JP2015159118A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＦアンテナ内の波長効果を十全に抑制しつつ、周回方向にも径方向にも均一なプラズマプロセスを容易に実現する。【解決手段】この誘導結合型プラズマ処理装置においては、誘導結合プラズマを生成するために誘電体窓５２の上に設けられるＲＦアンテナ５４が径方向で内側コイル、中間コイルおよび外側コイル６２に分割されている。高周波給電部側の第１のノードＮAと接地電位側の第２のノードＮBとの間で、内側コイル５８は単一または直列接続の内側コイルセグメント５９を有し、中間コイル６０は周回方向で分割されていて電気的に互いに並列に接続されかつ可変の中間コンデンサ９２と直列に接続されている複数の中間コイルセグメント６１(1)，６１(2)を有し、外側コイル６２は周回方向で分割されていて電気的に互いに並列に接続されかつ可変の外側コンデンサ９４と直列に接続されている複数の外側コイルセグメント６３(1)，６３(2)，６３(3)を有する。【選択図】 図１１

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形状の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アンテナに流れる高周波電流によって、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高周波数の交流磁界がＲＦアンテナの周りに発生し、この交流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（特に半径方向）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。プラズマプロセスにおいて、基板上のプラズマ密度の均一性または制御性を向上させることは、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、最重要課題の一つである。

誘導結合型のプラズマ処理装置においては、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特性（特に均一性）を左右する。

この点に関し、周回方向のプラズマ密度分布の均一性を向上させる技法として、ＲＦアンテナをコイル径の異なる複数の円環状コイルに分割する方式が幾つか提案されている。この種のＲＦアンテナ分割方式には、複数の円環状コイルを直列に接続する第１の方式（たとえば特許文献１）と、複数の円環状コイルを並列に接続する第２の方式（たとえば特許文献２）とがある。

米国特許第５８００６１９号 米国特許第６２８８４９３号

上記のような従来のＲＦアンテナ分割方式のうち、上記第１の方式は、ＲＦアンテナの全コイル長が全部のコイルを足し合わせた大きな長さになるため、ＲＦアンテナ内の電圧降下が無視できないほど大きく、さらには波長効果によってＲＦアンテナのＲＦ入力端近くに電流の波節部を有する定在波が形成されやすい。このため、上記第１の方式は、径方向はもちろん周回方向においてもプラズマ密度分布の均一性を得るのは難しく、大口径プラズマを必要とするプラズマプロセスには適していない。

一方、上記第２の方式は、高周波給電部よりＲＦアンテナに供給されるＲＦ電流が、ＲＦアンテナ内ではコイル径の小さい（つまりインピーダンスの小さい）内側のコイルには相対的に多く流れ、コイル径の大きい（つまりインピーダンスの大きい）外側のコイルには相対的に少ししか流れず、チャンバ内に生成されるプラズマの密度が径方向の中心部で高く周辺部で低くなりやすい。そこで、上記第２の方式は、ＲＦアンテナ内の各コイルにインピーダンス調整用のコンデンサを付加（接続）して、各コイルに分配するＲＦ電流の分割比を調節するようにしている。

この場合、高周波給電部の帰線またはアースライン側に、つまりＲＦアンテナの終端側にインピーダンス調整用のコンデンサを設けると、コイルの電位が接地電位よりも高くなることによって、誘電体窓がプラズマからのイオンアタックにより損傷劣化するスパッタ効果を抑制することができる。しかしながら、ＲＦアンテナのコイルがコンデンサを介して終端されることで、短絡共振線の長さが等価的に短くなり、コイル径（コイル長）の大きい外側コイルで波長効果が発生しやすくなり、上記第１の方式と同様の問題に突き当たる。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、ＲＦアンテナ内の波長効果を十全に抑制しつつ、周回方向にも径方向にも均一なプラズマプロセスを容易に実現できる誘導結合型のプラズマ処理装置を提供する。

本発明のプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する処理容器と、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、前記誘電体窓の外に設けられる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高周波給電部と、前記高周波給電部側の第１のノードと接地電位側の第２のノードとの間で複数の中間コイルセグメントと電気的に直列に接続される可変の中間コンデンサと、前記第１のノードと前記第２のノードとの間で複数の外側コイルセグメントと電気的に直列に接続される可変の外側コンデンサとを具備し、前記ＲＦアンテナが、径方向に間隔を開けて内側、中間および外側にそれぞれ配置される内側コイル、中間コイルおよび外側コイルを有し、前記内側コイルが、前記第１のノードと前記第２のノードとの間に電気的に接続される単一または直列接続の内側コイルセグメントを有し、前記中間コイルが、周回方向で分割されていて、前記第１のノードと前記第２のノードとの間で電気的に並列に接続されている前記複数の中間コイルセグメントを有し、前記外側コイルが、周回方向で分割されていて、前記第１のノードと前記第２のノードとの間で電気的に並列に接続されている前記複数の外側コイルセグメントを有し、前記中間コイルセグメントの個数と前記外側コイルセグメントの個数を独立して選定できることを特徴とする。

本発明のプラズマ処理装置においては、ＲＦアンテナを径方向で分割された内側コイル、中間コイルおよび外側コイルで構成し、中間コイルおよび外側コイルをそれぞれ周回方向で分割された複数の中間コイルセグメントおよび複数の外側コイルセグメントで構成している。ここで、複数の中間コイルセグメント同士は高周波給電部側の第１のノードと接地電位側の第２のノードとの間で電気的に並列に接続され、複数の外側コイルセグメント同士も第１のノードと第２のノードとの間で電気的に並列に接続されている。これにより、ＲＦアンテナ内の波長効果や電圧降下はコイルセグメントの長さに依存する。したがって、個々のコイルセグメント内で波長効果を起こさないように、そして電圧降下があまり大きくならないように、中間コイルセグメントの個数と外側コイルセグメントの個数を選定する。

本発明のプラズマ処理装置においては、高周波給電部側の第１のノードと接地電位側の第２のノードとの間に、上記複数の中間コイルセグメントと電気的に直列に接続される可変の中間コンデンサと、上記複数の外側コイルセグメントと電気的に直列に接続される可変の外側コンデンサが設けられる。中間コンデンサおよび外側コンデンサのそれぞれの静電容量を可変することにより、内側コイルおよび外側コイルをそれぞれ流れる内側電流および外側電流の間で電流量のバランスを調節することができる。また、このような中間コンデンサおよび外側コンデンサを備えることで、中間コイルセグメントの個数と外側コイルセグメントの個数をそれぞれ独立に選定することができる。好ましい一形態として、第１のノードから第２のノードまで各々の高周波伝送路を一筆書きで廻った場合に、中間コイルを通るときの向きが内側コイルおよび外側コイルを通るときの向きと周回方向で逆になるような結線構造を採ることもできる。

本発明のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成および作用により、ＲＦアンテナ内の波長効果を十全に抑制しつつ、周回方向にも径方向にも均一なプラズマプロセスを容易に実現することができる。

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。 実施形態におけるＲＦアンテナの基本的なレイアウト構成および電気的接続構成を示す斜視図である。 図２の構成に対応する電気的接続図である。 比較例のＲＦアンテナのレイアウトおよび電気的接続構成を示す図である。 実施形態のＲＦアンテナおよび比較例のアンテナでそれぞれ生じる電位差（電圧降下）を対比して示すグラフ図である。 実施形態のＲＦアンテナに可変容量型の中間コンデンサ、可変容量型の外側コンデンサおよび固定容量型の内側コンデンサを設ける構成例を示す図である。 実施形態のＲＦアンテナに出側の共通コンデンサを備える構成例を示す図である。 実施形態のＲＦアンテナにおいて中間コンデンサおよび外側コンデンサを高周波入口端側に設ける構成例を示す図である。 図８のＲＦアンテナに固定容量型の内側コンデンサを追加した一変形例を示す図である。 ＲＦアンテナ内で、内側コイル内の内側間隙、中間コイル内の中間間隙および外側コイル内の外側間隙が同じ方位角で互いに重なり合わないようにした構成例を示す図である。 実施形態のＲＦアンテナにおいて外側コイルを４つのコイルセグメントに分割する構成例を示す。 実施形態のＲＦアンテナにおいて中間コイルを４つの中間コイルセグメントに分割し、外側コイルを２つの外側コイルセグメントに分割する構成例を示す図である。 実施形態のＲＦアンテナにおいて内側コイルを２ターンに形成し、中間コイルおよび外側コイルをそれぞれ１ターンに形成する構成例を示す図である。 実施形態のＲＦアンテナにおいて中間コイルを１ターンに形成し、内側コイルおよび外側コイルをそれぞれ２ターンに形成する構成例を示す図である。 実施形態のＲＦアンテナを構成する各コイルが四角形のループ形状を有する構成例を示す図である。 実施形態のＲＦアンテナを構成する各コイルが三角形のループ形状を有する構成例を示す図である。 実施形態のＲＦアンテナにおいて内側コイルと外側コイルとの間に口径の異なる２つの中間コイルを設ける構成例を示す図である。 実施形態のＲＦアンテナにおいて内側コイルおよび外側コイルに対して中間コイルを同じ方向（順方向）で結線する構成例を示す図である。 実施形態のＲＦアンテナ内の全てのコイルを電気的に直列に接続する構成例を示す図である。 図１８Ａの構成例の電気回路を示す図である。 高周波波給電部とＲＦアンテナとの間にトランスを設ける構成例を示す図である。 実施形態のＲＦアンテナにコンデンサを一切設けない構成例を示す図である。

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。

［装置全体の構成および作用］

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処理装置の構成を示す。

このプラズマ処理装置は、平面コイル形のＲＦアンテナを用いる誘導結合型のプラズマエッチング装置として構成されており、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に引き込まれるイオンのエネルギーを制御するのに適した一定周波数（通常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または冷媒流路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ｃｗが循環供給される。冷却水ｃｗ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。

チャンバ１０の天井または天板はサセプタ１２から比較的大きな距離間隔を隔てて設けられており、この天板として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。

ＲＦアンテナ５４は、誘電体窓５２と平行で、径方向に間隔を開けて内側、中間および外側にそれぞれ配置される内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６２を有している。この実施形態における内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６２は、各々円環状のコイル形体を有し、互いに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に対しても同軸に配置されている。

なお、本発明において「同軸」とは、軸対称の形状を有する複数の物体間でそれぞれの中心軸線が互いに重なっている位置関係であり、複数のコイル間に関してはそれぞれのコイル面が軸方向で互いにオフセットしている場合だけでなく同一面上で一致している場合（同心状の位置関係）も含む。

内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６２は、電気的には、プラズマ生成用の高周波給電部６６からの高周波給電ライン６８と接地電位部材に至る帰線ライン７０との間（２つのノードＮ_A，Ｎ_Bの間）で並列に接続されている。ここで、帰線ライン７０は接地電位のアースラインであり、電気的に接地電位に保たれる接地電位部材（たとえばチャンバ１０または他の部材）に接続されている。

アースライン７０側のノードＮ_Bと中間コイル６０および外側コイル６２との間には、可変のコンデンサ９２，９４がそれぞれ接続（挿入）されている。これらの可変コンデンサ９２，９４は、好ましくは、主制御部８４の制御の下で容量可変部９６により一定範囲内でそれぞれ独立かつ任意に可変されるようになっている。以下、ノードＮ_A，Ｎ_Bの間で、内側コイル５８と直列に接続されるコンデンサを「内側コンデンサ」と称し、中間コイル６０と直列に接続されるコンデンサを「中間コンデンサ」と称し、外側コイル６２と直列に接続されるコンデンサを「外側コンデンサ」と称する。

高周波給電部６６は、高周波電源７２および整合器７４を有している。高周波電源７２は、誘導結合の高周波放電によるプラズマの生成に適した一定周波数（通常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７４は、高周波電源７２側のインピーダンスと負荷（主にＲＦアンテナ、プラズマ）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７６と、円周方向に等間隔でバッファ部７６からプラズマ生成空間に臨む多数の側壁ガス吐出孔７８と、処理ガス供給源８０からバッファ部７６まで延びるガス供給管８２とを有している。処理ガス供給源８０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８４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３０，７２、整合器３２，７４、静電チャック用のスイッチ４２、可変コンデンサ９２，９４、処理ガス供給源８０、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８０よりガス供給管８２、バッファ部７６および側壁ガス吐出孔７８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６６の高周波電源７２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７４，ＲＦ給電ライン６８および帰線ライン７０を介してＲＦアンテナ５４の内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル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。

チャンバ１０内において、側壁ガス吐出孔７８より吐出されたエッチングガスは、誘電体窓５２の下の処理空間に拡散する。ＲＦアンテナ５４の各コイル５８，６０，６２を流れる高周波ＲＦ_Hの電流によってそれらのコイルの周りに発生する磁力線（磁束）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。

この誘導結合型プラズマエッチング装置は、ＲＦアンテナ５４の内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６０を以下に説明するような特殊な空間的レイアウトおよび電気的接続構成とし、さらにはＲＦアンテナ５４にコンデンサ（図１の例では可変コンデンサ９２，９４）を付加する構成により、ＲＦアンテナ５４内の波長効果や電位差（電圧降下）を効果的に抑制または低減し、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）の周回方向および径方向の均一性を改善している。

［ＲＦアンテナの基本的な構成及び作用］

この誘導結合型プラズマエッチング装置における主たる特徴は、ＲＦアンテナ５４の内部の空間的レイアウト構成および電気的接続構成にある。

図２および図３に、この実施形態におけるＲＦアンテナ５４のレイアウトおよび電気的接続（回路）の基本構成を示す。

内側コイル５８は、好ましくは単一の円環状コイルセグメント５９からなり、径方向においてチャンバ１０の中心寄りに位置している。以下、内側コイル５９を構成するコイルセグメントを「内側コイルセグメント」と称する。この内側コイルセグメント５９は、単体で周回方向の一周またはその大部分を埋めるように環状に延びており、その両端５９In, ５９Outが周回方向で内側間隙Ｇ_iを介して相対向または隣接している。なお、本発明においては、内側コイル５８のループ上に形成される間隙または切れ目を「内側間隙」と称する。

内側コイルセグメント５９の一方の端つまりＲＦ入口端部５９Inは、上方に延びる接続導体９８および第１ノードＮ_Aを介して高周波給電部６６のＲＦ給電ライン６８に接続されている。内側コイルセグメント５９の他方の端つまりＲＦ出口端５９Outは、上方に延びる接続導体１００および第２ノードＮ_Bを介してアースライン７０に接続されている。

中間コイル６０は、好ましくは周回方向で分割されている複数（たとえば２つ）のコイルセグメント６１(1)，６１(2)からなり、径方向においてチャンバ１０の中間部に位置している。以下、中間コイル６０を構成する個々のコイルセグメントを「中間コイルセグメント」と称する。

これら２つの中間コイルセグメント６１(1)，６１(2)は、空間的には、各々が半円の円弧状に形成されていて、周回方向の一周またはその大部分を埋めるように直列に配置されている。より詳しくは、中間コイル６０の一周ループ内において、第１の中間コイルセグメント６１(1)のＲＦ入口端６１(1)Inと第２の中間コイルセグメント６１(2)のＲＦ出口端６１(2)Outとが周回方向で中間間隙Ｇ_mを介して相対向または隣接し、第１の中間コイルセグメント６１(1)のＲＦ出口端６１(1)Outと第２の中間コイルセグメント６１(2)のＲＦ入口端６１(2)Inとが周回方向で別の中間間隙Ｇ_mを介して相対向または隣接している。なお、本発明においては、中間コイル６０のループ上に形成される間隙または切れ目を「中間間隙」と称する。

これら２つの中間コイルセグメント６１(1)，６１(2)は、電気的には、それぞれの一方の端つまりＲＦ入口端６１(1)In，６１(2)Inが上方に延びる接続導体１０２(1)，１０２(2)および第１ノードＮ_Aを介して高周波給電部６６のＲＦ給電ライン６８に接続され、それぞれの他方の端つまりＲＦ出口端６１(1)Out，６１(2)Outが上方に延びる接続導体１０４(1)，１０４(2)および第２ノードＮ_Bを介してアースライン７０に接続されている。

外側コイル６２は、好ましくは周回方向で分割されている複数（たとえば３つ）のコイルセグメント６３(1)，６３(2) ，６３(3)からなり、径方向においてチャンバ１０の側壁寄りに位置している。以下、外側コイル６２を構成する個々のコイルセグメントを「外側コイルセグメント」と称する。

これら３つの外側コイルセグメント６３(1)，６３(2) ，６３(3)は、空間的には、各々が約１／３周の円弧状に形成されていて、全体で周回方向の一周またはその大部分を埋めるように直列に配置されている。より詳しくは、外側コイル６２の一周ループ内において、第１の外側コイルセグメント６３(1)のＲＦ入口端６３(1)Inと第３の外側コイルセグメント６３(3)のＲＦ出口端６３(3)Outとが周回方向で外側間隙Ｇ_oを介して相対向または隣接し、第１の外側コイルセグメント６３(1)のＲＦ出口端６３(1)Outと第２の外側コイルセグメント６３(2)のＲＦ入口端６３(2)Inとが周回方向で別の外側間隙Ｇ_oを介して相対向または隣接し、第２の外側コイルセグメント６３(2)のＲＦ出口端６３(2)Outと第３の外側コイルセグメント６３(3)のＲＦ入口端６３(3)Inとが周回方向で別の外側間隙Ｇ_oを介して相対向または隣接している。なお、本発明においては、外側コイル６２のループ上に形成される間隙または切れ目を「外側間隙」と称する。

これら３つの外側コイルセグメント６３(1)，６３(2) ，６３(3)は、電気的には、それぞれの一方の端つまりＲＦ入口端６３(1)In，６３(2)In，６３(3)Inが上方に延びる接続導体１０６(1)，１０６(2)，１０６(3)および第１ノードＮ_Aを介して高周波給電部６６のＲＦ給電ライン６８に接続され、それぞれの他方の端つまりＲＦ出口端６３(1)Out，６３(2)Out，６３(3)Outが上方に延びる接続導体１０８(1)，１０８(2)，１０８(3)および第２ノードＮ_Bを介してアースライン７０に接続されている。

このように、高周波給電部６６のＲＦ給電ライン６８とアースライン７０との間で、または第１ノードＮ_Aと第２ノードＮ_Bとの間で、中間コイル６０を構成する２つの中間コイルセグメント６１(1)，６１(2)同士が互いに電気的に並列に接続されるとともに、外側コイル６２を構成する３つの外側コイルセグメント６３(1)，６３(2)，６３(3)同士が互いに電気的に並列に接続され、さらには内側コイル５８を単体で構成する内側コイルセグメント５９もそれらの中間コイルセグメント６１(1)，６１(2)および外側コイルセグメント６３(1)，６３(2)，６３(3)と電気的に並列に接続されている。そして、中間コイルセグメント６１(1)，６１(2)をそれぞれ流れる高周波電流の向きが周回方向で同じになり、外側コイルセグメント６３(1)，６３(2)，６３(3)をそれぞれ流れる高周波電流の向きが周回方向で全部同じになるように、ＲＦアンテナ５４内の各部が結線されている。

ＲＦアンテナ５４の上記コイル結線構造における重要な特徴は、高周波給電部６６の高周波給電ライン６８からアースライン７０まで各々の高周波伝送路を一筆書きで廻った場合に、中間コイル６０を通るときの向き（図２では時計回り、図３では反時計回り）が内側コイル５８および外側コイル６２を通るときの向き（図２では反時計回り、図３では時計回り）と周回方向で逆になるという構成である。そして、このような逆方向結線の下で、中間コイル６０を流れる電流が内側コイル５８および外側コイル６２をそれぞれ流れる電流と周回方向で同じ向きになるように、中間コンデンサ９２の静電容量Ｃ₉₂が所定の範囲内で可変ないし選定されるようになっている。

なお、アンテナ室５６（図１）内では、図２に示すように、ＲＦアンテナ５４の上方に延びる接続導体９８，１００，１０２(1)，１０２(2)，１０４(1)，１０４(2)，１０６(1)，１０６(2)，１０６(3)，１０８(1)，１０８(2)，１０８(3)は、誘電体窓５２から十分大きな距離を隔てて（相当高い位置で）横方向の分岐線または渡り線を形成しており、各コイル５８，６０，６２に対する電磁的な影響を少なくしている。

この実施形態では、好ましい一形態として、中間コイル６０を構成する２つの中間コイルセグメント６１(1)，６１(2)がおおよそ等しい自己インダクタンスを有するだけでなく、外側コイル６２を構成する３つの外側コイルセグメント６３(1)，６３(2)，６３(3)もおおよそ等しい自己インダクタンスを有し、さらには内側コイル５８を構成する内側コイルセグメント５９がそれら中間コイルセグメント６１(1)，６１(2)および外側コイルセグメント６３(1)，６３(2)，６３(3)とおおよそ等しい自己インダクタンスを有している。通常は、それらのコイルセグメント５９，６１(1)，６１(2)，６３(1)，６３(2)，６３(3)が線材、線径および線長を同じにすることによって、自己インダクタンス同一性ないし近似性の要件が満たされる。

因みに、内側コイルセグメント５９、各々の中間コイルセグメント６１(1)，６１(2)および各々の外側コイルセグメント６３(1)，６３(2)，６３(3)の長さが等しい場合、内側コイル５８と中間コイル６０と外側コイル６２の口径（直径）比は１：２：３になる。一例として、被処理体である半導体ウエハＷの口径が３００ｍｍの場合、内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６２の口径はそれぞれ１００ｍｍ、２００ｍｍおよび３００ｍｍに選ばれる。

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、高周波給電部６６より供給される高周波の電流がＲＦアンテナ５４内の各部を流れることにより、ＲＦアンテナ５４を構成する内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６２の周りにはアンペールの法則にしたがってループ状に分布する高周波数の交流磁界が発生し、誘電体窓５２の下には比較的内奥（下方）の領域でも処理空間を半径方向に横断する磁力線が形成される。

ここで、処理空間における磁束密度の半径方向（水平）成分は、チャンバ１０の中心と周辺部では高周波電流の大きさに関係なく常に零であり、その中間の何処かで極大になる。高周波数の交流磁界によって生成される方位角方向の誘導電界の強度分布も、径方向において磁束密度と同様の分布を示す。つまり、径方向において、ドーナツ状プラズマ内の電子密度分布は、マクロ的にはＲＦアンテナ５４内の電流分布にほぼ対応する。

この実施形態におけるＲＦアンテナ５４は、その中心または内周端から外周端まで旋回する通常の渦巻コイルとは異なり、アンテナの中心部に局在する円環状の内側コイル５８とアンテナの中間部に局在する円環状の中間コイル６０とアンテナの周辺部に局在する円環状の外側コイル６２とからなり、ＲＦアンテナ５４内の電流分布は各コイル５８，６０，６２の位置に対応した同心円状の分布になる。

ここで、ＲＦアンテナ５４内では、上記のように、内側コイル５８は、単一の円環状コイルセグメント５９からなる。これにより、プラズマ励起時には、内側コイル５８の一周内で一様または均一な高周波の電流Ｉ_iが流れる。また、中間コイル６０を構成する２つの中間コイルセグメント６１(1)，６１(2)は、おおよそ等しい自己インダクタンス（つまりおおよそ等しいインピーダンス）を有し、かつ電気的に並列に接続されている。これにより、プラズマ励起時には、中間コイル６０の一周内で一様または均一な高周波の電流Ｉ_mが流れる。また、外側コイル６２を構成する３つの外側コイルセグメント６３(1)，６３(2) ，６３(3)は、おおよそ等しい自己インダクタンス（つまりおおよそ等しいインピーダンス）を有し、かつ電気的に並列に接続されている。これにより、プラズマ励起時には、外側コイル６２の一周内で一様または均一な高周波の電流Ｉ_oが流れる。

したがって、チャンバ１０の誘電体窓５２の下（内側）に生成されるドーナツ状プラズマにおいては、内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６２のそれぞれの直下の位置付近で電流密度（つまりプラズマ密度）が突出して高くなる（極大になる）。このように、ドーナツ状プラズマ内の電流密度分布は径方向で均一ではなく凹凸のプロファイルとなる。しかし、チャンバ１０内の処理空間でプラズマが四方に拡散することによって、サセプタ１２の近傍つまり基板Ｗ上ではプラズマの密度がかなり均される。

この実施形態においては、内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６２のいずれも円環状コイルであり、コイル周回方向で一様または均一な高周波電流が流れるので、コイル周回方向では常にドーナツ状プラズマ内はもちろんサセプタ１２の近傍つまり基板Ｗ上でも略均一なプラズマ密度分布が得られる。

また、径方向においては、後述するように中間コンデンサ９２および外側コンデンサ９４の静電容量Ｃ₉₂，Ｃ₉₄を所定の範囲内で適切な値に可変ないし選定することにより、内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６０をそれぞれ流れる電流Ｉ_i，Ｉ_m，Ｉ_oのバランスを調節して、ドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布を自在に制御することができる。このことによって、サセプタ１２の近傍つまり基板Ｗ上のプラズマ密度分布を自在に制御することが可能であり、プラズマ密度分布の均一化も高い精度で容易に達成することができる。なお、内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６０をそれぞれ流れる電流を「内側電流」、「中間電流」および「外側電流」と称する。

この実施形態においては、ＲＦアンテナ５４内の各コイル５８，６０，６２を１つまたは複数のコイルセグメントにより構成し、各コイル５８，６０，６２を構成するコイルセグメントの数に関係なく、ＲＦアンテナ５４に含まれるすべてのコイルセグメント５９，６１(1)，６１(2)）、６３(1)，６３(2) ，６３(3)を電気的に並列に接続している。このようなコイルセグメント結線構造においては、ＲＦアンテナ５４内の波長効果や電圧降下は個々のコイルセグメント５９，６１(1)，６１(2)，６３(1)，６３(2) ，６３(3)毎にその長さに依存する。

したがって、個々のコイルセグメント５９，６１(1)，６１(2)，６３(1)，６３(2) ，６３(3)内で波長効果を起こさないように、そして電圧降下があまり大きくならないように、内側コイル５８を構成する内側コイルセグメント５９、中間コイル６０を構成する各々の中間コイルセグメント６１(1)，６１(2)および外側コイル６２を構成する各々の外側コイルセグメント６３(1)，６３(2) ，６３(3)の長さを選定することによって、ＲＦアンテナ５４内の波長効果や電圧降下の問題を全て解決することができる。波長効果の防止に関しては、各々のコイルセグメント５９，６１(1)，６１(2)，６３(1)，６３(2) ，６３(3)の長さを高周波ＲＦ_Hの１／４波長よりも短く（より好ましくは十分短く）することが望ましい。

この実施形態におけるＲＦアンテナ内の電圧降下低減効果については、図４に示すような比較例と対比すると分かりやすい。この比較例のＲＦアンテナは、径方向の内側および外側にそれぞれ位置して同軸に配置される円環状の内側コイル５８'、中間コイル６０'および外側コイル６２'を有している。ここで、内側コイル５８'は実施形態における内側コイル５８と全く同じものであり、単体のコイルセグメント５９からなる。しかし、中間コイル６０'および外側コイル６２'は、実施形態における中間コイル６０および外側コイル６２とは異なり、コイルセグメント５９のそれぞれ２倍および３倍の長さを有する単体のコイルセグメント６１'，６３'からなる。そして、比較例のＲＦアンテナは、内側コイル５８'、中間コイル６０'および外側コイル６２'に同じ大きさの電流を流すために、これら３つのコイルを直列に接続している。

なお、この実施形態におけるＲＦアンテナ内の電圧降下低減効果の理解を容易にするために、コンデンサ（９２，９４）を省いて、この実施形態のＲＦアンテナ５４と比較例（図４）とを対比する。

比較例のＲＦアンテナにおいては、たとえば、プラズマ励起時の内側コイル５８'（コイルセグメント５９）のインダクタンスが４００ｎＨであるとすると、中間コイル６０'（コイルセグメント６１'）および外側コイル６２'（コイルセグメント６３'）のインダクタンスはそれぞれ８００ｎＨ，１２００ｎＨであり、ＲＦアンテナ全体のインダクタンスは２４００ｎＨになる。したがって、ＲＦアンテナの各コイルに２０Ａの高周波電流（周波数１３．５６ＭＨｚ）を流すと、ＲＦアンテナ内で約４ｋＶの電位差（電圧降下）が生じる。

これに対して、この実施形態のＲＦアンテナ５４においては、プラズマ励起時の内側コイル５８（内側コイルセグメント５９）のインダクタンスが４００ｎＨであるとすると、中間コイル６０の中間コイルセグメント６１(1)，６１(2)のインダクタンスおよび外側コイル６２の外側コイルセグメント６３(1)，６３(2) ，６３(3)のインダクタンスも各々４００ｎＨであり、ＲＦアンテナ全体のインダクタンスは６７ｎＨである。したがって、ＲＦアンテナ５４の各コイルに２０Ａの高周波電流（周波数１３．５６ＭＨｚ）を流したときにＲＦアンテナ５４内（つまり各コイルセグメント内）に生じる電位差（電圧降下）は約６８０Ｖであり、図５に示すように約１／６までに低減する。なお、上記の比較計算では、説明の便宜と理解の容易化を図るため、ＲＦアンテナ内の抵抗分のインピーダンスを無視している。

このように、この実施形態のＲＦアンテナ５４は、波長効果が起こり難いだけでなく、アンテナ内に生じる電位差（電圧降下）が小さいので、ＲＦアンテナ５４とプラズマとの容量結合によって誘電体窓５２の各部に入射するイオン衝撃のばらつきを小さくすることができる。これによって、誘電体窓５２の一部が局所的または集中的に削れるといった望ましくない現象を低減できるという効果も得られる。

［ＲＦアンテナに付加されるコンデンサの機能］

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けるもう一つの重要な特徴は、ＲＦアンテナ５４に付加されるコンデンサ（特に中間コンデンサ９２）の機能にある。

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、中間コンデンサ９２の静電容量Ｃ₉₂を可変することにより、中間コイル６０と中間コンデンサ９２との合成リアクタンス（以下「中間合成リアクタンス」と称する。）Ｘ_mを可変し、中間コイル６０を流れる中間電流Ｉ_mの電流値を可変することができる。

ここで、中間コンデンサ９２の静電容量Ｃ₉₂には、望ましい範囲がある。すなわち、上記のように高周波給電部６６に対する中間コイル６０の結線が内側コイル５８および外側コイル６０の結線とは逆方向になっていることと関連して、中間合成リアクタンスＸ_mが負の値になる（中間コイル６０の誘導性リアクタンスよりも中間コンデンサ９２の容量性リアクタンスの方が大きくなる）ように、中間コンデンサ９２の静電容量Ｃ₉₂を可変ないし選定するのが望ましい。別の見方をすれば、中間コイル６０と中間コンデンサ９２とからなる直列回路が直列共振を起こすときの静電容量よりも小さな領域内で、中間コンデンサ９２の静電容量Ｃ₉₂を可変ないし選定するのが望ましい。

上記のように内側コイル５８および外側コイル６２に対して中間コイル６０が逆方向に結線されているＲＦアンテナ５４においては、中間合成リアクタンスＸ_mが負の値になる領域で中間コンデンサ９２の静電容量Ｃ₉₂を可変することによって、中間コイル６０を流れる中間電流Ｉ_mが内側コイル５８および外側コイル６２をそれぞれ流れる内側電流Ｉ_iおよび外側電流Ｉ_oと周回方向で同じ向きになる。しかも、中間電流Ｉ_mの電流値を略ゼロから徐々に増大させることも可能であり、たとえば内側電流Ｉ_iおよび外側電流Ｉ_oの１／１０以下に選定することができる。

そして、このように中間電流Ｉ_mを内側電流Ｉ_iおよび外側電流Ｉ_oの１／１０以下で制御すると、チャンバ１０内の直下に生成されるドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を良好に均一化できることが実験で確かめられている。

これは、中間コイル６０が無い場合でも、内側コイル５８および外側コイル６２のそれぞれの直下位置付近で生成されたプラズマが径方向において拡散するので、図３の点線で示すように両コイル５８，６２の中間の領域でも相当の密度でプラズマが存在するためである。そこで、両コイル５８，６２とは別にその中間に位置する中間コイル６０に少量の電流Ｉ_mを両コイル５８，６２でそれぞれ流れる電流Ｉ_i，Ｉ_oと周回方向で同じ向きに流すと、中間コイル６０の直下位置付近で誘導結合プラズマの生成が程良く増強され、プラズマ密度が径方向で均一になる。

この実施形態では、中間コイル６０を流れる中間電流Ｉ_mの電流値を相当小さな値に制御できるように、上記のように中間コイル６０を逆方向に結線し、中間コンデンサ９２の静電容量Ｃ₉₂を中間合成リアクタンスＸ_mが負の値になる領域で可変するようにしている。この場合、Ｘ_m＜０の領域内でＣ₉₂の値を小さくするほど、中間合成リアクタンスＸ_mの絶対値が大きくなって、中間電流Ｉ_mの電流値は小さくなる（ゼロに近づく）。反対に、Ｘ_m＜０の領域内でＣ₉₂の値を大きくするほど、中間合成リアクタンスＸ_mの絶対値が小さくなって、中間電流Ｉ_mの電流値は大きくなる。

もっとも、必要に応じて、中間コンデンサ９２の静電容量Ｃ₉₂を中間合成リアクタンスＸ_mが正の値になる領域で可変することも可能である。この場合、中間コイル６０内で流れる中間電流Ｉ_mは内側コイル５８および外側コイル６２内でそれぞれ流れる内側電流Ｉ_iおよび外側電流Ｉ_oと周回方向で逆の向きになる。これは、中間コイル６０の直下付近でプラズマ密度を意図的に低減したい場合に有用である。

ＲＦアンテナ５４に付加される外側コンデンサ９４は、内側コイル５８を流れる内側電流Ｉ_iと外側コイル６２を流れる外側電流Ｉ₀とのバランスを調整するために機能する。上記のように、中間コイル６０を流れる中間電流Ｉ_mは少量であり、高周波給電部６６からＲＦアンテナ５４に供給される高周波電流の大部分が内側コイル５８と外側コイル６２とに分かれて流れる。ここで、外側コンデンサ９４の静電容量Ｃ₉₄を可変することにより、外側コイル６２と外側コンデンサ９４との合成リアクタンス（以下「外側合成リアクタンス」と称する。）Ｚ_oを可変し、ひいては内側電流Ｉ_iと外側電流Ｉ_oとの間の分配比を調節することができる。

なお、内側コイル５８および外側コイル６２はどちらも順方向に結線されているので、周回方向で内側電流Ｉ_iと外側電流Ｉ_oを同じ向きにするには、外側合成リアクタンスＸ_oが正の値になる領域で中間コンデンサ９２の静電容量Ｃ₉₂を可変すればよい。この場合、Ｘ_o＞０の領域内でＣ₉₂の値を小さくするほど、外側合成リアクタンスＸ_oの値が小さくなって、外側電流Ｉ_oの電流値が相対的に大きくなり、そのぶん内側電流Ｉ_oの電流値が相対的に小さくなる。反対に、Ｘ_o＞０の領域内でＣ₉₄の値を大きくするほど、外側合成リアクタンスＸ_oの値が大きくなって、外側電流Ｉ_oの電流値が相対的に小さくなり、そのぶん内側電流Ｉ_oの電流値が相対的に大きくなる。

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、外側コンデンサ９４の静電容量Ｃ₉₄を可変することにより、内側コイル５８を流れる内側電流Ｉ_iと外側コイル６２を流れる外側電流Ｉ₀とのバランスを任意に調節することができる。また、上述したように、中間コンデンサ９２の静電容量Ｃ₉₂を可変することにより、中間コイル６０を流れる中間電流Ｉ_mと内側電流Ｉ_iおよび外側電流Ｉ₀とのバランスを任意に調節することができる。

［コンデンサ付きＲＦアンテナに関する実施例］

図６に示すように、上記のような可変容量型の中間コンデンサ９２および可変容量型の外側コンデンサ９４に加えて、固定容量型の内側コンデンサ９０を設けることもできる。この構成例によれば、内側コイル６２と内側コンデンサ９０との合成リアクタンス（以下「内側合成リアクタンス」と称する。）Ｘ_iの値を下げて、外側コンデンサ９４による調整範囲を大きくとることができる。

別の変形例として、図示省略するが、中間コンデンサ９２および内側コンデンサ９０を可変コンデンサにして、外側コンデンサ９４を固定コンデンサとする構成も可能である。可変容量型の中間コンデンサ９２および可変容量型の内側コンデンサ９０を設けて、外側コンデンサ９４を省く構成も無論可能である。

図７に、ＲＦアンテナ５４の終端側で、つまり第２ノードＮ_Bとアースライン７０との間（あるいはアースライン７０上）にＲＦアンテナ５４内のすべてのコイルセグメント５９，６１(1)，６１(2)，６３(1)，６３(2) ，６３(3)と電気的に直列に接続される出側の共通コンデンサ１１０を備える構成を示す。この出側（終端）の共通コンデンサ１１０は、通常は固定コンデンサであってよいが、可変コンデンサであってもよい。

この出側（終端）共通コンデンサ１１０は、ＲＦアンテナ５４の全体のインピーダンスを調整する機能を有するだけでなく、ＲＦアンテナ５４の全体の電位を接地電位から直流的に引き上げて、天板または誘電体窓５２が蒙るイオンスパッタを抑制する機能をも有する。

出側共通コンデンサ１１０以外のコンデンサは、ＲＦアンテナ５４の入口側（第１ノードＮ_A側）に設けてもよい。たとえば、図８に示す構成例は、中間コンデンサ９２を第１ノードＮ_Aと中間コイル６０との間に接続し、外側コンデンサ９４を第１ノードＮ_Aと外側コイル６２との間に接続している。このように、中間コンデンサ９２および外側コンデンサ９４を中間コイル６０および外側コイル６２の入口側にそれぞれ設ける構成においては、両コイル６０，６２における短絡共振線の長さが短くなるのを回避して、波長効果の発生をより確実に防止ないし抑制することができる。

図９に、図８の構成例に固定容量型の内側コンデンサ９０を追加した一変形例を示す。図示のように、第１ノードＮ_Aと内側コイル５８との間に内側コンデンサ９０が接続される。この構成例においても、内側合成リアクタンスＸ_iの値を下げて、外側コンデンサ９４による調整範囲を大きくとることができる。

図１０に示す構成例は、ＲＦアンテナ５４内で、内側コイル５８内の内側間隙Ｇ_i（入口端５９In／出口端５９Out）と、中間コイル６０内の中間間隙Ｇ_m（入口端６１(1)In／出口端６１(1)Out，入口端６１(2)In／出口端６１(2)Out）と、外側コイル６２内の外側間隙Ｇ_o（入口端６３(1)In／出口端６３(1)Out，入口端６３(2)In／出口端６３(2)Out，入口端６３(3)In／出口端６３(3)Out）とが同じ方位角で重なり合わないようにしたものである。

各コイル５８，６０，６２の一周ループ内に間隙Ｇ_i，Ｇ_m，Ｇ_oがあると、各間隙部分の直下ではプラズマに誘導起電力を与えることができないため、電子密度が低くなり、周回方向の特異点になりやすい。そこで、この構成例のように、間隙Ｇ_i，Ｇ_m，Ｇ_oの位置を方位角方向でずらすことにより、方位角方向においてプラズマ密度分布の偏りを低減することができる。

図１１に、外側コイル６２を４つのコイルセグメント６３(1)，６３(2) ，６３(3)，６３(4)に分割する構成例を示す。これら４つの外側コイルセグメント６３(1)，６３(2) ，６３(3) ，６３(4)は、空間的には、各々が約１／４周の円弧状に形成されていて、全体で周回方向の一周またはその大部分を埋めるように直列に配置されており、電気的には、第１ノードＮ_Aと第２ノードＮ_Bとの間で互いに並列に接続されている。

このように、中間コイル６０および外側コイル６２をそれぞれ複数のコイルセグメントに分割するＲＦアンテナ５４において、各コイル６０，６２の分割数を必ずしもコイル長の比に比例させる必要はない。特に、電流調整用のコンデンサ９２，９４を備える場合は、中間コイル６０および外側コイル６２の分割数（コイルセグメントの個数）をそれぞれ独立に選定することができる。図１２に示すように、たとえば、中間コイル６０を４つの中間コイルセグメント６１(1)，６１(2)，６１(3)，６１(4)に分割し、外側コイル６２を２つの外側コイルセグメント６３(1)，６３(2)に分割する構成も可能である。

この実施形態のＲＦアンテナ５４において、各コイル５８，６０，６２は単巻きのコイルに限定されるものではなく、複数巻きのコイルであってもよい。たとえば、図１３に示すように、内側コイル５８を２ターンに形成し、中間コイル６０および外側コイル６２をそれぞれ１ターンに形成してもよい。図示省略するが、内側コイル５８および中間コイル６０をそれぞれ１ターンに形成し、外側コイル６２を２ターンに形成することも可能である。あるいは、図１４に示すように、中間コイル６０を１ターンに形成し、内側コイル５８および外側コイル６２をそれぞれ２ターンに形成してもよい。

このように、内側コイル５８および／または外側コイル６２のターン数を増やすことで、それらの直下付近で生成されるプラズマの密度を左右するコイル起磁力（アンペアターン）を増大させ、そのぶん内側電流Ｉ_iおよび／または外側電流Ｉ_oの値を下げてパワー損失を減少させる（つまりプラズマ生成効率を向上させる）ことができる。

この実施形態のＲＦアンテナ５４を構成する各コイル５８，６０，６２のループ形状は円形に限るものではなく、被処理体の形状等に応じて、たとえば図１５Ａに示すような四角形、あるいは図１５Ｂに示すような三角形であってもよい。このようにコイル５８，６０，６２のループ形状が多角形である場合でも、図示のように内側コイル５８および外側コイル６２に対して中間コイル６０を逆方向で結線し、中間コンデンサ（図示省略）を備える構成が好ましい。なお、各コイル（ループ）を構成する複数のコイルセグメントの間で形状や自己インピーダンスが多少異なっていてもよい。コイルまたはコイルセグメントの断面形状は矩形に限らず、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。

図１６に示す構成例は、内側コイル５８と外側コイル６２との間に口径の異なる２つの中間コイル６０Ａ，６０Ｂを設ける。より詳細には、口径が小さい方の第１中間コイル６０Ａは２つの中間コイルセグメント６１Ａ(1)，６１Ａ(1)に分割され、口径が大きい方の第２中間コイル６０Ｂは３つの中間コイルセグメント６１Ｂ(1)，６１Ｂ(2)，６１Ｂ(3)に分割されている。外側コイル６２は、４つの中間コイルセグメント６３Ｂ(1)，６３Ｂ(2)，６３Ｂ(3) ，６３Ｂ(4)に分割されている。一例として、内側コイル５８、第１中間コイル６０Ａ、第２中間コイル６０Ｂおよび外側コイル６２の口径はそれぞれ１００ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍおよび４００ｍｍに選ばれる。

このように、この実施形態のＲＦアンテナ５４においては、口径の最も小さい内側コイル５８と口径の最も大きい外側コイル６２との間に任意の個数の中間コイル６０（６０Ａ，６０Ｂ，・・）を配置することができる。また、図示のように、複数たとえば２つの中間コイル６０Ａ，６０Ｂを設ける場合は、第１ノードＮ_Aと第２ノードＮ_Bとの間で第１および第２中間コイル６０Ａ，６０Ｂと直列に第１および第２中間コンデンサ９２Ａ，９２Ｂをそれぞれ接続する構成が好ましい。

図１７に示す構成例は、内側コイル５８および外側コイル６２に対して中間コイル６０を同じ方向（順方向）で結線する。すなわち、第１ノードＮ_Aから第２ノードＮ_Bまで各々の高周波伝送路を一筆書きで廻った場合に、中間コイル６０を通るときの向きが内側コイル５８および外側コイル６２を通るときの向きと周回方向で同じ（図１７ではいずれも時計回り）になるような結線構造としている。

この場合、中間コンデンサ９２の静電容量Ｃ₉₂を中間合成リアクタンスＸ_mが正になる領域で可変するときは、中間電流Ｉ_mを内側電流Ｉ_iおよび外側電流Ｉ_oと周回方向で同じ向きで可変することができる。すなわち、Ｘ_m＞０の領域内でＣ₉₂の値を小さくするほど、中間合成リアクタンスＸ_mの値が小さくなって、中間電流Ｉ_mが増大する。反対に、Ｘ_m＞０の領域内でＣ₉₂の値を大きくするほど、中間合成リアクタンスＸ_mの値が大きくなって、中間電流Ｉ_mが減少する。もっとも、Ｃ₉₂の値を限りなく大きくしても、中間合成リアクタンスＸ_mの値は中間コイル６０の誘導性リアクタンス以下には下がらないので、中間電流Ｉ_mの電流値を可及的に小さくする（ゼロに近づける）ことはできない。したがって、通常の使い方では、中間電流Ｉ_mを内側電流Ｉ_iおよび外側電流Ｉ_oの１／１０以下の電流値で制御することは困難である。

図１７に示す構成例においては、中間コンデンサ９２の静電容量Ｃ₉₂を中間合成リアクタンスＸ_mが負になる領域で可変することも可能である。その場合、中間電流Ｉ_mの流れる向きは内側電流Ｉ_iおよび外側電流Ｉ_oの流れる向きと周回方向で逆になる。これは、中間コイル６０の直下付近でプラズマ密度を意図的に低減したい場合に有用である。

図１８Ａおよび図１８Ｂに示す構成例は、ＲＦアンテナ５４において、内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６２を電気的に直列に接続する。中間コイル６０および外側コイル６２内では、中間コイルセグメント６１(1)，６１(2)，６１(3)および外側コイルセグメント６３(1)，６３(2)，６３(3) ，６３(4)がそれぞれ電気的に並列に接続されているので、ＲＦアンテナ５４の全有効長はコイルセグメント３個分で済んでいる。このようにＲＦアンテナ５４内の全てのコイル５８，６０，６２を電気的に直列に接続する構成は、ＲＦアンテナ５４内で分岐する電流を減らして、ＲＦアンテナ５４に供給される高周波の電流を低減し、ひいては高周波給電部６６（特に整合器７４）内のＲＦパワー損失を低減するのに有利である。

［他の実施例または変形例］

図１９に示す構成例は、高周波給電部６６とＲＦアンテナ５４との間にトランス１１４を設ける。このトランス１１４の一次巻線は整合器７４の出力端子に電気的に接続され、二次巻線はＲＦアンテナ５４の入口側の第１ノードＮ_Aに電気的に接続されている。トランス１１４の通常の形態として、一次巻線の巻数を二次巻線の巻数よりも多くすることにより、整合器７４からトランス１１４に流れる電流（一次電流）Ｉ₁をトランス１１４からＲＦアンテナ５４に流れる二次電流Ｉ₂よりも少なくすることができる。別な見方をすれば、一次電流Ｉ₁の電流値を増やさないで、ＲＦアンテナ５４に供給する二次電流Ｉ₁の電流値を増やすことができる。

また、トランス１１４を設ける場合は、二次側でタップ切換を行うことにより、二次電流Ｉ₂を可変することも可能である。その場合、図２０に示すように、ＲＦアンテナ５４からコンデンサを全て省くことも可能である。

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。

１０ チャンバ
１２ サセプタ
２６ 排気装置
５２ 誘電体窓
５４ ＲＦアンテナ
５８ 内側コイル
５９ 内側コイルセグメント
６０ 中間コイル
６１(1)，６１(2)，６１(3) 中間コイルセグメント
６２ 外側コイル
６３(1)，６３(2)，６３(3) ，６３(4) 中間コイルセグメント
６４(1)，６４(2) 外側コイルセグメント
６６ 高周波給電部
７０ アースライン
７２ プラズマ生成用の高周波電源
７４ 整合器
８０ 処理ガス供給源
８４ 主制御部
９０ 内側コンデンサ
９２ 内側コンデンサ
９４ 外側コンデンサ
９６ 容量可変部
１１０ 出側共通コンデンサ
１１４ トランス

Claims (29)

1. 天井に誘電体窓を有する処理容器と、
   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、前記誘電体窓の外に設けられる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高周波給電部と、
   前記高周波給電部側の第１のノードと接地電位側の第２のノードとの間で複数の中間コイルセグメントと電気的に直列に接続される可変の中間コンデンサと、
   前記第１のノードと前記第２のノードとの間で複数の外側コイルセグメントと電気的に直列に接続される可変の外側コンデンサと、
   を具備し、
   前記ＲＦアンテナが、径方向に間隔を開けて内側、中間および外側にそれぞれ配置される内側コイル、中間コイルおよび外側コイルを有し、
   前記内側コイルが、前記第１のノードと前記第２のノードとの間に電気的に接続される単一または直列接続の内側コイルセグメントを有し、
   前記中間コイルが、周回方向で分割されていて、前記第１のノードと前記第２のノードとの間で電気的に並列に接続されている前記複数の中間コイルセグメントを有し、
   前記外側コイルが、周回方向で分割されていて、前記第１のノードと前記第２のノードとの間で電気的に並列に接続されている前記複数の外側コイルセグメントを有し、
   前記中間コイルセグメントの個数と前記外側コイルセグメントの個数を独立して選定できることを特徴とする、プラズマ処理装置。
2. 前記内側コイルセグメントが、周回方向で少なくとも一周する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記内側コイルセグメントは、前記高周波の１／４波長よりも短い、請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記複数の外側コイルセグメントは、前記複数の中間コイルセグメントよりも数が多い、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. 前記複数の外側コイルセグメントは、全体で周回方向に少なくとも一周またはその大部分を埋めるように空間的に直列に配置される、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. 前記複数の外側コイルセグメントのいずれも前記高周波の１／４波長よりも短い、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. 前記複数の外側コイルセグメントは、等しい自己インダクタンスを有する、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. 前記複数の外側コイルセグメントをそれぞれ流れる電流の向きが周回方向で全部同じである、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記複数の外側コイルセグメントをそれぞれ流れる電流の電流値が同じである、請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記複数の中間コイルセグメントは、全体で周回方向に少なくとも一周またはその大部分を埋めるように空間的に直列に配置される、請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記複数の中間コイルセグメントのいずれも前記高周波の１／４波長よりも短い、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
12. 前記複数の中間コイルセグメントは、等しい自己インダクタンスを有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
13. 前記複数の中間コイルセグメントをそれぞれ流れる電流の向きが周回方向で全部同じである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記複数の中間コイルセグメントをそれぞれ流れる電流の電流値が同じである、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記内側コイルを流れる電流の向きと、前記中間コイルを流れる電流の向きと、前記外側コイルを流れる電流の向きが周回方向で同じである、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記内側、中間および外側のすべてのコイルセグメントの自己インダクタンスが等しい、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
17. 前記第１のノードから前記第２のノードまで各々の高周波伝送路を一筆書きで廻った場合に、前記中間コイルを通るときの向きが前記内側コイルおよび前記外側コイルを通るときの向きと周回方向で逆になる、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
18. 前記中間コンデンサは、前記複数の中間コイルセグメントと前記中間コンデンサとの合成リアクタンスが負の値になる領域の静電容量を有する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
19. 前記中間コイルセグメントを流れる電流は、前記内側コイルセグメントおよび前記外側コイルセグメントをそれぞれ流れる電流よりも小さい、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
20. 前記第１のノードと前記第２のノードとの間で、前記内側コイルセグメントと電気的に直列に接続されている内側コンデンサを有する、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
21. 前記内側コンデンサは可変コンデンサである、請求項２０に記載のプラズマ処理装置。
22. 前記内側コンデンサは、前記内側コイルセグメントと前記内側コンデンサとの合成リアクタンスが正の値になる領域の静電容量を有する、請求項２１記載のプラズマ処理装置。
23. 前記外側コンデンサは、前記複数の外側コイルセグメントと前記外側コンデンサとの合成リアクタンスが正の値になる領域の静電容量を有する、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
24. 前記第２のノードと接地電位の部材との間に接続されている出口側共通コンデンサを有する、請求項１〜２３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
25. 前記中間コイルが、前記内側コイルと前記外側コイルとの間で空間的かつ電気的に並列に複数設けられる、請求項１〜２４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
26. 前記中間コイルは単巻きであり、前記内側コイルおよび前記外側コイルの少なくとも一方が複巻きである、請求項１〜２５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
27. 前記高周波給電部が、
    前記高周波電力を出力する高周波電源と、
    前記高周波電源側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器と、
    前記整合器の出力端子に電気的に接続される一次巻線と、前記ＲＦアンテナに電気的に接続される二次巻線とを有するトランスと
    を含む、
    請求項１〜２６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
28. 前記誘電体窓が、前記処理容器の天板の一部または全部を構成し、
    前記内側コイル、前記中間コイルおよび前記外側コイルは、前記誘電体窓の上に設けられる、
    請求項１〜２７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
29. 前記内側コイル、前記中間コイルおよび前記外側コイルは、互いに同軸である、 請求項１〜２８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。