JP2011096687A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導結合型のプラズマ処理装置において方位角方向さらには径方向のプラズマ密度分布の均一性または制御性を向上させること。
【解決手段】この誘導結合型プラズマエッチング装置において、チャンバ１０の天井の誘電体壁５２上の設けられるＲＦアンテナ５４は、アンテナ室５６内で誘電体窓５２から離間してその上方に配置され、高周波給電部５８からのＲＦ給電ライン６０，６８に接続される一次コイル６２と、この一次コイル６２と電磁誘導により結合可能な位置で、かつこの一次コイル６２よりも誘電体窓５２の下面（処理空間と対向する面）の近くに配置される二次コイル６４とを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被処理基板にプラズマ処理を施す技術に係り、特に誘導結合型のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。

半導体デバイスやＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスにおけるエッチング、堆積、酸化、スパッタリング等の処理では、処理ガスに比較的低温で良好な反応を行わせるためにプラズマがよく利用されている。従来より、この種のプラズマ処理には、ＭＨｚ領域の高周波放電によるプラズマが多く用いられている。高周波放電によるプラズマは、より具体的（装置的）なプラズマ生成法として、容量結合型プラズマと誘導結合型プラズマとに大別される。

一般に、誘導結合型のプラズマ処理装置は、処理容器の壁部の少なくとも一部（たとえば天井）を誘電体の窓で構成し、その誘電体窓の外に設けたコイル状のＲＦアンテナに高周波電力を供給する。処理容器は減圧可能な真空チャンバとして構成されており、チャンバ内の中央部に被処理基板（たとえば半導体ウエハ、ガラス基板等）が配置され、誘電体窓と基板との間に設定される処理空間に処理ガスが導入される。ＲＦアンテナに流れるＲＦ電流によって、磁力線が誘電体窓を貫通してチャンバ内の処理空間を通過するようなＲＦ磁界がＲＦアンテナの周りに発生し、このＲＦ磁界の時間的な変化によって処理空間内で方位角方向に誘導電界が発生する。そして、この誘導電界によって方位角方向に加速された電子が処理ガスの分子や原子と電離衝突を起こし、ドーナツ状のプラズマが生成される。

チャンバ内に大きな処理空間が設けられることによって、上記ドーナツ状のプラズマは効率よく四方（特に径方向）に拡散し、基板上ではプラズマの密度がかなり均される。しかしながら、通常のＲＦアンテナを用いるだけでは、基板上に得られるプラズマ密度の均一性は大抵のプラズマプロセスにおいて不十分である。誘導結合型のプラズマ処理装置においても、基板上のプラズマ密度の均一性を向上させることは、プラズマプロセスの均一性・再現性ひいては製造歩留まりを左右することから、最重要課題の一つとなっている。

一般に、プラズマ処理装置におけるプラズマ密度の均一性には、方位角方向の均一性と、径方向の均一性の２つがある。

方位角方向においては、ＲＦアンテナがそのループ内にＲＦ電源からのＲＦ給電ラインと接続するＲＦ入出力端を含むため、必然的に非軸対称のアンテナ構造を採らざるを得ず、このことが方位角方向でプラズマ密度の不均一性を生じる主な要因になっている。この問題点に対して、従来は、ＲＦアンテナの非軸対称または特異の箇所を方位角方向で等間隔に増やすことで同方向の均一性を高める技法（たとえば特許文献１）や、ＲＦアンテナを直列接続の上下２段のコイルで構成し、上段コイルに設けるＲＦ給電結線箇所（入出力端）を下段コイルの背後に隠してプラズマ側から電磁気的に見えないようにする技法（たとえば特許文献２）が提案されている。

また、径方向においては、チャンバ内の誘電体窓付近で生成されるドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布特性（プロファイル）が重要であり、そのコアなプラズマ密度分布のプロファイルが拡散後の基板上に得られるプラズマ密度分布の均一性を左右する。この点に関して、従来は、ＲＦアンテナを径方向で複数のセグメントに分割する方式が主流になっている。このＲＦアンテナ分割方式には、各々のアンテナ・セグメントに個別の高周波電力を供給する第１の方式（たとえば特許文献３）と、各々のアンテナ・セグメントのインピーダンスをコンデンサ等の付加回路で可変して１つの高周波電源より全部のアンテナ・セグメントにそれぞれ分配されるＲＦ電力の分割比を制御する第２の方式（たとえば特許文献４）とがある。

米国特許第５８００６１９号 特表２００３−５１７１９７ 米国特許第５４０１３５０号 米国特許第５９０７２２１号

しかしながら、プラズマ密度分布の均一性を向上させるための上記のような従来技術は、方位角方向の均一性または径方向の均一性のいずれを志向するタイプであっても、押し並べてＲＦアンテナが複雑な構造で製作困難であることや、ＲＦ給電系統（ＲＦ電源、整合器）の負担が大きくなることが問題となっている。

また、プラズマ密度分布について方位角方向の均一性を志向する上記従来技術においては、誘導結合プラズマの生成に主だって寄与するアンテナ部分（たとえば上記下段アンテナ）が厳密に軸対称の形体を有しないために、均一性の精度や改善度に限界があった。

本発明は、上記のような従来技術に鑑みてなされたものであって、高周波給電系統の負担が軽くてＲＦアンテナの構造が簡易かつ製作容易でありながら、プラズマ密度分布の均一性または制御性を改善できる誘導結合型のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供する。

本発明のプラズマ処理装置は、天井に誘電体の窓を有する真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、前記誘電体窓の上に設けられる第１のＲＦアンテナと、前記処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する第１の高周波給電部とを具備し、前記第１のＲＦアンテナが、前記誘電体窓の上またはその上方に配置され、かつ前記第１の高周波給電部に高周波給電ラインを介して電気的に接続される一次コイルと、前記一次コイルと電磁誘導により結合可能な位置で、かつ前記一次コイルよりも前記誘電体窓の下面に近くに配置される二次コイルとを有する。

また、本発明のプラズマ処理方法は、天井に誘電体の窓を有する真空排気可能な処理容器内で前記誘電体窓の下方に設定された所定位置に被処理基板を配置する工程と、前記処理ガス供給部より前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する工程と、前記処理容器内を所定の圧力で減圧状態に維持する工程と、前記誘電体窓の上方に配置されている一次コイルに高周波電源より所定周波数の高周波を印加して、前記一次コイルに高周波電流を流す工程と、前記一次コイルよりも前記誘電体窓の下面に近くに配置されている二次コイルで、電磁誘導により前記高周波電流に応じた誘導電流を流す工程と、前記二次コイルで流れる前記誘導電流に応じた高周波の磁界および誘導電界によって前記処理容器内の前記誘電体窓の近くで処理ガスのプラズマを生成する工程と、生成された前記プラズマを前記処理容器内で拡散させる工程と、前記プラズマの下で前記基板に所望のプラズマ処理を施す工程とを有する。

本発明においては、高周波給電部からの高周波放電用の高周波が一次コイルに給電され、一次コイルに高周波電流が流れると、一次コイルから二次コイルに誘導結合を通じて高周波のエネルギーが伝達され、二次コイルより誘電体窓を介して処理容器内の処理ガスに放射される電磁エネルギーによって誘導結合のプラズマが生成される。すなわち、一次コイルと二次コイルとが電磁誘導で結合され、かつ二次コイルと処理容器内のプラズマとが電磁誘導で結合されることにより、高周波給電部より給電される高周波のパワーが一次コイルおよび二次コイルを介して処理容器内のプラズマ負荷に供給される。誘電体窓を介して処理容器内の処理ガスに主だって電磁エネルギーを放射する二次コイルは、空間的特異点（給電ポイント）の無い完全に軸対称な無端コイルで構成することができる。これによって、処理容器内の処理空間に生成されるドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を方位角方向で均一化し、ひいては基板載置部近傍（つまり基板上）のプラズマ密度分布を方位角方向で均一化できる。

本発明の誘導結合型プラズマ処理装置またはプラズマ処理方法によれば、上記のような構成および作用により、ＲＦ給電系統の負担が軽くてＲＦアンテナの構造が簡易かつ製作容易でありながら、プラズマ密度分布の均一性または制御性を向上させることができる。

本発明の一実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成を示す縦断面図である。 図１の誘導結合型プラズマエッチング装置におけるプラズマ生成部の主要な構成を示す斜視図である。 同心円型コイルの構成を示す斜視図である。 スパイラル型コイルの構成を示す平面図である。 実施形態におけるＲＦアンテナの配置構造の一変形例を模式的に示す略断面図である。 実施形態におけるＲＦアンテナの配置構造の別の変形例を模式的に示す略断面図である。 実施形態におけるＲＦアンテナの配置構造の別の変形例を模式的に示す略断面図である。 実施形態におけるＲＦアンテナの配置構造の別の一変形例を模式的に示す略断面図である。 実施形態におけるＲＦアンテナの配置構造の別の一変形例を模式的に示す略断面図である。 実施形態におけるＲＦアンテナに対する高周波給電形態の一変形例を示す図である。 実施形態におけるＲＦアンテナに対する高周波給電形態の別の変形例を示す図である。 実施形態において複数のＲＦアンテナを備える場合のアンテナ配置構造の一例を模式的に示す斜視図である。 上記アンテナ配置構造を示す略断面図である。 実施形態におけるＲＦアンテナのループ内にコンデンサを設ける形態を示す斜視図である。 実施形態において二次コイルのループ内にコンデンサを設ける形態を示す斜視図である。 実施例および比較例においてプラズマ中に励起される誘導電流の分布を示す等高線プロット図である。 実施例および比較例においてプラズマ中に励起される誘導電流の分布を示す周回プロット図である。 実施例において二次コイルの各半径位置の無端コイルに流れる誘導（二次）電流と一次コイルに流したＲＦ（一次）電流との比を示す棒グラフ図である。 実施例および比較例において、一次コイルに１ＡのＲＦ電流を流したときにプラズマ内に励起される電流密度の半径方向分布特性を示す図である。 実施例の第１のキャパシタンス調整例において二次コイルの各半径位置の無端コイルに流れる誘導（二次）電流と一次コイルに流したＲＦ（一次）電流との比を示す棒グラフ図である。 実施例の第１のキャパシタンス調整例において一次コイルに１ＡのＲＦ電流を流したときにプラズマ内に励起される電流密度の半径方向分布特性を示す図である。 実施例の第２のキャパシタンス調整例において二次コイルの各半径位置の無端コイルに流れる誘導（二次）電流と一次コイルに流したＲＦ（一次）電流との比を示す棒グラフ図である。 実施例の第２のキャパシタンス調整例において一次コイルに１ＡのＲＦ電流を流したときにプラズマ内に励起される電流密度の半径方向分布特性を示す図である。 実施例の第３のキャパシタンス調整例において二次コイルの各半径位置の無端コイルに流れる誘導（二次）電流と一次コイルに流したＲＦ（一次）電流との比を示す棒グラフ図である。 実施例の第３のキャパシタンス調整例において一次コイルに１ＡのＲＦ電流を流したときにプラズマ内に励起される電流密度の半径方向分布特性を示す図である。 実施例の第４のキャパシタンス調整例において二次コイルの各半径位置の無端コイルに流れる誘導（二次）電流と一次コイルに流したＲＦ（一次）電流との比を示す棒グラフ図である。 実施例の第４のキャパシタンス調整例において一次コイルに１ＡのＲＦ電流を流したときにプラズマ内に励起される電流密度の半径方向分布特性を示す図である。 実施例の第５のキャパシタンス調整例において二次コイルの各半径位置の無端コイルに流れる誘導（二次）電流と一次コイルに流したＲＦ（一次）電流との比を示す棒グラフ図である。 実施例の第５のキャパシタンス調整例において一次コイルに１ＡのＲＦ電流を流したときにプラズマ内に励起される電流密度の半径方向分布特性を示す図である。 多層レジスト法の工程を段階的に示す図である。 実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置において二次コイルを回転運動させる実施例を示す斜視図である。 実施形態における二次コイルの巻線構造の一変形例を示す平面図である。

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

図１に、本発明の一実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成を示す。この誘導結合型プラズマエッチング装置は、平面コイル形のＲＦアンテナを用いるタイプであり、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型真空チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は、保安接地されている。

先ず、この誘導結合型プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係しない各部の構成を説明する。

チャンバ１０内の下部中央には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板状のサセプタ１２が高周波電極を兼ねる基板保持台として水平に配置されている。このサセプタ１２は、たとえばアルミニウムからなり、チャンバ１０の底から垂直上方に延びる絶縁性の筒状支持部１４に支持されている。

絶縁性筒状支持部１４の外周に沿ってチャンバ１０の底から垂直上方に延びる導電性の筒状支持部１６とチャンバ１０の内壁との間に環状の排気路１８が形成され、この排気路１８の上部または入口に環状のバッフル板２０が取り付けられるとともに、底部に排気ポート２２が設けられている。チャンバ１０内のガスの流れをサセプタ１２上の半導体ウエハＷに対して軸対象に均一にするためには、排気ポート２２を円周方向に等間隔で複数設ける構成が好ましい。各排気ポート２２には排気管２４を介して排気装置２６が接続されている。排気装置２６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ１０内のプラズマ処理空間を所望の真空度まで減圧することができる。チャンバ１０の側壁の外には、半導体ウエハＷの搬入出口２７を開閉するゲートバルブ２８が取り付けられている。

サセプタ１２には、ＲＦバイアス用の高周波電源３０が整合器３２および給電棒３４を介して電気的に接続されている。この高周波電源３０は、半導体ウエハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定周波数（１３．５６ＭＨｚ以下）の高周波ＲＦ_Lを可変のパワーで出力できるようになっている。整合器３２は、高周波電源３０側のインピーダンスと負荷（主にサセプタ、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合をとるためのリアクタンス可変の整合回路を収容している。その整合回路の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。

サセプタ１２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック３６が設けられ、静電チャック３６の半径方向外側に半導体ウエハＷの周囲を環状に囲むフォーカスリング３８が設けられる。静電チャック３６は導電膜からなる電極３６ａを一対の絶縁膜３６ｂ，３６ｃの間に挟み込んだものであり、電極３６ａには高圧の直流電源４０がスイッチ４２および被覆線４３を介して電気的に接続されている。直流電源４０より印加される高圧の直流電圧により、静電力で半導体ウエハＷを静電チャック３６上に吸着保持することができる。

サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室４４が設けられている。この冷媒室４４には、チラーユニット（図示せず）より配管４６，４８を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック３６上の半導体ウエハＷの処理中の温度を制御できる。これと関連して、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管５０を介して静電チャック３６の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。また、半導体ウエハＷのローディング／アンローディングのためにサセプタ１２を垂直方向に貫通して上下移動可能なリフトピンおよびその昇降機構（図示せず）等も設けられている。

次に、この誘導結合型プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係する各部の構成を説明する。図２に、このプラズマエッチング装置におけるプラズマ生成部の要部の構成を示す。

チャンバ１０の天井はサセプタ１２から比較的大きな距離間隔を隔てて設けられており、この天井にたとえば石英板からなる円形の誘電体窓５２が気密に取り付けられている。この誘電体窓５２の上には、チャンバ１０内に誘導結合のプラズマを生成するためのＲＦアンテナ５４を外部から電磁的に遮蔽して収容するアンテナ室５６がチャンバ１０と一体に設けられている。

この実施形態におけるＲＦアンテナ５４は、アンテナ室５６内で誘電体窓５２から離間してその上方に配置され、高周波給電部５８からのＲＦ給電ライン６０に接続される一次コイル６２と、この一次コイル６２と電磁誘導により結合可能な位置で、かつこの一次コイル６２よりも誘電体窓５２の下面（処理空間と対向する面）の近くに電気的にフローティング状態で配置される二次コイル６４とを有している。

図示の構成例では、二次コイル６４が誘電体窓５２の上面に載せて水平に取り付けられ、一次コイル６２が二次コイル６４と適度な距離間隔を隔てた上方の位置で絶縁体からなる支持板６６に水平に取り付けられている。通常、両コイル６２，６４は、互いに水平かつ同軸に配置されるとともに、チャンバ１０またはサセプタ１２に対しても水平かつ同軸に配置される。

一次コイル６２は、好ましくは、複巻きコイルからなり、たとえば図２および図３Ａに示すように各一周内でコイル半径が一定である同心円型コイルの形体を有している。もっとも、一次コイル６２は、他の形体たとえば図３Ｂに示すようなスパイラル型コイルの形体を有してもよい。通常、一次コイル６２の中心側の端部が高周波給電部５８からのＲＦ給電ライン６０に接続され、一次コイル６２の周辺側の端部がアース線（帰線）６８を介して電気的にグランド電位に接続される。一次コイル６２の材質は、導電率の高いたとえば銅系の金属が好ましい。

二次コイル６４は、好ましくは、図２に示すようにコイル径の異なる複数（たとえば３個）の無端コイル６４(1)，６４(2)，６４(3)を同心円状に配置してなる組コイルとして構成されている。各無端コイル６４(1)，６４(2)，６４(3)の材質は、導電率の高いたとえば銅系の金属が好ましいが、ＳiやＳiＣ等の半導体でもよい。

図示の構成例では、一次コイル６２が３ターン（３回巻き）の同心円型コイルからなる。そして、一次コイル６２の最内周の第１ターン部６２(1)と二次コイル６４の最内周の無端コイル６４(1)とが上下に対向し、一次コイル６２の中間の第２ターン部６２(2)と二次コイル６４の中間の無端コイル６４(2)とが上下に対向し、一次コイル６２の最外周の第３ターン部６２(3)と二次コイル６４の最外周の無端コイル６４(3)とが上下に対向している。

高周波給電部５８は、高周波電源７０および整合器７２を有している。高周波電源７０は、高周波放電によるプラズマの生成に適した一定周波数（１３．５６ＭＨｚ以上）の高周波ＲＦ_Hを可変のパワーで出力できるようになっている。整合器７２は、高周波電源７０側のインピーダンスと負荷（主にＲＦアンテナ、プラズマ、補正コイル）側のインピーダンスとの間で整合をとるためのリアクタンス可変の整合回路を収容している。

チャンバ１０内の処理空間に処理ガスを供給するための処理ガス供給部は、誘電体窓５２より幾らか低い位置でチャンバ１０の側壁の中（または外）に設けられる環状のマニホールドまたはバッファ部７４と、円周方向に等間隔でバッファ部７４からプラズマ生成空間に臨む多数の側壁ガス吐出孔７６と、処理ガス供給源７８からバッファ部７４まで延びるガス供給管８０とを有している。処理ガス供給源７８は、流量制御器および開閉弁（図示せず）を含んでいる。

主制御部８２は、たとえばマイクロコンピュータを含み、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２６、高周波電源３０，７０、整合器３２，７２、静電チャック用のスイッチ４２、処理ガス供給源７８、チラーユニット（図示せず）、伝熱ガス供給部（図示せず）等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）を制御する。

この誘導結合型プラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ２８を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック３６の上に載置する。そして、ゲートバルブ２８を閉めてから、処理ガス供給源７８よりガス供給管８０、バッファ部７４および側壁ガス吐出孔７６を介してエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置２６によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、高周波給電部５８の高周波電源７０をオンにしてプラズマ生成用の高周波ＲＦ_Hを所定のＲＦパワーで出力させ、整合器７２，ＲＦ給電ライン６０を介してＲＦアンテナ５４の一次コイル６２に高周波ＲＦ_Hの電流を供給する。一方、高周波電源３０をオンにしてイオン引き込み制御用の高周波ＲＦ_Lを所定のＲＦパワーで出力させ、この高周波ＲＦ_Lを整合器３２および給電棒３４を介してサセプタ１２に印加する。また、伝熱ガス供給部より静電チャック３６と半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈeガス）を供給するとともに、スイッチ４２をオンにして静電チャック３６の静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。

側壁ガス吐出孔７６より吐出されたエッチングガスは、誘電体窓５２の下の処理空間に均一に拡散する。ＲＦアンテナ５４の一次コイル６２を流れる高周波ＲＦ_Hの電流によって一次コイル６２の周りに発生する磁力線（磁束）が二次コイル６４と鎖交し、その磁束の時間的変化によって二次コイル６４に誘導起電力が発生してそのループ内に電流（誘導電流）が流れる。

この二次コイル６４に流れる誘導電流によって発生する磁力線が誘電体窓５２を貫通してチャンバ１０内の処理空間（プラズマ生成空間）を横切り、処理空間内で方位角方向の誘導電界が発生する。この誘導電界によって方位角方向に加速された電子がエッチングガスの分子や原子と電離衝突を起こし、ドーナツ状のプラズマが生成される。このようにプラズマ中では二次コイル６４の作る磁界が支配的であり、プラズマは二次コイル６４の作る磁界で主に生成され、一次コイル６２の影響はほとんど受けない。

ここで「ドーナツ状のプラズマ」とは、チャンバ１０の径方向内側（中心部）にプラズマが立たず径方向外側にのみプラズマが立つような厳密にリング状のプラズマに限定されず、むしろチャンバ１０の径方向内側より径方向外側のプラズマの体積または密度が大きいことを意味する。また、処理ガスに用いるガスの種類やチャンバ１０内の圧力の値等の条件によっては、ここで云う「ドーナツ状のプラズマ」にならない場合もある。

このドーナツ状プラズマのラジカルやイオンは広い処理空間で四方に拡散し、ラジカルは等方的に降り注ぐようにして、イオンは直流バイアスに引っぱられるようにして、半導体ウエハＷの上面（被処理面）に供給される。こうして半導体ウエハＷの被処理面にプラズマの活性種が化学反応と物理反応をもたらし、被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。この実施形態では、後述するように、半導体ウエハＷ上のプラズマプロセス特性つまりエッチング特性（エッチングレート、選択比、エッチング形状等）の方位角方向さらには径方向の均一性を大きく向上させることができる。

このように、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置においては、チャンバ１０の天井窓の上（アンテナ室５６内）に設けられるＲＦアンテナ５４が上下に完全分離した一次コイル６２と二次コイル６４とで構成されており、高周波給電部５８からの高周波放電用の高周波ＲＦ_Hが一次コイル６２に給電されると、一次コイル６２から二次コイル６４に誘導結合を通じて高周波ＲＦ_Hのエネルギーが伝達され、二次コイル６４より誘電体窓５２を介してチャンバ１０内の処理ガスに放射される電磁エネルギーによって誘導結合のプラズマが生成されるようになっている。

すなわち、一次コイル６２と二次コイル６４とが電磁誘導で結合され、かつ二次コイル６４とチャンバ１０内のプラズマとが電磁誘導で結合されることにより、高周波給電部５８より給電される高周波ＲＦ_Hのパワーが一次コイル６２および二次コイル６４を介してチャンバ１０内のプラズマ負荷に供給されるようになっている。

このような複数のコイル間の誘導結合を通じてプラズマにＲＦパワーを供給する方式の最大の利点は、最終段のコイル、つまり誘電体窓５２を介してチャンバ１０内の処理ガスに主だって電磁エネルギーを放射する二次コイル６４を空間的特異点（給電ポイント）の無い完全に軸対称な無端コイルに構成できることであり、これによってチャンバ１０内の処理空間に生成されるドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を方位角方向で均一化し、ひいてはサセプタ１２近傍（つまり半導体ウエハＷ上）のプラズマ密度分布を方位角方向で均一化できることである。

さらには、一次コイル６２および二次コイル６４のいずれも簡易な構成で製作容易なものである。また、高周波給電部５８に特に大きな負担をかけることもない。

なお、一次コイル６２はＲＦ給電の入出力端を含み、軸対称なコイルではないので、一次コイル６２に流れる高周波ＲＦ_Hによって一次コイル６２の周囲に形成される磁界、つまり二次コイル６４と鎖交する磁束は方位角方向で均一ではない。しかし、二次コイル６４に流れる誘導電流はループ内のどの位置でも同一であり、かつ二次コイル６４が軸対称な円形の無端コイルであるから、二次コイル６４に流れる誘導電流によってその周囲（特にチャンバ１０内）に形成される磁界は方位角方向の一周にわたり均一なものとなる。

この実施形態におけるＲＦアンテナ５４は、誘電体窓５２の上方に平面型の一次コイル６２を水平に配置し、誘電体窓５２の上面に載せて平面型の二次コイル６４を水平に取り付けている。しかし、本発明においては、このようなＲＦアンテナ５４の配置構造は一例であり、種種の変形が可能である。

上記のように、二次コイル６４は１個または複数個の無端コイル６４(1)〜６４(3)）で構成され、外部との結線は一切不要である。そこで、図４Ａに示すように、二次コイル６４（無端コイル６４(1)〜６４(3)）を誘電体窓５２の内部に埋めて設けることも可能である。このように誘電体窓５２の内部に二次コイル６４を埋設する配置構成においては、図４Ｂに示すように、各無端コイル６４(1)，６４(2)，６４(3)の高さ位置を個々独立に選ぶ構成を好適に採ることができる。なお、図示省略するが、二次コイル６４（無端コイル６４(1)〜６４(3)）の一部のみを誘電体窓５２の内部に設け、他の部分を誘電体窓５２の上に設ける配置構成も可能である。

また、一次コイル６２も平面型に限定されるものではなく、たとえば図４Ｂに示すように、各ターン部６４(1) ，６４(2)，６４(3)の高さ位置を、各対応する無端コイル６４(1)，６４(2)，６４(3)の高さ位置に応じて、各対間の誘導結合の効率性や全体のバランスの中で、最も適切な高さ位置に配置する構成を好適に採ることができる。

さらに、図４Ｃに示すように、二次コイル６４を構成する無端コイル６４(1)，６４(2)，６４(3)の一部、たとえば最外周の無端コイル６４(3)を誘電体窓５２の直下に、つまりチャンバ１０内のプラズマ生成領域に配置することも可能である。ただし、当該無端コイル６４(3)の材質が銅等の金属である場合は、たとえば石英からなる金属汚染防止用の中空リングカバー８４で覆うのが望ましい。

なお、二次コイル６４を誘電体窓５２の内部またはチャンバ１０内に設ける場合は、一次コイル６２を誘電体窓５２に可及的に近づけて配置することが可能であり、たとえば図４Ｃに示すように誘電体窓５２の上面に載せることも可能である。

ＲＦアンテナ５４の別の配置構成として、二次コイル６４の無端コイル６４(1)，６４(2)，６４(3)がＳiまたはＳiＣ等の半導体からなる場合は、図４Ｄおよび図４Ｅに示すように、それらの無端コイル６４(1)，６４(2)，６４(3)を金属汚染防止カバーで覆うことなくそのまま露出させて、石英板窓５２の下面に貼り付ける構成や、プラズマ生成領域の中に配置する構成も可能である。

この実施形態において、ＲＦアンテナ５４の一次コイル６２に高周波ＲＦ_Hの電流を供給する給電方式も種種の形態が可能である。

図２のアンテナ構成では、一次コイル６２の第１ターン部６２(1)、第２ターン部６２(2)および第３ターン部６２(3)を単一の高周波給電部５８に対して直列に接続している。

しかし、図５に示すように、それら複数のターン部６２(1)、６２(2)，６２(3)を単一の高周波給電部５８に対して並列に接続する給電方式も可能である。この並列給電方式では、高周波給電部５８からの高周波ＲＦ_Hの電流がそれら複数のターン部６２(1)，６２(2) ，６２(3)に分岐して流れる。相対的にインピーダンスの最も低いターン部（通常は最内周のターン部６２(1)）にＲＦ電流が最も多く分流し、相対的にインピーダンスの最も高いターン部（通常は最外周のターン部６２(3)）にＲＦ電流が最も少なく分流する。

あるいは、図６に示すように、一次コイル６２の複数のターン部６２(1)、６２(2)，６２(3)を複数の高周波給電部５８(1)，５８(2)，５８(3)にそれぞれ個別に接続する構成も可能である。この場合は、各ターン部６２(1)，６２(2) ，６２(3)に、その相対的なインピーダンスに係わりなく、各高周波給電部５８(1)，５８(2)，５８(3)より独立した任意の高周波電流または高周波電流電力を供給することができる。

さらには、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、上記ＲＦアンテナ５４から独立した別のＲＦアンテナ８６を誘電体窓５２の近傍に配置する構成も可能である。図示の構成例では、第１のＲＦアンテナ５４を径方向内側（中心部）に配置し、第２のＲＦアンテナ８６を径方向外側（周辺部）に配置している。第２のＲＦアンテナ８６は、図示のような単巻き（または複巻き）の同心円型コイルであってもよく、あるいはスパイラル型コイルであってもよい。両ＲＦアンテナ５４，８６には、各専用の高周波給電部５８(1)，５８(2)より高周波電流が個別のパワーで供給するのが好ましい。もっとも、単一の高周波給電部５８からの高周波電流を両ＲＦアンテナ５４，８６に分配する方式も可能である。

別の好適な実施例として、本発明によるＲＦアンテナ５４の二次コイル６４においては、そのループ内にコンデンサを設けることができる。二次コイル６４が上記のように複数の無端コイル６４(1)，６４(2)，６４(3)からなる場合は、それら無端コイル６４(1)，６４(2)，６４(3)の全部のループ内に、またはその一部（たとえば６４(3)のみ）のループ内にコンデンサを設けることができる。具体的には、無端コイル６４(1)，６４(2)，６４(3)のコイル導体に周回方向の一箇所でたとえばギャップ幅５ｍｍ程度の切り欠きを形成し、その切り欠きにコンデンサを設けることができる。図８Ａおよび図８Ｂに、無端コイル６４(1)，６４(2)，６４(3)の全部のループ内にコンデンサ９０(1)，９０(2)，９０(3)をそれぞれ設ける構成例を示す。

本発明者は、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置について次のような電磁界シミュレーションを実施した。

すなわち、二次コイル６４にコンデンサを挿入する図１の誘導結合型プラズマエッチング装置においてプラズマ中に励起される誘導電流の分布を求めたところ、図９Ａ（等高線プロット図）および図９Ｂ（周回プロット図）に示すような特性が得られた。図９Ａおよび図９Ｂには、比較例として、図１の誘導結合型プラズマエッチング装置において二次コイル６４を省いて一次コイル６２を誘電体窓５２の上面に載せて配置した場合にプラズマ中に励起される誘導電流の分布特性も示している。

この電磁界シミュレーションでは、一次コイル６２が４回巻きの同心円型コイルからなるものとし、その最内周の第１ターン部の半径を７０ｍｍ、第２ターン部の半径を１２０ｍｍ、第３ターン部の半径を１７０ｍｍ、最外周の第４ターン部の半径を２２０ｍｍとした。二次コイル６４は、一次コイル６２の巻線構造に対応して同心円状に配置される４個の無端コイル６４(1)，６４(2)，６４(3) ，６４(4)で構成し、最内周の第１の無端コイル６４(1)の半径を７０ｍｍ、第２の無端コイル６４(2)の半径を１２０ｍｍ、第３の無端コイル６４(3)の半径を１７０ｍｍ、最外周の第４の無端コイル６４(4)の半径を２２０ｍｍとした。

また、この電磁界シミュレーションでは、二次コイル６４を誘電体窓５２の上面に載る高さに配置し、一次コイル６２を二次コイル６４から上方に５ｍｍ離して配置した。無端コイル６４(1)，６４(2)，６４(3) ，６４(4)のループ内に設けるコンデンサ９０(1)，９０(2)，９０(3)，９０(4)のキャパシタンスは、それぞれ１５４７ｐＦ、６５０ｐＦ、４００ｐＦ、２５０ｐＦとした。チャンバ１０内の処理空間で誘導結合により生成されるドーナツ状のプラズマは、円盤形状の抵抗体で模擬し、この抵抗体の半径を２５０ｍｍ、抵抗率を１００Ωcm、表皮厚さを１０ｍｍに設定した。プラズマ生成用の高周波ＲＦ_Hの周波数は１３．５６ＭＨｚとした。

図９Ａおよび図９Ｂに示すように、比較例では、一次コイル６２のＲＦ給電入出力端の位置に対応する時計回りで９時の方角（周回方向ではＸ軸の正方向を基準として１８０度）の付近でプラズマ内の誘導電流に偏りが見られる。これに対して、実施例では、周回方向の偏りが殆ど無いのがわかる。なお、プラズマ内の誘導電流は半径方向では不均一な方が却って拡散後には径方向では均一なプラズマ密度が得られることが知られている。

また、上記電磁界シミュレーションの一環として、実施例のＲＦアンテナ５４において、一次コイル６２に１Ａ（アンペア）のＲＦ電流（一次電流）を流したときに二次コイル６４の無端コイル６４(1)〜６４(4)にそれぞれ流れた誘導電流（二次電流）を求めたところ、ＲＦ電流（一次電流）に対する各半径位置の誘導電流（二次電流）の比に関して図１０に示すような結果が得られた。図示のように、ＲＦ電流（一次電流）に対して約１〜５倍程度の誘導電流（二次電流）が各半径位置で流れることがわかる。

また、上記実施例および上記比較例について、一次コイル６２に１ＡのＲＦ電流を流したときにプラズマ内に励起される電流密度（プラズマ密度に相当）の径方向分布を求めたところ、図１１に示すような特性が得られた。図示のように、二次コイル６４の有無でプラズマ内の電流密度に最大５倍程度の差が生じており、二次コイル６４の電流増倍効果によってプラズマ中に大きな電流を励起できることがわかる。

通常、誘導結合方式においてプラズマ中に励起される電流を増やすためにはアンテナまたはコイルの巻線密度を上げる方法が採られるが、そうすると必然的にコイル長が伸びてしまい、波長効果の問題を起こしやすい。本発明によれば、コイル長を伸ばすことなくプラズマ中に励起される電流を大きくすることが可能である。さらに、高周波給電部５８の整合器７２から一次コイル６２に供給するＲＦ電流が少なくて済むことから、整合をとるのが容易であり、整合器７２のパワー損失を抑制することもできる。

本発明においては、二次コイル６４のループ内に設けるコンデンサを可変コンデンサとする形態を好適に採ることができる。上記電磁界シミュレーションの一環として、上記無端コイル６４(1)，６４(2)，６４(3) ，６４(4)のループ内にそれぞれ設けるコンデンサ９０(1)，９０(2)，９０(3)，９０(4)をすべて可変コンデンサとし、それぞれのキャパシタンスを複数の組み合わせで種種変化させて、各半径位置の無端コイル６４(1)〜６４(4)にそれぞれ流れる誘導電流（二次電流）を求めた。その結果、各半径位置の誘導電流（二次電流）とコイル６２に流したＲＦ電流（一次電流）との比、およびプラズマ内の電流密度の径方向分布について、図１２〜図１６に示すような特性が得られた。

［第１のキャパシタンス調整例］

コンデンサ９０(1)，９０(2)，９０(3)，９０(4)のキャパシタンスをそれぞれ１５４７ｐＦ，６５０ｐＦ，４００ｐＦ，２５０ｐＦに設定した場合は、各半径位置の誘導電流（二次電流）とＲＦ電流（一次電流）との比が図１２Ａに示すようなものとなり、プラズマ内の電流密度の径方向分布は図１２Ｂに示すようになる。

より詳細には、図１２Ａに示すように、第３の無端コイル６４(3)（ｒ＝１７０ｍｍ）に流れる誘導電流が最も大きく、第１の無端コイル６４(1) （ｒ＝７０ｍｍ）に流れる誘導電流が最も小さく、第２無端コイル６４(2) （ｒ＝１２０ｍｍ）および第４の無端コイル６４(4) （ｒ＝２２０ｍｍ）に流れる誘導電流は中間の値を示す。図１２Ｂに示すように、プラズマ内の電流密度の径方向分布は、上記４つの半径位置でそれぞれ流れる誘導電流の相対的な大小関係に応じたプロファイルを呈している。すなわち、プラズマ内の電流密度は、径方向においてｒ＝１７０ｍｍ付近で極大になるような山形のプロファイルを示す。

［第２のキャパシタンス調整例］

コンデンサ９０(1)，９０(2)，９０(3)，９０(4)のキャパシタンスをそれぞれ３０００ｐＦ，３００ｐＦ，３００ｐＦ，３８０ｐＦに設定した場合は、各半径位置の誘導電流（二次電流）とＲＦ電流（一次電流）との比が図１３Ａに示すようなものとなり、プラズマ内の電流密度の径方向分布は図１３Ｂに示すようになる。

より詳細には、図１３Ａに示すように、第４の無端コイル６４(4) （ｒ＝２２０ｍｍ）に流れる誘導電流が突出して最も大きく、他の無端コイル６４(1)，６４(2)，６４(3) （ｒ＝７０ｍｍ，ｒ＝１２０ｍｍ，ｒ＝１７０ｍｍ）にそれぞれ流れる誘導電流はすべて最大電流の約１／３になる。プラズマ内の電流密度の径方向分布は、図１３Ｂに示すように、上記４つの半径位置でそれぞれ流れる誘導電流の相対的な大小関係に応じたプロファイルになっている。もっとも、半径方向中心部寄り（ｒ＝７０ｍｍ）の電流密度が半径方向中間部（ｒ＝１２０ｍｍ〜１７０ｍｍ）の電流密度よりも相対的に低くなる傾向がある。

［第３のキャパシタンス調整例］

コンデンサ９０(1)，９０(2)，９０(3)，９０(4)のキャパシタンスをそれぞれ１５４７ｐＦ，６５０ｐＦ，３００ｐＦ，３８０ｐＦに設定した場合は、各半径位置の誘導電流（二次電流）とＲＦ電流（一次電流）との比が図１４Ａに示すようなものとなり、プラズマ内の電流密度の径方向分布は図１４Ｂに示すようになる。

より詳細には、図１４Ａに示すように、２極化し、偶数番目の第２および第４の無端コイル６４(2)，６４(4) （ｒ＝１２０ｍｍ，ｒ＝２２０ｍｍ）にそれぞれ流れる誘導電流は大きく、奇数番目の第１および第３の無端コイル６４(1) ，６４(3) （ｒ＝７０ｍｍ，ｒ＝１７０ｍｍ）にそれぞれ流れる誘導電流は小さい。図１４Ｂに示すように、プラズマ内の電流密度の径方向分布も、上記４つの半径位置でそれぞれ流れる誘導電流の相対的な大小関係に応じたプロファイルを呈している。すなわち、プラズマ内の電流密度は、半径方向において中間部の２箇所（ｒ＝１２０ｍｍ付近およびｒ＝１７０ｍｍ付近）で極大になるようなプロファイルを示す。

［第４のキャパシタンス調整例］

コンデンサ９０(1)，９０(2)，９０(3)，９０(4)のキャパシタンスをそれぞれ１４００ｐＦ，５００ｐＦ，５８６ｐＦ，３８０ｐＦに設定した場合は、各半径位置の誘導電流（二次電流）とＲＦ電流（一次電流）との比が図１５Ａに示すようなものとなり、プラズマ内の電流密度の径方向分布は図１５Ｂに示すようになる。

より詳細には、図１５Ａに示すように、第１の無端コイル６４(1) （ｒ＝７０ｍｍ）に流れる誘導電流が突出して最も大きく、他の無端コイル６４(2)，６４(3)，６４(4)（ｒ＝１２０ｍｍ，ｒ＝１７０ｍｍ，ｒ＝２２０ｍｍ）にそれぞれ流れる誘導電流はいずれも最大電流の約３／５になる。プラズマ内の電流密度の径方向分布は、図１５Ｂに示すように、上記４つの半径位置でそれぞれ流れる誘導電流の相対的な大小関係に応じたプロファイルを呈している。もっとも、半径方向中間部（ｒ＝１２０ｍｍ〜１７０ｍｍ）の中で電流密度が大きく落ち込む箇所もある。

［第５のキャパシタンス調整例］

コンデンサ９０(1)，９０(2)，９０(3)，９０(4)のキャパシタンスをそれぞれ１５４７ｐＦ，３００ｐＦ，３００ｐＦ，３８０ｐＦに設定した場合は、各半径位置の誘導電流（二次電流）とＲＦ電流（一次電流）との比が図１６Ａに示すようなものとなり、プラズマ内の電流密度の径方向分布は図１６Ｂに示すようになる。

より詳細には、図１６Ａに示すように、第４の無端コイル６４(4) （ｒ＝２２０ｍｍ）に流れる誘導電流が突出して最も大きく、第１の無端コイル６４(1) （ｒ＝７０ｍｍ）に流れる誘導電流が最大電流の約２／３であり、第２および第３の無端コイル６４(2)，６４(3) （ｒ＝１２０ｍｍ，ｒ＝１７０ｍｍ）に流れる誘導電流は最大電流の約１／３になる。プラズマ内の電流密度の径方向分布は、図１６Ｂに示すように、上記４つの半径位置でそれぞれ流れる誘導電流の相対的な大小関係に応じたプロファイルを呈している。

上記のように、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置においては、ＲＦアンテナ５４の二次コイル６４のループ内に可変コンデンサを設け、そのキャパシタンスを可変調整することにより、プラズマ中に励起される電流密度（つまりドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度）の径方向分布を制御し、ひいてはサセプタ１２近傍（半導体ウエハＷ上）のプラズマ密度の径方向分布を任意または多種多様に可変することが可能である。したがって、径方向においても、プラズマ密度の均一性ひいてはプラズマプロセスの均一性を向上させることができる。

この実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置は、たとえば、基板表面の多層膜を複数のステップで連続的にエッチング加工するアプリケーションに好適に適用できる。以下、図１７に示すような多層レジスト法に係る本発明の実施例について説明する。

図１７において、加工対象の半導体ウエハＷの主面には、本来の被加工膜（たとえばゲート用のＳi膜）１００の上に最下層（最終マスク）としてＳiＮ層１０２が形成され、その上に中間層として有機膜（たとえばカーボン）１０４が形成され、その上にＳi含有の反射防止膜（ＢＡＲＣ）１０６を介して最上層のフォトレジスト１０８が形成される。ＳiＮ層１０２、有機膜１０４および反射防止膜１０６の成膜にはＣＶＤ（化学的真空蒸着法）あるいはスピンオンによる塗布膜が用いられ、フォトレジスト１０８のパターニングにはフォトリソグラフィが用いられる。

最初に、第１ステップのエッチングプロセスとして、図１７の（Ａ）に示すようにパターニングされたフォトレジスト１０８をマスクとしてＳi含有反射防止膜１０６をエッチングする。この場合、エッチングガスにはＣＦ₄／Ｏ₂の混合ガスが用いられ、チャンバ１０内の圧力は比較的低く、たとえば１０mTorrに設定される。

次に、第２ステップのエッチングプロセスとして、図１７の（Ｂ）に示すようにフォトレジスト１０８および反射防止膜１０６をマスクとして有機膜１０４をエッチング加工する。この場合、エッチングガスにはＯ₂の単ガスが用いられ、チャンバ１０内の圧力は更に低く、たとえば５mTorrに設定される。

最後に、第３ステップのエッチングプロセスとして、図１７の（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、パターニングされた反射防止膜１０６および有機膜１０４をマスクとしてＳiＮ膜１０２をエッチング加工する。この場合、エッチングガスにはＣＨＦ₃／ＣＦ₄／Ａｒ／Ｏ₂の混合ガスが用いられ、チャンバ１０内の圧力は比較的高く、たとえば５０mTorrに設定される。

上記のようなマルチステップのエッチングプロセスにおいては、ステップ毎にプロセス条件の全部または一部（特にチャンバ１０内の圧力）が切り換わり、それによって処理空間内でドーナツ状プラズマの拡散する形態が変化する。ここで、二次コイル６４を設けない場合は、第１および第２ステップのプロセス（圧力１０mTorr以下）ではサセプタ１２近傍の電子密度（プラズマ密度）が相対的に中心部で顕著に盛り上がるような急峻な山形のプロファイルが現れ、第３ステップのプロセス（圧力５０mTorr）では中心部がわずかに盛り上がるような緩やかな山形のプロファイルが現れるものとする。

この実施形態によれば、たとえばプロセスレシピにおいて、通常のプロセス条件（高周波のパワー、圧力、ガス種、ガス流量等）に追加する仕方で、またはそれらと連関させる仕方で、コンデンサ９０(1)，９０(2)・・９０(n)（たとえばｎ＝４）のキャパシタンスをレシピ情報またはプロセスパラメータの１つとして設定する。そして、上記のようなマルチステップのエッチングプロセスを実行する際に、主制御部７４がコンデンサ９０(1)〜９０(n)のキャパシタンスを表すデータをメモリから読み出し、各ステップ毎にコンデンサ９０(1)〜９０(n)のキャパシタンスを設定値（目標値）に合わせる。

したがって、上記のような多層レジスト法のエッチングプロセス（図１７）においては、たとえば、上記第１ステップ（１０mTorr）では上記第１のキャパシタンス調整例に切り換え、上記第２ステップ（５mTorr）では上記第２のキャパシタンス調整例に切り換え、上記第３ステップ（５０mTorr）では上記第４のキャパシタンス調整例に切り換える。

このように、一枚の半導体ウエハＷに対する単一または一連のプラズマ処理を行う中で、プロセス条件の変更、切り換えまたは変化に応じてコンデンサ９０(1)〜９０(n)のキャパシタンスを可変調整することが可能である。このことにより、枚葉プラズマプロセスの全処理時間または全ステップを通じて、サセプタ１２近傍（半導体ウエハＷ上）のプラズマ密度の径方向分布を多種多様に可変または最適に制御し、プラズマプロセスの均一性を向上させることができる。

図１８に、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置において、ＲＦアンテナ５４の二次コイル６４を回転運動させる実施例を模式的に示す。上記のように二次コイル６４のループ内にコンデンサを設ける場合は、コンデンサの設置箇所で二次コイル６４の非対称性が失われ、周回方向でプラズマ密度分布に偏りを起こす可能性がある。そのような場合には、二次コイル６４をその中心軸線の周りに回転運動させることで、二次コイル６４のループ内に発生する電磁気的な偏りを時間的に均して周回方向（方位角方向）におけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる。上記のように、二次コイル６４は完全に閉じたループであって外部との結線を必要としないため、二次コイル６４だけを、あるいは二次コイル６４と保持部１１０だけを回転運動させることができる。

図示の回転機構１１２は、二次コイル保持部１１０を誘電体からなる円板体で構成し、この保持部１１０に結合された回転リング１１４をプーリまたはピニオン１１６を介してモータを含む回転駆動部１１８により回転駆動するようにしている。

二次コイル６４の構造は、上記のような１つまたは複数の無端コイル６４(1)，６４(2)・・を同心円状に配置するものに限らない。たとえば、図１９に示すように、直列接続の複巻き同心円型コイルであってもよく、コイル全体のループ内にコンデンサ１２０を挿入する構成も可能である。あるいは、図示省略するが、二次コイル６４をスパイラル型コイルとすることも可能である。

なお、二次コイル６４のループ内にコンデンサを挿入する場合は、直列共振に近い状態が利用されるので、Ｑ値が低いと変化が急峻になりすぎて制御が困難になったり、あるいは機差を生じる可能性もある。このような不利点を防止するために、二次コイル６４の材質に若干抵抗率の高い金属または半導体（たとえば窒素ＮやリンＰをドープして導電性をもたせたシリコン結晶など）を用いるのも好ましく、あるいはコンデンサと一緒に抵抗を挿入してもよい。

また、二次コイル６４のループ内に外部から挿入する抵抗の抵抗値、あるいはコイル部材の抵抗値は温度の上昇に伴って大きくなることが知られている。ＲＦパワーを一定に保って高周波ＲＦ_HをＲＦアンテナ５４に印加した場合は、二次コイル６４の抵抗値上昇に伴い、そこで消費されるパワーが増大するため、結果的に一次コイルに流入する電流量が減少する効果が見込まれる。このことによって、１つのコイルに極端に大きな電流が流れてしまうことを防止し、ＲＦアンテナ内の電流を自動的に均すように調整する効果も見込むことができる。

さらに、ＲＦアンテナ５４を、特に二次コイル６４を空冷方式あるいは水冷方式で冷却するのも好ましい。このようにコイル６４（６２）を冷却する場合は、その冷却温度を変えることでコイル６４（６２）の抵抗率を可変することができ、それによってコイル６４（６２）に流す電流の調整を行うことも可能である。

ＲＦアンテナ５４を構成する一次コイル６２および二次コイル６４のループ形状は円形に限るものではなく、四角形や六角形などでもよい。コイル６２，６４の断面形状も矩形に限らず、円形、楕円形などでもよく、単線に限らず撚線であってもよい。

上述した実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成は一例であり、プラズマ生成機構の各部はもちろん、プラズマ生成に直接関係しない各部の構成も種種の変形が可能である。

たとえば、ＲＦアンテナの基本形態として、平面型以外のタイプたとえばドーム型等も可能である。処理ガス供給部においてチャンバ１０内に天井から処理ガスを導入する構成も可能であり、サセプタ１２に直流バイアス制御用の高周波ＲＦ_Lを印加しない形態も可能である。

さらに、本発明による誘導結合型のプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法は、プラズマエッチングの技術分野に限定されず、プラズマＣＶＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどの他のプラズマプロセスにも適用可能である。また、本発明における被処理基板は半導体ウエハに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等も可能である。

Claims (14)

1. 天井に誘電体の窓を有する真空排気可能な処理容器と、
   前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
   前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
   前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、前記誘電体窓の上に設けられる第１のＲＦアンテナと、
   前記処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する第１の高周波給電部と
   を具備し、
   前記第１のＲＦアンテナが、前記誘電体窓の上またはその上方に配置され、かつ前記第１の高周波給電部に高周波給電ラインを介して電気的に接続される一次コイルと、前記一次コイルと電磁誘導により結合可能な位置で、かつ前記一次コイルよりも前記誘電体窓の下面に近くに配置される二次コイルとを有する、
   プラズマ処理装置。
2. 前記二次コイルに流れる誘導電流により前記処理容器内に誘導電界が発生し、前記誘導電界により前記処理ガスのプラズマが生成される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記二次コイルは、電気的にフローティング状態に置かれる、請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記一次コイルおよび前記二次コイルは、前記誘電体窓に対して平行に配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記二次コイルの少なくとも一部が、前記誘電体窓の内部または前記処理容器内に設けられる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、前記第１のＲＦアンテナから独立して前記誘電体窓の近傍に設けられる第２のＲＦアンテナと、
   前記処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記第２のＲＦアンテナに供給する第２の高周波給電部と
   を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記二次コイルのループ内にコンデンサが設けられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記コンデンサは可変コンデンサであり、前記基板上のプラズマ密度の径方向分布を制御するためにそのキャパシタンスが調整される、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記二次コイルがコイル径の異なる複数の無端コイルを同軸状に配置してなる組コイルとして構成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. 少なくとも一部の前記無端コイルのループ内にコンデンサが設けられる、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記コンデンサは可変コンデンサであり、前記基板上のプラズマ密度の径方向分布を制御するためにそのキャパシタンスが調整される、請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記一次コイルが複数巻きの同心型コイルからなり、
    前記一次コイルの複数のターン部に前記二次コイルの複数の無端コイルがそれぞれ対向する、
    請求項９〜１１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
13. 天井に誘電体の窓を有する真空排気可能な処理容器内で前記誘電体窓の下方に設定された所定位置に被処理基板を配置する工程と、
    前記処理ガス供給部より前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する工程と、
    前記処理容器内を所定の圧力で減圧状態に維持する工程と、
    前記誘電体窓の上方に配置されている一次コイルに高周波電源より所定周波数の高周波を印加して、前記一次コイルに高周波電流を流す工程と、
    前記一次コイルよりも前記誘電体窓の下面に近くに配置されている二次コイルで、電磁誘導により前記高周波電流に応じた誘導電流を流す工程と、
    前記二次コイルで流れる前記誘導電流に応じた高周波の磁界および誘導電界によって前記処理容器内の前記誘電体窓の近くで処理ガスのプラズマを生成する工程と、
    生成された前記プラズマを前記処理容器内で拡散させる工程と、
    前記プラズマの下で前記基板に所望のプラズマ処理を施す工程と
    を有するプラズマ処理方法。
14. 前記二次コイルのループ内に可変コンデンサを設け、
    １枚の被処理基板に対するプラズマ処理の中で、プロセス条件の変更、変化または切り換えに応じて、前記可変コンデンサのキャパシタンスを可変制御する、
    請求項１３に記載のプラズマ処理方法。