frequency ωci, and the electron cyclotron angle A first approximation condition that is sufficiently lower than the frequency ωce;
(B) As is well known, using an approximate expression under the second approximate condition that the diameter of the generated plasma is relatively small,
It can be expressed by the following equation 1.

【0017】[0017]

【数1】 ne=(190・B0)×1014/(ra・f・λ) ここで、B0:直流磁界の磁束密度[kG]、 ra:円筒状のプラズマの半径に対応するプラズマ発生
室230の半径、 f:高周波信号の周波数[MHz]、 λ:ヘリコン波の波長[cm]である。
[Number 1] n e = (190 · B 0 ) × 10 14 / (r a · f · λ) where, B 0: magnetic flux density of the DC magnetic field [kG], r a: the radius of the cylindrical plasma The radius of the corresponding plasma generation chamber 230, f: frequency [MHz] of the high frequency signal, λ: wavelength [cm] of the helicon wave.

【0018】従って、励起すべきヘリコン波の波長λ
は、数1から次の数2によって表される。
Therefore, the wavelength λ of the helicon wave to be excited is
Is expressed by Equation 2 from Equation 1 below.

【数2】 λ=(190・B0)/(ra・f・ne×1014[Number 2] λ = (190 · B 0) / (r a · f · n e × 10 14)

【0019】上記数2で与えられた励振波長λを有する
アンテナ240を作成することにより、プラズマを発生
させることができる。また、上記数1から明らかなよう
に、発生されるプラズマの密度は、印加される直流磁界
の磁束密度B0と、プラズマ発生室230の半径raと、
印加される高周波信号の周波数fと、アンテナ240の
アンテナ長に対応するヘリコン波の波長λとによって決
定されるので、当該プラズマ処理装置の全体の大きさが
決定されると、上記発生されるプラズマの密度を容易に
高くすることができない。また、これらのパラメータB
0,ra,f,λの値が固定されるとき、上記発生される
プラズマの密度を実行すべき処理の種類に応じて変更さ
せることができないという問題点があった。
The plasma can be generated by preparing the antenna 240 having the excitation wavelength λ given by the above equation (2). Further, as is apparent from Equation 1, the density of the generated plasma is determined by the magnetic flux density B 0 of the applied DC magnetic field, the radius r a of the plasma generation chamber 230,
Since the frequency is determined by the frequency f of the applied high-frequency signal and the wavelength λ of the helicon wave corresponding to the antenna length of the antenna 240, when the overall size of the plasma processing apparatus is determined, the generated plasma Cannot easily be increased in density. In addition, these parameters B
0, when r a, f, the value of λ is fixed, there is a problem that can not be changed according to the type of processing to be executed a density of the plasma being the generation.

【0020】さらに、上記第5の従来例のヘリコンプラ
ズマ処理装置において、例えばプロセスの種類を変更す
るために反応ガスの種類を変更したときに、プロセスの
ための発生ガスの密度が変化し、これによって上記ヘリ
コン波の波長が変化する。一方、高周波結合用アンテナ
240が固定されて設けられているので、発生されたプ
ラズマと高周波との結合度が低下し、この結果、高周波
の電力が効率良くプラズマに吸収されず、発生されるプ
ラズマの安定度が低下するという問題点があった。
Further, in the helicon plasma processing apparatus of the fifth conventional example, when the type of the reaction gas is changed to change the type of the process, for example, the density of the generated gas for the process changes. Changes the wavelength of the helicon wave. On the other hand, since the high-frequency coupling antenna 240 is fixedly provided, the degree of coupling between the generated plasma and the high frequency is reduced. As a result, the high-frequency power is not efficiently absorbed by the plasma, and the generated plasma is not absorbed. However, there is a problem that the stability of the resin is reduced.

【0021】本発明の第1の目的は以上の問題点を解決
し、処理すべき試料の表面に対して従来例に比較して均
一にかつ安定に高い密度のプラズマを発生することがで
き、しかも小型・軽量化することができるプラズマ処理
装置を提供することにある。
A first object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to uniformly and stably generate a high-density plasma on the surface of a sample to be treated as compared with the conventional example. Moreover, it is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus that can be reduced in size and weight.

【0022】また、本発明の第2の目的は以上の問題点
を解決し、処理すべき試料の表面に対して従来例に比較
して均一にかつ安定に高い密度のプラズマを発生するこ
とができ、しかも発生されるプラズマの密度を所定値に
制御することができるプラズマ処理装置を提供すること
にある。
A second object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to generate a high-density plasma more uniformly and stably on the surface of a sample to be treated as compared with the conventional example. It is another object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of controlling the density of generated plasma to a predetermined value.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載のプラズマ処理装置は、内部が真空状態に設定された
プラズマ処理室内でプラズマを発生させて試料に対して
所定の処理を行うプラズマ処理装置において、上記プラ
ズマ処理室の内部で、上記試料に向かう方向に直流磁界
を発生する磁界発生手段を備え、互いに所定の角度だけ
離れて設けられた複数の回転電界発生用電極を備え、所
定の同一の角速度と互いに所定の位相差を有しかつ上記
直流磁界の方向に対して垂直な方向を有する電界を発生
することにより、上記直流磁界の方向に対して垂直な方
向に回転する回転電界を発生させる1群の電界発生手段
を、互いに所定の位相差を有する複数の回転電界が発生
するように、上記プラズマ処理室の内部で互いに所定の
距離だけ離れて、複数群備えることにより、上記直流磁
界の方向に向かって右回りで旋回する回転電界を発生さ
せることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus for performing a predetermined process on a sample by generating plasma in a plasma processing chamber whose inside is set to a vacuum state. The processing apparatus further includes: a magnetic field generating unit configured to generate a DC magnetic field in a direction toward the sample in the plasma processing chamber; a plurality of rotating electric field generating electrodes provided at a predetermined angle from each other; A rotating electric field rotating in a direction perpendicular to the direction of the DC magnetic field by generating an electric field having the same angular velocity and a predetermined phase difference from each other and having a direction perpendicular to the direction of the DC magnetic field. A group of electric field generating means for generating a plurality of rotating electric fields having a predetermined phase difference with each other, separated from each other by a predetermined distance inside the plasma processing chamber, By providing several groups, and wherein the generating the rotating field to pivot right turn in the direction of the DC magnetic field.

【0024】また、請求項2記載のプラズマ処理装置
は、請求項1記載のプラズマ処理装置において、さら
に、上記プラズマ処理室内で発生するプラズマの密度を
測定する測定手段と、上記測定手段によって測定された
プラズマの密度に基づいて、上記発生されるプラズマの
密度が所定値となるように、上記角速度と上記複数の回
転電界の間の位相差と上記直流磁界のうち少なくとも1
つを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the plasma processing apparatus according to the first aspect, further comprising: a measuring means for measuring a density of plasma generated in the plasma processing chamber; At least one of the phase difference between the angular velocity and the plurality of rotating electric fields and the DC magnetic field such that the density of the generated plasma is a predetermined value based on the density of the generated plasma.
And control means for controlling the two.

【0025】さらに、請求項3記載のプラズマ処理装置
は、請求項1又は2記載のプラズマ処理装置において、
さらに、上記発生される直流磁界の磁束が集束しミラー
磁界が形成されるように上記磁界発生手段とともに上記
プラズマ処理室の内部に磁界を発生する別の磁界発生手
段を備えたことを特徴とする。
Further, the plasma processing apparatus according to claim 3 is the plasma processing apparatus according to claim 1 or 2,
Further, another magnetic field generating means for generating a magnetic field inside the plasma processing chamber is provided together with the magnetic field generating means so that the magnetic flux of the generated DC magnetic field is focused and a mirror magnetic field is formed. .

【0026】またさらに、請求項4記載のプラズマ処理
装置は、請求項1、2又は3記載のプラズマ処理装置に
おいて、さらに、上記試料に所定の交流電圧を印加する
電圧印加手段を備えたことを特徴とする。
The plasma processing apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the first, second or third aspect, further comprising a voltage applying means for applying a predetermined AC voltage to the sample. Features.

【0027】[0027]

【作用】請求項1記載のプラズマ処理装置においては、
例えば半導体デバイスを形成するために所定のプロセス
を行うために必要な反応ガスが、上記プラズマ処理室内
に流入される一方、上記プラズマ処理室の内部が所定の
真空状態に設定される。ここで、上記磁界発生手段は、
上記プラズマ処理室の内部で、上記試料に向かう方向に
直流磁界を発生する一方、互いに所定の角度だけ離れて
設けられた複数の回転電界発生用電極を備え、所定の同
一の角速度と互いに所定の位相差を有しかつ上記直流磁
界の方向に対して垂直な方向を有する電界を発生するこ
とにより、上記直流磁界の方向に対して垂直な方向に回
転する回転電界を発生させる1群の電界発生手段を、互
いに所定の位相差を有する複数の回転電界が発生するよ
うに、上記プラズマ処理室の内部で互いに所定の距離だ
け離れて、複数群備えることにより、上記直流磁界の方
向に向かって右回りで旋回する回転電界を発生させる。
In the plasma processing apparatus according to the first aspect,
For example, a reaction gas necessary for performing a predetermined process for forming a semiconductor device is introduced into the plasma processing chamber, and the inside of the plasma processing chamber is set to a predetermined vacuum state. Here, the magnetic field generating means includes:
Inside the plasma processing chamber, a DC magnetic field is generated in a direction toward the sample, and a plurality of rotating electric field generating electrodes provided at a predetermined angle from each other are provided. A group of electric field generation that generates a rotating electric field that rotates in a direction perpendicular to the direction of the DC magnetic field by generating an electric field having a phase difference and having a direction perpendicular to the direction of the DC magnetic field. By providing a plurality of means separated from each other by a predetermined distance inside the plasma processing chamber so as to generate a plurality of rotating electric fields having a predetermined phase difference with respect to each other, a rightward direction in the direction of the DC magnetic field is provided. Generate a rotating electric field that rotates around.

【0028】ここで、上記磁界発生手段によって発生さ
れる直流磁界によって、上記プラズマ処理室内に存在す
る気体分子の熱運動による衝突分離現象や、例えば光や
宇宙線の照射によって生じる電離現象によって初期電子
や初期イオンが発生された後、上記プラズマ処理室内の
磁界内に存在する電子及びイオンはそれぞれ、磁力線の
周囲を右回り及び左回りで旋回するいわゆるラーマー運
動と呼ばれる回旋運動を行う。また、上記発生された磁
界に対して垂直方向に、上記複数群の電界発生手段によ
って発生される回転電界が印加される。従って、電子及
びイオンはE×Bドリフト効果によって上記電界と磁界
の両方に対して垂直な方向に右回りに旋回する回旋運動
をしながら移動し、さらに、上記E×Bドリフト効果に
よる移動方向が上記所定の角速度で回転する。
Here, a direct current magnetic field generated by the magnetic field generating means causes a collision separation phenomenon due to thermal motion of gas molecules existing in the plasma processing chamber and an ionization phenomenon caused by, for example, irradiation of light or cosmic rays. After the initial ions are generated, the electrons and ions existing in the magnetic field in the plasma processing chamber perform a so-called Larmor motion, which rotates clockwise and counterclockwise around the magnetic field lines, respectively. Further, a rotating electric field generated by the plurality of groups of electric field generating means is applied in a direction perpendicular to the generated magnetic field. Accordingly, the electrons and ions move while rotating in a clockwise direction in a direction perpendicular to both the electric field and the magnetic field due to the ExB drift effect. It rotates at the predetermined angular velocity.

【0029】この結果、電子のα作用による衝突電離
と、上記複数群の電界発生手段に対してイオンが入射す
ることによって発生するγ作用による2次電子放出が繰
り返され、プラズマ状態に進展する。ここで、上記発生
される回転電界の角速度に対応する周波数が高い場合、
γ作用が生じなくても電離現象が促進される。従って、
初期電子が上述のように回旋運動をしながら移動するた
めに、上記初期電子が中性粒子と衝突する確率が増大す
るので、衝突電離現象が起こり易くなる。この結果、例
えば10−3Torr程度の低気圧の状態においても、
プラズマの生成及び維持が容易となる。
As a result, impact ionization by the α action of electrons and secondary electron emission by the γ action generated by the incidence of ions on the plurality of groups of electric field generating means are repeated, and the plasma state is developed. Here, when the frequency corresponding to the angular velocity of the generated rotating electric field is high,
Even if the γ action does not occur, the ionization phenomenon is promoted. Therefore,
Since the initial electrons move while rotating as described above, the probability that the initial electrons collide with the neutral particles increases, so that the collision ionization phenomenon is likely to occur. As a result, for example, even in a low pressure state of about 10 −3 Torr,
Generation and maintenance of plasma are facilitated.

【0030】上記回転電界による電磁波は磁界が存在し
ている場合、プラズマ表面において遮蔽されることな
く、プラズマ中を伝搬することができる。言い換えれ
ば、上記電磁波はプラズマ中に浸透し、さらに上記磁界
と平行な方向に伝搬して、電子にエネルギーを与えつつ
ランダウ減衰する。また、従来技術の項で述べたヘリコ
ン波は基本的に磁界の方向に対して電磁界を右回りで旋
回する右旋偏波の電磁波である。従って、本願発明にお
いては、上記直流磁界の方向で、すなわち上記試料に向
かう方向で、右回りで旋回する回転電界が発生されるの
で、発生されるプラズマ中においてヘリコン波を有効的
に励起することができる。従って、当該ヘリコン波の波
動がランダウ減衰することによって、プラズマ中の電子
にエネルギーを与え、これによって、高密度のプラズマ
を発生することができる。すなわち、プラズマ中の電子
はプラズマ中を伝搬してきたヘリコン波の電磁波の電界
によってエネルギーを吸収し、さらに、電離現象に対し
て寄与するので、従来例の装置よりも高い真空状態すな
わち低いガス圧状態でプラズマを発生することができ、
また、プラズマの密度も高くすることができる。
When a magnetic field is present, the electromagnetic wave caused by the rotating electric field can propagate through the plasma without being blocked at the plasma surface. In other words, the electromagnetic wave penetrates into the plasma, propagates in a direction parallel to the magnetic field, and attenuates Landau while giving energy to electrons. The helicon wave described in the section of the related art is basically a right-handed polarized electromagnetic wave that turns an electromagnetic field clockwise with respect to the direction of a magnetic field. Therefore, in the present invention, a rotating electric field that rotates clockwise in the direction of the DC magnetic field, that is, in the direction toward the sample, is generated, so that the helicon wave is effectively excited in the generated plasma. Can be. Therefore, the energy of the electrons in the plasma is given by the Landau damping of the wave of the helicon wave, whereby a high-density plasma can be generated. That is, the electrons in the plasma absorb energy by the electric field of the electromagnetic wave of the helicon wave that has propagated in the plasma, and further contribute to the ionization phenomenon. Can generate plasma with
Further, the density of plasma can be increased.

【0031】上述のように上記磁界と上記回転電界によ
って発生されたプラズマは上記磁界の磁力線の方向で搬
送された後、上記試料の表面に対して概ね垂直な方向で
入射する。
As described above, the plasma generated by the magnetic field and the rotating electric field is transported in the direction of the magnetic field lines of the magnetic field, and then incident in a direction substantially perpendicular to the surface of the sample.

【0032】本発明に係る装置において、上述のように
回転電界を発生しているので、プラズマ中の電子及びイ
オンは外積E×Bの方向で移動しかつ上記E×Bドリフ
ト効果による移動方向が上記所定の角速度で回転するの
で、プラズマが偏ることを防止することができ、これに
よって、上記試料の表面に対して均一にプラズマを照射
することができる。
In the apparatus according to the present invention, since the rotating electric field is generated as described above, the electrons and ions in the plasma move in the direction of the outer product E × B, and the moving direction due to the E × B drift effect changes. Since the plasma is rotated at the predetermined angular velocity, it is possible to prevent the plasma from being biased, whereby the surface of the sample can be uniformly irradiated with the plasma.

【0033】また、請求項2記載のプラズマ処理装置に
おいては、上記測定手段は、上記プラズマ処理室内で発
生するプラズマの密度を測定した後、上記制御手段は、
上記測定手段によって測定されたプラズマの密度に基づ
いて、上記発生されるプラズマの密度が所定値となるよ
うに、上記角速度と上記複数の回転電界の間の位相差と
上記直流磁界のうち少なくとも1つを制御する。従っ
て、上記発生されるプラズマ中のヘリコン波の波動との
結合が最適な状態となるように制御してプラズマの密度
を所定値に制御することができる。
Further, in the plasma processing apparatus according to the second aspect, after the measuring means measures the density of the plasma generated in the plasma processing chamber, the control means:
Based on the density of the plasma measured by the measuring means, at least one of the phase difference between the angular velocity and the plurality of rotating electric fields and the DC magnetic field such that the density of the generated plasma becomes a predetermined value. Control one. Therefore, the density of the plasma can be controlled to a predetermined value by controlling the coupling with the wave of the helicon wave in the generated plasma to be in an optimum state.

【0034】さらに、請求項3記載のプラズマ処理装置
においては、上記別の磁界発生手段は、上記発生される
直流磁界の磁束が集束しミラー磁界が形成されるように
上記磁界発生手段とともに上記プラズマ処理室の内部に
磁界を発生する。これによって、いわゆるミラー磁界を
発生させることができ、試料の表面に入射するプラズマ
の入射角度が試料の概ね全体にわたって垂直となり、当
該プラズマ処理装置を異方性エッチング処理に適用する
ことができる。
Further, in the plasma processing apparatus according to the third aspect, the another magnetic field generating means may include the plasma generating means together with the magnetic field generating means so that a magnetic flux of the generated DC magnetic field is focused to form a mirror magnetic field. A magnetic field is generated inside the processing chamber. As a result, a so-called mirror magnetic field can be generated, the incident angle of the plasma incident on the surface of the sample becomes substantially vertical throughout the entire sample, and the plasma processing apparatus can be applied to anisotropic etching.

【0035】またさらに、請求項4記載のプラズマ処理
装置においては、上記電圧印加手段は、上記試料に所定
の交流電圧を印加する。このとき、印加される交流電圧
を変更することによって、プラズマ中のイオンが試料に
入射する量を制御することができる。これによって、例
えば半導体デバイスを形成するときに、より精密な処理
を行うことができる。
Still further, in the plasma processing apparatus according to the fourth aspect, the voltage applying means applies a predetermined AC voltage to the sample. At this time, by changing the applied AC voltage, the amount of ions in the plasma incident on the sample can be controlled. Thereby, for example, when a semiconductor device is formed, more precise processing can be performed.

【0036】[0036]

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る実施例に
ついて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0037】図1は本発明に係る一実施例であるプラズ
マ処理装置の斜視図であり、図2は図1のA−A’線に
ついての縦断面図であり、図3は図1のプラズマ処理装
置のB−B’線についての横断面図である。図1乃至図
3において図8乃至図13と同一のものについては同一
の符号を付している。
FIG. 1 is a perspective view of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the processing apparatus taken along line BB ′. 1 to 3, the same components as those in FIGS. 8 to 13 are denoted by the same reference numerals.

【0038】本実施例のプラズマ処理装置は、内部が真
空状態に設定された円筒形状のプラズマ発生室10の外
周部の上部に、互いに直角の角度だけ離れるように配置
された4個の回転電界発生用電極ER11乃至ER14
からなる第1の電極群ER1を設け、互いにπ/2だけ
異なる位相を有する高周波信号を各電極ER11乃至E
R14に印加することによってプラズマ発生室10の円
筒の軸方向(以下、Z軸方向という。)に対して垂直な
方向であって上記円筒の軸を中心Oとして右回りで回転
する第1の電界E1を発生させるとともに、プラズマ発
生室10の外周部の下部に上記第1の電極群ER1から
所定の間隔Lだけ離れて、互いに直角の角度だけ離れる
ように配置された4個の回転電界発生用電極ER21乃
至ER24からなる第2の電極群ER2を設け、第1の
電極群ER1に印加される高周波信号よりも所定の位相
差φだけ移相されかつ互いにπ/2だけ異なる位相を有
する高周波信号を各電極ER21乃至ER24に印加す
ることによってプラズマ発生室10のZ軸方向に対して
垂直な方向であって上記円筒の軸を中心Oとして右回り
で回転する第2の電界E2を発生させ、すなわち互いに
位相差を有して回転する2つの第1と第2の電界E1,
E2を発生させて、プラズマ発生室10内で発生するヘ
リコン波を有効的に励振させるように右回りで旋回する
回転電界Eを発生させ、さらに、第1と第2の電極群E
R1,ER2の外周部に、4個の磁界発生用ソレノイド
コイル21乃至24を設けて当該ソレノイドコイル21
乃至24に所定の直流電圧を印加することによってZ軸
方向に平行であって試料300に向かう方向で磁界を発
生させ、これによって、プラズマを発生させ、このと
き、発生されたプラズマ中を上記回転電界を発生させる
高周波信号の電磁波が伝搬し、プラズマを発生室10に
続くプラズマ処理室11内に載置された試料300の上
表面に対して照射することを特徴とする。
The plasma processing apparatus according to the present embodiment has four rotating electric fields arranged above the outer peripheral portion of a cylindrical plasma generating chamber 10 whose interior is set to a vacuum state so as to be separated from each other by a right angle. Generation electrodes ER11 to ER14
And a first electrode group ER1 composed of the first and second electrodes ER1 to ER1.
When applied to R14, the first electric field rotates in a direction perpendicular to the axial direction of the cylinder of the plasma generation chamber 10 (hereinafter, referred to as the Z-axis direction) and rotates clockwise about the axis of the cylinder. E1 is generated, and four rotating electric field generators are arranged below the first electrode group ER1 at a lower part of the outer peripheral portion of the plasma generation chamber 10 so as to be separated from each other by a right angle. A second electrode group ER2 including the electrodes ER21 to ER24 is provided, and a high-frequency signal having a phase shifted from the high-frequency signal applied to the first electrode group ER1 by a predetermined phase difference φ and having a phase different by π / 2 from each other. Is applied to each of the electrodes ER21 to ER24 to rotate the second electrode in a direction perpendicular to the Z-axis direction of the plasma generation chamber 10 and clockwise around the axis O of the cylinder. Field E2, ie two first and second electric fields E1, rotating with a phase difference from each other
E2 is generated to generate a rotating electric field E rotating clockwise so as to effectively excite the helicon wave generated in the plasma generation chamber 10, and further, the first and second electrode groups E
R1 and ER2 are provided with four solenoid coils 21 to 24 for generating a magnetic field on the outer periphery thereof.
To 24, a predetermined DC voltage is applied to generate a magnetic field in a direction parallel to the Z-axis direction and toward the sample 300, thereby generating a plasma. An electromagnetic wave of a high-frequency signal for generating an electric field propagates, and the plasma is irradiated on the upper surface of the sample 300 placed in the plasma processing chamber 11 following the generation chamber 10.

【0039】また、本実施例のプラズマ処理装置におい
ては、プラズマ発生室10の外周部であって、ソレノイ
ドコイル22と23との間のZ軸方向の位置に、送信用
ホーンアンテナAN1から放射されるマイクロ波信号が
プラズマ発生室10の中心軸を通過しかつ互いに対向す
るように送信用ホーンアンテナAN1と受信用ホーンア
ンテナAN2とが設けられ、受信用ホーンアンテナAN
2によって受信されたマイクロ波信号に基づいてマイク
ロ波干渉計の方法を用いて、発生されるプラズマの密度
を計算し、計算されたプラズマの密度に基づいてヘリコ
ン波を有効的に励起するように上記位相差φを変化する
ことを特徴としている。
In the plasma processing apparatus of the present embodiment, the transmitting horn antenna AN1 is radiated at a position in the Z-axis direction between the solenoid coils 22 and 23 on the outer peripheral portion of the plasma generating chamber 10. A transmitting horn antenna AN1 and a receiving horn antenna AN2 are provided so that a microwave signal passes through the central axis of the plasma generation chamber 10 and faces each other.
Calculating the density of the generated plasma using the method of the microwave interferometer based on the microwave signal received by the two and effectively exciting the helicon wave based on the calculated density of the plasma; It is characterized in that the phase difference φ is changed.

【0040】図1乃至図3に示すように、例えばアルミ
ナ又は石英ガラスなどの電気絶縁材料にてなり円筒形状
のプラズマ発生室10の底面に通気可能に縦続して、プ
ラズマ発生室10と同様の電気絶縁材料にてなり、プラ
ズマ発生室10よりも大きな直径を有するプラズマ処理
室11が連結される。当該プラズマ処理室11の底面
に、電気絶縁材料にてなる試料支持台30が固定され、
当該試料支持台30上にバイアス電圧印加用電極31が
形成され、そして当該電極31上に例えば半導体デバイ
スのウエハである試料300がその表面がZ軸と垂直と
なるように載置される。ここで、高周波バイアス信号発
生器32は所定の高周波電圧を有する高周波信号をキャ
パシタ32を介して電極31に対して、高周波信号など
のバイアス交流信号を印加しその信号の電圧を制御する
ことによって、発生されるプラズマ中のイオンが試料3
00に入射する量が制御される。これによって、例えば
半導体デバイスを形成するときに、より精密な処理を行
うことができる。
As shown in FIGS. 1 to 3, for example, an electrically insulating material such as alumina or quartz glass is connected to the bottom of a cylindrical plasma generating chamber 10 so as to allow air to flow therethrough. A plasma processing chamber 11 made of an electrically insulating material and having a larger diameter than the plasma generating chamber 10 is connected. A sample support 30 made of an electrically insulating material is fixed to a bottom surface of the plasma processing chamber 11,
A bias voltage application electrode 31 is formed on the sample support table 30, and a sample 300, for example, a wafer of a semiconductor device, is mounted on the electrode 31 so that the surface thereof is perpendicular to the Z axis. Here, the high-frequency bias signal generator 32 applies a bias AC signal such as a high-frequency signal to the electrode 31 via the capacitor 32 and controls the voltage of the signal by applying a high-frequency signal having a predetermined high-frequency voltage to the electrode 31. Ion in the generated plasma is sample 3
The amount incident on 00 is controlled. Thereby, for example, when a semiconductor device is formed, more precise processing can be performed.

【0041】さらに、プラズマ発生室10の上面には、
反応ガス輸送パイプ11a、バルブ15、バリアブルリ
ーク14a,14bを介して、それぞれ所定の反応ガス
を貯蔵するガスボンベ13a,13bが連結される一
方、プラズマ発生室10の底面には、排気パイプ11b
及び圧力調整バルブ16を介して真空ポンプ17に連結
される。
Further, on the upper surface of the plasma generation chamber 10,
Gas cylinders 13a and 13b for storing a predetermined reaction gas are connected via a reaction gas transport pipe 11a, a valve 15, and variable leaks 14a and 14b, respectively, while an exhaust pipe 11b is provided on the bottom surface of the plasma generation chamber 10.
And a vacuum adjusting valve 16 via a pressure adjusting valve 16.

【0042】プラズマ発生室10の外周部の図1及び図
2の図上上側に、それぞれプラズマ発生室10の外周部
に沿って平行となるように湾曲した形状を有する4個の
電極ER11乃至ER14からなる第1の電極群ER1
は、各電極ER11乃至ER14が図3に示すようにプ
ラズマ発生室10の円筒の軸を中心Oとして互いに直角
の角度だけ離れて、かつプラズマ発生室10の上部から
見て右回りで電極ER11,ER12,ER13,ER
14の順で設けられる。また、プラズマ発生室10の外
周部の図1及び図2の図上下側であって、第1の電極群
ER1の各電極のZ軸方向の中間の位置から第2の電極
群ER2の各電極のZ軸方向の中間の位置に、それぞれ
プラズマ発生室10の外周部に沿って平行となるように
湾曲した形状を有する4個の電極ER21乃至ER24
からなる第2の電極群ER2は、各電極ER21乃至E
R24が第1の電極群ER2と同様にプラズマ発生室1
0の円筒の軸を中心Oとして互いに直角の角度だけ離れ
て、かつプラズマ発生室10の上部から見て右回りで電
極ER21,ER22,ER23,ER24の順で設け
られる。
On the upper side of the outer peripheral portion of the plasma generation chamber 10 in FIGS. 1 and 2, four electrodes ER11 to ER14 each having a curved shape so as to be parallel to the outer peripheral portion of the plasma generation chamber 10 are provided. Electrode group ER1 composed of
As shown in FIG. 3, the electrodes ER11 to ER14 are separated from each other by a right angle about the axis O of the cylinder of the plasma generation chamber 10 as shown in FIG. ER12, ER13, ER
14 are provided in this order. In addition, the upper and lower sides of the outer peripheral portion of the plasma generation chamber 10 in FIGS. 1 and 2 and each electrode of the second electrode group ER2 from a middle position in the Z-axis direction of each electrode of the first electrode group ER1. Of four electrodes ER21 to ER24 each having a curved shape so as to be parallel along the outer peripheral portion of the plasma generation chamber 10 at an intermediate position in the Z-axis direction.
The second electrode group ER2 composed of
R24 is the same as the first electrode group ER2 in the plasma generation chamber 1
Electrodes ER21, ER22, ER23, and ER24 are provided in this order at right angles to each other with the axis of the cylinder 0 as the center O and at a right angle when viewed from above the plasma generation chamber 10.

【0043】なお、上述のように、電極ER11乃至E
R14,ER21乃至24の形状を、プラズマ発生室1
0の外周部に沿って湾曲させるように形成しているの
で、プラズマ発生室10の内部において第1と第2の電
界E1,E2はより均一となり、回転電界E1,E2が
一箇所に集中することを防止することができる。
As described above, the electrodes ER11 to ER11
The shape of R14, ER21 to ER24 is changed to plasma generation chamber 1
0, the first and second electric fields E1, E2 are more uniform inside the plasma generation chamber 10, and the rotating electric fields E1, E2 are concentrated at one location. Can be prevented.

【0044】さらに、図1及び図2に示すように、プラ
ズマ発生室10の外周部であって、ソレノイドコイル2
2と23との間のZ軸方向の位置に、送信用ホーンアン
テナAN1から放射されるマイクロ波信号がプラズマ発
生室10の中心軸を通過しかつ互いに対向するように送
信用ホーンアンテナAN1と受信用ホーンアンテナAN
2とが設けられる。また、磁界発生用ソレノイドコイル
21乃至24が、第1の電極群ER1及び第2の電極群
ER2の外周部に、各電極群ER1,ER2から所定の
距離だけ離れて、Z軸方向の順で設けられる。当該ソレ
ノイドコイル21乃至24に、各電極群ER1,ER2
に印加する高周波信号の周波数と等しい電子サイクロト
ロン周波数になる磁界の磁束密度よりも大きな磁束密度
を有する直流磁界をZ軸方向に発生させるために必要な
所定の直流電圧を印加することによって、プラズマ発生
室10及びプラズマ処理室11内で、Z軸に平行であっ
て試料300に向かう方向で直流磁界Bが発生される。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the solenoid coil 2
At a position in the Z-axis direction between 2 and 23, the transmitting horn antenna AN1 and the receiving horn antenna AN1 pass through the central axis of the plasma generation chamber 10 and face each other so that the microwave signal radiated from the transmitting horn antenna AN1 faces. Horn Antenna AN
2 are provided. Further, the magnetic field generating solenoid coils 21 to 24 are provided on the outer peripheral portions of the first electrode group ER1 and the second electrode group ER2 by a predetermined distance from each of the electrode groups ER1 and ER2 in the Z-axis direction. Provided. Each of the electrode groups ER1, ER2 is connected to the corresponding one of the solenoid coils 21 to 24.
By applying a predetermined DC voltage necessary to generate a DC magnetic field having a magnetic flux density greater than the magnetic flux density of the magnetic field at which the electron cyclotron frequency is equal to the frequency of the high-frequency signal applied in the Z-axis direction, the plasma is generated. In the chamber 10 and the plasma processing chamber 11, a DC magnetic field B is generated in a direction parallel to the Z axis and toward the sample 300.

【0045】さらに、第1の電極群ER1の各電極ER
11乃至ER14に、それぞれ同一の角周波数ωと互い
にπ/2だけ異なる位相を有して次式で表される高周波
信号V11乃至V14が印加されるとともに、第1の電
極群ER1の各電極ER11乃至ER14とそれぞれ位
相差φを有しかつそれぞれ同一の角周波数ωと互いにπ
/2だけ異なる位相を有して次式で表される高周波信号
V21乃至V24がそれぞれ第2の電極群ER2の各電
極ER21乃至ER24に印加される。
Further, each electrode ER of the first electrode group ER1
High frequency signals V11 to V14 represented by the following formulas having the same angular frequency ω and a phase different from each other by π / 2 are applied to the electrodes ER11 to ER11 of the first electrode group ER1, respectively. ER14 and the same angular frequency ω and π
High-frequency signals V21 to V24 represented by the following equations and having phases different by / 2 are applied to the respective electrodes ER21 to ER24 of the second electrode group ER2.

【0046】[0046]

【数3】V11=V・sin(ωt)## EQU3 ## V11 = V · sin (ωt)

【数4】V12=V・sin(ωt+π/2)## EQU4 ## V12 = V · sin (ωt + π / 2)

【数5】V13=V・sin(ωt+π)V13 = V · sin (ωt + π)

【数6】V14=V・sin(ωt+3π/2)V14 = V · sin (ωt + 3π / 2)

【数7】V21=V・sin(ωt+φ)V21 = Vsin (ωt + φ)

【数8】V22=V・sin(ωt+π/2+φ)V22 = V · sin (ωt + π / 2 + φ)

【数9】V23=V・sin(ωt+π+φ)V23 = V · sin (ωt + π + φ)

【数10】V24=V・sin(ωt+3π/2+φ)V24 = V · sin (ωt + 3π / 2 + φ)

【0047】ここで、位相差φは、好ましくは初期状態
において、次の数11で表される移相量に設定される。
Here, the phase difference φ is preferably set to a phase shift amount represented by the following equation 11 in the initial state.

【数11】φ=2πL/λ ここで、Lは第1の電極群ER1のZ軸方向の中心と第
2の電極群ER2のそれとの間隔[cm]であり、λは
数2で表されるヘリコン波の波長[cm]である。
Where L is the distance [cm] between the center of the first electrode group ER1 in the Z-axis direction and that of the second electrode group ER2, and λ is represented by the following equation (2). Of the helicon wave [cm].

【0048】図5に図1のプラズマ処理装置の電極印加
信号発生回路を示す。図5に示すように、高周波信号発
生器50は角周波数ωの正弦波の基準高周波信号V0を
発生し、PLL回路51aと増幅器52aとインピーダ
ンス整合器53aとを介して電極ER1に出力する。こ
こで、PLL回路51aは位相検波器71と低域通過フ
ィルタ(LPF)72と電圧制御発振器73とから構成
され、電極ER11に印加される高周波信号V11が位
相検波器71に帰還され、PLL回路51aによって基
準高周波信号V0と高周波信号V11との位相差がゼロ
になるように制御される。
FIG. 5 shows an electrode application signal generation circuit of the plasma processing apparatus of FIG. As shown in FIG. 5, the high-frequency signal generator 50 generates a sine-wave reference high-frequency signal V0 having an angular frequency ω and outputs it to the electrode ER1 via the PLL circuit 51a, the amplifier 52a, and the impedance matching device 53a. Here, the PLL circuit 51a includes a phase detector 71, a low-pass filter (LPF) 72, and a voltage-controlled oscillator 73. The high-frequency signal V11 applied to the electrode ER11 is fed back to the phase detector 71, and the PLL circuit 51a 51a controls the phase difference between the reference high-frequency signal V0 and the high-frequency signal V11 to be zero.

【0049】後述するPLL回路51b,51c,51
d,51e,51f,51g,51hもPLL回路51
aと同様に構成され、同様の動作を行う。
The PLL circuits 51b, 51c, 51 to be described later
d, 51e, 51f, 51g, and 51h are also PLL circuits 51.
It is configured in the same way as a and performs the same operation.

【0050】また、上記基準高周波信号V0は、位相π
/2だけ移相させる移相器60bとPLL回路51bと
増幅器52bとインピーダンス整合器53bとを介して
電極ER12及びPLL回路51bに印加され、このと
き、電極ER12に高周波信号V12が印加される。さ
らに、上記基準高周波信号V0は、位相πだけ移相させ
る移相器60cとPLL回路51cと増幅器52cとイ
ンピーダンス整合器53cとを介して電極ER13及び
PLL回路51cに印加され、このとき、電極ER13
に高周波信号V13が印加される。またさらに、上記基
準高周波信号V0は、位相3π/2だけ移相させる移相
器60dとPLL回路51dと増幅器52dとインピー
ダンス整合器53dとを介して電極ER14及びPLL
回路51dに印加され、このとき、電極ER14に高周
波信号V14が印加される。
The reference high-frequency signal V0 has the phase π.
The voltage is applied to the electrode ER12 and the PLL circuit 51b via the phase shifter 60b for shifting the phase by / 2, the PLL circuit 51b, the amplifier 52b, and the impedance matching device 53b. At this time, the high-frequency signal V12 is applied to the electrode ER12. Further, the reference high-frequency signal V0 is applied to the electrode ER13 and the PLL circuit 51c via the phase shifter 60c for shifting the phase by π, the PLL circuit 51c, the amplifier 52c, and the impedance matching device 53c.
Is applied with a high-frequency signal V13. Further, the reference high-frequency signal V0 is applied to the electrodes ER14 and PLL via a phase shifter 60d for shifting the phase by 3π / 2, a PLL circuit 51d, an amplifier 52d, and an impedance matching unit 53d.
The high frequency signal V14 is applied to the circuit 51d, and at this time, the high frequency signal V14 is applied to the electrode ER14.

【0051】さらに、上記基準高周波信号V0は、詳細
後述されるコントローラ100によって移相量φが制御
される可変移相器61に入力され、可変移相器61は入
力される基準高周波信号V0を位相φだけ移相させた
後、移相基準高周波信号V20として出力する。
Further, the reference high-frequency signal V0 is input to a variable phase shifter 61 whose phase shift amount φ is controlled by a controller 100 described later in detail. After the phase is shifted by the phase φ, the signal is output as the phase-shift reference high-frequency signal V20.

【0052】上記移相基準高周波信号V20は、PLL
回路51eと増幅器52eとインピーダンス整合器53
eとを介して電極ER21及びPLL回路51eに印加
され、このとき、電極ER21に高周波信号V21が印
加される。また、上記移相基準高周波信号V20は、位
相π/2だけ移相させる移相器60fとPLL回路51
fと増幅器52fとインピーダンス整合器53fとを介
して電極ER22及びPLL回路51fに印加され、こ
のとき、電極ER22に高周波信号V22が印加され
る。さらに、上記移相基準高周波信号V20は、位相π
だけ移相させる移相器60gとPLL回路51gと増幅
器52gとインピーダンス整合器53gとを介して電極
ER23及びPLL回路51gに印加され、このとき、
電極ER23に高周波信号V23が印加される。またさ
らに、上記移相基準高周波信号V20は、位相3π/2
だけ移相させる移相器60hとPLL回路51hと増幅
器52hとインピーダンス整合器53hとを介して電極
ER24及びPLL回路51hに印加され、このとき、
電極ER24に高周波信号V24が印加される。
The phase-shift reference high-frequency signal V20 is a PLL
Circuit 51e, amplifier 52e, impedance matching unit 53
e, and is applied to the electrode ER21 and the PLL circuit 51e. At this time, the high-frequency signal V21 is applied to the electrode ER21. The phase-shift reference high-frequency signal V20 is phase-shifted by a phase shifter 60f and a PLL circuit 51 for shifting the phase by π / 2.
The high frequency signal V22 is applied to the electrode ER22 and the PLL circuit 51f through the amplifier f, the amplifier 52f, and the impedance matching unit 53f. Further, the phase-shift reference high-frequency signal V20 has a phase π
Is applied to the electrode ER23 and the PLL circuit 51g via the phase shifter 60g, the PLL circuit 51g, the amplifier 52g, and the impedance matching device 53g for shifting only the phase.
The high frequency signal V23 is applied to the electrode ER23. Further, the phase-shift reference high-frequency signal V20 has a phase of 3π / 2.
Is applied to the electrode ER24 and the PLL circuit 51h via a phase shifter 60h, a PLL circuit 51h, an amplifier 52h, and an impedance matching unit 53h, which shifts only the phase.
The high-frequency signal V24 is applied to the electrode ER24.

【0053】高周波信号V11乃至V14がそれぞれ電
極ER11乃至ER14に印加されるとき、Z軸方向に
対して垂直な方向でありかつ上記円筒の軸を中心Oとし
て右回りで上記高周波信号の角周波数ωの角速度で回転
する第1の電界E1がプラズマ発生室10の上部に発生
される一方、高周波信号V21乃至V24がそれぞれ電
極ER21乃至ER24に印加されるとき、Z軸方向に
対して垂直な方向でありかつ上記円筒の軸を中心Oとし
て右回りで上記高周波信号の角周波数ωの角速度でかつ
第1の電界E1と所定の位相差φだけ移相されて回転す
る第2の電界E2がプラズマ発生室10の下部に発生さ
れる。これによって、プラズマ発生室10内で発生する
ヘリコン波を有効的に励振するための、右回りで旋回す
る回転電界Eを発生させる。
When the high-frequency signals V11 to V14 are applied to the electrodes ER11 to ER14, respectively, the angular frequency ω of the high-frequency signal is in a direction perpendicular to the Z-axis direction and clockwise about the axis of the cylinder O. Is generated at the upper part of the plasma generation chamber 10 while the high-frequency signals V21 to V24 are applied to the electrodes ER21 to ER24, respectively, in a direction perpendicular to the Z-axis direction. A second electric field E2 that rotates with the angular velocity of the angular frequency ω of the high-frequency signal clockwise about the axis O of the cylinder and shifted by a predetermined phase difference φ from the first electric field E1 generates plasma. Generated in the lower part of the chamber 10. As a result, a rotating electric field E that rotates clockwise for effectively exciting the helicon wave generated in the plasma generation chamber 10 is generated.

【0054】図4は図1のプラズマ処理装置のマイクロ
波干渉計部及び制御部を示すブロック図である。本実施
例においては、マイクロ波干渉計の方法を用いて発生さ
れるプラズマの密度を計算し、計算されたプラズマの密
度に基づいてヘリコン波を、回転電界Eと同期させて有
効的に励起するように上記位相差φを変化している。
FIG. 4 is a block diagram showing a microwave interferometer section and a control section of the plasma processing apparatus of FIG. In this embodiment, the density of the plasma generated by using the method of the microwave interferometer is calculated, and the helicon wave is effectively excited in synchronization with the rotating electric field E based on the calculated density of the plasma. Thus, the phase difference φ is changed.

【0055】図4において、マイクロ波信号発生器80
は、例えば34GHzの、上記高周波信号の周波数より
も十分に高い周波数を有するマイクロ波信号を発生し、
当該マイクロ波信号を可変減衰器81と、主伝送線路8
2aとそれに電磁波的に結合した副伝送線路82bとを
備えた方向性結合器82の主伝送線路82aとを介して
送信用ホーンアンテナAN1に出力する。ここで、方向
性結合器82の副伝送線路82bは、主伝送線路82a
に伝送されるマイクロ波信号の一部を検出して、検出し
たマイクロ波信号を可変減衰器84と可変移相器85と
可変減衰器86とを介して、主伝送線路87aと副伝送
線路87bを備えた方向性結合器87の副伝送線路87
bに出力する。送信用ホーンアンテナAN1は入力され
るマイクロ波信号を、矢印MAで示すように、プラズマ
発生室10内で発生するプラズマを通過して、当該ホー
ンアンテナAN1と対向して設けられる受信用ホーンア
ンテナAN2に放射させる。受信用ホーンアンテナAN
1は受信したマイクロ波信号を可変減衰器83を介し
て、方向性結合器87の主伝送線路87aに出力する。
さらに、方向性結合器87は副伝送線路87bに入力さ
れるマイクロ波信号の一部を検出して、検出したマイク
ロ波信号の一部と、主伝送線路87aに入力されるマイ
クロ波信号とを混合して各信号の電磁波間で干渉を生じ
させ、混合したマイクロ波信号をダイオード検出器88
に出力する。さらに、ダイオード検波器88は入力され
るマイクロ波信号を検波し、検波電流を電流検出器89
に出力し、これに応答して電流検出器89は検出した電
流値に比例するアナログ電圧信号を発生して、アナログ
/デジタル変換器(A/D変換器)90を介して、デジ
タル電圧信号としてコントローラ100に出力する。
Referring to FIG. 4, a microwave signal generator 80
Generates a microwave signal having a frequency sufficiently higher than the frequency of the high-frequency signal, for example, 34 GHz,
The microwave signal is supplied to the variable attenuator 81 and the main transmission line 8.
The signal is output to the transmission horn antenna AN1 via the main transmission line 82a of the directional coupler 82 having the transmission transmission line 2a and the auxiliary transmission line 82b electromagnetically coupled thereto. Here, the sub transmission line 82b of the directional coupler 82 is connected to the main transmission line 82a.
Of the microwave signal transmitted to the main transmission line 87a and the sub transmission line 87b via the variable attenuator 84, the variable phase shifter 85, and the variable attenuator 86. Transmission line 87 of the directional coupler 87 provided with
b. The transmitting horn antenna AN1 passes the input microwave signal through the plasma generated in the plasma generating chamber 10 as indicated by an arrow MA, and receives the horn antenna AN2 provided opposite to the horn antenna AN1. Radiate. Horn antenna for receiving AN
1 outputs the received microwave signal to the main transmission line 87a of the directional coupler 87 via the variable attenuator 83.
Further, the directional coupler 87 detects a part of the microwave signal input to the sub transmission line 87b, and converts the detected part of the microwave signal and the microwave signal input to the main transmission line 87a. Mixing causes interference between the electromagnetic waves of each signal, and the mixed microwave signal is
Output to Further, the diode detector 88 detects the inputted microwave signal and outputs the detected current to the current detector 89.
And in response to this, the current detector 89 generates an analog voltage signal proportional to the detected current value, and through an analog / digital converter (A / D converter) 90 as a digital voltage signal. Output to the controller 100.

【0056】なお、プラズマ発生室10内においてプラ
ズマを発生させないときに、主伝送線路87aに入力さ
れるマイクロ波信号と、副伝送線路87bに入力される
マイクロ波信号とが、方向性結合器87の主伝送線路8
7aの出力端において、同相となるように可変移相器8
5を用いてその移相量が調整される。次いで、プラズマ
発生室10内においてプラズマを発生させたときに、上
記方向性結合器87において、プラズマを通過したマイ
クロ波信号とプラズマを通過しない基準信号となるマイ
クロ波信号とを混合して、各マイクロ波信号の2つの電
磁波間で干渉を生じさせ、混合後の直流成分の量を位相
差Δθとして検出する。当該位相差Δθ[rad]は公
知の通りマイクロ波の経路中に含まれるプラズマの密度
を積分した値に比例している。従って、発生されるプラ
ズマの密度ne[cm-3]は、当該プラズマの密度ne
電子サイクロトロンの密度nceよりも十分に小さいとい
う範囲でプラズマの屈折率が電子の密度に比例するとい
う近似条件のもとで、公知の通り、次の数12で表すこ
とができる。
When plasma is not generated in the plasma generation chamber 10, the microwave signal input to the main transmission line 87a and the microwave signal input to the sub transmission line 87b are converted into a directional coupler 87. Main transmission line 8
At the output end of 7a, a variable phase shifter 8
5, the phase shift amount is adjusted. Next, when the plasma is generated in the plasma generation chamber 10, the directional coupler 87 mixes the microwave signal that has passed through the plasma with the microwave signal that is a reference signal that does not pass through the plasma. Interference is generated between two electromagnetic waves of the microwave signal, and the amount of the DC component after mixing is detected as a phase difference Δθ. As is well known, the phase difference Δθ [rad] is proportional to a value obtained by integrating the density of the plasma included in the microwave path. Therefore, the density n e of the generated plasma [cm -3] is that the refractive index of the plasma in the range of density n e of the plasma is sufficiently smaller than the density n ce of the electron cyclotron is proportional to the density of electronic Under the approximate condition, it can be expressed by the following equation 12, as is well known.

【0057】[0057]

【数12】ne=118・ωm・Δθ/2ra ここで、ωm:マイクロ波信号発生器80で発生される
マイクロ波信号の角周波数[Hz]、2ra:マイクロ
波信号が通過するプラズマの厚さ、すなわち、プラズマ
発生室10の円筒の直径[cm]である。また、マイク
ロ波信号発生器80で発生されるマイクロ波信号の周波
数は、好ましくは、測定するプラズマの電子の密度に対
応するカットオフ周波数の少なくとも3倍以上の十分に
高い周波数に設定される。なお、上記数12から得られ
る電子の密度は、時間及び空間について平均した平均値
の量である。
Equation 12] n e = 118 · ωm · Δθ / 2r a where, .omega.m: angular frequency of the microwave signal generated by the microwave signal generator 80 [Hz], 2r a: plasma microwave signal passes , That is, the diameter [cm] of the cylinder of the plasma generation chamber 10. Further, the frequency of the microwave signal generated by the microwave signal generator 80 is preferably set to a sufficiently high frequency of at least three times the cutoff frequency corresponding to the electron density of the plasma to be measured. Note that the electron density obtained from Equation 12 is the amount of the average value averaged over time and space.

【0058】上記数12から位相差Δθが大きくなる
と、プラズマの密度neは大きくなる。当該プラズマの
密度neが所定の設定値nesよりも大きければ、数1よ
りヘリコン波の波長λを長くすればよく、従って、上記
位相差Δθを小さくすれば当該プラズマの密度neを上
記設定値nesに近づけることができる。この原理を用
いて、コントローラ100は以下のように制御処理を行
う。
From the above equation (12), as the phase difference Δθ increases, the plasma density ne increases. If the density n e of the plasma is greater than the predetermined set value n e s, it may be the number 1 long wavelength λ of helicon waves from, therefore, the density n e of the plasma by reducing the above retardation Δθ it can be brought close to the set value n e s. Using this principle, the controller 100 performs control processing as follows.

【0059】コントローラ100は、入力されるデジタ
ル電圧信号の電圧に基づいて所定の換算式を用いて位相
差Δθを計算した後、計算した位相差Δθに基づいて数
12を用いてプラズマの密度neを計算する。一方、操
作者は設定すべきプラズマの密度nesを、キーボード
101を用いてコントローラ100に入力する。次い
で、コントローラ100は、計算されたプラズマの密度
eが設定すべきプラズマの密度nesよりも大きければ
可変移相器61の位相差φを小さくし、一方、計算され
たプラズマの密度neが設定すべきプラズマの密度ne
よりも小さければ可変移相器61の位相差φを大きくす
るように、可変移相器61を制御する。これによって、
プラズマ発生室10内で発生されるプラズマの密度を、
操作者によって入力されたプラズマの密度nesに設定
するように制御することができる。
The controller 100 calculates the phase difference Δθ using a predetermined conversion equation based on the voltage of the input digital voltage signal, and then calculates the plasma density n based on the calculated phase difference Δθ using Equation 12. Calculate e . Meanwhile, the operator of the plasma density n e s to be set is input to the controller 100 using the keyboard 101. Then, the controller 100 is greater than the calculated plasma density n e is the plasma density n e s should be set to reduce the phase difference φ of the variable phase shifter 61, while the calculated plasma density n density n e s of the plasma e is to be set
If it is smaller, the variable phase shifter 61 is controlled so that the phase difference φ of the variable phase shifter 61 is increased. by this,
The density of the plasma generated in the plasma generation chamber 10 is
Control can be performed to set the density n es of the plasma input by the operator.

【0060】以上のように構成されたプラズマ処理装置
において、例えば半導体デバイスを形成するために所定
のプロセスを行うために必要な反応ガスが、ガスボンベ
13a,13bからバリアブルリーク14a,14bを
介して所定の成分及び所定の混合比で混合されて生成さ
れた後、生成後の混合ガス500がバルブ15及び反応
ガス輸送パイプ11aを介してプラズマ発生室10及び
プラズマ処理室11内に流入される。一方、ポンプ17
を駆動したとき、プラズマ発生室10及びプラズマ処理
室11内のガス510は排気パイプ12及び圧力調整バ
ルブ16を介してポンプ17に排気され、圧力調整バル
ブ16を用いることによって、プラズマ発生室10及び
プラズマ処理室11内が所定の真空状態に設定される。
本実施例においては、好ましくは、10-3Torr以下
の状態に設定される。
In the plasma processing apparatus configured as described above, for example, a reaction gas required for performing a predetermined process for forming a semiconductor device is supplied from the gas cylinders 13a and 13b through the variable leaks 14a and 14b. Is mixed and generated at a predetermined mixing ratio, and the generated mixed gas 500 flows into the plasma generation chamber 10 and the plasma processing chamber 11 via the valve 15 and the reaction gas transport pipe 11a. On the other hand, pump 17
Is driven, the gas 510 in the plasma generation chamber 10 and the plasma processing chamber 11 is exhausted to the pump 17 via the exhaust pipe 12 and the pressure adjustment valve 16, and by using the pressure adjustment valve 16, The inside of the plasma processing chamber 11 is set to a predetermined vacuum state.
In the present embodiment, it is preferably set to a state of 10 −3 Torr or less.

【0061】また、上記発生される回転電界E1,E2
によって、電極間に存在する気体分子の熱運動による衝
突分離現象や、例えば光や宇宙線の照射によって生じる
電離現象によって初期電子や初期イオンが発生された
後、プラズマ発生室10内の回転電界E内に存在する電
子及びイオンは電界E1,E2の方向に角周波数ωで振
動し、α作用による衝突電離と、電極に対してイオンが
入射することによってγ作用による2次電子放出が繰り
返され、プラズマ状態に進展する。ここで、印加される
高周波信号の周波数が高い場合、電子が電極に達するま
でに極性が反転するために、γ作用が生じなくても電離
現象は促進されるので、電極群ER1,ER2をプラズ
マ発生室10の外側に載置しても、又は電極群ER1,
ER2を電気絶縁物で被覆しても放電現象が生じる。好
ましくは、本実施例のように電極群ER1,ER2をプ
ラズマ発生室10の外側に載置することによって、電極
群ER1,ER2の各電極の構成物質の混入の無い、す
なわち不純物の全く無いプラズマを発生することができ
る。
The generated rotating electric fields E1, E2
After the initial electrons and initial ions are generated by the collision separation phenomenon due to the thermal motion of the gas molecules existing between the electrodes and the ionization phenomenon caused by the irradiation of light or cosmic rays, the rotating electric field E in the plasma generation chamber 10 is generated. The electrons and ions existing in the device oscillate at angular frequencies ω in the directions of the electric fields E1 and E2, and impact ionization due to α action and secondary electron emission due to γ action due to ion incidence on the electrode are repeated. Evolves into a plasma state. Here, when the frequency of the applied high-frequency signal is high, since the polarity is inverted before the electrons reach the electrodes, the ionization phenomenon is promoted even if the γ action does not occur. Even if it is placed outside the generation chamber 10, or the electrode group ER1,
Even if ER2 is covered with an electrical insulator, a discharge phenomenon occurs. Preferably, by placing the electrode groups ER1 and ER2 outside the plasma generation chamber 10 as in the present embodiment, plasma containing no constituent material of each electrode of the electrode groups ER1 and ER2, that is, plasma having no impurities at all. Can occur.

【0062】図1乃至図3に示すように、プラズマ発生
室10の円筒の軸方向と平行であるZ軸方向に直流磁界
Bが発生されるので、電子及びイオンはそれぞれ、磁力
線の周囲を右回り及び左回りでいわゆるラーマー運動と
呼ばれる螺旋運動を行う。また、上述のように、Z軸方
向に対して垂直な方向を有する磁界Bに対して垂直な回
転電界Eが発生されるので、初期電子は、上記E×Bド
リフト効果によって回転電界Eと磁界Bの両方に対して
垂直な方向で回旋運動しながら移動し、さらに、移動方
向が印加された高周波信号の周波数に対応する角速度で
回転する。この結果、初期電子が中性粒子と衝突する確
率が増大するので、衝突電離現象が起こりやすくなる。
この結果、例えば10-3Torr程度の低気圧の状態に
おいても、プラズマの生成及び維持が容易となる。
As shown in FIGS. 1 to 3, a DC magnetic field B is generated in the Z-axis direction, which is parallel to the axial direction of the cylinder of the plasma generation chamber 10, so that electrons and ions respectively move around the magnetic force lines rightward. A helical motion called a so-called Larmor motion is performed in the clockwise and counterclockwise directions. Further, as described above, since the rotating electric field E perpendicular to the magnetic field B having a direction perpendicular to the Z-axis direction is generated, the initial electrons are generated by the rotating electric field E and the magnetic field by the E × B drift effect. B moves while rotating in a direction perpendicular to both directions, and further rotates at an angular velocity corresponding to the frequency of the applied high-frequency signal. As a result, the probability that the initial electrons collide with the neutral particles increases, so that the impact ionization phenomenon is likely to occur.
As a result, generation and maintenance of plasma are facilitated even in a low pressure state of, for example, about 10 −3 Torr.

【0063】例えば直流磁界Bが全く無い状態でプラズ
マに対して回転電界Eを印加した場合に、回転電界Eの
回転の角周波数ωが電子プラズマ周波数ωpe(≒10
4(ne1/2Hz(ここで、neは電子の密度であ
る。))以下のときに、当該回転電界Eはプラズマの表
面で電子の集団運動によって遮蔽され、回転電界Eはプ
ラズマ内部に浸透することができない。しかしながら、
ソレノイドコイル21乃至24によってプラズマに直流
磁界Bが印加されると、電子の運動が束縛されるので、
周波数の低い電磁波もプラズマ中を伝搬することが可能
となる。例えば4.9Gs以上の磁界Bを印加した場
合、印加される高周波信号の角周波数ωが電子サイクロ
トロン角周波数ωceよりも十分に低くかつイオンサイ
クロトロン角周波数ωciよりも十分に高いという従来
技術の項で述べた第1の近似条件を満足する、例えば角
周波数ωの周波数が13.56MHzであるとき、高周
波信号の電磁波はプラズマ中を伝搬することができる。
言い換えれば、4.9Gs以上の磁界BがZ軸方向に印
加されているとき、印加される13.56MHzの周波
数を有する高周波信号の電磁波はプラズマ中に浸透し直
流磁界Bと平行な方向に伝搬して、電子にエネルギーを
与えつつランダウ減衰する。従って、プラズマ中の電子
はプラズマ中を伝搬してきた電磁波の電界によってエネ
ルギーを吸収し、さらに、電離現象に対して寄与するの
で、第1の従来例の高周波プラズマ処理装置よりも高い
真空状態すなわち低いガス圧状態でプラズマを発生する
ことができ、また、プラズマの密度も高くすることがで
きる。
For example, when a rotating electric field E is applied to the plasma without any DC magnetic field B, the angular frequency ω of rotation of the rotating electric field E is changed to the electron plasma frequency ωpe (≒ 10
At 4 ( ne ) 1/2 Hz (where ne is the electron density) or less, the rotating electric field E is shielded by the collective motion of electrons on the surface of the plasma, and the rotating electric field E becomes It cannot penetrate into the plasma. However,
When a DC magnetic field B is applied to the plasma by the solenoid coils 21 to 24, the movement of the electrons is restricted.
Electromagnetic waves with low frequencies can also propagate in plasma. For example, when a magnetic field B of 4.9 Gs or more is applied, the angular frequency ω of the applied high frequency signal is sufficiently lower than the electron cyclotron angular frequency ωce and sufficiently higher than the ion cyclotron angular frequency ωci. When the first approximation condition described above is satisfied, for example, when the frequency of the angular frequency ω is 13.56 MHz, the electromagnetic wave of the high-frequency signal can propagate in the plasma.
In other words, when a magnetic field B of 4.9 Gs or more is applied in the Z-axis direction, the applied high frequency signal electromagnetic wave having a frequency of 13.56 MHz penetrates the plasma and propagates in a direction parallel to the DC magnetic field B. Then, Landau damps while giving energy to the electrons. Therefore, the electrons in the plasma absorb energy by the electric field of the electromagnetic wave propagating in the plasma, and further contribute to the ionization phenomenon. Plasma can be generated in a gas pressure state, and the density of the plasma can be increased.

【0064】本実施例においては、試料300に向かう
Z軸の方向すなわち直流磁界Bの方向に対して右回りで
旋回する回転電界Eを用いてヘリコン波を有効的に励起
する。すなわち、ヘリコン波は基本的に磁界の方向に対
して電磁界を右回りで旋回する右旋偏波の電磁波であ
る。このヘリコン波の波動を有効的に励起するために、
第1の回転電界E1と、上記第1の回転電界E2から当
該ヘリコン波の波長λに対応する位相差φだけ遅れた第
2の回転電界とを用いて右回りで旋回する回転電界Eを
発生させる。実際には、プラズマ発生室10の外周壁で
ある放電管という境界が存在するために、純粋な横波
(電磁波)として伝搬せず、直流磁界Bに沿った方向に
電界成分を有するハイブリッドな波動となる。従って、
当該ヘリコン波の波動がランダウ減衰することによっ
て、プラズマ中の電子にエネルギーを与え、これによっ
て、高密度のプラズマを発生することができる。
In the present embodiment, the helicon wave is effectively excited by using the rotating electric field E that turns clockwise with respect to the direction of the Z axis toward the sample 300, that is, the direction of the DC magnetic field B. That is, the helicon wave is basically a right-handed polarized electromagnetic wave that turns the electromagnetic field clockwise with respect to the direction of the magnetic field. To effectively excite this helicon wave,
Using the first rotating electric field E1 and the second rotating electric field delayed from the first rotating electric field E2 by a phase difference φ corresponding to the wavelength λ of the helicon wave, a rotating electric field E rotating clockwise is generated. Let it. Actually, since there is a boundary of a discharge tube which is an outer peripheral wall of the plasma generation chamber 10, a hybrid wave having an electric field component in a direction along the DC magnetic field B does not propagate as a pure transverse wave (electromagnetic wave). Become. Therefore,
The Landau damping of the wave of the helicon wave gives energy to the electrons in the plasma, whereby a high-density plasma can be generated.

【0065】上述のように、直流磁界Bと、右回りで旋
回する回転電界Eによって発生されたプラズマは、直流
磁界Bの磁力線の方向すなわちZ軸方向で搬送された
後、試料300の上表面に対して概ね垂直な方向で入射
して照射される。
As described above, the plasma generated by the DC magnetic field B and the rotating electric field E rotating clockwise is transported in the direction of the line of magnetic force of the DC magnetic field B, that is, in the Z-axis direction. And is irradiated in a direction substantially perpendicular to the light.

【0066】本実施例においては、上述のように回転電
界Eを発生しているので、プラズマ中の電子及びイオン
は外積E×Bの方向で移動し、さらにその移動方向が角
速度ωで回転するので、プラズマが偏ることを防止する
ことができ、これによって、試料300の表面に対して
均一にプラズマを照射することができるという利点があ
る。
In this embodiment, since the rotating electric field E is generated as described above, the electrons and ions in the plasma move in the direction of the outer product E × B, and the moving direction rotates at the angular velocity ω. Therefore, it is possible to prevent the plasma from being biased, whereby there is an advantage that the surface of the sample 300 can be uniformly irradiated with the plasma.

【0067】本実施例において、第2の従来例のマグネ
トロンプラズマ処理装置のように、プラズマの閉じ込め
を行わなわず、上記発生された磁界Bによってプラズマ
を輸送するので、プラズマを均一に試料300に照射す
ることができる。
In this embodiment, the plasma is transported by the generated magnetic field B without confining the plasma as in the second conventional magnetron plasma processing apparatus. Can be irradiated.

【0068】本実施例において、試料300の上表面近
傍におけるイオンシースによって発生される電界Eの方
向と直流磁界Bとのなす角度がほぼ0度であるので、上
記E×Bドリフト効果の現象が発生しないため、試料3
00の表面に対して垂直であるので、試料300に入射
するイオン及び電子の試料300に対する角度が90度
となる。従って、例えばエッチング処理を行ったとき
に、第3の従来例の回転磁界型高周波プラズマ処理装置
よりも、より正確に試料300の表面に対して垂直な方
向でエッチング処理を行うことができるので、アンダー
カットが少なく、本実施例の装置を異方性エッチング処
理に適用することができるという利点がある。
In this embodiment, since the angle between the direction of the electric field E generated by the ion sheath near the upper surface of the sample 300 and the DC magnetic field B is almost 0 degrees, the phenomenon of the E × B drift effect is reduced. Sample 3
Since it is perpendicular to the surface of the sample 300, the angles of the ions and electrons incident on the sample 300 with respect to the sample 300 are 90 degrees. Therefore, for example, when the etching process is performed, the etching process can be performed more accurately in the direction perpendicular to the surface of the sample 300 than the rotating magnetic field type high frequency plasma processing apparatus of the third conventional example. There is an advantage that the apparatus of the present embodiment can be applied to anisotropic etching processing with less undercut.

【0069】第4の従来例のECRプラズマ処理装置に
おいては、例えば高周波信号の周波数が2.45GHz
のときにプラズマを発生するために875Gsの磁界B
を発生する必要があるが、本実施例の装置では、例えば
5Gs程度以下の磁界Bを発生すればよく、第4の従来
例に比較して2桁のオーダーだけ小さい磁界Bを発生す
るだけでよいので、磁界発生用ソレノイドコイル21乃
至24の大きさを大幅に小型化することができ、これに
よって、当該プラズマ処理装置を小型・軽量化すること
ができる。
In the fourth conventional ECR plasma processing apparatus, for example, the frequency of a high-frequency signal is 2.45 GHz.
875 Gs of magnetic field B to generate plasma when
However, in the apparatus of this embodiment, it is sufficient to generate a magnetic field B of, for example, about 5 Gs or less, and only by generating a magnetic field B smaller by two orders of magnitude than in the fourth conventional example. For this reason, the size of the magnetic field generating solenoid coils 21 to 24 can be significantly reduced, and the plasma processing apparatus can be reduced in size and weight.

【0070】また、一般にプラズマ発生室10の直径は
数m程度以下であり、本実施例で印加される高周波信号
の周波数は13.56MHzであるので、印加される高
周波信号の波長はプラズマ発生室10の直径よりも極め
て大きい。従って、第4の従来例のECRプラズマ処理
装置のように、高次モードによる電界の谷と山による局
在が発生しない。従って、第4の従来例に比較してより
大きな面積でより均一なプラズマを発生することができ
る。
In general, the diameter of the plasma generation chamber 10 is about several meters or less, and the frequency of the high-frequency signal applied in this embodiment is 13.56 MHz. It is much larger than 10 diameters. Therefore, unlike the ECR plasma processing apparatus of the fourth conventional example, localization due to valleys and peaks of the electric field in the higher-order mode does not occur. Therefore, more uniform plasma can be generated in a larger area than in the fourth conventional example.

【0071】さらに、第5の従来例のように、アンテナ
240を使用しないので、高周波信号の電磁界とプラズ
マとの結合度の低下によってプラズマの発生が不安定に
なることがない。さらに、ヘリコン波を伝搬させるため
のアンテナ240を設ける必要がないので、当該装置を
第5の従来例よりも小型化することができる。
Further, unlike the fifth conventional example, since the antenna 240 is not used, the generation of plasma does not become unstable due to a decrease in the degree of coupling between the electromagnetic field of the high-frequency signal and the plasma. Further, since there is no need to provide the antenna 240 for propagating the helicon wave, the device can be made smaller than the fifth conventional example.

【0072】さらに、本実施例においては、プラズマ発
生室10内で発生されるプラズマの密度を図4で示すマ
イクロ波干渉計部によって測定し、測定されたプラズマ
の密度に基づいて高周波信号の位相差φを制御すること
によって、プラズマ中のヘリコン波の波動との結合が最
適な状態となるように制御してプラズマの密度を所定値
に制御することができる。
Further, in this embodiment, the density of the plasma generated in the plasma generation chamber 10 is measured by the microwave interferometer shown in FIG. 4, and the level of the high-frequency signal is determined based on the measured density of the plasma. By controlling the phase difference φ, the density of the plasma can be controlled to a predetermined value by controlling the coupling with the wave of the helicon wave in the plasma to an optimum state.

【0073】以上の実施例においては、測定されたプラ
ズマの密度neに基づいて、高周波信号の位相差φを制
御することによってプラズマの密度を制御しているが、
本発明はこれに限らず、数1から明らかなように、測定
されたプラズマの密度neに基づいて、上記位相差φ、
高周波信号の周波数fすなわち回転電界E1,E2の回
転の角速度ω、及び印加する直流磁界Bの磁束密度のう
ちの少なくとも1つを変化することによってプラズマの
密度neを制御してもよい。
[0073] In the above embodiments, based on the measured plasma density n e, but by controlling the density of the plasma by controlling the phase difference φ of the high-frequency signal,
The present invention is not limited to this, as the number 1 is clear, based on the measured plasma density n e, the phase difference phi,
The angular velocity of the rotation frequency f that is, the rotational electric field E1, E2 of the high-frequency signal omega, and may control the plasma density n e by varying at least one of the magnetic flux density of the DC magnetic field B applied.

【0074】以上の実施例において、4個の磁界発生用
ソレノイドコイル21乃至24を用いているが、本発明
はこれに限らず、1個以上の磁界発生用のソレノイドコ
イルを設ければよい。また、図12に示すように、プラ
ズマ処理室11の下側であって発生される直流磁界Bの
外周部に、別のソレノイドコイル25を設け、当該ソレ
ノイドコイル25にソレノイドコイル21乃至24と同
一の極性を有する直流電圧を同一の電流値で印加する。
これによって、ソレノイドコイル21乃至24だけでは
発散していた磁束を当該ソレノイドコイル25によって
集束することによって、いわゆるミラー磁界を発生させ
る。これによって、試料300の上表面に入射するプラ
ズマの入射角度が試料300の概ね全体にわたって垂直
となり、当該プラズマ処理装置を異方性エッチング処理
に適用することができる。
In the above embodiment, four magnetic field generating solenoid coils 21 to 24 are used. However, the present invention is not limited to this, and one or more magnetic field generating solenoid coils may be provided. As shown in FIG. 12, another solenoid coil 25 is provided on the outer peripheral portion of the DC magnetic field B generated below the plasma processing chamber 11, and the solenoid coil 25 is the same as the solenoid coils 21 to 24. Are applied with the same current value.
Thus, the so-called mirror magnetic field is generated by converging the magnetic flux diverged only by the solenoid coils 21 to 24 by the solenoid coil 25. Thereby, the incident angle of the plasma incident on the upper surface of the sample 300 becomes vertical over substantially the whole of the sample 300, and the plasma processing apparatus can be applied to the anisotropic etching process.

【0075】さらに、ソレノイドコイル21乃至24に
印加する電流値を制御することによってミラー磁界が形
成されるように設定してもよい。
Further, it may be set so that a mirror magnetic field is formed by controlling a current value applied to the solenoid coils 21 to 24.

【0076】以上の実施例において、高周波信号を用い
ているが、本発明はこれに限らず、低周波信号を含む交
流信号であってもよい。
In the above embodiment, a high-frequency signal is used. However, the present invention is not limited to this, and an AC signal including a low-frequency signal may be used.

【0077】以上の実施例において、電極31及びバイ
アス信号発生器33を設けているが、本発明はこれに限
らず、電極31及びバイアス信号発生器33を設けなく
てもよい。
In the above embodiment, the electrode 31 and the bias signal generator 33 are provided. However, the present invention is not limited to this, and the electrode 31 and the bias signal generator 33 may not be provided.

【0078】以上の実施例において、マイクロ波干渉計
の方法を用いて発生されるプラズマの密度を検出してい
るが、本発明はこれに限らず、プラズマ発生室10内に
静電プローブを挿入して発生されるプラズマの密度を測
定する公知の静電プローブ法を用いてもよい。
In the above embodiment, the density of the generated plasma is detected by using the method of the microwave interferometer. However, the present invention is not limited to this, and the electrostatic probe is inserted into the plasma generation chamber 10. A known electrostatic probe method for measuring the density of plasma generated by the above method may be used.

【0079】以上の実施例において、それぞれ4個の電
極ER11乃至ER14,ER21乃至ER24からな
る第1と第2の電極群ER1,ER2を用いているが、
本発明はこれに限らず、それぞれ3個以上の自然数m個
の電極ERk(k=1,2,…,m)からなる複数n組
の電極群ERRp(p=1,2,…,n)を用いて当該
各電極にそれぞれ次式で表される高周波信号V(p,
k)を印加することによって、ヘリコン波を有効的に励
起するための、右回りで旋回する回転電界Eを発生させ
るようにしてもよい。
In the above embodiment, the first and second electrode groups ER1 and ER2 each including four electrodes ER11 to ER14 and ER21 to ER24 are used.
The present invention is not limited to this, and a plurality of n sets of electrode groups ERRp (p = 1, 2,..., N) each including three or more natural number m electrodes ERk (k = 1, 2,..., M) , The high-frequency signal V (p,
By applying k), a rotating electric field E turning clockwise for effectively exciting the helicon wave may be generated.

【0080】[0080]

【数13】 V(p,k)=V・sin{ωt+(k−1)2π/k+φp}, p=1,2,…,n;k=1,2,…,m ここで、位相差φpは好ましくは次の数14で表され
る。
V (p, k) = V · sin {ωt + (k−1) 2π / k + φp}, p = 1, 2,..., N; k = 1, 2,. φp is preferably represented by the following equation (14).

【数14】φp=2πLp-1/λ ただし、Lp-1は、第1の電極群ERR1からの、第p
の電極群ERRpまでの距離であり、L0=0である。
Φp = 2πL p-1 / λ where L p-1 is the p-th power from the first electrode group ERR1.
And the distance to the electrode group ERRp is L 0 = 0.

【0081】また、各回転電界E1,E2を発生するた
めに、プラズマ発生室10の外周部でZ軸を中心として
電極を回転させて、それぞれ回転電界を発生させるよう
にしてもよい。
Further, in order to generate the rotating electric fields E1 and E2, the electrodes may be rotated around the Z-axis at the outer peripheral portion of the plasma generating chamber 10 to generate the rotating electric fields.

【0082】以上の実施例において、第1と第2の電極
群ER1,ER2をプラズマ発生室10の外周部に設け
ているが、本発明はこれに限らず、プラズマ発生室10
内に設けてもよい。また、磁界発生用ソレノイドコイル
21乃至24をプラズマ発生室10内に設けてもよい。
さらに、本実施例においては、プラズマ発生室10とプ
ラズマ処理室11とを分けているが、本発明はこれに限
らず、各室10,11を1個の室で構成してもよい。
In the above embodiment, the first and second electrode groups ER1 and ER2 are provided on the outer peripheral portion of the plasma generation chamber 10. However, the present invention is not limited to this.
It may be provided inside. Further, the magnetic field generating solenoid coils 21 to 24 may be provided in the plasma generation chamber 10.
Further, in the present embodiment, the plasma generation chamber 10 and the plasma processing chamber 11 are separated, but the present invention is not limited to this, and each of the chambers 10 and 11 may be constituted by one chamber.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、内
部が真空状態に設定されたプラズマ処理室内でプラズマ
を発生させて試料に対して所定の処理を行うプラズマ処
理装置において、上記プラズマ処理室の内部で、上記試
料に向かう方向に直流磁界を発生する磁界発生手段を備
え、互いに所定の角度だけ離れて設けられた複数の回転
電界発生用電極を備え、所定の同一の角速度と互いに所
定の位相差を有しかつ上記直流磁界の方向に対して垂直
な方向を有する電界を発生することにより、上記直流磁
界の方向に対して垂直な方向に回転する回転電界を発生
させる1群の電界発生手段を、互いに所定の位相差を有
する複数の回転電界が発生するように、上記プラズマ処
理室の内部で互いに所定の距離だけ離れて、複数群備え
ることにより、上記直流磁界の方向に向かって右回りで
旋回する回転電界を発生させる。
As described above in detail, according to the present invention, there is provided a plasma processing apparatus for performing a predetermined process on a sample by generating plasma in a plasma processing chamber whose inside is set to a vacuum state. Inside the processing chamber, a magnetic field generating means for generating a DC magnetic field in a direction toward the sample is provided, and a plurality of rotating electric field generating electrodes provided at a predetermined angle from each other are provided. A group of groups generating a rotating electric field that rotates in a direction perpendicular to the direction of the DC magnetic field by generating an electric field having a predetermined phase difference and having a direction perpendicular to the direction of the DC magnetic field. By providing a plurality of groups of electric field generating means separated from each other by a predetermined distance inside the plasma processing chamber so as to generate a plurality of rotating electric fields having a predetermined phase difference from each other, It generates a rotating field to pivot right turn in the direction of the DC magnetic field.

【0084】従って、上記複数群の電界発生手段によっ
て発生される上記直流磁界の方向に向かって右回りで旋
回する回転電界によって、ヘリコン波を有効的に励起し
て、上記ヘリコン波を上記磁界によってプラズマの内部
に伝搬させるので、第1の従来例に比較してより真空度
を高くし、すなわちプラズマ処理室内のガス圧が低くく
しながらも、プラズマの密度を大幅に高くすることがで
きる。また、第2の従来例のようにプラズマの閉じ込め
を行わなわず、さらに、上記複数の回転電界を発生し
て、プラズマ中の電子及びイオンは電界Eと磁界Bとの
外積E×Bの方向で移動し、さらにその移動方向が上記
所定の角速度で回転するので、プラズマが偏ることを防
止することができる。また、上記発生されたプラズマを
上記磁界によって輸送するので、上記試料の表面に対し
て均一にプラズマを照射することができる。ここで、例
えば上記磁界の方向を試料の表面に垂直な方向にとれ
ば、上記試料に対して正確に垂直な方向でプラズマを照
射することができる。
Therefore, the helicon wave is effectively excited by the rotating electric field that rotates clockwise in the direction of the DC magnetic field generated by the plurality of groups of electric field generating means, and the helicon wave is excited by the magnetic field. Since the plasma is propagated inside the plasma, the degree of vacuum can be increased as compared with the first conventional example, that is, the density of the plasma can be significantly increased while the gas pressure in the plasma processing chamber is reduced. Further, the plasma is not confined as in the second conventional example, and the plurality of rotating electric fields are generated, so that the electrons and ions in the plasma are directed in the direction of the outer product E × B of the electric field E and the magnetic field B. , And the moving direction rotates at the above-mentioned predetermined angular velocity, so that it is possible to prevent the plasma from being biased. Further, since the generated plasma is transported by the magnetic field, the surface of the sample can be uniformly irradiated with the plasma. Here, for example, if the direction of the magnetic field is set in a direction perpendicular to the surface of the sample, the sample can be irradiated with plasma in a direction exactly perpendicular to the sample.

【0085】また、第4の従来例のECRプラズマ処理
装置に比較して上記発生される磁界は極めて小さいの
で、上記磁界発生手段を構成する例えば磁界発生用ソレ
ノイドコイルの大きさを大幅に小型化することができ、
これによって、当該プラズマ処理装置を小型・軽量化す
ることができるという利点がある。さらに、第5の従来
例のようにアンテナ240を用いないので、上記回転電
界の電磁波とプラズマとの結合はプラズマの発生に関係
せず、これによって、第5の従来例に比較してプラズマ
をより安定に発生させることができる。
Since the generated magnetic field is extremely small as compared with the fourth conventional ECR plasma processing apparatus, the size of the magnetic field generating means, for example, the magnetic field generating solenoid coil, is greatly reduced. Can be
Thereby, there is an advantage that the plasma processing apparatus can be reduced in size and weight. Further, since the antenna 240 is not used unlike the fifth conventional example, the coupling between the electromagnetic wave of the rotating electric field and the plasma is not related to the generation of the plasma. It can be generated more stably.

【0086】上記プラズマ処理装置において、さらに、
上記プラズマ処理室内で発生するプラズマの密度を測定
する測定手段と、上記測定手段によって測定されたプラ
ズマの密度に基づいて、上記発生されるプラズマの密度
が所定値となるように、上記角速度と上記位相差と上記
直流磁界のうち少なくとも1つを制御する制御手段とを
備えたので、上記発生されるプラズマ中のヘリコン波の
波動との結合が最適な状態となるように制御してプラズ
マの密度を所定値に制御することができるという特有の
効果を有する。
In the above plasma processing apparatus,
Measuring means for measuring the density of the plasma generated in the plasma processing chamber, based on the density of the plasma measured by the measuring means, so that the density of the generated plasma is a predetermined value, the angular velocity and the A control means for controlling at least one of the phase difference and the DC magnetic field is provided, so that the coupling with the wave of the helicon wave in the generated plasma is controlled to be in an optimum state, and the density of the plasma is controlled. Can be controlled to a predetermined value.

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

【図1】 本発明に係る一実施例であるプラズマ処理装
置の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1のプラズマ処理装置のA−A’線につい
ての縦断面図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line AA ′ of the plasma processing apparatus of FIG.

【図3】 図1のプラズマ処理装置のB−B’線につい
ての横断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the plasma processing apparatus of FIG. 1 taken along line BB ′.

【図4】 図1のプラズマ処理装置のマイクロ波干渉計
部及び制御部を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a microwave interferometer unit and a control unit of the plasma processing apparatus of FIG. 1;

【図5】 図1のプラズマ処理装置の電極印加信号発生
回路を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating an electrode application signal generation circuit of the plasma processing apparatus of FIG. 1;

【図6】 第1の従来例の高周波プラズマ処理装置の縦
断面図である。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a first conventional high-frequency plasma processing apparatus.

【図7】 第2の従来例のマグネトロン高周波プラズマ
処理装置の縦断面図である。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a second conventional magnetron high-frequency plasma processing apparatus.

【図8】 第3の従来例の回転磁界型高周波プラズマ処
理装置の縦断面図である。
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a rotating magnetic field type high frequency plasma processing apparatus of a third conventional example.

【図9】 図8の回転磁界型高周波プラズマ処理装置の
3個の電磁石の配置を示す平面図である。
FIG. 9 is a plan view showing an arrangement of three electromagnets in the rotating magnetic field type high frequency plasma processing apparatus of FIG.

【図10】 第4の従来例のECRプラズマ処理装置の
縦断面図である。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a fourth conventional ECR plasma processing apparatus.

【図11】 第5の従来例のヘリコンプラズマ処理装置
の縦断面図である。
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a fifth conventional helicon plasma processing apparatus.

【図12】 本発明に係る変形例であるプラズマ処理装
置の縦断面図である。
FIG. 12 is a longitudinal sectional view of a plasma processing apparatus according to a modified example of the invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…プラズマ発生室、 11…プラズマ処理室、 12a…反応ガス輸送パイプ、 12b…排気パイプ、 21,22,23,24,25…磁界発生用ソレノイド
コイル、 30…試料支持台、 33…高周波バイアス信号発生器、 50…基準高周波信号発生器、 60b,60c,60d,60f,60g,60h…移
相器、 61…可変移相器、 80…制御用マイクロ波信号発生器、 82,87…方向性結合器、 85…可変移相器、 88…ダイオード検波器、 89…電流検出器、 100…コントローラ、 300…試料、 ER1,ER2…回転電界発生用電極群、 ER11乃至ER14,ER21乃至ER24…回転電
界発生用電極、 E,E1,E2…回転電界、 B…直流磁界、 AN1,AN2…ホーンアンテナ。
Reference Signs List 10: plasma generation chamber, 11: plasma processing chamber, 12a: reaction gas transport pipe, 12b: exhaust pipe, 21, 22, 23, 24, 25: solenoid coil for generating magnetic field, 30: sample support table, 33: high frequency bias Signal generator, 50: Reference high-frequency signal generator, 60b, 60c, 60d, 60f, 60g, 60h: Phase shifter, 61: Variable phase shifter, 80: Microwave signal generator for control, 82, 87: Direction 85: Variable phase shifter, 88: Diode detector, 89: Current detector, 100: Controller, 300: Sample, ER1, ER2: Electrode group for generating a rotating electric field, ER11 to ER14, ER21 to ER24 ... Electrodes for generating a rotating electric field, E, E1, E2: rotating electric field, B: DC magnetic field, AN1, AN2: horn antenna.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−45094(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23F 4/00 H01L 21/31 ────────────────────────────────────────────────── (5) References JP-A-6-45094 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23F 4/00 H01L 21 / 31

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 内部が真空状態に設定されたプラズマ処
理室内でプラズマを発生させて試料に対して所定の処理
を行うプラズマ処理装置において、 上記プラズマ処理室の内部で、上記試料に向かう方向に
直流磁界を発生する磁界発生手段を備え、 互いに所定の角度だけ離れて設けられた複数の回転電界
発生用電極を備え、所定の同一の角速度と互いに所定の
位相差を有しかつ上記直流磁界の方向に対して垂直な方
向を有する電界を発生することにより、上記直流磁界の
方向に対して垂直な方向に回転する回転電界を発生させ
る1群の電界発生手段を、互いに所定の位相差を有する
複数の回転電界が発生するように、上記プラズマ処理室
の内部で互いに所定の距離だけ離れて、複数群備えるこ
とにより、上記直流磁界の方向に向かって右回りで旋回
する回転電界を発生させる ことを特徴とするプラズマ処
理装置。
1. A plasma processing apparatus for performing a predetermined process on a sample by generating plasma in a plasma processing chamber in which the inside is set to a vacuum state, wherein a plasma is generated in a direction toward the sample inside the plasma processing chamber. A plurality of rotating electric fields provided with magnetic field generating means for generating a DC magnetic field and provided at a predetermined angle from each other
A generating electrode, and a predetermined same angular velocity and a predetermined
One that has a phase difference and is perpendicular to the direction of the DC magnetic field
By generating an electric field having a direction,
Generates a rotating electric field that rotates in a direction perpendicular to the
A group of electric field generating means having a predetermined phase difference from each other
In order to generate a plurality of rotating electric fields, the plasma processing chamber
Inside the unit, a plurality of groups
Turns clockwise in the direction of the DC magnetic field
A plasma processing apparatus for generating a rotating electric field .
【請求項2】 上記プラズマ処理装置はさらに、 上記プラズマ処理室内で発生するプラズマの密度を測定
する測定手段と、 上記測定手段によって測定されたプラズマの密度に基づ
いて、上記発生されるプラズマの密度が所定値となるよ
うに、上記角速度と上記複数の回転電界間の位相差と上
記直流磁界のうち少なくとも1つを制御する制御手段と
を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。
2. The plasma processing apparatus further comprises: measuring means for measuring a density of the plasma generated in the plasma processing chamber; and a density of the generated plasma based on the density of the plasma measured by the measuring means. 2. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising control means for controlling at least one of the angular velocity, the phase difference between the plurality of rotating electric fields, and the DC magnetic field so that the predetermined value is a predetermined value. apparatus.
【請求項3】 上記プラズマ処理装置はさらに、 上記発生される直流磁界の磁束が集束しミラー磁界が形
成されるように上記磁界発生手段とともに上記プラズマ
処理室の内部に磁界を発生する別の磁界発生手段を備え
たことを特徴とする請求項1又は2記載のプラズマ処理
装置。
3. The plasma processing apparatus further includes another magnetic field for generating a magnetic field inside the plasma processing chamber together with the magnetic field generating means so that a magnetic flux of the generated DC magnetic field is focused to form a mirror magnetic field. 3. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising a generation unit.
【請求項4】 上記プラズマ処理装置はさらに、 上記試料に所定の交流電圧を印加する電圧印加手段を備
えたことを特徴とする請求項1、2又は3記載のプラズ
マ処理装置。
4. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said plasma processing apparatus further comprises voltage applying means for applying a predetermined AC voltage to said sample.
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