JP2023159862A - 誘導結合プラズマ励起用アンテナ、誘導結合プラズマ励起用アンテナユニット及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導結合プラズマ励起用アンテナを用いてプラズマを励起する際、当該アンテナによる磁界の生成効率を向上させつつ、磁界強度の周方向均一性を向上させる。【解決手段】誘導結合プラズマ励起用アンテナであって、導電性プレートと、一端が前記導電性プレートに接続される、複数のコイルアセンブリと、前記複数のコイルアセンブリのそれぞれに対して、前記複数のコイルアセンブリの他端と接地の間に設けられるインピーダンス調整部と、を備える、誘導結合プラズマ励起用アンテナ。【選択図】図２

Description

本開示は、誘導結合プラズマ励起用アンテナ、誘導結合プラズマ励起用アンテナユニット及びプラズマ処理装置に関する。

特許文献１には、処理チャンバ内でプラズマを生成するためのアンテナが開示されている。アンテナは、中央コイルターンと外側コイルターンの２つの環状コイルターンを有する。中央コイルターンと外側コイルターンは、半径方向経路又は弧状経路に延びる複数の導体で接続される。中央コイルターンにはＲＦ源及びＲＦマッチネットワークを含むＲＦ生成システムが接続され、アンテナ接続によって中央コイルターンにＲＦ電力が供給される。外側コイルターンは、接地接続によって接地される。

特許文献２には、ＲＦプラズマ源電力をプラズマに誘導結合する誘導コイルアンテナが開示されている。誘導コイルアンテナは、共通のアンテナ中心から複数のラジアルアームによって接続された複数の巻線を有する。アンテナ中心は、インピーダンス整合回路を介してＲＦプラズマ源発電機によって駆動される。巻線の複数の外側端部は接地される。

米国特許第５９４４９０２号公報 米国特許第６４０１６５２号公報

本開示にかかる技術は、誘導結合プラズマ励起用アンテナを用いてプラズマを励起する際、当該アンテナによる磁界の生成効率を向上させつつ、磁界強度の周方向均一性を向上させる。

本開示の一態様は、誘導結合プラズマ励起用アンテナであって、導電性プレートと、一端が前記導電性プレートに接続される、複数のコイルアセンブリと、前記複数のコイルアセンブリのそれぞれに対して、前記複数のコイルアセンブリの他端と接地の間に設けられるインピーダンス調整部と、を備える。

本開示によれば、誘導結合プラズマ励起用アンテナを用いてプラズマを励起する際、当該アンテナによる磁界の生成効率を向上させつつ、磁界強度の周方向均一性を向上させることができる。

プラズマ処理システムの構成の概略を示す断面図である。 第１の実施形態にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す下方から見た平面図である。 第１の実施形態にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す断面図である。 第１の実施形態にかかるアンテナユニットの構成の概略を模式的に示す斜視図である。 第２の実施形態にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す断面図である。 第２の実施形態にかかるアンテナユニットの構成の概略を模式的に示す斜視図である。 第１の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す断面図である。 第１の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を模式的に示す斜視図である。 第１及び第２の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す下方から見た平面図である。 第１及び第２の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す下方から見た平面図である。 第１及び第２の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す下方から見た平面図である。 第１及び第２の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す下方から見た平面図である。 第１及び第２の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す下方から見た平面図である。 第１及び第２の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す下方から見た平面図である。 第１及び第２の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す下方から見た平面図である。 第１及び第２の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す下方から見た平面図である。 第１及び第２の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの一部の構成の概略を示す下方から見た平面図である。 第１及び第２の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す、周方向にコイルアセンブリの側面を外周側から見た説明図である。 第１の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す下方から見た平面図である。 第１の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を模式的に示す斜視図である。 第２の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を模式的に示す斜視図である。 第１の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を模式的に示す斜視図である。 第１の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を模式的に示す斜視図である。 第１の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を模式的に示す斜視図である。 第３の実施形態にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す断面図である。 第３の実施形態にかかるアンテナユニットの構成の概略を模式的に示す斜視図である。 第３の実施形態にかかるサブアンテナの構成の概略を示す上方から見た斜視図である。 第３の実施形態にかかるサブアンテナの構成の概略を示す上方から見た斜視図である。 第３の実施形態にかかるサブアンテナの構成の概略を示す下方から見た斜視図である。 第３の実施形態の変形例にかかるサブアンテナの構成の概略を示す上方から見た斜視図である。 第３の実施形態において導電性プレートに流れる電流を示す説明図である。 第３の実施形態において導電性プレートに流れる電流を示す説明図である。 第３の実施形態において導電性プレートに流れる電流を示す説明図である。 第３の実施形態において導電性プレートに流れる電流を示す説明図である。 第３の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す断面図である。 第３の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す斜視図である。 第３の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す斜視図である。 第３の実施形態の変形例にかかるアンテナユニットの構成の概略を示す斜視図である。

半導体デバイスの製造工程では、半導体基板に対してエッチングや成膜処理等のプラズマ処理が行われる。プラズマ処理では、処理ガスを励起させることによりプラズマを生成し、当該プラズマによって半導体基板を処理する。

プラズマ源の一つとして、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）を用いることができる。上述した特許文献１、２に開示のアンテナは、この誘導結合プラズマを励起するためのアンテナであって、複数のコイルを含む。

アンテナに接続されるＲＦ電源やインピーダンス整合回路は高価なものである。そこで従来、例えば特許文献１、２に開示されているように、ＲＦ電源やインピーダンス整合回路からのＲＦ電力の供給はアンテナ中心の１箇所とし、当該アンテナ中心から分岐線を介して複数のコイルに分岐させている。かかる場合、アンテナ中心の分岐部では、各コイルへの分岐線が近接するため、互いに誘導結合して電流配分比率の偏りが生じる。誘導結合は、例えばＲＦ電力の供給線と分岐線とが誘導結合する場合や、分岐線同士が誘導結合する場合が含まれる。そしてその結果、アンテナによって生成される磁界の強度の周方向均一性が悪化する。

また、アンテナ中心には、例えば処理ガスの通路である中央ガス注入部（ＣＧＩ：Ｃｅｎｔｅｒ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）等を挿通させるための開口部が形成される場合がある。かかる場合、アンテナ中心の開口部に磁力線が生じ、誘電起電力が発生するため、アンテナによる磁界の生成効率が低下する。

本開示にかかる技術は、誘導結合プラズマ励起用アンテナを用いてプラズマを励起する際、当該アンテナによる磁界の生成効率を向上させつつ、磁界強度の周方向均一性を向上させる。

以下、本実施形態にかかるプラズマ処理装置及び誘導結合プラズマ励起用アンテナについて、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜プラズマ処理システムの構成＞
以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。図１は、プラズマ処理システムの構成の概略を示す断面図である。本実施形態のプラズマ処理システムでは、誘導結合プラズマを用いて基板（ウェハ）Ｗにプラズマ処理を行う。なお、プラズマ処理対象の基板Ｗはウェハに限定されるものではない。

プラズマ処理システムは、誘導結合型のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。誘導結合型のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、誘電体窓１０１及び側壁１０２を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１、ガス導入部、誘導結合プラズマ励起用アンテナユニット（アンテナユニット１４）及び導体板１５を含む。アンテナユニット１４は、誘導結合プラズマ励起用アンテナを含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。アンテナユニット１４は、後述する中央ガス注入部１３を囲むようにプラズマ処理チャンバ１０上又はその上方（すなわち誘電体窓１０１上又はその上方）に配置される。なお、アンテナユニット１４は、ＥＰＤ窓等のような他の中空部材を囲むように配置されてもよい。この場合、他の中空部材の一部又は全部は、石英のような絶縁材料で作製される。なお、絶縁材料は、石英以外のセラミック材料であってもよい。導体板１５は、アンテナユニット１４の上方に配置される。上記の他、アンテナユニット１４の詳細については、後述する。プラズマ処理チャンバ１０は、誘電体窓１０１、側壁１０２及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。プラズマ処理チャンバ１０は接地される。

基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。

一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。基台１１１０の導電性部材はバイアス電極として機能し得る。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、後述するＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源３１及び／又はＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）電源３２に結合される少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよい。この場合、少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極がバイアス電極として機能する。なお、基台１１１０の導電性部材と少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極とが複数のバイアス電極として機能してもよい。また、静電電極１１１１ｂがバイアス電極として機能してもよい。従って、基板支持部１１は、少なくとも１つのバイアス電極を含む。

リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。

また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、リングアセンブリ１１２及び基板Ｗのうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域１１１ａとの間の間隙に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。

ガス導入部は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。一実施形態において、ガス導入部は、中央ガス注入部（ＣＧＩ：Ｃｅｎｔｅｒ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）１３を含む。中央ガス注入部１３は、基板支持部１１の上方に配置され、誘電体窓１０１に形成された中央開口部に取り付けられる。中央ガス注入部１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス流路１３ｂ、及び少なくとも１つのガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス流路１３ｂを通過してガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。なお、ガス導入部は、中央ガス注入部１３に加えて又はその代わりに、側壁１０２に形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してガス導入部に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を少なくとも１つのバイアス電極及びアンテナユニット１４に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を少なくとも１つのバイアス電極に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオンを基板Ｗに引き込むことができる。

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、アンテナユニット１４に結合され、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１０ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、アンテナユニット１４に供給される。

第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つのバイアス電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。バイアスＲＦ信号の周波数は、ソースＲＦ信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、少なくとも１つのバイアス電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、バイアスＤＣ生成部３２ａを含む。一実施形態において、バイアスＤＣ生成部３２ａは、少なくとも１つのバイアス電極に接続され、バイアスＤＣ信号を生成するように構成される。生成されたバイアスＤＣ信号は、少なくとも１つのバイアス電極に印加される。

種々の実施形態において、バイアスＤＣ信号は、パルス化されてもよい。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも１つのバイアス電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、ＤＣ信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部がバイアスＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つのバイアス電極との間に接続される。従って、バイアスＤＣ生成部３２ａ及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、１周期内に１又は複数の正極性電圧パルスと１又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、バイアスＤＣ生成部３２ａは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、処理部２ａ１、記憶部２ａ２及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａにより実現される。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

＜第１の実施形態＞
次に、第１の実施形態にかかるアンテナユニット１４の構成例について説明する。図２は、アンテナユニット１４の構成の概略を示す下方から見た平面図である。図３は、アンテナユニット１４の構成の概略を示す断面図である。図４は、アンテナユニット１４の構成の概略を模式的に示す斜視図である。

アンテナユニット１４は、少なくとも１つのアンテナを含む。本実施形態においては、アンテナユニット１４は、複数のコイルアセンブリ２００、導電性プレート２１０及び導電性円筒（導電性中空部材）２３０を有するアンテナを含む。

なお、図示の例では、４つのコイルアセンブリ２００が示されているが、コイルアセンブリ２００の数は特に限定されるものではない。複数のコイルアセンブリ２００は、誘電体窓１０１の上方に配置される。また、複数のコイルアセンブリ２００は、導電性プレート２１０の周方向に等間隔で配置され、かつ中心に対して回転対象の位置に配置される。なお回転対象とは、一般的な意味であって、ｎを２以上の整数として中心の周りを（３６０／ｎ）°回転させると自らと重なるような配置のことをいう。具体的に図示の例では、４つのコイルアセンブリ２００が導電性プレート２１０の周方向に等間隔で配置されており、かつ、４つのコイルアセンブリ２００を導電性プレート２１０の中心に対して９０度回転することにより元の配置と重なるように配置されている。

各コイルアセンブリ２００は、コイルセグメント２０１と鉛直コイルセグメント２０２、２０３を有する。コイルセグメント２０１は、水平方向に延伸するか、又は、水平方向に対して斜めに延伸し、コイルアセンブリ２００の底部に配置される。なお、コイルセグメント２０１は、プラズマ処理空間１０ｓに対向する方向に延伸するプラズマ対向セグメントとも呼ばれる。一の鉛直コイルセグメント２０２は、コイルセグメント２０１から上方に延伸し、コイル端子２００ａを介して導電性プレート２１０の外周部に接続される。なお、一の鉛直コイルセグメント２０２は、導電性プレート２１０の上面又は下面に接続されてもよい。他の鉛直コイルセグメント２０３は、コイルセグメント２０１から上方に延伸し、コイル端子２００ｂからはインピーダンス調整部を介してグランド電位に接続される。図示の例で、インピーダンス調整部はコンデンサ２２１である。コンデンサ２２１は可変容量コンデンサである。ただし、コンデンサ２２１の構成はこれに限定されず、コンデンサ２２１は固定の容量を有するコンデンサであってもよいし、可変容量コンデンサ及び／又は固定容量コンデンサを含む複数のコンデンサを含んでもよい。ただし、少なくとも一つの可変容量コンデンサを含むことが好ましい。また、インピーダンス調整部は、可変抵抗、可変インダクタを含んでもよい。ただし、抵抗やインダクタは高周波電力の効率を妨げるので、インピーダンス調整部は容量コンデンサで構成されることが望ましい。

導電性プレート２１０は、複数のコイルアセンブリ２００の上方、すなわちプラズマが生成されるプラズマ処理空間１０ｓから離れて配置され、且つ、導体板１５に近接して配置される。また、導電性プレート２１０は、略円筒状の中央ガス注入部１３を囲むように中央ガス注入部１３の周囲に配置される。導電性プレート２１０は平面視において略円形状を有し、中央開口部２１１が形成される。なお、導電性プレート２１０の形状は特に限定されるものではなく、例えば多角形であってもよい。導電性プレート２１０の形状も回転対称であることが望ましく、多角形の場合、頂点の数がコイルアセンブリ２００の個数の整数倍であることが望ましい。中央開口部２１１の内側には中央ガス注入部１３が挿通する。導電性プレート２１０の上面には中央プレート端子２１０ａが設けられる。なお、中央プレート端子２１０ａは、導電性プレート２１０の下面に設けられてもよい。中央プレート端子２１０ａは、電源３０の第１のＲＦ生成部３１ａに接続され、すなわちＲＦ電位に接続される。なお、中央プレート端子２１０ａは、ＲＦ電位に直接接続されてもよいし、コンデンサやコイル等の電気素子を介してＲＦ電位に接続されてもよい。すなわち、中央プレート端子２１０ａは、ＲＦ電位に直接的に又は間接的に接続される。

導電性円筒２３０は、中央開口部２１１の内側において中央ガス注入部１３を囲むように中央ガス注入部１３の周囲に配置される。導電性円筒２３０は、中央開口部２１１から誘電体窓１０１上又はその上方まで下方に延伸する。導電性円筒２３０は、導電性プレート２１０に接続されてもよいし、導電性プレート２１０と接続されない、すなわち導電性プレート２１０から離れていてもよい。また、導電性円筒２３０は、中央ガス注入部１３の一部であってもよい。

［アンテナの作用］
以上のように構成されたアンテナユニット１４では、電源３０の第１のＲＦ生成部３１ａから供給されたＲＦ電力が、中央プレート端子２１０ａを介して導電性プレート２１０に供給される。これにより、電流が導電性プレート２１０から複数のコイルアセンブリ２００に分岐して流れる。この電流によって、鉛直軸方向に磁界が発生し、発生した磁界により、プラズマ処理チャンバ１０内に誘導電界が発生する。プラズマ処理チャンバ１０内に発生した誘導電界により、中央ガス注入部１３からプラズマ処理チャンバ１０内に供給された処理ガスがプラズマ化する。そして、プラズマに含まれるイオンや活性種によって、中央領域１１１ａ上の基板Ｗに対して、エッチングや成膜処理等のプラズマ処理が施される。

［アンテナの効果１］
ここで従来、上述したようにアンテナ中心から分岐線を介して複数のコイルに分岐させる場合、磁力線がコイルの間を自由に通過するため、誘電起電力が発生し、アンテナによる磁界の生成効率が低下する。この点、本第１の実施形態のアンテナユニット１４によれば、板状の導電性プレート２１０が磁力線を通過させないため、余分な磁力線の回り込みを抑制することができる。すなわち、導電性プレート２１０をコイルとして機能させないようにできる。したがって、磁界の生成効率を向上させることができる。

導電性プレート２１０は、導体板１５に近接して配置される。例えば、導電性プレート２１０と導体板１５との間の距離は、中央開口部２１１の直径より小さい。このため、磁力線の回り込みをさらに抑制することができる。

中央開口部２１１において導電性プレート２１０の内端部と中央ガス注入部１３との隙間は、磁力線の回り込みを抑制する観点から小さい方が好ましく、本第１の実施形態では２０ｍｍ以内である。この２０ｍｍは、通常必要とされるコイルの耐圧、例えば２０ｋＶを確保するために必要な距離である。

中央開口部２１１には導電性円筒２３０が設けられているので、中央開口部２１１の隙間を小さくすることができ、磁力線の回り込みをさらに抑制することができる。

［アンテナの効果２］
ここで従来、上述したようにアンテナ中心から分岐線を介して複数のコイルに分岐させる場合、アンテナ中心の分岐部では分岐線が近接するため、互いに誘導結合して電流配分比率の偏りが生じ、その結果、アンテナによって生成される磁界の強度の周方向均一性が悪化する。この点、本第１の実施形態のアンテナユニット１４によれば、電流の分岐部が板状の導電性プレート２１０であるため、上記のような誘導結合が生じず、各コイルアセンブリ２００への電流配分比率に偏りが生じない。したがって、磁界強度の周方向均一性を向上させることができる

複数のコイルアセンブリ２００は、導電性プレート２１０の周方向に等間隔で配置され、かつ中心に対して回転対象の位置に配置されている。かかる場合、コイルアセンブリ２００への電流配分比率の偏りをさらに抑制することができる。

［アンテナの効果３］
複数のコイルアセンブリ２００は、コイル端子２００ｂを介してそれぞれコンデンサ２２１に接続されている。電流配分比率の偏りが発生している場合には、一の又は複数のコンデンサ２２１の容量を変更するよう制御することでインピーダンスを調整し、電流配分比率の偏りをさらに抑制することができる。このため、可変容量コンデンサであるコンデンサ２２１を制御部２に接続し、制御部２によって容量の変更などの制御を行うこととしてもよい。なお、電流配分比率の偏りの抑制に際して、全てのコイルアセンブリ２００に接続された全てのコンデンサ２２１の容量を変更することは必ずしも必要ではない。少なくとも一つのコンデンサ２２１の容量を変更することで電流配分比率の偏りを緩和することが可能である場合がある。したがって当該効果を得るためには、コンデンサ２２１のうち少なくとも一つのコンデンサ２２１を可変容量コンデンサとし、他のコンデンサ２２１を固定容量コンデンサとしてもよい。また、コンデンサ２２１の他、コイルアセンブリ２００におけるインピーダンスを調整し得る所望のインピーダンス調整部を設けることとしてもよい。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態にかかるアンテナユニット１４の構成例について説明する。図５は、アンテナユニット１４の構成の概略を示す断面図である。図６は、アンテナユニット１４の構成の概略を模式的に示す斜視図である。

複数のコイルアセンブリ２５０は、導電性プレート２１０の周方向に等間隔で配置され、かつ中心に対して回転対象の位置に配置される。複数のコイルアセンブリ２５０のそれぞれはコイルセグメント２５１を有する。コイルセグメント２５１は導電性プレート２１０と略同一平面上に配置される。コイルセグメント２５１は、水平方向に延伸するか、又は、水平方向に対して斜めに延伸し、コイルアセンブリ２５０の底部に配置される。なお、コイルセグメント２５１は、プラズマ処理空間１０ｓに対向する方向に延伸するプラズマ対向セグメントとも呼ばれる。また、コイルセグメント２５１はコイル端子２５０ａを介して導電性プレート２１０の外周部に接続され、コイル端子２５０ｂはコンデンサ２２１を介してグランド電位に接続される。図示の例で、コンデンサ２２１はすべて可変容量コンデンサである。ただし、コンデンサ２２１の構成はこれに限定されない。少なくとも一つの可変容量コンデンサを含んでいることが好ましく、この場合可変容量コンデンサ及び／又は固定容量コンデンサを含む複数のコンデンサを含んでもよい。また、インピーダンス調整部は、可変抵抗、可変インダクタを含んでもよい。ただし、抵抗やインダクタは高周波電力の効率を妨げるので、インピーダンス調整部は容量コンデンサで構成されることが望ましい。

上記以外の構成については第１の実施形態にかかるアンテナユニット１４と同様であり、作用及び効果も同様であるため、記載を省略する。

＜第１及び第２の実施形態の変形例＞
第１の実施形態にかかるアンテナユニット１４及び第２の実施形態にかかるアンテナユニット１４の構成の変形例について説明する。図７はアンテナユニット１４の構成の変形例の一例の概略を示す断面図である。また、図８はアンテナユニット１４の構成の変形例の一例の概略を示す斜視図である。また、図９～図１５はそれぞれ、アンテナユニット１４の構成の変形例の概略を示す下方から見た平面図である。なお図９～図１５においては、見やすさのためコイルアセンブリ２００以外の構成については図示を省略する。また、第１の実施形態におけるコイルセグメント２０１及び第２の実施形態におけるコイルセグメント２５１は互いに対応しており、配置に関して同様であるため、以下の説明では第１の実施形態にかかるアンテナユニット１４についてのみ説明する。図９～図１５中の点線で示す円は、アンテナユニット１４における複数のコイルアセンブリ２００の回転対称性を示す。ｎを２以上の整数として、複数のコイルアセンブリ２００を点線で示す円の中心の周りに（３６０／ｎ）°回転させると自らと重なるようなｎが存在する。図９～図１５の場合は、ｎ＝４であり、点線で示す円の周りに９０°回転させると元の配置と重なる。図１６は、アンテナユニット１４の構成の変形例の概略を示す下方から見た平面図（図１６Ａ、図１６Ｂ）と、複数のコイルアセンブリ２００を周方向に側面からみた説明図（図１６Ｃ）である。なお、見やすさのためコイルアセンブリ２００以外の構成については図示を省略する。図１７～図２２はそれぞれ、アンテナユニット１４の構成の変形例の概略を示す下方から見た平面図又は斜視図である。

図７、図８の例において、第１の実施形態においてコイルセグメント２０１が導電性プレート２１０の周方向に１／４周程度の長さとしていたのに対し、３／４周程度の長さとしている。このように、コイルセグメント２０１の長さは目的に合わせて所望の長さとすることができる。具体的には図９～図１５に示すように、点線で示す円の円周に対して、図９及び図１０に示すように１／４周、図１１に示すように３／８周、図１２、図１４、図１５に示すように３／４周、図１３に示すように（１＋１／４）周、などの様に設定することができる。

コイルセグメント２０１の配置に関し、図９の例において、コイルセグメント２０１の両端部が同一円周上にあるように配置してもよい。また、図１０～図１５の例において、コイルセグメント２０１の一端が内側の円周上にあり、他端が外側の円周上にあるように配置してもよい。なお、内側の円と外側の円は同心円である。

図１１～図１５の例において、一のコイルアセンブリ２００の一部が、他のコイルアセンブリ２００の一部の外周側を囲うように配置される。換言すれば、それぞれのコイルアセンブリ２００の一端が、いずれかのコイルアセンブリ２００の内側に囲われるように配置されている。以下、図１１～図１５の例におけるこのような配置を、オーバーラップと称する。以下オーバーラップの意義について説明する。まず、複数のコイルアセンブリ２００をオーバーラップして回転対称に配置することによって、アンテナの性能を損ねずに、十分に長いアンテナを複数配置することができる。次に、複数のコイルアセンブリ２００における端部においては、電界の偏りに伴う磁界の偏りが生じる可能性がある。これに対し複数のコイルアセンブリ２００をオーバーラップして配置することによって、当該端部が生じる磁界が、当該端部の外側を囲うコイルアセンブリ２００が生じる磁界の存在によって相対的に軽減される。これによって磁界強度の周方向均一性を向上させることができる。

図１２及び図１３に示す、コイルアセンブリ２００のコイルセグメント２０１の曲線形状は、代数螺旋におけるアルキメデスの螺旋で表すことができる。すなわち、複数のコイルセグメント２０１において、隣接するコイルセグメント２０１の径方向間隔は常に一定である。具体的に、コイルセグメント２０１の曲線は、極座標の方程式ｒ＝ａθで表すことができる。なお、ｒは中心からの距離、θは角度、ａは定数である。

図１４に示す、コイルアセンブリ２００のコイルセグメント２０１の曲線形状は、代数螺旋における放物螺旋で表すことができる。すなわち、複数のコイルセグメント２０１は径方向外側にいくほど、径方向間隔は小さくなる。具体的に、コイルセグメント２０１の曲線は、極座標の方程式ｒ＝ａ√θで表すことができる。

図１５に示す、コイルアセンブリ２００のコイルセグメント２０１の曲線形状は、対数螺旋で表すことができる。すなわち、複数のコイルセグメント２０１は径方向外側にいくほど、径方向間隔は大きくなる。具体的に、コイルセグメント２０１の曲線は、極座標の方程式ｒ＝ａｅ＾ｂθで表すことができる。なお、ｂは定数である。

以上のように、コイルセグメント２０１がアルキメデスの螺旋、放物螺旋、対数螺旋等のように規則正しく配置されることによって、安定した偏りの小さいプラズマを生成することができる。

なお、図１０～図１５に示す例では、コイルセグメント２０１の径方向内側の一端から外側の他端に向けて左回転しているが、コイルセグメント２０１の回転方向はこれに限定されず、逆回転でもよい。

図１６Ａ～図１６Ｃは、第１の実施形態にかかるアンテナユニット１４について図１０に示す例と同様に、４つのコイルアセンブリ２００におけるそれぞれのコイルセグメント２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄが点線で示す円の円周に対して３／４周の長さで配置された例である。なお、見やすさのためコイルアセンブリ２００以外の構成については図示を省略する。図１６Ａは、コイルアセンブリ２００を下方から見た平面図である。図１６Ｂは、図１６Ａに示す４つのコイルアセンブリ２００のうち、コイルセグメント２０１ａを含むコイルアセンブリ２００のみを図示し、他のコイルアセンブリ２００については図示を省略した図である。図１６Ａ及び図１６Ｂでは、後述する傾斜部２６１、２６２を１点鎖線で示し、傾斜部２６１、２６２を除くコイルセグメント２０１の部分を実線で示す。図１６Ｃは、図１６Ａに示す４つのコイルアセンブリ２００の構成の概略を示す説明図であって、アンテナユニット１４の周方向（θ方向）に、コイルアセンブリ２００の側面を外周側から見た説明図である。ただし、見やすさのため、コイルセグメント２０１ａを実線、コイルセグメント２０１ｂを破線、コイルセグメント２０１ｃを点線、コイルセグメント２０１ｄを１点鎖線で示す。なお、図中においてＸはアンテナユニット１４の軸方向を示し、θはアンテナユニット１４の周方向を示す。

図１６Ａ～図１６Ｃで、コイルセグメント２０１はコイルアセンブリ２００の底部に配置されている。コイルセグメント２０１は、鉛直コイルセグメント２０２又は２０３に接続する端部が持ち上がっており、傾斜部２６１、２６２を形成している。傾斜部２６１はコイル端子２００ａに接続される側のコイルセグメント２０１の一部分であり、傾斜部２６２はコイル端子２００ｂに接続される側のコイルセグメント２０１の他の一部分である。傾斜部２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃ、２６１ｄはそれぞれ、コイルセグメント２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄの一部分である。また、傾斜部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃ、２６２ｄはそれぞれ、コイルセグメント２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄの他の一部分である。傾斜部２６１、２６２を除くコイルセグメント２０１の部分は、誘電体窓１０１に水平であるか、誘電体窓１０１に接していてもよい。

以下、傾斜部２６１、２６２を設ける意義を説明する。従来の渦巻き型のコイルでは、ＲＦ生成部３１ａに接続される端部とグランド電位に接続される端部が大きく離れて配置され、プラズマ側から見てコイルセグメント２０１の当該端部が突然に終端するような構造を採る。この場合、電界の偏りに伴う磁界の偏りが生じる可能性がある。これに対して図１６Ａ～図１６Ｃに示す例のように傾斜部２６１、２６２を設けることで、コイルセグメント２０１の端部がプラズマ側から徐々に遠くなるように構成することができる。このため上記端部における磁界の偏りのプラズマの形成に対する影響を軽減することができ、磁界強度の周方向均一性を向上させることができる。

なお、傾斜部２６１、２６２がコイルセグメント２０１に占める長さの割合は、図示のようにそれぞれ１／３の長さとしてもよい。ただしこれに限定されず、目的に応じて所望の長さの割合となるように変更してもよい。また、傾斜部２６１、２６２を除くコイルセグメント２０１の部分に対して傾斜部２６１、２６２のなす角は、目的に応じて所望の角度となるように変更してもよい。

図１７～図２２はそれぞれ、アンテナユニット１４の構成の変形例の概略を示す下方から見た平面図（図１７）又は斜視図（図１８～図２２）である。図１７、図１８、図２０～図２２は第１の実施形態にかかるアンテナユニット１４の構成の変形例であり、図１９は第２の実施形態にかかるアンテナユニット１４の構成の変形例である。

図１７～図１９に示すように、複数のコイルアセンブリ２００、２５０が導電性プレート２１０の中央開口部２１１の内側に設けられていてもよい。換言すれば、複数のコイルアセンブリ２００、２５０の外径が中央開口部２１１の内周部の径と等しいか、又は中央開口部２１１の内周部の径よりも小さくてもよい。この場合、コイルアセンブリ２００、２５０の外端がコイル端子２００ａ、２５０ａとして導電性プレート２１０における中央開口部２１１の内周部に接続され、内端がコイル端子２００ｂとしてインピーダンス調整部を介してグランド電位に接続されることとしてもよい。なお、本明細書において中央開口部２１１の内周部とは、導電性プレート２１０における中央開口部２１１を形成する周縁部のことを指す。

図２０～図２２に示すように、複数のコイルアセンブリ２００の外径が導電性プレート２１０の外径以下であってもよい。換言すれば、複数のコイルアセンブリ２００の少なくとも一部が、平面視において導電性プレート２１０と重なるように配置されていてもよい。この場合、図２０に示すように、コイルアセンブリ２００の内端がコイル端子２００ａとして導電性プレート２１０における中央開口部２１１の内周部に接続され、外端がコイル端子２００ｂとしてインピーダンス調整部を介してグランド電位に接続されることとしてもよい。また、図２１に示すように、コイルアセンブリ２００の外端がコイル端子２００ａとして導電性プレート２１０の周縁部（外周部又は内周部）を除く面上に接続され、内端がコイル端子２００ｂとしてインピーダンス調整部を介してグランド電位に接続されることとしてもよい。また、図２２に示すように、コイルアセンブリ２００の外端がコイル端子２００ａとして導電性プレート２１０における中央開口部２１１の外周部に接続され、内端がコイル端子２００ｂとしてインピーダンス調整部を介してグランド電位に接続されることとしてもよい。

＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態にかかるアンテナユニット１４の構成例について説明する。図２３は、アンテナユニット１４の構成の概略を示す断面図である。図２４は、アンテナユニット１４の構成の概略を模式的に示す斜視図である。

アンテナユニット１４は、少なくとも１つのアンテナを含む。一実施形態において、アンテナユニット１４は、メインアンテナとサブアンテナ３１０とを含む。メインアンテナは、少なくとも１つのメインコイルを含む。図２３、図２４の例では、メインアンテナは、１つのメインコイル３００を含む。メインコイル３００とサブアンテナ３１０はそれぞれ、誘電体窓１０１の上方に配置される。なお、サブアンテナ３１０は、誘電体窓１０１から離れていることに限定されない。例えばサブアンテナ３１０は、誘電体窓１０１の上面に接していてもよい。

サブアンテナ３１０は、略円筒状の中央ガス注入部１３を囲むように中央ガス注入部１３の周囲に設けられ、且つ、メインコイル３００の径方向内側に設けられる。すなわち、サブアンテナ３１０は、中央ガス注入部１３とメインコイル３００との間に配置される。メインコイル３００は、中央ガス注入部１３及びメインコイル３００を囲むように中央ガス注入部１３及びメインコイル３００の周囲に設けられる。メインコイル３００の外形とサブアンテナ３１０の外形はそれぞれ、平面視において略円形に形成される。そして、メインコイル３００とサブアンテナ３１０は、それぞれの外形が同心円となるように配置される。

メインコイル３００は略円形の渦巻き状に形成され、メインコイル３００の外形の中心軸が鉛直軸に一致するように配置される。また、メインコイル３００は、水平方向に延伸する、又は、水平方向に対して斜めに延伸する平面コイルである。メインコイル３００の一端には給電端子３００ａが設けられる。給電端子３００ａは、電源３０の第１のＲＦ生成部３１ａが接続され、すなわちＲＦ電位に接続される。また、メインコイル３００の他端には接地端子３００ｂが設けられる。接地端子３００ｂはグランドに接続され、すなわちグランド電位に接続される。メインコイル３００は、第１のＲＦ生成部３１ａから供給されたＲＦ電力の波長λに対し、λ／２で共振するように構成されている。メインコイル３００を構成する線路に発生する電圧は、線路の中点付近で最小となり、線路の両端で最大となるように分布する。また、メインコイル３００を構成する線路に発生する電流は、線路の中点付近で最大となり、線路の両端で最小となるように分布する。メインコイル３００にＲＦ電力を供給する第１のＲＦ生成部３１ａは、周波数および電力の変更が可能である。

図２５及び図２６はそれぞれ、サブアンテナ３１０の構成の概略を示す上方から見た斜視図である。図２７は、サブアンテナ３１０の構成の概略を示す下方から見た斜視図である。

サブアンテナ３１０は、第１のコイルアセンブリ３２０、第２のコイルアセンブリ３３０、接続部材３４０～３４３、導電性プレート３５０及び導電性円筒３６０を有する。

第１のコイルアセンブリ３２０と第２のコイルアセンブリ３３０はそれぞれ、螺旋構造を有する。第１のコイルアセンブリ３２０は、１以上のターンを有し、第２のコイルアセンブリ３３０は、１以上のターンを有する。第１のコイルアセンブリ３２０の各ターンと第２のコイルアセンブリ３３０の各ターンは、側面視において鉛直方向に交互に配置されている。第１のコイルアセンブリ３２０の外形の中心軸と第２のコイルアセンブリ３３０の外形の中心軸はそれぞれ鉛直軸に一致し、第１のコイルアセンブリ３２０と第２のコイルアセンブリ３３０は同軸上に配置されている。第１のコイルアセンブリ３２０と第２のコイルアセンブリ３３０はそれぞれ、平面視において略円形に形成されている。また、第１のコイルアセンブリ３２０の各ターンの径は同じであり、第２のコイルアセンブリ３３０の各ターンの径は同じである。このようにサブアンテナ３１０は、略円筒形の２重螺旋構造を有している。

なお、図示の例においては第１のコイルアセンブリ３２０と第２のコイルアセンブリ３３０のターン数（巻き数）は１．５ターンであるが、これに限定されず、１以上の任意のターン数に設定できる。例えば、第１のコイルアセンブリ３２０と第２のコイルアセンブリ３３０のターン数は、２ターン以上であってもよい。

第１のコイルアセンブリ３２０は、第１のコイルセグメント３２１と第１の螺旋状コイルセグメント３２２を有する。第１のコイルセグメント３２１は、水平方向に延伸するか、又は、水平方向に対して斜めに延伸し、第１のコイルアセンブリ３２０の底部に配置される。第１の螺旋状コイルセグメント３２２は、第１のコイルセグメント３２１から鉛直方向に螺旋状に設けられる。第１のコイルアセンブリ３２０の上端部（第１の螺旋状コイルセグメント３２２の端部）には第１の上側コイル端子３２０ａが設けられ、第１のコイルアセンブリ３２０の下端部（第１のコイルセグメント３２１の端部）には第１の下側コイル端子３２０ｂが設けられる。

第２のコイルアセンブリ３３０は、第２のコイルセグメント３３１と第２の螺旋状コイルセグメント３３２を有する。第２のコイルセグメント３３１は、水平方向に延伸するか、又は、水平方向に対して斜めに延伸し、第２のコイルアセンブリ３３０の底部に配置される。第２の螺旋状コイルセグメント３３２は、第２のコイルセグメント３３１から鉛直方向に螺旋状に設けられる。第２のコイルアセンブリ３３０の上端部（第２の螺旋状コイルセグメント３３２の端部）には第２の上側コイル端子３３０ａが設けられ、第１のコイルアセンブリ３２０の下端部（第１のコイルセグメント３２１の端部）には第２の下側コイル端子３３０ｂが設けられる。

第１の上側コイル端子３２０ａと第２の上側コイル端子３３０ａはサブアンテナ３１０の中心に対して対称位置、すなわち隣接する上側コイル端子の中心角が約１８０度の位置に配置されている。また、第１の上側コイル端子３２０ａと第２の上側コイル端子３３０ａは、後述するプレート端子３５０ａに対しても軸対称に配置される。すなわち、第１の上側コイル端子３２０ａとプレート端子３５０ａの距離と、第２の上側コイル端子３３０ａとプレート端子３５０ａの距離は同じである。第１の下側コイル端子３２０ｂと第２の下側コイル端子３３０ｂもサブアンテナ３１０の中心に対して対称位置、すなわち隣接する下側コイル端子の中心角が約１８０度の位置に配置されている。

第１の上側コイル端子３２０ａは、接続部材３４０を介して導電性プレート３５０の下面に接続される。第２の上側コイル端子３３０ａも、接続部材３４１を介して導電性プレート３５０の下面に接続される。なお、第１の上側コイル端子３２０ａ及び第２の上側コイル端子３３０ａは、導電性プレート３５０の上面に接続されてもよい。

第１の下側コイル端子３２０ｂは接続部材３４２及びインピーダンス調整部を介してグランド電位に接続される。第２の下側コイル端子３３０ｂは、接続部材３４３及びインピーダンス調整部を介してグランド電位に接続される。図示の例で、インピーダンス調整部はコンデンサ２２１である。また、コンデンサ２２１は可変容量コンデンサである。このようにサブアンテナ３１０は電源３０に接続されておらず、したがって、当該サブアンテナ３１０にはＲＦ電力が直接供給されない。

なお、平面視における第１の上側コイル端子３２０ａ及び第２の上側コイル端子３３０ａと、第１の下側コイル端子３２０ｂ及び第２の下側コイル端子３３０ｂとの配置は特に限定されない。但し、第１の上側コイル端子３２０ａ及び第２の上側コイル端子３３０ａと、第１の下側コイル端子３２０ｂ及び第２の下側コイル端子３３０ｂとの間では電圧差が大きいため、実用上は、ある程度の間隔を維持するのが好ましい。

導電性プレート３５０は、第１のコイルアセンブリ３２０及び第２のコイルアセンブリ３３０の上方、すなわちプラズマが生成されるプラズマ処理空間１０ｓから離れて配置され、且つ、導体板１５に近接して配置される。また、導電性プレート３５０は、略円筒状の中央ガス注入部１３を囲むように中央ガス注入部１３の周囲に配置される。導電性プレート３５０は平面視において略円形状を有し、中央開口部３５１が形成される。なお、導電性プレート３５０の形状は特に限定されるものではなく、例えば多角形であってもよい。導電性プレート２１０の形状も回転対称であることが望ましく、多角形の場合、頂点の数がコイルアセンブリ２００の個数の整数倍であることが望ましい。中央開口部３５１の内側には中央ガス注入部１３が挿通する。導電性プレート３５０の上面にはプレート端子３５０ａが設けられる。なお、プレート端子３５０ａは、導電性プレート３５０の下面に設けられてもよい。プレート端子３５０ａは、コンデンサ３５２を介してグランドに接続され、すなわちグランド電位に接続される。なお、プレート端子３５０ａは、グランド電位に直接接続されてもよいし、コイル等の他の電気素子を介してグランド電位に接続されてもよい。すなわち、プレート端子３５０ａは、グランド電位に直接的に又は間接的に接続される。コンデンサ３５２は、可変容量コンデンサを含む。なお、コンデンサ３５２は本第２の実施形態に限定されず、固定の容量を有するコンデンサであってもよいし、可変容量コンデンサ及び／又は固定容量コンデンサを含む複数のコンデンサを含んでもよい。また、インピーダンス調整部は、可変抵抗、可変インダクタを含んでもよい。ただし、抵抗やインダクタは高周波電力の効率を妨げるので、インピーダンス調整部は容量コンデンサで構成されることが望ましい。なお、上記の実施形態では、プレート端子３５０ａ及び下側コイル端子３２０ｂ、３３０ｂは、コンデンサ３５２を介してグランド電位に接続されている。一方で、プレート端子３５０ａ及び下側コイル端子３２０ｂ、３３０ｂは、他の導電性プレートを介してグランド電位に接続されてもよい。この場合においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

導電性円筒３６０は、上記第１の実施形態の導電性円筒２３０と同様の構成を有する。すなわち、導電性円筒３６０は、中央開口部３５１の内側において中央ガス注入部１３を囲むように中央ガス注入部１３の周囲に配置される。導電性円筒３６０は、中央開口部３５１から誘電体窓１０１上又はその上方まで下方に延伸する。導電性円筒３６０は、導電性プレート３５０に接続して設けられてもよいし、導電性プレート３５０と接続されずに独立して設けられてもよい。

サブアンテナ３１０はメインコイル３００と誘導結合し、サブアンテナ３１０には、メインコイル３００に流れる電流によって発生した磁界を打ち消す向きの電流が流れる。コンデンサ３５２の容量を制御することによって、メインコイル３００に流れる電流に対してサブアンテナ３１０に流れる電流の向きや大きさを制御することができる。

［アンテナの作用］
以上のように構成されたアンテナユニット１４では、メインコイル３００に流れる電流と、サブアンテナ３１０に流れる電流とによって、鉛直軸方向に磁界が発生し、発生した磁界により、プラズマ処理チャンバ１０内に誘導電界が発生する。プラズマ処理チャンバ１０内に発生した誘導電界により、中央ガス注入部１３からプラズマ処理チャンバ１０内に供給された処理ガスがプラズマ化する。そして、プラズマに含まれるイオンや活性種によって、中央領域１１１ａ上の基板Ｗに対して、エッチングや成膜処理等のプラズマ処理が施される。

［アンテナの効果］
ここで、比較例において、サブアンテナ３１０の構成において導電性プレート３５０が設けられず、接続部材３４０、３４１が連結され、コンデンサ３５２を介してグランドに接続される場合、従来のアンテナと同様の課題が生じる。すなわち、比較例においては、第１のコイルアセンブリ３２０と第２のコイルアセンブリ３３０への電流配分比率の偏りが生じ、その結果、磁界強度の周方向均一性が悪化する。この点、本第２の実施形態のアンテナユニット１４によれば、電流の分岐部が板状の導電性プレート３５０であるため、上記のような誘導結合が生じず、各第１のコイルアセンブリ３２０と第２のコイルアセンブリ３３０への電流配分比率に偏りが生じない。したがって、磁界強度の周方向均一性を向上させることができる。

また、比較例においては、磁力線が第１のコイルアセンブリ３２０と第２のコイルアセンブリ３３０の間を自由に通過するため、誘電起電力が発生し、磁界の生成効率が低下する。この点、本第２の実施形態のアンテナユニット１４によれば、板状の導電性プレート３５０が磁力線を通過させないため、余分な磁力線の回り込みを抑制することができる。その結果、磁界の生成効率を向上させることができる。なお、第２の実施形態では、比較例より磁界の生成効率を向上させることができるものの、導電性プレート３５０の中央開口部３５１が形成されているため、その磁界の生成効率の向上効果は小さい場合がある。この点、後述の変形例のように導電性プレート３５０にスリット３７０を設けることで、磁界の生成効率の向上効果を大きくすることができる。

また、第１の下側コイル端子３２０ｂ及び第２の下側コイル端子３３０ｂはコンデンサ２２１を介してグランド電位に接続されている。コンデンサ２２１のうち少なくとも一つは可変容量コンデンサである。このため、電流配分比率の偏りが発生している場合には、一の又は複数のコンデンサ２２１の容量を変更することでインピーダンスを調整し、電流配分比率の偏りをさらに抑制することができる。コンデンサ２２１の他、所望のインピーダンス調整部を設けることで、サブアンテナ３１０におけるインピーダンスを調整することとしてもよい。

＜第３の実施形態の変形例＞
図２８に示すように、本第２の実施形態のサブアンテナ３１０において、導電性プレート３５０には、中央開口部２１１から導電性プレート３５０の外端部（外周縁部）まで径方向に延伸するスリット３７０が形成されてもよい。スリット３７０は導電性プレート３５０を分離するように形成され、後述するようにスリット３７０によって導電性プレート３５０における電流が変化する。

本発明者らが鋭意検討したところ、このようにスリット３７０を形成すると、スリット３７０を形成しない場合に比べて、磁界強度の周方向均一性が若干低くなるものの、磁界の生成効率を向上させることができることが分かった。また、導電性プレート３５０におけるスリット３７０の位置によって、磁界強度の周方向均一性と磁界の生成効率に変動があることが分かった。

図２９～図３２を用いて、このような磁界強度の周方向均一性と磁界の生成効率の変動について説明する。図２９～図３２は、導電性プレート３５０におけるスリット３７０の有無及び位置に応じた電流を示す説明図である。なお、以下では、磁界強度の周方向均一性は偏りＢとして説明する。偏りＢは、１周（３６０度）の磁界分布において、磁界の平均値に対する、最大値と最小値の差分の割合を示す。また、磁界の生成効率は効率Ｅとして説明する。効率Ｅは、サブアンテナ３１０がプラズマ中に生成する磁界の単位長さ辺りの強さを示す。

［パターン１］
パターン１は、図２９に示すように導電性プレート３５０にスリット３７０が形成されないパターンである。パターン１では、第１のコイルアセンブリ３２０と第２のコイルアセンブリ３３０に流れる電流Ｐに対して、導電性プレート３５０に誘導電流Ｑ１が流れる。かかる場合、偏りＢ１は小さく抑えることができる。しかしながら、電流Ｐに対して誘導電流Ｑ１が打ち消すように流れるので、効率Ｅ１が小さくなる。

［パターン２］
パターン２は、図３０に示すように平面視において、スリット３７０が第１の上側コイル端子３２０ａと第２の上側コイル端子３３０ａの間に形成され、且つ、プレート端子３５０ａの反対側に形成されるパターンである。かかる場合、スリット３７０が形成されていることにより、誘導電流Ｑ２は導電性プレート３５０を周回せず、パターン１の誘導電流Ｑ１に比べて小さくなる。このため、パターン１の効率Ｅ１より、パターン２の効率Ｅ２は大きくなる。但し、パターン２の偏りＢ２は、パターン１の偏りＢ１より大きくなる。

［パターン３］
パターン３は、図３１に示すように平面視において、スリット３７０がプレート端子３５０ａの近傍に形成されるパターンである。かかる場合、すべての誘導電流Ｑ３が電流Ｐと同じ向きになるため、効率Ｅ３は大きくなる。但し、パターン３の偏りＢ３は、パターン２の偏りＢ２よりさらに大きくなる。

［パターン４］
パターン４は、図３２に示すように平面視において、スリット３７０がプレート端子３５０ａと第１の上側コイル端子３２０ａの間に形成されるパターンである。かかる場合、すべての誘導電流Ｑ４が電流Ｐと反対向きになるため、効率Ｅ４は小さくなる。しかし、パターン４の偏りＢ４は小さく抑えることができる。

以上の結果をまとめると、偏りＢについては、Ｂ１＜Ｂ４＜Ｂ２＜Ｂ３となる。一方、効率Ｅについては、Ｅ３＞Ｅ２＞Ｅ４＞Ｅ１となる。スリット３７０の有無と位置は、これら偏りＢと効率Ｅが仕様に合致するように適宜設計される。

なお、本第２の実施形態で導電性プレート３５０に形成したスリット３７０は、第１の実施形態の導電性プレート２１０に形成してもよい。導電性プレート２１０にスリットを形成した場合でも、上記と同様の効果を享受することができる。

なお、サブアンテナ３１０はメインコイル３００と誘導結合することとしたが、これに限定されない。サブアンテナ３１０はメインコイル３００と容量結合することとしてもよい。

サブアンテナ３１０は、メインコイル３００の径方向内側に設けていたが、これに限定されない。サブアンテナ３１０はメインコイル３００の径方向外側に設けてもよく、平面視においてメインコイル３００と重なるように配置されてもよい。このような変形例について、図３３～図３６を用いて以下説明する。

図３３は第３の実施形態にかかるアンテナユニット１４の構成の変形例の一例の概略を示す断面図である。また、図３４は第３の実施形態にかかるアンテナユニット１４の構成の変形例の一例であって図３３に示す例の斜視図である。図３３、図３４に示すように、メインアンテナは１つのメインコイル３００を含み、サブアンテナ３１０は第１の実施形態において説明したコイルセグメント２０１と鉛直コイルセグメント２０２、２０３を含む。このほかの構成については、第１の実施形態で説明したアンテナユニット１４の構成を用いることができる。図３３、図３４の例において、メインコイル３００とサブアンテナ３１０はそれぞれ、誘電体窓１０１の上方に配置される。メインコイル３００は、導電性プレート２１０とサブアンテナ３１０の間に配置される。また、鉛直コイルセグメント２０２はメインコイル３００の内側に配置され、鉛直コイルセグメント２０３はメインコイル３００の外側に配置される。

図３５は、第３の実施形態にかかるアンテナユニット１４の構成の変形例の一例の概略を示す斜視図である。図３５に示すように、メインアンテナは１つのメインコイル３００を含み、サブアンテナ３１０は第１の実施形態において説明したコイルセグメント２０１と鉛直コイルセグメント２０２、２０３を含む。このほかの構成については、第１の実施形態で説明したアンテナユニット１４の構成を用いることができる。図３５の例においては、サブアンテナ３１０の内端がコイル端子２００ａとして導電性プレート２１０における中央開口部２１１の内周部に接続され、外端がコイル端子２００ｂとしてインピーダンス調整部を介してグランド電位に接続される。

図３６は、第３の実施形態にかかるアンテナユニット１４の構成の変形例の一例の概略を示す斜視図である。図３６に示すように、メインアンテナは１つのメインコイル３００を含み、サブアンテナ３１０は第２の実施形態において説明したコイルセグメント２５１を含む。このほかの構成については、第２の実施形態で説明したアンテナユニット１４の構成を用いることができる。図３６の例においては、同一平面上にある導電性プレート２１０とサブアンテナ３１０の上方であって、平面視において重なる位置にメインコイル３００が配置されている。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

１４ アンテナユニット
２００ コイルアセンブリ
２１０ 導電性プレート
２２１ コンデンサ

Claims (18)

1. 誘導結合プラズマ励起用アンテナであって、
   導電性プレートと、
   一端が前記導電性プレートに接続される、複数のコイルアセンブリと、
   前記複数のコイルアセンブリのそれぞれに対して、前記複数のコイルアセンブリの他端と接地の間に設けられるインピーダンス調整部と、
   を備える、誘導結合プラズマ励起用アンテナ。
2. 前記複数のコイルアセンブリは、前記導電性プレートの中心に対して回転対称となるように配置される、請求項１に記載の誘導結合プラズマ励起用アンテナ。
3. 前記複数のコイルアセンブリは、前記導電性プレートの周方向に等間隔で配置される、請求項１に記載の誘導結合プラズマ励起用アンテナ。
4. 前記複数のコイルアセンブリの一端と他端は、同一円周上に配置される、請求項１に記載の誘導結合プラズマ励起用アンテナ。
5. 前記複数のコイルアセンブリの一端と他端は、異なる２つの円周上に配置され、
   前記２つの円周は同心円である、請求項１に記載の誘導結合プラズマ励起用アンテナ。
6. 前記複数のコイルアセンブリの形状は、代数螺旋形状又は対数螺旋形状である、請求項１に記載の誘導結合プラズマ励起用アンテナ。
7. 前記代数螺旋形状は、アルキメデスの螺旋形状又は放物螺旋形状である、請求項６に記載の誘導結合プラズマ励起用アンテナ。
8. 前記導電性プレートは、中央開口部を有する、請求項１に記載の誘導結合プラズマ励起用アンテナ。
9. 前記導電性プレートの外周縁部から前記中央開口部まで延伸するスリットを有する、請求項８に記載の誘導結合プラズマ励起用アンテナ。
10. 前記複数のコイルアセンブリは、前記導電性プレートの外周に複数配置され、一端が前記導電性プレートの外周部に接続される、請求項１に記載の誘導結合プラズマ励起用アンテナ。
11. 前記複数のコイルアセンブリは、少なくとも一部が前記導電性プレートと平面視において重なるように配置され、一端が前記導電性プレートの外周部に接続される、請求項１に記載の誘導結合プラズマ励起用アンテナ。
12. 前記複数のコイルアセンブリは、前記導電性プレートの前記中央開口部より内側に複数配置され、一端が前記導電性プレートの前記中央開口部を形成する内周部に接続される、請求項８に記載の誘導結合プラズマ励起用アンテナ。
13. 前記複数のコイルアセンブリは、少なくとも一部が前記導電性プレートと平面視において重なるように配置され、一端が前記導電性プレートの前記中央開口部を形成する内周部に接続される、請求項８に記載の誘導結合プラズマ励起用アンテナ。
14. 複数の前記インピーダンス調整部は、可変容量コンデンサを備える、請求項１に記載の誘導結合プラズマ励起用アンテナ。
15. 前記複数のコイルアセンブリが、前記導電性プレートと同一平面上に設けられる、請求項１に記載の誘導結合プラズマ励起用アンテナ。
16. 前記複数のコイルアセンブリは、一の前記コイルアセンブリにおける前記導電性プレートに接続される前記一端が、他の前記コイルアセンブリに平面視において内側に囲われるように配置される、請求項１に記載の誘導結合プラズマ励起用アンテナ。
17. 誘導結合プラズマ励起用アンテナユニットであって、
    ＲＦ電位に接続される給電端子を有するメインアンテナと、
    前記メインアンテナと誘導結合もしくは容量結合される位置に配置されるサブアンテナと、を備え、
    前記サブアンテナは、
    導電性プレートと、
    前記導電性プレートの外周に複数配置され、一端が前記導電性プレートに接続される、複数のコイルアセンブリと、
    前記複数のコイルアセンブリのそれぞれに対して、前記複数のコイルアセンブリの他端と接地の間に設けられるインピーダンス調整部と、
    を備える、誘導結合プラズマ励起用アンテナユニット。
18. プラズマ処理装置であって、
    プラズマ処理チャンバと、
    前記プラズマ処理チャンバに取り付けられる中空部材と、
    前記中空部材を囲むように前記プラズマ処理チャンバ上又は当該プラズマ処理チャンバの上方に配置されるに誘導結合プラズマ励起用アンテナと、を備え、
    前記誘導結合プラズマ励起用アンテナは、
    導電性プレートと、
    一端が前記導電性プレートに接続される、複数のコイルアセンブリと、
    前記複数のコイルアセンブリのそれぞれに対して、前記複数のコイルアセンブリの他端と接地の間に設けられるインピーダンス調整部と、
    を備える、プラズマ処理装置。

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