JPH09186000A - Plasma processing device - Google Patents

Plasma processing device

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JPH09186000A
JPH09186000A JP7353875A JP35387595A JPH09186000A JP H09186000 A JPH09186000 A JP H09186000A JP 7353875 A JP7353875 A JP 7353875A JP 35387595 A JP35387595 A JP 35387595A JP H09186000 A JPH09186000 A JP H09186000A
Authority
JP
Japan
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electrode
plasma
plasma processing
processing apparatus
magnetic field
Prior art date
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Pending
Application number
JP7353875A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Takagi
憲一 高木
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Canon Anelva Corp
Original Assignee
Anelva Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve the plasma processing of excellent uniformity even when a substrate is large-sized by providing a magnetic field generating mechanism capable of independently changing a gap between respective permanent magnets which are coaxially disposed and electrodes and an electrode surface temperature adjustment mechanism. SOLUTION: An annular fixing plate 20 in which a plurality of annular permanent magnets 16 are fixed in the surface of an electrode 12 is coaxially disposed. When the electrode-side magnetic poles of the magnets 16 adjoin each other on the inside and on the outside, they are constituted so as to have an opposite polarity. The fixing plate 20 is mounted by forming a gap so that the heat of the electrode 12 is not directly transmitted to the magnets 16. Also, the fixing plate 20 is made into the structure in which the distance between the fixing plate 20 and the electrode 12 can be optionally provided by moving it in the axial direction. The distribution of plasma density generated in a discharging receptacle is uniformalized by setting the distance so that it becomes gradually larger towards a center in the central part of the electrode. Further, a cooling tube 21 is fixed in the upper surface of the fixing plate 20, thereby preventing the deterioration of the magnets 16 due to the rising of a temperature.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置に
関し、特に、プラズマを利用してプラズマ処理を行うも
ので、主にプラズマCVDおよびプラズマエッチングに
応用される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 and, more particularly, to a plasma processing apparatus which performs plasma processing using plasma and is mainly applied to plasma CVD and plasma etching.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のプラズマ処理装置の代表例を図8
および図9を参照して説明する。このプラズマ処理装置
は、誘電体製の円筒状電力導入窓71と、その下部周囲
に配置された環状アンテナ72を備える誘導結合型プラ
ズマ処理装置である。
2. Description of the Related Art A typical example of a conventional plasma processing apparatus is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. This plasma processing apparatus is an inductively coupled plasma processing apparatus including a cylindrical cylindrical electric power introduction window 71 and a ring-shaped antenna 72 arranged around the lower portion thereof.

【0003】図8は、誘導結合型プラズマ処理装置の一
部を切り欠いた外観斜視図を示す。電力導入窓71の上
端は接地電位に保持された導電性電極73によって封じ
られ、これにより放電容器74が形成される。この放電
容器74は金属製プラズマ拡散容器75の上に設けら
れ、放電容器74とプラズマ拡散容器75の内部は通じ
ている。放電容器74とプラズマ拡散容器75の内部に
は、電極73の箇所またはプラズマ拡散容器75の箇所
から、図示しないガス導入機構によって反応ガスが導入
される。また放電容器74とプラズマ拡散容器75の各
内部は、図示しない排気機構によって減圧されて所望の
真空状態にされ、例えば100Pa以下の所定の放電圧
力に維持される。放電容器74の下部周囲を囲むように
配置された環状アンテナ72を経由して電力導入窓71
から高周波電力が導入され、この高周波電力により放電
が生じ放電容器74内にプラズマが生成される。プラズ
マ内に含まれる活性種は、プラズマ拡散容器75内に拡
散し、プラズマ拡散容器75内の基板保持機構76に配
置された被処理基板77の表面を処理する。
FIG. 8 is an external perspective view of a partially cutaway inductively coupled plasma processing apparatus. The upper end of the power introduction window 71 is sealed by the conductive electrode 73 held at the ground potential, thereby forming the discharge container 74. The discharge vessel 74 is provided on the metal plasma diffusion vessel 75, and the interior of the discharge vessel 74 and the plasma diffusion vessel 75 communicate with each other. A reaction gas is introduced into the discharge vessel 74 and the plasma diffusion vessel 75 from the location of the electrode 73 or the location of the plasma diffusion vessel 75 by a gas introduction mechanism (not shown). Further, the inside of each of the discharge container 74 and the plasma diffusion container 75 is decompressed by an exhaust mechanism (not shown) to a desired vacuum state, and maintained at a predetermined discharge pressure of, for example, 100 Pa or less. A power introduction window 71 is provided via an annular antenna 72 arranged so as to surround the lower portion of the discharge container 74.
High frequency power is introduced from the high frequency power, and the high frequency power causes discharge to generate plasma in the discharge container 74. The active species contained in the plasma diffuse into the plasma diffusion container 75 and treat the surface of the substrate 77 to be processed arranged in the substrate holding mechanism 76 in the plasma diffusion container 75.

【0004】図9は図8のC2−C2線断面図である。
プラズマ拡散容器75の円筒状側壁の周囲には複数の磁
気回路78が円周方向に一定の間隔で配置されている。
磁気回路78は、ヨーク79とそれに固定された棒状の
2本の永久磁石80とからなる。棒状の永久磁石80は
プラズマ拡散容器75の円筒形側壁の中心軸に平行に配
置され、当該中心軸に向う隣り合う磁極が互いに異極と
なるように着磁されている。磁気回路78により、プラ
ズマ拡散容器75の側壁の内面にはラインカスプ状の磁
場が形成される。プラズマ中の電子は、プラズマ拡散容
器75の内面の磁力線81に捕捉され、磁力線81を旋
回中心とする螺旋運動を行う。この際、磁束密度の勾配
により、磁束密度が低い方向、すなわち、プラズマ拡散
容器75の中心軸方向に電子の旋回中心が偏心する運
動、いわゆるドリフトと呼ばれる運動により、プラズマ
拡散容器75の中心軸方向に電子が反射される。この作
用により、プラズマ中の電子のプラズマ拡散容器75の
側壁内面への衝突による消滅が抑制される。このため、
効率的なプラズマの維持が可能である。通常、プラズマ
拡散容器75の側壁の内面に沿って形成された磁力線8
1をバケット磁場という。
FIG. 9 is a sectional view taken along line C2-C2 of FIG.
A plurality of magnetic circuits 78 are circumferentially arranged at regular intervals around the cylindrical side wall of the plasma diffusion container 75.
The magnetic circuit 78 includes a yoke 79 and two rod-shaped permanent magnets 80 fixed to the yoke 79. The rod-shaped permanent magnet 80 is arranged parallel to the central axis of the cylindrical side wall of the plasma diffusion container 75, and is magnetized so that adjacent magnetic poles facing the central axis are different from each other. The magnetic circuit 78 forms a line cusp-shaped magnetic field on the inner surface of the side wall of the plasma diffusion container 75. The electrons in the plasma are captured by the magnetic force lines 81 on the inner surface of the plasma diffusion container 75, and perform a spiral motion with the magnetic force lines 81 as the center of rotation. At this time, due to the gradient of the magnetic flux density, the direction in which the electron swirl center is decentered in the direction in which the magnetic flux density is low, that is, the central axis direction of the plasma diffusion container 75, that is, the so-called drift, causes Electrons are reflected at. This action suppresses the disappearance of the electrons in the plasma due to the collision with the inner surface of the side wall of the plasma diffusion container 75. For this reason,
It is possible to efficiently maintain the plasma. Normally, the magnetic force lines 8 formed along the inner surface of the side wall of the plasma diffusion container 75
1 is called a bucket magnetic field.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前述の従来のプラズマ
処理装置では、放電容器74で発生したプラズマをプラ
ズマ拡散容器75内で拡散させ、プラズマ拡散容器75
に生成された上記バケット磁場によりプラズマを効率的
に維持し、被処理基板77をプラズマ処理している。こ
の際に、プラズマが生成される放電容器74からプラズ
マ拡散容器75内の被処理基板77までの距離を或る程
度以上長くして、プラズマを拡散させる必要がある。
In the above-described conventional plasma processing apparatus, the plasma generated in the discharge container 74 is diffused in the plasma diffusion container 75 to generate the plasma diffusion container 75.
Plasma is efficiently maintained by the above-mentioned bucket magnetic field generated in the above, and the substrate 77 to be processed is plasma-processed. At this time, it is necessary to extend the distance from the discharge container 74 in which plasma is generated to the substrate 77 in the plasma diffusion container 75 to some extent or more to diffuse the plasma.

【0006】ところで、放電容器74の口径を変えるこ
となく、被処理基板77の直径を現在のφ200mmか
ら例えばφ300mm以上に広げる場合、プラズマの拡
散によって良好な均一性のプラズマを得るためには、放
電容器74から被処理基板77までの距離をさらに長く
しなければならない。このように、被処理基板77の面
積が増大すると、プラズマ処理装置の占有体積が増大す
ると共に、被処理基板77の位置でのプラズマ密度が減
少するので、処理速度が遅くなるという問題が提起され
る。
By the way, when the diameter of the substrate 77 to be processed is expanded from the current φ200 mm to, for example, φ300 mm or more without changing the diameter of the discharge vessel 74, in order to obtain a plasma of good uniformity by diffusion of the plasma, the discharge must be performed. The distance from the container 74 to the substrate 77 to be processed must be further increased. As described above, when the area of the substrate 77 to be processed is increased, the occupied volume of the plasma processing apparatus is increased, and the plasma density at the position of the substrate 77 to be processed is decreased, so that the processing speed is slowed down. It

【0007】他方、従来のプラズマ処理装置において、
放電容器74の口径を大きくし、生成されるプラズマの
領域を広くした場合、放電容器74から被処理基板77
までの間隔を短くすることによってプラズマ処理装置の
占有体積を小さくすることは可能である。しかしなが
ら、このようにすると、放電容器74内のプラズマ密度
分布が放電圧力により大きく変化することが知られてい
る。
On the other hand, in the conventional plasma processing apparatus,
When the diameter of the discharge vessel 74 is increased and the area of the generated plasma is widened, the discharge vessel 74 moves to the substrate 77 to be processed.
It is possible to reduce the occupied volume of the plasma processing apparatus by shortening the interval to However, it is known that in this way, the plasma density distribution in the discharge vessel 74 changes significantly depending on the discharge pressure.

【0008】例えば、10Pa程度以上の放電圧力では
電力導入窓71の側壁内面の近くに偏ったリング状プラ
ズマの密度分布が作られ、1Pa前後の放電圧力では放
電容器74の中心近傍でプラズマ密度が高くなった密度
分布が作られる。
For example, at a discharge pressure of about 10 Pa or more, a biased ring-shaped plasma density distribution is formed near the inner surface of the side wall of the power introduction window 71, and at a discharge pressure of about 1 Pa, the plasma density near the center of the discharge vessel 74 is increased. An increased density distribution is created.

【0009】放電容器74内で生成されるプラズマのプ
ラズマ特性(密度分布特性)の不均一性は、被処理基板
77における処理の不均一性に直接的に反映する。
The non-uniformity of the plasma characteristics (density distribution characteristics) of the plasma generated in the discharge vessel 74 is directly reflected on the non-uniformity of the processing on the substrate 77 to be processed.

【0010】また放電圧力、すなわちプラズマ放電で処
理を行う際の内部圧力は、プラズマ密度を大きく変化さ
せるので、プラズマ処理速度を決定する重要な因子の1
つである。しかしながら、上で述べたようにプラズマ密
度分布は放電圧力によって大きく変化するため、従来、
最適なプラズマ処理速度が得られる放電圧力において、
良好な均一性を持つプラズマ処理を行えるように、プラ
ズマ密度分布を任意に制御することは困難であった。
Further, the discharge pressure, that is, the internal pressure at the time of processing by plasma discharge greatly changes the plasma density, and is one of the important factors that determine the plasma processing rate.
One. However, as described above, the plasma density distribution changes greatly depending on the discharge pressure.
At the discharge pressure at which the optimum plasma processing speed can be obtained,
It has been difficult to arbitrarily control the plasma density distribution so that plasma processing with good uniformity can be performed.

【0011】さらに、放電容器74の側壁を取り囲むよ
うに電磁コイルを設け、プラズマ密度分布を制御するこ
とは可能であるが、装置が大型化する。また被処理基板
77を貫く磁力線81の密度の不均一性に基づき、被処
理基板77でダメージが発生する問題もある。
Further, it is possible to provide an electromagnetic coil so as to surround the side wall of the discharge container 74 to control the plasma density distribution, but the size of the apparatus becomes large. There is also a problem that the substrate 77 to be processed is damaged due to the non-uniformity of the density of the magnetic force lines 81 penetrating the substrate 77 to be processed.

【0012】本発明の目的は、上記の問題を解決するも
ので、基板の大口径化に応じてプラズマ源である放電容
器を大型化し放電容器と被処理基板の間の距離を短くし
て装置全体の占有体積を小さくする場合に、放電圧力の
影響を受けることなく、放電容器で生成されるプラズマ
の密度分布を必要な任意分布に容易に制御することがで
き、基板が大型化しても良好な均一性を有するプラズマ
で基板を処理でき、また最適なプラズマ処理速度で基板
にダメージを与えることなく処理できるプラズマ処理装
置を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to increase the size of a discharge vessel, which is a plasma source, in accordance with an increase in the diameter of a substrate and shorten the distance between the discharge vessel and a substrate to be processed. When reducing the overall occupied volume, the density distribution of the plasma generated in the discharge vessel can be easily controlled to the required arbitrary distribution without being affected by the discharge pressure, and it is good even if the substrate becomes large. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of processing a substrate with plasma having uniform uniformity and capable of performing processing at an optimum plasma processing speed without damaging the substrate.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
プラズマ処理装置は、石英等の誘電体で形成された好ま
しくは円筒あるいは角筒の筒状電力導入窓であって相対
的に口径が大きい当該電力導入窓とこの電力導入窓の上
方の端を閉じる電極とからなる放電容器と、この放電容
器に接続されかつ当該放電容器のプラズマ放電が生成さ
れる内部空間に最短の距離で接近させるようにした基板
保持機構を内部に備える真空容器と、上記放電容器の内
部に上記プラズマを発生させる環状アンテナや高周波電
源等を含むプラズマ生成機構と、真空容器の内部を所要
のレベルまで減圧しこれを保持する排気機構と、真空容
器の内部に反応ガスを導入するガス導入機構を備えるも
のであり、さらに、上記電極の大気側の位置に電極に対
して非接触状態すなわち必要な隙間を開けてかつ同心円
状にて配置される複数の環状の永久磁石から構成される
磁場発生機構であって、隣り合う永久磁石の磁極が互い
に異極となり、かつ電極と複数の永久磁石の各々との間
隔を独立に変更できるような構造を有する前記磁場発生
機構と、電極の表面温度を調整する温度調整機構とを備
え、かかる構成において、電極を一定電位に保持すると
共に、磁場発生機構によって放電容器内に必要とされる
磁場を形成するように構成される。
The plasma processing apparatus according to the present invention is a tubular power introduction window, preferably a cylindrical or rectangular tube, made of a dielectric material such as quartz and having a relatively large diameter. A discharge vessel consisting of the power introduction window and an electrode that closes the upper end of the power introduction window, and an inner space connected to the discharge vessel and in which a plasma discharge is generated in the discharge vessel are made to approach in the shortest distance. A vacuum container having a substrate holding mechanism inside, a plasma generation mechanism including an annular antenna for generating the plasma inside the discharge container, a high frequency power source, etc., and the inside of the vacuum container is depressurized to a required level. It is equipped with an evacuation mechanism for holding and a gas introduction mechanism for introducing a reaction gas into the inside of the vacuum container. That is, a magnetic field generating mechanism composed of a plurality of annular permanent magnets arranged in a concentric circle with a necessary gap provided, wherein the magnetic poles of adjacent permanent magnets are different from each other, and the electrodes and the plurality of The magnetic field generating mechanism having a structure capable of independently changing the interval with each of the permanent magnets, and a temperature adjusting mechanism for adjusting the surface temperature of the electrode, in such a configuration, while maintaining the electrode at a constant potential, It is configured to generate the required magnetic field in the discharge vessel by the magnetic field generation mechanism.

【0014】前記の構成では、基板の大口径化に伴って
プラズマ源である放電容器を大口径化して作製し、真空
容器内に設けられる被処理基板と、放電容器内のプラズ
マとの距離をできるだけ短くする。これによって装置全
体の占有体積を小さくする。一方、放電容器内に生成さ
れる大きな領域のプラズマは、電極の大気側に設けた前
述の構成を有する磁場発生機構によって、そのプラズマ
密度分布特性が最適なものに制御される。特に、複数の
永久磁石の各々の間に磁力線を形成すると共に、各永久
磁石と電極との間隔を適宜に調整することによって、電
極の内面近傍の放電容器内の空間における磁場の分布を
必要とされる最適なものに制御できる。また複数の永久
磁石の各々を電極から離して非接触状態で設けることに
より、電極から熱の伝播を排除し、熱による永久磁石の
劣化を防いでいる。
In the above construction, the discharge vessel, which is the plasma source, is made larger in diameter in accordance with the larger diameter of the substrate, and the distance between the substrate to be processed provided in the vacuum vessel and the plasma in the discharge vessel is increased. Make it as short as possible. This reduces the occupied volume of the entire device. On the other hand, the plasma of a large region generated in the discharge vessel is controlled to have an optimum plasma density distribution characteristic by the magnetic field generation mechanism having the above-described configuration provided on the atmosphere side of the electrode. In particular, magnetic field lines are formed between each of the plurality of permanent magnets, and the magnetic field distribution in the space inside the discharge vessel near the inner surface of the electrode is required by appropriately adjusting the distance between each permanent magnet and the electrode. It can be controlled to the optimum one. Further, by disposing each of the plurality of permanent magnets in a non-contact state apart from the electrodes, the propagation of heat from the electrodes is eliminated, and deterioration of the permanent magnets due to heat is prevented.

【0015】前記の構成において、好ましくは、電極と
複数の永久磁石の各々との間隔は、放電容器内で必要と
される磁場の分布に応じて適宜に設定できるように構成
される。複数の永久磁石の各々と永久磁石との間隔は、
当該間隔を独立に変更できるような構造によって適宜に
調整され、プラズマ処理が行われる各装置の状態および
条件に応じて最適な磁場分布を作り出し、望ましいプラ
ズマ密度分布を放電容器内に作り出すことが可能とな
る。
In the above structure, preferably, the distance between the electrode and each of the plurality of permanent magnets can be appropriately set according to the distribution of the magnetic field required in the discharge vessel. The distance between each of the plurality of permanent magnets and the permanent magnet is
It is possible to create the desired plasma density distribution in the discharge vessel by adjusting the interval appropriately and creating an optimal magnetic field distribution according to the state and conditions of each device where plasma processing is performed. Becomes

【0016】前記の構成において、好ましくは、複数の
永久磁石の各々は、対応する環状の固定板に支持され、
この固定板の各々は放電容器の軸方向において移動でき
る構造によって支持される。当該可動構造によって、各
永久磁石と電極との間の間隔を調整することが可能とな
る。
In the above structure, preferably, each of the plurality of permanent magnets is supported by a corresponding annular fixing plate,
Each of the fixing plates is supported by a structure that can move in the axial direction of the discharge vessel. The movable structure makes it possible to adjust the distance between each permanent magnet and the electrode.

【0017】前記の構成において、複数の永久磁石の各
々は、対応する冷却手段を備えることもできる。この冷
却手段によって、対流や輻射による放電容器側からの熱
の伝播による永久磁石の温度上昇を防止する。
In the above structure, each of the plurality of permanent magnets may be provided with a corresponding cooling means. This cooling means prevents the temperature of the permanent magnet from rising due to heat propagation from the discharge vessel side due to convection or radiation.

【0018】前記の構成において、好ましくは、前記磁
場発生機構は、複数の永久磁石の各々を固定する強磁性
材料による磁気回路部を備え、この磁気回路部を固定板
として用いる。磁気回路部を設けることによって電極と
反対側の領域に回り込む磁力線を少なくし、電極側に生
成される磁場の強度を強くする。
In the above structure, preferably, the magnetic field generating mechanism includes a magnetic circuit section made of a ferromagnetic material for fixing each of the plurality of permanent magnets, and this magnetic circuit section is used as a fixing plate. By providing the magnetic circuit section, the lines of magnetic force that wrap around the region opposite to the electrode are reduced, and the strength of the magnetic field generated on the electrode side is increased.

【0019】前記の構成において、さらに好ましくは、
磁気回路部は、複数の永久磁石のうち隣り合う2つの永
久磁石を備えるように構成される。
In the above structure, more preferably,
The magnetic circuit unit is configured to include two adjacent permanent magnets among the plurality of permanent magnets.

【0020】前記の構成において、前記磁場発生機構
は、永久磁石の代わりに電磁石によって構成することも
できる。電磁石を使用すれば、通電量を制御することに
より、機械的に位置を変更させることなく、磁場の分布
や磁場の強度を望ましいものに制御することができる。
In the above structure, the magnetic field generating mechanism may be constituted by an electromagnet instead of the permanent magnet. If an electromagnet is used, the distribution of the magnetic field and the strength of the magnetic field can be controlled to a desired one by controlling the amount of electricity, without mechanically changing the position.

【0021】前記の構成において、好ましくは、電磁石
は、断面がコ字形で前記電極側が開放された磁気回路部
の内部空間に配置される。
In the above structure, preferably, the electromagnet is arranged in the internal space of the magnetic circuit section having a U-shaped cross section and having the electrode side opened.

【0022】前記の構成において、好ましくは、環状の
永久磁石は複数の永久磁石要素によってなり、かつ複数
の永久磁石要素の各々の磁極が、隣り合う永久磁石要素
の磁極と同極となるように環状に配置される。
In the above structure, preferably, the annular permanent magnet is composed of a plurality of permanent magnet elements, and the magnetic poles of the plurality of permanent magnet elements are the same as the magnetic poles of the adjacent permanent magnet elements. They are arranged in a ring.

【0023】前記の構成において、永久磁石の温度と電
極の温度を独立に調整するように構成することができ
る。
In the above structure, the temperature of the permanent magnet and the temperature of the electrode can be adjusted independently.

【0024】前記の構成において、好ましくは、電極と
永久磁石との間に所定の減圧状態の真空層、または断熱
層を設けることができる。
In the above structure, preferably, a vacuum layer in a predetermined reduced pressure state or a heat insulating layer can be provided between the electrode and the permanent magnet.

【0025】前記の構成において、好ましくは、電極の
一定電位は真空容器の電位と同じである。またこの構成
において、プラズマ発生機構は環状アンテナを含み、こ
の環状アンテナは、上記電極および上記真空容器の各々
から等距離の位置に配置される。
In the above construction, the constant potential of the electrode is preferably the same as the potential of the vacuum container. Further, in this configuration, the plasma generating mechanism includes an annular antenna, and the annular antenna is arranged at a position equidistant from each of the electrode and the vacuum container.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0027】図1〜図3は本発明に係るプラズマ処理装
置の第1実施形態を示す。図1において11は誘電体製
の電力導入窓であり、この電力導入窓11は例えば内径
φ266mm、高さ100mmの円筒形状を有する。こ
の電力導入窓11は、基板の大口径化に応じて大きな口
径を有するように形成されている。電力導入窓11の材
質としては例えば耐熱衝撃性が強い石英が使用される。
12は金属製の円板形状をした電極で、電極12は、円
筒状電力導入窓11の上方端部を封じる真空フランジの
役目を持ち、電力導入窓11と共に放電容器13を構成
する。放電容器13は真空容器14の上に配置され、互
いの内部空間が通じ、放電容器13と真空容器14は全
体として真空槽を形成している。真空容器14の下部
は、図示例では開放されているが、実際の装置では真空
槽を形成すべく閉じた構造となっている。また電極12
は、好ましくは接地電位に保持され、かつヒータ線15
による温度調整機構を備える。さらに電極12では、上
方に同心円状にかつ電極12に対して非接触状態で配置
された複数の環状の永久磁石16からなる磁場形成機構
によって、電極12の放電容器側の表面近傍に所望の磁
場が形成される。
1 to 3 show a first embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention. In FIG. 1, 11 is a dielectric power introduction window, and this power introduction window 11 has, for example, a cylindrical shape with an inner diameter of 266 mm and a height of 100 mm. The power introduction window 11 is formed so as to have a large diameter as the diameter of the substrate increases. As the material of the power introduction window 11, for example, quartz having high thermal shock resistance is used.
Reference numeral 12 denotes a disc-shaped electrode made of metal, and the electrode 12 serves as a vacuum flange for sealing the upper end portion of the cylindrical power introduction window 11 and constitutes the discharge container 13 together with the power introduction window 11. The discharge vessel 13 is disposed on the vacuum vessel 14 and communicates with each other's internal space, and the discharge vessel 13 and the vacuum vessel 14 together form a vacuum chamber. Although the lower portion of the vacuum vessel 14 is open in the illustrated example, the actual apparatus has a closed structure to form a vacuum chamber. The electrode 12
Is preferably held at ground potential and is heater wire 15
Equipped with a temperature control mechanism. Further, in the electrode 12, a magnetic field forming mechanism including a plurality of annular permanent magnets 16 arranged concentrically above and in a non-contact state with the electrode 12 causes a desired magnetic field near the surface of the electrode 12 on the discharge vessel side. Is formed.

【0028】永久磁石16およびその周辺部に関する構
造やヒータ線15に関する構造は、後で、図2および図
3等を参照して詳述される。
The structure relating to the permanent magnet 16 and its peripheral portion and the structure relating to the heater wire 15 will be described later in detail with reference to FIGS.

【0029】本実施形態では反応ガスを真空容器14の
内部に導入するためのガス導入機構を図示していない
が、通常、真空容器14にガス導入口が設けられる。電
極12にガス導入口を設けることも可能である。
Although a gas introducing mechanism for introducing the reaction gas into the vacuum container 14 is not shown in the present embodiment, the vacuum container 14 is usually provided with a gas introducing port. It is also possible to provide the electrode 12 with a gas inlet.

【0030】真空容器14の内部であって放電容器13
の下側位置には基板保持機構17が設けられる。基板保
持機構17の基板載置面は、ほぼ真空容器14の上端に
位置し、基板保持機構17は放電容器13の内部空間に
可能限り接近して配置される。基板保持機構17は、そ
の上部を放電容器13の内部に挿入するようにして配置
することもできる。基板保持機構17の上には被処理基
板18が配置される。被処理基板18の被処理面は、放
電容器13の内部空間に臨んでいる。放電容器13の内
部空間は、放電プラズマが生成される領域である。放電
容器13の内部で生成されたプラズマは、被処理基板1
8の表面を処理する。
Inside the vacuum vessel 14, the discharge vessel 13
A substrate holding mechanism 17 is provided at a lower position of the substrate holding mechanism 17. The substrate mounting surface of the substrate holding mechanism 17 is located almost at the upper end of the vacuum container 14, and the substrate holding mechanism 17 is arranged as close as possible to the internal space of the discharge container 13. The substrate holding mechanism 17 may be arranged such that its upper part is inserted into the discharge vessel 13. The substrate to be processed 18 is arranged on the substrate holding mechanism 17. The surface to be processed of the substrate to be processed 18 faces the internal space of the discharge vessel 13. The internal space of the discharge vessel 13 is a region where discharge plasma is generated. The plasma generated inside the discharge vessel 13 is the substrate 1 to be processed.
Treat 8 surfaces.

【0031】円筒形の電力導入窓11の周囲に配置され
た偏平な環状部材19は環状アンテナである。環状アン
テナ19は、電力導入窓11の中央の位置(軸方向の中
心位置)、すなわち、真空容器14の上面から50mm
離れた位置に、電力導入窓11を取り囲むように配置さ
れている。環状アンテナ19を支持する構造の図示は省
略されているが、通常、絶縁部材で形成された支持部材
で上記の位置に配置される。環状アンテナ19に対して
は、例えば13.56MHzの周波数を有する高周波電
力が供給される。この場合において、環状アンテナ19
と、接地電位に保持された真空容器14または電極12
との距離が40mm以下のときには大気放電が発生する
ので、これを避けるべく環状アンテナ10と接地電位で
ある部分(電極12と真空容器14)との距離を50m
mと設定した。ただし、環状アンテナ19と接地電位で
ある部分との距離は、整合回路の違い、あるいは、使用
する高周波電力および高周波電力の周波数に依存して異
なるものである。
The flat annular member 19 arranged around the cylindrical power introduction window 11 is an annular antenna. The annular antenna 19 is located 50 mm from the center position of the power introduction window 11 (center position in the axial direction), that is, the upper surface of the vacuum container 14.
The power introduction window 11 is arranged at a distant position so as to surround the power introduction window 11. Although the structure for supporting the annular antenna 19 is not shown, it is usually disposed at the above position by a supporting member formed of an insulating member. The annular antenna 19 is supplied with high-frequency power having a frequency of 13.56 MHz, for example. In this case, the annular antenna 19
And the vacuum container 14 or the electrode 12 held at the ground potential.
When the distance between and is less than 40 mm, atmospheric discharge is generated. Therefore, in order to avoid this, the distance between the annular antenna 10 and the portion (the electrode 12 and the vacuum container 14) at the ground potential is 50 m.
m. However, the distance between the annular antenna 19 and the portion that is at the ground potential differs depending on the difference in the matching circuit or the high-frequency power used and the frequency of the high-frequency power.

【0032】また環状アンテナ19と接地電位の部分と
の間をテフロン等の絶縁体により埋め、大気放電の発生
を抑制することで、放電容器の高さをさらに短くするこ
ともできる。
The height of the discharge vessel can be further shortened by filling the space between the annular antenna 19 and the ground potential portion with an insulator such as Teflon to suppress the occurrence of atmospheric discharge.

【0033】図1に示されたプラズマ処理装置の基本動
作を概説する。この装置を動作させるには、一度、真空
容器14に付設された排気機構(図示せず)によって真
空容器14および放電容器13の内部を所定の真空状態
にし、その後、図示しない反応ガス導入系により反応ガ
スを放電容器13内に導入すると共に、同時に真空排気
して100Pa以下の所定の減圧状態を保つ。次に、図
示されない電力導入機構により環状アンテナ19に高周
波電力を導入して放電容器13内でプラズマを生成し、
反応ガスの粒子を活性化させる。真空容器14の内部に
電極12に対向するように設置された基板保持機構17
上の被処理基板18の表面は、放電容器13内で生成さ
れたプラズマ中の活性種により処理される。
The basic operation of the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 will be outlined. In order to operate this device, the inside of the vacuum vessel 14 and the discharge vessel 13 is once brought into a predetermined vacuum state by an exhaust mechanism (not shown) attached to the vacuum vessel 14, and then a reaction gas introduction system (not shown) is used. The reaction gas is introduced into the discharge vessel 13 and simultaneously evacuated to maintain a predetermined depressurized state of 100 Pa or less. Next, high-frequency power is introduced into the annular antenna 19 by a power introduction mechanism (not shown) to generate plasma in the discharge vessel 13,
Activate the particles of the reaction gas. A substrate holding mechanism 17 installed inside the vacuum container 14 so as to face the electrode 12.
The surface of the upper substrate 18 to be processed is treated with active species in the plasma generated in the discharge vessel 13.

【0034】図1および図2に従って、永久磁石16お
よびその周辺部に関する構造やヒータ線15に関する構
造を詳述する。
The structure relating to the permanent magnet 16 and its peripheral portion and the structure relating to the heater wire 15 will be described in detail with reference to FIGS.

【0035】電極12の大気側の表面には、複数の環状
永久磁石16の各々が固定された複数個(図示例では6
個)の環状の固定板20が同心円状に配置されている。
永久磁石16は、固定板20における電極12の側の面
に取り付けられる。環状の永久磁石16と固定板20
は、外側へ行くほど直径が大きくなる。そして、1つの
固定板20に固定された永久磁石16における電極側磁
極が、内側と外側で隣り合う永久磁石における電極側磁
極との間で、反対の極性を有するように構成されてい
る。さらに、各固定板20は、電極12に各永久磁石1
6が直接に接触しないように配置される。すなわち、各
永久磁石16と電極12との間に必要な隙間が形成され
るように固定板20は取り付けられ、この構造によっ
て、電極12の熱が永久磁石16に直接に伝達されない
ようになっている。
On the surface of the electrode 12 on the atmosphere side, a plurality of annular permanent magnets 16 are fixed (in the illustrated example, 6).
Individual) annular fixing plates 20 are arranged concentrically.
The permanent magnet 16 is attached to the surface of the fixed plate 20 on the electrode 12 side. Annular permanent magnet 16 and fixed plate 20
Has a larger diameter toward the outside. The electrode-side magnetic poles of the permanent magnet 16 fixed to the one fixed plate 20 are configured to have opposite polarities between the electrode-side magnetic poles of the permanent magnets that are adjacent inside and outside. Furthermore, each fixed plate 20 has a permanent magnet 1 on the electrode 12.
6 are arranged so that they do not come into direct contact. That is, the fixing plate 20 is attached so that a necessary gap is formed between each permanent magnet 16 and the electrode 12, and this structure prevents heat of the electrode 12 from being directly transferred to the permanent magnet 16. There is.

【0036】また環状の複数の固定板20の各々は、そ
の軸方向に移動できる構造を有し、電極12と永久磁石
16との間の距離を任意に設定することができる。複数
の固定板20の各々の移動構造は、モータや動力伝達機
構を利用して構成され、一般的にはよく知られた構造が
採用されるので、図中、図示を省略している。本実施形
態では、一例として、詳細な図2または図3で明らかな
ように、固定板20は、電極12と各永久磁石16の間
の隙間が、電極中央部付近で、電極12の中心に行くほ
どが大きくなるように、設定されている。周囲の永久磁
石16の当該隙間はほぼ同じである。永久磁石16の配
置位置は、放電容器13内に生成したい磁場分布との関
係で決定される。
Further, each of the plurality of annular fixing plates 20 has a structure capable of moving in the axial direction, and the distance between the electrode 12 and the permanent magnet 16 can be set arbitrarily. The moving structure of each of the plurality of fixed plates 20 is configured by using a motor or a power transmission mechanism, and a well-known structure is generally adopted, so that it is omitted in the drawing. In the present embodiment, as an example, as is clear from FIG. 2 or FIG. 3 in detail, in the fixing plate 20, the gap between the electrode 12 and each permanent magnet 16 is located in the center of the electrode 12 near the center of the electrode. It is set so that it gets bigger as you go. The gap between the surrounding permanent magnets 16 is almost the same. The arrangement position of the permanent magnet 16 is determined in relation to the magnetic field distribution desired to be generated in the discharge vessel 13.

【0037】さらに固定板20の上面には環状の冷却管
21が固定される。永久磁石16は、水冷管21を流れ
る水等の冷却媒体によって間接的に冷却される。これに
より、電極12からの熱輻射や対流による永久磁石16
の温度上昇を抑制し、永久磁石16の劣化を防いでい
る。
Further, an annular cooling pipe 21 is fixed to the upper surface of the fixed plate 20. The permanent magnet 16 is indirectly cooled by a cooling medium such as water flowing through the water cooling pipe 21. As a result, the permanent magnet 16 due to heat radiation and convection from the electrode 12
The temperature rise of the permanent magnet 16 is suppressed, and the deterioration of the permanent magnet 16 is prevented.

【0038】本実施形態では、電極12と永久磁石16
の間を大気すなわち空気層としているが、100Pa程
度以下の真空またはテフロン等で他の断熱層を形成する
ことで、熱の伝達をさらに抑制することが可能である。
In this embodiment, the electrode 12 and the permanent magnet 16 are used.
Although the space between them is the atmosphere, that is, the air layer, it is possible to further suppress the heat transfer by forming another heat insulating layer with a vacuum of about 100 Pa or less or Teflon.

【0039】また図2および図3に示されるように、電
極12の大気側の上面にはヒータ線15が埋設されてい
る。
As shown in FIGS. 2 and 3, a heater wire 15 is embedded in the upper surface of the electrode 12 on the atmosphere side.

【0040】図3は、磁場形成機構である永久磁石16
によって形成される磁場22の磁力線分布と、この磁場
に起因する電極12の近傍での電子の運動を示す。以下
に磁場22における電子の運動の2つの作用を説明す
る。
FIG. 3 shows a permanent magnet 16 which is a magnetic field forming mechanism.
The distribution of magnetic force lines of the magnetic field 22 formed by the magnetic field and the movement of electrons near the electrode 12 due to this magnetic field are shown. The two actions of the motion of electrons in the magnetic field 22 will be described below.

【0041】磁場形成機構による放電容器13内での磁
場22は、電極12の内側表面(図2、図3中で下面)
12aより出て再び内側表面に入る閉じた磁力線22a
で構成される。電極12の表面近傍に形成される、磁力
線22aと電極12とで取り囲まれた空間は、放電容器
13の中心軸13a(図2に示される)を中心とした環
形状に形成される。そして、磁場形成機構が3個以上の
永久磁石16で構成される場合には、上記空間は、放電
容器13の中心軸13aを中心として同心円状に形成さ
れる。このとき、磁力線22aによって捕捉された電子
23は、磁力線を旋回中心とする螺旋運動24を行う。
磁束密度の大きい領域すなわち永久磁石16の直下領域
には、磁力線22aが集中し、いわゆるミラー磁場と呼
ばれる磁場が形成されている。このミラー磁場は、プラ
ズマの閉じ込めの際に使用される磁場形状であり、プラ
ズマ中の電子23を反射する作用を持っている。
The magnetic field 22 in the discharge vessel 13 by the magnetic field forming mechanism is the inner surface of the electrode 12 (lower surface in FIGS. 2 and 3).
Closed magnetic field lines 22a exiting 12a and entering the inner surface again
It consists of. A space formed near the surface of the electrode 12 and surrounded by the magnetic field lines 22a and the electrode 12 is formed in a ring shape centered on the central axis 13a (shown in FIG. 2) of the discharge vessel 13. When the magnetic field forming mechanism is composed of three or more permanent magnets 16, the space is formed concentrically around the central axis 13a of the discharge vessel 13. At this time, the electrons 23 captured by the magnetic force lines 22a perform a spiral movement 24 with the magnetic force lines as the center of rotation.
In the region where the magnetic flux density is high, that is, the region directly below the permanent magnet 16, the magnetic force lines 22a are concentrated, and a magnetic field called a so-called mirror magnetic field is formed. This mirror magnetic field is a magnetic field shape used when confining the plasma, and has a function of reflecting the electrons 23 in the plasma.

【0042】またプラズマ中の電子23は、衝突が起こ
らない限りその運動エネルギが保存される。この際、磁
場強度が強くなっていった場合にはローレンツ力が大き
くなるため、旋回運動を行っている電子23の旋回速度
が大きくなる。そして、運動エネルギが保存されること
から、十分に大きな磁場強度の場合には、電子23の磁
力線方向の速度は小さくなり、最終的に0となり、磁場
強度の弱い領域へ反射される。従って、電子23が磁束
密度の大きい領域すなわち永久磁石16の直下領域に向
かった場合、永久磁石直下で当該電子は反射される(図
3中に示される状態S1)。
The kinetic energy of the electrons 23 in the plasma is preserved unless collision occurs. At this time, when the magnetic field strength increases, the Lorentz force increases, so that the swirling speed of the electron 23 performing the swirling motion increases. Then, since the kinetic energy is stored, when the magnetic field strength is sufficiently large, the velocity of the electron 23 in the direction of the magnetic force line becomes small and finally becomes 0, and the electron 23 is reflected to a region having a weak magnetic field strength. Therefore, when the electron 23 heads to a region where the magnetic flux density is high, that is, a region directly below the permanent magnet 16, the electron is reflected directly below the permanent magnet (state S1 shown in FIG. 3).

【0043】また、磁力線22aを旋回中心として旋回
運動をしながら、磁束密度が小さい領域に向かう電子2
3は、磁束密度の小さい場所ほど旋回半径が大きくな
る。このとき、磁力線22aが円弧状で、かつ放電容器
13内に向かって磁束密度が小さくなる配置であるため
に、一周の旋回を終えた電子23の旋回中心が、元の磁
力線のよりも曲率の大きな磁力線となっている。こうし
て、電子の旋回中心は磁束密度の小さい方向に偏心して
いく。そして、電子23は磁力線の捕捉から逃れ放電容
器13の内側の空間に向かって反射される(図3中に示
される状態S2)。これは、電子23の湾曲ドリフトの
作用である。
Further, the electrons 2 traveling toward a region having a small magnetic flux density while performing a swirling motion with the magnetic force line 22a as the swirling center.
In No. 3, the turning radius increases as the magnetic flux density decreases. At this time, since the magnetic force lines 22a are arcuate and the magnetic flux density is reduced toward the inside of the discharge vessel 13, the turning center of the electron 23 that has finished one turn has a curvature smaller than that of the original magnetic force line. The lines of magnetic force are large. In this way, the center of rotation of the electrons is decentered in the direction of smaller magnetic flux density. Then, the electrons 23 escape from the capture of the lines of magnetic force and are reflected toward the space inside the discharge vessel 13 (state S2 shown in FIG. 3). This is the effect of the curved drift of the electrons 23.

【0044】以上の磁場による2つの作用によって電子
23を放電容器13内に反射することで、放電容器13
内のプラズマの密度を制御することが可能となる。すな
わち、プラズマ密度の高い領域では、永久磁石16を電
極12に近づけることにより高い磁束密度の磁場を形成
する。そして、電極12での電子の消滅を抑制すると同
時に、より多くの電子23を放電容器内の低い磁束密度
の領域に反射する。
The electrons 23 are reflected in the discharge vessel 13 by the two actions of the magnetic field described above, so that the discharge vessel 13
It is possible to control the density of the plasma inside. That is, in the region where the plasma density is high, the permanent magnet 16 is brought close to the electrode 12 to form a magnetic field having a high magnetic flux density. Then, at the same time as suppressing the disappearance of electrons at the electrode 12, more electrons 23 are reflected to the region of low magnetic flux density in the discharge vessel.

【0045】逆に、プラズマ密度の低い領域では、永久
磁石16を電極12から遠ざけ、相対的に低い磁束密度
を形成することで、電極12での電子23の反射を小さ
くする。以上により、電子の反射作用に基づいて、プラ
ズマ密度の低い領域のプラズマ密度が上昇し、その結
果、放電容器13内のプラズマ密度分布が均一化され、
改善される。
On the contrary, in a region where the plasma density is low, the permanent magnet 16 is moved away from the electrode 12 to form a relatively low magnetic flux density, so that the reflection of the electron 23 on the electrode 12 is reduced. As described above, the plasma density in the region where the plasma density is low is increased based on the electron reflection effect, and as a result, the plasma density distribution in the discharge vessel 13 is made uniform,
Be improved.

【0046】また図2に示すように、金属製の電極12
にヒータ線11を埋め込むことにより、電極12の放電
容器側表面の温度制御が可能となる。本実施形態では、
電力導入窓11の上端に設けた電極12は、温度調整機
構であるヒータ線15により例えば70℃程度以上の所
定温度に保持されている。そして、かかる温度制御によ
って、プラズマ中の粒子のうちプラズマ処理に必要な活
性種の相対的な割合の制御が行われる(参照:菅井他、
第41回応用物理学関連連合講演会予稿集、第二分冊 p
536 )。ただし、温度による制御効果は、プラズマに接
触する面積のうち、上記所定温度である面積が相対的に
広いほど効果的となる。従って、本実施形態のように円
筒形の電力導入窓11の高さを100mm以下とし、加
熱の難しい電力導入窓11の面積を、前記所定温度を常
時維持することが容易な導電性の電極12の面積に対し
て相対的に小さくすることによって、前述の効果を大き
くすることが可能となった。
Further, as shown in FIG. 2, the metal electrode 12
By embedding the heater wire 11 in, the temperature of the surface of the electrode 12 on the discharge container side can be controlled. In this embodiment,
The electrode 12 provided on the upper end of the power introduction window 11 is maintained at a predetermined temperature of, for example, about 70 ° C. or more by a heater wire 15 which is a temperature adjusting mechanism. Then, by such temperature control, the relative proportion of active species necessary for plasma treatment among particles in plasma is controlled (see: Sugai et al.,
Proceedings of the 41st Joint Lecture on Applied Physics, Second Volume p
536). However, the control effect by the temperature becomes more effective as the area at the above-mentioned predetermined temperature is relatively wide among the areas in contact with the plasma. Therefore, as in the present embodiment, the height of the cylindrical power introduction window 11 is set to 100 mm or less, and the area of the power introduction window 11 that is difficult to heat is the conductive electrode 12 that is easy to maintain the predetermined temperature at all times. By making the area relatively smaller than the area, it is possible to increase the above-mentioned effect.

【0047】また、プラズマ処理により絶縁体の堆積物
が真空容器14内に付着する場合には、真空容器14の
加熱により堆積物の付着を抑制する手法が採られる。同
様に電極12を加熱することにより、絶縁体の堆積物が
電極12に付着することを抑制できる。その結果とし
て、電極12の表面電位が常に接地電位に保持されるた
め、これに直接に接触しているプラズマのプラズマ空間
電位を安定させる効果もある。通常、異なる電位である
複数面に接触しているプラズマのプラズマ空間電位は、
プラズマが接触している最大面積である面の電位を基準
として決定される。このため、プラズマの接する面のう
ち、最大面積である面の電位を安定な電位、例えば接地
電位とすることで、プラズマ空間電位は安定する傾向と
なる。従来例で示したようなプラズマ拡散容器内にプラ
ズマを拡散させる場合には、プラズマ拡散容器の電位す
なわち接地電位が基準電位となる。しかし、本実施形態
で示すような放電容器13に基板保持機構17が接近
し、さらにその中に挿入される構造では、電極12と電
力導入窓11のうちプラズマの接する面積の広い方によ
ってプラズマ空間電位の基準が決定される。そこで、電
力導入窓11の高さを100mm以下と短くし、プラズ
マが接触する電力導入窓11の面積に対するプラズマの
接触する電極12の接地電位面の面積の相対比を大きく
し、電極12の表面電位すなわち接地電位をプラズマの
基準電位とすることにより、放電容器13内のプラズマ
空間電位を安定させると同時に、プラズマ空間電位の再
現性を向上させることが可能となる。従って、電極12
の加熱により絶縁体の付着を防止し、プラズマ処理に使
用するプラズマのプラズマ空間電位を一定とすること
が、プラズマ処理の再現性を向上させるためにも有効な
手段となる。さらに、本実施形態の放電容器13の口径
のみをφ300mm以上に大口径化した場合には、電極
の接地電位面の面積の相対比はさらに大きくなり、前述
の効果をいっそう大きくすることが可能である。
When the deposit of the insulator adheres to the inside of the vacuum container 14 by the plasma treatment, a method of suppressing the adherence of the deposit by heating the vacuum container 14 is adopted. Similarly, by heating the electrode 12, it is possible to prevent the deposit of the insulator from adhering to the electrode 12. As a result, since the surface potential of the electrode 12 is always kept at the ground potential, there is also an effect of stabilizing the plasma space potential of the plasma which is in direct contact with this. Normally, the plasma space potential of plasma in contact with multiple surfaces, which are different potentials, is
It is determined based on the potential of the surface, which is the maximum area in contact with plasma. Therefore, the plasma space potential tends to be stabilized by setting the potential of the surface having the largest area among the surfaces in contact with plasma to a stable potential, for example, the ground potential. When plasma is diffused in the plasma diffusion container as shown in the conventional example, the potential of the plasma diffusion container, that is, the ground potential, becomes the reference potential. However, in the structure in which the substrate holding mechanism 17 approaches the discharge container 13 as shown in the present embodiment and is further inserted therein, the plasma space may be changed depending on which of the electrode 12 and the power introduction window 11 is in contact with the plasma. The potential reference is determined. Therefore, the height of the power introduction window 11 is shortened to 100 mm or less, and the relative ratio of the area of the ground potential surface of the electrode 12 in contact with the plasma to the area of the power introduction window 11 in contact with the plasma is increased to increase the surface of the electrode 12. By setting the potential, that is, the ground potential, as the reference potential of the plasma, it is possible to stabilize the plasma space potential in the discharge vessel 13 and at the same time improve the reproducibility of the plasma space potential. Therefore, the electrode 12
It is an effective means to improve the reproducibility of the plasma treatment by preventing the insulator from adhering by heating and keeping the plasma space potential of the plasma used for the plasma treatment constant. Further, when only the diameter of the discharge vessel 13 of the present embodiment is increased to φ300 mm or more, the relative ratio of the area of the ground potential surface of the electrode is further increased, and the above effect can be further enhanced. is there.

【0048】図4に、内径266mmの放電容器13を
用い、放電圧力0.53Paとした場合のアンテナ設置
面でのAr(アルゴン)プラズマのプラズマ密度分布を
示す。図4において、横軸は放電容器13の中心の位置
(中心軸13aの位置)からの距離(mm)を示し、右
端は放電容器13の側壁の位置13bとなる。電極12
に永久磁石を設置しない場合には、図4の特性25に示
されるように、放電容器の中心近傍のプラズマ密度が高
くなる。これに対して、前述した実施形態のように電極
12に6つの環状の永久磁石16を配置し、放電容器中
心軸側の永久磁石16から外周側永久磁石16へ、順
に、電極12と永久磁石16の間隔を、例えば1mm、
4mm、8mm、14mm、18mm、20mmとする
磁場形成機構を設けた場合には、磁場形成機構によっ
て、特性26に示されるように、放電容器13の中心付
近と側壁近傍の各磁場の強さを均一化することができ
る。こうして、放電容器13の側壁近傍のプラズマ密度
を相対的に増加させることで、放電容器13内のプラズ
マ密度分布を良好とすることができる。
FIG. 4 shows the plasma density distribution of Ar (argon) plasma on the antenna installation surface when the discharge vessel 13 having an inner diameter of 266 mm is used and the discharge pressure is 0.53 Pa. In FIG. 4, the horizontal axis represents the distance (mm) from the center position of the discharge vessel 13 (the position of the center axis 13a), and the right end is the side wall position 13b of the discharge vessel 13. Electrode 12
When the permanent magnet is not installed in, the plasma density in the vicinity of the center of the discharge vessel becomes high as shown by the characteristic 25 in FIG. On the other hand, as in the above-described embodiment, six annular permanent magnets 16 are arranged on the electrode 12, and the electrode 12 and the permanent magnet 16 are sequentially arranged from the permanent magnet 16 on the central axis side of the discharge vessel to the permanent magnet 16 on the outer peripheral side. 16 intervals are, for example, 1 mm,
When a magnetic field forming mechanism of 4 mm, 8 mm, 14 mm, 18 mm, and 20 mm is provided, the magnetic field forming mechanism causes the strength of each magnetic field in the vicinity of the center of the discharge vessel 13 and in the vicinity of the side wall to be as shown in the characteristic 26. It can be made uniform. In this way, by relatively increasing the plasma density near the side wall of the discharge vessel 13, the plasma density distribution in the discharge vessel 13 can be improved.

【0049】図5に、内径266mmの放電容器13を
用い、放電圧力を13Paとした場合のアンテナ設置面
でのArプラズマのプラズマ密度分布を示す。電極12
に永久磁石16を設置しない場合には、特性27に示さ
れるように、放電容器13の中心軸から50mmの位置
近傍のプラズマ密度が高くなり、環状のプラズマが生成
された。これに対して、電極12に6つの環状の永久磁
石16を配置し、放電容器中心軸側の永久磁石から外周
側の永久磁石へ、順に、電極12と永久磁石16の間隔
を14mm、3mm、1mm、8mm、8mm、18m
mとした磁場形成機構を設ける場合、磁場形成機構によ
って、特性28に示すように、放電容器の中心付近から
放電容器の側壁近傍にいたる各磁場の強さを均一化する
ことができる。こうして、これらの領域のプラズマ密度
を相対的に調整することで、放電容器内のプラズマ密度
の均一性を良好にすることができる。
FIG. 5 shows the plasma density distribution of Ar plasma on the antenna installation surface when the discharge vessel 13 having an inner diameter of 266 mm is used and the discharge pressure is 13 Pa. Electrode 12
In the case where the permanent magnet 16 is not installed in, the plasma density in the vicinity of the position 50 mm from the central axis of the discharge vessel 13 was increased and annular plasma was generated, as indicated by the characteristic 27. On the other hand, six annular permanent magnets 16 are arranged on the electrode 12, and the distance between the electrode 12 and the permanent magnet 16 is 14 mm, 3 mm, in this order from the permanent magnet on the central axis side of the discharge vessel to the permanent magnet on the outer peripheral side. 1mm, 8mm, 8mm, 18m
When a magnetic field forming mechanism with m is provided, the magnetic field forming mechanism can uniformize the strength of each magnetic field from the vicinity of the center of the discharge container to the vicinity of the side wall of the discharge container, as indicated by the characteristic 28. By thus adjusting the plasma densities in these regions relatively, the uniformity of the plasma density in the discharge vessel can be improved.

【0050】以上に説明したように、各固定板20に固
定された永久磁石16の配置を、放電容器13の軸方向
にそれぞれ独立に可動な構造とし、永久磁石16と電極
12の距離を変えることにより、放電容器内に形成され
る磁場強度と磁場配置を制御できるようにした。そし
て、放電容器内で形成される磁場を制御することで、放
電容器13内の被処理基板18のプラズマ処理を行う箇
所のプラズマ密度分布の制御が可能となり、放電容器内
で被処理基板の面内のプラズマ処理の均一性を達成でき
る。従って、直径300mm以上の大面積の基板処理に
おけるプラズマの均一性をプラズマ拡散により確保する
ようにした従来のプラズマ処理装置に比べ、本実施形態
による装置では、放電空間を小さくすることができ、装
置全体の占有体積を小さくできる。また、電極12の放
電容器側の表面近傍にのみ磁場22を形成することか
ら、被処理基板18を貫く磁力線は発生せず、被処理基
板18のダメージを抑制できる。
As described above, the permanent magnets 16 fixed to the fixed plates 20 are arranged so that they can move independently in the axial direction of the discharge vessel 13, and the distance between the permanent magnets 16 and the electrodes 12 is changed. This makes it possible to control the magnetic field strength and magnetic field arrangement formed in the discharge vessel. Then, by controlling the magnetic field formed in the discharge container, it becomes possible to control the plasma density distribution in the portion of the discharge container 13 where the plasma processing is performed on the target substrate 18, and the surface of the target substrate in the discharge container is controlled. Uniformity of plasma treatment within can be achieved. Therefore, in the apparatus according to the present embodiment, the discharge space can be reduced, as compared with the conventional plasma processing apparatus in which plasma uniformity is ensured by plasma diffusion in processing a large area substrate having a diameter of 300 mm or more. The overall occupied volume can be reduced. Further, since the magnetic field 22 is formed only in the vicinity of the surface of the electrode 12 on the side of the discharge container, magnetic lines of force penetrating the substrate to be processed 18 are not generated, and damage to the substrate to be processed 18 can be suppressed.

【0051】図6は本発明に係るプラズマ処理装置の第
2実施形態を示し、図2に対応する図である。この実施
形態では、第1実施形態の環状固定板20に類似する環
状の固定板31が複数個同心円状に配置されている。固
定板31は強磁性の部材で作製され、かつ固定板31の
径方向の幅は前記第1実施形態のものに比較して大きく
なるように形成されている。複数の固定板31の各々の
電極12側の面には、直径が異なる2つの環状永久磁石
32a,32bが設けられ、2つの永久磁石32a,3
2bにおける電極12に向かう磁極は異極となるように
設定される。
FIG. 6 shows a second embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention and is a drawing corresponding to FIG. In this embodiment, a plurality of annular fixing plates 31 similar to the annular fixing plate 20 of the first embodiment are arranged concentrically. The fixed plate 31 is made of a ferromagnetic material, and the width of the fixed plate 31 in the radial direction is larger than that of the first embodiment. Two annular permanent magnets 32a, 32b having different diameters are provided on the surface of each of the plurality of fixing plates 31 on the electrode 12 side, and the two permanent magnets 32a, 3b are provided.
The magnetic poles toward the electrode 12 in 2b are set to have different polarities.

【0052】また、複数の固定板31の各々に取り付け
られる環状永久磁石32a,32bに関し、その内側お
よび外側に隣接する環状永久磁石の間において電極側磁
極が異極となるように配置されている。
Further, regarding the annular permanent magnets 32a and 32b attached to each of the plurality of fixing plates 31, the electrode-side magnetic poles are arranged so as to have different polarities between the annular permanent magnets adjacent to the inside and outside thereof. .

【0053】2つの永久磁石32a,32bにおける電
極12と反対側の磁極間に強磁性材の固定板31を設け
るようにしたため、固定板31が磁気回路として作用
し、各永久磁石の電極側磁極から電極13と反対側の磁
極に直接に入る閉じた磁力線を少なくすることができ、
これによって各永久磁石の電極側磁極の間の磁場強度を
第1の実施形態に比較して強くすることができる。この
ため、第1の実施形態に比較して、磁場強度の強い磁場
を放電容器13内に容易に形成できる。
Since the fixed plate 31 made of a ferromagnetic material is provided between the magnetic poles of the two permanent magnets 32a and 32b on the side opposite to the electrode 12, the fixed plate 31 functions as a magnetic circuit and the magnetic poles on the electrode side of each permanent magnet. It is possible to reduce the number of closed magnetic field lines directly entering the magnetic pole on the side opposite to the electrode 13 from
As a result, the magnetic field strength between the electrode-side magnetic poles of each permanent magnet can be increased as compared with the first embodiment. Therefore, as compared with the first embodiment, a magnetic field having a strong magnetic field strength can be easily formed in the discharge vessel 13.

【0054】放電容器の軸方向についての各固定板31
の取付け位置を変更できる構造、永久磁石32a,32
bと電極12との非接触関係、各永久磁石32a,32
bに対応して設けられた水冷管21による冷却構造、永
久磁石32a,32bと電極12の距離を変えることに
より、放電容器13内に形成される磁場強度と磁場配置
を制御できる構造などについては第1の実施形態と同様
であり、前述した同様の効果が得られる。
Each fixing plate 31 in the axial direction of the discharge vessel
That can change the mounting position of the permanent magnets 32a, 32
b, the non-contact relationship between the electrode 12 and the permanent magnets 32a, 32
Regarding the cooling structure by the water cooling pipe 21 provided corresponding to b, the structure in which the magnetic field strength and the magnetic field arrangement formed in the discharge vessel 13 can be controlled by changing the distance between the permanent magnets 32a and 32b and the electrode 12, This is similar to the first embodiment, and the same effect as described above can be obtained.

【0055】図7は本発明に係るプラズマ処理装置の第
3実施形態を示す。この実施形態では、電極12の大気
側に複数の環状の電磁石41が、放電容器13の中心軸
13aを中心とした同心円状に配置されている。そし
て、各電磁石41は断面形状がコ字型の環状ヨーク42
に囲まれ、コ字型ヨーク42の開放部側が電極12に向
かう構造である。この構造により、コ字型ヨーク42の
開放端側で発生する磁場によって、放電容器13の内部
に第1または第2の実施形態と同様の磁場を形成するこ
とが可能である。本実施形態によれば、各電磁石41に
流れる電流を制御することにより、前記実施形態のよう
に機械的に磁場形成機構を移動させることなく、放電容
器内に形成される磁場強度と磁場配置を制御できる。放
電容器13内の磁場の制御により、前述の実施形態と同
様な効果が得られる。また本実施形態においても、第1
実施形態のように、各電磁石と電極との間隔を適宜に調
整することによって放電容器内の磁場の制御を行うこと
ができる。
FIG. 7 shows a third embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention. In this embodiment, a plurality of annular electromagnets 41 are arranged concentrically on the atmosphere side of the electrode 12 with the central axis 13a of the discharge vessel 13 as the center. Each electromagnet 41 has an annular yoke 42 having a U-shaped cross section.
The open side of the U-shaped yoke 42 is surrounded by, and faces the electrode 12. With this structure, a magnetic field generated on the open end side of the U-shaped yoke 42 can form the same magnetic field as that in the first or second embodiment inside the discharge vessel 13. According to the present embodiment, by controlling the current flowing through each electromagnet 41, the magnetic field strength and magnetic field arrangement formed in the discharge vessel can be set without mechanically moving the magnetic field forming mechanism as in the above embodiment. You can control. By controlling the magnetic field in the discharge vessel 13, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained. Also in the present embodiment, the first
As in the embodiment, the magnetic field in the discharge vessel can be controlled by appropriately adjusting the distance between each electromagnet and the electrode.

【0056】以上の実施形態では、一巻のループアンテ
ナを用いた誘導結合型プラズマ源の例を示したが、多重
巻のループアンテナを用いたプラズマ源にも適用するこ
とができる。また上記実施形態では環状永久磁石を用い
たが、1つの環状永久磁石によって放電容器内に形成さ
れる磁場と同様の磁場を、複数の永久磁石を、環状磁石
の要素として、環状に配置で形成することもでき、この
場合にも前述した同様の効果が得られるのはいうまでも
ない。また上記実施形態では、円筒状の電力導入窓を用
いた例を説明したが、矩形または多角形状の筒形を有す
る放電容器に対しても適用することができる。
In the above embodiment, an example of an inductively coupled plasma source using a one-turn loop antenna is shown, but it is also applicable to a plasma source using a multi-turn loop antenna. Further, although the annular permanent magnet is used in the above-described embodiment, a magnetic field similar to the magnetic field formed in the discharge vessel by one annular permanent magnet is formed in an annular arrangement by using a plurality of permanent magnets as elements of the annular magnet. Needless to say, the same effect as described above can be obtained in this case as well. Further, in the above-described embodiment, an example using the cylindrical power introduction window is described, but the present invention can be applied to a discharge container having a rectangular or polygonal tubular shape.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、電極の大気側に所定構造の磁場発生機構を設け
たため、放電容器内に生成されるプラズマの密度分布の
均一性を制御でき、これによって放電容器の口径を大き
くすることで、放電圧力の影響を受けることなく、大口
径の被処理基板を均一に処理できる。これにより、プラ
ズマ拡散容器が不要となり、プラズマ処理装置の小型化
が達成できる。また、放電容器で生成されるプラズマの
密度分布を必要な任意分布に容易に制御することがで
き、基板が大型化しても最適なプラズマ処理速度で基板
にダメージを与えることなく処理できる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, since the magnetic field generating mechanism having a predetermined structure is provided on the atmosphere side of the electrode, the uniformity of the density distribution of the plasma generated in the discharge vessel is controlled. Therefore, by increasing the diameter of the discharge container, it is possible to uniformly process a large-diameter substrate to be processed without being affected by the discharge pressure. As a result, the plasma diffusion container becomes unnecessary, and the size of the plasma processing apparatus can be reduced. In addition, the density distribution of plasma generated in the discharge vessel can be easily controlled to a desired arbitrary distribution, and even if the size of the substrate becomes large, the plasma can be processed at an optimum plasma processing speed without damaging the substrate.

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

【図1】本発明の第1実施形態を示すプラズマ処理装置
の一部を切り欠いた外観斜視図である。
FIG. 1 is an external perspective view in which a part of a plasma processing apparatus showing a first embodiment of the present invention is cut away.

【図2】図1中のC1−C1線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line C1-C1 in FIG.

【図3】磁場形成機構により形成された磁力線における
電子の運動を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing movement of electrons in a magnetic force line formed by a magnetic field forming mechanism.

【図4】本実施形態による放電容器におけるArプラズ
マのプラズマ密度分布の一例を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing an example of a plasma density distribution of Ar plasma in the discharge container according to the present embodiment.

【図5】本実施形態による放電容器におけるArプラズ
マのプラズマ密度分布の他の例を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing another example of the plasma density distribution of Ar plasma in the discharge container according to the present embodiment.

【図6】本発明の第2実施形態を示すプラズマ処理装置
の電極部の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an electrode portion of a plasma processing apparatus showing a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3実施形態を示すプラズマ処理装置
の電極部の断面図である。
FIG. 7 is a sectional view of an electrode portion of a plasma processing apparatus showing a third embodiment of the present invention.

【図8】誘導結合型プラズマを用いたプラズマ処理装置
の一部を切り欠いた外観斜視図である。
FIG. 8 is an external perspective view in which a part of a plasma processing apparatus using inductively coupled plasma is cut away.

【図9】図8中のC2−C2線断面図である。9 is a sectional view taken along line C2-C2 in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 電力導入窓 12 電極 13 放電容器 14 真空容器 15 ヒータ線 16 永久磁石 17 基板保持機構 18 被処理基板 19 環状アンテナ 20 固定板 21 冷却管 22 磁場 31 固定板 32a,32b 永久磁石 41 電磁石 42 ヨーク 11 Power Supply Window 12 Electrode 13 Discharge Vessel 14 Vacuum Vessel 15 Heater Wire 16 Permanent Magnet 17 Substrate Holding Mechanism 18 Target Substrate 19 Annular Antenna 20 Fixing Plate 21 Cooling Tube 22 Magnetic Field 31 Fixing Plate 32a, 32b Permanent Magnet 41 Electromagnet 42 Yoke

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 誘電体で形成された筒状の電力導入窓と
この電力導入窓の一方の端を閉じる電極とからなる放電
容器と、前記放電容器に接続され、放電容器の内部空間
に接近させた基板保持機構を内蔵する真空容器と、前記
放電容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ生成機
構と、前記真空容器の内部を減圧状態に保持する排気機
構と、前記真空容器の内部にガスを導入するガス導入機
構を備えたプラズマ処理装置において、 前記電極の大気側の位置に前記電極に対して非接触状態
でかつ同心円状で配置される複数の環状の永久磁石から
なり、隣り合う前記永久磁石の磁極が互いに異極とな
り、かつ前記電極と前記複数の永久磁石の各々との間隔
を独立に変更できるように構成された磁場発生機構と、 前記電極の表面温度を調整する温度調整機構とを備え、 前記電極を一定電位に保持すると共に、前記磁場発生機
構によって前記放電容器内に磁場を形成したことを特徴
としたプラズマ処理装置。
1. A discharge vessel comprising a cylindrical power introduction window formed of a dielectric material and an electrode closing one end of the power introduction window; and a discharge vessel connected to the discharge vessel, which is close to an internal space of the discharge vessel. A vacuum container having a built-in substrate holding mechanism, a plasma generation mechanism for generating plasma inside the discharge container, an exhaust mechanism for holding the inside of the vacuum container in a depressurized state, and a gas inside the vacuum container. In a plasma processing apparatus having a gas introduction mechanism for introducing, a plurality of annular permanent magnets arranged concentrically in a non-contact state with the electrode at a position on the atmosphere side of the electrode, adjacent permanent A magnetic field generating mechanism configured such that the magnetic poles of the magnets are different from each other and the distance between the electrode and each of the plurality of permanent magnets can be changed independently, and a temperature for adjusting the surface temperature of the electrode. And a settling mechanism holds the electrode at a constant potential, the plasma processing apparatus characterized in that a magnetic field is formed in the discharge vessel by the magnetic field generating mechanism.
【請求項2】 前記電極と前記複数の永久磁石の各々と
の間隔は、前記放電容器内で必要とされる磁場の分布に
応じて設定されることを特徴とする請求項1記載のプラ
ズマ処理装置。
2. The plasma processing according to claim 1, wherein a distance between the electrode and each of the plurality of permanent magnets is set according to a distribution of a magnetic field required in the discharge vessel. apparatus.
【請求項3】 前記複数の永久磁石の各々は、対応する
環状の固定板に支持され、前記固定板の各々は前記放電
容器の軸方向に移動可能な構造によって支持されること
を特徴とする請求項1または2記載のプラズマ処理装
置。
3. Each of the plurality of permanent magnets is supported by a corresponding annular fixing plate, and each of the fixing plates is supported by a structure movable in the axial direction of the discharge vessel. The plasma processing apparatus according to claim 1.
【請求項4】 前記複数の永久磁石の各々は、対応する
冷却手段を備えることを特徴とする請求項1〜3のいず
れか1項に記載のプラズマ処理装置。
4. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein each of the plurality of permanent magnets is provided with a corresponding cooling means.
【請求項5】 前記磁場発生機構は、前記複数の永久磁
石の各々を固定する強磁性材料による磁気回路部を備
え、この磁気回路部を前記固定板として用いることを特
徴とする請求項3項記載のプラズマ処理装置。
5. The magnetic field generating mechanism includes a magnetic circuit part made of a ferromagnetic material for fixing each of the plurality of permanent magnets, and the magnetic circuit part is used as the fixing plate. The plasma processing apparatus described.
【請求項6】 前記磁気回路部は、前記複数の永久磁石
のうち隣り合う2つの永久磁石を備えることを特徴とす
る請求項5記載のプラズマ処理装置。
6. The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the magnetic circuit unit includes two adjacent permanent magnets of the plurality of permanent magnets.
【請求項7】 前記磁場発生機構は、前記永久磁石の代
わりに電磁石によって構成されることを特徴とする請求
項1〜4のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。
7. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the magnetic field generation mechanism is configured by an electromagnet instead of the permanent magnet.
【請求項8】 前記電磁石は、断面がコ字形で前記電極
側が開放された磁気回路部の内部空間に配置されること
を特徴とする請求項7記載のプラズマ処理装置。
8. The plasma processing apparatus according to claim 7, wherein the electromagnet is arranged in an internal space of a magnetic circuit unit having a U-shaped cross section and the electrode side being opened.
【請求項9】 前記環状の永久磁石は複数の永久磁石要
素によってなり、かつ前記複数の永久磁石要素の各々の
磁極が、隣り合う永久磁石要素の磁極と同極となるよう
に環状に配置されることを特徴とする請求項1〜6のい
ずれか1項に記載のプラズマ処理装置。
9. The annular permanent magnet comprises a plurality of permanent magnet elements, and the magnetic poles of the plurality of permanent magnet elements are annularly arranged so as to be the same as the magnetic poles of adjacent permanent magnet elements. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is a plasma processing apparatus.
【請求項10】 前記永久磁石の温度と前記電極の温度
を独立に調整するように構成したことを特徴とする請求
項1〜9のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。
10. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the temperature of the permanent magnet and the temperature of the electrode are independently adjusted.
【請求項11】 前記電力導入窓の形状は円筒形である
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載
のプラズマ処理装置。
11. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the power introduction window has a cylindrical shape.
【請求項12】 前記電力導入窓の形状は角筒形である
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載
のプラズマ処理装置。
12. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the shape of the power introduction window is a rectangular tube shape.
【請求項13】 前記電極と前記永久磁石との間に所定
減圧状態の真空層を設けたことを特徴とする請求項1記
載のプラズマ処理装置。
13. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a vacuum layer in a predetermined reduced pressure state is provided between the electrode and the permanent magnet.
【請求項14】 前記電極と前記永久磁石との間に断熱
層を設けたことを特徴とする請求項1記載のプラズマ処
理装置。
14. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising a heat insulating layer provided between the electrode and the permanent magnet.
【請求項15】 前記電極の前記一定電位は前記真空容
器の電位と同じであることを特徴とする請求項1記載の
プラズマ処理装置。
15. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the constant potential of the electrode is the same as the potential of the vacuum container.
【請求項16】 前記プラズマ発生機構は環状アンテナ
を含み、この環状アンテナは、前記電極および前記真空
容器の各々から等距離の位置に配置されることを特徴と
する請求項15のプラズマ処理装置。
16. The plasma processing apparatus according to claim 15, wherein the plasma generation mechanism includes an annular antenna, and the annular antenna is arranged at a position equidistant from each of the electrode and the vacuum container.
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