JPH0637048A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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照射するこ
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。 【構成】 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
発生装置と、上記直流磁界の方向に対して垂直な方向を
有するとともに、所定の同一の角速度を有しかつ互いに
異なる所定の位相差を有して回転する複数の回転電界
を、上記プラズマ処理室の内部で互いに所定の距離だけ
離れてそれぞれ発生することによって、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する複
数の電界発生装置とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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ｎ_e［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。

【００１７】

【数１】 ｎ_e＝（１９０・Ｂ₀）×１０¹⁴／（ｒ_a・ｆ・λ） ここで、Ｂ₀：直流磁界の磁束密度［ｋＧ］、 ｒ_a：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。

【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。

【数２】 λ＝（１９０・Ｂ₀）／（ｒ_a・ｆ・ｎ_e×１０¹⁴）

【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ｒ_a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，ｒ_a，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。

【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。

【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。

【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。

【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と、上記直流磁界の方向に対し
て垂直な方向を有するとともに、所定の同一の角速度を
有しかつ互いに異なる所定の位相差を有して回転する複
数の回転電界を、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それぞれ発生することによって、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
を発生する複数の電界発生手段とを備えたことを特徴と
する。

【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。

【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。

【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。

【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、上記複数の電界発生手段は、
上記直流磁界の方向に対して垂直な方向を有するととも
に、所定の同一の角速度を有しかつ互いに異なる所定の
位相差を有して回転する複数の回転電界を、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それぞれ
発生することによって、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する。

【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。

【００２９】この結果、電子のα作用による衝突電離
と、上記複数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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
ＥＲ１，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２
１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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００４６】

【数３】Ｖ１１＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ）

【数４】Ｖ１２＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ＋π／２）

【数５】Ｖ１３＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ＋π）

【数６】Ｖ１４＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ＋３π／２）

【数７】Ｖ２１＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ＋φ）

【数８】Ｖ２２＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ＋π／２＋φ）

【数９】Ｖ２３＝Ｖ・ｓｉｎ（ωｔ＋π＋φ）

【数１０】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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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ｎ_e［ｃｍ^-3］は、当該プラズマの密度ｎ_eが
電子サイクロトロンの密度ｎ_ce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。

【００５７】

【数１２】ｎ_e＝１１８・ωｍ・Δθ／２ｒ_a 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］、２ｒ_a：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。

【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ｎ_eは大きくなる。当該プラズマの
密度ｎ_eが所定の設定値ｎ_eｓ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ｎ_eを上
記設定値ｎ_eｓ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。

【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ｎ_eを計算する。一方、操
作者は設定すべきプラズマの密度ｎ_eｓ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
ｎ_eが設定すべきプラズマの密度ｎ_eｓ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ｎ_eが設定すべきプラズマの密度ｎ_eｓ
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ｎ_eｓに設定
するように制御することができる。

【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。

【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。

【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。

【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（ｎ_e）^1/2Ｈｚ（ここで、ｎ_e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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００７３】以上の実施例においては、測定されたプラ
ズマの密度ｎ_e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ｎ_e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ｎ_eを制御してもよい。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【数１４】φｐ＝２πＬ_p-1／λ ただし、Ｌ_p-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。

【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。

【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。

【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と、
上記直流磁界の方向に対して垂直な方向を有するととも
に、所定の同一の角速度を有しかつ互いに異なる所定の
位相差を有して回転する複数の回転電界を、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それぞれ
発生することによって、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する複数の電界発生手
段とを備える。

【００８４】従って、上記複数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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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と、 上記直流磁界の方向に対して垂直な方向を有するととも
   に、所定の同一の角速度を有しかつ互いに異なる所定の
   位相差を有して回転する複数の回転電界を、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それぞれ
   発生することによって、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する複数の電界発生手
   段とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。