KR20110090877A - Plasma processing apparatus - Google Patents

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KR20110090877A
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료지 니시오
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가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
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Abstract

PURPOSE: An apparatus for processing plasma is provided to improve the ignitability of plasma by using an ECR(Electron Cyclotron Resonance) breakdown. CONSTITUTION: A vacuum process room(1) comprises a cover for a vacuum process room, a high frequency induction antenna, and a faraday shield(9). The high frequency induction antenna forms the electrical field of rotation inducement through a high frequency current. The electrical field of rotation inducement rotates right to the induction line of a magnetic field. The high frequency induction antenna is composed to accord the rotation frequency of the electrical field of rotation inducement with an electron cyclotron frequency by the magnetic field.

Description

플라즈마처리장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS} Plasma Processing Equipment {PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 유도 결합형 전자 사이클로트론 공명 플라즈마를 사용한 플라즈마처리장치에 관한 것이다. The present invention relates to a plasma processing apparatus using an inductively coupled electron cyclotron resonance plasma.

반도체 디바이스의 미세화에 대응하여, 플라즈마 프로세스에서는, 웨이퍼면 내에서 균일한 처리결과를 실현할 수 있는 프로세스 조건(프로세스 윈도우)이 해마다 좁아지고 있고, 앞으로의 플라즈마처리장치에는, 보다 완전한 프로세스상태의 제어가 요구되고 있다. 이것을 실현하기 위해서는, 플라즈마의 분포나 프로세스 가스의 해리나 리액터 내의 표면 반응을 아주 고정밀도로 제어할 수 있는 장치가 필요하게 된다.In response to the miniaturization of semiconductor devices, in the plasma process, process conditions (process windows) for realizing uniform processing results in the wafer surface are narrowed year by year, and in the future plasma processing apparatus, more complete process state control is provided. It is required. In order to realize this, an apparatus capable of controlling the distribution of plasma, the dissociation of process gas, and the surface reaction in the reactor with high accuracy is required.

현재, 이들 플라즈마처리장치에 사용되는 대표적인 플라즈마원으로서 고주파유도결합 플라즈마(ICP : Inductively Coupled Plasma : 이하, ICP라 약칭한다)원이 있다. ICP원에서는, 먼저, 고주파 유도 안테나에 흐르는 고주파전류(I)가 안테나의 주위에 유도자장(H)를 발생시키고, 이 유도자장(H)이 유도전장(E)를 형성한다. 이 때, 플라즈마를 발생시키고 싶은 공간에 전자가 존재하면, 그 전자는 유도전장(E)에 의해 구동되고, 가스원자(분자)를 전리하여 이온과 전자의 쌍을 발생시킨다. 이와 같이 하여 발생한 전자는, 원래의 전자와 함께 다시 유도전장(E)에 의해 구동되고, 또한 전리가 생긴다. 최종적으로, 이 전리현상이 설붕(雪崩)적으로 생김으로써 플라즈마가 발생한다. 플라즈마의 밀도가 가장 높아지는 영역은, 플라즈마를 발생시키는 공간 중 유도자장(H)이나 유도전장(E)이 가장 강한 공간, 즉, 안테나에 가장 가까운 공간이다. 또, 이들 유도자장(H)이나 유도전장(E)의 강도는, 고주파 유도 안테나에 흐르는 전류(I)의 선로를 중심으로 하여 거리의 2승으로 감쇠한다는 특성을 가진다. 따라서, 이들 유도자장(H)이나 유도전장(E)의 강도분포, 나아가서는 플라즈마의 분포는, 안테나의 형상에 의해 제어할 수 있다. At present, a typical plasma source used in these plasma processing apparatuses is a high frequency inductively coupled plasma (ICP: Inductively Coupled Plasma: hereinafter abbreviated as ICP) source. In the ICP source, first, the high frequency current I flowing through the high frequency induction antenna generates an induction magnetic field H around the antenna, and the induction magnetic field H forms the induction electric field E. At this time, if electrons exist in the space where plasma is to be generated, the electrons are driven by the induction electric field E, and ionize a gas atom (molecule) to generate a pair of ions and electrons. The electrons generated in this manner are driven by the induction electric field E together with the original electrons, and ionization occurs. Finally, this ionization occurs in the form of sulphate, and plasma is generated. The region where the density of the plasma is highest is the space where the induction magnetic field H or the induced electric field E is strongest, i.e., the space closest to the antenna, among the spaces for generating the plasma. In addition, the intensities of the induction magnetic field H and the induction electric field E have the characteristic of attenuating by the power of the distance centering on the line of the current I flowing through the high frequency induction antenna. Therefore, the intensity distribution of these induction magnetic fields H and the induction electric field E, and also the distribution of plasma can be controlled by the shape of the antenna.

이상과 같이 ICP원은, 고주파 유도 안테나를 흐르는 고주파전류(I)에 의해 플라즈마를 발생시킨다. 일반적으로 고주파 유도 안테나의 턴수(감김수)를 크게 하면, 인덕턴스가 증대하여 전류는 내려가나, 전압은 상승한다. 턴수를 내리면, 반대로 전압은 내려가나 전류가 상승한다. ICP원의 설계에서, 어느 정도의 전류 및 전압이 바람직한 것인지는, 플라즈마의 균일성이나 안정성 및 발생효율 등의 관점뿐만 아니라, 기계·전기 공학적 견지에서의 여러가지 이유에 의해 결정된다. 예를 들면, 전류가 증대하는 것은, 발열의 문제나 그것에 의한 전력손실의 문제, 정합회로에 사용하는 가변 콘덴서의 내전류 특성의 문제가 있다. 한편, 전압이 증대하는 것은, 이상방전이나, 고주파 유도 안테나와 플라즈마 사이의 용량결합의 영향, 가변 콘덴서의 내전압 특성의 문제 등이 있다. 그래서, ICP원의 설계자는, 정합회로에 사용하는 가변 콘덴서 등의 전기소자의 내전류 특성 및 내전압 특성이나, 고주파 유도 안테나의 냉각이나 이상방전의 문제 등을 가미하면서, 고주파 유도 안테나의 형상이나 턴수를 결정한다. As described above, the ICP source generates plasma by the high frequency current I flowing through the high frequency induction antenna. In general, when the number of turns (winding number) of the high frequency induction antenna is increased, the inductance increases and the current decreases, but the voltage increases. When the turn is lowered, the voltage is lowered but the current is increased. In the design of the ICP source, how much current and voltage is preferable is determined not only from the viewpoint of the uniformity, stability and generation efficiency of the plasma, but also from various reasons in terms of mechanical and electrical engineering. For example, an increase in current has a problem of heat generation, a problem of power loss due to this, and a problem of the withstand current characteristics of the variable capacitor used in the matching circuit. On the other hand, the increase in voltage includes abnormal discharge, influence of capacitive coupling between the high frequency induction antenna and the plasma, and problems with the withstand voltage characteristics of the variable capacitor. Therefore, the designer of the ICP source has the shape and the number of turns of the high frequency induction antenna while taking into account the current resistance and withstand voltage characteristics of the electric element such as the variable capacitor used in the matching circuit, cooling of the high frequency induction antenna or problems of abnormal discharge. Determine.

이와 같은 ICP원은, 고주파 유도 안테나의 감는 방법이나 형상에 의해 안테나가 만드는 유도자장(H)이나 유도전장(E)의 강도분포, 즉 플라즈마의 분포를 제어할 수 있다는 이점이 있다. 이것에 의거하여, ICP원에서는 여러가지 연구가 진행되어 왔다.Such an ICP source has the advantage of controlling the intensity distribution of the induction magnetic field H or the induction electric field E generated by the antenna, that is, the distribution of plasma, by the winding method or the shape of the high frequency induction antenna. Based on this, various studies have been conducted in ICP.

이 실용예로서, ICP원을 이용하여 기판 전극상의 기판을 처리하는 플라즈마처리장치가 있다. 이 플라즈마처리장치에 관하여, 고주파 유도 안테나를, 일부 또는 전부를 다중 소용돌이형의 안테나로 구성하여, 더욱 균일한 플라즈마를 얻음과 함께, 고주파 유도 안테나용 매칭회로의 매칭용 병렬 코일에 의한 전력효율의 저하를 작게 하고, 온도 상승을 작게 하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).As a practical example, there is a plasma processing apparatus which processes a substrate on a substrate electrode using an ICP source. In this plasma processing apparatus, a high frequency induction antenna is constituted by a part or all of a multi-vortex antenna to obtain a more uniform plasma and power efficiency by matching parallel coils of a matching circuit for a high frequency induction antenna. It is proposed to reduce the decrease and to decrease the temperature rise (for example, refer to Patent Document 1).

또, 완전히 동일한 복수의 고주파 유도 안테나를, 일정각도마다 병렬하여 설치하는 구조가 제안되어 있다. 예를 들면, 3계통의 고주파 유도 안테나를, 120°피치로 설치함으로써, 둘레방향의 균일성을 향상시키는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 이 고주파 유도 안테나는, 세로로 감기거나, 또는 평면으로 감기거나, 또는 돔을 따라 감겨져 있다. 특허문헌 2와 같이, 완전히 동일한 복수의 안테나 요소를, 회로적으로 병렬로 접속하면, 복수의 안테나 요소로 이루어지는 고주파 유도 안테나의 토탈 인덕턴스가 저감된다는 이점도 있다.In addition, a structure in which a plurality of completely identical high frequency induction antennas are provided in parallel at predetermined angles has been proposed. For example, it is proposed to improve the uniformity in the circumferential direction by providing three systems of high frequency induction antennas at 120 ° pitch (see Patent Document 2, for example). The high frequency induction antenna is wound vertically, wound in a plane, or wound along a dome. As in Patent Literature 2, there is an advantage that the total inductance of the high frequency induction antenna composed of the plurality of antenna elements is reduced by connecting a plurality of antenna elements that are exactly the same in parallel.

또한, 고주파 유도 안테나를, 2개 이상의 동일형상의 안테나 요소를 회로적으로 병렬로 접속하여 구성함과 동시에, 안테나 요소의 중심을 피처리물의 중심과 일치하도록 동심원형상, 또는 방사상으로 배치하고, 각 안테나 요소의 입력단을, 360°를 각 안테나 요소의 수로 나눈 각도 피치로 배치하고, 또한 안테나 요소가 지름방향과 높이방향으로 입체적인 구조를 가지도록 구성하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).In addition, the high frequency induction antenna is constituted by connecting two or more identical antenna elements in parallel in a circuit, and is arranged concentrically or radially so that the center of the antenna element coincides with the center of the workpiece. It is proposed to arrange the input end of the antenna element at an angle pitch obtained by dividing 360 ° by the number of antenna elements, and to configure the antenna element to have a three-dimensional structure in the radial direction and the height direction (for example, Patent Document 3). Reference).

ICP원에 대하여, 전자 사이클로트론 공명(ECR : Electron Cyclotron Resonance ; 이하 ECR이라 약칭한다) 플라즈마원은, 전자에 의한 전자파의 공명흡수를 이용한 플라즈마발생장치로서, 전자에너지의 흡수효율이 높고, 착화성이 우수하고, 고밀도 플라즈마가 얻어진다는 특징이 있다. 현재, 마이크로파(이하, μ파라 한다)(2.45 GHz)나 UHF, VHF대의 전자파를 사용한 것이 고안되어 있다. 방전공간으로의 전자파의 방사는, μ파(2.45 GHz)에서는 도파관 등을 사용한 무전극 방전이, UHF, VHF에서는 전자파를 방사하는 전극과 플라즈마 사이의 용량결합을 사용한 평행 평판형 용량결합 방전이 사용되는 경우가 많다.Regarding an ICP source, an electron cyclotron resonance (ECR) is referred to as an ECR. A plasma source is a plasma generator using resonance absorption of electromagnetic waves by electrons. It is excellent and has the characteristics that a high density plasma is obtained. At present, the use of microwaves (hereinafter referred to as μ waves) (2.45 GHz) and electromagnetic waves in the UHF and VHF bands has been devised. Electromagnetic radiation into the discharge space is electrodeless discharge using a waveguide or the like in μ waves (2.45 GHz), and parallel plate type capacitive coupling discharge using a capacitive coupling between an electrode and a plasma that emits electromagnetic waves in UHF and VHF. There are many cases.

고주파 유도 안테나를 사용하여, ECR 현상을 이용한 플라즈마원도 있다. 이것은, 휘슬러파라고도 불리우는 일종의 ECR 현상에 따르는 파(波)에 의해 플라즈마를 생성하는 것이다. 휘슬러파는 헬리콘파라도고 불리우고, 이것을 이용한 플라즈마원은 헬리콘 플라즈마원이라고도 불리운다. 이 헬리콘 플라즈마원의 구성은, 예를 들면, 원통형상의 진공용기의 측면에 고주파 유도 안테나를 감고, 이것에 비교적 낮은 주파수, 예를 들면 13.56 MHz의 고주파 전력을 인가하고, 또한 자장을 인가한다. 이 때, 고주파 유도 안테나는, 13.56 MHz의 일주기 중 절반주기에서는 우방향으로 회전하는 전자를 생성하고, 나머지의 절반주기에서는 좌방향으로 회전하는 전자를 생성한다. 이 2종류의 전자 중, 우방향의 전자와 자장의 상호작용으로 ECR 현상이 생긴다. 단, 이 헬리콘 플라즈마원에서는, ECR 현상이 생기는 시간은 고주파의 절반주기에 한정되는 것, 또, ECR이 발생하는 장소가 분산되어 전자파의 흡수장이 길이 때문에 긴 원통형상의 진공용기가 필요하게 되어 플라즈마의 균일성이 얻어지기 어려운 것, 긴 진공용기에 더하여 플라즈마특성이 계단형상으로 변화되기 때문에 적절한 플라즈마특성(전자온도나 가스의 해리 등)으로 제어하기 어려운 것, 등 몇가지 문제가 있어, 산업용으로는 그다지 적합하지 않다.There is also a plasma source using an ECR phenomenon using a high frequency induction antenna. This is to generate a plasma by waves accompanying a kind of ECR phenomenon, also called Whistler wave. Whistler wave is called a helicon paradox, and the plasma source using this is also called a helicon plasma source. In the configuration of the helicon plasma source, for example, a high frequency induction antenna is wound on the side of a cylindrical vacuum vessel, and a high frequency power of a relatively low frequency, for example, 13.56 MHz is applied thereto and a magnetic field is applied thereto. At this time, the high frequency induction antenna generates electrons rotating in the right direction in one half cycle of 13.56 MHz, and electrons rotating in the left direction in the other half cycle. Among these two kinds of electrons, the ECR phenomenon occurs due to the interaction between the electrons in the right direction and the magnetic field. However, in this helicon plasma source, the time at which the ECR phenomenon occurs is limited to half a period of high frequency, and since the place where the ECR is generated is dispersed and the absorption field of the electromagnetic wave is long, a long cylindrical vacuum vessel is required. There are some problems such as difficulty in obtaining uniformity of the particles, difficult to control by proper plasma characteristics (electron temperature, gas dissociation, etc.) because of the change in plasma characteristics in addition to the long vacuum vessel. Not very suitable

이미, 헬리콘 플라즈마원 특유의 세로로 긴 진공용기가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 5 참조). 그러나, 이 문헌에 기재된 기술에서는, 고주파 유도 안테나는 사용되고 있지 않고, 플라즈마와 용량결합하는 패치전극에 부여하는 전압의 위상을 제어하는 방법으로 헬리콘파를 발생하도록 연구되어 있다. 또한, 상기한 바와 같은 플라즈마분포의 제어성이 불리한 점을 보충하도록, 세로로 긴 진공용기에 따라 헬리콘파의 파장의 함수가 되는 간격을 두고, 2세트 이상의 전극군을 설치하도록 연구되어 있다. 그러나, 유도결합 안테나를 사용하든, 용량결합형 패치전극을 사용하든, 헬리콘파를 사용하는 경우 플라즈마의 제어성이 나쁜 세로로 긴 진공용기로부터는 피할 수 없다. 이것은, 특허문헌 5에 잘 반영되어 있다. 또, 이 세로로 긴 진공용기를 사용하여 플라즈마의 제어성을 향상하려고 하면, 매우 복잡한 전극과 자장의 구성을 가질 필요가 있다는 문제도 있고, 이것도 특허문헌 5에 잘 반영되어 있다.Already, the vertically long vacuum vessel peculiar to a helicon plasma source is proposed (for example, refer patent document 5). However, in the technique described in this document, a high frequency induction antenna is not used, and studies have been made to generate a helicon wave by a method of controlling a phase of a voltage applied to a patch electrode capacitively coupled with plasma. Further, in order to compensate for the disadvantages of the controllability of the plasma distribution as described above, two or more sets of electrode groups have been studied at intervals that are a function of the wavelength of the helicon wave in accordance with the vertically long vacuum vessel. However, whether to use an inductively coupled antenna or a capacitively coupled patch electrode, when using a helicon wave, it cannot be avoided from a vertically long vacuum vessel having poor plasma controllability. This is well reflected by patent document 5. Moreover, when it is going to improve plasma controllability using this vertically long vacuum container, there also exists a problem that it is necessary to have the structure of a very complicated electrode and a magnetic field, and this is also reflected by patent document 5 well.

우방향의 전자를 생성하기 위하여, 회전하는 전장을 만들어내는 방법은 복수있다. 간편한 방법으로서는, 상기 특허문헌 5에 기재된 바와 같은 패치 안테나의 방법이 옛날부터 알려져 있고, 패치형상(원형이나 사각형의 작은 면 형상)의 안테나를 원주상에 n개(예를 들면 4개) 나열하고, 방사하고 싶은 전자파의 주파수를 가지는 전압의 위상을 π/n(예를 들면 π/4)씩 어긋나게 하면서 공급하면, 우원편파(右圓偏波)한 전자파를 방출시킬 수 있다.In order to generate the electrons in the right direction, there are a plurality of methods for generating a rotating electric field. As a simple method, the patch antenna method as described in Patent Document 5 has been known since ancient times, and n (for example, four) antennas of a patch shape (circular or rectangular small surface shape) are arranged on the circumference. When the phase of the voltage having the frequency of the electromagnetic wave to be radiated is shifted by π / n (for example, π / 4), the right-side polarized electromagnetic wave can be emitted.

먼저, 우회전의 전장을 적극적으로 생성하는 방법에 대하여 설명한다. 적극적인 안테나가 있는 경우, 안테나 주변에는 근접장(near field : 전장과 자장의 양쪽)과 원방장(far field : 전자파)이 형성된다. 어떠한 장이 강하게 생성될지 약하게 생성될지는, 안테나의 설계와 사용법에 따라 다르다. 이 때, 플라즈마와 안테나를 용량결합시키면, 플라즈마에 대한 전력수송의 주과정은 전장(근접장)이 된다. 또, 플라즈마와 안테나를 유도결합시키면, 플라즈마에 대한 전력수송의 주과정은 자장(근접장)이 된다. 적극적으로 용량결합도 유도결합도 시키지 않은 경우, 플라즈마에 대한 전력수송의 주과정은 원방장(遠方長) 이용이 된다. 이하, 전자파방사, 전장, 자장에 의한 우회전 전장의 생성방법에 대하여 설명한다.First, the method of actively generating the electric field of the right turn will be described. In the case of an active antenna, near fields (both electric and magnetic fields) and far fields (electromagnetic fields) are formed around the antenna. Which field is generated strongly or weakly depends on the design and usage of the antenna. At this time, when the plasma and the antenna are capacitively coupled, the main process of power transport for the plasma becomes the electric field (near field). In addition, when the plasma and the antenna are inductively coupled, the main process of power transmission to the plasma becomes a magnetic field (near field). If neither capacitive coupling nor inductive coupling is active, the main process of power transport to the plasma is far-field use. Hereinafter, a method for generating a right turn electric field by electromagnetic radiation, an electric field, and a magnetic field will be described.

(1) 전자파 방사(far field : 원방장)(1) Electromagnetic radiation (far field)

원방장이란 먼쪽으로 전파하는 전자파의 것이다. 이 방법에서는, 적극적으로 우원편파한 전자장을 플라즈마의 생성공간으로 방출하는 경우와, 적극적으로 우원편파시키지 않으나 전자파에 포함되는 우원편파 성분을 이용하는 경우로 나뉘어진다. 상기한 패치 안테나를 n개 나열하는 방법은 전자이며, 종래의 μ파를 사용한 무전극 ECR 방전은 후자의 예이다. 플라즈마와 안테나는 근접장이 방해를 하지 않도록 적극적으로는 결합시키지 않는다. 단지 방사한 전자파를 플라즈마에 입사하고 있을 뿐이다. 패치 안테나 또는 다이폴 안테나(특허문헌 4 참조 : 단, 이 기술은, 적극적으로 전자장을 우회전시키고 있는 것은 아니다) 등의 안테나 전반을 사용할 수 있는 것이 알려져 있다. 즉, 이 방법에서는, 하기 (A), (B), (C)를 말할 수 있다.The far-field leader is the electromagnetic wave propagating to the far side. This method is divided into a case in which the positively polarized electromagnetic field is emitted into a plasma generating space and a case in which a right polarization component included in the electromagnetic wave is used without being actively polarized. The method of arranging n patch antennas described above is the former, and the conventional electrodeless ECR discharge using a μ wave is the latter example. The plasma and antenna are not actively coupled so that the near field does not interfere. Only the radiated electromagnetic waves are incident on the plasma. It is known that the whole antenna, such as a patch antenna or a dipole antenna (refer patent document 4, but this technique does not actively rotate the electromagnetic field right) can be used. That is, in this method, the following (A), (B) and (C) can be said.

(A) 안테나(전극)에는 전력을 가한다. 전자장의 방사효율을 올리기 위하여, 적극적으로 안테나의 공진을 이용하는 경우가 많다. 공진을 이용하지 않으면 전자파의 방사효율이 나쁘기 때문에 실용으로는 하기 어렵다. 방사한 전자파가 적극적으로 플라즈마를 향하는 것은 아니기(기본적으로 먼쪽으로 전파되기 때문에, 여기저기 여러 곳으로 날아간다) 때문에, 플라즈마에 잘 흡수되지는 않고, 대전력 수송에는 사용하기 어렵다. 대전력 수송에는, 전자파의 전파방향이 한정되는 도파관을 사용하는 것이 많다. 단, 도파관의 크기는 전자파의 파장에 의해 결정되기 때문에, μ파 이하의 주파수에서는 도파관 크기가 너무 커지기 때문에, 도파관을 사용하는 경우는 적다. (A) Apply power to the antenna (electrode). In order to raise the radiation efficiency of an electromagnetic field, resonance of an antenna is actively used in many cases. If resonance is not used, the radiation efficiency of electromagnetic waves is poor, and thus it is difficult to do practically. Since the radiated electromagnetic waves are not actively directed to the plasma (they propagate far away, they fly to various places), they are not absorbed well by the plasma and are difficult to use for high power transportation. In large power transportation, a waveguide in which the propagation direction of electromagnetic waves is limited is often used. However, since the size of the waveguide is determined by the wavelength of the electromagnetic wave, the waveguide size becomes too large at a frequency of μ wave or less, so that a waveguide is rarely used.

(B) 도파관이 아니고, 전극(안테나)을 사용하는 경우에는, 전극에 전력을 인가하는 단자가 있다. 전극을 접지하는 단자는 존재하지 않는 경우와 존재하는 경우로 나뉘어진다. 이것은, 안테나의 공진을 어떻게 발생시킬지로 결정된다. (B) When an electrode (antenna) is used instead of the waveguide, there is a terminal for applying electric power to the electrode. The terminal for grounding the electrode is divided into a case where it does not exist and a case where it exists. This is determined by how to generate resonance of the antenna.

(C) 안테나의 유무에 관계없이, 플라즈마에 방사된 전자장의 침투 한계는 컷오프 밀도(nc)(m-3)로 정하고, 이 경우 전자파는 표피 깊이까지 플라즈마에 침투한다. 표피 깊이는, 200 MHz에서 플라즈마의 저항율을 15Ωm라고 하면 138 mm 이고, 쉬스(수 mm 이하)보다 세로로 길다. 즉, 다음에 설명하는 용량결합의 경우보다 플라즈마 내에 더욱 깊게 침투한다.(C) With or without an antenna, the penetration limit of the electromagnetic field radiated to the plasma is determined by the cutoff density (nc) (m -3 ), in which case the electromagnetic waves penetrate the plasma to the skin depth. The skin depth is 138 mm when the resistivity of the plasma is 15? M at 200 MHz, and is longer than the sheath (several mm or less). That is, it penetrates deeper into the plasma than in the case of the capacitive coupling described below.

전자파의 주파수(f)와 컷오프 밀도(nc)의 관계를 도 30에 나타낸다. μ파 이하의 영역에서는, 컷오프 밀도(nc)는, 산업상에서 사용하는 플라즈마밀도(1015-17 m-3)보다 낮은 것이 일반이다. 즉, μ파 이하의 전자파는, 통상의 플라즈마 중을 자유롭게 전파할 수 없고, 표피 깊이까지 침투한다. 30 shows the relationship between the frequency f of the electromagnetic wave and the cutoff density nc. In the region below the µ wave, the cutoff density nc is generally lower than the plasma density (10 15-17 m −3 ) used in industry. That is, the electromagnetic waves of μ wave or less cannot propagate freely in the ordinary plasma, and penetrate to the skin depth.

(2) 전장(near field : 근접장) (2) near field (near field)

전장을 생성하기 위해서는, 근접장(전장)을 발생하는 적극적인 전극이 필요하고, 패치전극(예를 들면, 특허문헌 5 참조)이나 평행 평판형 전극 등을 사용할 수 있다. 이 경우는, 전장(전극에 발생하는 전압)이 강하지(높지) 않으면 안되기때문에, 전극의 부하는 고임피던스로 할 필요가 있다. 즉, 여기서 사용되는 전극은, 플라즈마와 용량결합하나, 접지된 부품과는 극력 결합하지 않도록 작성된다. 즉, 이 전극의 일부에서도 접지하거나, 콘덴서나 코일을 접속하여 접지시키는 것은 통상 할 수 없다. 전장은, 근접장이기 때문에, 전극과 플라즈마의 위치관계를 연구함으로써, 대전력을 효율적으로 플라즈마에 수송할 수 있으나, 용량결합을 강하게 하기 위하여, 플라즈마에 대하여 충분한 면적(큰 정전용량)이 필요하게 된다. 전극과 플라즈마의 용량결합을 이용하기 때문에, 안테나(전자파 방사하는 전극)뿐만 아니라, 전자파를 방사하는 능력이 약하여도 단순한 전장(근접장)을 발생하는 전극(용량 결합형 평행 평판 플라즈마원의 전극과 동일)에서도 사용할 수 있다. In order to generate an electric field, an active electrode which generates a near field (electric field) is required, and a patch electrode (for example, refer patent document 5), a parallel plate type electrode, etc. can be used. In this case, since the electric field (voltage generated in the electrode) must be strong (high), the load of the electrode needs to be high impedance. In other words, the electrode used here is designed to be capacitively coupled to the plasma, but not to be extremely coupled to the grounded component. In other words, it is not possible to ground a part of this electrode or to ground by connecting a capacitor or a coil. Since the electric field is a near field, by studying the positional relationship between the electrode and the plasma, large power can be efficiently transported to the plasma, but in order to strengthen the capacitive coupling, a sufficient area (large capacitance) is required for the plasma. . Because of the capacitive coupling of the electrode and the plasma, not only an antenna (electrode for emitting electromagnetic waves) but also an electrode for generating a simple electric field (near field) even though its ability to radiate electromagnetic waves is the same (the electrode of a capacitively coupled parallel flat plasma source) Can also be used.

이 방법에서는, 이하의 것을 말할 수 있다.In this method, the following can be said.

(A) 전극에는 전압을 인가한다. 특히 우원편파를 적극적으로 발생시키는 경우는, 전극에는 위상 제어한 전압을 가한다.(A) A voltage is applied to the electrode. In particular, when positively polarized waves are actively generated, a voltage subjected to phase control is applied to the electrode.

(B) 전극에는 전압을 인가하는 단자만이 있고, 그 밖의 단자, 예를 들면 전극을 접지하는 단자는 존재하지 않는다.(B) The electrode has only a terminal for applying a voltage, and no other terminal, for example, a terminal for grounding the electrode, does not exist.

(C) 용량 결합한 전장은, 전자의 집단운동(쉬스)으로 차폐된다. 이 차폐를 방지하기 위해서는, 쉬스의 전장에 수직한 자장을 인가하여 전자의 움직임을 제한 함으로써 가능해진다. 다른 표현에서는, 전자의 움직임을 제한하면, 플라즈마 내에서의 전장의 파장이 연장된다고도 할 수 있다.(C) The capacitively coupled electric field is shielded by the former mass motion (sheath). In order to prevent this shielding, the magnetic field perpendicular to the electric field of the sheath is applied to limit the movement of the electrons. In other words, limiting the movement of the electrons can be said to extend the wavelength of the electric field in the plasma.

(D) 특허문헌 5의 기술에서는, 이하의 의론에 의하여 플라즈마와 용량결합하는 전극을 사용하고 있다고 결론할 수 있다.(D) In the technique of patent document 5, it can be concluded that the electrode which capacitively couples with a plasma is used by the following arguments.

(D-1) 고주파신호로서 전압을 이용하고 있는 것. 이것은 고주파의 에너지가 전압, 즉 전장으로 직접 변환되어 플라즈마에 전송되고 있는 것을 의미한다. 이것은, 전극이 플라즈마와 용량 결합하고 있는 것을 나타낸다. 이와 관련하여 말하면, 유도결합을 이용하는 경우, 고주파로서 전류를 이용하지 않으면 안된다. 유도결합은 유도자장에 의해 행하여지나, 유도자장은 전압이 아니고 고주파 전류에 의해 발생하기 때문이다.(D-1) A voltage is used as a high frequency signal. This means that high frequency energy is directly converted into a voltage, that is, an electric field, and transmitted to the plasma. This indicates that the electrode is capacitively coupled with the plasma. In this regard, when inductive coupling is used, a current must be used as a high frequency. The inductive coupling is performed by the induction magnetic field, but the induction magnetic field is generated by the high frequency current, not the voltage.

(D-2) 전자운동에 의한 차폐현상을 기술하고 있으나, 이것은 전극이 플라즈마와 용량결합하고 있는 것을 의미한다. 이 기술에서 이 차폐를 정자장으로 해소할 수 있다고 하나, 전극이 플라즈마와 용량결합하고 있는 경우만 유효한 수단이다. 왜냐하면, 정자장으로 표피 깊이를 바꾸는 것은 불가능하기 때문이다. 고주파 유도자장은 고주파 유도자장에 의해서만 상쇄할 수 있고, 정자장으로는 해소할 수 없다. 왜냐하면, 자장이란 가산과 감산이 가능한 물리량이나, 정자장(즉 일정값)에 의해 고주파 유도자장(즉 변동값)을 상쇄하는 것은 불가능하다. 플라즈마의 표피 효과 자체, 전자장이 가지는 고주파 자장성분에 의한 차폐효과이고, 표피 효과 자체를 가져오는 것은 플라즈마 내에 발생하는 고주파 유도자장(전류에 의해 인가한 유도자장과 반대의 극성을 가지기 때문에 가산하면 전류에 의해 생긴 유도자장을 상쇄하는 방향으로 작용한다)이다.(D-2) Describes shielding by electron motion, but this means that the electrode is capacitively coupled to the plasma. Although the technique can eliminate this shielding with a static magnetic field, it is an effective means only if the electrodes are capacitively coupled to the plasma. Because it is impossible to change the depth of the epidermis with a static field. The high frequency induction field can only be canceled by the high frequency induction field, and cannot be eliminated by the static field. Because of the magnetic field, it is impossible to offset the high frequency induction magnetic field (ie, fluctuation value) by the physical quantity that can be added and subtracted or by the static magnetic field (that is, the constant value). The skin effect of plasma is shielding effect by the high frequency magnetic field component of the electromagnetic field, and the effect of the skin effect itself is the high frequency induction magnetic field generated in the plasma (because it has the opposite polarity to the induction field applied by current, Acts in a direction to cancel the induced magnetic field generated by

(D-3) 인용문헌 5에 사용되고 있는 전극은, 안테나가 아니라고 기술하고 있다. 이것은, 사용되고 있는 전극이 근접장을 주로 이용하고 있는 것 밖에 안된다. 즉, 유도전장이거나 다음에 설명하는 유도자장의 어느 하나이다.(D-3) The electrode used for the reference document 5 states that it is not an antenna. This is only the electrode used mainly uses the near field. That is, it is either an induced electric field or one of the induction magnetic fields described below.

(D-3-1) 인용문헌 5에서는, 도면에 전자파를 방사하는 효율이 나쁜 소면적의 패치형상 전극을 사용하는 것이 나타나 있다. 이것은, 사용되고 있는 전극이 근접장을 주로 이용하고 있는 것 밖에 안되고, 유도전장이거나 다음에 설명하는 유도자장 중 어느 하나이다. 그러나, 전장의 경우 플라즈마와의 결합을 강하게 하기 위해서는 넓은 면적(큰 정전용량)이 필요하게 되는 것에 대하여, 자장의 경우는 트랜스(유도결합)를 실현하기 위하여 전류를 흘리는 선로를 플라즈마에 평행하게 가늘고 길게 뽑을 필요가 있다. 특허문헌 5에서는, 전극의 형보다, 용량결합하고 있는 것 밖에 안된다. 패치형상 전극을 접지시킨다는 기술도 도면도 없다. (D-3-2)에서 설명하는 바와 같이, 이 패치형상 전극의 크기는 고주파의 파장보다 짧고, 패치형상 전극에 발생하는 전압도 전류도 인가 고주파의 주파수에 따라 변동하나, 순간적으로 보면 전극 전체에 파장의 영향이 없는 똑같은 전압이 발생하고 있고, 또, 똑같은 전류가 유입하고 있게 된다. 패치전극은 근접장으로서 강한 유도전장도 약한 유도자장도 형성하고 있으나, 이 경우 유도전장이 플라즈마와 강하게 용량결합하는 면적을 가지고 있으나, 패치형상 전극이 플라즈마와 강하게 트랜스 결합할 만큼의 선로길이(線路長)을 가지고 있지 않다.(D-3-1) In Reference Document 5, it is shown in the drawings that a patch-shaped electrode having a small area having low efficiency of emitting electromagnetic waves is used. This is only an electrode used mainly using a near field and is either an induction field or one of the induction fields described below. However, in the case of the electric field, a large area (large capacitance) is required in order to strengthen the coupling with the plasma, whereas in the case of the magnetic field, a line through which a current flows in order to realize a transformer (inductive coupling) is thin and parallel to the plasma. You need to pull it long. In patent document 5, only the capacitive coupling is carried out rather than the type of an electrode. There is neither a technique nor a drawing for grounding a patch-shaped electrode. As described in (D-3-2), the size of the patch-shaped electrode is shorter than the wavelength of the high frequency wave, and the voltage and current generated in the patch-shaped electrode also change depending on the frequency of the applied high frequency, The same voltage is generated without the influence of the wavelength, and the same current flows in. Although the patch electrode is a near field, it has a strong induction field and a weak induction field, but in this case, the induction field has an area capacitively coupled with the plasma. However, the length of the line is long enough for the patch electrode to be strongly trans-coupled with the plasma. Don't have

(D-3-2) 13.56 MHz를 사용하는 예를 인용하고 있으나, 13.56 MHz의 파장은 약 22 m 이고, 도면의 패치형상 전극이 이 파장에 대하여 공진하고 있다고는 생각되지 않는다(만약에 공진하고 있으면 전극의 크기는 파장의 1/2이라든가 1/4이라든가의 크기가 필요하고, 예를 들면 특허문헌 4와 같이 적극적으로 공진하는 방법을 사용하지 않고서는, 공진 등이 일어나지 않는다. 또, 안테나가 아니라고 기술하고 있기 때문에도, 이 패치형상 전극은 공진하고 있는 것으로는 되지 않는다). 또, 이와 같은 거대한 전극을 필요로 하는 반도체 디바이스를 형성시키기 위한 소정의 처리를 행하는 플라즈마처리장치는 없다. 이것은, 사용되고 있는 전극이 근접장을 주로 이용하고 있는 것밖에 안된다. 유도전장이거나 다음에 설명하는 유도자장 중 어느 하나. 그러나, 전장의 경우 플라즈마와의 결합을 강하게 하기 위해서는 넓은 면적(큰 정전용량)이 필요하게 되는 것에 대하여, 자장의 경우는 트랜스(유도결합)를 실현하기 위하여 전류를 흘리는 선로를 플라즈마에 평행하고 가늘고 길게 뽑을 필요가 있다. 전극의 형은 패치형상이며 플라즈마와 트랜스결합하기 위한 전류선로는 거의 없다. 즉 이 패치형상 전극은, 용량결합하고 있다고 밖에 안된다.(D-3-2) An example of using 13.56 MHz is cited, but the wavelength of 13.56 MHz is about 22 m, and it is not considered that the patch-shaped electrode in the figure is resonating with this wavelength (if it resonates, If necessary, the size of the electrode needs to be 1/2 or 1/4 of the wavelength, and for example, resonance does not occur without using a method of actively resonating as in Patent Document 4. This patch-shaped electrode does not necessarily resonate even if it is not described. In addition, there is no plasma processing apparatus that performs a predetermined process for forming a semiconductor device that requires such a large electrode. This is only that the electrode used mainly uses the near field. Induction field or any of the following induction fields. However, in the case of the electric field, a large area (large capacitance) is required in order to strengthen the coupling with the plasma, whereas in the case of the magnetic field, a line through which current flows in order to realize a transformer (inductive coupling) is thin and parallel to the plasma. You need to pull it long. The electrode is patch-shaped and there are few current lines for transcoupling with the plasma. In other words, the patch-shaped electrodes are only capacitively coupled.

(D-3-3) 패치형상 전극을 접지시킨다는 기술도 도면도 없다. 따라서, 패치형상 전극을 흐르는 전류는 플라즈마를 거쳐 어스로 유입되게 된다. 즉, 플라즈마가 이 패치형상 전극의 부하이고, 생성하는 플라즈마의 임피던스에 의하여 전류값이 크게 변한다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 유도결합 플라즈마에서는, 기본적으로, 플라즈마와 유도결합하는 선로의 한쪽 끝에 전류를 공급하고, 다른쪽 끝을 접지한다. 이것은, 선로에 흐르는 전류가 주로 직접 접지(어스)로 유입하여, 접지(부하의 저임피던스화)에 의한 대전류를 발생시킨다. 이 대전류로 유도자장을 생성하여, 효율적으로 플라즈마에 전력을 수송할 수 있도록 한 것이다. 물론, 접지단을 어스로부터 분리하여 그곳에 콘덴서를 삽입하는 것은 행하여지나, 전기회로적인 연구에 의하여 대전류를 발생함과 동시에, 그 대전류로 강한 유도자장을 생성하여, 효율적으로 플라즈마에 전력을 수송할 수 있도록 한 것에는 변함은 없다. 즉, 패치형상 전극을 접지시킨다는 기술도 도면도 없는 것은, 이 패치형상 전극이 플라즈마와 주로 용량결합하고 있는 것 밖에 안된다.(D-3-3) There is neither a technique nor a drawing for grounding a patch-shaped electrode. Therefore, the current flowing through the patch-shaped electrode is introduced into the earth through the plasma. That is, the plasma is the load of this patch-shaped electrode, and the current value greatly changes according to the impedance of the plasma to be generated. As is well known, in inductively coupled plasma, basically, current is supplied to one end of the line inductively coupled with the plasma, and the other end is grounded. This causes the current flowing in the line mainly to flow directly into the ground (earth), thereby generating a large current due to ground (low impedance of the load). This high current generates an induction magnetic field so that power can be efficiently transported to the plasma. Of course, the grounding terminal is separated from the earth and a capacitor is inserted therein, but a large current is generated by electrical circuit studies, and a strong induction magnetic field is generated by the large current to efficiently transport power to the plasma. There is no change in what is done. In other words, neither the technique nor the drawing of grounding the patch-shaped electrodes is nothing but the capacitive coupling of the patch-shaped electrodes with the plasma.

피처리체를 플라즈마에 의해 처리하는 반도체 플라즈마처리장치는, 피처리체를 내부에서 처리하기 위해 배기된 반응실과, 반응실 내부에서, 복수의 직선형상 도체로 이루어지는 안테나와, 복수의 직선형상 도체의 한쪽 끝에 접속된 RF 고주파 전원으로 이루어져 있고, 당해 안테나는, 서로 등간격으로 안테나의 중심으로부터 방사상으로 배치된 적어도 3개의 직선형상 도체로 이루어지고, 당해 직선형상 도체의 각각은 한쪽 끝이 접지되고 다른쪽 끝이 상기 RF 고주파 전원에 접속되어 있다. 또 당해 안테나의 직선형상 도체의 표면은 절연처리되어 있다. 이에 의하여, 똑같이 안정되고 또한 고밀도한 플라즈마를 생성하는 유도결합 플라즈마처리장치가 얻어진다. 또한 플라즈마처리장치는, 유도전장과 직교하는 방향으로 자장을 발생시키기 위한 전자석을 구비하고 있고, 외부 자장의 인가에 의해, 인가 RF 전력을 변화시키지 않아도 플라즈마 밀도를 더욱 향상시킬 수 있다. A semiconductor plasma processing apparatus for processing a target object by plasma includes an exhaust chamber for processing the target object inside, an antenna including a plurality of linear conductors inside the reaction chamber, and one end of the plurality of linear conductors. The RF antenna is connected to each other. The antenna includes at least three linear conductors disposed radially from the center of the antenna at equal intervals from each other, and each of the linear conductors has one end grounded and the other end. It is connected to this RF high frequency power supply. The surface of the linear conductor of the antenna is insulated. As a result, an inductively coupled plasma processing apparatus that generates a plasma that is equally stable and has a high density. In addition, the plasma processing apparatus includes an electromagnet for generating a magnetic field in a direction orthogonal to the induction electric field, and by applying an external magnetic field, the plasma density can be further improved without changing the applied RF power.

[특허문헌 1][Patent Document 1]

일본국 특개평8-83696호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-83696

[특허문헌 2][Patent Document 2]

일본국 특개평8-321490호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-321490

[특허문헌 3][Patent Document 3]

일본국 특개2005-303053호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-303053

[특허문헌 4][Patent Document 4]

일본국 특개2000-235900호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-235900

[특허문헌 5][Patent Document 5]

일본국 특허 제3269853호 공보Japanese Patent No. 3269853

[특허문헌 6][Patent Document 6]

일본국 특개평11-135438호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-135438

[특허문헌 7][Patent Document 7]

일본국 특개평11-74098호 공보(미국 특허 제6388382호)Japanese Patent Laid-Open No. 11-74098 (U.S. Patent No. 6388382)

[특허문헌 8][Patent Document 8]

미국 특허 제5811022호U.S. Patent No. 5811022

[특허문헌 9][Patent Document 9]

일본국 특개2006-156530호Japanese Patent Laid-Open No. 2006-156530

[비특허문헌 ][Non-Patent Documents]

L. Sansonnens et al., Plasma Sources Sci. Technol. 15, 2006, pp302L. Sansonnens et al., Plasma Sources Sci. Technol. 15, 2006, pp 302

[비특허문헌 2][Non-Patent Document 2]

J. Hoopwood et al., J.Vac.Sci. Technol., All, 1993, pp147J. Hoopwood et al., J. Vac. Sci. Technol., All, 1993, pp 147

[비특허문헌 3][Non-Patent Document 3]

M. Yamashita et al., Jpn.J.APP1. Phys., 38, 1999, pp4291M. Yamashita et al., Jpn. J. APP 1. Phys., 38, 1999, pp 4291

[비특허문헌 4][Non-Patent Document 4]

K. Suzuki et al., Plasma Source Sci. Technol., 9, 2000, pp199K. Suzuki et al., Plasma Source Sci. Technol., 9, 2000, pp 199

상기 종래의 우회전 전장을 생성하는 기술에 관하여, 유도자장(near field :근접장)을 사용하여 적극적으로 우회전하는 전장을 만들어내는 것은, 종래 이루어져 있지 않다. 더구나, 유도자장으로 만들어낸 적극적으로 우회전하는 유도전장을 사용하여 ECR 현상을 일으키는 기술은 개발되어 있지 않다. 유도자장은 전류에 의해 발생하기 때문에, 전장 이용과는 완전히 반대의 설계가 필요하게 된다. 즉, 유도자장의 이용에서는, 강한 근접장(자장)을 발생하는 적극적인 전극이 필요하고, 전류가 강하지 않으면 안되기 때문에, 전극의 부하는 저임피던스로 할 필요가 있다. 즉, 여기서 사용되는 전극은, 플라즈마와 유도결합(트랜스결합)하나, 적극적으로 접지하거나, 콘덴서나 코일을 접속하여 접지하는 것이 필요하게 된다. 유도자장의 이용은, 근접장이기 때문에, 플라즈마와의 위치관계를 연구함으로써, 대전력을 효율적으로 플라즈마에 수송할 수 있다. 이 방법에서는, 유도결합을 강하게 하기 위하여, 플라즈마와 결합할 만큼의 충분한 선로길이(코일길이)가 필요하게 된다. 이 방법은, 전극과 플라즈마의 유도결합(트랜스결합)을 이용하기 때문에, 안테나(전자파 방사하는 전극)뿐만 아니라, 전자파를 방사할 능력이 약하여도 단순한 자장(근접장)을 발생하는 전극(코일)에서도 사용할 수 있다. 이 방법에 의하면, 이하의 것을 말할 수 있다. With respect to the conventional technique for generating the right turn electric field, it is not conventional to produce an electric field that is actively turned right using a near field (near field). Moreover, no technology has been developed to cause ECR using the positively turning induction field generated by induction. Since the induction magnetic field is generated by the electric current, a design opposite to the use of the electric field is required. That is, in the use of an induction magnetic field, an active electrode which generates a strong near field (magnetic field) is required, and since the current must be strong, the load of the electrode needs to be made low impedance. In other words, the electrode used here is inductively coupled to the plasma (trans coupling), but it is necessary to actively ground it or to ground by connecting a capacitor or a coil. Since the use of the induction field is a near field, by studying the positional relationship with the plasma, large power can be efficiently transported to the plasma. In this method, in order to strengthen the inductive coupling, a sufficient line length (coil length) to be combined with the plasma is required. This method uses an inductive coupling (trans coupling) of an electrode and a plasma, and therefore not only an antenna (electrode radiating electromagnetic waves) but also an electrode (coil) that generates a simple magnetic field (near field) even though its ability to radiate electromagnetic waves is weak. Can be used. According to this method, the following can be said.

(A) 전극에는, 위상 제어한 전류를 가한다.(A) A phase controlled current is applied to the electrode.

(B) 전극에는, 전류를 인가하는 단자가 있고, 또한 전극으로부터 접지부로 적극적으로 대전류를 흘리기 위한 다른 단자가 존재한다. 이 단자는 접지되거나, 콘덴서나 코일을 통하여 접지된다.(B) An electrode has a terminal for applying a current, and another terminal for actively flowing a large current from the electrode to the ground portion exists. This terminal is grounded or grounded through a capacitor or coil.

(C) 유도결합한 전장은, 원방장과 마찬가지로, 표피 효과로 차폐된다. 정자장으로 이 차폐를 방지하는 것은 불가능하다.(C) The inductively coupled electric field is shielded by the epidermal effect as in the far field. It is impossible to prevent this shielding with a static field.

ICP원에서는, 고주파전류(I)가 고주파 유도 안테나를 주회(周回)하는 동안에, 부유용량을 거쳐 플라즈마나 어스로 유입하여 손실을 일으킨다. 이것이 원인이 되어, 유도자장(H)이 둘레방향에서 강약의 분포를 가지고, 결과적으로 둘레방향의 플라즈마의 균일성이 손상되는 현상이 현저해지는 경우가 있다. 이 현상은, 고주파 유도 안테나 주위의 공간의 유전율뿐만 아니라 투자율에도 영향을 받고, 반사파 효과나 표피 깊이 효과 등으로서 나타나 오는 파장 단축현상이다. 이 현상은, 동축 케이블과 같은 통상의 고주파 전송 케이블에서도 발생하는 일반적 현상이나, 고주파 유도 안테나가 플라즈마와 유도결합 또는 용량결합하고 있는 것에서 그 파장 단축효과가 더욱 현저하게 나타난다는 것이다. 또, ICP원 뿐만 아니라, ECR 플라즈마원이나 평행 평판형 용량결합 플라즈마원과 같은 일반적인 플라즈마원에서는, 고주파를 방사하는 안테나나 그 주변의 공간에, 안테나나 진공용기 내부를 향하는 진행파와 되돌아 오는 반사파가 겹쳐 정재파가 발생한다. 이것은, 안테나 끝부나 플라즈마, 또한 고주파가 방사되는 진공용기 내의 많은 부분으로부터 반사파가 돌아 오기 때문이다. 이 정재파도, 파장 단축효과에 크게 관여한다. 이들 상황 하에서는, ICP원의 경우, 가령 RF 전원의 주파수로서 파장이 약 22 m로 긴 13.56 MHz를 사용하고 있어도, 고주파 유도 안테나 길이가 2.5 m 정도를 넘으면, 안테나 루프 내에 파장 단축효과를 따르는 정재파가 발생한다. 따라서, 안테나 루프 내에서의 전류분포가 불균일해져, 플라즈마 밀도 분포가 불균일해진다는 문제가 발생한다.In the ICP source, the high frequency current I flows into the plasma or earth through the stray capacitance while causing the high frequency induction antenna to circulate, causing loss. This causes the phenomenon that the induced magnetic field H has a distribution of strength and weakness in the circumferential direction, and as a result, the phenomenon that the uniformity of the plasma in the circumferential direction is impaired may be remarkable. This phenomenon is influenced by not only the permittivity but also the permeability of the space around the high frequency induction antenna, and is a wavelength shortening phenomenon which appears as a reflection wave effect or a skin depth effect. This phenomenon is a general phenomenon that occurs even in a general high frequency transmission cable such as a coaxial cable, but the wavelength shortening effect is more remarkable when the high frequency induction antenna is inductively coupled or capacitively coupled to the plasma. In addition to the ICP source, in general plasma sources such as an ECR plasma source or a parallel plate capacitively coupled plasma source, traveling waves toward the inside of the antenna or vacuum chamber and returning reflected waves are generated in the antenna or the space surrounding the high frequency radiation. A standing wave is generated by overlapping. This is because the reflected wave is returned from the antenna end, the plasma, and a large portion of the vacuum vessel in which high frequency radiation is emitted. This standing wave is also largely involved in the wavelength shortening effect. Under these circumstances, even in the case of an ICP source, even if the frequency of the RF power source is 13.56 MHz with a long wavelength of about 22 m, when the high frequency induction antenna length exceeds about 2.5 m, standing waves having a wavelength shortening effect in the antenna loop are generated. Occurs. Thus, a problem arises in that the current distribution in the antenna loop becomes nonuniform and the plasma density distribution becomes nonuniform.

ICP원에서, 안테나에 흐르는 고주파전류(I)는, 주기적으로 위상, 즉 흐르는 방향이 역전하고, 이것에 따라, 유도자장(H)[유도전장(E)]의 방향, 즉 전자의 구동방향이 역전된다는 문제가 있다. 즉, 인가하는 고주파의 절반주기마다, 전자는 일단 정지하고, 역방향으로 가속되는 것을 반복한다. 이와 같은 상태에서, 고주파의 어느 절반주기에서 전자에 의한 설붕 현상적 전리가 불충분한 경우, 전자가 일단 정지한 시점에서 충분히 높은 밀도의 플라즈마가 얻어지기 어렵다는 문제가 생긴다. 그 이유는, 전자가 감속되어 일단 정지하는 동안, 플라즈마의 생성효율이 떨어지기 때문이다. 일반적으로, ICP원은, ECR 플라즈마원이나 용량 결합형 평행 평판형 플라즈마원보다 플라즈마의 착화성이 나쁘나, 이것에는 상기와 같은 원인에 의한다. 또한, 고주파의 절반주기마다 플라즈마의 생성효율이 나빠지는 것은, 위상 제어를 하고 있지 않은 유도결합을 사용한 헬리콘 플라즈마원도 동일하다.In the ICP source, the high frequency current I flowing through the antenna periodically reverses the phase, i.e., the direction in which it flows, and accordingly, the direction of the induced magnetic field H (the inductive field E), i.e., the driving direction of the electrons, There is a problem of reversal. That is, for every half period of the high frequency to be applied, the electron stops once and then accelerates in the reverse direction. In such a state, when the sulfonate ionization by electrons is insufficient at any half period of the high frequency, a problem arises that a plasma having a sufficiently high density is difficult to be obtained when the electrons once stopped. This is because the generation efficiency of the plasma decreases while the electrons are decelerated and stopped once. In general, the ICP source has a lower ignition of plasma than an ECR plasma source or a capacitively coupled parallel plate type plasma source, but this is caused by the above causes. In addition, the plasma generation efficiency is deteriorated every half period of the high frequency, as is the case with the helicon plasma source using inductive coupling without phase control.

이상 설명한 바와 같이, ICP원에서는, 플라즈마의 균일성을 향상시키는 연구가 여러가지 보이나, 어느 것이나 연구에 몰두할수록 고주파 유도 안테나의 구조가 복잡해져, 산업용 장치로서는 성립하기 어렵게 된다는 문제가 발생한다. 또, 종래의 기술에서는, 양호한 플라즈마 균일성을 유지하면서 플라즈마의 착화성을 비약적으로 향상시키는 것은, 의도되어 있지 않아, 착화성이 나쁜 것은 해소되어 있지 않다.As described above, in the ICP source, various studies have been made to improve the uniformity of the plasma, but the more complicated the structure of the high frequency induction antenna becomes, the more difficult it is to be established as an industrial device. Moreover, in the prior art, it is not intended to dramatically improve the flammability of the plasma while maintaining good plasma uniformity, and the poor flammability is not solved.

한편, ECR 플라즈마원은, 파장이 짧기 때문에 장치 내에 복잡한 전장분포를 일으키기 쉽고, 균일한 플라즈마를 얻는 것이 어렵다는 문제가 있다.On the other hand, since the ECR plasma source has a short wavelength, it is easy to cause complex electric field distribution in the apparatus, and there is a problem that it is difficult to obtain a uniform plasma.

즉, μ파(2.45 GHz)의 파장은 짧기 때문에, 대구경 ECR 플라즈마원에서는 μ파가 방전공간 내에 여러가지의 고차 전파모드로 전파된다. 이에 의하여, 플라즈마 방전공간 내의 구석구석에서 국소적으로 전장이 집중하고, 그 부분에서 고밀도의 플라즈마가 발생한다. 또, 입사하는 μ파의 고차 전파 모드에 의한 전장분포에, 플라즈마장치 내부에서 반사하여 되돌아오는 μ파가 겹쳐 정재파가 발생하기 때문에, 장치 내의 전장분포는 더 복잡해지기 쉽다. 이상의 2개의 이유에 의하여 일반적으로 대구경에 걸쳐 균일한 플라즈마 특성을 얻는 것은 어렵다. 또한, 일단 이와 같은 복잡한 전장분포가 발생하면, 그 전장분포를 제어하여 프로세스에 양호한 전장분포로 변화시키는 것은 사실상 곤란하다. 왜냐하면, 고차 전파 모드가 발생하지 않도록, 또는, 장치 내로부터 반사하여 되돌아오는 반사파가 복잡한 전장분포를 형성하지 않도록, 장치구조의 변경이 필요해지기 때문이다. 여러가지 방전조건에 최적의 장치구조가, 단일장치 구조인 것은 거의 없다. 또한, μ파(2.45 GHz)로 ECR 방전을 일으키게 하기 위해서는, 875 가우스라는 강한 자장이 필요하게 되고, 이것을 발생시키는 코일이 소비하는 전력이나 요크를 포함한 구조가 매우 커진다는 단점이 있다.That is, because the wavelength of the µ wave (2.45 GHz) is short, the µ wave propagates in various high-order propagation modes in the discharge space in the large-diameter ECR plasma source. As a result, the electric field is concentrated locally in every corner of the plasma discharge space, and a high-density plasma is generated in that portion. In addition, since the standing wave is generated by overlapping the electric field distribution by the high-order propagation mode of the incident mu wave, the reflected wave returned from inside the plasma apparatus, the electric field distribution in the apparatus tends to be more complicated. For the above two reasons, it is generally difficult to obtain uniform plasma characteristics over a large diameter. In addition, once such a complex full length distribution occurs, it is practically difficult to control the full length distribution and change it into a good full length distribution for the process. This is because it is necessary to change the structure of the device so that a higher order propagation mode does not occur or the reflected wave reflected from the device and returned does not form a complex electric field distribution. There is almost no single device structure that is optimal for various discharge conditions. In addition, in order to generate an ECR discharge at μ waves (2.45 GHz), a strong magnetic field of 875 gauss is required, and there is a disadvantage in that the structure including the power and yoke consumed by the coil generating this is very large.

또, 이들 문제 중 자장강도에 관해서는, UHF, VHF에서는 비교적 약한 자장으로 되기 때문에, 문제의 크기는 완화된다. 그러나, 파장이 비교적 긴 UHF, VHF에서도 정재파의 문제는 심각하고, 방전공간 내의 전장분포가 불균일해지고, 발생하는 플라즈마 밀도분포가 평탄하지 않게 되어, 프로세스 균일성에 문제가 생기는 것을 알고 있다. 이것에 관해서는, 현재도 이론적 실험적인 연구가 계속되고 있다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조). In terms of the magnetic field strength among these problems, the magnitude of the problem is alleviated because UHF and VHF become relatively weak magnetic fields. However, even in UHF and VHF with relatively long wavelengths, the standing wave problem is serious, the electric field distribution in the discharge space becomes uneven, the plasma density distribution generated is not flat, and there is a problem in the process uniformity. About this, theoretical experimental research is continued still now (for example, refer nonpatent literature 1).

이상 설명한 바와 같이, 종래의 ICP원에서는, 균일성이 좋은 플라즈마를 발생시키는 것은 검토되어 있으나, 안테나의 구조가 복잡해지지 않을 수 없고, 또, 플라즈마의 착화성이 나쁘다는 문제가 있다. 한편, ECR 플라즈마원은, 착화성이 좋으나, 전자파의 고차 전파 모드나 정재파에 의한 플라즈마 균일성이 나쁘다는 문제가 있다.As described above, in the conventional ICP source, generation of plasma having good uniformity has been examined, but there is a problem that the structure of the antenna must be complicated and the ignition of the plasma is poor. On the other hand, although the ECR plasma source has good ignition property, there is a problem that the plasma uniformity due to the higher-order propagation mode of electromagnetic waves and the standing wave is poor.

본 발명은, 상기 문제를 감안하여 행하여진 것으로, ICP원을 사용한 플라즈마처리장치에서 ECR 방전현상을 이용 가능하게 하는 것이다. 이에 의하여, 안테나 구조를 최소한의 연구로 최적화하여 플라즈마의 균일성을 양호하게 함과 동시에, 플라즈마의 착화성을 비약적으로 개선할 수 있다.The present invention has been made in view of the above problems, and makes it possible to use the ECR discharge phenomenon in a plasma processing apparatus using an ICP source. As a result, the antenna structure can be optimized with a minimum of research to improve the uniformity of the plasma and to significantly improve the ignition of the plasma.

즉, 본 발명은, 대구경의 플라즈마처리장치에서도, 착화성이 좋은 균일한 플라즈마원을 제공하는 것을 목적으로 한다.That is, an object of the present invention is to provide a uniform plasma source having good ignition even in a large diameter plasma processing apparatus.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 플라즈마처리장치는, 시료를 수용할 수 있는 진공처리실을 구성하는 진공용기와, 상기 진공처리실에 처리가스를 도입하는 가스 도입구와, 상기 진공처리실 내에 유도전장을 형성하는 고주파 유도 안테나와, 상기 진공처리실 내에 자장을 형성하는 자장 코일과, 상기 고주파 유도 안테나에 고주파 전류를 공급하는 플라즈마생성용 고주파 전원과, 상기 자장 코일에 전력을 공급하는 전원을 구비하고, 상기 고주파 유도 안테나에 상기 고주파 전원으로부터 고주파 전류를 공급하고, 진공처리실 내에 공급되는 가스를 플라즈마화하여 시료를 플라즈마처리하는 플라즈마처리장치에 있어서, 상기 진공처리실은, 상기 진공용기의 상부에 기밀하게 고정되는 유전체로 이루어지는 진공처리실 덮개와, 상기 고주파 유도 안테나와 상기 진공처리실 덮개 사이에 배치된 패러데이 시일드를 구비하고, 상기 고주파 유도 안테나는, n개(n ≥ 2의 정수)의 고주파 유도 안테나 요소로 분할하고, 당해 분할된 각각의 고주파 유도 안테나 요소를 종렬로 나열하여, 종렬로 배치된 각 고주파 유도 안테나 요소의 세트를 복수 세트 구비하고, 각각의 세트의 각 고주파 유도 안테나의 고주파 유도 안테나 요소에 차례로 λ(고주파 전원의 파장)/n씩 지연시킨 고주파 전류를 일정방향으로 순서대로 지연시켜 흘리고, 상기 자장 코일에 전력을 공급하여 형성한 자장(B)의 자력선방향에 대하여 우방향으로 회전하는 회전유도전장(E)을 상기 고주파 전류에 의해 형성하고, 상기 회전유도전장(E)의 회전 주파수와 상기 자장(B)에 의한 전자 사이클로트론 주파수를 일치시키도록 구성한 것을 특징으로 한다.The plasma processing apparatus according to the present invention for solving the above problems includes a vacuum vessel constituting a vacuum processing chamber capable of accommodating a sample, a gas inlet for introducing a processing gas into the vacuum processing chamber, and an induction electric field in the vacuum processing chamber. A high frequency induction antenna to be formed, a magnetic field coil for forming a magnetic field in the vacuum processing chamber, a high frequency power supply for plasma generation for supplying a high frequency current to the high frequency induction antenna, and a power supply for supplying power to the magnetic field coil, A plasma processing apparatus for supplying a high frequency current from a high frequency power source to a high frequency induction antenna, and plasma treating gas supplied into a vacuum processing chamber to plasma-process a sample, wherein the vacuum processing chamber is hermetically fixed to an upper portion of the vacuum container. A vacuum chamber cover made of a dielectric and the high frequency fluid And a Faraday shield disposed between the antenna and the vacuum chamber cover, wherein the high frequency induction antenna is divided into n high frequency induction antenna elements, each of the divided high frequency induction antenna elements Are arranged in series, and a plurality of sets of each of the high frequency induction antenna elements arranged in a row are provided, and the high frequency induction antenna elements of each high frequency induction antenna of each set are sequentially delayed by λ (wavelength of a high frequency power supply) / n. The high frequency current is formed by delaying the high frequency current in order in a predetermined direction, and rotating the electric field E which rotates in the right direction with respect to the magnetic line direction of the magnetic field B formed by supplying electric power to the magnetic field coil. And configured to match the rotation frequency of the rotation induction field E with the electron cyclotron frequency caused by the magnetic field B. The.

바람직하게는, 상기 시료를 탑재하는 전극과, 상기 전극에 고주파 전력을 인가하는 바이어스용 고주파 전원과, 상기 패러데이 시일드에 고주파 전력을 인가하는 패러데이 시일드용 고주파 전원과, 상기 바이어스용 고주파 전원과 상기 패러데이 시일드용 고주파 전원에 고주파를 공급하는 발신기와, 상기 바이어스용 고주파 전원과 상기 패러데이 시일드용 고주파 전원의 위상차를 제어하는 위상 제어기를 가질 수 있다.Preferably, an electrode on which the sample is mounted, a high frequency power supply for bias applying high frequency power to the electrode, a high frequency power supply for faraday shield applying high frequency power to the faraday shield, the high frequency power supply for bias and the bias And a phase controller for controlling a phase difference between the bias high frequency power supply and the faraday shielded high frequency power supply.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 플라즈마처리장치의 또 다른 태양은, 시료를 수용할 수 있는 진공처리실을 구성하는 진공용기와, 상기 진공처리실에 처리가스를 도입하는 가스 도입구와, 상기 진공처리실 내에 유도전장을 형성하는 고주파 유도 안테나와, 상기 진공처리실 내에 자장을 형성하는 자장 코일과, 상기 고주파 유도 안테나에 고주파전류를 공급하는 플라즈마생성용 고주파 전원과, 상기 자장 코일에 전력을 공급하는 전원을 구비하고, 상기 고주파 유도 안테나에 상기 고주파 전원으로부터 고주파 전류를 공급하고, 진공처리실 내에 공급되는 가스를 플라즈마화하여 시료를 플라즈마처리하는 플라즈마처리장치에 있어서, 상기 진공처리실은, 상기 진공용기의 상부에 기밀하게 고정되는 유전체로 이루어지는 진공처리실 덮개와, 상기고주파 유도 안테나와 상기 진공처리실 사이에 배치된 패러데이 시일드를 구비하고, 상기 고주파 유도 안테나는, n개(n ≥ 2의 정수)의 고주파 유도 안테나 요소로 분할하여, 당해 분할된 각각의 고주파 유도 안테나 요소를 종렬로 나열하고, 종렬로 배치된 각 고주파 유도 안테나 요소의 세트를 복수세트 구비하고, 각각의 세트의 각 고주파 유도 안테나의 고주파 유도 안테나 요소에 차례로 λ(고주파 전원의 파장)/n 씩 지연시킨 고주파 전류를 일정방향으로 순서대로 지연시켜 흘리고, 상기자장 코일에 전력을 공급하여 형성한 자장(B)의 자력선 방향에 대하여 우방향으로 회전하는 회전유도전장(E)을 상기 고주파전류에 의해 형성하고, 상기 회전유도전장(E)의 회전 주파수와 상기 자장(B)에 의한 전자 사이클로트론 주파수를 일치시키 도록 구성함과 동시에, 상기 유도전장(E)과 상기 자장(B)의 사이에 E × B ≠ 0의 관계가 임의의 곳에서 만족되도록, 복수세트(세트수 : m ≥ 1의 자연수)의 고주파 유도 안테나와 자장을 구성하여 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마에 의하여 시료를 플라즈마처리하도록 구성한 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, another aspect of the plasma processing apparatus according to the present invention includes a vacuum container constituting a vacuum processing chamber capable of accommodating a sample, a gas inlet for introducing a processing gas into the vacuum processing chamber, and the vacuum. A high frequency induction antenna for forming an induction electric field in the processing chamber, a magnetic field coil for forming a magnetic field in the vacuum processing chamber, a high frequency power supply for plasma generation for supplying a high frequency current to the high frequency induction antenna, and a power supply for supplying power to the magnetic field coil And a plasma processing apparatus for supplying a high frequency current to the high frequency induction antenna from the high frequency power source, and plasma treating the gas supplied into the vacuum processing chamber to plasma-process the sample. Vacuum chamber cover made of dielectric secured to air And a Faraday shield disposed between the high frequency induction antenna and the vacuum processing chamber, wherein the high frequency induction antenna is divided into n high frequency induction antenna elements, each of which is divided into high frequency induction antenna elements. The induction antenna elements are arranged in a column, and a plurality of sets of each of the high frequency induction antenna elements arranged in a row are provided, and lambda (wavelength of a high frequency power supply) / n is sequentially applied to the high frequency induction antenna elements of each high frequency induction antenna of each set. The delayed high frequency current is sequentially delayed in a predetermined direction to flow, and a rotating induction electric field E rotating in a right direction with respect to the direction of the magnetic field lines of the magnetic field B formed by supplying electric power to the magnetic field coil is applied to the high frequency current. Formed so as to match the rotational frequency of the rotating induction field (E) with the electromagnetic cyclotron frequency caused by the magnetic field (B). At the same time, a plurality of sets of high frequency induction antennas and magnetic fields are provided such that the relationship of E × B ≠ 0 is satisfied at any place between the induction electric field E and the magnetic field B. Is configured to generate plasma, and the sample is plasma-processed by the plasma.

또, 이 플라즈마처리장치에서, 상기 시료를 탑재하는 전극과, 상기 전극에 고주파 전력을 인가하는 바이어스용 고주파 전원과, 상기 패러데이 시일드에 고주파 전력을 인가하는 패러데이 시일드용 고주파 전원과, 상기 바이어스용 고주파 전원과 상기 패러데이 시일드용 고주파 전원에 고주파를 발신하는 발신기와, 상기 바이어스용 고주파 전원과 상기 패러데이 시일드용 고주파 전원과의 위상차를 제어하는 위상 제어기를 가질 수 있다. 이에 의하여, n개의 안테나 요소에 대하여 위상 제어된 n개의 전류출력을 가지는 전원으로부터, 단일의 위상을 가진 전압을 인출하는 것의 전기회로적 곤란함을 회피할 수 있다. 또 파장 단축효과에 의해 패러데이 시일드 전체에 걸쳐 불균일한 전압분포가 발생하는 것을 방지하여, 진공용기 덮개의 내면에 균일한 셀프 바이어스를 인가할 수 있도록 한다. 평행 평판 용량결합형 플라즈마원과 동일한 전극 구성을 하고 있는 패러데이 시일드와 피처리체(W)에 대하여, 전압위상을 제어한 동일 주파수의 고주파 전압을 인가한다는 것은, 플라즈마의 이상확산을 방지하는 등의 효과가 있다.In this plasma processing apparatus, an electrode on which the sample is mounted, a high frequency power supply for bias for applying high frequency power to the electrode, a high frequency power supply for Faraday shield for applying high frequency power to the Faraday shield, and the bias And a phase controller for controlling a phase difference between the high frequency power source for the Faraday shield and the high frequency power source for the Faraday shield, and the phase difference between the high frequency power source for the bias and the high frequency power source for the Faraday shield. This avoids the electrical circuit difficulty of drawing a voltage having a single phase from a power supply having n current outputs phase controlled for n antenna elements. In addition, the nonuniform voltage distribution is prevented from occurring throughout the Faraday shield due to the wavelength shortening effect, so that a uniform self bias can be applied to the inner surface of the vacuum chamber lid. The application of a high frequency voltage of the same frequency to which the voltage phase is controlled is applied to the Faraday shield and the object W having the same electrode configuration as that of the parallel plate capacitively coupled plasma source. It works.

또, 이 플라즈마처리장치에서, 상기 패러데이 시일드는 복수개의 필터를 거쳐 접지되어 있고, 이들 필터를 플라즈마생성용 고주파 파장의 1/4 이하의 간격으로 적절하게 설치함으로써, 상기 패러데이 시일드와 접지전위 사이의 임피던스가, 상기 플라즈마생성용 고주파 전원의 주파수에서 보아 실질적으로 OΩ 이고, 또한, 상기 패러데이 시일드용 고주파 전원의 주파수에서 보면 실질적으로 0Ω이 아니도록 할 수 있다. 이와 같이 구성함으로써, 상기 플라즈마생성용 고주파의 전압이 패러데이 시일드에 발생하지 않도록 할 수 있고, 또한, 상기 패러데이 시일드용 고주파의 전압을 패러데이 시일드에 발생시킬 수 있다. 이에 의하여, 상기 패러데이 시일드의 전압은 패러데이 시일드용 고주파 전원의 출력에 의해 간단하게 제어할 수 있다.In this plasma processing apparatus, the Faraday shield is grounded through a plurality of filters, and the filters are appropriately provided at intervals of 1/4 or less of the high frequency wavelength for plasma generation, so that the Faraday shield and the ground potential are separated. The impedance of? May be substantially 0? As seen at the frequency of the high frequency power supply for plasma generation, and not substantially 0? As seen at the frequency of the Faraday shield high frequency power supply. By such a configuration, it is possible to prevent the voltage of the high frequency for plasma generation from occurring in the Faraday shield, and to generate the voltage of the Faraday shield for the Faraday shield. Thereby, the voltage of the said Faraday shield can be controlled simply by the output of the high frequency power supply for Faraday shield.

또, 이 플라즈마처리장치에서, 상기 패러데이 시일드용 고주파 전원의 주파수와 상기 바이어스용 고주파 전원의 주파수를, 상기 플라즈마생성용 고주파 전원의 주파수보다 낮게 할 수 있다. 패러데이 시일드용 고주파 전원과 바이어스용 고주파 전원의 주파수를 이와 같이 정함으로써, 플라즈마생성용 고주파 전원과 동일주파수를 가지는 불균일한 전압분포가 패러데이 시일드에 발생하는 것을 피하여, 패러데이 시일드 전체에 균일한 전압분포를 일으키게 할 수 있다.In this plasma processing apparatus, the frequency of the Faraday shield high frequency power supply and the bias high frequency power supply can be lower than the frequency of the plasma generation high frequency power supply. By setting the frequencies of the high frequency power supply for the Faraday shield and the high frequency power supply for the bias in this way, the voltage distribution having the same frequency as the high frequency power supply for the plasma generation is avoided in the Faraday shield, and the uniform voltage is applied to the entire Faraday shield. Can cause a distribution.

이 플라즈마처리장치에서, 상기 패러데이 시일드는, 상기 진공처리실 덮개의 전체를 덮는 구조라고 할 수 있다. 패러데이 시일드의 구조를 이와 같이 구성함으로써, 안테나와 플라즈마 사이에 배치된 패러데이 시일드는 안테나와 플라즈마 사이의 용량결합을 차단할 수 있다. 이에 의하여, 절연체 덮개의 국부(안테나 바로 밑)가 스퍼터로 얇아져 사용할 수 없게 되거나, 이 부분에서 이물이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 절연체 덮개가 그 전체에 걸쳐 이온으로 스퍼터되어 절연체 덮개에 이물이 부착하지 않게 되기 때문에, 반도체 웨이퍼 상으로 이물이 낙하하는 것을 방지할 수 있다. In this plasma processing apparatus, the Faraday seal can be said to have a structure covering the whole of the vacuum chamber cover. By constructing the structure of the Faraday shield in this manner, the Faraday shield disposed between the antenna and the plasma can block the capacitive coupling between the antenna and the plasma. As a result, the portion of the insulator cover (just below the antenna) is thinned with a sputterer, making it impossible to use or preventing foreign matter from occurring in this portion. Further, since the insulator cover is sputtered with ions throughout the entire body so that no foreign matter adheres to the insulator cover, foreign matters can be prevented from falling onto the semiconductor wafer.

이 플라즈마처리장치에 의하면, 고주파 유도 안테나와 진공처리실 사이에 배치된 패러데이 시일드를 구비하고 있고, 또한, 그 전압을 패러데이 시일드용 고주파 전원에 의해 제어할 수 있다. 이에 의하여, 플라즈마 착화 시에 패러데이 시일드로부터의 용량결합에 의한 충분히 강하고 균일한 전장을 플라즈마 전체에 부여할 수 있기 때문에, 대구경의 플라즈마처리장치에서도, 착화성이 좋은 균일한 플라즈마원을 제공할 수 있다.According to this plasma processing apparatus, the Faraday shield is provided between the high frequency induction antenna and the vacuum processing chamber, and the voltage can be controlled by the Faraday shield high frequency power supply. As a result, a sufficiently strong and uniform electric field due to capacitive coupling from the Faraday shield can be applied to the entire plasma during plasma ignition, so that even a large-diameter plasma processing apparatus can provide a uniform plasma source having good ignition. have.

또, 이 플라즈마처리장치에서, 상기 패러데이 시일드는, 상기 고주파 유도 안테나의 가까운 쪽에 배치된 제 1 패러데이 시일드와, 상기 진공처리실 덮개의 가까운 쪽에 배치된 제 2 패러데이 시일드로 이루어지는 구조를 가질 수 있다. 고주파 유도 안테나의 근처에 배치된 제 1 패러데이 시일드를 접지함으로써, 고주파 유도 안테나와 플라즈마의 용량결합을 차단할 수 있다. 이 구성에 의하여 진공처리실 덮개의 가까운 쪽에 배치된 제 2 패러데이 시일드에는, 플라즈마생성용 고주파에 의한 고주파 전압은 거의 발생하지 않게 된다. 따라서, 제 2 패러데이 시일드는 슬릿에 의해 고주파 유도 안테나와 플라즈마를 유도결합시킨다는 기능을 유지한 다음에, 플라즈마에 플라즈마생성용 고주파의 불균일한 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있음과 동시에, 진공용기 덮개에 패러데이 시일드용 고주파 전원으로부터의 균일한 고주파 전압을 인가할 수 있다.In this plasma processing apparatus, the Faraday shield may have a structure including a first Faraday shield disposed near the high frequency induction antenna and a second Faraday shield disposed near the vacuum chamber cover. By grounding the first Faraday shield disposed near the high frequency induction antenna, capacitive coupling of the high frequency induction antenna and the plasma can be interrupted. By this structure, the high frequency voltage by the high frequency for plasma generation hardly arises in the 2nd Faraday shield arrange | positioned near the vacuum processing chamber cover. Therefore, the second Faraday shield maintains the function of inductively coupling the high frequency induction antenna and the plasma by the slit, and then prevents the nonuniform voltage of the high frequency for plasma generation from being applied to the plasma, and at the same time, the vacuum vessel cover. A uniform high frequency voltage from the Faraday shield high frequency power supply can be applied.

또, 이 플라즈마처리장치에서, 상기 제 1 패러데이 시일드는, 상기 고주파 유도 안테나 주변에만 배치시킬 수 있다. 고주파 유도 안테나에 가까운 제 1 패러데이 시일드는, 링 형상의 도전체인 것에 의하여 고주파 유도 안테나와 플라즈마 사이의 용량결합을 차단함과 동시에, 다수의 슬릿이 패러데이 시일드에 고주파 유도 안테나의 방향으로 주회 전류가 흐르는 것을 방지하여, 고주파 유도 안테나와 플라즈마를 유도결합시킨다는 패러데이 시일드의 기본적인 기능을 할 수 있다.In this plasma processing apparatus, the first Faraday seal can be arranged only around the high frequency induction antenna. The first Faraday shield close to the high frequency induction antenna blocks the capacitive coupling between the high frequency induction antenna and the plasma by being a ring-shaped conductor, and a large number of slits have a circumferential current in the direction of the high frequency induction antenna to the Faraday shield. By preventing the flow, it can function as a Faraday shield for inductively coupling the high frequency induction antenna and the plasma.

또, 이 플라즈마처리장치에서, 상기 제 2 패러데이 시일드는, 상기 진공처리실 덮개의 전체를 덮는 구조로 할 수 있다. 제 2 패러데이 시일드는, 패러데이 시일드의 기본 기능인 안테나와 플라즈마 사이의 용량결합을 차단하나 유도결합을 저해하지 않는다는 기능에 더하여, 진공용기 덮개에 균일한 고주파 전압을 인가한다는 기능을 가할 수 있다.In this plasma processing apparatus, the second Faraday seal may be configured to cover the entire vacuum chamber cover. The second Faraday shield may apply a function of applying a uniform high frequency voltage to the cover of the vacuum vessel, in addition to blocking the capacitive coupling between the antenna and the plasma, which is a basic function of the Faraday shield, but not inhibiting the inductive coupling.

또, 이 플라즈마처리장치에서, 상기 시료를 탑재하는 전극과, 상기 전극에 고주파 전력을 인가하는 바이어스용 고주파 전원과, 상기 제 2 패러데이 시일드에 고주파 전력을 인가하는 패러데이 시일드용 고주파 전원과, 상기 바이어스용 고주파 전원과 상기 패러데이 시일드용 고주파 전원에 고주파를 공급하는 발신기와, 상기 바이어스용 고주파 전원과 상기 패러데이 시일드용 고주파 전원과의 위상차를 제어하는 위상 제어기를 가질 수 있다. 이 플라즈마처리장치에 의하면, 진공처리실 덮개의 가까운 쪽에 배치된 제 1 패러데이 시일드에 의해, 슬릿에 의해 고주파 유도 안테나와 플라즈마를 유도결합시킴과 동시에, 바이어스용 고주파 전원과의 사이에서 위상 제어된 패러데이 시일드용 고주파 전원이 출력하는 고주파 전압을 진공용기 덮개에 인가시킬 수 있고, 유도결합형 ECR 플라즈마원에서도, 패러데이 시일드를 거쳐 진공용기 덮개에 균일한 고주파 전압을 인가하는 것이 가능해진다.In this plasma processing apparatus, an electrode on which the sample is mounted, a high frequency power supply for bias for applying high frequency power to the electrode, a high frequency power supply for Faraday shield for applying high frequency power to the second Faraday shield, and And a phase controller for controlling a phase difference between the bias high frequency power supply and the Faraday shield high frequency power supply, and the bias high frequency power supply and the Faraday shield high frequency power supply. According to this plasma processing apparatus, the Faraday shield inductively couples the high frequency induction antenna and the plasma by a slit and is phase controlled between the high frequency power supply for bias by the first Faraday shield disposed near the lid of the vacuum chamber. The high frequency voltage output from the shielded high frequency power supply can be applied to the vacuum container cover, and even in an inductively coupled type ECR plasma source, a uniform high frequency voltage can be applied to the vacuum container cover via the Faraday shield.

또, 이 플라즈마처리장치에서, 상기 바이어스용 고주파 전원의 주파수를, 상기 플라즈마생성용 고주파 전원의 주파수보다 낮게 정할 수 있다. 바이어스용 고주파 전원의 주파수를 이와 같이 정함으로써, 플라즈마생성용 고주파 전원과 동일주파수를 가지는 불균일한 전압분포가 패러데이 시일드에 발생하는 것을 피하여, 패러데이 시일드 전체에 균일한 전압분포를 일으키도록 할 수 있다.In this plasma processing apparatus, the frequency of the bias high frequency power supply can be set lower than that of the plasma generation high frequency power supply. By setting the frequency of the bias high frequency power supply in this way, an uneven voltage distribution having the same frequency as that of the plasma generating high frequency power supply can be prevented from being generated in the Faraday shield, so that a uniform voltage distribution can be generated throughout the Faraday shield. have.

또한, 이 플라즈마처리장치에서, 상기 제 1 패러데이 시일드는, 슬릿이 있는 링 형상의 도전체이고, 전체 주위에 걸쳐 접지시킬 수 있다. 이와 같이 고주파 유도 안테나 주변에 배치된 제 1 패러데이 시일드를 접지함으로써, 고주파 유도 안테나와 플라즈마의 용량결합을 차단하나, 제 1 패러데이 시일드와 접지전위 사이의 임피던스가, 상기 플라즈마생성용 고주파 전원의 주파수에서 보아 실질적으로 0Ω으로 할 수 있고, 제 1 패러데이 시일드의 전체에 걸쳐 고주파 전압이 생기지 않도록 할 수 있다. In this plasma processing apparatus, the first Faraday seal is a ring-shaped conductor with a slit and can be grounded over its entire circumference. In this way, by grounding the first Faraday shield disposed around the high frequency induction antenna, the capacitive coupling of the high frequency induction antenna and the plasma is interrupted, but the impedance between the first Faraday shield and the ground potential is higher than that of the high frequency power supply for plasma generation. In terms of frequency, it can be substantially 0 ?, and high frequency voltage can be prevented from occurring throughout the first Faraday shield.

본 발명에 의하면, ICP원을 사용한 플라즈마처리장치에서 ECR 방전현상이 이용 가능하게 된다. 이에 의하여, 안테나 구조를 최소한의 연구로 최적화하여 플라즈마의 균일성을 양호하게 함과 동시에, 플라즈마의 착화성을 비약적으로 개선할 수 있다.According to the present invention, the ECR discharge phenomenon can be used in the plasma processing apparatus using the ICP source. As a result, the antenna structure can be optimized with a minimum of research to improve the uniformity of the plasma and to significantly improve the ignition of the plasma.

즉, 본 발명에 의하면, 대구경의 플라즈마처리장치에서도, 착화성이 좋은 균일한 플라즈마원을 제공할 수 있다.That is, according to the present invention, even in a large diameter plasma processing apparatus, it is possible to provide a uniform plasma source having good ignition.

도 1은 본 발명이 적용되는 플라즈마처리장치의 구성의 개요를 설명하는 종단면도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 고주파 유도 안테나 요소에 대한 급전방법을 설명하는 도,
도 3은 본 발명에서의 고주파 유도 안테나에 공급되는 전류의 위상과 이것에의한 유도전장의 방향의 관계를 설명하는 도,
도 4는 종래의 고주파 유도 안테나에 의해 생성되는 전장강도의 분포를 설명하는 도,
도 5는 본 발명의 고주파 유도 안테나에 의해 생성되는 전장강도의 분포를 설명하는 도,
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 관한 고주파 유도 안테나 요소에 대한 급전방법의 변형예를 설명하는 도,
도 7은 본 발명의 제 6 실시예에 관한 고주파 유도 안테나 요소에 대한 급전방법을 설명하는 도,
도 8은 본 발명의 제 7 실시예에 관한 고주파 유도 안테나 요소에 대한 급전방법을 설명하는 도,
도 9는 본 발명의 제 8 실시예에 관한 고주파 유도 안테나 요소에 대한 급전방법을 설명하는 도,
도 10은 본 발명의 제 9 실시예에 관한 고주파 유도 안테나 요소에 대한 급전방법을 설명하는 도,
도 11은 본 발명의 제 10 실시예에 관한 고주파 유도 안테나 요소에 대한 급전방법을 설명하는 도,
도 12는 본 발명의 제 11 실시예에 관한 고주파 유도 안테나 요소에 대한 급전방법을 설명하는 도,
도 13은 본 발명에 관한 플라즈마처리장치에서의 진공용기의 덮개 형상의 여러가지 변형예를 설명하는 도,
도 14는 본 발명에 관한 플라즈마처리장치에서의 진공용기의 덮개 형상을 중공의 반구체 형상으로 한 예를 설명하는 도,
도 15는 본 발명에 관한 플라즈마처리장치에서의 진공용기의 덮개 형상을 회전하는 사다리꼴의 회전체 형상으로 한 예를 설명하는 도,
도 16은 본 발명에 관한 플라즈마처리장치에서의 진공용기의 덮개 형상을 바닥이 있는 원통형으로 한 예를 설명하는 도,
도 17은 본 발명에서 형성되는 등자장면(ECR면)과 자력선의 관계를 설명하는 도,
도 18은 본 발명에서 진공용기 덮개의 형상에 대응하는 ECR면과 플라즈마생성영역의 관계를 설명하는 도,
도 19는 본 발명의 제 12 실시예에 관한 복수세트의 고주파 유도 안테나 요소에 대한 급전방법을 설명하는 도,
도 20은 본 발명의 제 13 실시예에 관한 복수세트의 고주파 유도 안테나 요소에 대한 급전방법을 설명하는 도,
도 21은 본 발명의 제 14 실시예에 관한 복수세트의 고주파 유도 안테나 요소에 대한 급전방법을 설명하는 도,
도 22는 본 발명의 제 15 실시예에 관한 복수세트의 고주파 유도 안테나 요소에 대한 급전방법을 설명하는 도,
도 23은 본 발명에 관한 플라즈마처리장치에서의 진공용기의 덮개 형상의 여러가지 변형예에 대응한 복수세트의 고주파 유도 안테나 요소의 배치를 설명하는 도,
도 24는 본 발명의 제 16 실시예에 관한 직사각 형상으로 배치한 복수세트의 고주파 유도 안테나 요소에 대한 급전방법을 설명하는 도,
도 25는 본 발명의 제 17 실시예에 관한 직사각 형상으로 배치한 복수세트의 고주파 유도 안테나 요소에 대한 급전방법을 설명하는 도,
도 26은 하나의 안테나 요소 중에서 정재파를 무시할 수 없는 상태일 때, 이 안테나 요소에 발생하는 전압과 전류의 정재파의 분포를 설명하는 도,
도 27은 본 발명의 제 18 실시예에 관한 패러데이 시일드에 바이어스 고주파를 인가하는 방법을 설명하는 도,
도 28은 도 27에 나타내는 패러데이 시일드 내의 복수부분에 필터를 삽입하는 모양을 나타내는 도,
도 29는 본 발명의 제 19 실시예에 관한 패러데이 시일드에 바이어스 고주파를 인가하는 다른 방법을 설명하는 도,
도 30은 전자파의 주파수(f)와 컷오프 밀도(nc)의 관계를 설명하는 도면이다.
1 is a longitudinal cross-sectional view for explaining the outline of a configuration of a plasma processing apparatus to which the present invention is applied;
2 is a diagram for explaining a power feeding method for a high frequency induction antenna element according to a first embodiment of the present invention;
3 is a view for explaining the relationship between the phase of the current supplied to the high frequency induction antenna in the present invention and the direction of the induced electric field thereby;
4 is a diagram illustrating a distribution of electric field strengths generated by a conventional high frequency induction antenna;
5 is a view for explaining the distribution of electric field strength generated by the high frequency induction antenna of the present invention;
6 is a view for explaining a modification of the power feeding method for the high frequency induction antenna element according to the fifth embodiment of the present invention;
7 is a diagram for explaining a power feeding method for a high frequency induction antenna element according to a sixth embodiment of the present invention;
8 is a view for explaining a power feeding method for a high frequency induction antenna element according to a seventh embodiment of the present invention;
9 is a view for explaining a power feeding method for a high frequency induction antenna element according to an eighth embodiment of the present invention;
10 is a diagram for explaining a power feeding method for a high frequency induction antenna element according to a ninth embodiment of the present invention;
11 is a view for explaining a power feeding method for a high frequency induction antenna element according to a tenth embodiment of the present invention;
12 is a view for explaining a power feeding method for a high frequency induction antenna element according to an eleventh embodiment of the present invention;
13 is a view for explaining various modifications of the lid shape of the vacuum vessel in the plasma processing apparatus according to the present invention;
FIG. 14 is a view for explaining an example in which the cover shape of the vacuum container in the plasma processing apparatus according to the present invention is a hollow hemispherical shape;
FIG. 15 is a view for explaining an example in which the lid shape of the vacuum container in the plasma processing apparatus according to the present invention is a trapezoidal rotating body shape;
FIG. 16 is a view for explaining an example in which the lid shape of the vacuum container in the plasma processing apparatus according to the present invention is a bottomed cylinder; FIG.
17 is a view for explaining the relationship between the magnetic field surface (ECR surface) and the magnetic field lines formed in the present invention,
18 is a view for explaining the relationship between the ECR surface and the plasma generation region corresponding to the shape of the vacuum container lid in the present invention;
19 is a diagram for explaining a power feeding method for a plurality of sets of high frequency induction antenna elements according to the twelfth embodiment of the present invention;
20 is a diagram for explaining a power feeding method for a plurality of sets of high frequency induction antenna elements according to the thirteenth embodiment of the present invention;
21 is a diagram for explaining a power feeding method for a plurality of sets of high frequency induction antenna elements according to the fourteenth embodiment of the present invention;
22 is a diagram for explaining a power feeding method for a plurality of sets of high frequency induction antenna elements according to the fifteenth embodiment of the present invention;
23 is a view for explaining the arrangement of a plurality of sets of high frequency induction antenna elements corresponding to various modifications of the lid shape of the vacuum vessel in the plasma processing apparatus according to the present invention;
24 is a view for explaining a power feeding method for a plurality of sets of high frequency induction antenna elements arranged in a rectangular shape according to the sixteenth embodiment of the present invention;
25 is a view for explaining a power feeding method for a plurality of sets of high frequency induction antenna elements arranged in a rectangular shape according to the seventeenth embodiment of the present invention;
FIG. 26 is a diagram for explaining the distribution of standing waves of voltage and current generated in the antenna element when the standing wave cannot be ignored among one antenna element; FIG.
27 is a view for explaining a method for applying a bias high frequency to the Faraday shield according to the eighteenth embodiment of the present invention;
FIG. 28 is a view showing a state in which a filter is inserted into a plurality of portions in the Faraday shield shown in FIG. 27;
29 is a view for explaining another method of applying a bias high frequency to a Faraday shield according to a nineteenth embodiment of the present invention;
It is a figure explaining the relationship between the frequency f of electromagnetic waves, and cutoff density nc.

본 발명에 관한 플라즈마처리장치는, 반도체 디바이스의 제조분야에만 그 사용이 한정되는 것은 아니고, 액정 디스플레이의 제조나, 각종 재료의 성막, 표면처리 등의 플라즈마처리의 각 분야에 적용하는 것이 가능하다. 여기서는, 반도체 디바이스제조용 플라즈마 에칭장치를 예로 들어, 실시예를 나타내기로 한다.The use of the plasma processing apparatus according to the present invention is not limited to the field of manufacturing a semiconductor device, but can be applied to various fields of plasma processing such as the manufacture of liquid crystal displays, the deposition of various materials, the surface treatment, and the like. Here, an embodiment is shown taking a plasma etching apparatus for semiconductor device manufacturing as an example.

도 1을 이용하여, 본 발명이 적용되는 플라즈마처리장치의 구성의 개요를 설명한다. 고주파 유도결합(ICP)형 플라즈마처리장치는, 내부를 진공으로 유지된 진공처리실(1)을 가지는 원통형상의 진공용기(11)와, 고주파에 의해 생긴 전장을 진공처리실 내로 도입하는 절연재로 이루어지는 진공처리실의 덮개(12)와, 진공처리실(1) 내를 진공으로 유지하는 예를 들면 진공펌프에 결합된 진공 배기수단(13)과, 피처리체(반도체 웨이퍼)(W)가 탑재되는 전극(시료대)(14)과, 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 외부와 진공처리실 내와의 사이에서 반송하는 게이트 밸브(21)를 구비한 반송시스템(2)과, 처리가스를 도입하는 가스 도입구(3)와, 반도체 웨이퍼(W)에 바이어스전압을 공급하는 바이어스용 고주파 전원(41)과, 바이어스용 정합기(42)와, 플라즈마생성용 고주파 전원(51)과, 플라즈마생성용 정합기(52)와, 복수의 지연수단[6-2, 6-3(도시 생략), 6-4]과, 진공처리실(1)의 주변부 상에 배치되고, 고주파 유도 안테나(7)를 구성하는 복수로 분할되어 원주상에 종렬 배치된 고주파 유도 안테나 요소[7-1(도시 생략), 7-2, 7-3(도시 생략), 7-4]와, 자장을 인가하기 위한 상자장 코일(81)과 하자장 코일(82)을 구성하는 전자석과, 자장의 분포를 제어하는 자성체로 만들어진 요크(83)와, 상기 고주파 유도 안테나 요소[7-1(도시 생략), 7-2, 7-3(도시 생략), 7-4]가 플라즈마와 용량결합하는 것을 제어하는 패러데이 시일드(9)와, 상기 전자석에 전력을 공급하는 도시를 생략한 자장 코일용 전원을 가지고 구성된다.1, the outline | summary of the structure of the plasma processing apparatus to which this invention is applied is demonstrated. A high frequency inductive coupling (ICP) type plasma processing apparatus includes a vacuum chamber 11 having a vacuum processing chamber 1 having a vacuum inside thereof, and a vacuum processing chamber including an insulating material for introducing electric fields generated by high frequency into the vacuum processing chamber. Of the lid 12, the vacuum evacuation means 13 coupled to, for example, a vacuum pump to hold the inside of the vacuum processing chamber 1 in a vacuum, and an electrode on which the object to be processed (semiconductor wafer) W is mounted (sample stand). 14, a conveying system 2 having a gate valve 21 for conveying a semiconductor wafer W as an object to be processed between the outside and the inside of a vacuum processing chamber, and a gas inlet for introducing a processing gas ( 3), a bias high frequency power supply 41 for supplying a bias voltage to the semiconductor wafer W, a bias matcher 42, a plasma generation high frequency power source 51, and a plasma generation matcher 52 ), A plurality of delay means [6-2, 6-3 (not shown), 6-4], and a vacuum destination. High frequency induction antenna elements 7-1 (not shown) disposed on the periphery of the chamber 1 and arranged in circumference and divided into a plurality of parts forming the high frequency induction antenna 7 [7-1 (not shown), 7-2, 7-3. (Not shown), 7-4], an electromagnet constituting the box coil 81 and the defect coil 82 for applying a magnetic field, a yoke 83 made of a magnetic material controlling the distribution of the magnetic field, Faraday shield 9 for controlling capacitive coupling of the high frequency induction antenna elements 7-1 (not shown), 7-2, 7-3 (not shown), 7-4 with plasma, and the electromagnet It is comprised with the power supply for magnetic field coils not shown in the figure which supplies electric power.

진공용기(11)는, 예를 들면, 표면을 알루마이트처리한 알루미늄제이거나 스테인리스제의 진공용기이고, 전기적으로 접지되어 있다. 또, 표면처리로서 알루마이트뿐만 아니라, 다른 내플라즈마성이 높은 물질(예를 들면 산화이트륨 : Y2O3)을 사용할 수도 있다. 진공처리실(1)에는, 진공 배기수단(13) 및 피처리물인 반도체 웨이퍼(W)를 반입출하기 위한 게이트 밸브(21)를 가지는 반송 시스템(2)을 구비한다. 진공처리실(1) 중에는, 반도체 웨이퍼(W)를 원통형상 진공용기(11)와 동심원상으로 탑재하기 위한 전극(14)이 원통형상 진공용기(11)와 동심원상으로 설치된다. 반송 시스템(2)에 의하여 진공처리실 중으로 반입된 웨이퍼(W)는, 전극(14)상으로 운반되고, 전극(14)상에 유지된다. 전극(14)에는, 플라즈마처리 중에 반도체 웨이퍼(W)에 입사하는 이온의 에너지를 제어할 목적으로, 바이어스용 정합기(42)를 거쳐, 바이어스용 고주파 전원(41)이 접속된다. 에칭 처리용 가스가, 가스 도입구(3)로부터 진공처리실(1) 내로 도입된다.The vacuum vessel 11 is, for example, an aluminum or stainless steel vacuum vessel with anodized surface, and is electrically grounded. As the surface treatment, not only alumite but also other high plasma resistance substances (for example, yttrium oxide: Y 2 O 3 ) can be used. The vacuum processing chamber 1 is provided with the conveying system 2 which has the vacuum exhaust means 13 and the gate valve 21 for carrying in and out of the semiconductor wafer W which is a to-be-processed object. In the vacuum processing chamber 1, an electrode 14 for mounting the semiconductor wafer W concentrically with the cylindrical vacuum container 11 is provided concentrically with the cylindrical vacuum container 11. The wafer W carried into the vacuum processing chamber by the transfer system 2 is transported onto the electrode 14 and held on the electrode 14. A bias high frequency power supply 41 is connected to the electrode 14 via a bias matching device 42 for the purpose of controlling the energy of ions incident on the semiconductor wafer W during the plasma processing. The etching processing gas is introduced into the vacuum processing chamber 1 from the gas introduction port 3.

한편, 반도체 웨이퍼(W)와 대향하는 위치에는, 고주파 유도 안테나 요소[7-1(도시 생략), 7-2, 7-3(도시 생략), 7-4]가, 평판 형상의 석영이나 알루미나 세라믹 등의 절연재료로 이루어지는 진공용기 덮개(12)를 거쳐 대기측에 설치된다. 고주파 유도 안테나 요소(…, 7-2, …, 7-4)는, 그 중심이 반도체 웨이퍼(W)의 중심과 일치하도록 동심원상으로 배치된다. 고주파 유도 안테나 요소(…, 7-2, …, 7-4)는, 도 1에는 명시되어 있지 않으나, 복수의 동일형상을 가지는 안테나 요소로 이루어진다. 복수의 안테나 요소의 급전단(A)은 플라즈마생성용 정합기(52)를 거쳐 플라즈마생성용 고주파 전원(51)에 접속되고, 접지단(B)은 접지전위에, 어느 것이나 완전히 동일하게 접속된다.On the other hand, high frequency induction antenna elements 7-1 (not shown), 7-2, 7-3 (not shown), 7-4] are planar quartz or alumina at positions facing the semiconductor wafer W. It is provided in the air side via the vacuum container cover 12 which consists of insulating materials, such as a ceramic. The high frequency induction antenna elements (..., 7-2, ..., 7-4) are arranged concentrically so that the center thereof coincides with the center of the semiconductor wafer (W). Although the high frequency induction antenna elements (..., 7-2, ..., 7-4) are not specified in Fig. 1, they are composed of antenna elements having a plurality of identical shapes. The power supply terminals A of the plurality of antenna elements are connected to the plasma generation high frequency power supply 51 via the plasma generation matching unit 52, and the ground terminal B is connected to the ground potentials exactly the same. .

고주파 유도 안테나 요소(…, 7-2, …, 7-4)와 플라즈마생성용 정합기(52) 사이에는, 각 고주파 유도 안테나 요소(…, 7-2, …, 7-4)에 흐르는 전류의 위상을 지연시키는 지연수단[6-2, 6-3(도시 생략), 6-4]이 설치된다. Between the high frequency induction antenna elements (..., 7-2, ..., 7-4) and the plasma generating matching unit 52, a current flowing through each of the high frequency induction antenna elements (..., 7-2, ..., 7-4) Delay means 6-2, 6-3 (not shown), 6-4 are provided to delay the phase of the signal.

진공용기 덮개(12)에는, 도시를 생략한 냉각용 냉매유로가 설치되고, 이 냉매유로에, 물, 플루오리네이트, 공기, 질소 등의 유체를 흘림으로써 냉각된다. 안테나, 진공용기(11), 웨이퍼 탑재대(14)도 냉각 및 온도조절의 대상이 된다.The vacuum container lid 12 is provided with a cooling refrigerant path not shown in the drawings, and is cooled by flowing a fluid such as water, fluorinate, air, nitrogen, and the like into the refrigerant passage. The antenna, the vacuum vessel 11, and the wafer mounting table 14 are also subject to cooling and temperature control.

(실시예 1)(Example 1)

도 2를 이용하여, 본 발명에 관한 플라즈마처리장치의 제 1 실시예를 설명한다. 이 실시예에서는, 도 1의 위에서 본 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 고주파 유도 안테나(7)를 하나의 원주상에서 n = 4(n ≥ 2의 정수)개의 고주파 유도 안테나 요소(7-1 ∼ 7-4)로 분할한다. 각각의 고주파 유도 안테나 요소(7-1, 7-2, 7-3, 7-4)의 급전단(A) 또는 접지단(B)은, 시계 회전방향으로 360°/4(360°/n)씩 떨어져 배치되고, 각각의 고주파 유도 안테나 요소(7-1, 7-2, 7-3, 7-4)에 플라즈마생성용 고주파 전원(51)으로부터 플라즈마생성용 정합기(52)를 거쳐, 급전점(53)으로부터 각 급전단(A)을 거쳐 고주파 전류를 공급한다. 이 실시예에서는, 각 고주파 유도 안테나 요소(7-1 ∼ 7-4)는, 각각 동일 원주상의 우방향으로 급전단(A)측으로부터 약 λ/4(λ/n) 떨어져 접지단(B)측이 배치된다. 각 고주파 유도 안테나 요소(7-1 ∼ 7-4)의 길이는 λ/4(λ/n)일 필요는 없으나 발생하고 있는 정재파의 λ/4(λ/n) 이하인 것이 바람직하다. 또, 안테나의 구성에 따라서는, 각 고주파 유도 안테나 요소의 길이는, λ/2 이하이면 된다. 급전점(53)과 고주파 유도 안테나 요소(7-2, 7-3, 7-4)의 급전단(A) 사이에는, 각각 λ/4 지연회로(6-2), λ/2 지연회로(6-3), 3λ/4 지연회로(6-4)가 삽입된다. 이에 의하여, 각 유도 안테나 요소(7-1 ∼ 7-4)에 흐르는 전류(I1, I2, I3, I4)는, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 순서대로 λ/4(λ/n)씩 위상이 지연되게 된다. 전류(I1)로 구동된 플라즈마 중의 전자는, 전류(I2)로 계속해서 구동된다. 또, 전류(I3)로 구동된 플라즈마 중의 전자는, 전류(I4)로 계속해서 구동된다. 2, a first embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 2 (a) seen from above in FIG. 1, n = 4 (an integer of n ≧ 2) high frequency induction antenna elements 7-1 on one circumference. To 7-4). The feed end A or ground end B of each of the high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 is 360 ° / 4 (360 ° / n in the clockwise direction). Are disposed apart from each other, and are fed to each of the high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3, and 7-4 from the plasma generation high frequency power source 51 through the plasma generation matching unit 52, The high frequency current is supplied from the feed point 53 via each feed end A. FIG. In this embodiment, each of the high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4 is about λ / 4 (λ / n) away from the feed end A side in the same circumferential right direction, respectively. ) Side is arranged. The length of each of the high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4 need not be λ / 4 (λ / n), but is preferably equal to or less than λ / 4 (λ / n) of the generated standing wave. In addition, depending on the configuration of the antenna, the length of each high frequency induction antenna element may be λ / 2 or less. Between the feed point 53 and the feed ends A of the high frequency induction antenna elements 7-2, 7-3, and 7-4, the? / 4 delay circuit 6-2 and? / 2 delay circuit ( 6-3), a 3λ / 4 delay circuit 6-4 is inserted. As a result, the currents I 1 , I 2 , I 3 , and I 4 flowing through each of the induction antenna elements 7-1 to 7-4 are sequentially lambda / 4 (lambda) as shown in FIG. The phase is delayed by / n). Electrons in the plasma driven by the current I 1 continue to be driven by the current I 2 . The electrons in the plasma driven by the current I 3 continue to be driven by the current I 4 .

도 3을 이용하여, 도 2에 나타낸 고주파 유도 안테나를 사용한 경우의 플라즈마 중의 전자의 구동형태를 설명한다. 도 3에서, 고주파 유도 안테나 요소(7-1, 7-2, 7-3, 7-4)의 급전단(A)과 접지단(B)의 구성은 도 2와 동일하다. 또, 각 유도 안테나 요소에 흐르는 전류(I1 ~ I4)의 방향은, 모두 급전단(A)에서 접지단(B)을 향한다고 표기하고 있다. 각 고주파 유도 안테나 요소에 흐르는 전류는, 도 2와 마찬가지로, I1 ~ I4의 위상이 각각 90°어긋나 있다. 위상을 90°어긋나게 하고 있는 것은, 고주파 전류의 1주기(360°)를 4개의 고주파 유도 안테나 요소에 배당하기 위하여, 360°/4 = 90°의 관계를 가지고 있다. 여기서 말하는 전류(I) 및 유도전장(E)은 유도자장(H)을 사용하여, 하기 수학식(1) 및 수학식(2)로 나타내는 맥스웰 방정식으로 관련지어진다. 하기 수학식(1) 및 수학식(2)에서, E, H와 I는, 고주파 유도 안테나에 의한 플라즈마의 모든 전계(전장) 및 자계(자장) 및 전류의 벡터이고, μ는 투자율, ε는 유전율이다.3, the driving mode of the electrons in the plasma in the case of using the high frequency induction antenna shown in FIG. 2 will be described. In Fig. 3, the configurations of the feed end A and the ground end B of the high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3, and 7-4 are the same as in Fig. 2. In addition, it is indicated that the directions of currents I 1 to I 4 flowing through each induction antenna element are all directed from the feed end A to the ground end B. FIG. As for the current flowing through each of the high frequency induction antenna elements, the phases of I 1 to I 4 are shifted by 90 degrees, respectively. The phase shift of 90 ° has a relationship of 360 ° / 4 = 90 ° in order to allocate one period (360 °) of high frequency current to four high frequency induction antenna elements. The electric current I and the induction electric field E here are related to the Maxwell's equation shown by following formula (1) and formula (2) using the induction magnetic field (H). In Equations (1) and (2), E, H, and I are vectors of all electric fields (fields) and magnetic fields (magnetic fields) and currents of the plasma by the high frequency induction antenna, μ is the permeability, ε is Permittivity.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

도 3(a)의 우측에는, 전류의 위상관계를 나타내고 있다. 여기에 나타낸 특정 시간(t = t1)에서의 유도전장(E)의, 고주파 유도 안테나에 둘러싸인 영역에서의 방향을, 도 3(a)의 좌측에 점선과 화살표로 나타내고 있다. 이 방향으로부터 알 수 있는 바와 같이, 유도전장(E)의 분포는 안테나가 배치되는 평면, 즉, 안테나가 만들어내는 평면에서 선대칭이 된다. 이 도 3(a)보다 전류의 위상이 90°더 진행하였을 때(t = t2)의 유도전장(E)의 방향을 도 3(b)에 나타낸다. 유도전장(E)의 방향은 90°시계방향으로 회전하고 있다. 이 도 3으로부터, 본 발명에서의 고주파 유도 안테나는, 시간과 함께 우회전, 즉 시계방향으로 회전하는 유도전장(E)을 만들어내는 것을 알 수 있다. 이 우회전하는 유도전장(E) 속에 전자가 존재하는 경우, 전자도 유도전장(E)에 구동되어 우회전한다. 이 경우, 전자의 회전주기는, 고주파전류의 주파수와 일치한다. 단, 공학적 연구에 의하여 고주파전류의 주파수와 다른 회전주기를 가지는 유도전장(E)을 만드는 것은 가능하고, 이 때, 전자는 고주파전류의 주파수가 아니라 유도전장(E)의 회전주기와 동일한 주기로 회전한다. 이와 같이, 통상의 ICP원과 마찬가지로, 본 발명에서도 유도전장(E)으로 전자가 구동된다. 그러나, 고주파 유도 안테나의 전류(I)의 위상과는 관계없이 일정방향(이 도면에서는 우방향)으로 전자를 구동하는 것, 또 이 회전이 정지하는 순간이 없는 것이, 본 발명의 통상의 ICP원이나 헬리콘 플라즈마원과 다른 점이다. The right side of Fig. 3A shows the phase relationship of the currents. The direction in the area | region enclosed by the high frequency induction antenna of the induction electric field E at the specific time (t = t1) shown here is shown by the dotted line and the arrow to the left of FIG. As can be seen from this direction, the distribution of the induction electric field E becomes linearly symmetric in the plane where the antenna is arranged, that is, the plane produced by the antenna. Fig. 3 (b) shows the direction of the induced electric field E when the phase of the current is further advanced by 90 degrees from this Fig. 3 (a). The direction of the induction electric field E is rotated 90 degrees clockwise. 3 shows that the high frequency induction antenna according to the present invention generates an induction electric field E that rotates right with time, that is, rotates clockwise. When electrons exist in the induction electric field E rotating to the right, the electrons are also driven to the induction electric field E and rotate right. In this case, the rotation period of the former coincides with the frequency of the high frequency current. However, it is possible to make an induction electric field (E) having a rotation period different from the frequency of the high frequency current by engineering research, wherein the electrons rotate at the same period as the rotation period of the induction electric field (E), not the frequency of the high frequency current. do. As described above, in the present invention, electrons are driven in the induction electric field E as in the case of a normal ICP source. However, the driving of electrons in a certain direction (right direction in this figure) irrespective of the phase of the current I of the high frequency induction antenna, and there is no moment when the rotation stops, the conventional ICP source of the present invention This is different from helicon plasma sources.

여기서, 본 발명의 고주파 유도 안테나가 플라즈마 중에 어떠한 유도전장(E)를 생성시킬지에 대하여 설명한다. 여기서는 유도전장(E)으로 설명하나, 수학식 (1)이 나타내는 바와 같이, 유도전장(E)과 유도자장(H)은 서로 변환 가능한 물리량이며, 등가이다. 먼저, 도 4는 종래의 ICP원이 만들어내는 유도전장(E)의 분포를 모식적으로 나타내고 있다. 종래의 ICP원에서는, 안테나가 일주하고 있어 원을 그리든, 안테나가 분할되어 있든, 안테나에는 동상의 전류가 흐르기 때문에, 안테나가 만들어내는 유도전장(E)은 둘레방향에서 동일해진다. 즉, 도 4에 나타낸 바와 같이, 안테나 바로 밑에 유도전장(E)의 최대값이 나타나고, 안테나의 중심과 안테나 주위에 대하여 감쇠하는 도너츠 형상의 전장 분포를 만든다. 이 분포는 X-Y 평면에서 중심점(O)에 대한 점대칭이다. 이론상, 안테나의 중심점(O)에서의 유도전장(E)은 E = 0 이다. 이 도너츠형상의 전장분포가, 전류의 방향(반주기)에 따라 우측으로 회전하거나 좌측으로 회전한다. 유도전장(E)의 회전방향이 반전하는 것은, 전류가 제로가 될 때이고, 유도전장(E)은 일단 전 영역에서 E = 0 이 된다. 이와 같은 유도전장(E)은, 이미 유도자장(H)로서 측정되어 있고, 확인되고 있다(예를 들면, 비특허문헌 2 참조). Here, a description will be given of what induced electric field E is generated in the plasma by the high frequency induction antenna of the present invention. Here, the induction electric field E is described, but as shown in Equation (1), the induction electric field E and the induction magnetic field H are physical quantities which can be converted to each other, and are equivalent. First, FIG. 4 schematically shows the distribution of the induced electric field E produced by the conventional ICP source. In the conventional ICP source, since the antenna is circumferential and circles or the antenna is divided, in-phase current flows through the antenna, so the induced electric field E generated by the antenna becomes the same in the circumferential direction. That is, as shown in FIG. 4, the maximum value of the induction electric field E appears directly under the antenna, and the electric field distribution of the donut shape which attenuates with respect to the center of the antenna and the antenna periphery is made. This distribution is point symmetrical about the center point O in the X-Y plane. In theory, the induced electric field E at the center point O of the antenna is E = 0. This donut-shaped electric field distribution rotates to the right or to the left in accordance with the direction (half cycle) of the current. The rotational direction of the induction field E is reversed when the current becomes zero, and the induction field E is once E = 0 in all regions. Such an induction electric field E has already been measured as an induction magnetic field H and confirmed (for example, refer nonpatent literature 2).

다음에, 본 발명의 안테나가 만드는 유도전장(E)을 설명한다. 먼저, 도 3(a)와 동일한 전류상태를 생각할 수 있다. 즉, I4에 양의 피크전류가 흐르고, I2에 역방향의 피크전류가 흐른다. 이것에 대하여, I1과 I3은 작다는 상황이다. 이 경우, 유도전장(E)의 최대값은, I4가 흐르는 안테나 요소(7-4)와 I2가 흐르는 안테나 요소(7-2)의 밑에 나타난다. 또, 전류가 거의 흐르지 않는 안테나 요소(7-1, 7-3)의 밑에는 강한 유도전장(E)은 나타나지 않는다. 이것을 모식적으로 나타낸 것이 도 5이다. 여기서는, X-Y 평면의 축상에 2개의 피크가 나타나는 모양을 나타내었다. 도 5에 분명한 바와 같이, 본 발명의 유도전장(E)은, 안테나 둘레 상에 2개의 큰 피크를 가지고, 또한 X-Y 평면에서 축대칭(이 도면의 경우 Y축 대칭)이다. 그리고, Y축 상에는 완만한 피크를 가지는 분포가 나타난다. 이 완만한 분포의 피크 높이는 낮고, 그 위치는 중심좌표(O)에 나타난다. 즉, 안테나의 중심점(O)에서의 유도전장은 E = 0이 아니다. 이와 같이, 본 발명에 의한 도 2의 구성에서는, 종래의 ICP원이나 헬리콘 플라즈마원과는 전혀 다른 유도전장(E)을 만들어내고, 또한, 그것이 고주파 유도 안테나의 전류(I)의 위상과는 관계없이 일정방향(이 도면에서는 우방향)으로 회전한다. 또, 도 3에서 분명한 바와 같이, 모든 고주파 유도 안테나 요소에 흐르는 전류(I)가 동시에 I = 0이 되는 순간은 없다. 따라서 회전하는 유도전장(E)이 E = 0 이 되는 순간은 존재하지 않는 것도 본 발명의 특징이다.Next, the induction electric field E produced by the antenna of the present invention will be described. First, the same current state as in Fig. 3A can be considered. That is, a positive peak current flows through I 4 , and a reverse peak current flows through I 2 . On the other hand, I 1 and I 3 are small. In this case, the maximum value of the induction electric field E is shown below the antenna element 7-4 through which I 4 flows and the antenna element 7-2 through which I 2 flows. In addition, under the antenna elements 7-1 and 7-3 where almost no current flows, a strong induced electric field E does not appear. 5 schematically illustrates this. Here, two peaks appear on the axis of the XY plane. As apparent from Fig. 5, the induction electric field E of the present invention has two large peaks on the periphery of the antenna and is also axisymmetric in the XY plane (Y-axis symmetry in this figure). Then, a distribution having a gentle peak appears on the Y axis. The peak height of this gentle distribution is low and its position appears in the center coordinate (O). In other words, the induced electric field at the center point O of the antenna is not E = 0. Thus, in the structure of FIG. 2 by this invention, the induction electric field E which is completely different from a conventional ICP source and a helicon plasma source is produced | generated, and it is different from the phase of the current I of a high frequency induction antenna. Regardless, it rotates in a constant direction (the right direction in this figure). 3, there is no instant when the current I flowing through all the high frequency induction antenna elements becomes I = 0 at the same time. Therefore, it is also a feature of the present invention that there is no instant when the rotating induction electric field E becomes E = 0.

본 발명에서는, 이와 같이 국소적인 피크를 가지는 유도전장분포를 생성하나, 이것은 발생시키는 플라즈마의 균일성을 악화시키는 것으로는 되지 않는다. 먼저, 도 5의 X축상의 유도전장분포는, 안테나가 발생하는 유도자장분포에 의해 결정된다. 즉, 동일한 전류가 흐르는 경우, 도 4의 축상의 유도전장분포와 도 5의 축상의 유도전장의 분포는, 중심점(O)을 중심으로 한 2개의 피크를 가지는 대칭인 형태의 유도전장이라는 의미에서 같다. 또한 본 발명의 유도전장은, 안테나에 흐르는 고주파전류와 동일한 주파수로 회전하기 때문에, 고주파전류의 일주기로 평균하면, X-Y 평면에서 중심점(O)에 대한 점대칭인 유도전장분포를 발생하게 된다. 즉, 본 발명에서는, 전혀 다른 유도전장분포를 만들어내나, 종래의 ICP원이 가지는 좋은 특징, 즉, 안테나의 구조로 유도전장분포가 결정되는 것과, 점대칭으로 둘레방향으로 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있다는 특징을 그대로 유지하고 있다.In the present invention, an induction field distribution having such a local peak is generated, but this does not deteriorate the uniformity of the generated plasma. First, the induction field distribution on the X axis of FIG. 5 is determined by the induction field distribution generated by the antenna. That is, when the same current flows, the distribution of the induction field distribution on the axis of FIG. 4 and the induction field on the axis of FIG. 5 is a symmetric induction field having two peaks around the center point O. same. In addition, since the induction electric field of the present invention rotates at the same frequency as the high frequency current flowing through the antenna, when it is averaged in one cycle of the high frequency current, an induction electric field distribution that is point symmetric with respect to the center point O in the X-Y plane is generated. That is, in the present invention, a completely different induction field distribution can be produced, but a good feature of the conventional ICP source, that is, the induction field distribution is determined by the structure of the antenna, and point symmetry can generate a uniform plasma in the circumferential direction. It retains its features.

여기서, 도 1에 나타낸 상하의 자장 코일(81, 82)과 요크(83)를 사용함으로써, 이 유도전장(E)의 회전면에 대하여 수직한 자장성분을 가지는 자장(B)을 인가할 수 있다. 본 발명에서는, 이 자장(B)이 만족되어야 하는 조건은 2개 있다. 첫번째는, 상기한 회전하는 유도전장(E)의 회전방향이, 자장(B)의 자력선의 방향에 대하여 항상 우회전이 되는 자장(B)을 인가하는 것이다. 예를 들면, 도 2의 구성에서는, 지금까지 설명하여 온 바와 같이, 유도전장(E)은 지면에 대하여 시계회전방향, 즉 우회전한다. 이 경우, 자력선의 방향에는, 지면의 표면에서 이면을 향하는 방향의 성분이 필요하다. 이에 의하여 유도전장(E)의 회전방향과 전자의 Larmor 운동의 회전방향이 일치한다. 또, 이 첫번째 조건은, 유도전장(E)의 회전방향과 전자의 Larmor 운동의 회전방향이 일치하는 자장(B)를 인가한다는 표현도 할 수 있다.Here, by using the upper and lower magnetic field coils 81 and 82 and the yoke 83 shown in FIG. 1, the magnetic field B having the magnetic field component perpendicular to the rotational surface of the induction electric field E can be applied. In the present invention, there are two conditions under which this magnetic field B must be satisfied. First, the rotation direction of the rotating induction electric field E is applied with the magnetic field B which always turns right with respect to the direction of the magnetic field lines of the magnetic field B. For example, in the structure of FIG. 2, as demonstrated so far, the induction electric field E rotates clockwise direction, ie, right direction with respect to the ground. In this case, the component of the direction from the surface of the paper surface to the back surface is required for the direction of the magnetic force line. As a result, the rotational direction of the induced electric field E coincides with the rotational direction of the Larmor motion of the former. This first condition can also be expressed as applying a magnetic field B in which the rotational direction of the induced electric field E coincides with the rotational direction of the Larmor motion of the former.

나머지 조건은, 유도전장(E)에 대하여, E × B ≠ 0 이 되는 자장(B)을 인가하는 것이다. 단, 이 E × B ≠ 0 이라는 조건은, 플라즈마를 발생시키고 싶은 공간의 어딘가에서는 필요하나, 플라즈마를 발생시키고 싶은 모든 공간에서 필요한 것은 아니다. 자장을 인가하는 방법은 여러가지 있으나, 국소적으로 복잡한 구조를 가지는 자장을 사용하지 않는 한, 이 "E × B ≠ 0" 이라는 조건은 상기한 첫번째 조건에 포함된다. 이 "E × B ≠ 0" 이라는 조건에 의하여 전자는 자력선을 중심(Guiding Center)으로 하는 Larmor 운동이라 불리우는 회전운동을 행한다. 이 Larmor 운동은, 상기한 회전유도전장에 의한 회전운동이 아니고, 전자 사이클로트론 연동이라 불리우고 있는 것이다. 그 회전주파수는 전자 사이클로트론 주파수(ωc)라 불리우고, 하기 수학식 (3)으로 나타낸다. 하기 수학식 (3)에서, q는 전자의 소전하(素電荷), B는 자장강도, me는 전자의 질량이다. 이 전자 사이클로트론 운동의 특징은, 그 주파수가 자장강도만에 의하여 정해지는 것이다.The remaining condition is to apply a magnetic field B such that E × B ≠ 0 to the induction electric field E. However, this condition E x B? 0 is required somewhere in the space where the plasma is to be generated, but is not necessary in all the spaces where the plasma is to be generated. There are various methods of applying a magnetic field, but this condition "E x B? 0" is included in the first condition described above, unless a magnetic field having a locally complex structure is used. Under the condition of "E x B? 0", the former performs a rotational movement called a Larmor motion with the magnetic force line as the center. This Larmor motion is not called the rotational motion by the rotation induction field described above, and is called electron cyclotron linkage. The rotation frequency is called electron cyclotron frequency (ωc) and is represented by the following equation (3). In the following formula (3), q is a small charge of an electron, B is a magnetic field strength, and me is a mass of an electron. The characteristic of this electronic cyclotron motion is that the frequency is determined only by the magnetic field strength.

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, 회전하는 유도전장(E)의 회전주파수(f)를 이 사이클로트론 주파수(ωc)에, 2πf = ωc 가 되도록 일치시키면, 전자 사이클로트론 공명이 생기고, 고주파 유도 안테나에 흐르는 고주파 전력은, 공명적으로 전자에 흡수되어, 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 단, "유도전장(E)의 회전주파수(f)를 이 사이클로트론 주파수(ωc)에 일치시킨다"라는 조건은, 플라즈마를 발생시키고 싶은 공간의 어딘가에서는 필요하나, 플라즈마를 발생시키고 싶은 모든 공간에서 필요한 것은 아니다. 이 ECR의 발생조건은, 상기한 바와 같이 하기 수학식(4)로 나타낸다.Here, if the rotation frequency f of the rotating induction electric field E is matched with the cyclotron frequency ωc such that 2πf = ωc, electron cyclotron resonance occurs, and the high frequency power flowing through the high frequency induction antenna resonates resonantly. It can be absorbed by the electrons and generate a high density plasma. However, the condition of "matching the rotational frequency f of the induction electric field E with this cyclotron frequency ωc" is necessary somewhere in the space where the plasma is to be generated, but is necessary in all the spaces where the plasma is to be generated. It is not. The conditions for generating this ECR are represented by the following equation (4) as described above.

Figure pat00004
Figure pat00004

또, 여기서 인가하는 자장(B)은 정자장이어도 되고, 변동자장이어도 된다. 단, 변동자장의 경우, 그 변동주파수(fB)가, Larmor 운동의 회전주파수[전자 사이클로트론 주파수(ωc)]의 사이에, 2πfB 《 ωc의 관계를 만족하지 않으면 안된다. 이 관계가 의미하는 것은, 전자 사이클로트론 운동을 하는 전자의 일주기에서 보면, 변동자장의 변화는 충분히 작고, 정자장이라고 간주할 수 있다는 것이다.The magnetic field B applied here may be a static magnetic field or a variable magnetic field. However, in the case of the fluctuating magnetic field, the fluctuation frequency fB must satisfy the relation of 2πfB < ωc between the rotational frequency (electron cyclotron frequency ωc) of the Larmor motion. This relationship means that the change in the fluctuating field is small enough and can be regarded as a static field in the circumferential cycle of electrons carrying out the electron cyclotron motion.

이상에 의하여, 전자 사이클로트론(ECR) 가열이라는 플라즈마 가열방법을 이용하여, 전자의 플라즈마 생성 능력을 비약적으로 올릴 수 있다. 단, 산업상 응용에 있어서, 소망하는 플라즈마 특성을 얻는 것을 생각하면, 안테나 구조를 최적화하여 유도전장(E)의 강도와 그 분포를 제어함과 함께, 상기 자장(B)의 강도분포를 가변 제어함으로써, 필요한 곳에 필요한 만큼 상기 자장(B)이나 주파수의 조건을 만족시키는 공간을 형성하고, 플라즈마 생성과 그 확산을 제어하는 것이 바람직하다. 도 1은, 이것을 고려한 일 실시예이다.By the above, using the plasma heating method called electron cyclotron (ECR) heating, the plasma generation capability of an electron can be raised dramatically. In consideration of obtaining desired plasma characteristics in industrial applications, however, the antenna structure is optimized to control the intensity and distribution of the induced electric field E, and the intensity distribution of the magnetic field B is variably controlled. As a result, it is preferable to form a space that satisfies the conditions of the magnetic field B and the frequency as necessary and control plasma generation and its diffusion. 1 is an embodiment considering this.

또, 본 발명에서 설명한 ICP원에서 ECR 방전을 가능하게 하는 방법은, 사용하는 고주파의 주파수나 자장강도에 의존하지 않고, 항상, 지금까지 설명하여 온 조건을 만족시키면 이용 가능하다. 물론, 공학적인 응용에 관해서는, 발생시키는 플라즈마의 용기를 어떠한 크기로 할지 등의 현실적인 제한에 의하여 사용할 수 있는 주파수나 자장강도에는 제한이 발생한다. 예를 들면, 다음식으로 나타내는 전자의 Larmor 운동의 반경(rL)이, 플라즈마를 가두는 용기보다 큰 경우, 전자는 주회 운동하지 않고 용기벽에 충돌하기 때문에, ECR 현상은 일어나지 않는다. 수학식 (5)에서, ν는, 도 3에 나타낸 전장의 평면에 수평인 방향의 전자의 속도이다.The method for enabling ECR discharge in the ICP source described in the present invention can be used as long as it satisfies the conditions described so far, regardless of the high frequency or magnetic field strength to be used. Of course, with respect to engineering applications, there are limitations on the frequencies and magnetic field strengths that can be used by realistic limitations such as what size of the vessel of the plasma to generate. For example, when the radius rL of the Larmor motion of the electrons represented by the following equation is larger than the container confining the plasma, the ECR phenomenon does not occur because the electrons collide with the container wall without rotating. In Equation (5), v is the velocity of electrons in the direction parallel to the plane of the electric field shown in FIG.

Figure pat00005
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이 경우, 당연, 사용하는 고주파의 주파수를 높게 하여, ECR 현상이 발생하 도록 자장강도도 높게 할 필요가 있다. 그러나, 이 주파수와 자장강도의 선택은, 목적에 따라 자유롭게 선택해야 하며, 본 발명이 나타낸 원리 자체는 전혀 손상되는 것이 아니다.In this case, naturally, it is necessary to increase the frequency of the high frequency to be used and to increase the magnetic field strength so that the ECR phenomenon occurs. However, the selection of the frequency and the magnetic field strength should be freely selected according to the purpose, and the principle itself shown by the present invention is not impaired at all.

여기서, 본 발명이 나타낸 ICP원에서 ECR 방전을 가능하게 하는 원리의 필요충분 조건을 정리하면, 이하의 4가지가 된다. 첫번째는, 플라즈마를 생성하는 공간에 인가하는 자장(B)의 자력선의 방향에 대하여 항상 우회전하는 유도전장(E)의 분포를 형성하는 것이다. 두번째는, 이 자장(B)과 그 자력선의 방향에 대하여 우회전하는 유도전장(E)의 분포에 대하여, E × B ≠ 0 을 만족시키는 자장(B)을 인가하는 것이다. 세번째는, 회전하는 유도전장(E)의 회전주파수(f)와 자장(B)에 의한 전자 사이클로트론 주파수(ωc)를 일치시키는 것이다. 네번째는, 전자 사이클로트론 운동을 하는 전자의 일주기에서 보면, 자장(B)의 변화는 충분히 작고, 정자장이라고 간주할 수 있다는 것이다. 이상의 4가지를 만족시키는 실시예가 도 1이나, 도 1의 실시예를 변형하여도 상기 필요 충분 조건을 만족시키면, 어떠한 변형을 행하여도 ICP원에서 ECR 방전은 가능하게 된다. 즉, 도 1의 장치 구성을 어떻게 변형시키든, 상기 필요 충분 조건을 만족시키면 본 발명의 일 실시예가 되는 것에 주의하지 않으면 안된다. 그 변형은 단지 공학적인 설계의 문제이며, 본 발명이 나타내는 물리적인 원리를 변경하는 것은 아니다. 이하에, 도 1의 변형예에 대하여 정리한다.Here, the necessary sufficient conditions of the principle for enabling ECR discharge in the ICP source shown in the present invention are summarized as follows. The first is to form the distribution of the induced electric field E which always rotates right with respect to the direction of the magnetic force line of the magnetic field B to be applied to the space generating the plasma. Second, a magnetic field B that satisfies E x B? 0 is applied to the distribution of the magnetic field B and the induced electric field E that rotates right with respect to the direction of the magnetic force line. The third is to match the rotational frequency f of the rotating induction electric field E with the electromagnetic cyclotron frequency ωc caused by the magnetic field B. Fourth, the change in the magnetic field B is small enough and can be regarded as a static magnetic field when viewed in the cyclic period of electrons carrying out the electron cyclotron motion. If the embodiments satisfying the above four conditions satisfy the above-mentioned necessary and sufficient conditions even if the embodiment of Fig. 1 or Fig. 1 is modified, ECR discharge can be performed from the ICP source even if any modification is made. In other words, no matter how the apparatus configuration of Fig. 1 is modified, it must be noted that the above-mentioned sufficient condition is satisfied to be an embodiment of the present invention. The modifications are merely a matter of engineering design and do not alter the physical principles represented by the present invention. Below, the modified example of FIG. 1 is put together.

도 1에서는, 진공용기 덮개(12)가 평판형상의 절연재로 이루어지고, 그 위에 고주파 유도 안테나(7)가 구성되어 있다. 이 구성이 의미하는 것은, 플라즈마를 생성하고 싶은 공간, 즉 진공용기 덮개(12)와 피처리체(W)에 끼워진 공간에, 자장(B)의 자력선의 방향에 대하여 항상 우회전하는 유도전장(E)의 분포를 형성할 수 있는 것이다. 상기 필요 충분 조건의 첫번째 내용이다. 따라서, 진공용기 덮개(12)가 평판형상의 절연체인 것도, 고주파 유도 안테나(7)가 진공용기 덮개(12) 위에 구성되어 있는 것도, 본 발명에서는 필수 구성은 아니다. 예를 들면, 진공용기 덮개(12)는, 사다리꼴의 회전체형상이나 중공의 반구형상 즉 돔형상 또는 바닥이 있는 원통형상의 형상이어도 상관없다. 또, 고주파 유도 안테나는 진공용기 덮개에 대하여 어떠한 위치에 있어도 상관없다. 본 발명이 나타내는 원리로 하면, 진공용기 덮개(12)의 형상과 진공용기 덮개에 대한 안테나 위치는, 상기 필요 충분 조건을 만족시키는 구성이면, 모두 본 발명의 일 실시예이다.In Fig. 1, the vacuum container cover 12 is made of a flat insulating material, and a high frequency induction antenna 7 is formed thereon. This configuration means that the induced electric field E always rotates right with respect to the direction of the magnetic field lines of the magnetic field B in a space where a plasma is to be generated, that is, a space sandwiched between the vacuum container cover 12 and the object W to be processed. It is possible to form a distribution of. The above is the first content of the necessary sufficient conditions. Therefore, neither the vacuum container cover 12 is a flat insulator nor the high frequency induction antenna 7 is comprised on the vacuum container cover 12 is not an essential structure in this invention. For example, the vacuum container cover 12 may be a trapezoidal rotating body shape or a hollow hemispherical shape, that is, a dome shape or a bottomed cylindrical shape. Moreover, the high frequency induction antenna may be in any position with respect to the vacuum container cover. According to the principle of the present invention, the shape of the vacuum container cover 12 and the antenna position with respect to the vacuum container cover are all one embodiment of the present invention as long as the configuration satisfies the necessary and sufficient conditions.

그러나, 산업상 이용에서는, 진공용기 덮개의 형상과 진공용기 덮개에 대한 안테나 위치는 중요한 의미가 있다. 왜냐하면, 피처리체(W)의 면 내에서 균일한 가공이 필요하게 되기 때문이다. 즉, 피처리체(W)의 위에서 처리에 사용하는 이온이나 라디칼 등의 플라즈마를 구성하는 가스종의 성분이 균일한 분포를 형성하지 않으면 안된다.However, in industrial use, the shape of the vacuum container cover and the antenna position with respect to the vacuum container cover have an important meaning. This is because uniform processing within the surface of the object W is required. That is, the components of the gas species constituting the plasma such as ions and radicals used for the treatment on the target object W must form a uniform distribution.

플라즈마는, 고에너지 전자에 의해 프로세스 가스가 해리·여기·전리됨으로써 발생한다. 이 때 발생하는 라디칼이나 이온에는, 강한 전자 에너지 의존성이 있고, 라디칼과 이온에서는 발생량 뿐만 아니라, 그것들의 발생분포가 다르다. 이에 의하여, 라디칼과 이온을 완전히 동일한 분포로 생성하는 것은, 사실상 무리이다. 또, 발생한 라디칼이나 이온은 확산에 의해 퍼지나, 그것들의 확산 계수는 라디칼이나 이온의 종류에 따라 다르다. 특히, 이온의 확산 계수는 중성의 라디칼 확산 계수보다 큰 것이 보통이다. 즉, 확산을 이용하여 피처리체(W)의 위에서 라디칼과 이온을 동시에 균일한 분포로 하는 것도, 사실상 무리이다. 또, 프로세스 가스가 분자인 경우나 다종의 가스를 섞어 플라즈마를 발생시키는 경우, 라디칼이나 이온은 복수종류 발생하기 때문에, 모든 라디칼과 이온의 분포를 균일하게 하는 것은 더욱 불가능하다. 그러나, 균일한 처리를 하기 위하여 중요한 것은, 플라즈마가 적용되는 프로세스가 어떠한 가스종에 의해 진행되는지이다. 예를 들면, 반응이 특정한 라디칼 주체로 진행되면, 그 라디칼의 분포를 균일하게 하는 것이 중요하다. 반대로, 이온에 의한 스퍼터링이 주체로 반응이 진행되면, 그 이온의 분포를 균일하게 하는 것이 중요하다. 또한 라디칼과 이온이 경합하여 반응이 진행되는 경우도 있다. 이들 여러가지 프로세스에 대응하기 위해서는, 플라즈마의 발생분포와 그 확산을 제어하여, 더욱 바람직한 균일성으로 각 프로세스를 진행시키는 것이 요구된다.The plasma is generated by dissociation, excitation and ionization of the process gas by high energy electrons. The radicals and ions generated at this time have a strong electron energy dependency, and not only the generation amount but also their generation distribution differs from the radical and the ion. As a result, it is virtually impossible to generate radicals and ions in exactly the same distribution. The generated radicals and ions are diffused by diffusion, but their diffusion coefficients vary depending on the type of radicals and ions. In particular, the diffusion coefficient of ions is usually larger than the neutral radical diffusion coefficient. That is, it is virtually impossible to make uniform distribution of radicals and ions simultaneously on the to-be-processed object W using diffusion. Moreover, when a process gas is a molecule | numerator or a mixture of many kinds of gas generate | occur | produces plasma, since a plurality of types of radicals and ions generate | occur | produce, it is further impossible to make uniform distribution of all radicals and ions. However, what is important for the uniform treatment is by which gas species the process in which the plasma is applied proceeds. For example, if the reaction proceeds to a particular radical subject, it is important to make the distribution of that radical uniform. On the contrary, if the reaction proceeds mainly by sputtering by ions, it is important to make the distribution of the ions uniform. In addition, radicals and ions may compete with each other for the reaction to proceed. In order to cope with these various processes, it is required to control the generation distribution of the plasma and its diffusion, and to advance each process with more preferable uniformity.

이와 같은 요구에 대해서는, 본 발명에서는 2종류의 대응책이 있다. 그 이유는, 본 발명에서는, 플라즈마를 생성하는 전자의 에너지를 정하는 것이 E × B, 간단하게 말하면 유도전장(E)과, 자장(B)으로 결정되기 때문이다. 첫번째 대응책은 유도전장(E)에 관련되어 있고, 프로세스마다, 절연체로 이루어지는 진공용기 덮개(12)의 형상과 이것에 대한 안테나 위치를 최적화하는 것이다. 상기한 바와 같이, 본 발명에서는 통상의 ICP원과 마찬가지로 안테나의 구성으로 플라즈마의 발생분포가 결정된다. 안테나 근방에 가장 강한 유도전장(E)이 형성되기 때문이다. 또, 진공용기 덮개와 피처리체 및 진공용기가 만드는 공간의 넓이에 의해 발생한 라디칼이나 이온의 분포를 제어할 수 있다. 이것은, 두번째의 대응책인 자장(B)과 깊은 관계가 있으나, 여기서는 설명을 이해하기 쉽게 하기 위하여, 자장을 생각하지 않은 상태에서 설명한다. There are two kinds of countermeasures to this request in the present invention. The reason for this is that in the present invention, the energy of electrons for generating plasma is determined by E x B, in simple terms, the induced electric field E and the magnetic field B. The first countermeasure is related to the induction electric field E, and, for each process, optimizes the shape of the vacuum container lid 12 made of an insulator and the antenna position thereof. As described above, in the present invention, the generation distribution of plasma is determined by the configuration of the antenna as in the normal ICP source. This is because the strongest induced electric field E is formed near the antenna. In addition, it is possible to control the distribution of radicals and ions generated by the vacuum container lid and the width of the space to be processed and the vacuum container. This is deeply related to the second countermeasure magnetic field B, but in order to make the description easy to understand, it is explained without considering the magnetic field.

도 13에는, 4종류의 절연체로 이루어지는 진공용기 덮개(12)의 형상과 안테나 위치에 대하여, 피처리체(W)의 위에서의 분포가 어떠한 형이 되는지를 모식적으로 나타내었다. 설명을 간단하게 하기 위하여, 이 분포는 이온의 분포로 한다. 도 13(a)에는, 절연체로 이루어지는 진공용기 덮개(12)가 평판형상인 경우를 나타내었다. 고주파 유도 안테나 요소(7)는 절연체인 진공용기 덮개(12)의 위에 있고, 안테나 바로 밑에 이온(플라즈마)의 생성 공간(P)이 출현한다. 이 때 발생한 이온은, 진공용기 덮개(12)와 진공용기(11)가 둘러싸는 공간으로 확산하여 퍼진다. 정성적으로 기술하면, 이 때의 확산방향은 주로 하향이 된다. 이와 같은 확산에 의하여 피처리체(W) 위에 M형의 이온분포가 형성되었다고 가정하자. 여기서, 안테나의 간격(d)을 도 13(b)에 나타내는 d'와 같이 작게 하였다고 하자. 이 안테나 위치의 변경에 의하여, 이온의 확산은 더욱 피처리체(W)의 중심방향을 향한다. 따라서, 피처리체(W) 위의 이온분포를 더욱 중앙이 높게 할 수 있다. 또, 도시 생략하였으나, 안테나 간격을 더욱 넓히면, 이온의 M형 분포는 더욱 강조되는 방향으로 변화된다. 즉, 안테나의 구조 변경은, 이온의 분포제어에 매우 유용하다. 그러나, 안테나 구조의 변경만으로는, 여기서 생각하고 있는 이온 이외의 이온이나 라디칼도 동일한 분포변화를 한다. 왜냐하면, 안테나에 대한 플라즈마발생영역의 넓이에 변화는 적고, 또, 절연체로 이루어지는 진공용기 덮개(12)와 진공용기(11)가 형성하고 있는 공간이 동일한 형을 하고 있기 때문이다. FIG. 13 schematically shows what shape the distribution on the object W to be formed has with respect to the shape and the antenna position of the vacuum container cover 12 made of four kinds of insulators. For simplicity of explanation, this distribution is referred to as distribution of ions. FIG. 13A shows a case where the vacuum container cover 12 made of an insulator has a flat plate shape. The high frequency induction antenna element 7 is above the vacuum vessel cover 12 which is an insulator, and a space P for generating ions (plasma) appears just below the antenna. The ions generated at this time diffuse and spread to the space surrounded by the vacuum container cover 12 and the vacuum container 11. If described qualitatively, the diffusion direction at this time is mainly downward. It is assumed that the M-type ion distribution is formed on the workpiece W by the diffusion. Here, it is assumed that the distance d between the antennas is made small as d 'shown in Fig. 13B. By the change of the antenna position, the diffusion of ions is further directed toward the center of the object W. Therefore, the ion distribution on the to-be-processed object W can be made higher center. In addition, although not shown, when the antenna spacing is further widened, the M-type distribution of ions is changed in the more emphasized direction. That is, the structure change of the antenna is very useful for controlling the distribution of ions. However, only by changing the antenna structure, the same distribution change occurs for ions and radicals other than ions considered here. This is because there is little change in the area of the plasma generating area relative to the antenna, and the space formed by the vacuum container cover 12 and the vacuum container 11 made of an insulator has the same shape.

이와 같은 분포제어는, 절연체로 이루어지는 진공용기 덮개(12)의 형상을 변경함으로써 가능하다. 도 13(c), (d), (e)에는, 각각 중공의 반구형 즉 돔형상의 진공용기 덮개, 회전하는 사다리꼴 형상의 안쪽에 공간을 가지는(사다리꼴 회전체형상) 진공용기 덮개 그리고 바닥이 있는 원통형의 진공용기 덮개로 변경하였을 때의 이온의 분포를 모식적으로 나타내고 있다. 이에 의하여 이해할 수 있는 것은, 도 13(a)로부터 (c), (d), (e)로 절연체로 이루어지는 진공용기 덮개(12)의 형상의 변화에 따라, 더욱 중앙을 향하는 이온의 확산이 증가하는 것이다. 따라서, 도 13(a)로부터 (c), (d), (e)로 변경함에 따라, 피처리체(W) 위의 이온분포는 더욱 중앙이 높아진다. Such distribution control is possible by changing the shape of the vacuum container lid 12 made of an insulator. 13 (c), (d) and (e), a hollow hemispherical shape, that is, a dome-shaped vacuum container cover, a vacuum container cover having a space inside the rotating trapezoid (a trapezoidal rotating body shape) and a bottomed cylindrical shape, respectively. The ion distribution at the time of changing to the vacuum container lid of the present invention is schematically shown. As can be understood by this, as the shape of the vacuum container lid 12 made of the insulator is changed from (a) to (c), (d) and (e) in FIG. 13, the diffusion of ions toward the center increases more. It is. Therefore, as shown in (a) to (c), (d) and (e) in FIG. 13, the ion distribution on the workpiece W becomes higher in the center.

여기서, 도 13(b)와 (d)에서는, 피처리체(W) 상의 이온분포는 동일한 형이 되도록 도시되어 있다. 이것은, 실제의 장치의 구조를 적절히 설계함으로써 실현 가능하다. 그러나, 도 13(a)로부터 (b)로의 변경과, 도 13(a)로부터 (d)로의 변경에는 결정적인 차이가 있다. 이것은, 절연체로 이루어지는 진공용기 덮개(12)와 진공용기(11)가 만드는 공간의 체적과 그 표면적이 다른 것이다.Here, in Fig. 13 (b) and (d), the ion distribution on the workpiece W is shown to be of the same type. This can be realized by appropriately designing the structure of the actual apparatus. However, there is a critical difference between the change from Fig. 13A to Fig. 13B and the change from Fig. 13A to Fig. 13D. This is different from the volume of the space made by the vacuum container cover 12 and the vacuum container 11 made of an insulator and its surface area.

먼저, 이온은 공간에서 소멸할 확률은 매우 낮고, 그 소멸은 주로 벽 표면에서의 전하방출이다. 공간에서 소멸하기 위해서는, 예를 들면, 2개의 전자와 동시에 충돌한다는(3체 충돌) 매우 드문 반응이 필요하기 때문이다. 또, 이온의 벽에 대한 충돌은, 전자와 등량이 아니고는 안된다는(플라즈마의 준중성 조건) 제한이 있다. 그러나, 라디칼은 중성의 여기종이며, 단체의 전자나 다른 분자 등과 충돌하여 용이하게 그 활성 에너지를 잃는다. 반대의 경우도 있을 수 있다. 또, 라디칼도 벽에 충돌하여 그 여기 에너지를 잃으나, 그 유입은 플라즈마의 준중성 조건과는 무관계하고, 단지 벽에 대한 확산량으로 결정된다. 물론, 상기한 바와 같이 이온과 라디칼의 확산 계수는 크게 다르다. 즉, 절연체로 이루어지는 진공용기 덮개(12)와 진공용기(11)가 만드는 공간의 체적과 그 표면적을 바꿈으로써, 이온에 대한 라디칼의 생성영역·확산·소멸의 정도를 더욱 크게 바꿀 수 있다. 이상에 의하여, 도 13(a)로부터 (b)로의 변경과 비교하면, 도 13(a)로부터 (d)로의 변경은, 이온과 라디칼의 분포를 더욱 다이내믹하게 제어할 수 있는 것을 알 수 있다.First, ions are very unlikely to dissipate in space, and their dissipation is mainly due to charge release on the wall surface. This is because, in order to extinguish in space, a very rare reaction is required, for example, colliding with two electrons simultaneously (three collision). In addition, there is a limitation that the collision of ions to the wall must not be equivalent to electrons (semi-neutral conditions of plasma). However, radicals are neutral excitation species and easily collide with single electrons or other molecules to lose their active energy. The opposite can also be the case. The radicals also impinge on the walls and lose their excitation energy, but their inflow is independent of the semi-neutral condition of the plasma and is determined only by the amount of diffusion into the walls. Of course, as mentioned above, the diffusion coefficients of ions and radicals differ greatly. In other words, by changing the volume and the surface area of the space created by the vacuum container lid 12 and the vacuum container 11 made of an insulator, the degree of generation, diffusion and extinction of radicals to ions can be further changed. As mentioned above, it turns out that the change from FIG. 13 (a) to (d) can control distribution of ion and radical more dynamically compared with the change from FIG. 13 (a) to (b).

두번째 대응책은, 자장(B)에 관련되어 있고, 절연체로 이루어지는 진공용기 덮개(12)의 형상과 이것에 대한 자장분포를 가변 제어함으로써, 플라즈마의 발생과 확산을 최적화하는 것이다. 도 1에 나타낸 실시예에서는, 상하 자장 코일(81, 82)로 흘리는 전류와 요크(83)의 형상으로 자장의 강도와 그 분포를 제어한다. 이 때, 예를 들면, 도 17에 나타내는 바와 같은 자장을 발생시킬 수 있다. 이 자장의 특징은, 자력선의 방향이 하방향으로 되어 있는 것이다. 이 자력선의 방향과, 도 3에 나타낸 전장방향으로부터 도 3에 나타낸 전장의 회전방향과 전자의 Larmor 운동은 자력선 방향에 대하여 동일한 우회전이 된다. 즉, 이 자장은, 상기 필요 충분 조건의 첫번째와 두번째를 만족시킨 일례이다. The second countermeasure is to optimize the generation and diffusion of the plasma by variably controlling the shape of the vacuum container cover 12 which is related to the magnetic field B and made of an insulator and its magnetic field distribution. In the embodiment shown in FIG. 1, the intensity of the magnetic field and its distribution are controlled by the current flowing through the upper and lower magnetic field coils 81 and 82 and the shape of the yoke 83. At this time, for example, a magnetic field as shown in FIG. 17 can be generated. The characteristic of this magnetic field is that the direction of the magnetic field lines is downward. The direction of the magnetic force line, the rotational direction of the electric field shown in FIG. 3 and the Larmor motion of the former from the electric field direction shown in FIG. 3 become the same right turn with respect to the magnetic force line direction. In other words, this magnetic field is an example of satisfying the first and second of the necessary and sufficient conditions.

이 자력선에 수직한 평면에 등자장면이 형성된다. 등자장면은 무수히 있으나, 도 17에 그 일례를 나타내었다. 여기서, 상기 일정방향으로 회전하는 유도전장분포의 회전주기를 100 MHz라 하면, 수학식 (3)으로부터, 약 35.7 가우스 등자장면이 ECR 방전을 일으키는 자장강도면이다. 이것을 ECR 면이라 부른다. 이 예에서는, ECR 면은 밑으로 볼록형을 하고 있으나, 평면형상이어도, 위로 볼록형상이어도 상관없다. 본 발명에서는, 플라즈마생성부에 ECR 면을 만드는 것은 필수이나, ECR 면의 형상은 임의이다. 이 ECR 면은, 상하 자장 코일(81, 82)에 흘리는 전류를 가변함으로써 상하로 이동시키는 것이 가능하고, 또, 그 면 형상도 더욱 밑으로 볼록형상으로도 할 수 있고, 평면형상으로도, 위로 볼록형상으로도 할 수 있다.The stirrup is formed in a plane perpendicular to the lines of magnetic force. Although there are a number of stirrups, the example is shown in FIG. Here, when the rotation period of the induction field distribution rotating in the constant direction is 100 MHz, from the equation (3), about 35.7 gaussian magnetic field surface is the magnetic field strength surface that causes the ECR discharge. This is called the ECR plane. In this example, the ECR plane is convex downward, but may be flat or upward convex. In the present invention, it is essential to make the ECR plane in the plasma generation unit, but the shape of the ECR plane is arbitrary. The ECR surface can be moved up and down by varying the current flowing through the upper and lower magnetic field coils 81 and 82, and the surface shape can be further convex downward, and can be flat or upward. It can also be convex.

다음에, ECR 면과 진공용기 덮개형상의 변형을 조합시키면 어떠한 효과가 발생하는지에 대하여, 도 18을 이용하여 설명한다. 도 18(a)는 도 13(a)와 완전히 동일하고, 자장이 없을 때의 플라즈마의 생성영역(체크모양의 영역)과 그 확산방향을 모식적으로 나타낸 것이다. 이 도 13(a)에 대하여 ECR 면을 형성하였을 때의 일례를 도 18(b)에 나타낸다. 여기서, 먼저 중요한 것은, (1) ECR에 의한 플라즈마생성영역은, ECR 면을 따라 존재한다는 것이다. 이것만으로도, 자장이 없을 때와 ECR 면을 형성하였을 때를 비교하면, 플라즈마 중의 이온과 라디칼의 발생영역이 다른 것을 정성적으로 이해할 수 있다. 다음에, (2) 방전의 강도는, 자장이 없을 때는 유도전장(E)의 크기에 따라 강해지나, ECR 방전에서는 E × B의 크기에 따라 강해지는 것이다. 또한, (3) ECR에서 전자는 공명적으로 전장의 에너지를 흡수하기 때문에, 동일한 유도전장(E)이어도, 자장이 없을 때와 비교하여 ECR에서는 방전의 강도가 압도적으로 강한 것이다. 이들 (2), (3)도, 자장이 없을 때와 ECR 면을 형성하였을 때를 비교하면, 플라즈마 중의 이온과 라디칼의 발생영역이 다른 것을 원리적으로 나타내고 있다. 물론, 도 1에 나타낸 실시예에서는, 상하 자장 코일(81, 82)에 흘리는 전류와 요크(83)의 형상을 변경함으로써, ECR 면의 면형상과 ECR 면의 진공용기 덮개에 대한 상하위치를 크게 바꿀 수 있기 때문에, 자장이 없을 때와 ECR 면을 형성하였을 때를 비교하면, 플라즈마 중의 이온과 라디칼의 발생영역을 대폭으로 변경하는 것이 가능해진다.Next, what effect occurs when the ECR surface and the deformation | transformation of a vacuum container cover form are combined is demonstrated using FIG. Fig. 18A is exactly the same as Fig. 13A, and schematically shows a plasma generation region (check-shaped region) and its diffusion direction when there is no magnetic field. An example of when the ECR surface is formed in FIG. 13 (a) is shown in FIG. 18 (b). Here, the important thing is that (1) The plasma generation area | region by ECR exists along the ECR surface. With this alone, it can be understood qualitatively that the areas where ions and radicals in the plasma are different are compared when there is no magnetic field and when the ECR surface is formed. Next, (2) the intensity of the discharge becomes stronger depending on the size of the induced electric field E when there is no magnetic field, but becomes stronger according to the size of E × B in the ECR discharge. (3) In the ECR, since the electrons resonantly absorb the energy of the electric field, the intensity of the discharge is overwhelmingly strong in the ECR, even when there is no magnetic field, even with the same induction field (E). These (2) and (3) also show that, in comparison with the absence of the magnetic field and the formation of the ECR plane, the ions and radicals generated in the plasma are different in principle. Of course, in the embodiment shown in Fig. 1, by changing the current flowing through the upper and lower magnetic field coils 81 and 82 and the shape of the yoke 83, the upper and lower positions of the surface shape of the ECR face and the vacuum container cover of the ECR face are greatly increased. Since it can be changed, compared with the case where there is no magnetic field and when the ECR surface is formed, it becomes possible to change the generation area | region of the ion and radical in a plasma significantly.

또, ECR 면을 형성하는 것은, 자장이 없을 때와 비교하면 확산의 상태도 다르다. 즉, 플라즈마 중의 이온과 전자는, 하전입자이기 때문에, 자장을 따라 확산되기 쉽고, 자장으로 수직하게는 확산되기 어렵다는 특성을 가진다. 전자는 Larmor 운동에 의해 자력선에 감긴 상태에서 자력선을 따라 확산하는 데다가, 이온은 플라즈마의 준중성 조건으로부터의 요청에 의하여, 전자와 동일한 방향으로 확산되기 때문이다. 그러나, 라디칼은 중성입자이기 때문에 그 확산에 자장의 영향은 없다. 즉, ECR 면을 형성하는 것은, 이온이나 라디칼의 발생영역을 바꾸는 것 뿐만 아니라, 이온이나 라디칼의 확산에 의한 분포형상에도 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 즉, 자장은 플라즈마생성분포와 확산을 제어하는 매우 유용한 수단이다. 도 18(c), (d), (e)는, 도 13(c), (d), (e)에 대응한 도면으로, 절연체로 이루어지는 진공용기 덮개(12)의 형상을 각각 중공의 반구형 즉 돔형상의 진공용기 덮개, 사다리꼴 회전체의 안쪽에 공간을 가지는(사다리꼴 회전체형상) 진공용기 덮개 그리고 바닥이 있는 원통형의 진공용기 덮개로 변경하였을 때의 플라즈마의 생성영역을 모식적으로 나타내고 있다. 물론, 각 진공용기 덮개가 만드는 공간과 표면적의 크기가 다르기 때문에, 도 13을 이용하여 설명한 확산과 소멸의 차이는 여기서도 원리적으로 동일하다. The formation of the ECR surface also differs in the state of diffusion compared with the absence of a magnetic field. That is, since the ions and electrons in the plasma are charged particles, they tend to diffuse along the magnetic field and are difficult to diffuse vertically into the magnetic field. This is because electrons diffuse along the lines of magnetic force in the state wound around the lines of magnetic force by Larmor motion, and ions diffuse in the same direction as the electrons by request from the semi-neutral condition of plasma. However, since the radical is a neutral particle, there is no influence of the magnetic field on its diffusion. In other words, the formation of the ECR surface not only changes the generation region of ions and radicals, but also affects the distribution shape due to diffusion of ions and radicals. In other words, the magnetic field is a very useful means of controlling plasma live vesicles and diffusion. (C), (d), (e) is a figure corresponding to FIG. 13 (c), (d), (e), and the shape of the vacuum container cover 12 which consists of an insulator is a hollow hemispherical shape, respectively. In other words, the plasma generation area when the dome-shaped vacuum container cover, the trapezoidal rotating vacuum container cover having a space inside the trapezoidal rotating body (the trapezoidal rotating body shape), and the cylindrical vacuum container cover with the bottom are shown schematically. Of course, since the size of the space and surface area made by each vacuum container cover is different, the difference between diffusion and extinction described using FIG. 13 is also the same in principle.

도 18에서 말할 수 있는 것이 또 하나 있다. 이것은, 본 발명에서는, 특허문헌 5로 대표되는 바와 같은 헬리콘파를 사용할 때 특유의 세로로 긴 진공용기를 필요로 하지 않는 것이다. 본 발명에서는 도 18(b)에 나타내는 바와 같이 가로로 긴 진공용기이어도, 도 18(e)에 나타내는 세로로 긴 진공용기이어도, 자유롭게 선택할 수 있다. 이것이 가능하게 되는 것은, 헬리콘파를 여기하는 경우에는 전파하여 가는 헬리콘파가 전파 도중에 충분히 흡수되도록 흡수길이를 길게 취하지 않으면 안되는(진공용기를 길게 한다) 것에 대하여, 본 발명에서는 ECR 면에서 전장의 에너지가 흡수되기 때문에 긴 흡수길이가 불필요하기 때문이다. 본 발명에서는, 유도전장의 에너지를 흡수하는 공간은, ECR 면(등자장면과 전자의 회전면)을 형성할 수 있을 만큼의 크기로 충분하다. 왜냐하면, ECR 면은 어느 방향으로 전파하는 파가 아니라, 단순한 공명면이기 때문이다. 이것이, 헬리콘파를 사용하는 경우와 ECR 면을 사용하는 경우의 결정적인 차이며, 본 발명이 헬리콘 플라즈마원과 비교하여 충분한 실용성을 가지는 이유이다.There is another thing that can be said in FIG. In this invention, when using the helicon wave represented by patent document 5, it does not need the characteristic longitudinally long vacuum container. In the present invention, as shown in Fig. 18 (b), it is possible to freely select either a horizontally long vacuum vessel or a vertically long vacuum vessel as shown in Fig. 18 (e). This is possible when the helicon wave is excited, but the absorption length must be long (the vacuum vessel is lengthened) so that the helicon wave propagating is sufficiently absorbed during the propagation. This is because a long absorption length is unnecessary because is absorbed. In the present invention, the space for absorbing the energy of the induced electric field is large enough to form the ECR plane (the magnetic field surface and the rotating surface of the electron). This is because the ECR plane is a simple resonance plane, not a wave propagating in any direction. This is a crucial difference between using a helicon wave and using an ECR plane, which is why the present invention has sufficient practicality compared with a helicon plasma source.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, (1) 안테나 구조, (2) 절연체로 이루어지는 진공용기 덮개(12)의 구조, 그리고 (3) 자장이라는, 플라즈마의 생성과 확산·소멸을 조정하기 위한 장치를 3종류 가지고 있다. 이와 같은 특징은, 종래의 ICP원이나 ECR 플라즈마원, 평행 평판형 등의 플라즈마원에서는 용이하게는 얻을 수 없었던 특장(特長)이다. 특히, 자장은 안테나 구조나 절연체로 이루어지는 진공용기 덮개(12)의 형상 등의 장치구조를 정한 후에도, 상하 자장 코일(81, 82)로 흘리는 전류를 가변함으로써, 플라즈마의 발생영역이나 그 확산을 더욱 다이내믹하게 제어할 수 있다는 특징을 가진다.As described above, the present invention provides an apparatus for adjusting the generation, diffusion, and extinction of plasma, which includes (1) an antenna structure, (2) a structure of a vacuum container cover 12 made of an insulator, and (3) a magnetic field. It has three kinds. Such a feature is a feature that cannot be easily obtained from a plasma source such as an ICP source, an ECR plasma source, or a parallel flat plate type. In particular, the magnetic field is variable by the current flowing through the upper and lower magnetic field coils 81 and 82 even after the device structure such as the shape of the antenna container or the shape of the vacuum container cover 12 made of the insulator is varied, thereby further generating the plasma generation region and its diffusion. It can be controlled dynamically.

(실시예 2)(Example 2)

제 2 실시예로서, 도 14를 이용하여 진공처리실 덮개의 형상의 제 2 예를 설명한다. 도 14에서, 진공처리실 덮개(12)의 형상 이외는 도 1의 플라즈마처리장치의 구조와 대략 동일하고, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 이것들의 설명은 생략한다. 도 1의 진공처리실 덮개(12)는 평판형상(원반형상)의 절연재로 구성되었으나, 이 예에서는, 절연체로 이루어지는 진공처리실 덮개(12)는, 중공의 반구형상 즉 돔형상으로 형성되고, 도시한 바와 같이 원통형의 진공용기(11)의 정점부에 기밀하게 고정되어 진공처리실(1)을 구성한다. 이 구성에 의하여 도 18(c)에 나타내는 바와 같이, ECR 면에 플라즈마생성영역이 형성된다.As a second embodiment, a second example of the shape of the vacuum chamber lid will be described with reference to FIG. In Fig. 14, except for the shape of the vacuum chamber cover 12, the structure of the plasma processing apparatus of Fig. 1 is substantially the same, and the same parts are denoted by the same reference numerals, and their description is omitted. Although the vacuum chamber cover 12 of FIG. 1 is comprised with the plate-shaped (disk-shaped) insulating material, in this example, the vacuum chamber cover 12 which consists of an insulator is formed in hollow hemispherical shape, ie, dome shape, As described above, the vacuum processing chamber 1 is configured to be hermetically fixed to the apex of the cylindrical vacuum container 11. This configuration forms a plasma generation region on the ECR surface as shown in Fig. 18C.

(실시예 3)(Example 3)

제 3 실시예로서, 도 15를 이용하여 진공처리실 덮개의 형상의 제 3 예를 설명한다. 도 15에서, 진공처리실 덮개(12)의 형상 이외는 도 1의 플라즈마처리장치의 구조와 대략 동일하고, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있고, 이것들의 설명은 생략한다. 이 예에서는, 절연체로 이루어지는 진공처리실 덮개(12)는, 중공의 원뿔의 정점부를 삭제하여 평탄한 천정을 형성하고 안쪽에 공간을 가지는 형상으로 형성되어, 도시한 바와 같이 원통형 진공용기(11)의 정점부에 기밀하게 고정되어 진공처리실(1)을 구성한다. 이 명세서에서는, 이 진공용기 덮개(12)의 형상을 사다리꼴 회전체라 부른다. 이 구성에 의하여 도 18(d)에 나타내는 바와 같이, ECR 면에 플라즈마생성영역(P)이 형성된다.As a third embodiment, a third example of the shape of the vacuum chamber lid will be described with reference to FIG. In FIG. 15, except for the shape of the vacuum chamber chamber 12, the structure of the plasma processing apparatus of FIG. 1 is substantially the same, and the same parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In this example, the vacuum chamber cover 12 made of an insulator is formed in a shape having a flat ceiling by removing the apex of the hollow cone and having a space therein, and as shown in the apex of the cylindrical vacuum vessel 11. It is hermetically fixed to a part and comprises the vacuum processing chamber 1. In this specification, the shape of this vacuum container cover 12 is called a trapezoidal rotating body. This configuration forms a plasma generation region P on the ECR surface as shown in Fig. 18D.

(실시예 4)(Example 4)

제 4 실시예로서, 도 16을 이용하여 진공처리실 덮개의 형상의 제 4 예를 설명한다. 도 16에서, 진공처리실 덮개(12)의 형상 이외는 도 1의 플라즈마처리장치의 구조와 대략 동일하고, 동일한 부분에는 부호를 붙이고 있고, 이것들의 설명은 생략한다. 이 예에서는, 절연체로 이루어지는 진공처리실 덮개(12)는, 바닥을 가지는 원통으로서 안쪽에 공간을 가지는 형상으로 형성되고, 도시한 바와 같이 바닥이 위가 되도록 원통형 진공용기(11)의 정점부에 기밀하게 고정되어 진공처리실(1)을 구성한다. 이 명세서에서는, 이 진공용기 덮개(12)의 형상을 바닥이 있는 원통형이라 부른다. 이 구성에 의하여, 도 18(e)에 나타내는 바와 같이, ECR 면에 플라즈마생성영역(P)이 형성된다. As a fourth embodiment, a fourth example of the shape of the vacuum chamber lid will be described with reference to FIG. In Fig. 16, except for the shape of the vacuum chamber cover 12, the structure of the plasma processing apparatus of Fig. 1 is substantially the same, and the same parts are denoted by the reference numerals, and the description thereof is omitted. In this example, the vacuum chamber cover 12 made of an insulator is formed in a shape having a space inside as a cylinder having a bottom, and airtight at the apex of the cylindrical vacuum chamber 11 so that the bottom is upward as shown. It is fixed so as to constitute the vacuum processing chamber (1). In this specification, the shape of this vacuum container cover 12 is called a cylinder with a bottom. By this configuration, as shown in Fig. 18E, the plasma generation region P is formed on the ECR surface.

이들 예에서는, 어느 것이나 그 기능은 도 1에 나타낸 실시예와 동일하다. 다른 점은, 각각의 플라즈마원이 생성하는 플라즈마의 이온이나 라디칼의 분포제어의 범위(생성영역과 확산·소멸의 정도)가 다른 것이다. 이들 플라즈마원의 선택은, 본 발명을 어떠한 프로세스에 적용할지로 선택해야 한다. In these examples, the functions are the same as in the embodiment shown in FIG. The difference is that the range of the distribution control of the ions and radicals of the plasma generated by each plasma source (the generation region and the degree of diffusion / dissipation) is different. The selection of these plasma sources should be selected by which process the present invention is applied.

(실시예 5)(Example 5)

도 1(도 2)에서는, 원을 4분할한 원호형상의 고주파 유도 안테나 요소(7-1, 7-2, 7-3, 7-4)의 급전단(A)과 접지단(B)이, 하나의 원주상에 ABABABAB와 점대칭이 되도록 배치되어 있다. 이 "급전단과 접지단이 점대칭이 되도록 배치하는 것"도, 상기 필요 충분 조건의 첫번째 내용을 실현하기 위한 필수 구성은 아니다. 급전단(A)과 접지단(B)은, 자유롭게 배치할 수 있다. 제 5 실시예로서, 도 2와 대응하는 이 실시예를 도 6에 나타낸다. 도 6에서는, 일례로서, 고주파 유도 안테나 요소(7-1)의 급전단(A)과 접지단(B)의 위치를 반전시켜, 고주파전류(I1)의 방향을 반전시킨 것이다. 그러나, 이 경우에서는, 고주파 유도 안테나 요소(7-1)에 흐르는 고주파전류(I1)의 위상을 도 2에 나타낸 위상으로부터 반전시킴으로써(예를 들면, 3λ/2 지연시킨다), 도 5에 나타낸 회전하는 유도전장(E)을 만들어낼 수 있다. 이 것으로부터 알 수 있는 것은, 급전단(A)과 접지단(B)의 위치를 반전시키는 것은, 위상을 반전 : 즉 λ/2 지연시키는 것과 같은 것이다.In Fig. 1 (Fig. 2), the feed end A and the ground end B of the arc-shaped high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3, and 7-4 obtained by dividing the circle into four are shown. They are arranged on one circumference to be pointymmetric to ABABABAB. This "arrangement so that the feed terminal and the ground terminal are point symmetrical" is also not an essential configuration for realizing the first content of the necessary sufficient condition. The feed end A and the ground end B can be arranged freely. As a fifth embodiment, this embodiment corresponding to FIG. 2 is shown in FIG. In FIG. 6, as an example, the positions of the feed end A and the ground end B of the high frequency induction antenna element 7-1 are reversed to reverse the direction of the high frequency current I 1 . In this case, however, the phase of the high frequency current I 1 flowing in the high frequency induction antenna element 7-1 is inverted from the phase shown in Fig. 2 (for example, delayed by 3λ / 2), and is shown in Fig. 5. It can produce a rotating induced electric field (E). It can be seen from this that inverting the positions of the feed terminal A and the ground terminal B is the same as inverting the phase: delaying [lambda] / 2.

(실시예 6)(Example 6)

이것을 이용하면, 도 2의 구성은 더욱 간략화할 수 있고, 제 6 실시예로서, 이것을 도 7에 나타낸다. 도 7의 구성은, 도 2에서 I1과 I3, I2와 I4가 각각 λ/2 지연, 즉 반전하고 있는 것을 이용한 것으로, I1과 I3, I2와 I4에 각각 동상의 전류를 흘리나, I3과 I4의 급전단(A)과 접지단(B)을 반전시킨 구성이다. 또한 I1과 I3, I2와 I4의 사이에 λ/4 지연(6-2)을 넣고 있기 때문에, 도 2와 동일하게 회전하는 유도전장(E)(도 5에 나타낸 것)을 형성할 수 있다. 이상과 같이, 고주파 유도 안테나의 구성과 위상 제어를 조합하면, 많은 변형을 만들 수 있다. 그러나, 이들 변형은 공학적 설계에 지나지 않고, 상기 필요 충분 조건의 첫번째 내용을 만족시키도록 구성한 경우, 모두 본 발명의 일 실시예가 된다.By using this, the structure of FIG. 2 can be further simplified, and this is shown in FIG. 7 as a sixth embodiment. Each of the 7 of the arrangement, in FIG. 2 I 1 and I 3, I 2 and I 4 λ / 2 delay, that is to be used that are inverted, in each statue to I 1 and I 3, I 2 and I 4 The current flows, but the feed terminal A and ground terminal B of I 3 and I 4 are inverted. In addition, since the lambda / 4 delay (6-2) is inserted between I 1 and I 3 , I 2 and I 4 , an induction electric field E (shown in FIG. 5) which rotates in the same manner as in FIG. 2 is formed. can do. As described above, many variations can be produced by combining the configuration of the high frequency induction antenna and the phase control. However, these modifications are only engineering designs, and all of them constitute one embodiment of the present invention when they are configured to satisfy the first content of the necessary sufficient condition.

(실시예 7)(Example 7)

도 1에서는, 전원 출력부에 있는 정합기와 고주파 유도 안테나 요소(7-1 ∼ 7-4)의 사이에 위상 지연회로가 설치되어 있다. 이 "정합기와 고주파 유도 안테나 요소(7-1 ∼ 7-4)의 사이에 위상 지연회로가 설치되어 있는 것"도, 상기 필요 충분 조건의 첫번째 내용을 실현하기 위한 필수 구성은 아니다. 상기 필요 충분 조건의 첫번째 내용을 만족시키기 위해는, 고주파 유도 안테나에, 도 5에 나타낸 회전하는 유도전장(E)을 형성하도록 전류를 흘리는 것 뿐이다. 여기서, 도 2와 동일하게 도 5에 나타낸 회전하는 유도전장(E)을 형성하나, 제 7 실시예로서, 다른 구성의 실시예를 도 8에 나타낸다. 도 8의 구성은, 고주파 유도 안테나 요소(7-1 ∼ 7-4)와 동일한 수의 고주파 전원(51-1 ∼ 51-4)에 의해 고주파 유도 안테나 요소(7-1 ∼ 7-4)로 전류를 흘리는 것이나, 하나의 발신기(54)의 출력에, 지연수단 없이 및 λ/4 지연수단(6-2) 및 λ/2 지연수단(6-3) 및 3λ/4 지연수단(6-4)을 각각 거쳐 고주파 전원(51-1 ∼ 51-4), 정합기(52-1 ∼ 52-4)을 접속하여, 각각 필요한 위상지연을 행한다는 것이다. 이와 같이 고주파 전원(51)을 증가함으로써 정합회로(53)가 증가하나, 고주파 전원 단체의 전력량을 작게 할 수 있고, 고주파 전원의 신뢰성을 올리는 것이 가능해진다. 또, 각 안테나에 공급하는 전력을 미세 조정함으로써, 둘레방향의 플라즈마의 균일성을 제어할 수 있다.In Fig. 1, a phase delay circuit is provided between the matching unit in the power supply output section and the high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4. This "providing a phase delay circuit between the matcher and the high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4" is also not an essential structure for realizing the first content of the necessary sufficient condition. In order to satisfy the first content of the necessary sufficient condition, only a current is passed through the high frequency induction antenna so as to form the rotating induction electric field E shown in FIG. Here, similarly to Fig. 2, a rotating induction electric field E shown in Fig. 5 is formed, but as a seventh embodiment, an embodiment of another configuration is shown in Fig. 8. The configuration of Fig. 8 is the high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4 by the same number of high frequency power supplies 51-1 to 51-4 as the high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4. The current flows through the output of one transmitter 54, but without delay means and with the? / 4 delay means 6-2 and? / 2 delay means 6-3 and 3λ / 4 delay means 6-4. The high frequency power supplies 51-1 to 51-4 and matching devices 52-1 to 52-4 are respectively connected to each other to perform necessary phase delays. By increasing the high frequency power supply 51 in this manner, the matching circuit 53 increases, but the amount of power of the high frequency power supply alone can be reduced, and the reliability of the high frequency power supply can be increased. Further, by finely adjusting the power supplied to each antenna, the uniformity of the plasma in the circumferential direction can be controlled.

(실시예 8)(Example 8)

이와 같은 전원 구성과 고주파 유도 안테나 구성의 변형은 이것 하나에 한정하지 않는다. 예를 들면, 도 2와 도 8에 나타낸 구성을 응용하면, 도 2와 마찬가지로 도 5에 나타낸 회전하는 유도전장(E)을 형성하나, 더욱 다른 구성을 만들 수 있다. 제 8 실시예로서, 이 일 실시예를 도 9에 나타낸다. 도 9의 실시예는, 발신기(54)에 접속된 고주파 전원(51-1)과 λ/2 지연수단(6-3)을 거쳐 접속된 고주파 전원(51-2)의 2대의 고주파 전원으로부터 서로 λ/2 지연한 고주파를 급전점(53-1, 53-2)에 출력하고, 이들 출력과 고주파 유도 안테나 요소(7-2, 7-4)의 사이에서 λ/4 지연수단(6-2)을 거쳐 필요한 지연을 더 행하는 것이다. Such variations in power supply configuration and high frequency induction antenna configuration are not limited to this one. For example, if the configuration shown in Figs. 2 and 8 is applied, the rotating induction electric field E shown in Fig. 5 is formed similarly to Fig. 2, but other configurations can be made. As an eighth embodiment, this embodiment is shown in FIG. In the embodiment of Fig. 9, two high-frequency power supplies 51-1 connected to the transmitter 54 and two high-frequency power supplies 51-2 connected via the lambda / 2 delay means 6-3 are mutually connected. High frequency delayed lambda / 2 is output to feed points 53-1 and 53-2, and lambda / 4 delay means 6-2 between these outputs and high frequency induction antenna elements 7-2 and 7-4. ) To make the necessary delay.

(실시예 9)(Example 9)

다음 실시예는, 도 9와 도 7의 실시예를 조합시킨 것으로, 제 9 실시예로서, 이것을 도 10에 나타낸다. 도 10에서는, 도 9와 동일한 발신기(54)에 접속된 2대의 고주파 전원(51-1, 51-2)을 사용하나, 그 위상은 발신기(54)의 출력부에서 한쪽의 고주파 전원(51-3)측에 λ/4 지연수단(6-2)을 삽입하여 위상을 λ/4 어긋나게 함과 함께, 고주파 유도 안테나 요소(7-1, 7-2)는 급전단(A)과 접지단(B)을 도 9와 동일하게 설정하고, 고주파 유도 안테나 요소(7-3, 7-4)는 급전단(A)과 접지단(B)을 도 7과 동일하게 고주파 유도 안테나 요소(7-1, 7-2)와 역방향으로(반전시켜) 설정한 것이다. 이 출력의 위상의 기준을 I1의 위상으로 하면, I1과 I3은 동상의 전류가 되나, I3의 방향[급전단(A)과 접지단(B)]이 도 2와 비교하여 반전하고 있기 때문에, I1과 I3이 형성하는 유도전장(E)은 도 2와 같아진다. 또, I2와 I4는 I1과 비교하여 위상이 λ/4 지연되어 있고, I2와 I4도 동상의 전류가 되나, I4의 방향[급전단(A)과 접지단(B)]이 도 2와 비교하여 반전하고 있기 때문에, I2와 I4가 형성하는 유도전장(E)은 도 2와 동일해진다. 결과적으로, 도 10에 나타낸 실시예는, 도 2와는 구성이 다르나, 도 2와 동일한 유도전장(E)을 형성한다.The following embodiment combines the embodiment of Fig. 9 and Fig. 7, which is shown as Fig. 10 as the ninth embodiment. In FIG. 10, two high frequency power sources 51-1 and 51-2 connected to the same transmitter 54 as in FIG. 9 are used, but the phase is one high frequency power source 51- at the output of the transmitter 54. In FIG. The phase shifter is shifted by inserting the lambda / 4 delay means 6-2 on the 3) side, and the high frequency induction antenna elements 7-1 and 7-2 are provided with a feed end A and a ground end ( B) is set in the same manner as in FIG. 9, and the high frequency induction antenna elements 7-3 and 7-4 have a feed end A and a ground end B in the same manner as in FIG. , 7-2) in the reverse direction (inverted). If the reference of the phase of this output is the phase of I 1 , I 1 and I 3 become in-phase currents, but the direction of I 3 (feeding stage A and grounding stage B) is inverted compared with FIG. 2. As a result, the induced electric field E formed by I 1 and I 3 becomes as shown in FIG. 2. In addition, I 2 and I 4 have a λ / 4 delay in phase compared to I 1, and I 2 and I 4 also become in-phase currents, but in the direction of I 4 (feeding end A and ground end B). ] Is inverted in comparison with FIG. 2, so that the induced electric field E formed by I 2 and I 4 becomes the same as in FIG. 2. As a result, the embodiment shown in FIG. 10 has a configuration different from that in FIG. 2, but forms the same induction electric field E as in FIG.

즉, 이 실시예는, 시료를 수용할 수 있는 진공처리실을 구성하는 진공용기와, 상기 진공처리실에 처리가스를 도입하는 가스 도입구와, 상기 진공처리실 밖에 설치된 고주파 유도 안테나와, 상기 진공처리실 내에 자장을 형성하는 자장 코일과, 상기 고주파 유도 안테나에 고주파전류를 공급하는 플라즈마생성용 고주파 전원과, 상기 자장 코일에 전력을 공급하는 전원을 구비하고, 상기 고주파 유도 안테나에 상기 고주파 전원으로부터 고주파전류를 공급하고, 진공처리실 내에 공급되는 가스를 플라즈마화하여 시료를 플라즈마처리하는 플라즈마처리장치에 있어서, 특히, 상기 고주파 유도 안테나를 s(s는 양의 짝수)개의 고주파 유도 안테나 요소로 분할하고, 분할된 각각의 고주파 유도 안테나 요소를 원주상에 종렬로 나열하고, 종렬에 배치된 상기 고주파 유도 안테나 요소에, s/2개의 각 고주파 전원보다 미리λ(고주파 전원의 파장)/s 씩 지연시킨 고주파전류를, 1번째 고주파 유도 안테나 요소로부터 s/2번째까지의 고주파 유도 안테나 요소까지 차례로 고주파 유도 안테나 요소에 공급하고, 또한, s/2 + 1번째 고주파 유도 안테나 요소로부터 s번째까지의 고주파 유도 안테나 요소까지는 차례로 그 고주파 유도 안테나 요소가 대향하는 1번째부터 s/2번째까지의 고주파 유도 안테나 요소와 동일한 위상의 고주파전류를 공급하나, 상기 고주파 유도 안테나 요소를 흐르는 전류의 방향이 반대가 되도록 당해 고주파 유도 안테나 요소를 구성하고, 일정방향으로 회전하는 전장을 형성하여 시료를 플라즈마처리하도록 구성함으로써, 상기 자장 코일에 전력을 공급하여 형성한 자장의 자력선 방향에 대하여 우방향으로 순서대로 지연시켜 흘리고, 특정방향으로 회전하는 전장을 형성하여 플라즈마를 발생시켜 시료를 플라즈마처리하 도록 구성한 것이다. That is, this embodiment includes a vacuum vessel constituting a vacuum processing chamber capable of accommodating a sample, a gas inlet for introducing a processing gas into the vacuum processing chamber, a high frequency induction antenna provided outside the vacuum processing chamber, and a magnetic field in the vacuum processing chamber. And a high frequency power supply for plasma generation, and a power supply for supplying electric power to the magnetic field coil, and supplying a high frequency current from the high frequency power supply to the high frequency induction antenna. In the plasma processing apparatus for plasma-processing a sample by converting a gas supplied into a vacuum processing chamber, in particular, the high frequency induction antenna is divided into s (s is a positive even number) of high frequency induction antenna elements, The high frequency induction antenna elements of the column arranged in a column on the circumference and arranged in the column The high frequency induction antenna element is delayed by λ (wavelength of the high frequency power supply) / s in advance from each of the s / 2 high frequency power supplies to the high frequency induction antenna elements from the first high frequency induction antenna element to the s / 2th high frequency induction antenna element. Supplied to the high frequency induction antenna element, and from the s / 2 + 1th high frequency induction antenna element to the sth high frequency induction antenna element, in order from the first to s / 2th high frequency induction opposite to the high frequency induction antenna element Supply the high frequency current of the same phase as that of the antenna element, but configure the high frequency induction antenna element so that the direction of the current flowing through the high frequency induction antenna element is reversed, and form an electric field rotating in a predetermined direction to plasma-process the sample. Thus, the magnetic field coil is formed in a right direction with respect to the direction of the magnetic field of the magnetic field formed by supplying electric power. Spilling the delays in the order, it will configured to generate a plasma to form electric field rotating in a certain direction so that the sample and the plasma treatment.

도 1(도 2)에서는, 원을 4분할한 원호형상의 고주파 유도 안테나 요소(7-1, 7-2, 7-3, 7-4)가, 하나의 원주상에 배치되어 있다. 이 "4분할"이라는 구성도, 상기 필요 충분 조건의 첫번째 내용을 실현하기 위한 필수 구성은 아니다. 고주파 유도 안테나의 분할수는, n ≥ 2를 만족시키는 정수(n)를 생각하면 된다. n개의 원호형상 안테나(고주파 유도 안테나 요소)를 사용하여 하나의 원주의 고주파 유도 안테나(7)를 구성할 수도 있다. 또한, 도 1에서는, 고주파에 흐르는 전류의 위상 제어에 의하여 자력선 방향에 대하여 우회전하는 유도전장(E)을 형성하는 방법을 나타내었으나, 이것은, n ≥ 3으로는 확실하게 형성할 수 있다. n = 2의 경우는 특수하고, 예를 들면, 2개의 반원형상의 안테나를 사용하여 하나의 원주를 형성하고, 각각에 (360°) / (2개의 안테나) = (180°)의 위상차를 가지고 전류를 흘리는 것을 의미한다. 이 경우, 단지 전류를 흘리는 것만으로는, 유도전장(E)은 우회전도 좌회전도 할 수 있고, 상기 필요 충분 조건의 첫번째 내용을 만족시키지 않는 것처럼 보인다. 그러나, 본 발명의 필요 충분 조건을 만족시키는 자장을 인가하면, 전자는 Larmor 운동에 의해 자발적으로 우회전을 행하기 때문에, 결과적으로 유도전장(E)도 우회전한다. 따라서, 본 발명에서의 고주파 유도 안테나의 분할수는, 상기한 바와 같이, n ≥ 2를 만족시키는 정수(n)를 생각하면 된다.In Fig. 1 (Fig. 2), circular arc-shaped high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3, and 7-4 are arranged on one circumference. This configuration of " four divisions " is not an essential configuration for realizing the first content of the necessary sufficient condition. The division number of the high frequency induction antenna may be considered an integer n that satisfies n ≧ 2. One circumferential high frequency induction antenna 7 may be configured using n circular arc antennas (high frequency induction antenna elements). In addition, although FIG. 1 shows the method of forming the induction electric field E which rotates right with respect to the direction of the magnetic field by the phase control of the electric current which flows in a high frequency, it can form reliably as n≥3. The case of n = 2 is special, for example, two semicircular antennas are used to form one circumference, each with a phase difference of (360 °) / (2 antennas) = (180 °) Means shedding. In this case, only by passing the electric current, the induction electric field E can turn right and left, and it does not seem to satisfy the first content of the necessary sufficient condition. However, if a magnetic field satisfying the necessary sufficient conditions of the present invention is applied, the former spontaneously turns right by the Larmor motion, and as a result, the induced electric field E also turns right. Therefore, the division number of the high frequency induction antenna according to the present invention may be considered as an integer n satisfying n ≧ 2 as described above.

(실시예 10)(Example 10)

상기한 바와 같이, 고주파 유도 안테나의 분할수(n)가 n = 2인 경우, 상기한 필요 충분 조건의 두번째 내용을 만족시키는 자장(B)을 인가함으로써, 고주파 유도 안테나가 형성하는 유도전장(E)은 자력선의 방향에 대하여 우회전한다. 이 실시예에서는, 2개의 고주파 유도 안테나 요소에는, λ/2 위상이 어긋난 고주파를 급전한다. 제 10 실시예로서, 이 실시예의 기본구성을 도 11에 나타낸다. 도 11의 구성에서는, 안테나 요소(7-1)의 급전단(A)과 접지단(B)과 안테나 요소(7-2)의 급전단(A)과 접지단(B)이 ABAB로 둘레방향에 점대칭으로 나열하도록 구성됨과 함께, 발신기(54)의 2개의 출력은, 한쪽이 고주파 전원(51-1) 및 정합기(52-1)를 거쳐, 고주파 유도 안테나 요소(7-1)의 급전단(A)의 급전점(53-1)에 접속되고, 다른쪽이 λ/2 지연수단(6-3)과 고주파 전원(51-2) 및 정합기(52-2)를 거쳐, 고주파 유도 안테나 요소(7-2)의 급전단(A)의 급전점(53-2)에 접속되어 있다.As described above, when the dividing number n of the high frequency induction antenna is n = 2, the induction electric field E formed by the high frequency induction antenna is applied by applying a magnetic field B that satisfies the second content of the necessary sufficient condition. ) Turns right with respect to the direction of the line of magnetic force. In this embodiment, two high frequency induction antenna elements are supplied with high frequency in which the λ / 2 phase is shifted. As a tenth embodiment, the basic structure of this embodiment is shown in FIG. In the configuration of Fig. 11, the feed end A and the ground end B of the antenna element 7-1 and the feed end A and the ground end B of the antenna element 7-2 are ABAB in the circumferential direction. The two outputs of the transmitter 54 are configured to be point symmetrically arranged at the top of the high frequency induction antenna element 7-1 through one of the two outputs of the transmitter 54 via a high frequency power source 51-1 and a matching unit 52-1. It is connected to the feed point 53-1 of the front end A, and the other is the high frequency induction via the lambda / 2 delay means 6-3, the high frequency power supply 51-2, and the matching unit 52-2. It is connected to the feed point 53-2 of the feed end A of the antenna element 7-2.

따라서, 도 11에 도시한 바와 같이, 각 고주파 유도 안테나 요소의 전류의 방향은 I1과 I2에 화살표로 나타낸 방향이다. 그런데, 각 고주파 유도 안테나의 요소(7-1, 7-2)에는, 위상이 역전한(λ/2 위상이 어긋난) 전류가 흐르기 때문에, 결과적으로, 각 고주파 유도 안테나 요소(7-1, 7-2)에 흐르는 고주파전류는 도면에 대하여, 위상의 절반주기마다, 상향 또는 하향 중 어느 한쪽이 된다. 따라서, 도 11을 형성하는 유도전장(E)은, 도 5와 동일한 2개의 피크를 가지게 된다. 단지 이것만으로는, 유도전장(E)으로 구동된 전자는, 우회전도 좌회전도 가능하게 된다. 그러나, 이것에 상기 필요 충분 조건을 만족시키는 자장(B)(지면의 표면에서 이면을 향하는 자력선의 자장)을 인가하면, 우방향의 전자는 ECR 현상에 의해 공명적으로 고주파의 에너지를 수취하여 고효율로 설붕적 전리를 일으키나, 좌방향의 전자는 공명적으로 고주파의 에너지를 수취할 수 없기 때문에 전리효율은 나쁜 것이 된다. 결과적으로, 플라즈마의 발생은 우방향의 전자에 의해 주체적으로 행하여지게 되고, 효율적으로 고주파의 에너지를 수취하여 고속도까지 가속된 전자가 남게 된다. 이 때, 플라즈마 중을 흐르는 전류성분은 저속의 좌방향의 전자와, 고속의 우방향의 전자가 주된 성분이 되나, 당연, 고속에 도달한 우방향의 전자에 의한 전류가 지배적이게 되고, 수학식(1) 및 (2)에서 알 수 있는 바와 같이 유도전장(E)은 우측으로 회전한다. 이것은, μ파나 UHF, VHF를 사용한 종래의 ECR 플라즈마원에서, 특히 전장을 특정방향으로 회전시키지 않아도 ECR 방전이 생기는 것과 동일하다.Thus, as shown in Fig. 11, the direction of the current of each high frequency induction antenna element is the direction indicated by arrows in I 1 and I 2 . By the way, since the current of which the phase was reversed ((lambda / 2/2 phase shifted)) flows to the elements 7-1 and 7-2 of each high frequency induction antenna, as a result, each high frequency induction antenna element 7-1 and 7 The high frequency current flowing through -2) becomes either up or down in each half cycle of the phase with respect to the drawing. Therefore, the induction electric field E forming FIG. 11 has two peaks similar to FIG. Only by this, the electron driven by the induction electric field E becomes possible to turn rightward and leftward. However, if this is applied to the magnetic field B (magnetic field of the magnetic force line from the surface surface to the rear surface) satisfying the necessary sufficient conditions, the electrons in the right direction resonantly receive the high frequency energy by the ECR phenomenon, resulting in high efficiency. However, the ionization efficiency is poor because electrons in the left direction cannot receive high frequency energy resonancely. As a result, the plasma is generated mainly by electrons in the right direction, and electrons accelerated to high speeds by receiving energy of high frequency efficiently remain. At this time, the current component flowing in the plasma is mainly composed of the low-speed electrons in the left direction and the high-speed electrons in the right direction, but of course, the current by the electrons in the right-direction that has reached the high speed becomes dominant. As can be seen in (1) and (2), the induced electric field E rotates to the right. This is the same as that of a conventional ECR plasma source using μ waves, UHF, or VHF, especially when an ECR discharge occurs without rotating the electric field in a specific direction.

(실시예 11)(Example 11)

이 도 11에 대하여, 도 6(또는, 도 7, 도 10)의 효과를 넣으면, 제 11 실시예인 도 12와 같이, 간단한 구성으로 ECR 현상을 일으킬 수 있다. 도 12에서는 위상을 반전시킨 고주파를 공급하지 않고, 각각의 고주파 유도 안테나 요소에 동상의 고주파를 공급하나, 각각의 고주파 유도 안테나 요소의 급전단(A)과 접지단(B)을 동일하게 함으로써 전류의 방향이 반전하기 때문에, 도 11과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 단, 고주파 유도 안테나의 분할수(n)가 n = 2인 경우, 2개의 고주파 유도 안테나 요소에 흐르는 전류가 동시에 제로가 되는 경우가 존재하기 때문에, 예외적으로 유도전장(E)이 E = 0 이 되는 순간이 존재한다. 고주파 유도 안테나의 분할수(n)가 n ≥ 3인 경우, 각각의 경우에 따른 도 3과 동일한 도면을 작성하면 분명한 바와 같이, 항상 2개 이상의 고주파 유도 안테나 요소에 전류가 흐르기 때문에, 유도전장(E)이 E = 0 이 되는 순간은 존재하지 않는다.With respect to Fig. 11, if the effects of Fig. 6 (or Figs. 7, 10) are added, the ECR phenomenon can be generated with a simple configuration as in Fig. 12, which is the eleventh embodiment. In Fig. 12, the in-phase high frequency is supplied to each of the high frequency induction antenna elements without supplying the high frequency inverted phase, but the current is made equal by the feed end A and the ground end B of each high frequency induction antenna element. Since the direction of is reversed, the same effect as in FIG. 11 can be obtained. However, when the split number n of the high frequency induction antenna is n = 2, the current flowing through the two high frequency induction antenna elements may be zero at the same time. There is a moment. When the division number n of the high frequency induction antenna is n ≧ 3, as is clear from the same drawing as in FIG. 3 in each case, since current flows in at least two high frequency induction antenna elements, the induction electric field ( There is no moment when E) becomes E = 0.

서로 등간격으로 안테나의 중심으로부터 방사상으로 배치된 적어도 3개의 직선형상 도체로 이루어지고, 당해 직선형상 도체의 각각은 한쪽 끝이 접지되고, 다른쪽 끝이 RF 고주파 전원에 접속되는 것이 나타나 있다(예를 들면, 특허문헌 6 참조). 이 특허문헌 6 도 3(c), (e)에는, (a) 안테나는 진공 중으로 도입되어 있고, (b) 또, 안테나는 직선형상 도체로 구성되어 있고, (c) 또한, 당해 직선형상 도체가 절연 피복되어 있고, (d) 자장을 인가하는 구성이 개시되어 있다. 이들 구성은, 본 발명의 도 12인 n = 2의 구성과 잘 닮아 있다. 특허문헌 6의 구성의 목적은, 진공 중으로 도입한 안테나에 대전력을 안정되게 투입하여 고밀도의 플라즈마를 생성하고, 자장에 의해 그 확산을 제어하여 균일한 분포를 얻는다는 것이다. 그러나 이 구성은, 본 특허와 비교하면 치명적인 결함이 있다. 이 기본원인은, 진공 중으로 안테나가 도입되어 있는 것이다. 이 문헌에서 설명되어 있는 바와 같이, 진공 중으로 도체 안테나를 도입하면 이상방전 등에 의해 안정된 플라즈마를 생성하는 것이 곤란하다. 이것은, 비특허문헌 3에도 기재된 사실이다. 이 때문에 특허문헌 6의 발명에서는, 안테나를 안정되게 플라즈마로부터 절연 피복하기 위하여 직선형상 도체로 하고 있다. 그런데, 이 안테나는 플라즈마와 유도결합할 뿐만 아니라, 용량결합도 한다. 즉, 안테나 도체와 플라즈마는, 절연 피복의 정전용량에 의해 연결되어 있고, 절연 피복의 플라즈마측 표면에는 고주파 전압에 의한 셀프 바이어스전압이 발생하고, 절연 피복 표면은 항상 플라즈마의 이온에 의해 스퍼터된다. 이에 의하여, 문제가 발생한다. 먼저, 절연 피복이 스퍼터됨으로써, 플라즈마처리를 하는 반도체 웨이퍼는, 절연 피복의 원료물질에 오염되거나, 또는 절연 피복이 스퍼터에 의하여 이물이 되어 반도체 웨이퍼 위에 올라타, 정상적인 플라즈마처리를 할 수 없게 된다. 다음 문제는, 절연 피복이 시간경과에 따라 얇아지고, 절연 피복부의 정전용량의 증가와 함께 안테나 도체와 플라즈마 사이의 용량결합이 강해져 가는 것이다. 이에 의하여, 먼저, 용량결합에 의해 생성되는 플라즈마의 특성이 시간과 함께 변화되어, 일정한 특성의 플라즈마를 발생할 수 없게 된다. 즉 플라즈마 특성의 경시 변화가 발생한다. 또한, 절연 피복이 얇아져 용량결합이 강해지면, 더욱 높은 셀프 바이어스전압이 발생하고, 절연 피복은 가속도적으로 소모되어, 이물발생이나 오염도 가속적으로 증가한다. 최종적으로는, 가장 약한 절연 피복부가 찢어져, 안테나 도체가 직접 플라즈마와 접촉하고, 이상방전을 일으켜 플라즈마처리를 계속할 수 없게 된다. 당연, 안테나의 수명은 유한이다. 즉, 특허문헌 6의 발명의 구성은, 산업용으로는 적합하지 않다. 사용하기 시작하였을 때는 좋더라도, 사용하고 있는 도중에 특성이 자꾸 열화되어 사용할 수 없게 되는 데다가, 안테나는 소모품으로서 교환할 필요가 있어 시간이나 비용이 소요되는 장치가 된다. 이것에 대하여, 본 특허의 구성은 절연체 덮개(12)의 대기측에 있고, 그 수명은 반영구적이며, 소모품으로서 교환하는 시간이나 비용이 소요되지 않는다. 또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 안테나와 플라즈마 사이에는 패러데이 시일드가 있고, 안테나와 플라즈마 사이의 용량결합을 차단할 수 있다. 따라서, 절연체 덮개(12)가 이온으로 스퍼터되어 반도체 웨이퍼의 오염이나 이물발생은 없는 데다가, 절연체 덮개(12)가 스퍼터로 얇아져 사용할 수 없게 되는 경우도 없다. 또한 본 발명과 특허문헌 6의 발명의 차이는, 특허문헌 6의 발명은 회전하는 유도전장을 만들어내는 것도, 이 회전유도전장과 자장에 의해 ECR를 일으키는 것도, 양쪽 모두 의도되어 있지 않은 것이다. It is shown that it consists of at least three linear conductors radially arranged from the center of the antenna at equal intervals from each other, and each of the linear conductors has one end grounded and the other end connected to an RF high-frequency power supply (Example For example, refer patent document 6). In this patent document 6 (c) and (e), (a) the antenna is introduce | transduced in a vacuum, (b) Moreover, the antenna is comprised from the linear conductor, (c) Moreover, the said linear conductor Is coated with insulation, and (d) the structure which applies a magnetic field is disclosed. These configurations are similar to the configuration of n = 2 in FIG. 12 of the present invention. The purpose of the configuration of Patent Document 6 is to stably input a large power to an antenna introduced into a vacuum to generate a high-density plasma, control its diffusion by a magnetic field, and obtain a uniform distribution. However, this configuration has a fatal defect as compared with the present patent. The basic cause is that the antenna is introduced into the vacuum. As described in this document, when a conductor antenna is introduced in a vacuum, it is difficult to generate a stable plasma by abnormal discharge or the like. This is a fact described also in nonpatent literature 3. For this reason, in invention of patent document 6, in order to insulate and coat an antenna from plasma stably, it is set as a linear conductor. However, the antenna not only inductively couples to the plasma but also performs capacitive coupling. That is, the antenna conductor and the plasma are connected by the capacitance of the insulating coating, the self-bias voltage by the high frequency voltage is generated on the plasma side surface of the insulating coating, and the insulating coating surface is always sputtered by the ions of the plasma. This causes a problem. First, the insulating coating is sputtered, so that the semiconductor wafer subjected to the plasma treatment is contaminated with the raw material of the insulating coating, or the insulating coating becomes foreign matter by the sputter and rises on the semiconductor wafer, thereby preventing normal plasma processing. The next problem is that the insulating coating becomes thinner with time, and the capacitive coupling between the antenna conductor and the plasma becomes stronger as the capacitance of the insulating coating increases. By this, first, the characteristics of the plasma generated by the capacitive coupling change with time, so that plasmas of constant characteristics cannot be generated. In other words, a change in the plasma characteristics over time occurs. In addition, as the insulating coating becomes thinner and the capacitive coupling becomes stronger, higher self bias voltage is generated, the insulating coating is accelerated to be consumed, and foreign matter generation and contamination also increase rapidly. Finally, the weakest insulation coating is torn, and the antenna conductor directly contacts the plasma, causing abnormal discharge, and the plasma treatment cannot continue. Naturally, the lifetime of the antenna is finite. That is, the structure of invention of patent document 6 is not suitable for industrial use. Even if it starts to be used, the characteristics deteriorate and become unusable during use, and the antennas need to be replaced as consumables, resulting in a device that takes time and cost. On the other hand, the structure of this patent is in the air | atmosphere side of the insulator cover 12, and the life is semi-permanent, and it does not take time and cost to replace it as a consumable. In addition, as shown in FIG. 1, there is a Faraday shield between the antenna and the plasma, and capacitive coupling between the antenna and the plasma can be blocked. Therefore, the insulator cover 12 is sputtered with ions, so that there is no contamination or foreign matter on the semiconductor wafer, and the insulator cover 12 is thinned by the sputter so that it cannot be used. The difference between the invention of the present invention and Patent Document 6 is that neither the invention of Patent Document 6 is intended to produce a rotating induction electric field nor to generate an ECR by the rotating induction electric field and magnetic field.

도 1(도 2)에서는, 4분할된 고주파 유도 안테나 요소(7-1, 7-2, 7-3, 7-4)가, 하나의 원주상에 배치되어 있다. 이 "하나의 원주상"이라는 구성도, 상기 필요 충분 조건의 첫번째 내용을 실현하기 위한 필수 구성은 아니다. 예를 들면, 대소 2개의 원주를 생각하고, 평판형상 절연체(12)의 내주와 외주, 또는 상하나 비스듬하게 4분할된 고주파 유도 안테나가 배치되었다 하여도, 상기 필요 충분 조건의 첫번째 내용을 실현할 수 있다. 즉 상기 필요 충분 조건의 첫번째 내용을 실현할 수 있으면, 원주의 수나 그것들의 배치는 자유롭게 구성할 수 있다. 평판형상 진공용기 덮개(12)의 경우와 마찬가지로, 절연체로 이루어지는 진공용기 덮개(12)가, 사다리꼴 회전체 형상이나 중공의 반구체 즉 돔형상이나 바닥이 있는 원통형의 경우에도, 고주파 유도 안테나를 그 내주 외주에 배치하는 것도, 상하나 비스듬하게 배치하는 것도 가능하다.In FIG. 1 (FIG. 2), the high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3, and 7-4 divided into four are arranged on one circumference. This configuration of " one columnar shape " is not an essential configuration for realizing the first content of the necessary sufficient condition. For example, considering the two circumferences of large and small, and even if a high frequency induction antenna divided into an inner circumference and an outer circumference of the plate-shaped insulator 12 or an upper and lower quadrant is arranged, the first content of the necessary sufficient condition can be realized. have. That is, if the first content of the necessary sufficient condition can be realized, the number of circumferences and their arrangement can be freely configured. As in the case of the flat vacuum container cover 12, the vacuum container cover 12 made of an insulator has a high frequency induction antenna in the case of a trapezoidal rotating body shape or a hollow hemisphere, that is, a dome shape or a cylindrical shape having a bottom. It can also arrange | position on an outer periphery, and it can also arrange | position at an angle or obliquely.

이하의 발명의 형태는, 복수개의 고주파 유도 안테나 요소로 이루어지는 고주파 유도 안테나의 세트를 복수세트 설치하는 형태이다. 여기서, 회전하는 유도전장(E)을 형성하는 복수의 고주파 유도 안테나 소자로 이루어지는 안테나의 세트수를 m으로 둔다. 본 발명의 경우, m은 자연수이면 구축 가능하다. 즉, 2개의 원주를 생각하는 것 뿐만 아니라, 3개 이상의 원주상에, 각각 분할된 안테나를 배치하는 것도 가능하다. 도 1, 도 2, 도 6 ∼ 도 12, 도 14 ∼ 도 16은, 모두 m = 1의 경우이다. m을 몇개로 할지는, 목적에 따라 선택해야 한다. 산업상 응용에 있어서, 어느 정도의 면적을 가지는 플라즈마가 필요하게 될지, 어느 정도의 면적을 가지는 피처리체를 처리할지, 또는 플라즈마의 균일성은 어느 정도 필요한 것인지에 의해 m의 수를 정해야 한다. m이 1인 경우와 2 이상의 경우에서는 결정적인 차이가 있다. 뒤에서 설명하는 바와 같이, m이 2인 경우는 m이 1인 경우와 비교하여, 안테나의 각 세트로 흘리는 전류의 크기를 제어하여, 플라즈마의 생성분포를 제어할 수 있다는 튜닝 노브가 하나 증가하기 때문이다. m이 3 이상인 경우는 번잡해질 뿐이기 때문에, 여기서는 m = 2의 경우에 대하여 설명한다.The following aspect of the invention is in the form of providing a plurality of sets of high frequency induction antennas comprising a plurality of high frequency induction antenna elements. Here, the number of sets of antennas composed of a plurality of high frequency induction antenna elements forming the rotating induction electric field E is set to m. In the case of the present invention, m can be constructed as long as it is a natural number. In other words, it is possible not only to consider two circumferences but also to arrange the divided antennas on three or more circumferences. 1, 2, 6-12, and 14-16 are the cases of m = 1. How many m should be chosen according to the purpose. In industrial applications, the number of m must be determined by how much area of plasma is required, how much area to be processed, or how uniformity of plasma is required. There is a decisive difference between the case where m is 1 and the case of 2 or more. As described later, when m is 2, compared to the case where m is 1, the tuning knob increases by one to control the generation distribution of plasma by controlling the amount of current flowing through each set of antennas. to be. When m is three or more, it only becomes complicated, and the case of m = 2 is demonstrated here.

(실시예 12)(Example 12)

도 19를 이용하여, 제 12 실시예를 설명한다. 도 19는, 도 2 또는 도 8의 구성(m = 1)을 m = 2(복수세트)로 확장한 경우를 나타내고 있다. 고주파 전원, 정합기, 전류의 지연회로나 급전선 등을 기입하면 도면이 번잡해지기 때문에, 여기서는 각 고주파 유도 안테나 요소에 대한 급전단(A)(화살표)과 접지단(B)만을 사용한다. 도 19는, 도 2 또는 도 8의 각 고주파 유도 안테나 요소(7-1, 7-2, 7-3, 7-4)의 안쪽에 쌍이 되는 안테나 요소(7'-1, 7'-2, 7'-3, 7'-4)를 설치하고 있다. 이후, 고주파 유도 안테나 요소(7-1, 7-2, 7-3, 7-4)를 바깥쪽 안테나(7), 고주파 유도 안테나 요소(7'-1, 7'-2, 7'-3, 7'-4)를 안쪽 안테나(7')라 부른다. 균일성이 높은 플라즈마를 발생시키기 위해서는, 이들 바깥쪽 안테나(7)와 안쪽 안테나(7')는, 동심원이 되도록 구성한다. 또, 이 구성에서는, 예를 들면, 고주파 유도 안테나 요소(7-1)와 이것에 대응하는 안테나 요소(7'-1)의 급전단(A)과 접지단(B)의 둘레방향에서의 위상각은 일치하고 있다. 이 경우, 도 19의 우측에 나타낸 바와 같이, I1, I1'로서 동상의 전류를 흘리고, I2, I2', I3, I3', I4, I4'를 각각 λ/4 씩 위상을 어긋나게 하여 공급한다. 이 경우, 전류(I1, I1')가 만드는 유도전장(유도자장)의 합은 가장 높아져, 안테나로부터 플라즈마에 대한 전력의 수송효율은 최대가 된다. 플라즈마의 생성은, 안쪽 안테나(7')의 내부(원형상이 된다)는 주로 안쪽 안테나(7')가, 바깥쪽 안테나(7)의 주변(둥근고리 형상이 된다)은 주로 바깥쪽 안테나(7)가 담당하게 된다. 따라서, 플라즈마의 분포제어는, 전류의 절대값|I1|(= |I2| = |I3| = |I4|)와 |I1'|(= |I2'| = |I3'| = |I4'|)의 비율을 바꿈으로써 실현할 수 있다. 이것은, m = 1의 경우에서는 얻어지지 않았던 튜닝 노브이다. 전류비|I1'|/|I1|은, 0(|I1'|= 0, |I1|은 유한의 값을 취한다)으로부터 무한대(|I1'|는 유한의 값을 취한다, |I1| = 0)까지 자유롭게 설정할 수 있다.A twelfth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 19 shows a case where the configuration (m = 1) of FIG. 2 or FIG. 8 is expanded to m = 2 (plural sets). Drawing the high frequency power supply, matching device, current delay circuit, feed line, etc., makes the drawing complicated, so only the feed end A (arrow) and ground end B for each high frequency induction antenna element are used here. FIG. 19 shows antenna elements 7'-1, 7'-2, which are paired inside each of the high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 of FIG. 7'-3, 7'-4) are installed. Then, the high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3, and 7-4 are replaced with the outer antenna 7, and the high frequency induction antenna elements 7 '-1, 7'-2, 7 '-3. , 7'-4) is called the inner antenna 7 '. In order to generate a highly uniform plasma, these outer antenna 7 and inner antenna 7 'are comprised so that it may become concentric circles. In this configuration, for example, the phase in the circumferential direction of the feed end A and the ground end B of the high frequency induction antenna element 7-1 and the antenna element 7'-1 corresponding thereto, for example. The angles are in agreement. In this case, as shown on the right side of FIG. 19, in-phase current flows as I 1 , I 1 ′, and I 2 , I 2 ′, I 3 , I 3 ′, I 4 , and I 4 ′ are respectively λ / 4. The phases are shifted gradually. In this case, the sum of the induced electric fields (induction magnetic fields) generated by the currents I 1 and I 1 ′ is the highest, and the efficiency of transporting power from the antenna to the plasma is maximum. In the generation of plasma, the inside of the inner antenna 7 '(which becomes circular) is mainly the inner antenna 7', and the periphery of the outer antenna 7 is rounded the outer antenna ( 7) will be in charge. Therefore, the distribution control of the plasma includes the absolute value of current | I 1 | (= | I 2 | = | I 3 | = | I 4 |) and | I 1 '| (= | I 2 ' | = | I 3 This can be achieved by changing the ratio of '| = | I 4 ' |). This is a tuning knob not obtained in the case of m = 1. Current ratio | I 1 '| / | I 1 | is, 0 (| I 1' | = 0, | I 1 | takes values of Co.) to infinity (from | I 1 '| is assuming a value of Co. It is possible to freely set up to | I 1 | = 0).

본 발명에서는, 하나의 고주파 유도 안테나 세트는, 예를 들면 도 2에서 설명한 바와 같이 고주파 유도 안테나의 세트 중에서 전류의 위상이 제어되어 있지 않으면 안된다. 이것은, 도 19의 바깥쪽 안테나(7)[고주파 유도 안테나 요소(7-1, 7-2, 7-3, 7-4)]에서도, 안쪽 안테나(7')[고주파 유도 안테나 요소(7'-1, 7'-2, 7'-3, 7'-4)]에서도 성립할 필요가 있다. 또, 도 19에서 설명한 예에서는, 바깥쪽 안테나(7)와 안쪽 안테나(7')의 전류의 위상차는 0°로 제어되어 있다. 그러나, 도 19의 구성에서, 안쪽 안테나와 바깥쪽 안테나의 위상차는, 반드시 0°로 제어되어 있을 필요는 없다. 전장(자장)은, 가산과 감산이 가능한 물리량이고, 바깥쪽 안테나가 만들어내는 유도전장과 안쪽 안테나가 만들어내는 유도전장은, 반드시, 어느 장소에서는 서로 강하게 하고, 또 다른 장소에서는 서로 약하게 한다. 도 19에서 위상차가 0°인 것은, 서로 약하게 하는 전장이 최소가 되고, 서로 강하게 하는 전장이 최대가 될 뿐이다. 그러므로, 안테나로부터 플라즈마에 대한 전력의 수송효율은 최대가 된다. 0°이외에서는, 0°의 경우와 비교하여, 서로 약하게 하는 전장이 증가하고, 서로 강하게 하는 전장이 감소할 뿐이다. 플라즈마의 분포제어라는 관점에서는, 서로 약하게 하는 전장을 최소로 하고, 서로 강하게 하는 전장을 최대로 할 필연성은 없다. 설명을 이해하기 쉽게 하기 위하여, 도 19에서는 안쪽 안테나와 바깥쪽 안테나의 전류의 위상차는 0°로 하였으나, 0°이외에도 설정할 수 있다.In the present invention, one high-frequency induction antenna set must be controlled in phase with a current in the set of high-frequency induction antennas, for example, as illustrated in FIG. This also applies to the inner antenna 7 '(high frequency induction antenna element 7') in the outer antenna 7 (high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3, 7-4) of FIG. -1, 7'-2, 7'-3, 7'-4)]. In the example described in Fig. 19, the phase difference between the current of the outer antenna 7 and the inner antenna 7 'is controlled to 0 degrees. However, in the configuration of FIG. 19, the phase difference between the inner antenna and the outer antenna does not necessarily need to be controlled to 0 degrees. The electric field is a physical quantity that can be added and subtracted, and the induction electric field produced by the outer antenna and the induction electric field produced by the inner antenna must be strong in one place and weak in each other. In Fig. 19, when the phase difference is 0 °, the electric field weakening with each other becomes minimum and the electric field weakening with each other becomes maximum. Therefore, the transportation efficiency of power from the antenna to the plasma is maximum. Outside of 0 degrees, compared with the case of 0 degrees, the electric field weakening each other increases, and the electric field hardening each other only decreases. From the viewpoint of plasma distribution control, there is no necessity to minimize the electric field weakening each other and the electric field stronging each other. In order to make the description easy to understand, in FIG. 19, the phase difference between the currents of the inner antenna and the outer antenna is 0 °, but may be set to other than 0 °.

(실시예 13)(Example 13)

도 20을 이용하여 제 13 실시예를 설명한다. 도 20은, 바깥쪽 안테나와 안쪽 안테나의 전류의 위상차를 45°로 설정한 일 실시예이다. 이 경우, 고주파 유도 안테나 요소의 갯수(안테나의 분할수)는 n = 4이기 때문에, 45°란 2π/mn (radian)이다. 도 20에서는, 안쪽 안테나(7')와 바깥쪽 안테나(7)가 만들어내는 전장이 가장 강해지도록, 안쪽 안테나와 바깥쪽 안테나를 둘레방향으로 45°어긋나게 하여 설치하고 있다. 이것은, 예를 들면, 바깥쪽 안테나의 고주파 유도 안테나 요소(7-1)의 급전단(A)과, 안쪽 안테나의 고주파 유도 안테나 요소(7'-1)의 급전단(A)이 둘레방향으로 45°회전하고 있는 것을 의미한다. 이와 같은 구성의 경우, 각 고주파 유도 안테나 요소에 흘려야 할 전류의 위상차는, 도 20 우측에 도시한 바와 같이, 45°(λ/mn)가 된다.A thirteenth embodiment will be described with reference to FIG. 20 is an embodiment in which the phase difference between the current of the outer antenna and the inner antenna is set to 45 degrees. In this case, since the number of the high frequency induction antenna elements (the number of antenna divisions) is n = 4, 45 ° is 2π / mn (radian). In FIG. 20, the inner antenna and the outer antenna are shifted by 45 ° in the circumferential direction so as to have the strongest electric field produced by the inner antenna 7 'and the outer antenna 7. This is, for example, the feed end A of the high frequency induction antenna element 7-1 of the outer antenna and the feed end A of the high frequency induction antenna element 7'-1 of the inner antenna in the circumferential direction. It means to rotate 45 °. In such a configuration, the phase difference of the current to be passed to each high frequency induction antenna element is 45 ° (λ / mn), as shown in the right side of FIG.

도 20의 구성은, 도 19의 구성과 비교하면 이점이 있다. 이 때문에, 먼저 도 19의 구성이 불리한 점을 설명한다. 도 2에서도 동일하나, 도 19의 바깥쪽 안테나(7)가 만들어내는 유도전장이 매끄럽게 회전하는 조건은, 하나의 고주파 유도 안테나 요소, 예를 들면 7-1의 길이(l)가, l ≤ λ/n을 만족시키는 것이다(바깥쪽 안테나가 l ≤ λ/n을 만족시키는 경우, 안쪽 안테나는 반드시 l ≤ λ/n을 만족시키기 때문에, 여기서는 바깥쪽 안테나만으로 설명한다). 여기서, l << λ/n의 경우, 안테나 요소(7-1)의 급전단(A)을 흐르는 고주파전류(I1A)와 접지단(B)을 흐르는 고주파전류(I1B)는 같다고 생각할 수 있고, I1A = I1B 이다. 그러나, l이 λ/n의 길이에 근접하면, 정재파[파장(λ)]에 의해 고주파 유도 안테나 요소 중에 전류분포가 발생한다. 이 모양을 도 26(a)에 나타낸다. 급전단(A)에서 본 I1 방향(화살표의 방향)의 임피던스는, 안테나 요소(7-1)가 가지는 어느 유한의 임피던스(뒤에서 설명하는 L)를 취하는 것에 대하여, 접지단(B)에서 본 I1 방향의 임피던스는 대략 0Ω이 된다. 이 때문에, 정재파의 영향이 현저하게 나온 경우는, 도 26(a)에 나타내는 바와 같이 통상 I1A < I1B 가 된다. 당연, 급전단(A)의 바로 밑의 유도전장강도(E), 즉 플라즈마의 밀도는, 접지단(B)의 바로 밑의 플라즈마밀도보다 낮아진다. 즉, 바깥쪽 안테나의 둘레방향에 플라즈마분포가 생긴다. 이 플라즈마분포가 가장 크게 변화되는 곳은, 안테나 요소와 안테나 요소의 이음매, 예를 들면, 도 19의 안테나 요소(7-1)의 접지단(B)과 안테나 요소(7-2)의 급전단(A)의 사이이다. The structure of FIG. 20 has an advantage compared with the structure of FIG. For this reason, first, the disadvantage of the structure of FIG. 19 is demonstrated. Although the same applies to FIG. 2, the condition under which the induction electric field generated by the outer antenna 7 of FIG. 19 smoothly rotates is that one high frequency induction antenna element, for example, the length l of 7-1, is l ≦ λ. satisfies / n (when the outer antenna satisfies l &amp;le; lambda / n, since the inner antenna always satisfies l &amp;le; lambda / n, only the outer antenna will be described here). Here, in the case of l << lambda / n, it can be considered that the high frequency current I1A flowing through the feed end A of the antenna element 7-1 and the high frequency current I1B flowing through the ground end B are the same. I 1 A = I 1 B. However, when l is close to the length of lambda / n, the current distribution occurs in the high frequency induction antenna element due to the standing wave (wavelength?). This shape is shown in Fig. 26A. The impedance in the I 1 direction (arrow direction) seen from the power supply terminal A is taken from the ground terminal B, while taking any finite impedance (L described later) of the antenna element 7-1. I 1 The impedance in the direction is approximately 0Ω. Therefore, in the case shown it is significantly affected by standing waves, are usually A I 1 <I 1 B as shown in Fig. 26 (a). Naturally, the induced electric field strength E immediately under the feed end A, that is, the density of the plasma, is lower than the plasma density just under the ground end B. FIG. That is, plasma distribution occurs in the circumferential direction of the outer antenna. The largest change in the plasma distribution is at the joint of the antenna element and the antenna element, for example, the ground end B of the antenna element 7-1 of FIG. 19 and the feed end of the antenna element 7-2. It is between (A).

이 둘레방향의 플라즈마분포를 더욱 균일하게 하는 방법은 2가지 있다. 하나는, 도 20에 나타낸 바와 같이, 접지단(B)을 직접 접지하는 것은 아니고, 콘덴서(C)를 거쳐 접지하는 것이다. 콘덴서(C)의 값을 적절하게 설계함으로써, I1A = IlB 을 실현할 수 있다. 이 모양을 도 26(b)에 나타낸다. 안테나 요소(7-1)가 가지는 인덕턴스를 L로 두면, I1A = IlB 가 되는 것은, 콘덴서(C)[용량(C)]와 L 사이에 1/ωC = ωL/2의 관계가 성립할 때이다. 도 26(b)에 나타내는 바와 같이, 이 때, 전류(I1)의 분포는 안테나 요소(7-1)의 중심에서 최대값을 취하고, 또, 전압(V1)의 분포는 안테나 요소(7-1)의 중심에서 0V가 된다. 이것은, 비특허문헌 3 및 비특허문헌 4에 자세하게 기재되어 있다.There are two ways to make the plasma distribution in the circumferential direction more uniform. One, as shown in FIG. 20, does not directly ground the ground terminal B, but grounds through the capacitor C. FIG. By appropriately designing the value of the capacitor C, I 1 A = I l B can be realized. This shape is shown in Fig. 26 (b). If the inductance of the antenna element 7-1 is set to L, I 1 A = I l B means that the relationship of 1 / ωC = ωL / 2 between the capacitor C (capacity C) and L It is time to establish. As shown in Fig. 26B, at this time, the distribution of the current I 1 takes the maximum value at the center of the antenna element 7-1, and the distribution of the voltage V 1 is the antenna element 7. 0V at the center of -1). This is described in detail in Non-Patent Document 3 and Non-Patent Document 4.

또 하나의 방법은, 바깥쪽 안테나 급전단(A)과 접지단(B)의 둘레방향의 위치에 대하여, 안쪽 안테나의 급전단(A)과 접지단(B)의 둘레방향의 위치를 어긋나게 하는, 즉 위상각을 붙이는 것이다. 도 20에는 이 위상각은 45°이다. 이와 같은 구성으로 함으로써 플라즈마의 농담을 챔버 내로 분산하고, 플라즈마의 확산에 의한 균일성 향상을 도모할 수 있다. 도 20의 구성은, 이 2가지 요건을 동시에 만족시키는 일 실시예이다.Another method is to shift the circumferential position of the feed end A and the ground end B of the inner antenna relative to the circumferential position of the outer antenna feed end A and the ground end B. That is, the phase angle is attached. In Fig. 20, this phase angle is 45 degrees. With such a configuration, it is possible to disperse the darkness of the plasma into the chamber and to improve the uniformity due to the diffusion of the plasma. 20 is one embodiment which satisfies these two requirements simultaneously.

(실시예 14)(Example 14)

도 21을 이용하여 제 14 실시예를 설명한다. 도 20에서 설명한 바와 같은, 정재파의 영향으로 안테나의 둘레방향에 플라즈마 분포가 생기는 경우, 이 플라즈마 분포를 더욱 균일하게 하는 다른 안테나 구성이 있다. 이것은, 안테나 요소를 겹치는 것으로, 도 21에 이 일 실시예를 나타낸다. 도 21에서는, 고주파 유도 안테나 요소(7-1)는, 그 절반이 고주파 유도 안테나 요소(7-4)와 겹쳐 있고, 또 나머지 절반이 고주파 유도 안테나 요소(7-2)와 겹쳐 있다. 고주파 유도 안테나 요소가 겹친 부분에서는, 2개의 고주파 유도 안테나 요소에 흐르는 전류에 의해 생기는 유도전장이 가산된다. 즉, 고주파 유도 안테나 요소(7-1)의 절반은 전류(I1, I4)에의한 유도전장이 형성되고, 나머지 절반은 전류(I1, I2)에 의한 유도전장이 형성된다. 따라서, 이 구성에 의해 둘레방향의 유도전장을 더욱 매끄럽게 한 상태에서, 회전전장을 형성할 수 있다. 이 구성을 모든 안테나 요소에 대하여 행한 것이, 도 21이다.A fourteenth embodiment will be described with reference to FIG. As described with reference to Fig. 20, when the plasma distribution occurs in the circumferential direction of the antenna under the influence of the standing wave, there is another antenna configuration that makes this plasma distribution even more uniform. This overlaps the antenna elements, which shows this embodiment in FIG. 21. In FIG. 21, half of the high frequency induction antenna element 7-1 overlaps the high frequency induction antenna element 7-4, and the other half overlaps the high frequency induction antenna element 7-2. In the portion where the high frequency induction antenna elements overlap, the induction electric field generated by the current flowing through the two high frequency induction antenna elements is added. That is, half of the high frequency induction antenna element 7-1 forms an induction electric field by currents I 1 and I 4 , and the other half forms an induction electric field by currents I 1 and I 2 . Therefore, this structure can form a rotating electric field in the state which made the induction electric field of the circumferential direction more smooth. 21 shows this structure for all antenna elements.

이상, 도 20과 도 21을 이용하여, 바깥쪽 안테나(7)와 안쪽 안테나(7')를 사용하여 더욱 매끄러운 회전전장을 형성하는 방법을 설명하였다. 여기서 설명한, (1) 바깥쪽 안테나와 안쪽 안테나의 둘레방향의 설치 위상각을 설정하는 방법과, (2) 접지단(B)을 콘덴서를 거쳐 접지하는 방법과, (3) 안테나 요소를 겹치는 방법은, 다른 도면에서 설명하였으나, 이들 방법을 동시에 실시하는 것이 가능하다.20 and 21 have described a method of forming a smoother electric field using the outer antenna 7 and the inner antenna 7 '. (1) a method of setting the installation phase angle in the circumferential direction of the outer and inner antennas, (2) grounding of the ground terminal (B) via a capacitor, and (3) a method of overlapping the antenna elements described here. Although described in other drawings, it is possible to carry out these methods simultaneously.

(실시예 15)(Example 15)

도 22를 이용하여 제 15 실시예를 설명한다. 고주파 유도 안테나 요소의 길이(l)가, l 《 λ/n, 즉, IlA = IlB의 경우, 가장 간단한 n = 2, m = 2가 되는 구성의 일 실시예를 도 22에 나타낸다. 이 구성은, 도 12에서 설명한 구성을 각각 안쪽 안테나(7')와 바깥쪽 안테나(7)에 사용한 것이다. 이 경우, 고주파 유도 안테나 요소에 흐르는 전류(I1, I1', I2, I2')는, 모두 동상의 전류로 할 수 있다. 따라서, 안쪽 안테나의 급전점(A)과 바깥쪽 안테나의 급전점(A)에, 1대의 전원으로부터 전류를 공급할 수 있다. 이 경우, 안쪽 안테나와 바깥쪽 안테나에 공급하는 전류량을 조정하는 전류 조정기(55)를 도면에 나타낸 위치에 삽입하는 것이 바람직하다. 물론, 안쪽 안테나(7')와 바깥쪽 안테나(7)에 각각의 전원으로부터 전류를 공급하여도 상관없다. A fifteenth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 22 shows an embodiment of the configuration in which the length l of the high frequency induction antenna element is the simplest n = 2, m = 2, where l &lt; λ / n, that is, I l A = I l B. . This configuration uses the configuration described in Fig. 12 for the inner antenna 7 'and the outer antenna 7, respectively. In this case, the currents I 1 , I 1 ′, I 2 , and I 2 ′ flowing through the high frequency induction antenna element can all be currents in phase. Therefore, a current can be supplied from one power source to the feed point A of the inner antenna and the feed point A of the outer antenna. In this case, it is preferable to insert the current regulator 55 for adjusting the amount of current supplied to the inner antenna and the outer antenna at the position shown in the figure. Of course, you may supply electric current to each of the inner antenna 7 'and the outer antenna 7 from each power supply.

평판형상 진공용기 덮개(12)의 경우와 마찬가지로, 절연체로 이루어지는 진공용기 덮개(12)가, 사다리꼴 회전체 형상이나 중공의 반구체 즉 돔형상이나 바닥이 있는 원통형의 경우에도, 고주파 유도 안테나를 그 내주 외주에 배치하는 것도, 상하나 비스듬하게 배치하는 것도 가능하다. 도 13에서 설명한 바와 같이, 진공용기 덮개(12)에 대한 안테나의 위치는, 플라즈마의 생성분포와 확산분포를 제어하는 데에 있어서 매우 중요하다. 동일한 의미에서, 안쪽 안테나와 바깥쪽 안테나를 진공용기 덮개(12)에 대하여 어떻게 배치할지는 중요하다.As in the case of the flat vacuum container cover 12, the vacuum container cover 12 made of an insulator has a high frequency induction antenna in the case of a trapezoidal rotating body shape or a hollow hemisphere, that is, a dome shape or a cylindrical shape having a bottom. It can also arrange | position on an outer periphery, and it can also arrange | position at an angle or obliquely. As described in FIG. 13, the position of the antenna with respect to the vacuum container cover 12 is very important in controlling the generation distribution and the diffusion distribution of the plasma. In the same sense, it is important how the inner and outer antennas are arranged with respect to the vacuum vessel cover 12.

도 23에 진공용기 덮개(12)에 대한 안쪽 안테나(7')와 바깥쪽 안테나(7) 배치의 변형을 나타낸다. 도 23(a)는, 평판형상 진공용기 덮개(12)의 위에 안쪽 안테나(7')와 바깥쪽 안테나(7)를 설치한 예이다. 도 13(a)와 비교하면, 더욱 중심으로 집중한 플라즈마 분포를 만들어낼 수 있다. 물론, 안쪽 안테나(7') 또는 바깥쪽 안테나(7)의 한쪽의 전류를 0A 라 하면, 도 23(a)와 도 13(a)는 등가의 구성이다. 평판형상 진공용기 덮개(12)는, 하나의 면(상면)을 가지고 있을 뿐이기 때문에, 이와 같은 구성이 된다. 도 23(b)는, 돔형상 진공용기 덮개(12)에 대한 안쪽 안테나(7')와 바깥쪽 안테나(7) 배치의 변형이다. 돔의 곡면상에 바깥쪽 안테나와 안쪽 안테나를 배치하고, 플라즈마의 분포 제어성을 높인 구성이다. 도 23(a)와 마찬가지로, 안쪽 안테나(7') 또는 바깥쪽 안테나(7)의 한쪽의 전류를 0A 이라 하면, 도 23(b)와 도 13(b)는 등가의 구성이다.23 shows a variation of the arrangement of the inner antenna 7 'and the outer antenna 7 with respect to the vacuum vessel cover 12. Fig. 23A is an example in which the inner antenna 7 'and the outer antenna 7 are provided on the flat plate-shaped vacuum container cover 12. Figs. Compared with FIG. 13 (a), it is possible to produce a plasma distribution that is more centrally focused. Of course, if one current of the inner antenna 7 'or the outer antenna 7 is 0A, Figs. 23A and 13A are equivalent configurations. Since the flat vacuum container cover 12 has only one surface (upper surface), it becomes such a structure. FIG. 23B is a variation of the arrangement of the inner antenna 7 'and the outer antenna 7 with respect to the dome-shaped vacuum container cover 12. As shown in FIG. The outer and inner antennas are arranged on the curved surface of the dome, and the distribution control of plasma is enhanced. As shown in Fig. 23A, when one current of the inner antenna 7 'or the outer antenna 7 is 0A, Figs. 23B and 13B are equivalent configurations.

도 23(c), 도 23(d)는, 사다리꼴 회전체 형상 진공용기 덮개(12)에 대한 안쪽 안테나(7')와 바깥쪽 안테나(7) 배치의 변형이다. 이 사다리꼴 회전체형상 진공용기 덮개(12)는, 경사진 측면과 플랫한 상면을 가지기 때문에, 도 23(c), 도 23(d)와 같은 변형이 가능하게 된다. 도 23(c)는, 경사진 측면에 바깥쪽 안테나(7), 상면에 안쪽 안테나(7')를 배치하고 있다. 도 23(d)는, 경사진 측면에 안쪽 안테나(7')와 바깥쪽 안테나(7)를 배치하고 있다. 도 23(c), 도 23(d) 모두 안쪽 안테나(7') 또는 바깥쪽 안테나(7)의 한쪽의 전류를 0A 라 하면, 도 13(d)와 등가의 구성이 된다. 또, 도 23(c)보다 도 23(d)의 쪽이, 더욱 중심부의 플라즈마분포를 제어할 수 있다. 도시 생략하나, 양 안테나를 모두 상면에 배치하는 것도 가능하다.23 (c) and 23 (d) are variations of the arrangement of the inner antenna 7 ′ and the outer antenna 7 with respect to the trapezoidal rotary vacuum container cover 12. Since the trapezoidal rotary vacuum container cover 12 has an inclined side surface and a flat upper surface, deformations as shown in Figs. 23 (c) and 23 (d) are possible. In Fig. 23C, the outer antenna 7 is disposed on the inclined side surface, and the inner antenna 7 'is disposed on the upper surface. In Fig. 23 (d), the inner antenna 7 'and the outer antenna 7 are disposed on the inclined side surface. 23 (c) and 23 (d) have an equivalent configuration to FIG. 13 (d) when a current of one of the inner antenna 7 'or the outer antenna 7 is 0A. 23 (d) can control the plasma distribution of the central portion more than that shown in FIG. 23 (c). Although not shown, it is also possible to arrange both antennas on the upper surface.

도 23(e), 도 23(f), 도 23(g)는, 바닥이 있는 원통형 진공용기 덮개(12)에 대한 안쪽 안테나(7')와 바깥쪽 안테나(7) 배치의 변형이다. 이 바닥이 있는 원통형 진공용기 덮개(12)는, 수직한 측면과 넓은 플랫한 상면을 가지기 때문에, 도 23(e), 도 23(f), 도 23(g)와 같은 변형이 가능하게 된다. 도 23(e)는, 측면에 안쪽 안테나(7')와 바깥쪽 안테나(7)를 배치하고 있다. 도 23(f)는, 측면에 바깥쪽 안테나(7), 상면에 안쪽 안테나(7')를 배치하고 있다. 도 23(e), 도 23(f) 모두 안쪽 안테나(7') 또는 바깥쪽 안테나(7)의 한쪽의 전류를 0A라 하면, 도 13(e)와 등가의 구성이 된다. 23 (e), 23 (f) and 23 (g) are variations of the arrangement of the inner antenna 7 'and the outer antenna 7 with respect to the bottomed cylindrical vacuum container cover 12. FIG. Since the bottomed cylindrical vacuum container cover 12 has a vertical side surface and a wide flat top surface, deformations as shown in Figs. 23 (e), 23 (f) and 23 (g) are possible. In Fig. 23E, the inner antenna 7 'and the outer antenna 7 are disposed on the side surface. In Fig. 23 (f), the outer antenna 7 is disposed on the side surface, and the inner antenna 7 'is disposed on the upper surface. In Figs. 23E and 23F, when the current of one of the inner antenna 7 'or the outer antenna 7 is 0A, the configuration is equivalent to that of Fig. 13E.

도 23(g)는, 상면에 바깥쪽 안테나(7)와 안쪽 안테나(7')를 배치하고 있다. 도 23(g)는, 안쪽 안테나(7') 또는 바깥쪽 안테나(7)의 한쪽의 전류를 0A라 하면, 도 13(a)와 동일한 구성이 되는 것처럼 보인다. 그러나, 도 13(a)는 측벽이 도체의 진공용기(접지되어 있다)인 것에 대하여, 도 23(g)에서는 측벽이 절연체로 이루어지는 진공용기 덮개(12)(전기적으로 떠 있다)이기 때문에, 발생하는 유도전장의 분포가 달라, 동일하지는 않다. 이상과 같은 진공용기 덮개(12)의 형과 그것에 대한 고주파 유도 안테나의 세트수와 배치는, 그것들이 발생하는 플라즈마를 어떠한 프로세스에 적용할지로 정해야 한다.In FIG. 23G, the outer antenna 7 and the inner antenna 7 'are disposed on the upper surface. Fig. 23G shows the same configuration as that of Fig. 13A when the current of one of the inner antenna 7 'or the outer antenna 7 is 0A. However, FIG. 13 (a) shows that the side wall is a vacuum vessel (grounded) of the conductor, whereas in FIG. 23 (g), the side wall is a vacuum vessel lid 12 (floating electrically) made of an insulator. The distribution of induced electric fields is different and is not the same. The type of vacuum chamber lid 12 described above and the number and arrangement of high frequency induction antennas for it must be determined by which process plasma is generated.

도 1(도 2)에서는, 원을 4분할한 원호형상의 고주파 유도 안테나 요소(7-1, 7-2, 7-3, 7-4)가, 하나의 원주상에 배치되어 있다. 이 "원주상의 배치"도, 상기필요 충분 조건의 첫번째 내용을 실현하기 위한 필수 구성은 아니다. 예를 들면, 직선형상의 4개의 고주파 유도 안테나 요소를 사용하여 직사각형으로 배치하여도, 상기 필요 충분 조건의 첫번째 내용을 실현할 수 있다. 당연, n ≥ 2를 만족시키는 n개의 직선형상의 고주파 유도 안테나 요소를 사용하여 n각형(n = 2인 경우는, 어느 정도 거리를 떼어 대향시키면 된다)의 고주파 유도 안테나(7)를 구성할 수도 있다.In Fig. 1 (Fig. 2), circular arc-shaped high frequency induction antenna elements 7-1, 7-2, 7-3, and 7-4 are arranged on one circumference. This " circumferential arrangement " is also not an essential configuration for realizing the first content of the necessary sufficient condition. For example, even if it arrange | positions in rectangle using four linear high frequency induction antenna elements, the 1st content of the said necessary sufficient condition can be implement | achieved. Naturally, n high frequency induction antennas 7 of n-angles (if n = 2, the distance should be opposed to each other) may be configured using n linear high frequency induction antenna elements satisfying n ≧ 2. .

(실시예 16)(Example 16)

도 24를 이용하여, 본 발명의 제 16 실시예를 설명한다. 이 실시예는, 도 19에 나타낸 고주파 유도 안테나 소자(7-1 ∼ 7-4, 7'-1 ∼ 7'-4)를, 직선형상으로 하고, 각각의 세트의 바깥쪽 안테나(7), 안쪽 안테나(7')를 직사각 형상으로 한 실시예이다. 도 24에, 안테나 분할수 n = 4, 안테나 세트수 m = 2 인 경우의 고주파 유도 안테나의 구성을 나타낸다. 바깥쪽 안테나(7)는, 직선형상으로 배치되어 분할된 고주파 유도 안테나 소자(7-1 ∼ 7-4)가 배치되고, 안테나 분할수가 4 이기 때문에, 사각형(직사각형)을 구성한다. 안쪽 안테나(7')도 동일하게 구성된다. 이것은, 도 19에 나타낸 안테나 구성을, 직사각형으로 하였다고 생각하여도 된다. 그러나, 사각형으로 한 것에서, 사각형의 유도전장이 회전하게 된다. 이것은, 도 3에서 원형으로 한 전장의 형이 사각형이 된다고 이해하여도 된다. 단, 완벽하게 사각형의 전장분포라는 것은 존재하지 않는다. 왜냐하면, 전장은 항상 미분 가능한 곡면으로 형성되기 때문이다. 그러나, 도 24의 구성은, 안쪽 안테나가 만들어내는 유도전장분포가 가지는 사각형에서의 무너짐을, 바깥쪽 전극이 보정한다는 효과를 가진다. 도 24에서는, 안쪽 안테나와 바깥쪽 안테나의 전류의 위상차는 0°로 하였으나, 도 19와 마찬가지로 0°이외로도 설정할 수 있다.A sixteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4 and 7'-1 to 7'-4 shown in Fig. 19 are linear, and each set of outer antennas 7, In this embodiment, the inner antenna 7 'has a rectangular shape. 24 shows the configuration of the high frequency induction antenna when the antenna division number n = 4 and the antenna set number m = 2. FIG. The outer antenna 7 constitutes a rectangle (rectangular) because the high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4 arranged in a straight line and divided are arranged, and the number of antenna divisions is four. The inner antenna 7 'is also configured in the same way. This may be considered that the antenna configuration shown in FIG. 19 is rectangular. However, in the square, the induction electric field of the square rotates. This may be understood that the shape of the full length made into a circle in FIG. 3 becomes a rectangle. However, there is no such thing as a perfectly rectangular full-length distribution. This is because the electric field is always formed with a differential surface. However, the configuration in FIG. 24 has the effect that the outer electrode corrects the collapse in the quadrangle of the induction field distribution produced by the inner antenna. In FIG. 24, the phase difference between the currents of the inner antenna and the outer antenna is 0 °, but can be set to other than 0 ° as in FIG. 19.

(실시예 17)(Example 17)

도 25를 이용하여, 본 발명의 제 17 실시예를 설명한다. 이 실시예는, 도 24보다, 유도전장을 사각형 그대로 더욱 회전시키도록 구성한 고주파 유도 안테나의 구성에 관한 실시예이다. 이 구성은, 도 20에서 설명한 사고방식을, n각형으로 확장한 것으로, 각 안테나 요소에 흘리는 전류의 위상도, 도 20과 같아진다. 즉, 고주파 유도 안테나 소자(7-1 ∼ 7-4)로 이루어지는 바깥쪽(제 1) 안테나(7)와, 고주파 유도 안테나 소자(7'-1 ∼ 7'-4)로 이루어지는 안쪽(제 2) 안테나(7')를 45°어긋나게 하여 배치함으로써, 우회전 유도전장을 형성하는 것이다. 제 1 안테나(7)는, 직선형상의 고주파 유도 안테나 소자(7-1 ∼ 7-4)를 직사각형으로 배치하고 있다. 각각의 고주파 유도 안테나 소자(7-1 ∼ 7-4)에는, 급전단(A)으로부터 λ/4 위상이 어긋난 전류가 공급되고, 접지단(B)이 접지되어 있다. 마찬가지로, 제 2 안테나(7')는, 직선형상의 고주파 유도 안테나 소자(7'-1 ∼ 7'-4)를 직사각형으로 배치하고 있다. 각각의 고주파 유도 안테나 소자(7'-1 ∼ 7'-4)에는, 급전단(A)으로부터 λ/4 위상이 어긋난 전류가 공급되고, 접지단(B)이 접지되어 있다. 대응하는 고주파 유도 안테나 소자(7-1, 7'-1)에는, λ/8 위상이 어긋난 전류가 공급되고, 다른 고주파 유도 안테나 소자(7-2, 7'-2, 7-3, 7'-3, 7-4, 7'-4)에도 마찬가지로 λ/8 위상이 어긋난 전류가 공급된다. 제 1 안테나(7)와 제 2 안테나(7')는, 상하로 겹쳐지고, 또한 45°어긋나게 하여 배치된다. 이것에 의하면, 인접하는 각 고주파유도 안테나 소자에는, 각각 λ/8 위상이 어긋난 전류(I1, I1', I2, I2', I3, I3', I4, I4')가 흐르고, 도 24보다 더욱 사각형에 가까운 형으로 우회전 유도전장을 형성할 수 있다.25, a seventeenth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is an embodiment related to the configuration of the high frequency induction antenna configured to further rotate the induction electric field in a rectangular shape than in FIG. 24. This configuration extends the way of thinking described in FIG. 20 to n-squares, and the phase of the current flowing through each antenna element is also the same as in FIG. 20. That is, the outer side (the 1st) antenna 7 which consists of high frequency induction antenna elements 7-1-7-4, and the inside (2nd) which consists of high frequency induction antenna elements 7'-1-7'-4. The right-side induction electric field is formed by arranging the antenna 7 'at a 45 ° shift. The first antenna 7 arranges linear high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4 in a rectangular shape. Each of the high frequency induction antenna elements 7-1 to 7-4 is supplied with a current having a λ / 4 phase shifted from the power supply terminal A, and the ground terminal B is grounded. Similarly, the 2nd antenna 7 'has arrange | positioned the linear high frequency induction antenna elements 7'-1-7'-4 in a rectangle. Each of the high frequency induction antenna elements 7'-1 to 7'-4 is supplied with a current having a λ / 4 phase shifted from the power supply terminal A, and the ground terminal B is grounded. Corresponding high frequency induction antenna elements 7-1, 7'-1 are supplied with currents out of λ / 8 phase and other high frequency induction antenna elements 7-2, 7'-2, 7-3, 7 'are supplied. -3, 7-4, 7'-4) is similarly supplied with a current of λ / 8 out of phase. The 1st antenna 7 and the 2nd antenna 7 'are overlapped up and down, and are arrange | positioned at 45 degree shifts. According to this, the currents I 1 , I 1 ′, I 2 , I 2 ′, I 3 , I 3 ′, I 4 , I 4 ′ in which adjacent λ / 8 phases are respectively shifted to adjacent high frequency induction antenna elements. Flows, the right turn induction electric field can be formed in a shape closer to the square than in FIG.

이상에 의하여, 실시예 5 내지 실시예 17의 고주파 유도 안테나의 구조는, 모두 구성이 다르나, 도 5에 나타낸 바와 같이, 자력선방향에 대하여 우회전하는 동일한 유도전장분포(E)를 형성한다. 모두, 상기한 필요 충분 조건의 첫번째 내용을 만족시키는 변형이다. 또, 상기 실시예 2 ∼ 실시예 4의 진공용기 덮개(12)의 형상 중 어느 것에도 적용할 수 있다.As mentioned above, although the structure of the high frequency induction antenna of Example 5 thru | or 17 is all different in structure, as shown in FIG. 5, the same induction electric field distribution E which rotates right with respect to a magnetic line direction is formed. In all, it is a deformation | transformation which satisfy | fills the 1st content of the above-mentioned necessary enough conditions. Moreover, it can apply also to any of the shape of the vacuum container cover 12 of the said Example 2-Example 4.

도 2, 도 13, 도 18 및 도 23에서 설명한 것을 다시 요약한다. 본 발명에서는, 안테나의 분할수(n), 진공용기 덮개(12)의 형태, 고주파 유도 안테나의 세트수(m), 진공용기 덮개(12)에 대한 안테나의 배치라는 다수의 플라즈마 분포 제어기능을 가진다. 그러나, 이들은 종래의 ICP 원에서도, 장치 구성으로서 실현 가능한 것이다. 플라즈마 분포 제어에 관하여, 본 발명에서 가장 중요한 것은, 이들의 장치 구성상 유연한 플라즈마 제어성에, 또한, ECR 면이라는 전기적으로 외부에서 제어 가능한 튜닝 노브를 도입한 것이다. ICP 원에서 회전유도전장을 만들어내어, ECR 방전을 가능하게 한다는 것은, 플라즈마 착화성이 우수하고, 또, 더욱 저가스 압력으로 플라즈마생성이 가능하게 된다는 것 뿐만 아니라, 외부 제어 가능한 ECR 면이라는 우수한 플라즈마 제어성을 부여하는 것을 의미한다. 이만큼 유연성이 있는 플라즈마 제어성을 가지는 플라즈마원은, 종래에는 예가 없는 것이다. 2, 13, 18 and 23 will be summarized again. In the present invention, a plurality of plasma distribution control functions such as the number of divisions n of the antenna, the shape of the vacuum chamber cover 12, the number of sets of the high frequency induction antenna m, and the arrangement of the antennas with respect to the vacuum container cover 12 are provided. Have However, these can be realized as an apparatus configuration even in a conventional ICP source. Regarding the plasma distribution control, the most important thing in the present invention is the introduction of an electrically externally controllable tuning knob called the ECR plane in addition to the flexible plasma controllability in terms of their apparatus configuration. Creating a rotating induction field from an ICP source and enabling ECR discharge not only enables excellent plasma ignition, but also enables plasma generation at lower gas pressures, and also provides excellent plasma control of the ECR plane. Means to give controllability. There is no conventional example of a plasma source having such flexible plasma controllability.

또, 본 발명에 의하면, 항상 처리실 내에 전류를 구동하는 고주파유도자장이 형성되어 있기 때문에, 플라즈마의 착화 성능을 향상하고, 고밀도의 플라즈마가 얻어진다. 또, 본 발명에 의하면, 고주파 유도 안테나의 길이를 제어할 수 있어, 어떠한 대구경화의 요구에도 대응할 수 있고, 또한, 둘레방향의 플라즈마 균일성을 향상할 수 있다. In addition, according to the present invention, since a high-frequency induction magnetic field is always formed in the processing chamber, plasma ignition performance is improved and a high density plasma is obtained. Moreover, according to this invention, the length of a high frequency induction antenna can be controlled, it can respond to the requirement of any large diameter, and can improve the plasma uniformity of a circumferential direction.

도 1에서는, 패러데이 시일드(9)를 나타내고 있다. 이 패러데이 시일드는 원래 고주파를 방사하는 안테나와 플라즈마 사이의 용량결합을 억제하는 기능이 있기 때문에, 용량결합형의 ECR 플라즈마원에서는 사용할 수는 없다(예를 들면 특허문헌 5). 본 발명에서는, 통상의 ICP원과 마찬가지로, 패러데이 시일드를 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명에서 "패러데이 시일드"는 필수적인 구성은 아니다. 상 기 필요 충분 조건과는 관계없기 때문이다. 단, 통상의 ICP원과 마찬가지로, 산업에서의 이용상, 패러데이 시일드는 유용성이 있다. 패러데이 시일드는, 안테나로부터 방사되는 유도자장(H)[즉, 유도전장(E)]에는 거의 영향을 미치지 않고, 안테나와 플라즈마의 용량결합을 차단하는 작용이 있기 때문이다. 이 차단을 더욱 완전하게 하기 위해서는, 패러데이 시일드는 접지되어야 한다. 통상, ICP원에서는, 상기 용량결합을 차단하면 플라즈마의 착화성이 더욱 나빠진다. 그러나, 본 발명에서는, 유도결합으로 생긴 유도전장(E)에 의한 고효율의 ECR 가열을 이용하기 때문에, 또한, n ≥ 3의 구성에서는 유도전장(E)이 E = 0이 되는 순간이 존재하지 않기 때문에, 상기 용량결합을 완전히 차단하여도 양호한 착화성이 얻어진다. 이것은, 본 발명의 큰 특징이다. 그러나, 여러가지 이유에 의하여, 이 패러데이 시일드에 전기회로를 접속하고, 패러데이 시일드에 발생하는 고주파 전압을 O 또는 O 이상으로 제어하는 것도 가능하다.In FIG. 1, the Faraday shield 9 is shown. Since the Faraday shield originally has a function of suppressing capacitive coupling between an antenna emitting high frequency radiation and plasma, it cannot be used in a capacitively coupled ECR plasma source (for example, Patent Document 5). In the present invention, a Faraday shield can be used similarly to a normal ICP source. However, "Faraday Shield" is not an essential configuration in the present invention. This is because it does not have to be sufficient condition. However, similar to a normal ICP source, Faraday seals are useful for industrial use. This is because Faraday seal has little effect on the induction magnetic field H (that is, the induction electric field E) emitted from the antenna, and has a function of blocking capacitive coupling between the antenna and the plasma. To make this isolation more complete, the Faraday shield must be grounded. Usually, in the ICP source, blocking the capacitive coupling worsens the ignition of the plasma. However, in the present invention, since high-efficiency ECR heating by induction electric field E generated by inductive coupling is used, there is no instant when the induction electric field E becomes E = 0 in the configuration of n≥3. Therefore, even if the capacitive coupling is completely blocked, good ignition is obtained. This is a great feature of the present invention. However, it is also possible to connect an electric circuit to this Faraday shield for various reasons, and to control the high frequency voltage which generate | occur | produces in a Faraday shield above O or 0 or more.

패러데이 시일드에 고주파 전위를 인가하는 것의 이점의 하나로서, 진공용기 덮개(12)의 플라즈마에 노출된 내면에 셀프 바이어스를 인가할 수 있다는 것이 있다. 진공용기 덮개(12)의 내면에 반응생성물이 다량으로 부착되면, 이 부착된 반응생성물이 벗겨졌을 때에 피처리체(W) 위로 낙하하여 이물의 원인이 된다. 또, 이 면에 도전성의 반응생성물이 부착하는 경우, 고주파 유도 안테나에 의해 형성되는 고주파유도전장의 강도나 분포가 시간과 함께 변화되어, 피처리체의 처리를 속행할 수 없게 되는 경우가 생긴다. 이와 같이, 진공용기 덮개(12)의 내면에 반응생성물이 부착하는 것은, 제품을 처리하는 데에 있어서 많은 장해를 야기하나, 이 면에 셀프 바이어스를 인가하여 반응생성물이 부착하지 않도록 제어하면, 이들 장해는 회피할 수 있고, 안정된 제품처리를 장시간에 걸쳐 속행할 수 있어, 양산 안정성이 우수한 장치가 얻어진다. 이 때 중요한 것은, 진공용기 덮개(12)의 내면에 균일한 셀프 바이어스전압을 인가하는 것, 즉, 패러데이 시일드 전체에 걸쳐 균일한 고주파 전압을 인가하는 것이다.One of the advantages of applying a high frequency potential to the Faraday shield is that a self bias can be applied to the inner surface exposed to the plasma of the vacuum vessel lid 12. If a large amount of the reaction product is attached to the inner surface of the vacuum container cover 12, when the attached reaction product is peeled off, the reaction product falls onto the object W and causes foreign substances. In addition, when a conductive reaction product adheres to this surface, the strength and distribution of the high frequency induction field formed by the high frequency induction antenna may change with time, thereby making it impossible to continue processing the object. As described above, the attachment of the reaction product to the inner surface of the vacuum container lid 12 causes many obstacles in processing the product. However, if the reaction product is controlled so as not to attach the reaction product by applying a self bias to the surface, Obstacles can be avoided, and stable product processing can be continued for a long time, and an apparatus excellent in mass production stability is obtained. At this time, it is important to apply a uniform self bias voltage to the inner surface of the vacuum container lid 12, that is, to apply a uniform high frequency voltage over the entire Faraday shield.

종래, 패러데이 시일드에 고주파 전압을 인가하는 기술은 몇가지인가 개발되어 있다. 먼저 이들 종래 방법을 사용하는 경우, 본 발명에서는 단점을 일으키는 것을 나타낸다. 이 개발된 기술의 하나로서 특허문헌 7, 또는 특허문헌 8이 있다. 이들 방법의 특징은, 플라즈마생성용 전원을 사용하여 발생시킨 전압을 패러데이 시일드에 인가한다는 것이다. 당연, 패러데이 시일드에 발생하는 고주파 전압의 주파수는, 플라즈마발생용 고주파 전원의 주파수이다. 이 방법을 본 발명에 사용하면, 2개의 단점을 일으킨다. 첫번째 단점은, n개의 안테나 요소에 대하여 n개의 전류의 위상 제어를 하는 것과, 이것에 사용한 전원으로부터 단일의 위상을 가진 전압을 인출하는 것이 양립하기 어려운 것이다. 안테나 요소에 흘리는 전류 또는 패러데이 시일드에 주는 전압의 어느 한쪽에 극단적인 제한이 발생하여 실용상 이점이 없어진다. 두번째 단점은, 플라즈마생성용 고주파 전원의 주파수가, 예를 들면 VHF 이면, 비특허문헌 1에 나타나 있는 내용과 마찬가지로, 파장 단축효과에 의해 패러데이 시일드 전체에 걸쳐 불균일한 전압분포가 발생되는 것이다. 즉, 진공용기 덮개(12)의 내면에 균일한 셀프 바이어스를 인가할 수 없게 된다.Conventionally, several techniques for applying a high frequency voltage to a Faraday shield have been developed. First, when these conventional methods are used, the present invention is shown to cause disadvantages. There is patent document 7, or patent document 8 as one of this developed technology. A feature of these methods is that the voltage generated using the plasma generation power supply is applied to the Faraday shield. Naturally, the frequency of the high frequency voltage generated in the Faraday shield is the frequency of the high frequency power supply for plasma generation. If this method is used in the present invention, two disadvantages arise. The first disadvantage is that it is difficult to achieve phase control of n currents for n antenna elements and to draw a voltage with a single phase from the power supply used for it. Extreme limitations are placed on either the current flowing to the antenna element or the voltage applied to the Faraday shield, which results in no practical benefit. A second disadvantage is that if the frequency of the high frequency power supply for plasma generation is, for example, VHF, a nonuniform voltage distribution is generated throughout the Faraday shield by the wavelength shortening effect, as shown in the non-patent document 1. That is, it becomes impossible to apply a uniform self bias to the inner surface of the vacuum container cover 12.

이들 단점을 해결하기 위해서는, 패러데이 시일드에 전압을 부여하는 고주파 전원은 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 전원과는 별도의 전원이 아니면 안된다. 또, 패러데이 시일드에 전압을 부여하는 고주파 전원의 주파수는, 패러데이 시일드전체에 균일한 전압분포를 일으키는 주파수(예를 들면 30 MHz 이하)일 필요가 있다. In order to solve these disadvantages, the high frequency power supply for supplying the voltage to the Faraday shield must be a separate power supply from the high frequency power supply for generating plasma. In addition, the frequency of the high frequency power supply applying voltage to the Faraday shield needs to be a frequency (for example, 30 MHz or less) that causes a uniform voltage distribution over the entire Faraday shield.

(실시예 18)(Example 18)

다른 고주파 전원보다 패러데이 시일드에 고주파 전압을 인가하는 방법으로서는, 특허문헌 9가 있다. 이 방법의 특징은, 피처리체(W)에 인가하는 고주파 바이어스와 동일한 주파수를 사용하여, 위상 제어된 고주파 전압을 피처리체(W)와 패러데이 시일드에 각각 인가한다는 것이다. 동 발명에 나타나 있는 바와 같이, 패러데이 시일드와 피처리체(W)는 각각 플라즈마와 용량결합하고 있고, 평행 평판 용량결합형 플라즈마원과 동일한 전극 구성을 하고 있다. 이 체계에 대하여 전압 위상을 제어한 동일 주파수의 고주파 전압을 인가한다는 것은, 플라즈마의 이상확산을 방지하는 등의 효과가 있어, 매우 우수한 방식이다. 그러나, 이 구성을 본 발명에 사용하여도 상기한 두번째 단점은 회피할 수 없다. 왜냐 하면, 패러데이 시일드는, 고주파 유도 안테나와도 용량결합하고 있기 때문에, 이 구성이어도 플라즈마생성용 고주파 전원과 동일 주파수를 가지는 불균일한 전압분포가 패러데이 시일드에 발생하는 것을 피할 수 없기 때문이다.Patent document 9 is a method of applying a high frequency voltage to a Faraday shield than other high frequency power sources. The feature of this method is that the phase controlled high frequency voltage is applied to the object W and the Faraday shield, respectively, using the same frequency as the high frequency bias applied to the object W. As shown in the present invention, the Faraday shield and the object W are capacitively coupled to the plasma, respectively, and have the same electrode configuration as that of the parallel plate capacitively coupled plasma source. Applying the high frequency voltage of the same frequency which controlled the voltage phase to this system has the effect of preventing abnormal diffusion of a plasma, etc., and is a very excellent method. However, even if this configuration is used in the present invention, the above second disadvantage cannot be avoided. This is because the Faraday shield is capacitively coupled to the high frequency induction antenna, so that even with this configuration, an uneven voltage distribution having the same frequency as the high frequency power supply for plasma generation cannot be generated in the Faraday shield.

이상 설명한 바와 같은 단점을 해소한 패러데이 시일드에 대한 고주파 전압인가방법을, 이하에 제 18 실시예로서 도 27에 나타낸다. 도 27에서의 플라즈마생성법은, 도 16과 동일한 것이나, 이것 이외에도, 도 1, 도 14, 도 15에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 도 27의 구성에서는, 발신기(43)의 출력을 위상 제어기(44)에 입력한다. 위상 제어기(44)는 최종적으로 피처리체(W)와 패러데이 시일드(9)에 인가되는 고주파 전압의 위상을 위상검출기(47-1, 47-2)를 사용하여 감시하고 있고, 필요한 위상으로 제어된 고주파신호를, 바이어스용 고주파 전원(41)과 패러데이 시일드용 고주파 전원(45)에 출력한다. 이 2개의 고주파 전원(41, 45)으로 증폭된 고주파 전력은, 각각 정합기(42, 46)를 거쳐, 피처리체(W)와 패러데이 시일드(9)에 인가된다.A method of applying a high frequency voltage to a Faraday shield which solves the disadvantages described above is shown in FIG. 27 as an eighteenth embodiment. The plasma generation method in FIG. 27 is the same as that in FIG. 16, but can also be applied to FIGS. 1, 14, and 15 in the same manner. In the configuration of FIG. 27, the output of the transmitter 43 is input to the phase controller 44. The phase controller 44 finally monitors the phases of the high frequency voltages applied to the object W and the Faraday shield 9 using phase detectors 47-1 and 47-2, and controls them to the required phases. The high frequency signal is output to the bias high frequency power supply 41 and the Faraday shield high frequency power supply 45. The high frequency power amplified by the two high frequency power sources 41 and 45 is applied to the workpiece W and the Faraday shield 9 via the matching units 42 and 46, respectively.

이 때, 패러데이 시일드(9)에 발생하는 플라즈마생성용 고주파와 동일 주파수를 가지는 불균일한 전압분포를 발생시키지 않도록 필터(49)를 사용할 필요가 있다. 이 필터(49)는, 적어도 발신기(43)가 출력하는 고주파에 대하여 유한의(제로가 아니다) 임피던스를 가지고, 플라즈마생성용 고주파에 대해서는 제로라고 간주할 수 있을 만큼의 작은 임피던스를 가지지 않으면 안된다. 즉, 하이패스 필터이거나, 플라즈마생성용 고주파에 대하여 임피던스를 제로라고 간주할 수 있을 만큼의 노치 필터일 필요가 있다. 단, 이 필터(49)는 도 27에 기재되어 있는 바와 같이, 패러데이 시일드(9)에 대한 급전선상에 하나만 삽입하면 된다는 것으로는 되지 않는다. 이것이 중요하다. 왜냐하면, 플라즈마생성용 고주파와 동일한 주파수를 가지는 전압은, 패러데이 시일드(9)상에서 분포를 가지기 때문에, 필터를 삽입한 장소의 고주파 전압을 그라운드에 단락할 수 있었다(전압이 0V가 된다) 하여도, 패러데이 시일드(9)의 다른 부분에서도 고주파 전압을 그라운드에 단락할 수 있었던 것으로는 되지 않기 때문이다. 따라서, 본 필터(49)는 패러데이 시일드(9) 내의 복수부분에 삽입할 필요가 있다.At this time, it is necessary to use the filter 49 so as not to generate an uneven voltage distribution having the same frequency as the high frequency for plasma generation generated in the Faraday shield 9. This filter 49 must have at least a finite (nonzero) impedance for the high frequency output from the transmitter 43 and a small impedance that can be regarded as zero for the high frequency for plasma generation. That is, it is necessary to be a high pass filter or a notch filter as long as the impedance can be regarded as zero with respect to the high frequency for plasma generation. However, as shown in FIG. 27, only one filter 49 needs to be inserted on the feed line to the Faraday shield 9. This is important. Because the voltage having the same frequency as the plasma generating high frequency has a distribution on the Faraday shield 9, even if the high frequency voltage at the place where the filter is inserted can be shorted to ground (the voltage becomes 0V). This is because the other part of the Faraday shield 9 is not able to short-circuit the high frequency voltage to ground. Therefore, this filter 49 needs to be inserted into the plural parts in the Faraday shield 9.

복수의 필터(49)가 패러데이 시일드(9) 내의 다른 부분에 삽입되어 있는 모양이 도 28에 나타나 있다. 먼저, 패러데이 시일드(9)는, 도 27의 진공용기 덮개(12)의 형에 맞추어 작성된 도전체의 부품이다. 고주파 유도 안테나(7)에 대향하는 면(도 27의 경우 측면)에는, 고주파 유도 안테나의 방향과 직각으로 다수의 슬릿이 들어가 있다. 패러데이 시일드(9)는, 도전체인 것에 의하여 고주파 유도 안테나와 플라즈마 사이의 용량결합을 차단함과 동시에, 이 다수의 슬릿이 패러데이 시일드(9)에 고주파 유도 안테나의 방향으로 주회 전류가 흐르는 것을 방지하여, 고주파 유도 안테나와 플라즈마를 유도결합시킨다. 잘 알려진 패러데이 시일드의 기본 원리이다. 도 28에는, 필터(49)를 합계 5부분에[49-1, 49-2, 49-3, 49-4(도시 생략), 49-5] 삽입한 모양을 나타낸다. 이 필터(49)의 삽입부분이 만족시켜야 할 조건은, 필터 사이의 패러데이 시일드(9)를 따른 모든 연면거리(fd)가 플라즈마생성용고주파의 파장(λ)보다 충분히 짧은, 즉 fd 《 λ일 필요가 있다. 필터(49)의 삽입갯수는, 5부분에 한정되는 것은 아니고, fd 《 λ를 만족시킬 만큼의 갯수를 삽입하지 않으면 안된다.28 shows a state in which a plurality of filters 49 are inserted into different portions in the Faraday shield 9. First, the Faraday shield 9 is a component of a conductor prepared according to the type of the vacuum container cover 12 of FIG. 27. On the surface facing the high frequency induction antenna 7 (side surface in FIG. 27), a plurality of slits are inserted at right angles to the direction of the high frequency induction antenna. The Faraday shield 9 blocks the capacitive coupling between the high frequency induction antenna and the plasma by being a conductor, and the plurality of slits allow the circulating current to flow in the direction of the high frequency induction antenna to the Faraday shield 9. To inductively couple the high frequency induction antenna to the plasma. It is the basic principle of the well-known Faraday shield. FIG. 28 shows a state in which the filter 49 is inserted into five parts [49-1, 49-2, 49-3, 49-4 (not shown), 49-5] in total. The condition that the insertion portion of the filter 49 must satisfy is that all the creepage distances fd along the Faraday shield 9 between the filters are sufficiently shorter than the wavelength lambda of the plasma generation frequency, that is, fd &lt; Need to be. The number of insertions of the filter 49 is not limited to five parts, and the number which is sufficient to satisfy fd &lt;

(실시예 19)(Example 19)

도 27에 나타내는 방법에서는, 복수의 필터(49)를 패러데이 시일드(9)에 접속하지 않으면 안되어, 복잡한 장치구성이 되나, 이것을 회피하는 다른 실시예(제 19 실시예)를 도 29에 나타낸다. 도 27에 나타낸 것과 비교하면, 도 29에 나타내는 예에서는 패러데이 시일드(9)를, 바깥쪽의 패러데이 시일드(9-1)와 안쪽의 패러데이 시일드(9-2)로 분할하고 있다. 즉, 2중 패러데이 시일드이다. 바깥쪽의 패러데이 시일드(9-1)는, 고주파 유도 안테나(7)와 대향하고 있고, 이것을 접지함으로써 고주파 유도 안테나(7)와 플라즈마의 용량결합을 차단한다. 이 패러데이 시일드(9-1)의 접지는, 패러데이 시일드(9-1)에 고주파 전압이 생기지 않도록, 예를 들면 패러데이 시일드(9-1)의 전체 주위에 걸쳐 행하여야 한다. 물론, 이 패러데이 시일드(9-1)에도 도 28과 동일한 슬릿이 들어가 있어, 고주파 유도 안테나(7)와 플라즈마의 유도결합을 방해하지 않는다. 이 바깥쪽 패러데이 시일드(9-1)에 의하여 안쪽 패러데이 시일드(9-2)에는, 플라즈마생성용 고주파에 의한 고주파 전압은 발생하지 않는다. 따라서, 안쪽 패러데이 시일드(9-2)의 작용은, 도 28과 동일한 슬릿에 의해 고주파 유도 안테나(7)와 플라즈마를 유도결합시킴과 동시에, 위상 제어된 패러데이 시일드용 고주파 전원(45)이 출력하는 고주파 전압을 진공용기 덮개(12)에 인가하는 것이다. 이상, 도 27과 도 29에 나타낸 방법에 의하여 유도결합형 ECR 플라즈마원에서도, 패러데이 시일드(9)를 거쳐 진공용기 덮개(12)에 균일한 고주파 전압을 인가하는 것이 가능하게 된다.In the method shown in FIG. 27, the some filter 49 must be connected to the Faraday shield 9, and it becomes a complicated apparatus structure, but FIG. 29 shows another Example (19th Example) which avoids this. In comparison with the example shown in FIG. 27, in the example shown in FIG. 29, the Faraday shield 9 is divided into an outer Faraday shield 9-1 and an inner Faraday shield 9-2. In other words, it is a double Faraday shield. The outer Faraday shield 9-1 faces the high frequency induction antenna 7, and grounds it to block capacitive coupling of the high frequency induction antenna 7 and plasma. The Faraday shield 9-1 should be grounded for the entire circumference of the Faraday shield 9-1 so as not to generate a high frequency voltage in the Faraday shield 9-1. Of course, the Faraday shield 9-1 also includes the same slit as in Fig. 28, and does not interfere with the inductive coupling of the high frequency induction antenna 7 and the plasma. By the outer Faraday shield 9-1, the inner Faraday shield 9-2 does not generate a high frequency voltage due to the high frequency for plasma generation. Therefore, the action of the inner Faraday shield 9-2 causes the high frequency induction antenna 7 and the plasma to be inductively coupled by the same slit as shown in FIG. 28, and the high frequency power supply 45 for the phase controlled Faraday shield is output. The high frequency voltage is applied to the vacuum container cover 12. As described above, even in the inductively coupled type ECR plasma source, it is possible to apply a uniform high frequency voltage to the vacuum container cover 12 via the Faraday shield 9.

도 1에서는, 자장의 구성 요건으로서, 2개의 전자석인 상코일(81)과 하코일(82) 및 요크(83)를 나타내고 있다. 그러나, 본 발명에서 필수인 것은, 상기 필요 충분 조건을 만족시키는 자장을 실현하는 것 뿐이며, 요크(83)도, 2개의 전자석도 필수의 구성은 아니다. 예를 들면, 상코일(81)[또는 하코일(82)]뿐이어도, 상기 필요 충분 조건을 만족시키면 된다. 자장의 발생수단으로서는, 전자석이어도 고정 자석이어도 되고, 또한 전자석과 고정 자석의 조합이어도 된다. In FIG. 1, the upper coil 81, the lower coil 82, and the yoke 83 which are two electromagnets are shown as a structure requirement of a magnetic field. However, what is essential in this invention is only realizing the magnetic field which satisfy | fills the said necessary sufficient conditions, neither yoke 83 nor two electromagnets are essential structures. For example, even if it is only the upper coil 81 (or the lower coil 82), what is necessary is just to satisfy | fill the said sufficient requirements. The magnetic field generating means may be an electromagnet or a fixed magnet, or may be a combination of an electromagnet and a fixed magnet.

도 1에는, 지금까지 설명한 구성요소 이외에도, 가스 도입구(3), 게이트 밸브(21), 웨이퍼 바이어스[바이어스 전원(41) 및 정합기(42)]를 나타내고 있으나, 이들도, 상기 필요 충분 조건과는 관계없기 때문에, 본 발명에서는 필수의 구성은 아니다. 가스 도입구는, 플라즈마를 생성하기 위해서는 필요하나, 그 위치는 진공용기(11)의 벽면에 있어도 되고, 웨이퍼(W)를 탑재하는 전극(14)에 있어도 된다. 또, 가스의 분출방법도, 면 형상으로 분출하여도 되고, 점 형상으로 분출하여도 된다. 게이트 밸브(21)는, 산업상 이용에 있어서, 웨이퍼를 반송하는 것을 목적으로 그 구성을 나타내고 있을 뿐이다. 또한, 산업상 플라즈마처리장치의 이용에 있어서, 반드시 웨이퍼 바이어스[바이어스 전원(41) 및 정합기(42)]는 필요하게 되어 있지 않고, 본 발명의 산업상 이용에 있어서, 필수의 것은 아니다.In addition to the components described so far, Fig. 1 shows a gas inlet 3, a gate valve 21, a wafer bias (bias power supply 41 and matching device 42). Since it is irrelevant to this, it is not an essential structure in this invention. The gas inlet is necessary to generate a plasma, but the position may be at the wall surface of the vacuum vessel 11 or at the electrode 14 on which the wafer W is mounted. Moreover, the gas blowing method may also be sprayed in planar shape, or may be ejected in point shape. The gate valve 21 has only shown the structure for the purpose of conveying a wafer in industrial use. In addition, the wafer bias (bias power supply 41 and matching device 42) is not necessarily required in the industrial use of the plasma processing apparatus, and is not essential in the industrial use of the present invention.

본 발명에서는, 고주파 유도 안테나에 의해 형성된 유도전장(E)은, 자장의 자력선의 방향에 대하여 우회전한다. 회전면의 형상은 고주파 유도 안테나의 구조에 의해 결정하고, 원형이나 타원형 등이 된다. 따라서, 회전의 중심축은 반드시 존재한다. 산업상 응용에 있어서, 이와 같은 중심축이 존재하는 것은 그 외에도, 자장(B), 피처리체(원형의 웨이퍼나 직사각형의 유리기반 등), 진공용기, 가스 분출구, 피처리체를 탑재하는 전극이나 진공 배기구 등이 있다. 본 발명에서, 이들 중심축이 일치할 필요는 전혀 없고, 필수의 구성요건은 아니다. 상기 필요 충분 조건과는 관계가 없기 때문이다. 그러나, 피처리체 표면의 처리의 균일성(에칭 레이트나, 디포짓, 또는 형상 등)이 문제가 되는 경우, 이들 중심축은 일치하는 것이 바람직하다.In the present invention, the induction electric field E formed by the high frequency induction antenna rotates right with respect to the direction of the magnetic field lines of the magnetic field. The shape of the rotating surface is determined by the structure of the high frequency induction antenna, and is circular or elliptical. Thus, the central axis of rotation necessarily exists. In industrial applications, such a central axis exists in addition to a magnetic field B, an object to be processed (a circular wafer or a rectangular glass base, etc.), a vacuum container, a gas jet port, an electrode or a vacuum on which an object to be processed is mounted. And an exhaust port. In the present invention, these central axes do not need to coincide at all, and are not essential configuration requirements. This is because it is not related to the necessary sufficient condition. However, when uniformity (etching rate, deposit, shape, etc.) of the treatment of the surface of the workpiece is a problem, it is preferable that these central axes coincide.

1 : 진공처리실 11 : 진공용기
12 : 진공용기 덮개(절연재) 13 : 진공 배기수단
14 : 전극(시료대) 2 : 반송시스템
21 : 게이트 밸브 3 : 가스 도입구
41 : 바이어스용 고주파 전원 42 : 바이어스용 정합기
51 : 플라즈마생성용 고주파 전원 52 : 플라즈마생성용 정합기
53 : 급전점 54 : 발신기
55 : 전류 조정기 6 : 지연수단
7 : 고주파 유도 안테나
7-1 ∼ 7-4 : 고주파 유도 안테나 요소
78 : 급전선 79 : 접지선
81 : 상자장 코일 82 : 하자장 코일
83 : 요크 9 : 패러데이 시일드
A : 급전단 B : 접지단
C : 콘덴서 W : 피처리체(반도체 웨이퍼)
1: vacuum processing chamber 11: vacuum container
12: vacuum container cover (insulation material) 13: vacuum exhaust means
14 electrode (sample bed) 2 conveying system
21: gate valve 3: gas inlet
41: high frequency power supply for bias 42: matcher for bias
51: high frequency power supply for plasma generation 52: matching device for plasma generation
53: feed point 54: transmitter
55 current regulator 6: delay means
7: high frequency induction antenna
7-1 to 7-4: High frequency induction antenna element
78: feed line 79: ground line
81: box coil 82: fault coil
83: York 9: Faraday Seal
A: Feeding stage B: Grounding stage
C: Capacitor W: Object to be processed (semiconductor wafer)

Claims (2)

시료를 수용할 수 있는 진공처리실을 구성하는 진공용기와, 상기 진공처리실에 처리가스를 도입하는 가스 도입구와, 상기 진공처리실 내에 유도전장을 형성하는 고주파 유도 안테나와, 상기 진공처리실 내에 자장을 형성하는 자장 코일과, 상기 고주파 유도 안테나에 고주파 전류를 공급하는 플라즈마생성용 고주파 전원과, 상기 자장 코일에 전력을 공급하는 전원을 구비하고, 상기 고주파 유도 안테나에 상기 고주파 전원으로부터 고주파 전류를 공급하고, 진공처리실 내에 공급되는 가스를 플라즈마화하여 시료를 플라즈마처리하는 플라즈마처리장치에 있어서,
상기 진공처리실은, 상기 진공용기의 상부에 기밀하게 고정되는 유전체로 이루어지는 진공처리실 덮개와, 상기 고주파 유도 안테나와 상기 진공처리실 덮개 사이에 배치된 패러데이 시일드를 구비하고,
상기 고주파 유도 안테나는, n개(n ≥ 2의 정수)의 고주파 유도 안테나 요소로 분할하고, 당해 분할된 각각의 고주파 유도 안테나 요소를 종렬로 나열하여, 종렬로 배치된 각 고주파 유도 안테나 요소의 세트를 복수 세트 구비하고, 각각의 세트의 각 고주파 유도 안테나의 고주파 유도 안테나 요소에 차례로 λ(고주파 전원의 파장)/n씩 지연시킨 고주파 전류를 일정방향으로 순서대로 지연시켜 흘리고, 상기 자장 코일에 전력을 공급하여 형성한 자장(B)의 자력선방향에 대하여 우방향으로 회전하는 회전유도전장(E)을 상기 고주파 전류에 의해 형성하고, 상기 회전유도전장(E)의 회전 주파수와 상기 자장(B)에 의한 전자 사이클로트론 주파수를 일치시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
A vacuum container constituting a vacuum processing chamber capable of accommodating a sample, a gas inlet for introducing a processing gas into the vacuum processing chamber, a high frequency induction antenna forming an induction electric field in the vacuum processing chamber, and a magnetic field in the vacuum processing chamber. A magnetic field coil, a high frequency power supply for plasma generation for supplying a high frequency current to the high frequency induction antenna, a power supply for supplying electric power to the magnetic field coil, and supplying a high frequency current from the high frequency power source to the high frequency induction antenna, and vacuum A plasma processing apparatus for plasma-processing a sample by converting a gas supplied into a processing chamber into a plasma,
The vacuum processing chamber includes a vacuum processing chamber cover made of a dielectric that is hermetically fixed on an upper portion of the vacuum chamber, and a Faraday shield disposed between the high frequency induction antenna and the vacuum processing chamber cover,
The high frequency induction antenna is divided into n (integers of n ≧ 2) high frequency induction antenna elements, and each of the divided high frequency induction antenna elements is arranged in a row, and a set of each high frequency induction antenna elements arranged in a column A plurality of sets are provided, and a high frequency current delayed by λ (wavelength of a high frequency power supply) / n in order to each of the high frequency induction antenna elements of each set of high frequency induction antennas is sequentially delayed in a predetermined direction and flows into the magnetic field coil. A rotation induction field E that rotates in the right direction with respect to the direction of the magnetic force line of the magnetic field B formed by supplying the power is formed by the high frequency current, and the rotation frequency and the magnetic field B of the rotation induction field E Plasma processing apparatus characterized in that it is configured to match the electron cyclotron frequency by.
제 1항에 있어서,
상기 시료를 탑재하는 전극과, 상기 전극에 고주파 전력을 인가하는 바이어스용 고주파 전원과, 상기 패러데이 시일드에 고주파 전력을 인가하는 패러데이 시일드용 고주파 전원과, 상기 바이어스용 고주파 전원과 상기 패러데이 시일드용 고주파 전원에 고주파를 공급하는 발신기와, 상기 바이어스용 고주파 전원과 상기 패러데이 시일드용 고주파 전원의 위상차를 제어하는 위상 제어기를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마처리장치.
The method of claim 1,
An electrode on which the sample is mounted, a high frequency power supply for bias applying high frequency power to the electrode, a high frequency power supply for faraday shield applying high frequency power to the faraday shield, a high frequency power supply for bias and the high frequency power for the faraday shield And a phase controller for controlling a phase difference between the bias high frequency power supply and the Faraday shielded high frequency power supply.
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