JPH0689879A - 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ヘリコ
ンプラズマ処理装置を提供する。 【構成】 ヘリコンプラズマ処理装置において、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、上記プラズマ処理室の筒形状の
軸中心からその筒の外周に向かう方向を有する第１の高
周波電界と、上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心を中
心としてその筒の底面に平行な面上で角度が変化して回
転する角度回転方向を有する第２の高周波電界とを、互
いに所定の位相差を有する高周波信号を用いて発生する
ことによって、ヘリコン波の電界に実質的に等しい電界
を発生する電界発生装置とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヘリコン波で励起され
たいわゆるヘリコン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】図１８に、例えば米国特許４，９９０，
２２９号において開示された従来例のヘリコンプラズマ
処理装置を示す。

【０００３】図１８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
から構成される。

【０００４】ここで、上リング部２４１と下リング部２
４２に対して互いに逆相で励起するように上記上リング
部２４１の両端と下リング部２４２の両端に、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ることにより電子に
エネルギーを与え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。

【０００５】当該ヘリコンプラズマ処理装置において発
生されるプラズマの密度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ω
ｃｉ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。

【０００６】

【数１】 ｎ_e＝（１９０・Ｂ₀）×１０¹⁴／（ｒ_a・ｆ・λ）［ｃｍ^-3］ 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［ｃｍ］、ｆ：高周波信号の周波数［ＭＨｚ］、
λ：ヘリコン波の波長［ｃｍ］である。

【０００７】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×１０^-14）［ｃｍ］

【０００８】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。

【０００９】また、当該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、プロセスのためのプ
ラズマの密度が変化し、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。

【００１０】さらに、当該従来例のヘリコンプラズマ処
理装置において、上記数２で計算された波長λの１／２
の長さの間隔で２つのリングアンテナを保持する必要が
あるため、当該装置が大型になるという問題点があっ
た。

【００１１】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
きるヘリコンプラズマ処理装置を提供することにある。

【００１２】また、本発明の第２の目的は、従来例に比
較して小型・軽量化することができるヘリコンプラズマ
処理装置を提供することにある。

【００１３】さらに、本発明の第３の目的は、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
るヘリコンプラズマ処理装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来例のヘ
リコンプラズマ処理装置において、そのアンテナ２４０
が上述の形状を有しているため、各リング部２４１，２
４２に流された高周波信号によってレンツの法則によ
り、円筒形状のプラズマ発生室２３０の軸を中心として
その底面に平行な面上で角度が変化して回転する角度回
転方向（θ方向：以下、角度回転方向という。）の電界
しか発生しないことに着目した。しかしながら、実際に
は、電界振幅の表現で表されたベッセル関数に対応する
値ｍが０である基本モードのときのヘリコン波の電界パ
ターンが図示された図１９（例えば、中野ほか「ヘリコ
ン波で励起されたプラズマ（Ｈｅｌｉｃｏｎ ｗａｖｅ
ｅｘｃｉｔｅｄ ｐｌａｓｍａｓ）」応用物理，第６
１巻，第７号，ｐｐ７１１−７１７，１９９２年７月の
第１図参照）に示すように、上記回転軸方向だけでなく
プラズマ発生室２３０の軸から側面に向かう半径方向
（ｒａ方向：以下、半径方向という。）にも電界成分を
有しており、アンテナ２４０に入力される高周波信号に
よって誘起される電界とはかなり異なっている。すなわ
ち、誘起される電界とプラズマ中を伝搬するヘリコン波
の電界との差異が発生されるプラズマが不安定である原
因の１つであると考えられる。

【００１５】以上に着目して、本発明者は以下のヘリコ
ンプラズマ処理装置を発明した。

【００１６】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筒形状のプラズマ
処理室内でヘリコン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、上記プラズマ処理室の筒形状
の軸中心からその筒の外周に向かう方向を有する第１の
高周波電界と、上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心を
中心としてその筒の底面に平行な面上で角度が変化して
回転する角度回転方向を有する第２の高周波電界とを、
互いに所定の位相差を有する高周波信号を用いて発生す
ることによって、ヘリコン波の電界に実質的に等しい電
界を発生する電界発生手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００１７】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、上記電
界発生手段は、上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心と
同心となるように設けられるループアンテナと、互いに
所定の位相差を有する第１と第２の高周波信号を発生す
る信号発生手段と、上記信号発生手段によって発生され
た第１の高周波信号を上記ループアンテナの両端に印加
する一方、上記信号発生手段によって発生された第２の
高周波信号を上記ループアンテナと接地電位との間に印
加する信号印加手段とを備えたことを特徴とする。

【００１８】さらに、請求項３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、上記電
界発生手段は、上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心と
同心となるように設けられる第１のループアンテナと、
上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心と同心となり、上
記第１のループアンテナと近接するように設けられ、電
気的に閉じられた第２のループアンテナと、互いに所定
の位相差を有する第１と第２の高周波信号を発生する信
号発生手段と、上記信号発生手段によって発生された第
１の高周波信号を上記第１のループアンテナの両端に印
加する一方、上記信号発生手段によって発生された第２
の高周波信号を上記第２のループアンテナと接地電位と
の間に印加する信号印加手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００１９】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記載のプラズマ処理装置において、上
記電界発生手段は、上記プラズマ処理室の筒形状の軸中
心と同心となりかつ互いに所定の間隔だけ離れて設けら
れる少なくとも３個のループアンテナと、互いに所定の
位相差を有する第１と第２の高周波信号を発生する信号
発生手段と、上記信号発生手段によって発生された第１
の高周波信号を上記少なくとも３個のループアンテナの
うち両端に位置する２個のループアンテナの間に印加す
る一方、上記信号発生手段によって発生された第２の高
周波信号を上記少なくとも３個のループアンテナのうち
中央に位置する１個のループアンテナの両端に印加する
信号印加手段とを備えたことを特徴とする。

【００２０】本発明に係る請求項５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筒形状のプラズマ
処理室内でヘリコン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、上記プラズマ処理室の筒形状
の軸中心と同心となるように設けられる第１のループア
ンテナと、上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心と同心
となりかつ上記第１のループアンテナと所定の間隔だけ
離れて設けられた第２のループアンテナと、互いに所定
の位相差を有する第１と第２の高周波信号を発生して、
上記第１の高周波信号を上記第１のループアンテナに印
加する一方、上記第２の高周波信号を上記第２のループ
アンテナに印加する信号発生手段と、上記プラズマ処理
室内で発生されたヘリコン波を有効的に励起するように
上記第１の高周波信号と上記第２の高周波信号との間の
位相差を変化させる移相手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００２１】また、請求項６記載のプラズマ処理装置
は、請求項１、２、３、４又は５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。

【００２２】さらに、請求項７記載のプラズマ処理装置
は、請求項１、２、３、４、５又は６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。

【００２３】またさらに、請求項８記載のプラズマ処理
装置は、請求項１、２、３、４、５、６又は７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。

【００２４】

【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、上記電界発生手段は、上記プラ
ズマ処理室の筒形状の軸中心からその筒の外周に向かう
方向を有する第１の高周波電界と、上記プラズマ処理室
の筒形状の軸中心を中心としてその筒の底面に平行な面
上で角度が変化して回転する角度回転方向を有する第２
の高周波電界とを、互いに所定の位相差を有する高周波
信号を用いて発生することによって、ヘリコン波の電界
に実質的に等しい電界を発生する。

【００２５】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、上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心から
その筒の外周に向かう方向を有する第１の高周波電界
と、上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心を中心として
その筒の底面に平行な面上で角度が変化して回転する角
度回転方向を有する第２の高周波電界とが発生される。
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、すなわち
上記第１の高周波電界であれば上記角度回転方向に、ま
た、上記第２の高周波電界であれば上記プラズマ処理室
の筒形状の軸中心からその筒の外周に向かう方向に、回
旋運動をしながら移動する。

【００２６】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。

【００２７】上記電界発生手段によって発生された電界
を含む電磁波は、上記直流磁界が存在しているとき、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、上記プ
ラズマ発生室内で励起されるヘリコン波の電界モードに
実質的に等しい電界を発生することができ、これによっ
て、上記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
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伝搬方向の電界
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プラズマの密度を
高くすることができる。

【００２８】上述のように上記磁界と上記第１と第２の
高周波電界からなる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。

【００２９】また、請求項２記載のプラズマ処理装置に
おいては、上記電界発生手段は、好ましくは、上記プラ
ズマ処理室の筒形状の軸中心と同心となるように設けら
れるループアンテナと、互いに所定の位相差を有する第
１と第２の高周波信号を発生する信号発生手段と、上記
信号発生手段によって発生された第１の高周波信号を上
記ループアンテナの両端に印加する一方、上記信号発生
手段によって発生された第２の高周波信号を上記ループ
アンテナと接地電位との間に印加する信号印加手段とを
備える。これによって、上記電界発生手段は、上記プラ
ズマ処理室の筒形状の軸中心からその筒の外周に向かう
方向を有する第１の高周波電界と、上記プラズマ処理室
の筒形状の軸中心を中心としてその筒の底面に平行な面
上で角度が変化して回転する角度回転方向を有する第２
の高周波電界とを、互いに所定の位相差を有する高周波
信号を用いて発生することによって、ヘリコン波の電界
に実質的に等しい電界を発生する。

【００３０】さらに、請求項３記載のプラズマ処理装置
においては、上記電界発生手段は、好ましくは、上記プ
ラズマ処理室の筒形状の軸中心と同心となるように設け
られる第１のループアンテナと、上記プラズマ処理室の
筒形状の軸中心と同心となり、上記第１のループアンテ
ナと近接するように設けられ、電気的に閉じられた第２
のループアンテナと、互いに所定の位相差を有する第１
と第２の高周波信号を発生する信号発生手段と、上記信
号発生手段によって発生された第１の高周波信号を上記
第１のループアンテナの両端に印加する一方、上記信号
発生手段によって発生された第２の高周波信号を上記第
２のループアンテナと接地電位との間に印加する信号印
加手段とを備える。これによって、上記電界発生手段
は、上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心からその筒の
外周に向かう方向を有する第１の高周波電界と、上記プ
ラズマ処理室の筒形状の軸中心を中心としてその筒の底
面に平行な面上で角度が変化して回転する角度回転方向
を有する第２の高周波電界とを、互いに所定の位相差を
有する高周波信号を用いて発生することによって、ヘリ
コン波の電界に実質的に等しい電界を発生する。

【００３１】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、上記電界発生手段は、好ましくは、上
記プラズマ処理室の筒形状の軸中心と同心となりかつ互
いに所定の間隔だけ離れて設けられる少なくとも３個の
ループアンテナと、互いに所定の位相差を有する第１と
第２の高周波信号を発生する信号発生手段と、上記信号
発生手段によって発生された第１の高周波信号を上記少
なくとも３個のループアンテナのうち両端に位置する２
個のループアンテナの間に印加する一方、上記信号発生
手段によって発生された第２の高周波信号を上記少なく
とも３個のループアンテナのうち中央に位置する１個の
ループアンテナの両端に印加する信号印加手段とを備え
る。これによって、上記電界発生手段は、上記プラズマ
処理室の筒形状の軸中心からその筒の外周に向かう方向
を有する第１の高周波電界と、上記プラズマ処理室の筒
形状の軸中心を中心としてその筒の底面に平行な面上で
角度が変化して回転する角度回転方向を有する第２の高
周波電界とを、互いに所定の位相差を有する高周波信号
を用いて発生することによって、ヘリコン波の電界に実
質的に等しい電界を発生する。

【００３２】さらに、請求項５記載のプラズマ処理装置
においては、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、上記信号発生手段は互いに所定の位相差を有する第
１と第２の高周波信号を発生して、上記第１の高周波信
号を上記第１のループアンテナに印加する一方、上記第
２の高周波信号を上記第２のループアンテナに印加す
る。また、移相手段は、上記プラズマ処理室内で発生さ
れたヘリコン波を有効的に励起するように上記第１の高
周波信号と上記第２の高周波信号との間の位相差を変化
させる。従って、上記移相手段によって上記プラズマ処
理室内で発生されたヘリコン波を有効的に励起すること
ができ、ヘリコン波の波動と高周波信号による電界との
結合が最適な状態となるように制御できる。

【００３３】また、請求項６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７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８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
入射する量及びエネルギー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】＜第１の実施例＞図１は本発明に係る第１
の実施例であるヘリコンプラズマ処理装置の斜視図であ
り、図２は図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。なお、磁界発生用ソレノイドコイ
ル２１はプラズマ発生室１０の外周部の３６０°にわた
って設けられているが、図１においては、他の装置を明
確に図示するため、１８０°の部分のみ図示している。
このことは、以下の図７、図８、図１２及び図１６にお
いても同様である。

【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
周部に、円形リング形状のループアンテナＬＡをプラズ
マ発生室１０の外周部を取り囲むように設け、実質的に
π／２に等しい位相差φを有する２つの高周波信号の信
号電圧のうち第１の信号電圧Ｖ１を上記ループアンテナ
ＬＡの両端に印加しかつ第２の信号電圧Ｖ２を上記ルー
プアンテナＬＡと接地電位との間との間に印加すること
によって、ヘリコン波を有効的に励振させるように図１
９に図示されたｍ＝０のモードのときのヘリコン波の電
界に実質的に等しい電界を発生させるとともに、上記ル
ープアンテナＬＡの外周部に磁界発生用ソレノイドコイ
ル２１を設けて当該ソレノイドコイル２１に所定の直流
電圧を印加することによってプラズマ発生室１０の軸方
向（以下、Ｚ軸方向という。）に平行であって試料３０
０に向かう方向で直流磁界Ｂを発生させ、これによっ
て、ヘリコン波によって励起されてプラズマを発生さ
せ、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、本実施例のヘリコンプラズマ処理装
置においては、プラズマ発生室１０の外周部であって、
ループアンテナＬＡとプラズマ処理室１１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Ａ
Ｎ１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ＡＮ２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及び図２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かつプ
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、一方の出力端子が接地
された高周波バイアス信号発生器３３はキャパシタ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３００に入射
する量及びエネルギーが制御される。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１２ａ、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１２ｂ
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、円形リング形状のループアンテナＬＡをプラ
ズマ発生室１０の外周部を取り囲み、ループアンテナＬ
Ａの中心がプラズマ発生室１０の軸中心と同心となりか
つループアンテナＬＡの面がプラズマ発生室１０の底面
に対して平行となるように設けられる。

【００４３】また、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、ループアンテナＬＡと
プラズマ処理室１１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とが設けられる。さらに、磁界発生用ソレ
ノイドコイル２１が、ループアンテナＬＡの外周部に、
プラズマ発生室１０の外周部を取り囲むように設けられ
る。当該ソレノイドコイル２１に、ループアンテナＬＡ
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。

【００４４】さらに、プラズマ発生室１０においてヘリ
コン波を有効的に励振して図１９に図示されたｍ＝０の
モードのときのヘリコン波に近い電界を発生させるため
に、上記ループアンテナＬＡに、互いにπ／２近傍だけ
異なる位相差φを有する２つの高周波信号の和の信号
を、以下に説明する電源回路６００から印加する。

【００４５】図３は図１及び図２のヘリコンプラズマ処
理装置の電源回路６００の回路図である。図３に示すよ
うに、基準高周波信号発生器５０によって発生された、
例えば周波数１３．５６ＭＨｚの正弦波の基準高周波信
号は、高周波トランスＴ１の一次側に印加されるととも
に、高周波トランスＴ２の一次側に印加される。高周波
トランスＴ２の二次側の一端は、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及び、可変
移相器６１と高周波トランスＴ１との間のインピーダン
ス整合を行うためのインピーダンス整合器５２を介して
高周波トランスＴ１の二次側のセンタータップに接続さ
れ、高周波トランスＴ２の二次側の他端は接地される。
さらに、高周波トランスＴ１の二次側の両端は、高周波
トランスＴ１とループアンテナＬＡとの間のインピーダ
ンス整合を行うためのインピーダンス整合器５１を介し
てループアンテナＬＡの両端に接続される。本実施例に
おいて、高周波トランスＴ１，Ｔ２はそれぞれ１対１の
電圧比を有し、インピーダンス整合器５１，５２におい
ても電圧が変化しないものと仮定する。

【００４６】以上のように構成された電源回路６００に
おいて、上記基準高周波信号の信号電圧をＶ１とし、イ
ンピーダンス整合器５２の出力端における信号電圧をＶ
２とすると、高周波トランスＴ１の二次側からインピー
ダンス整合器５１を介して出力される高周波信号の信号
電圧は、上記信号電圧Ｖ１に信号電圧Ｖ２が接地電位を
基準として重畳された信号電圧となる。ここで、各信号
電圧Ｖ１，Ｖ２は初期状態において、図４及び次の数
３，数４に示すように、互いにπ／２に等しい位相差φ
を有するように制御され、さらに、この位相差φは詳細
後述するように発生されるプラズマの密度に基づいてコ
ントローラ１００によって制御される。

【数３】Ｖ１＝ｓｉｎ（ωｔ＋π／２）

【数４】Ｖ２＝ｓｉｎ（ωｔ）

【００４７】当該電源回路６００においては、上記２つ
の信号電圧Ｖ１，Ｖ２のうち第１の信号電圧Ｖ１を上記
ループアンテナＬＡの両端に印加しかつ第２の信号電圧
Ｖ２を信号電圧Ｖ１が０であるとき信号電圧Ｖ２が最大
又は最小となるように上記ループアンテナＬＡと接地電
位との間に印加して、図１９に図示されたｍ＝０のモー
ドのときのヘリコン波の電界に実質的に等しい電界を発
生させ、これによって、ヘリコン波を有効的に励振させ
る。すなわち、信号電圧Ｖ１を印加することによってル
ープアンテナＬＡに流された高周波信号によってレンツ
の法則により、円筒形状のプラズマ発生室１０の軸を中
心としてその底面に平行な面上で角度が変化して回転す
る角度回転方向（θ方向）を有しかつ高周波信号の角周
波数ωで変化する電界Ｅ１を発生する一方、信号電圧Ｖ
２を印加することによってループアンテナＬＡと接地電
位との間に励振された高周波信号によって、プラズマ発
生室１０の軸から側面に向かう半径方向（ｒ方向）を有
しかつ高周波信号の角周波数ωで変化する電界Ｅ２を発
生する。

【００４８】例えばωｔ＝０，πのとき、図４に示すよ
うに信号電圧Ｖ１の絶対値が最大となる一方、信号電圧
Ｖ２が０となるので、図５の（ａ），（ｅ）に示すよう
に電界Ｅ１の絶対値が最大となる一方、電界Ｅ２が０と
なる。このとき、合成電界Ｅは角度回転方向の電界のみ
が生じ、直流磁界Ｂに平行なＺ軸方向及びｒ方向に合成
電界Ｅは生じない。

【００４９】また、ωｔ＝π／２，３π／２のとき、図
４に示すように信号電圧Ｖ２の絶対値が最大となる一
方、信号電圧Ｖ１が０となるので、図５の（ｃ），
（ｇ）に示すように電界Ｅ２の絶対値が最大となる一
方、電界Ｅ１が０となる。このとき、電界ＥはＺ軸方向
及びｒ方向の電界のみが生じ、角度回転方向の合成電界
Ｅは生じない。

【００５０】さらに、ωｔ＝π／４，３π／４，５π／
４，７π／４のときに、図４に示すように両方の信号電
圧Ｖ１，Ｖ２が所定の値となるので、図５の（ｂ），
（ｄ），（ｆ），（ｈ）に示すように、角度回転方向の
電界Ｅ１とＺ軸方向及びｒ方向の電界Ｅ２との合成電界
となる。

【００５１】このように、ループアンテナＬＡの面にお
けるこれらの電界Ｅ１とＥ２の合成電界Ｅは、図５に示
すように、ｍ＝０のモードのときのヘリコン波の電界に
実質的に等しい電界であり、この合成電界Ｅを発生する
ことにより、プラズマ発生室１０内のヘリコン波を有効
的に励振することができる。

【００５２】図６は本実施例のヘリコンプラズマ処理装
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、高周波信号に
よって発生される合成電界Ｅと同期させて有効的に励起
するように、図３の可変移相器６１の移相量である信号
電圧Ｖ１とＶ２の上記位相差φを変化させている。

【００５３】図６に示すように、マイクロ波信号発生器
８０は、上記高周波信号の周波数よりも十分に高い、例
えば３４ＧＨｚの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８２ａ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８
２ａ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８
５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
８７ｂ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
ＡＮ２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。

【００５４】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
カットオフ密度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５で表すことができる。

【００５５】

【数５】ｎ_e＝１１８・（ωｍ／２π）・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５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。

【００５６】上記数５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、上記数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。

【００５７】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
５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１
０１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。また、上記の制御によ
ってヘリコン波の波動と高周波信号による電界との結合
が最適な状態となるように制御でき、これによって従来
例に比較してより高い密度でかつより安定にプラズマを
発生することができる。従って、上記発生されたプラズ
マを半導体デバイスなどの所定の処理に用いる場合、当
該処理をより安定に行うことができるという利点があ
る。

【００５８】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１２ａ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１２ｂ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。

【００５９】また、上記発生される合成電界Ｅによっ
て、上記プラズマ発生室１０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、プラズマ発生室１０内のヘリコン波励起
用合成電界Ｅ内に存在する電子及びイオンは合成電界Ｅ
の方向に角周波数ωで振動し、捕捉現象を生じ、電子は
プラズマ発生室１０内を往復する間にα作用を繰り返す
ので、ループアンテナＬＡをプラズマ発生室１０の外側
に載置しても、またループアンテナＬＡ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
ようにループアンテナＬＡをプラズマ発生室１０の外側
に載置することによって、ループアンテナＬＡ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。

【００６０】図１及び図２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、ヘリコ
ン波を有効的に励起する高周波の合成電界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
印加合成電界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。

【００６１】例えば直流磁界Ｂが全く無い状態でプラズ
マに対して高周波の合成電界Ｅを印加した場合に、合成
電界の高周波の角周波数ωが電子プラズマ周波数ωｐｅ
（≒１０⁴（ｎ_e）^1/2Ｈｚ（ここで、ｎ_eは電子の密度で
ある。））以下のときに、当該高周波の合成電界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、合成
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、例えば従来例のヘリコンプラズマ処理装置より
もプラズマの密度を高くすることができる。

【００６２】本実施例においては、上記ヘリコン波の波
動を有効的に励起するために、プラズマ発生室１０内に
発生するヘリコン波の電界のモード（本実施例において
は、ｍ＝０の基本モードを用いる）に近く、実質的に同
一である電界構造に設定する。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。

【００６３】上述のように、直流磁界Ｂと、上記高周波
の合成電界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する。

【００６４】本実施例においては、従来のマグネトロン
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。

【００６５】本実施例においては、プラズマ発生室１０
内に誘起された電界は、従来例のヘリコンプラズマ処理
装置のように角度回転方向のみの電界を印加した場合に
比較して、実際にプラズマ中を伝搬するヘリコン波に近
いため、プラズマを有効的に励起することができ、より
安定したヘリコンプラズマを得ることができる。これに
よって、半導体デバイスを形成するための処理などをよ
り安定的に行うことができる。

【００６６】また、本実施例のループアンテナＬＡは１
つのみで構成されているので、２つのリング部２４１，
２４２を備える従来例のヘリコンプラズマ処理装置に比
較して小型化することができる。さらに、ループアンテ
ナＬＡが１つであるので、プラズマ密度の変化によるア
ンテナ間距離とヘリコン波の波長との不整合状態が発生
しない。従って、印加高周波信号を低い電力から高い電
力まで変化しても、従来例に比較して高い密度のプラズ
マをより安定して発生することができる。

【００６７】また、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６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。

【００６８】図７は本発明に係る第１の実施例の変形例
であるヘリコンプラズマ処理装置の斜視図であり、図７
において図１及び図２と同一のものについては同一の符
号を付している。

【００６９】図７に示すように、第１の実施例に比較し
て、互いに近接したＺ軸方向の距離Ｌ０の間隔で２つの
ループアンテナＬＡ１，ＬＡ２をプラズマ発生室１０の
外周部に設け、ループアンテナＬＡ１の両端を電源回路
６００によって発生される高周波信号の信号電圧Ｖ１を
印加する一方、ループアンテナＬＡ２の一端と接地電位
との間に信号電圧Ｖ２を印加してもよい。ここで、距離
Ｌ０は好ましくは０に十分に等しい長さの距離である。
以上のように構成することによって、当該変形例の装置
は第１の実施例と同様の作用効果を有する。

【００７０】＜第２の実施例＞図８は本発明に係る第２
の実施例であるヘリコンプラズマ処理装置の斜視図であ
り、図８において図１、図２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。

【００７１】この第２の実施例のヘリコンプラズマ処理
装置は、第１の実施例に比較して以下の点が異なる。 （ａ）プラズマ発生室１０の外周部に、円形リング形状
の３個のループアンテナＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ３をＺ軸
方向でＬＡ１，ＬＡ３，ＬＡ２の順序でかつループアン
テナＬＡ１とＬＡ３との間のＺ軸方向の間隔Ｌ１とルー
プアンテナＬＡ３とＬＡ２との間のＺ軸方向の間隔Ｌ２
がそれぞれλ／８（ここで、λは所定の条件におけるヘ
リコン波の波長である。）となり、プラズマ発生室１０
の外周部を取り囲みかつプラズマ発生室１０の軸中心と
同心となるように設け、後述する電源回路６１０によっ
て発生される、実質的にπ／２に等しい位相差φを有す
る２つの高周波信号の信号電圧Ｖ１，Ｖ２のうち第１の
信号電圧Ｖ１を、それぞれ電気的に閉回路とされたルー
プアンテナＬＡ１とループアンテナＬＡ２との間に印加
しかつ第２の信号電圧Ｖ２をループアンテナＬＡ３の両
端に印加することによって、ヘリコン波を有効的に励振
させるように図１９に図示されたｍ＝０のモードのとき
のヘリコン波の電界に実質的に等しい電界を発生させる
こと。 （ｂ）上記ループアンテナＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ３の外
周部に２個の磁界発生用ソレノイドコイル２１，２２を
設けて当該ソレノイドコイル２１，２２に所定の直流電
圧を印加することによってプラズマ発生室１０のＺ軸方
向に平行であって試料３００に向かう方向で直流磁界Ｂ
を発生させること。

【００７２】図９は図８のヘリコンプラズマ処理装置の
電源回路６１０の回路図であり、図９において図３と同
一のものについては同一の符号を付している。

【００７３】図９に示すように、基準高周波信号発生器
５０によって発生された、例えば周波数１３．５６ＭＨ
ｚの正弦波の基準高周波信号は、高周波トランスＴ１の
一次側に印加されるとともに、高周波トランスＴ２の一
次側に印加される。高周波トランスＴ１の二次側の両端
はそれぞれ、高周波トランスＴ１とループアンテナＬＡ
１，ＬＡ２との間のインピーダンス整合を行うためのイ
ンピーダンス整合器５１を介して、それぞれ閉じられた
ループアンテナＬＡ１，ＬＡ２に接続される。高周波ト
ランスＴ２の二次側の一端は、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を介して高周
波トランスＴ３の一次側の一端に接続され、高周波トラ
ンスＴ２の二次側の他端と高周波トランスＴ３の一次側
の他端は接地される。さらに、高周波トランスＴ３の二
次側は、高周波トランスＴ３とループアンテナＬＡ３と
の間のインピーダンス整合を行うためのインピーダンス
整合器５２を介してループアンテナＬＡ３の両端に接続
される。本実施例において、高周波トランスＴ１，Ｔ
２，Ｔ３はそれぞれ１対１の電圧比を有し、インピーダ
ンス整合器５１，５２においても電圧が変化しないもの
と仮定する。

【００７４】ここで、各信号電圧Ｖ１，Ｖ２は初期状態
において、次の数６，数７に示すように、互いにπ／２
に等しい位相差φを有するように制御され、さらに、こ
の位相差φは詳細後述するように発生されるプラズマの
密度に基づいてコントローラ１００によって制御され
る。なお、この各信号電圧Ｖ１，Ｖ２の初期状態の設定
は、説明の便宜上、第１の実施例における信号電圧Ｖ１
とＶ２を入れ替えた設定にしている。

【数６】Ｖ１＝ｓｉｎ（ωｔ）

【数７】Ｖ２＝ｓｉｎ（ωｔ＋π／２）

【００７５】当該電源回路６１０においては、上記２つ
の信号電圧Ｖ１，Ｖ２のうち第１の信号電圧Ｖ１をそれ
ぞれ閉じられたループアンテナＬＡ１，ＬＡ２に印加し
かつ信号電圧Ｖ２をループアンテナＬＡ３の両端に印加
して、図１９に図示されたｍ＝０のモードのときのヘリ
コン波の電界に実質的に等しい電界を発生させ、これに
よって、ヘリコン波を有効的に励振させる。すなわち、
ループアンテナＬＡ１，ＬＡ２間に信号電圧Ｖ１を印加
することによって、ループアンテナＬＡ１付近において
半径方向を有し（図８において電界Ｅ１で表す。）、ル
ープアンテナＬＡ３付近においてＺ軸方向に平行な方向
を有し、ループアンテナＬＡ２付近において半径方向を
有し（図８において電界Ｅ２で表す。）、かつ高周波信
号の角周波数ωで変化する電界を発生する一方、ループ
アンテナＬＡ３の両端に信号電圧Ｖ２を印加することに
よって、ループアンテナＬＡに流された高周波信号によ
ってレンツの法則により、円筒形状のプラズマ発生室１
０の軸を中心としてその底面に平行な面上で角度が変化
して回転する角度回転方向（θ方向）を有しかつ高周波
信号の角周波数ωで変化する電界Ｅ３を発生する。

【００７６】例えばωｔ＝０，πのとき、信号電圧Ｖ２
の絶対値が最大となる一方、信号電圧Ｖ１が０となるの
で、図１０の（ａ）及び図１１の（ａ）に示すように電
界Ｅ３の絶対値が最大となる一方、電界Ｅ１，Ｅ２が０
となる。このとき、ループアンテナＬＡ３付近における
電界Ｅ３が誘起され、上記誘起された電界Ｅ３によって
ループアンテナＬＡ１，ＬＡ２において電界Ｅ３よりも
弱い角度回転方向を有する電界が誘起される。従って、
これらの電界の合成電界Ｅは角度回転方向のみの電界の
みが生じ、直流磁界Ｂに平行なＺ軸方向に合成電界Ｅは
生じない。

【００７７】また、ωｔ＝π／２，３π／２のとき、信
号電圧Ｖ１の絶対値が最大となる一方、信号電圧Ｖ２が
０となるので、図１０の（ｃ）及び図１１の（ｃ）に示
すように電界Ｅ１，Ｅ２の絶対値が最大となる一方、電
界Ｅ３が０となる。このとき、電界Ｅはループアンテナ
ＬＡ１からループアンテナＬＡ３を介してループアンテ
ナＬＡ２に向かう方向又はその逆の方向のＺ軸方向の電
界のみが生じる。

【００７８】さらに、ωｔ＝π／４，３π／４，５π／
４，７π／４のときに、両方の信号電圧Ｖ１，Ｖ２が所
定の値となるので、図１０の（ｂ），（ｄ）及び図１１
の（ｂ），（ｄ）に示すように、角度回転方向の電界Ｅ
１とＺ軸方向の電界Ｅ２との合成電界となる。

【００７９】このように、これらの電界Ｅ１とＥ２の合
成電界Ｅは、図１０及び図１１に示すように、ｍ＝０の
モードのときのヘリコン波の電界に実質的に等しい電界
であり、この合成電界Ｅを発生することにより、プラズ
マ発生室１０内のヘリコン波を有効的に励振することが
できる。なお、第２の実施例において発生される合成電
界Ｅは、ループアンテナＬＡ１付近において第１の実施
例と同一の形状を有し、ループアンテナＬＡ２付近にお
いて形状は同一であるが形成される順序は逆になるが故
にループアンテナＬＡ１付近の電磁波は直流磁界Ｂと同
一の方向へ伝搬するする一方、ループアンテナＬＡ２付
近の電磁波は直流磁界Ｂと逆方向へ伝搬する。従って、
第１の実施例に比較してプラズマ発生室１０の中央部に
おけるループアンテナＬＡ３付近のプラズマをより高密
度化することができ、より有効的にヘリコン波を励起す
ることができる。

【００８０】以上のように構成された第２の実施例のヘ
リコンプラズマ処理装置は、第１の実施例の装置と同様
の作用効果を有し、さらに、上述のように第１の実施例
に比較してより高い密度のプラズマを安定に発生するこ
とができる。

【００８１】以上の第２の実施例において、３個のルー
プアンテナＬＡ１乃至ＬＡ３を用いているが、本発明は
これに限らず、ループアンテナＬＡ１とループアンテナ
ＬＡ３との間に少なくとも１個のループアンテナを設け
るとともに、ループアンテナＬＡ３とループアンテナＬ
Ａ２との間に少なくとも１個のループアンテナを設け
て、ｍ＝０のモードのヘリコン波の電界に近くなるよう
に、各ループアンテナにそれぞれ所定値の信号電圧を印
加してもよい。さらに、ループアンテナＬＡ１の上側又
はループアンテナＬＡ２の下側に、ループアンテナを設
け、上記第２の実施例のアンテナ構成を多段に設けた構
造とし、ヘリコン波の電界に実質的に等しい電界を発生
させてヘリコン波を有効的に励起するための所定値の信
号電圧を当該各アンテナに印加してもよい。

【００８２】＜第３の実施例＞図１２は本発明に係る第
３の実施例であるヘリコンプラズマ処理装置の斜視図で
あり、図１２において、図１、図２、図７及び図８と同
一のものについては同一の符号を付している。

【００８３】この第３の実施例のヘリコンプラズマ処理
装置は、第１の実施例に比較して以下の点が異なる。 （ａ）プラズマ発生室１０の外周部に、円形リング形状
の２個のループアンテナＬＡ１，ＬＡ２をＺ軸方向で、
それらの間隔Ｌ１０がλ／４（ここで、λは所定の条件
におけるヘリコン波の波長である。）となり、プラズマ
発生室１０の外周部を取り囲みかつプラズマ発生室１０
の軸中心と同心となるように設け、後述する電源回路６
２０によって発生される、実質的にπ／２に等しい位相
差φを有する２つの高周波信号の信号電圧Ｖ１，Ｖ２の
うち第１の信号電圧Ｖ１をループアンテナＬＡ１の両端
に印加しかつ第２の信号電圧Ｖ２をループアンテナＬＡ
２の両端に印加することによって、ヘリコン波を有効的
に励振させるように、ループアンテナＬＡ１，ＬＡ２付
近において角度回転方向の電界Ｅを発生させること。 （ｂ）上記ループアンテナＬＡ１，ＬＡ２の外周部に２
個の磁界発生用ソレノイドコイル２１，２２を設けて当
該ソレノイドコイル２１，２２に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のＺ軸方向に平行
であって試料３００に向かう方向で直流磁界Ｂを発生さ
せること。

【００８４】図１３は図１２のヘリコンプラズマ処理装
置の電源回路６２０の回路図であり、図１３において図
３及び図９と同一のものについては同一の符号を付して
いる。

【００８５】第３の実施例の電源回路６２０は、図９に
図示された電源回路６１０に比較して以下の点が異な
る。 （ａ）インピーダンス整合器５１から出力される信号電
圧Ｖ１はループアンテナＬＡ１の両端に印加されるこ
と。 （ｂ）インピーダンス整合器５２から出力される信号電
圧Ｖ２はループアンテナＬＡ２の両端に印加されるこ
と。

【００８６】ここで、各信号電圧Ｖ１，Ｖ２は初期状態
において、次の数８，数９に示すように、互いにπ／２
に等しい位相差φを有するように制御され、さらに、こ
の位相差φは詳細後述するように発生されるプラズマの
密度に基づいてコントローラ１００によって制御され
る。なお、この各信号電圧Ｖ１，Ｖ２の初期状態の設定
は、説明の便宜上、第１の実施例と第２の実施例と異な
った設定にしている。

【数８】Ｖ１＝ｓｉｎ（ωｔ−π／４）

【数９】Ｖ２＝ｓｉｎ（ωｔ−３π／４）

【００８７】当該電源回路６２０においては、上記２つ
の信号電圧Ｖ１，Ｖ２のうち第１の信号電圧Ｖ１をルー
プアンテナＬＡ１の両端に印加しかつ信号電圧Ｖ２をル
ープアンテナＬＡ２の両端に印加することによって、ヘ
リコン波の電界に近い電界を発生させ、これによって、
ヘリコン波を有効的に励振させる。すなわち、ループア
ンテナＬＡ１の両端に信号電圧Ｖ１を印加することによ
ってレンツの法則により、ループアンテナＬＡ１付近に
おいて角度回転方向を有しかつ高周波信号の角周波数ω
で変化する電界Ｅ１を発生する一方、ループアンテナＬ
Ａ２の両端に信号電圧Ｖ２を印加することによってレン
ツの法則により、ループアンテナＬＡ２付近において角
度回転方向を有しかつ高周波信号の角周波数ωで変化す
る電界Ｅ２を発生する。

【００８８】例えばωｔ＝π／４，５π／４のとき、信
号電圧Ｖ１の絶対値が最大となる一方、信号電圧Ｖ２が
０となるので、図１４の（ｂ）及び図１５の（ｂ）に示
すように電界Ｅ１の絶対値が最大となる一方、電界Ｅ２
が０となる。このとき、ループアンテナＬＡ１付近にお
いて角度回転方向の電界Ｅ１のみが発生する。

【００８９】また、ωｔ＝３π／４，７π／４のとき、
信号電圧Ｖ２の絶対値が最大となる一方、信号電圧Ｖ１
が０となるので、図１４の（ｄ）及び図１５の（ｄ）に
示すように電界Ｅ２の絶対値が最大となる一方、電界Ｅ
１が０となる。このとき、ループアンテナＬＡ２付近に
おいて角度回転方向の電界Ｅ２のみが発生する。

【００９０】さらに、ωｔ＝０，π／２，π，３π／２
πのときに、両方の信号電圧Ｖ１，Ｖ２が所定の値とな
るので、図１４の（ａ），（ｃ）及び図１５の（ａ），
（ｃ）に示すように、各ループアンテナＬＡ１，ＬＡ２
において角度回転方向の電界Ｅ１，Ｅ２が発生する。

【００９１】ここで、信号電圧Ｖ１と信号電圧Ｖ２との
間の位相差φを、第１の実施例と同様に、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。また、上記の制御によってヘリコ
ン波の波動と高周波信号による電界との結合が最適な状
態となるように制御でき、これによって従来例に比較し
てより高い密度でかつより安定にプラズマを発生するこ
とができる。従って、上記発生されたプラズマを半導体
デバイスなどの所定の処理に用いる場合、当該処理をよ
り安定に行うことができるという利点がある。

【００９２】図１６は本発明に係る第３の実施例の変形
例であるヘリコンプラズマ処理装置の斜視図であり、図
１６において図１、図２、図７、図８、及び図１２と同
一のものについては同一の符号を付している。また、図
１７は図１６のヘリコンプラズマ処理装置の電源回路６
３０の回路図であり、図１７において図３、図９及び図
１３と同一のものについては同一の符号を付している。

【００９３】この第３の実施例の変形例は、第３の実施
例に比較して、電源回路６２０とは異なる電源回路６３
０から供給される信号電圧Ｖ１，Ｖ２を用いて各ループ
アンテナＬＡ１，ＬＡ２を励振することを特徴としてい
る。

【００９４】電源回路６３０は以下のように構成され
る。図１７に示すように、基準高周波信号発生器５０に
よって発生された、例えば周波数１３．５６ＭＨｚの正
弦波の基準高周波信号は、高周波トランスＴ１，Ｔ２，
Ｔ４の各一次側に印加される。また、高周波トランスＴ
２の二次側の一端は、コントローラ１００ａによって移
相量φ１が制御される可変移相器６２を介して高周波ト
ランスＴ３の一次側の一端に接続され、高周波トランス
Ｔ２の二次側の他端及び高周波トランスＴ３の一次側の
他端はともに接地される。さらに、高周波トランスＴ４
の二次側の一端は、コントローラ１００ａによって移相
量φ２が制御される可変移相器６３を介して高周波トラ
ンスＴ５の一次側の一端に接続され、高周波トランスＴ
４の二次側の他端及び高周波トランスＴ５の一次側の他
端はともに接地される。

【００９５】高周波トランスＴ５の二次側の一端は高周
波トランスＴ１の二次側のセンタータップに接続され、
高周波トランスＴ５の二次側の他端は高周波トランスＴ
３の二次側のセンタータップに接続される。さらに、高
周波トランスＴ１の二次側の両端は、高周波トランスＴ
１とループアンテナＬＡ１との間のインピーダンス整合
を行うためのインピーダンス整合器５１を介してループ
アンテナＬＡ１の両端に接続され、高周波トランスＴ３
の二次側の両端は、高周波トランスＴ３とループアンテ
ナＬＡ２との間のインピーダンス整合を行うためのイン
ピーダンス整合器５２を介してループアンテナＬＡ２の
両端に接続される。

【００９６】ここで、インピーダンス整合器５１から出
力される信号電圧Ｖ１はループアンテナＬＡ１に印加さ
れる一方、インピーダンス整合器５２から出力される信
号電圧Ｖ２はループアンテナＬＡ２に印加される。コン
トローラ１００ａは、信号電圧Ｖ１とＶ２の位相差が第
１の実施例又は第２の実施例の位相差φと同様に制御さ
れるように、可変移相器６２，６３の各移相量φ１，φ
２を制御する。

【００９７】以上のように構成された第３の実施例の変
形例のヘリコンプラズマ処理装置は、第３の実施例の装
置と同様の作用効果を有するとともに、第３の実施例の
装置に比較して、直流磁界Ｂに平行な電界を発生し、発
生される合成電界はヘリコン波の電界により等価とな
り、より有効的にヘリコン波を励起することができる。

【００９８】＜他の実施例＞以上の実施例においてルー
プアンテナを用いているが、本発明はこれに限らず、ル
ープアンテナとして、プラズマ発生室１０の外周部に導
体板又は導体膜を貼りつけ又は形成するようにしてもよ
い。また、円筒形状のプラズマ発生室１０とプラズマ処
理室１１を用いているが、これに限らず、矩形筒形状な
どの他の筒形状を用いてもよい。

【００９９】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又は角周波数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。

【０１００】また、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
ルを設け、当該別のソレノイドコイルにソレノイドコイ
ル２１，２２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２
１，２２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。

【０１０１】さらに、ソレノイドコイル２１，２２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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】以上の実施例において、ループアンテナＬ
Ａ，ＬＡ１乃至ＬＡ３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２１，２２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。

【０１０６】以上の実施例において、プラズマ処理室１
１を電気絶縁体で形成しているが、金属などの導電性材
料により形成してもよい。この場合において、好ましく
は、ソレノイドコイル２１，２２によって発生される直
流磁界に影響を及ぼさない、例えばアルミニウムのよう
な非磁性金属を用いる。

【０１０７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る請求項
１記載のプラズマ処理装置によれば、内部が真空状態に
設定された筒形状のプラズマ処理室内でヘリコンプラズ
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、
上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心からその筒の外周
に向かう方向を有する第１の高周波電界と、上記プラズ
マ処理室の筒形状の軸中心を中心としてその筒の底面に
平行な面上で角度が変化して回転する角度回転方向を有
する第２の高周波電界とを、互いに所定の位相差を有す
る高周波信号を用いて発生することによって、ヘリコン
波の電界に実質的に等しい電界を発生する電界発生手段
とを備える。

【０１０８】従って、上記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対してプラズマ処理室内に励
起されるヘリコン波の電界モードに近い電界によってヘ
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、例えば従来のマ
グネトロン高周波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。これによって、上記発生されたプラズマ
を半導体デバイスなどの所定の処理に用いる場合、当該
処理をより安定に行うことができるという利点がある。

【０１０９】さらに、請求項２記載のプラズマ処理装置
においては、１つのループアンテナのみを備えているの
で、従来例のヘリコンプラズマ処理装置に比較して大幅
に小型・軽量化することができる。

【０１１０】また、請求項５記載のプラズマ処理装置に
おいては、内部が真空状態に設定された筒形状のプラズ
マ処理室内でヘリコン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、上記プラズマ処理室の筒形
状の軸中心と同心となるように設けられる第１のループ
アンテナと、上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心と同
心となりかつ上記第１のループアンテナと所定の間隔だ
け離れて設けられた第２のループアンテナと、互いに所
定の位相差を有する第１と第２の高周波信号を発生し
て、上記第１の高周波信号を上記第１のループアンテナ
に印加する一方、上記第２の高周波信号を上記第２のル
ープアンテナに印加する信号発生手段と、上記プラズマ
処理室内で発生されたヘリコン波を有効的に励起するよ
うに上記第１の高周波信号と上記第２の高周波信号との
間の位相差を変化させる移相手段とを備える。

【０１１１】従って、上記移相手段による位相差の制御
によってヘリコン波の波動と高周波信号による電界との
結合が最適な状態となるように制御でき、これによって
従来例に比較してより高い密度でかつより安定にプラズ
マを発生することができる。これによって、上記発生さ
れたプラズマを半導体デバイスなどの所定の処理に用い
る場合、当該処理をより安定に行うことができるという
利点がある。

【０１１２】さらに、請求項６記載のプラズマ処理装置
においては、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】 本発明に係る第１の実施例であるヘリコンプ
ラズマ処理装置の斜視図である。

【図２】 図１のヘリコン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及び図２のヘリコンプラズマ処理装置の
電源回路の回路図である。

【図４】 図１及び図２のヘリコンプラズマ処理装置の
ループアンテナに印加される２つの信号電圧Ｖ１，Ｖ２
の波形を示すグラフである。

【図５】 図１及び図２のヘリコンプラズマ処理装置の
ループアンテナ内において信号電圧の各位相（ωｔ＝０
〜７π／４）で生じる電界Ｅを示す斜視図である。

【図６】 図１及び図２のヘリコン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７】 本発明に係る第１の実施例の変形例であるヘ
リコンプラズマ処理装置の斜視図である。

【図８】 本発明に係る第２の実施例であるヘリコンプ
ラズマ処理装置の斜視図である。

【図９】 図８のヘリコンプラズマ処理装置の電源回路
の回路図である。

【図１０】 図８のヘリコンプラズマ処理装置の各ルー
プアンテナ内において信号電圧の各位相（ωｔ＝０〜３
π／４）で生じる電界Ｅを示す斜視図である。

【図１１】 図８のヘリコンプラズマ処理装置の各ルー
プアンテナ内において信号電圧の各位相（ωｔ＝π〜７
π／４）で生じる電界Ｅを示す斜視図である。

【図１２】 本発明に係る第３の実施例であるヘリコン
プラズマ処理装置の斜視図である。

【図１３】 図１２のヘリコンプラズマ処理装置の電源
回路の回路図である。

【図１４】 図１２のヘリコンプラズマ処理装置の各ル
ープアンテナ内において信号電圧の各位相（ωｔ＝０〜
３π／４）で生じる電界Ｅを示す斜視図である。

【図１５】 図１２のヘリコンプラズマ処理装置の各ル
ープアンテナ内において信号電圧の各位相（ωｔ＝π〜
７π／４）で生じる電界Ｅを示す斜視図である。

【図１６】 本発明に係る第３の実施例の変形例である
ヘリコンプラズマ処理装置の斜視図である。

【図１７】 図１６のヘリコンプラズマ処理装置の電源
回路の回路図である。

【図１８】 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１９】 図１８のプラズマ処理装置のループアンテ
ナ内において信号電圧の各位相（ωｔ＝−π／２，０，
π／２）で生じる電界Ｅを示す斜視図である。

【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…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、 ６１，６２，６３…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、 １００，１００ａ…コントローラ、 ３００…試料、 ６００，６１０，６２０，６３０…電源回路、 ＬＡ，ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ３…ループアンテナ、 Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５…高周波トランス、 Ｅ，Ｅ１，Ｅ２…電界、 Ｂ…直流磁界、 ＡＮ１，ＡＮ２…ホーンアンテナ。

Claims (8)

【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筒形状のプ
   ラズマ処理室内でヘリコン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、 上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心からその筒の外周
   に向かう方向を有する第１の高周波電界と、上記プラズ
   マ処理室の筒形状の軸中心を中心としてその筒の底面に
   平行な面上で角度が変化して回転する角度回転方向を有
   する第２の高周波電界とを、互いに所定の位相差を有す
   る高周波信号を用いて発生することによって、ヘリコン
   波の電界に実質的に等しい電界を発生する電界発生手段
   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】 上記電界発生手段は、 上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心と同心となるよう
   に設けられるループアンテナと、 互いに所定の位相差を有する第１と第２の高周波信号を
   発生する信号発生手段と、 上記信号発生手段によって発生された第１の高周波信号
   を上記ループアンテナの両端に印加する一方、上記信号
   発生手段によって発生された第２の高周波信号を上記ル
   ープアンテナと接地電位との間に印加する信号印加手段
   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】 上記電界発生手段は、 上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心と同心となるよう
   に設けられる第１のループアンテナと、 上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心と同心となり、上
   記第１のループアンテナと近接するように設けられ、電
   気的に閉じられた第２のループアンテナと、 互いに所定の位相差を有する第１と第２の高周波信号を
   発生する信号発生手段と、 上記信号発生手段によって発生された第１の高周波信号
   を上記第１のループアンテナの両端に印加する一方、上
   記信号発生手段によって発生された第２の高周波信号を
   上記第２のループアンテナと接地電位との間に印加する
   信号印加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。
4. 【請求項４】 上記電界発生手段は、 上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心と同心となりかつ
   互いに所定の間隔だけ離れて設けられる少なくとも３個
   のループアンテナと、 互いに所定の位相差を有する第１と第２の高周波信号を
   発生する信号発生手段と、 上記信号発生手段によって発生された第１の高周波信号
   を上記少なくとも３個のループアンテナのうち両端に位
   置する２個のループアンテナの間に印加する一方、上記
   信号発生手段によって発生された第２の高周波信号を上
   記少なくとも３個のループアンテナのうち中央に位置す
   る１個のループアンテナの両端に印加する信号印加手段
   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。
5. 【請求項５】 内部が真空状態に設定された筒形状のプ
   ラズマ処理室内でヘリコン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、 上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心と同心となるよう
   に設けられる第１のループアンテナと、 上記プラズマ処理室の筒形状の軸中心と同心となりかつ
   上記第１のループアンテナと所定の間隔だけ離れて設け
   られた第２のループアンテナと、 互いに所定の位相差を有する第１と第２の高周波信号を
   発生して、上記第１の高周波信号を上記第１のループア
   ンテナに印加する一方、上記第２の高周波信号を上記第
   ２のループアンテナに印加する信号発生手段と、 上記プラズマ処理室内で発生されたヘリコン波を有効的
   に励起するように上記第１の高周波信号と上記第２の高
   周波信号との間の位相差を変化させる移相手段とを備え
   たことを特徴とするプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 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、２、３、４又は５記載のプラズマ処理
   装置。
7. 【請求項７】 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、２、３、４、５又は６記
   載のプラズマ処理装置。
8. 【請求項８】 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、３、４、５、６又
   は７記載のプラズマ処理装置。