JP6050722B2 - プラズマ処理装置及びフィルタユニット - Google Patents

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Description

本発明は、高周波を用いて被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置に係り、特に処理容器内の高周波電極その他の電気的部材から給電ラインや信号線等の線路上に入ってくる高周波ノイズを遮断するためのフィルタを備えるプラズマ処理装置に関する。
プラズマを用いる半導体デバイスあるいはＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造のための微細加工においては、被処理基板（半導体ウエハ、ガラス基板等）上のプラズマ密度分布の制御と共に、基板の温度ないし温度分布の制御が非常に重要である。基板の温度制御が適正に行われないと、基板表面反応ひいてはプロセス特性の均一性が確保できなくなり、半導体デバイスあるいは表示デバイスの製造歩留まりが低下する。
一般に、プラズマ処理装置、特に容量結合型のプラズマ処理装置のチャンバ内で被処理基板を載置する載置台またはサセプタは、プラズマ空間に高周波を印加する高周波電極の機能と、基板を静電吸着等で保持する保持部の機能と、基板を伝熱で所定温度に制御する温度制御部の機能とを有している。温度制御機能に関しては、プラズマやチャンバ壁からの輻射熱の不均一性による基板への入熱特性の分布や、基板支持構造による熱分布を適切に補正できることが望まれている。
従来より、サセプタの温度ひいては基板の温度を制御するために、サセプタに通電により発熱する発熱体を組み込んで該発熱体の発生するジュール熱を制御するヒータ方式が多く用いられている。しかしながら、ヒータ方式が採られると、該高周波電源よりサセプタに印加された高周波の一部がノイズとして発熱体からヒータ給電ラインに入り込みやすい。高周波ノイズがヒータ給電ラインを通り抜けてヒータ電源に到達すると、ヒータ電源の動作ないし性能が害されるおそれがある。さらに、ヒータ給電ライン上で高周波の電流が流れると、高周波のパワーが無駄に消費される。このような実情により、サセプタ内蔵の発熱体から入ってくる高周波のノイズを減衰させまたは阻止するためのフィルタをヒータ給電ライン上に設けるのが通例となっている。通常、この種のフィルタは、サセプタの直下で処理容器の外に配置される。
本出願人は、特許文献１で、プラズマ処理装置において処理容器内の高周波電極その他の電気的部材から給電ラインや信号線等の線路上に入ってくる高周波のノイズを遮断するフィルタの性能を改善する技術を開示している。このフィルタ技術は、分布定数線路の規則的な多重並列共振特性を利用することにより、フィルタ内に収めるコイルを１個の空芯コイルで済ましている。
特開２０１１−１３５０５２
容量結合型のプラズマ処理装置は、プラズマプロセスにおける高周波の機能およびその制御性を高めるために、処理容器内の電極に周波数の異なる複数の高周波を印加することが多い。たとえば、下部２周波印加方式は、被処理基板を載置するサセプタ（下部電極）に、プラズマの生成に適した比較的高い基本周波数（通常２７ＭＨｚ以上）を有する第１高周波ＨＦと、プラズマから被処理基板に入射するイオンのエネルギーを制御するのに適した比較的低い基本周波数（通常１３ＭＨｚ以下）を有する第２高周波ＬＦとを重畳して印加する。この場合、基板の温度制御のためにサセプタに組み込まれる発熱体を介してヒータ給電ライン上に第１および第２高周波ＨＦ，ＬＦのノイズが同時に入ってくる。ヒータ給電ライン上に設けられるフィルタは、それら２周波の高周波ノイズを同時に遮断しなければならない。
上記のような特許文献１のフィルタにおいては、遮断対象の周波数の中で最も低い第２高周波ＬＦの基本周波数によって空芯コイルに要求されるインダクタンスつまりコイルのサイズ（特に軸方向のコイル長さ）が左右され、第２高周波ＬＦの基本周波数が低いほどコイル長さを大きくしなければならない。たとえば、第２高周波ＬＦの基本周波数が３．２ＭＨｚの場合はコイル長さが２００ｍｍ以上必要であり、第２高周波ＬＦの基本周波数が４００ｋＨｚの場合はコイル長さが７５０ｍｍ以上必要になる。しかしながら、空芯コイルのサイズが大きくなるほど、コイル導線の抵抗が高くなって、ヒータ電源からの電流が流れる時に発生するジュール熱が増えて、フィルタ内の電力損失が増大する。また、空芯コイルのサイズつまりフィルタのサイズが大きくなると、サセプタないしチャンバの下に設けられる各種用力供給系のレイアウト設計が難しくなる。
さらに、上記特許文献１のフィルタにおいては、空芯コイルとそれを包囲する筒状の外導体とで形成される分布定数線路の並列多重共振により、フィルタの周波数−インピーダンス特性に多数の並列共振周波数が略一定の周波数間隔で現れる。しかし、並列共振周波数が規則的な周波数間隔で得られるが故に、プロセスの種類や仕様など様々な観点から任意に選定される両高周波ＨＦ，ＬＦの周波数に並列多重共振を同時にマッチングさせることが難しいという問題もある。
特に、上記特許文献１のフィルタにおいて並列多重共振の中で最も低い並列共振周波数を３．２ＭＨｚや４００ｋＨｚのような低目の値に設定された第２高周波ＬＦの基本周波数に合わせる設計を行うと、上記のように空芯コイルの大型化を招くだけでなく、共振周波数の間隔が非常に狭くて傾斜（変化率）の急峻な周波数−インピーダンス特性になる。このため、フィルタ設計にわずかな誤差やばらつきがあると、遮断対象の基本周波数が並列共振周波数よりも隣の直列共振周波数に寄って、著しく低いインピーダンスとなり、フィルタ機能が効かなくなることがある。このため、フィルタの設計・製作・調整が難しく、プラズマ処理装置レベルでの機差も生じやすい。
本発明は、上記のような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、処理容器内の高周波電極その他の電気的部材から給電ラインや信号線等の線路上に入ってくる有害な複数の周波数の高周波ノイズに対して、効率的かつ安定確実に十分高いインピーダンスを与えて、プラズマプロセスの再現性・信頼性を向上させるプラズマ処理装置およびフィルタユニットを提供する。
本発明の第１の観点におけるプラズマ処理装置は、プラズマ処理が行われる処理容器内の所定の電気的部材に線路を介して電気的に接続される電力系または信号系の外部回路を有し、前記電気的部材から前記外部回路に向かって前記線路に入ってくる周波数の異なる複数の高周波のノイズを前記線路上に設けたフィルタによって減衰させ、または阻止するプラズマ処理装置であって、前記フィルタが、前記複数の高周波のノイズの中で、周波数の最も低い高周波を除く１つまたは複数の高周波のノイズを遮断するために、前記電気的部材側から見て初段に設けられる空芯ソレノイドコイルと、前記空芯ソレノイドコイルの巻線間に周回方向の複数箇所で局所的に入っている絶縁性の櫛歯と、前記周波数の最も低い高周波のノイズを遮断するために、前記空芯ソレノイドコイルと直列に接続されるコア入りコイルと、少なくとも前記空芯ソレノイドコイルを収容または包囲し、前記空芯ソレノイドコイルと組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する筒状の導体とを有する、
また、本発明の第１の観点におけるフィルタユニットは、プラズマ処理が行われる処理容器内の電気的部材が前記処理容器の外に配置される外部回路に線路を介して電気的に接続されているプラズマ処理装置において、前記電気的部材から前記外部回路に向かって前記線路に入ってくる周波数の異なる複数の高周波のノイズを減衰させ、または阻止するために前記線路の途中に設けられるフィルタユニットであって、前記複数の高周波のノイズの中で、周波数の最も低い高周波を除く１つまたは複数の高周波のノイズを遮断するために、前記電気的部材側から見て初段に設けられる空芯ソレノイドコイルと、前記空芯ソレノイドコイルの巻線間に周回方向の複数箇所で局所的に入っている絶縁性の櫛歯と、前記周波数の最も低い高周波のノイズを遮断するために、前記空芯ソレノイドコイルと直列に接続されるコア入りコイルと、少なくとも前記空芯ソレノイドコイルを収容または包囲し、前記空芯ソレノイドコイルと組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する筒状の導体とを有する。
上記第１の観点においては、プラズマ処理中に処理容器内の上記電気的部材から処理容器の外の上記外部回路に向かって線路上に入ってくる複数の高周波のノイズに対して、フィルタの初段の空芯ソレノイドコイルが周波数の高い方の高周波ノイズを遮断し、次段のトロイダルコイルが空芯コイルを通過した周波数の最も低い高周波ノイズを遮断する。このように、周波数の高い方の高周波のノイズに対するフィルタ遮断機能および周波数の低い方の高周波のノイズに対するフィルタ遮断機能を、空芯ソレノイドコイルおよびトロイダルコイルにそれぞれ役割分担させる。
また、上記第１の観点においては、空芯ソレノイドコイルが、その巻線ピッチを櫛歯ピッチによって正確に設定値に揃えているので、再現性が高くて個体差の少ない周波数−インピーダンス特性またはフィルタ特性を得ることができる。さらには、空芯ソレノイドコイルの巻線間には櫛歯を除く部分にエアギャップが形成されているので、コイルで発生する熱がエアギャップを介して速やかに放出される。したがって、空芯ソレノイドコイルを効率よく冷却することができる。
本発明の第２の観点におけるプラズマ処理装置は、プラズマ処理が行われる処理容器内の所定の電気的部材に線路を介して電気的に接続される電力系または信号系の外部回路を有し、前記電気的部材から前記外部回路に向かって前記線路に入ってくる周波数の異なる複数の高周波のノイズを前記線路上に設けたフィルタによって減衰させ、または阻止するプラズマ処理装置であって、前記フィルタが、前記複数の高周波のノイズの中で、周波数の最も低い高周波を除く１つまたは複数の高周波のノイズを遮断するために、前記電気的部材側から見て初段に設けられる空芯ソレノイドコイルと、前記空芯ソレノイドコイルの第１の区間で巻線間に周回方向の複数箇所で局所的に入っている絶縁性の櫛歯と、前記空芯ソレノイドコイルの第２の区間で巻線間を周回方向の全域で塞ぐコイルチューブと、前記周波数の最も低い高周波のノイズを遮断するために、前記空芯ソレノイドコイルと直列に接続されるコア入りコイルと、少なくとも前記空芯ソレノイドコイルを収容または包囲し、前記空芯ソレノイドコイルと組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する筒状の導体とを有する。
また、本発明の第２の観点におけるフィルタユニットは、プラズマ処理が行われる処理容器内の第１の電極に設けられている発熱体が前記処理容器の外に配置されるヒータ電源に給電ラインを介して電気的に接続されているプラズマ処理装置において、前記発熱体から前記ヒータ電源に向かって前記給電ラインに入ってくる周波数の異なる複数の高周波のノイズを減衰させ、または阻止するために前記給電ラインの途中に設けられるフィルタユニットであって、前記複数の高周波のノイズの中で、周波数の最も低い高周波を除く１つまたは複数の高周波のノイズを遮断するために、前記電気的部材側から見て初段に設けられる空芯ソレノイドコイルと、前記空芯ソレノイドコイルの第１の区間で巻線間に周回方向の複数箇所で局所的に入っている絶縁性の櫛歯と、前記空芯ソレノイドコイルの第２の区間で巻線間を周回方向の全域で塞ぐコイルチューブと、前記周波数の最も低い高周波のノイズを遮断するために、前記空芯ソレノイドコイルと直列に接続されるコア入りコイルと、少なくとも前記空芯ソレノイドコイルを収容または包囲し、前記空芯ソレノイドコイルと組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する筒状の導体とを有する。
上記第２の観点においては、プラズマ処理中に処理容器内の上記電気的部材から処理容器の外の上記外部回路に向かって線路上に入ってくる複数の高周波のノイズに対して、フィルタの初段の空芯ソレノイドコイルが周波数の高い方の高周波ノイズを遮断し、次段のトロイダルコイルが空芯ソレノイドコイルを通過した周波数の最も低い高周波ノイズを遮断する。このように、周波数の高い方の高周波のノイズに対するフィルタ遮断機能および周波数の低い方の高周波のノイズに対するフィルタ遮断機能を、空芯ソレノイドコイルおよびトロイダルコイルにそれぞれ役割分担させる。
また、上記第２の観点においては、空芯ソレノイドコイルの第１の区間では巻線間に周回方向の複数箇所で絶縁性の第１の櫛歯が入り、第２の区間では巻線間を周回方向の全域で第２のコイルチューブが塞ぐ構成が採られることにより、空芯ソレノイドコイルと筒状導体との間に形成される分布定数線路または同軸線路の距離間隔を一定に保ちながら、特性インピーダンスを区間単位で変化させて、並列多重共振における共振周波数の一部または全部をシフトさせることができる。
本発明の第３の観点におけるプラズマ処理装置は、プラズマ処理が行われる処理容器内の所定の電気的部材に線路を介して電気的に接続される電力系または信号系の外部回路を有し、前記電気的部材から前記外部回路に向かって前記線路に入ってくる周波数の異なる複数の高周波のノイズを前記線路上に設けたフィルタによって減衰させ、または阻止するプラズマ処理装置であって、前記フィルタが、前記複数の高周波のノイズの中で、周波数の最も低い高周波を除く１つまたは複数の高周波のノイズを遮断するために、前記電気的部材側から見て初段に設けられる空芯ソレノイドコイルと、前記空芯ソレノイドコイルの第２の区間で巻線間を周回方向の全域で塞ぐ第１の比誘電率を有する第１のコイルチューブと、前記空芯ソレノイドコイルの第２の区間で巻線間を周回方向の全域で塞ぐ第２の比誘電率を有する第２のコイルチューブと、前記周波数の最も低い高周波のノイズを遮断するために、前記空芯ソレノイドコイルと直列に接続されるコア入りコイルと、少なくとも前記空芯ソレノイドコイルを収容または包囲し、前記空芯ソレノイドコイルと組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する筒状の導体とを有する。
本発明の第３の観点におけるフィルタユニットは、プラズマ処理が行われる処理容器内の電気的部材が前記処理容器の外に配置される外部回路に線路を介して電気的に接続されているプラズマ処理装置において、前記電気的部材から前記外部回路に向かって前記線路に入ってくる周波数の異なる複数の高周波のノイズを減衰させ、または阻止するために前記線路の途中に設けられるフィルタユニットであって、前記複数の高周波のノイズの中で、周波数の最も低い高周波を除く１つまたは複数の高周波のノイズを遮断するために、前記電気的部材側から見て初段に設けられる空芯ソレノイドコイルと、前記空芯ソレノイドコイルの第２の区間で巻線間を周回方向の全域で塞ぐ第１の比誘電率を有する第１のコイルチューブと、前記空芯ソレノイドコイルの第２の区間で巻線間を周回方向の全域で塞ぐ第２の比誘電率を有する第２のコイルチューブと、前記周波数の最も低い高周波のノイズを遮断するために、前記空芯ソレノイドコイルと直列に接続されるコア入りコイルと、少なくとも前記空芯ソレノイドコイルを収容または包囲し、前記空芯ソレノイドコイルと組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する筒状の導体とを有する。
上記第３の観点においては、プラズマ処理中に処理容器内の上記電気的部材から処理容器の外の上記外部回路に向かって線路上に入ってくる複数の高周波のノイズに対して、フィルタの初段の空芯ソレノイドコイルが周波数の高い方の高周波ノイズを遮断し、次段のトロイダルコイルが空芯ソレノイドコイルを通過した周波数の最も低い高周波ノイズを遮断する。このように、周波数の高い方の高周波のノイズに対するフィルタ遮断機能および周波数の低い方の高周波のノイズに対するフィルタ遮断機能を、空芯ソレノイドコイルおよびトロイダルコイルにそれぞれ役割分担させる。
さらに、上記第３の観点においては、空芯ソレノイドコイルの第１の区間では第１の比誘電率を有する第１のコイルチューブが巻線間を周回方向の全域で塞ぐ一方で、第２の区間では第２の比誘電率を有する第２のコイルチューブが巻線間を周回方向の全域で塞ぐ構成が採られることにより、空芯ソレノイドコイルと筒状導体との間に形成される分布定数線路または同軸線路の距離間隔を一定に保ちながら、特性インピーダンスを区間単位で変化させて、並列多重共振における共振周波数の一部または全部をシフトさせることができる。
本発明のプラズマ処理装置またはフィルタユニットによれば、上記のような構成および作用により、処理容器内の高周波電極その他の電気的部材から給電ラインや信号線等の線路上に入ってくる有害な複数の周波数の高周波ノイズに対して、効率的かつ安定確実に十分高いインピーダンスを与えて、プラズマプロセスの再現性・信頼性を向上させることができる。
本発明の第１の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。 上記プラズマ処理装置のサセプタ（下部電極）に設けられる発熱体の構成を示す略平面図である。 上記サセプタ内の発熱体に電力を供給するためのヒータ給電部の回路構成を示す図である。 第１の実施例におけるフィルタユニットの全体構造を示す縦断面図である。 上記フィルタユニットの要部の構造を示す横断面図である。 上記フィルタユニットにおける要部の構成を示す部分拡大斜視図である。 上記フィルタユニットにおける空芯ソレノイドコイル回りのサブアッセンブリの具体的構成例を示す斜視図である。 上記サブアッセンブリの要部を示す部分拡大斜視図である。 上記サブアッセンブリの具体的構成の一変形例を示す斜視図である。 上記フィルタユニットに設けられるトロイダルコイルの構造を示す平面図である。 上記トロイダルコイルのトロイダルコアの外観構成を示す斜視図である。 上記フィルタユニットにおける空芯ソレノイドコイルの標準的な巻線ピッチ分布を模式的に示す図である。 空芯ソレノイドコイルが図１０の巻線ピッチ分布を有する場合の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。 上記トロイダルコイル回りの等価回路を示す回路図である。 上記トロイダルコイル回りの等価回路の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。 上記空芯ソレノイドコイルの巻線ピッチおよび櫛歯に関する別の実施例の構成を示す斜視図である。 図１４の実施例における巻線ピッチに関する空芯ソレノイドコイルの分割パターンを模式的に示す図である。 空芯ソレノイドコイルが巻線ピッチに関して図１５の分割パターンを有する場合の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。 一変形例におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。 別の実施例におけるフィルタユニット内の物理的な構造を示す縦断面図である。 図１８の実施例における空芯ソレノイドコイルの要部（コイル巻線間構造）を示す部分拡大斜視図である。 図１８の実施例における巻線ピッチに関する空芯ソレノイドコイルの分割パターンを模式的に示す図である。 空芯ソレノイドコイルが巻線ピッチに関して図２０の分割パターンを有する場合の周波数−インピーダンス特性の一例を示す図である。 別の実施例における要部（コイル巻線間構造）を示す部分拡大斜視図である。 トロイダルコアの一変形例を示す図である。
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。

［プラズマ処理装置全体の構成］
図１に、本発明の第１の実施形態における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、下部２周波印加方式の容量結合型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チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は接地されている。
チャンバ１０内には、被処理基板としてたとえば半導体ウエハＷを載置する円板形状のサセプタ１２が下部電極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たとえばセラミック製の絶縁性筒状支持部１４により非接地で支持されている。この絶縁性筒状支持部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の底に排気口２０が設けられている。この排気口２０には排気管２２を介して排気装置２４が接続されている。排気装置２４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の側壁には、半導体ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ２６が取り付けられている。
サセプタ１２には、第１および第２の高周波電源２８，３０がマッチングユニット３２および給電棒３４を介して電気的に接続されている。ここで、第１の高周波電源２８は、主としてプラズマの生成に寄与する一定周波数（通常２７ＭＨｚ以上）の第１高周波ＨＦを出力する。一方、第２の高周波電源３０は、主としてサセプタ１２上の半導体ウエハＷに対するイオンの引き込みに寄与する一定周波数（通常１３ＭＨｚ以下）の第２高周波ＬＦを出力する。マッチングユニット３２には、第１および第２の高周波電源２８，３０とプラズマ負荷との間でインピーダンスの整合をとるための第１および第２の整合器（図示せず）が収容されている。
給電棒３４は、所定の外径を有する円筒形または円柱形の導体からなり、その上端がサセプタ１２の下面中心部に接続され、その下端がマッチングユニット３２内の上記第１および第２整合器の高周波出力端子に接続されている。また、チャンバ１０の底面とマッチングユニット３２との間には、給電棒３４の周りを囲む円筒形の導体カバー３５が設けられている。より詳細には、チャンバ１０の底面（下面）に給電棒３４の外径よりも一回り大きな所定の口径を有する円形の開口部が形成され、導体カバー３５の上端部がこのチャンバ開口部に接続されるとともに、導体カバー３５の下端部が上記整合器の接地（帰線）端子に接続されている。
サセプタ１２は半導体ウエハＷよりも一回り大きな直径または口径を有している。サセプタ１２の上面は、ウエハＷと略同形状（円形）かつ略同サイズの中心領域つまりウエハ載置部と、このウエハ載置部の外側に延在する環状の周辺部とに区画されている。ウエハ載置部の上に、処理対象の半導体ウエハＷが載置される。環状周辺部の上には、半導体ウエハＷの口径よりも大きな内径を有するリング状の板材いわゆるフォーカスリング３６が取り付けられる。このフォーカスリング３６は、半導体ウエハＷの被エッチング材に応じて、たとえばＳi，ＳiＣ，Ｃ，ＳiＯ2の中のいずれかの材質で構成されている。
サセプタ１２上面のウエハ載置部には、ウエハ吸着用の静電チャック３８および発熱体４０が設けられている。静電チャック３８は、サセプタ１２の上面に一体形成または一体固着された膜状または板状の誘電体４２の中にＤＣ電極４４を封入しており、ＤＣ電極４４にはチャンバ１０の外に配置される外付けの直流電源４５がスイッチ４６、高抵抗値の抵抗４８およびＤＣ高圧線５０を介して電気的に接続されている。直流電源４５からの高圧の直流電圧がＤＣ電極４４に印加されることにより、クーロン力で半導体ウエハＷを静電チャック３８上に吸着保持できるようになっている。なお、ＤＣ高圧線５０は、被覆線であり、円筒体の下部給電棒３４の中を通り、サセプタ１２を下から貫通して静電チャック３８のＤＣ電極４４に接続されている。
発熱体４０は、静電チャック３８のＤＣ電極４４と一緒に誘電体４２の中に封入された例えばスパイラル状の抵抗発熱線からなり、この実施形態では図２に示すようにサセプタ１２の半径方向において内側の発熱線４０(IN）と外側の発熱線４０(OUT)とに２分割されている。このうち、内側発熱線４０(IN）は、絶縁被覆された給電導体５２(IN)、フィルタユニット５４(IN)および電気ケーブル５６(IN)を介して、チャンバ１０の外に配置される専用のヒータ電源５８(IN)に電気的に接続されている。外側発熱線４０(OUT)は、絶縁被覆された給電導体５２(OUT)、フィルタユニット５４(OUT)および電気ケーブル５６(OUT)を介して、やはりチャンバ１０の外に配置される専用のヒータ電源５８(OUT)に電気的に接続されている。この中で、フィルタユニット５４(IN)，５４(OUT)はこの実施形態における主要な特徴部分であり、その内部の構成および作用については後に詳細に説明する。
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通路６０が設けられている。この冷媒室６０には、チラーユニット（図示せず）より冷媒供給管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。冷媒の温度によってサセプタ１２の温度を下げる方向に制御できる。そして、サセプタ１２に半導体ウエハＷを熱的に結合させるために、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、ガス供給管およびサセプタ１２内部のガス通路６２を介して静電チャック３８と半導体ウエハＷとの接触界面に供給されるようになっている。
チャンバ１０の天井には、サセプタ１２と平行に向かい合って上部電極を兼ねるシャワーヘッド６４が設けられている。このシャワーヘッド６４は、サセプタ１２と向かい合う電極板６６と、この電極板６６をその背後（上）から着脱可能に支持する電極支持体６８とを有し、電極支持体６８の内部にガス室７０を設け、このガス室７０からサセプタ１２側に貫通する多数のガス吐出孔７２を電極支持体６８および電極板６６に形成している。電極板６６とサセプタ１２との間の空間ＳＰがプラズマ生成空間ないし処理空間となる。ガス室７０の上部に設けられるガス導入口７０ａには、処理ガス供給部７４からのガス供給管７６が接続されている。電極板６６はたとえばＳi、ＳiＣあるいはＣからなり、電極支持体６８はたとえばアルマイト処理されたアルミニウムからなる。
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２４、高周波電源２８，３０、直流電源４５のスイッチ４６、ヒータ電源５８(IN)，５８(OUT)、チラーユニット（図示せず）、伝熱ガス供給部（図示せず）および処理ガス供給部７４等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）は、マイクロコンピュータを含む制御部７５によって制御される。
このプラズマエッチング装置における枚葉ドライエッチングの基本的な動作は次のようにして行われる。先ず、ゲートバルブ２６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３８の上に載置する。そして、処理ガス供給部７４よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量でチャンバ１０内に導入し、排気装置２４によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、第１および第２の高周波電源２８、３０をオンにして第１高周波ＨＦおよび第２高周波ＬＦをそれぞれ所定のパワーで出力させ、これらの高周波ＨＦ，ＬＦをマッチングユニット３２および給電棒３４を介してサセプタ（下部電極）１２に印加する。また、伝熱ガス供給部より静電チャック３８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、静電チャック用のスイッチ４６をオンにして、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。一方で、ヒータ電源５８(IN)，５８(OUT)をオンにして、内側発熱線４０(IN)および外側発熱線４０(OUT)を各々独立したジュール熱で発熱させ、サセプタ１２上面の温度ないし温度分布を設定値に制御する。シャワーヘッド６４より吐出されたエッチングガスは両電極１２，６４間で高周波の放電によってプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷ表面の被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。
このプラズマエッチング装置は、陰極結合型であり、プラズマの生成に適した比較的高い基本周波数（通常２７ＭＨｚ以上）を有する第１高周波ＨＦをサセプタ１２に印加することにより、プラズマを好ましい解離状態で高密度化し、より低圧の条件下でも高密度プラズマを形成することができる。それと同時に、イオンの引き込みに適した比較的低い基本周波数（通常１３ＭＨｚ以下）を有する第２高周波ＬＦをサセプタ１２に印加することにより、サセプタ１２上の半導体ウエハＷに対して選択性の高い異方性のエッチングを施すことができる。
特に、この実施形態では、後述するように、第１高周波ＨＦには高密度プラズマの生成により適した高い周波数領域（通常４０ＭＨｚ以上）を、第２高周波ＬＦにはイオンエネルギーの制御により適した低い周波数領域（通常３．２ＭＨｚ以下）を、それぞれ支障なく使えるようになっている。
また、この容量結合型プラズマエッチング装置においては、サセプタ１２にチラーの冷却とヒータの加熱を同時に与え、しかもヒータの加熱を半径方向の中心部とエッジ部とで独立に制御するので、高速の温度切換または昇降温が可能であるとともに、温度分布のプロファイルを任意または多様に制御することも可能である。
また、この容量結合型プラズマエッチング装置においては、プラズマエッチングの最中に、高周波電源２８，３０よりサセプタ１２に印加された第１および第２高周波ＨＦ，ＬＦの一部が、サセプタ１２に組み込まれている内側発熱線４０(IN)および外側発熱線４０(OUT)を介して給電導体５２(IN)，５２(OUT) に高周波ノイズとして入り込んでくる。これら２周波の高周波ノイズのどちらかでもヒータ電源５８(IN)，５８(OUT)に突入すれば、ヒータ電源５８(IN)，５８(OUT)の動作ないし性能が害されるおそれがある。
この点に関しては、上記のように、ヒータ電源５８(IN)，５８(OUT)と内側発熱線４０(IN)および外側発熱線４０(OUT)とを電気的に結ぶヒータ給電ライン上にフィルタユニット５４(IN)，５４(OUT)が設けられている。これらのフィルタユニット５４(IN)，５４(OUT)は、以下に詳しく述べるように、内側発熱線４０(IN)および外側発熱線４０(OUT)からヒータ給電ライン上に入ってくる第１および第２高周波ＨＦ，ＬＦのノイズのいずれに対しても、インピーダンスの十分に高いフィルタ遮断機能を低消費電力で効率的にかつ安定確実に発揮する。これにより、この実施形態のプラズマエッチング装置は、ヒータ方式のウエハ温度制御機能を改善するとともに、チャンバ１０からサセプタ１２内部の発熱体４０を介してヒータ給電ライン上に第１および第２高周波ＨＦ，ＬＦのパワーが漏れるのを効果的に防止または低減し、プラズマプロセスの再現性・信頼性を向上させている。

［フィルタユニット内の回路構成］
次に、このプラズマ処理装置における主要な特徴部分であるフィルタユニット５４(IN)，５４(OUT)内の回路構成を説明する。両フィルタユニット５４(IN)，５４(OUT)の構成および作用は同じであるため、一方のフィルタユニット５４(IN)だけについて説明する。
図３に、サセプタ１２に設けられるウエハ温度制御用の発熱体４０に電力を供給するためのヒータ給電部の回路構成を示す。この実施形態では、発熱体４０の内側発熱線４０(IN)および外側発熱線４０(OUT)のそれぞれに対して実質的に同一の回路構成を有する個別のヒータ給電部を接続し、内側発熱線４０(IN)および外側発熱線４０(OUT)の発熱量または発熱温度を独立に制御するようにしている。以下の説明では、内側発熱線４０(IN)に対するヒータ給電部の構成および作用について述べる。外側発熱線４０(OUT)に対するヒータ給電部の構成および作用も全く同じである。
ヒータ電源５８(IN)は、たとえばＳＳＲを用いてたとえば商用周波数のスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）動作を行う交流出力型の電源であり、内側発熱線４０(IN)と閉ループの回路で接続されている。より詳しくは、ヒータ電源５８(IN)の一対の出力端子のうち、第１の出力端子は第１の給電ライン（電源線）８０Ａを介して内側発熱線４０(IN)の第１の端子ｈAに電気的に接続され、第２の出力端子は第２の給電ライン（電源線）８０Ｂを介して内側発熱線４０(IN)の第２の端子ｈBに電気的に接続されている。
フィルタユニット５４(IN)は、接地された円筒状の導体からなる筺体８２の中に、第１および第２の給電ライン８０Ａ，８０Ｂ上に入ってきた高周波ノイズを遮断するための第１および第２のフィルタ８４Ａ，８４Ｂを収容している。両フィルタ８４Ａ，８４Ｂの回路構成は実質的に同じであり、両フィルタ間で各対応するリアクタンス素子の特性値も実質的に同じである。
より詳しくは、各々のフィルタ８４Ａ，８４Ｂは、給電ライン８０Ａ，８０Ｂ上で、発熱体４０側から見て初段のコイルＡＬ1，ＢＬ1および次段のコイルＡＬ2，ＢＬ2の順にそれらを直列に接続するとともに、初段のコイルＡＬ1，ＢＬ1と次段のコイルＡＬ2，ＢＬ2との間の接続点ＮA，ＮBと筺体８２との間に第１のコンデンサＡＣ1，ＢＣ1を電気的に接続し、次段のコイルＡＬ2，ＢＬ2のヒータ電源５８(IN)側の端子と筺体８２との間に第２のコンデンサＡＣ2，ＢＣ2を電気的に接続している。
かかる構成のヒータ給電部において、ヒータ電源５８(IN)より出力される電流は、正極性のサイクルでは、第１の給電ライン８０Ａつまり電気ケーブル５６(IN)、次段のコイルＡＬ2、初段のコイルＡＬ1および給電導体５２(IN)を通って一方の端子ｈAから内側発熱線４０(IN)に入り、内側発熱線４０(IN)の各部でジュール熱を発生させ、他方の端子ｈBから出た後は、第２の給電ライン８０Ｂつまり給電導体５２(IN)、初段のコイルＢＬ1、次段のコイルＢＬ2および電気ケーブル５６(IN)を通って帰還する。負極性のサイクルでは、同じ回路を上記と逆方向に電流が流れる。このヒータ交流出力の電流は通常５０Ｈｚ〜数１００Ｈｚであるため、各コイルＡＬ1，ＢＬ1，ＡＬ2，ＢＬ2における電圧降下は無視できるほど小さく、各コンデンサＡＣ1，ＢＣ1，ＡＣ2，ＢＣ2を通ってアースへ抜ける漏れ電流も無視できるほど少ない。この実施形態では、後述するように、初段のコイルＡＬ1，ＢＬ1が円筒状の空芯ソレノイドコイルつまり空芯ソレノイドコイルからなり、次段のコイルＡＬ2，ＢＬ2がトロイダルコイルからなる。

［フィルタユニット内の物理的構造］
図４に、この実施形態におけるフィルタユニット５４(IN)内の物理的な構造を示す。図５Ａ〜図９に、フィルタユニット５４(IN)内の要部の構成を示す。
図４に示すように、フィルタユニット５４(IN)は、たとえばアルミニウムからなる接地された円筒状の導体または筺体８２の中に、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1、第１のコンデンサＡＣ1，ＢＣ1、トロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2および第２のコンデンサＡＣ2，ＢＣ2を上から下にこの順序で配置している。
空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1は、ヒータ電源５８(IN)から内側発熱線４０(IN)に十分大きな（たとえば３０Ａ程度の）電流を流す給電線の機能に加えて、発熱（パワーロス）を防ぐ観点からフェライト等の磁芯を持たずに空芯で非常に大きなインダクタンスを得るために、さらには大きな線路長を得るために、一般のソレノイドコイルよりも太いコイル導体と大きなコイルサイズを有している。
もっとも、この実施形態では、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の遮断対象である高周波ノイズの周波数が高い周波数領域（４０ＭＨｚ以上）に設定されるので、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1のサイズはそれほど大きくなく、たとえば直径Ｄを２５ｍｍ以下、長さＳを１５０ｍｍ以下で済ますことができる。
筺体８２の中で、両空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1は、絶縁体たとえば樹脂からなるコイル支持軸（図示せず）を介して筺体８２と同軸に配置されている。両空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1のコイル導体は、コイルスリーブで覆われていない実質的に裸線の状態で、複数段階に可変の巻線ピッチｐで重なり合って並進しながら螺旋状に巻かれており、同一のコイル長さＳを有している。
両空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の周囲には、それらの外周面に隣接して、コイル軸方向と平行に延びる棒状の櫛歯部材８６が周回方向に一定の間隔を置いて複数本たとえば４本設けられている。各々の櫛歯部材８６は、絶縁体たとえばＰＥＥＫまたはＰＣＴＦＥのような硬度、加工性および耐熱性にすぐれた樹脂からなり、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1から独立してフィルタユニット５４(IN)内で固定されている。
図５Ａ，図５Ｂに示すように、各々の櫛歯部材８６の内側面には、両ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線間に食い込む（つまり入っている）櫛歯Ｍが形成されている。別な見方をすれば、両空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1のコイル導体が、相隣接する２つの櫛歯Ｍ，Ｍの間のスリットに嵌まっている。こうして、両空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線ピッチｐは、櫛歯Ｍのピッチｍによって規定される。この実施形態では、両空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1が互いに並進しながら螺旋状に巻かれているので、各々の空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線ピッチｐは櫛歯Ｍのピッチｍの２倍である。つまり、ｐ＝２ｍの関係がある。この実施例では、両空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線ピッチｐは、コイルの端から端まで一定（ＰS）である。
筺体８２の上端の開口部には、環状の蓋体８８と樹脂製の上部コネクタ９０が取り付けられる。上部コネクタ９０に、上記の図示しないコイル支持軸および櫛歯部材６６の上端が固定される。そして、上部コネクタ９０の内部または周囲で両空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の上端がフィルタ端子ＴA，ＴBにそれぞれ電気的に接続される。
図６Ａおよび図６Ｂに、この実施例における空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1回りの具体例なサブアッセンブリの構成を示す。図示のように、複数本（４本）の棒状櫛歯部材８６が、軸方向の複数箇所（両端および中間の３箇所）でそれらを囲繞するリング状のたとえば樹脂からなる支持体９２にボルト９４で結合されている。そして、各々の櫛歯部材８６が、その内側面に形成されている櫛歯Ｍを両空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線間に食い込ませている（入れている）。これによって、両空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線ピッチｐが櫛歯Ｍのピッチｍにｐ＝２ｍの関係で対応するととともに、コイル巻線間には櫛歯Ｍを除く部分に櫛歯Ｍの厚みに相当するエアギャップＧが形成される（図６Ｂ、図５Ｂ）。
両空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の内側には、たとえば断面十字形のコイル支持軸９６が挿入されている。このコイル支持軸９６は、コイル半径方向ではコイルＡＬ1，ＢＬ1の内周面に当たるように放射状に延び、コイル軸方向ではコイルＡＬ1，ＢＬ1と平行に延びる複数枚の絶縁体たとえば樹脂からなる板状部材９８によって構成されている。なお、図６Ａおよび図６Ｂにおいて、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1 の一方の端でコイル支持軸９６および櫛歯部材８６等を保持しているブロック１００は、このサブアッセンブリを組み立てる際に用いられる治具である。
図７に、一変形例における空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1回りの具体的なサブアッセンブリ構造を示す。この変形例は、上記コイル支持軸９６を構成している板状部材９８の外側端面に櫛歯Ｍを形成しており、板状部材９８の櫛歯Ｍが両空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線間にコイル半径方向の内側から食い込んで、やはりｐ＝２ｍの関係で巻線ピッチｐを規定している。この場合は、コイル支持軸９６を構成する板状部材９８が櫛歯部材を兼ねるので、上記のような棒状の櫛歯部材８６を空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の周囲に設ける必要がなくなる。
もっとも、別の変形例として、図７のように空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の内側に配置される板状部材９８の外側端面に所定のピッチｍで櫛歯Ｍを形成するとともに、図６Ａのように内側面に同一のピッチｍで櫛歯Ｍが形成されている棒状の櫛歯部材８６を空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の周囲に配置することにより、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線間に周回方向の異なる位置でコイル半径方向の内側および外側双方から櫛歯Ｍを食い込ませる（入れる）構成も可能である。また、更に別の変形例として、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の内側に棒状の櫛歯部材８６を複数本配置し、各々の櫛歯部材８６の外側面に形成されている櫛歯ＭをコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線間に食い込ませる（入れる）構成も可能である。
再び図４において、第１のコンデンサＡＣ1，ＢＣ1は、市販品の２端子型コンデンサであり、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1とトロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2との間のスペースに横向きで対に配置されている。第１のフィルタ８４Ａ側の第１のコンデンサＡＣ1は、一方の端子が接続導体１０２Ａを介して空芯ソレノイドコイルＡＬ1の下部端子に接続され、他方の端子が接続導体１０４Ａを介して筺体８２の側壁に接続されている。第２のフィルタ８４Ｂ側の第１のコンデンサＢＣ1は、一方の端子が接続導体１０２Ｂを介して空芯ソレノイドコイルＢＬ1の下部端子に接続され、他方の端子が接続導体１０４Ｂを介して筺体８２の側壁に接続されている。
トロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2は、図４および図８に示すように、好ましくは空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1と同軸に配置される共通のトロイダルコア１０６にそれぞれのコイル導体を約半周ずつ螺旋状に巻き付けている。ここで、両トロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2のコイル導体は、両コイルに高周波の電流ＩA，ＩBが同じ位相で流れた時にトロイダルコア１０６内に発生するそれぞれの磁束ΦA，ΦBが周回方向で同じ向きになる（足し合わさる）ように、逆向きに巻かれている。トロイダルコア１０６は、比透磁率の高いコア材たとえばNi-Zn系フェライトからなり、円環の閉磁路を形成している。
第１のフィルタ８４Ａ側のトロイダルコイルＡＬ2は、一方の端子（上部端子）が接続導体１０２Ａを介して空芯ソレノイドコイルＡＬ1の下部端子に接続され、他方の端子（下部端子）が接続導体１０８Ａを介して第２のコンデンサＡＣ2の一方の端子に接続されている。第２のフィルタ８４Ｂ側のトロイダルコイルＢＬ2は、一方の端子（上部端子）が接続導体１０２Ｂを介して空芯ソレノイドコイルＢＬ1の下部端子に接続され、他方の端子（下部端子）が接続導体１０８Ｂを介して第２のコンデンサＢＣ2の一方の端子に接続されている。
この実施形態では、トロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2と筺体８２との間でコイル巻線１ターン当たりの浮遊容量を大きくするために、トロイダルコア１０６の厚さｔを通常の倍以上（特に好ましくは４倍以上）に大きくしている。このために、図９に示すように、市販品の単体のトロイダルコアＴＣを軸方向（縦方向）に複数（たとえば４個）重ねている。
一般的に、単体のトロイダルコアＴＣにおいては、内半径をａ、外半径をｂ、厚さ（高さ）をｃとすると、コア胴部の横幅（ｂ−ａ）と厚さｃは大体等しく、ｃ≒（ｂ−ａ）の関係が成立する。したがって、単体のトロイダルコアＴＣを２段重ねにした場合のトロイダルコア８６の厚さ（高さ）ｔはｔ＝２ｃであり、ｔ≒２（ｂ−ａ）の関係が成立する。また、図示の構成例のように単体のトロイダルコアＴＣを４段重ねにした場合のトロイダルコア１０６の厚さ（高さ）ｔはｔ＝４ｃであり、ｔ≒４（ｂ−ａ）の関係が成立する。この実施形態では、ｔ≧２（ｂ−ａ）の関係が成立するように、特に好ましくはｔ≧４（ｂ−ａ）の関係が成立するように、トロイダルコア１０６の厚さｔを常識外れに大きくする構成が採られる。
なお、通常のトロイダルコアは、高周波の周波数帯域では常に集中定数素子として機能する。この実施形態におけるトロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2も、高周波の周波数帯域において、特に第１高周波ＨＦおよび第２高周波ＬＦのそれぞれの基本周波数に対して集中定数素子として機能する。
また、コイルの中にコアが入ると、コア材で高周波電力の損失つまり鉄損が生じる。コア材における鉄損、特にヒステリシス損やうず電流損は、周波数が高くなるほど増える。この実施形態のフィルタユニット５４(IN)においては、周波数の高い第１高周波ＨＦのノイズが、初段の空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1により遮断されるので、次段のトロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2には入ってこない。このため、トロイダルコア１０６の鉄損は少ない。このようにトロイダルコア１０６による損失が少ないので、トロイダルコア１０６に比透磁率の高いコア材（たとえばフェライト）を使用し、トロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2の小型化を図ることができる。
第２のコンデンサＡＣ2，ＢＣ2は、市販品の２端子型コンデンサであり、図４に示すように、トロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2と筺体８２の底板１１０との間のスペースに横向きで対に配置されている。第１のフィルタ８４Ａ側の第２のコンデンサＡＣ2は、一方の端子が接続導体１０７Ａを介してトロイダルコイルＡＬ2の下部端子および電気ケーブル５６(IN) の一方に接続され、他方の端子が接続導体１０９Ａを介して筺体８２の側壁に接続されている。第２のフィルタ８４Ｂ側の第２のコンデンサＢＣ2は、一方の端子が接続導体１０７Ｂを介してトロイダルコイルＢＬ2の下部端子および電気ケーブル５６(IN) の他方に接続され、他方の端子が接続導体１０９Ｂを介して筺体８２の側壁に接続されている。
筺体８２の下端の開口部は、たとえば樹脂製の底板１１０で閉塞されている。なお、筺体８２の蓋体８８および底板１１０の一方または両方が導体板であってもよい。
なお、筺体８２には、中に収容される空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1およびトロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2を空冷で冷却するための多数の通気孔（図示せず）が、たとえばパンチング加工により形成されている。
上記のように、このフィルタユニット５４(IN)は、接地される円筒状導体の筺体８２の中で、最上部つまり初段に空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1を筺体８２と同軸に配置し、その下に第１のコンデンサＡＣ1，ＢＣ1を挟んで次段にトロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2を筺体８２と同軸に配置し、最下部に第２のコンデンサＡＣ2，ＢＣ2を配置している。
フィルタユニット５４(IN)内の上記レイアウトにおいて、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1は、軸方向（縦方向）に重なり合って並進しながら等しい巻線間隔で螺旋状に巻かれており、しかもコイル長さＳがそれほど大きくはなく、比較的コンパクトなアッセンブリとなっている。一方、トロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2も、共通のトロイダルコア１０６に半周ずつ巻かれており、コンパクトな二重コイルのアッセンブリとなっている。また、トロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2は、上記のように通常のトロイダルコイルに比して高さ（厚み）が倍増してはいるが、同じインダクタンスを有する棒状のソレノイドコイルを縦に配置する場合よりは小さな高さサイズで済んでいる。
そして、トロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2のトロイダルコア１０６が円環の閉磁路を形成し、しかもその上方に位置する空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1に対して同軸に配置される（したがって双方の磁束が直交して交差する）ことにより、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1とトロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2との間の電磁的な相互影響を回避できる。したがって、軸方向または縦方向において両コイル［ＡＬ1，ＢＬ1］，［ＡＬ2，ＢＬ2］間の離間距離またはスペースを可及的に小さくすることができる。
このフィルタユニット５４(IN)においては、後述するように、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1が周波数の高い方の第１高周波ＨＦのノイズに対する遮断機能を受け持つ一方、トロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2が周波数の低い方の第２高周波ＬＦのノイズに対する遮断機能を受け持つようになっている。このように、第１高周波ＨＦのノイズに対するフィルタ遮断機能および第２高周波ＬＦのノイズに対するフィルタ遮断機能を空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1およびトロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2にそれぞれ役割分担させることで、フィルタユニット５４(IN)全体の設計・製作・調整が容易になり、機差も生じ難くなる。また、フィルタユニット５４(IN)を小型化できるので、サセプタ１２ないしチャンバ１０の下に設けられる各種用力供給系のレイアウト設計が容易になる。
なお、フィルタユニット５４(IN)において、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1とトロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2とを入れ替えること、つまりトロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2を初段に配置し、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1を次段に配置するレイアウトは望ましくない。すなわち、トロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2を初段に配置すると、トロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2は発熱体４０(IN)側から高周波給電ライン８０Ａ，８０Ｂ上に入ってくる第１高周波ＨＦおよび第２高周波ＬＦのノイズのうち周波数の低い方の第２高周波ＬＦのノイズを遮断するものの、周波数の高い方の第１高周波ＨＦのノイズを通過させてしまう。また、第１のコンデンサＡＣ1，ＢＣ1のキャパシタンスは後述するように相当小さな値に選ばれるため、第２高周波ＬＦのノイズはもちろん第１高周波ＨＦのノイズもアースへ逃がさない。このため、第１高周波ＨＦのノイズがトロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2に突入して、第１高周波ＨＦの電流がトロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2を流れる。これによって、トロイダルコア１０６内に鉄損が多量に発生し、トロイダルコア１０６が発熱して高温になる。そして、トロイダルコア１０６の温度がキュリー温度以上に高くなると、透磁率が急激に低下して、第２高周波ＬＦのノイズに対する遮断機能が効かなくなる。
その点、この実施形態のように、初段に空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1を配置し、次段にトロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2を配置するレイアウトによれば、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1が周波数の高い方の第１高周波ＨＦのノイズを遮断するので、後段のトロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2には第１高周波ＨＦのノイズが突入することがない。したがって、トロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2には周波数の高い第１高周波ＨＦの電流は殆ど流れず、トロイダルコア１０６が高温に発熱することはない。

［フィルタユニットの作用］
この実施形態のフィルタユニット５４(IN)においては、フィルタ６４Ａ（６４Ｂ）の空芯ソレノイドコイルＡＬ1（ＢＬ1）と外導体の筺体８２との間に分布定数線路が形成される。
一般的に、伝送線路の特性インピーダンスＺoは、無損失の場合には単位長さあたりの静電容量Ｃ、インダクタンスＬを用いて、Ｚo＝√（Ｌ／Ｃ）で与えられる。また、波長λは、次の式（１）で与えられる。
λ＝２π／（ω√（ＬＣ） ・・・・（１）
一般的な分布定数線路（特に同軸線路）では線路の中心が棒状の円筒導体であるのに対して、このフィルタユニット５４(IN)では円筒状の空芯ソレノイドコイルを中心導体にしている点が異なる。単位長さあたりのインダクタンスＬは主にこの円筒状コイルに起因するインダクタンスが支配的になると考えられる。一方、単位長さあたりの静電容量は、コイル表面と外導体がなすコンデンサの静電容量Ｃで規定される。したがって、このフィルタユニット５４(IN)においても、単位長さあたりのインダクタンスおよび静電容量をそれぞれＬ，Ｃとしたときに、特性インピーダンスＺo＝√（Ｌ／Ｃ）で与えられる分布定数線路が形成されていると考えることができる。
このような分布定数線路を有するフィルタユニットを端子Ｔ側からみると、反対側が大きな容量（たとえば５０００ｐＦ）を有するコンデンサで疑似的に短絡されているため、一定の周波数間隔で大きなインピーダンスを繰り返すような周波数−インピーダンス特性が得られる。このようなインピーダンス特性は、波長と分布線路長が同等のときに得られる。
このフィルタユニット５４(IN)では、空芯ソレノイドコイルＡＬ1（ＢＬ1）巻線長ではなく、軸方向のコイル長さＳ（図４）が分布線路長となる。そして、中心導体に空芯ソレノイドコイルＡＬ1（ＢＬ1）を用いたことで、棒状の円筒導体の場合に比べてＬをはるかに大きくしてλを小さくすることができるため、比較的短い線路長（コイル長さＳ）でありながら波長と同等以上の実効長を実現することが可能である。これにより、図１０に示すように一定の巻線ピッチｐsを有する空芯ソレノイドコイルＡＬ1（ＢＬ1）と第１のコンデンサＡＣ1（ＢＣ1）とからなる初段のフィルタ回路において、たとえば図１１に示すように規則的な周波数間隔で大きなインピーダンスをもつことを繰り返すような周波数−インピーダンス特性を得ることができる。
この実施形態において、空芯ソレノイドコイルＡＬ1（ＢＬ1）は、専ら高い周波数領域（４０ＭＨｚ以上）の高周波ノイズを遮断対象とすればよく、そのコイルサイズを小さくしたことで低い周波数領域（３．２Ｍｚ以下）の高周波ノイズに対するインピーダンスが低くても、全く構わない。
たとえば、第１高周波ＨＦの周波数が４０ＭＨｚの場合、図１１の周波数−インピーダンス特性によれば、数１００Ω以上のインピーダンスが得られるので、空芯ソレノイドコイルＡＬ1（ＢＬ1）と第１のコンデンサＡＣ1（ＢＣ1）とからなる初段のフィルタ回路において、給電ライン８０Ａ（８０Ｂ）上に入ってきた第１高周波ＨＦのノイズを十全に遮断することができる。
図１２に、トロイダルコイルＡＬ2（ＢＬ2）および第２のコンデンサＡＣ2（ＢＣ2）の等価回路を示す。トロイダルコイルＡＬ2（ＢＬ2）は、固有の自己インダクタンスを有する正味の誘導性素子またはインダクタＬ2を提供するだけでなく、その周辺に発生するコイル線間容量Ｃ2Kと、筺体８２との間に発生するグランド浮遊容量Ｃ2Fとを併せ持つ。等価回路において、これらの容量Ｃ2K，Ｃ2Fは、インダクタＬ2に並列に接続される。
ここで、トロイダルコイルＡＬ2（ＢＬ2）におけるインダクタＬ2のインダクタンスは、次の式（１）によって表わされる。
Ｌ2＝Ｎ2×μ×ｔ×ｌｎ（ｂ／ａ）／２π ・・・・（１）
ただし、Ｎは巻数、μは透磁率、ｔは厚さ（高さ）、ａは内半径、ｂは外半径である。
この実施形態では、上記のようにトロイダルコア１０６には比透磁率の高いるコア材（たとえばフェライト）を用いる。そして、トロイダルコア１０６の厚さ（高さ）ｔを上記のように通常の２倍以上（好ましくは４倍以上）に大きくし、巻数Ｎを多めに選ぶことにより、インダクタＬ2のインダクタンスを相当高い値（たとえば１００μＨ以上）に設定することができる。
コイル線間容量Ｃ2Kのキャパシタンスは、コイルＡＬ2（ＢＬ2）の巻線間隔（ピッチ）に依存し、巻数Ｎには依存しない。一方、グランド浮遊容量Ｃ2Fのキャパシタンスは、筺体８２からの離間距離と、筺体８２と向き合うコイル表面の全面積とに依存する。したがって、トロイダルコイルＡＬ2（ＢＬ2）においては、筺体８２の直径およびトロイダルコア１０６のサイズが一定である限り、コイル巻数を多くするほど、インダクタＬ2のインダクタンスが高くなるとともに、グランド浮遊容量Ｃ2Fのキャパシタンスも大きくなる。
特に、上記のように単体のトロイダルコアＴＣを複数重ねた厚み（高さ）ｔの大きいトロイダルコア１０６は、１ターン当たりのコイル表面の面積が大きいため、グランド浮遊容量Ｃ2Fのキャパシタンスはかなり大きく、コイル線間容量Ｃ2Kの４〜５倍以上（たとえば２０ｐＦ以上）にもなる。
このように、トロイダルコイルＡＬ2（ＢＬ2）においてインダクタＬ2のインダクタンスが低く、かつグランド浮遊容量Ｃ2Fのキャパシタンスがコイル線間容量Ｃ2Kのキャパシタンスより格段に大きいことは、トロイダルコイルＡＬ2（ＢＬ2）の自己共振周波数、つまり後述する第２の並列共振回路１１２より与えられる第２の並列共振周波数ｆPLを相当低い周波数領域に設定するうえで、有利（好都合）である。
上記のような等価回路（図１２）においては、トロイダルコイルＡＬ2（ＢＬ2）のインダクタＬ2とコイル線間容量Ｃ2Kおよびグランド浮遊容量Ｃ2Fとによって、相当低い周波数領域に並列共振周波数ｆPLを有する並列共振回路１１２が形成される。ここで、この並列共振周波数ｆPLは、トロイダルコイルＡＬ2（ＢＬ2）の自己共振周波数でもあり、次の式（２）で表わされる。
ｆPL＝１／２π√Ｌ2（Ｃ2K＋Ｃ2F） ・・・・（２）
図１３に、第２高周波ＬＦの基本周波数が３．２ＭＨｚである場合に、トロイダルコイルＡＬ2（ＢＬ2）と第２のコンデンサＡＣ2（ＢＣ2）からなる次段のフィルタ回路で得られる周波数−インピーダンス特性の一例を示す。
図示の周波数−インピーダンス特性では、並列共振周波数ｆPLを第２高周波ＬＦの基本周波数（３．２ＭＨｚ）に略一致させており、これは容易に実現できる。すなわち、上記のように、トロイダルコイルＡＬ2（ＢＬ2）の巻数Ｎを変えると、コイル線間容量Ｃ2Kのキャパシタンスは変わらないが、インダクタＬ2のインダクタンスとグランド浮遊容量Ｃ2Fのキャパシタンスが巻数Ｎの変化量に応じて同じ方向に変化し、上記の式（２）により第２の並列共振周波数ｆPLが単調に変化する。また、トロイダルコア１０６を構成する単体トロイダルコアＴＣの積層数を変えると、インダクタＬ2のインダクタンスとグランド浮遊容量Ｃ2Fのキャパシタンスが同じ方向に大きなステップで変化して、上記の式（２）により並列共振周波数ｆPLがステップ的に変化する。したがって、大まかな調整を行うときはトロイダルコア１０６を構成する単体トロイダルコアＴＣの積層数を変えることによって、精細な調整を行うときはトロイダルコイルＡＬ2（ＢＬ2）の巻数Ｎを変えることによって、並列共振周波数ｆPLを第２高周波ＬＦの基本周波数（３．２ＭＨｚ）に略一致させることができる。
もっとも、並列共振周波数ｆPL付近の特性は緩やか（ブロード）なので、並列共振周波数ｆPLが第２高周波ＬＦの基本周波数（３．２ＭＨｚ）から多少ずれていても、第２高周波ＬＦのノイズに対して十分高いインピーダンスを与えることができる。
上記のように、この実施形態のフィルタ８４Ａ（８４Ｂ）においては、外導体の筺体８２と組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する初段の空芯ソレノイドコイルＡＬ1（ＢＬ1）が、サセプタ１２内の発熱体４０側からヒータ給電ライン８０Ａ（８０Ｂ）上に入ってくる周波数の高い方の第１高周波ＨＦのノイズに対してインピーダンスの十分高いフィルタ遮断機能を奏し、第１高周波ＨＦのノイズと一緒に入ってくる周波数の低い方の第２高周波ＬＦのノイズを通過させる。そして、第２高周波ＬＦの基本周波数に一致または近接する自己（並列）共振周波数ｆPLを有する次段のトロイダルコイルＡＬ2（ＢＬ2）が、初段の空芯ソレノイドコイルＡＬ1（ＢＬ1）を通過してきた第２高周波ＬＦのノイズに対してインピーダンスの十分高いフィルタ遮断機能を奏する。空芯ソレノイドコイルＡＬ1（ＢＬ1）の並列共振周波数とトロイダルコイルＡＬ2（ＢＬ2）の自己共振周波数ｆPLとは互いに独立しており、上記のように各々のコイルにおいて独立に調整することができる。
また、この実施例では、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の周囲または内側にコイル軸方向と平行に延びる櫛歯部材（８６，９８）を設け、櫛歯部材（８６，９８）の内側面または外側面に形成されている巻線ピッチｐに対応したピッチｍを有する櫛歯Ｍを空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線間に食い込ませている。
かかる構成によれば、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線ピッチｐを櫛歯ピッチｍによって正確に設定値に揃えられるので、再現性が高くて個体差のない周波数−インピーダンス特性またはフィルタ特性を得ることができる。また、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線間には櫛歯Ｍを除く部分にエアギャップＧが形成されているので、コイルで発生する熱がエアギャップＧを介して速やかに放出される。したがって、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1を効率よく冷却できる利点もある。

［空芯ソレノイドコイルに関する別の実施例］
上記実施形態では、フィルタユニット５４(IN)において空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線ピッチｐがコイルの端から端まで一定（ｐs）であり（図４、図１０）、それによってたとえば図１１に示すように規則的な周波数間隔でインピーダンスが角（つの）状に上昇するような並列多重共振の周波数−インピーダンス特性が得られる。したがって、サセプタ１２ないし発熱体４０を介して給電ライン８０Ａ，８０Ｂ上に入ってくる高周波ノイズの中で最も周波数の低い第２高周波ＬＦを除く各高周波（特に第１高周波ＨＦ）の周波数が並列多重共振の中のいずれかの並列共振周波数に一致または近似するように設計すれば、フィルタユニット５４(IN)において高い周波数領域の高周波ノイズを効果的に遮断することができる。
しかしながら、上記のように空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線ピッチが全長Ｓに亘って一定（ｐs）であるフィルタ構成においては、並列共振周波数が規則的な周波数間隔で得られるが故に、プロセスの種類や仕様など様々な観点または条件から任意に選定され、あるいは切り替えられる第１高周波ＨＦの周波数に対して、並列多重共振の中のいずれか１つの並列共振周波数を合わせることは難しい。
たとえば、第１高周波ＨＦの周波数に４０ＭＨｚが用いられる場合、図１１の周波数−インピーダンス特性においては、第１高周波ＨＦのノイズに対するインピーダンスが数１００Ωに止まり、１０００Ω以上にはならない。また、第１高周波ＨＦの周波数を４０ＭＨｚから６０ＭＨｚに切り替える必要性または要請があった場合、６０ＭＭＨｚ付近は３番目の直列共振周波数ｆs3が位置しているためインピーダンスが著しく低くなる可能性があり、そのような第１高周波ＨＦの周波数切り替えに対応することはできない。
このような問題に対処するために、上記特許文献１の従来技術は、フィルタユニット５４(IN)において空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1と筺体（外導体）８２との間にリング部材を設けることにより、局所的に同軸線路のギャップを狭くしてＣ（単位長さの静電容量）を変化させ、ひいては局所的に特性インピーダンスＺo＝√（Ｌ／Ｃ）を変化させて、並列多重共振における共振周波数の一部または全部をシフトさせる手法を採っている。
これに対して、この実施例では、フィルタユニット５４(IN)において、そのようなリング部材を設ける代わりに、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1をコイル軸方向において複数の区間Ｋ1，Ｋ2，・・に分割し、各区間Ｋi（i=1,２，・・） 毎に空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線ピッチｐを独立に設定または調整することにより、同軸線路のギャップを変化させずに区間単位で特性インピーダンスＺo＝√（Ｌ／Ｃ）を変化させて、並列多重共振における共振周波数の一部または全部をシフトさせる手法を採る。この場合、各区間Ｋiにおいては、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線ピッチｐを小さくするほど、単位長さ当たりのＣ，Ｌが大きくなり、特性インピーダンスＺo＝√（Ｌ／Ｃ）は大きくなる。反対に、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線ピッチｐを大きくするほど、単位長さ当たりのＣ，Ｌが小さくなり、特性インピーダンスＺo＝√（Ｌ／Ｃ）は小さくなる。
この実施例では、上記のように巻線ピッチに関して空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1を複数の区間Ｋ1，Ｋ2，・・に分割する形態（パターン）として、たとえば図１４および図１５に示すような分割パターンを採ることができる。
この分割パターンは、図１５に示すように、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1をコイル端子ＴA，ＴB側から見て入口（IN）から出口（OUT）に向かって長さ２：１：２の比で３つの区間Ｋ1，Ｋ2，Ｋ3に分割し、これら３つの区間Ｋ1，Ｋ2，Ｋ3の巻線ピッチｐ1，ｐ2，ｐ3を２：１：２の比に選ぶ。この場合、分割しない場合（図１０）の巻線ピッチｐsに対して、ｐ1＝１．１２ｐs，ｐ2＝０．５６ｐs，ｐ3＝１．１２ｐsとすることで、コイル全体の長さＳを同一に保つことができる。
この場合、図１４に示すように、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1を巻線ピッチｐに関して３つの区間Ｋ1，Ｋ2，Ｋ3に分割するために、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の周囲または内側にコイル軸方向と平行に延びる櫛歯部材８６（９８）を設け、櫛歯部材８６（９８）の内側面または外側面に形成されている区間Ｋi毎に巻線ピッチｐiに対応したピッチｍiを有する櫛歯Ｍiを空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の巻線間に食い込ませる。
図１６に、上記分割パターン（図１５）を採った場合に電磁界計算により取得された初段フィルタ回路の周波数−インピーダンス特性を、巻線ピッチ一定の場合に取得された周波数−インピーダンス特性（図１１）と対比して示す。図示のように、２番目および４番目の直列共振周波数および並列共振周波数がそれぞれ高い周波数領域側へシフトし（ｆs2＜ｆ's2），（ｆp2＜ｆ'p2），（ｆs4＜ｆ's4），（ｆp4＜ｆ'p4）、３番目および５番目の直'列共振周波数および並列共振周波数がそれぞれ低い周波数領域側へシフトする（ｆs3＞ｆ's3），（ｆp3＞ｆ'p3），（ｆs5＞ｆ's5），（ｆp5＞ｆ'p5）。
このような共振周波数のシフトによって、４０ＭＨｚで１０００Ω以上の高インピーダンスが得られるとともに、６０ＭＨｚでも数１００Ω以上の高インピーダンスが得られるようになる。これによって、上記実施形態のプラズマ処理装置において、第１高周波ＨＦの周波数に４０ＭＨｚが用いられる場合に第１高周波ＨＦのノイズに対するフィルタ８４Ａ（８４Ｂ）の遮断性能をより一層高められるとともに、第１高周波ＨＦの周波数を４０ＭＨｚと６０ＭＨｚの２通りで切り替えるアプリケーションにも対応することができる。
なお、上記分割パターン（図１５）は一例であり、分割区間の数、巻線ピッチ分布形態等に関して種種の選択または変形が可能である。
もっとも、フィルタ８４Ａ（８４Ｂ）の並列多重共振特性の中で一部の共振周波数を上記のように選択的にシフトさせるためには、空芯ソレノイドコイルＡＬ１（ＢＬ１）上で設定される複数の区間Ｋ1，Ｋ2，・・の間で区間の長さの比および巻線ピッチｐ1，ｐ2・・の比を適度な値に選定する必要がある。たとえば、図１５の分割パターンにおいて、第１の区間Ｋ1がたとえばＳ／１００以下のように極端に短いときは図１６に示すような一部共振周波数のシフト効果を得ることは難しく、第１の区間Ｋ1における巻線ピッチｐ1が第２の区間Ｋ2における巻線ピッチｐ2とたとえば数％しか違わない場合でも同様である。
本発明者が行った電磁界計算によれば、第１の区間Ｋ1の長さは、第２の区間Ｋ2の長さの１／５以上で５倍以下であるのが好ましい。また、第１の区間Ｋ1の巻線ピッチｐ1は、第２の区間Ｋ2の巻線ピッチｐ2の２倍以上または１／２以下であるのが好ましい。

［プラズマ処理装置に関する別の実施例］
図１７に、一変形例におけるプラズマ処理装置の構成を示す。図中、上述した実施形態のプラズマ処理装置（図１）と同様の構成または機能を有する部分には同一の符号を付している。
このプラズマ処理装置は、下部２周波／上部１周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置として構成されている。このプラズマ処理装置において、上述した実施形態のプラズマ処理装置（図１）と異なる主な点は、プラズマ生成用の第１高周波ＨＦを上部電極６４に印加し、半導体ウエハＷに入射するイオンのエネルギー（バイアス）をより大きな自由度で多様に制御するために周波数の異なる第２および第３高周波ＬＦ，ＭＦをサセプタ１２に重畳して印加する構成にある。ここで、第３高周波ＭＦの周波数は、第２高周波ＬＦの周波数（たとえば３．２ＭＨｚ）よりも高い値（たとえば１２．８８ＭＨｚ）に選ばれる。
このプラズマ処理装置において、上部電極６４はリング状の絶縁体１３０を介してチャンバ１０の上面に取り付けられている。プラズマ生成用の第１高周波ＨＦを出力する第１の高周波電源２８は、マッチングユニット１３２および上部給電棒１３４を介して上部電極６４に電気的に接続されている。また、イオン引き込み用の第２および第３高周波ＬＦ，ＭＦをそれぞれ出力する第２および第３の高周波電源３０，１３６は、マッチングユニット３２内の整合器（図示せず）および下部給電棒３４を介してサセプタ１２に電気的に接続されている。制御部７５は、エッチング加工の仕様、条件またはレシピに応じて、高周波電源３０，１３６より出力される第２および第３高周波ＬＦ，ＭＦのトータルパワーおよびパワー比を制御するようになっている。
このプラズマ処理装置においても、上記実施形態のプラズマ処理装置（図１）おけるものと同じ構成および機能を有するフィルタユニット５４(IN)，５４(OUT)をヒータ給電ライン上に設けることができる。特に、巻線ピッチｐに関して空芯ソレノイドコイルＡＬ1（ＢＬ1）を図１５のような分割パターンで３つの区間Ｋ1，Ｋ2，Ｋ3に分割して、図１６のような周波数−インピーダンス特性が得られる場合は、上記実施例と同様に単一の空芯ソレノイドコイルＡＬ1（ＢＬ1）と単一のトロイダルコイルＡＬ2（ＢＬ2）を備えるフィルタ構成によって、サセプタ１２内の発熱体４０側からヒータ給電ライン８０Ａ，８０Ｂ上に入ってくる第１、第２および第３の高周波ＨＦ，ＬＦ，ＭＦのノイズのいずれにも十分高いインピーダンスで対応することができる。
すなわち、外導体の筺体８２と組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する初段の空芯ソレノイドコイルＡＬ1（ＢＬ1）が、第３高周波ＭＦ（１２．８８ＭＨｚ）のノイズに対しては１番目の並列共振周波数ｆ'p1付近の高いインピーダンスで安定確実なフィルタ遮断機能を奏し、第１高周波ＨＦ（４０ＭＨｚまたは６０ＭＨｚ）のノイズに対しては２番目の並列共振周波数ｆ'p2付近または３番目の並列共振周波数ｆ'p3付近の十分高いインピーダンスで安定確実なフィルタ遮断機能を奏することができる。そして、次段のトロイダルコイルＡＬ2（ＢＬ2）は、初段の空芯ソレノイドコイルコイルＡＬ1（ＢＬ1）を通過してきた第２高周波ＬＦ（３．２ＭＨｚ）のノイズに対して自己共振周波数ｆPL付近の十分高いインピーダンスで安定確実なフィルタ遮断機能を奏することができる。

［別の実施形態又は変形例］
図１８に、別の実施例におけるフィルタユニット５４(IN)内の物理的な構造を示す。この実施例においては、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1をコイル軸方向において複数の区間Ｋ1，Ｋ2，・・に分割し、一つの区間たとえばＫ2においては巻線間をコイルチューブＪによって周回方向の全域で塞ぎ、他の区間たとえばＫ1，Ｋ3においては上述した実施例と同様に櫛歯部材８６（９８）の櫛歯ｍを周回方向で局所的に巻線間に食い込ませるようにしている。その他は、上述した第１の実施例のものと殆ど同じである。
この場合、コイルチューブＪを用いる区間Ｋ2では、図１９に示すように、通常は片方の空芯ソレノイドコイルＢＬ1のコイル導体のみをコイルチューブＪに通す構成が採られる。もう片方のソレノイドコイルＡＬ1のコイル導体をコイルチューブＪに通さなくても、両コイルＡＬ1，ＢＬ1間に一定の巻線ピッチｐと電気的絶縁性を確保することができる。もっとも、両コイルＡＬ1，ＢＬ1のコイル導体をそれぞれコイルチューブＪに通す構成も可能である。
この実施例も、上述した実施例と同様に、フィルタユニット５４(IN)において、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1と外導体の筺体８２との間にリング部材を設ける代わりに、コイル軸方向で分割された複数の区間の各々について同軸線路のＣおよび／またはＬを左右するソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の物理的特性を独立に設定または調整することにより、同軸線路のギャップを変えずに区間単位で特性インピーダンスＺo＝√（Ｌ／Ｃ）を変化させて、並列多重共振における共振周波数の一部または全部をシフトさせる手法を採る。
より詳細には、上記のように、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1を巻線間構造に関して複数の区間Ｋ1，Ｋ2，・・に分割し、巻線間に櫛歯Ｍを食い込ませる区間と、巻線間をコイルチューブＪで塞ぐ区間とを混在させることにより、同軸線路のＣ，Ｌを区間単位で変化させ、ひいては特性インピーダンスＺo＝√（Ｌ／Ｃ）を区間単位で変化させて、並列多重共振における共振周波数の一部または全部をシフトさせるようにしている。
たとえば図１８の分割パターンの場合、巻線間に櫛歯Ｍを食い込ませる区間Ｋ1，Ｋ3においては、それらの巻線ピッチｐが小さいほど、単位長さ当たりのＣ，Ｌが大きくなって、特性インピーダンスＺo＝√（ＬＣ）は大きくなる。反対に、巻線ピッチｐが大きいほど、単位長さ当たりのＣ，Ｌが小さくなって、特性インピーダンスＺo＝√（ＬＣ）は小さくなる。また、巻線間をコイルチューブＪで塞ぐ区間Ｋ2においては、その巻線ピッチｐが一定である場合は、コイルチューブＪの比誘電率εが大きいほど、単位長さ当たりのＣが大きくなって、特性インピーダンスＺo＝√（ＬＣ）は大きくなる。反対に、コイルチューブＪの比誘電率εが小さいほど、単位長さ当たりのＣが小さくなって、特性インピーダンスＺo＝√（ＬＣ）は小さくなる。
本発明者は、空芯ソレノイドコイルＡＬ1に関して図１８および図２０に示すような分割パターンを有する第１フィルタ８４(1)の周波数−インピーダンス特性を電磁界計算により取得し、巻線ピッチを一定値ｐsに揃えて区間分割を行わずにコイルの端から端まで巻線間に櫛歯Ｍを食い込ませる（入れる）構成（図１０）について取得した周波数−インピーダンス特性と対比した。この電磁界計算では、コイルチューブＪの比誘電率を４に選んだ。たとえば、コイルチューブＪの材質にＰＥＥＫを用いると、この比誘電率の値（４）を得ることができる。図２１に示すように、３番目以降の直列共振周波数および並列共振周波数がそれぞれ低い周波数領域側へシフトすることが確認された（ｆs3＞ｆ's3），（ｆp3＞ｆ'p3）〜（ｆs6＞ｆ's6），（ｆp6＞ｆ'p6）。
この実施例においても、分割区間の数や、巻線間に櫛歯Ｍを食い込ませる区間と巻線間をコイルチューブＪで塞ぐ区間との混在形態等について、種種の選択または変形が可能である。
また、別の実施例として、図２２に示すように、空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1を巻線間構造に関して複数の区間Ｋ1，Ｋ2，・・に分割し、巻線間を周回方向の全域で第１の比誘電率を有する第１のコイルチューブＪ1で塞ぐ区間（たとえばＫ1）と、巻線間を周回方向の全域で第２の比誘電率を有する第２のコイルチューブＪ2で塞ぐ区間（たとえばＫ2）とを混在させる構成も可能である。一例として、第１のコイルチューブＪ1の材質に比誘電率１のテフロン（登録商標）を使用し、第２のコイルチューブＪ2の材質に比誘電率４のＰＥＥＫを使用することができる。
上述した実施形態では、１つの外導体（筺体）８２の中で第１フィルタ８４ＡのソレノイドコイルＡＬ1および第２フィルタ８４ＢのソレノイドコイルＢＬ1をそれぞれ構成するコイル導体が重なり合って並進しながら螺旋状に巻かれている。かかるコイル巻線構造は、両空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1の間で、自己インダクタンスが互いに等しく、かつ最大の相互インダクタンスを得ることができる。これによって、フィルタユニット５４(IN)におけるＲＦ電力損失が低減し、さらにはＲＦパワー損失の機差が低減するという利点がある。もっとも、図示省略するが、第１フィルタ８４Ａの空芯ソレノイドコイルＡＬ1と第２フィルタ８４Ｂの空芯ソレノイドコイルＢＬ1とを別々の外導体（筺体）８２内に収容する構成も可能である。その場合、上記のような櫛歯部材８６，９８を備える場合は、巻線ピッチｐと櫛歯ピッチｍは同じであり、ｐ＝ｍの関係が成立する。
また、上述した実施形態におけるトロイダルコイルＡＬ2（ＢＬ2）は、単体のトロイダルコアＴＣを複数重ねた１個のトロイダルコア１０６にコイル導体を巻き付けている。この形式のトロイダルコイルをコンデンサを挟まずに複数個直列に接続したものを１個または１組のトロイダルコイルとすることも可能である。
また、図２３に示すように、単体のトロイダルコアＴＣにコイル導体を巻き付けた単体のトロイダルコイルＴＲを複数個（図示の例は３個）直列に接続してなる複合型のトロイダルコイルＡＬを使用することもできる。なお、図１６では、第１の給電ライン８０Ａ上のトロイダルコイルＡＬのみを示し、第２の給電ライン８０Ｂ上のトロイダルコイルＢＬを図示省略している。
上述した実施形態では、フィルタ８４Ａ（８４Ｂ）に含まれるコンデンサＡＣ1（ＢＣ1）、ＡＣ2（ＢＣ2）を筺体８２の中に収容した。しかし、これらのコンデンサの一部または全部を筺体８２の外に配置する構成も可能である。また、これらのコンデンサに対して筺体８２以外の接地電位部材を用いることもできる。また、トロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2を空芯ソレノイドコイルＡＬ1，ＢＬ1と別々の筺体８２に収容すること可能である。また、トロイダルコイルＡＬ2，ＢＬ2を他のコア入りコイルたとえばコア入りソレノイドコイルに置き換えることも可能である。
上記実施形態は、チャンバ１０内のサセプタ１２にプラズマ生成用の第１高周波ＨＦとイオン引き込み用の第２高周波ＬＦとを重畳して印加する下部２周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置において、サセプタ１２に組み込まれる発熱体４０とチャンバ１０の外に設置されるヒータ電源５８とを電気的に接続する一対のヒータ給電ライン８０Ａ，８０Ｂ上に両周波数のノイズを減衰させるためのフィルタに係わるものであった。しかしながら、上部電極６４にプラズマ生成用の第１高周波ＨＦを印加し、サセプタ１２にイオン引き込み用の第２高周波ＬＦを印加する上下部２周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置、あるいはサセプタ１２に単一の高周波を印加する下部１周波印加方式の容量結合型プラズマエッチング装置においても、上記実施形態のフィルタまたはフィルタユニットをそのまま好適に適用することができる。
また、空芯ソレノイドコイルＡＬ1（ＢＬ1）と外導体の筺体８２とによって形成される分布定数線路の並列多重共振を利用して、プラズマ処理のための高周波ＨＦ，ＬＦから派生する高調波（特に第１高周波ＨＦの第２高調波）のノイズに対する遮断を行うことも可能である。
なお、本発明は、ヒータ給電線等の電源線用のフィルタに限定されるものでは決してなく、チャンバ内に設けられる所定の電気的部材とチャンバの外に設けられる電力系または信号系の外部回路とを電気的に接続する一対の線路または単一の線路上に設けられる任意のフィルタまたはフィルタユニットに適用可能である。
また、本発明は、容量結合型のプラズマエッチング装置に限定されず、マイクロ波プラズマエッチング装置や、誘導結合プラズマエッチング装置、ヘリコン波プラズマエッチング装置等にも適用可能であり、さらにはプラズマ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処理装置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、有機ＥＬ、太陽電池用の各種基板や、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（下部電極）
２８ （プラズマ生成用）高周波電源
３０ （イオン引き込み用）高周波電源
４０(IN) 内側の発熱線
４０(OUT) 外側の発熱線
５４(IN)，５４(OUT) フィルタユニット
５８(IN)，５８(OUT) ヒータ電源
８０Ａ，８０Ｂ 給電ライン
８２ 筺体（外導体）
８４Ａ，８４Ｂ フィルタ
ＡＬ1，ＢＬ1 空芯ソレノイドコイル
ＡＣ1，ＢＣ1 コンデンサ
ＡＬ2，ＢＬ2 トロイダルコイル
ＡＣ2，ＢＣ2 コンデンサ
８６ 棒状櫛歯部材
９８ 板状櫛歯部材
Ｍ，Ｍ1〜Ｍ3 櫛歯
Ｊ コイルチューブ

Claims (20)

  1. プラズマ処理が行われる処理容器内の所定の電気的部材に線路を介して電気的に接続される電力系または信号系の外部回路を有し、前記電気的部材から前記外部回路に向かって前記線路に入ってくる周波数の異なる複数の高周波のノイズを前記線路上に設けたフィルタによって減衰させ、または阻止するプラズマ処理装置であって、
    前記フィルタが、
    前記複数の高周波のノイズの中で、周波数の最も低い高周波を除く１つまたは複数の高周波のノイズを遮断するために、前記電気的部材側から見て初段に設けられる空芯ソレノイドコイルと、
    前記空芯ソレノイドコイルの巻線間に周回方向の複数箇所で局所的に入っている絶縁性の櫛歯と、
    前記周波数の最も低い高周波のノイズを遮断するために、前記空芯ソレノイドコイルと直列に接続されるコア入りコイルと、
    少なくとも前記空芯ソレノイドコイルを収容または包囲し、前記空芯ソレノイドコイルと組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する筒状の導体と
    を有する、プラズマ処理装置。
  2. 前記空芯ソレノイドコイルが、軸方向において、巻線ピッチの異なる第１および第２の区間を有し、
    前記櫛歯が、前記第１および第２の区間の巻線ピッチをそれぞれ規定する第１および第２の櫛歯ピッチを有する、
    請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記第１の区間の巻線ピッチは、前記第２の区間の巻線ピッチの２倍以上または１／２以下である、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記第１の区間の長さは、前記第２の区間の長さの１／５以上で５倍以下である、請求項２または請求項３に記載のプラズマ処理装置。
  5. プラズマ処理が行われる処理容器内の所定の電気的部材に線路を介して電気的に接続される電力系または信号系の外部回路を有し、前記電気的部材から前記外部回路に向かって前記線路に入ってくる周波数の異なる複数の高周波のノイズを前記線路上に設けたフィルタによって減衰させ、または阻止するプラズマ処理装置であって、
    前記フィルタが、
    前記複数の高周波のノイズの中で、周波数の最も低い高周波を除く１つまたは複数の高周波のノイズを遮断するために、前記電気的部材側から見て初段に設けられる空芯ソレノイドコイルと、
    前記空芯ソレノイドコイルの第１の区間で巻線間に周回方向の複数箇所で局所的に入っている絶縁性の櫛歯と、
    前記空芯ソレノイドコイルの第２の区間で巻線間を周回方向の全域で塞ぐコイルチューブと、
    前記周波数の最も低い高周波のノイズを遮断するために、前記空芯ソレノイドコイルと直列に接続されるコア入りコイルと、
    少なくとも前記空芯ソレノイドコイルを収容または包囲し、前記空芯ソレノイドコイルと組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する筒状の導体と
    を有する、プラズマ処理装置。
  6. 前記櫛歯は、前記空芯ソレノイドコイルの外周面に隣接して設けられ、コイル軸方向において前記空芯ソレノイドコイルと平行に延びる複数本の絶縁体からなる棒状部材の内側面に形成されている、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. 前記櫛歯は、前記空芯ソレノイドコイルの内周面に隣接して設けられ、コイル軸方向において前記空芯ソレノイドコイルと平行に延びる複数本の絶縁体からなる棒状部材の外側面に形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記櫛歯は、前記空芯ソレノイドコイルの中に設けられ、コイル半径方向では前記空芯ソレノイドコイルの内周面に当たるように放射状に延び、コイル軸方向では前記空芯ソレノイドコイルと平行に延びる複数枚の絶縁体からなる板状部材の外側端面に形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  9. プラズマ処理が行われる処理容器内の所定の電気的部材に線路を介して電気的に接続される電力系または信号系の外部回路を有し、前記電気的部材から前記外部回路に向かって前記線路に入ってくる周波数の異なる複数の高周波のノイズを前記線路上に設けたフィルタによって減衰させ、または阻止するプラズマ処理装置であって、
    前記フィルタが、
    前記複数の高周波のノイズの中で、周波数の最も低い高周波を除く１つまたは複数の高周波のノイズを遮断するために、前記電気的部材側から見て初段に設けられる空芯ソレノイドコイルと、
    前記空芯ソレノイドコイルの第２の区間で巻線間を周回方向の全域で塞ぐ第１の比誘電率を有する第１のコイルチューブと、
    前記空芯ソレノイドコイルの第２の区間で巻線間を周回方向の全域で塞ぐ第２の比誘電率を有する第２のコイルチューブと、
    前記周波数の最も低い高周波のノイズを遮断するために、前記空芯ソレノイドコイルと直列に接続されるコア入りコイルと、
    少なくとも前記空芯ソレノイドコイルを収容または包囲し、前記空芯ソレノイドコイルと組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する筒状の導体と
    を有する、プラズマ処理装置。
  10. 前記第１の比誘電率は、前記第２の比誘電率の２倍以上または１／２以下である、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
  11. 前記空芯ソレノイドコイルと前記コア入りコイルとの間の接続点と前記筒状導体との間に電気的に接続される第１のコンデンサを有する、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. 前記コア入りコイルの前記外部回路側の端子と前記筒状導体との間に電気的に接続される第２のコンデンサを有する、請求項１〜１１のいずれか一項記載のプラズマ処理装置。
  13. 前記コア入りコイルは、トロイダルコイルである、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. 前記トロイダルコイルにおいて、トロイダルコアの内半径をａ、外半径をｂ、厚さをｔとすると、ｔ≧２（ｂ−ａ）である、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
  15. 前記トロイダルコイルのトロイダルコアは、一定の内半径、外半径および厚さを有する単体のトロイダルコアを複数重ねている、請求項１３または請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
  16. 前記電気的部材は、前記プラズマ処理のために用いられる単一の高周波または周波数の異なる複数の高周波を印加される高周波電極に設けられる発熱体であり、
    前記外部回路は、前記発熱体に発熱用の電力を供給するためのヒータ電源であり、
    前記線路は、前記ヒータ電源と前記発熱体とを電気的に接続する給電ラインである、
    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. プラズマ処理が行われる処理容器内の電気的部材が前記処理容器の外に配置される外部回路に線路を介して電気的に接続されているプラズマ処理装置において、前記電気的部材から前記外部回路に向かって前記線路に入ってくる周波数の異なる複数の高周波のノイズを減衰させ、または阻止するために前記線路の途中に設けられるフィルタユニットであって、
    前記複数の高周波のノイズの中で、周波数の最も低い高周波を除く１つまたは複数の高周波のノイズを遮断するために、前記電気的部材側から見て初段に設けられる空芯ソレノイドコイルと、
    前記空芯ソレノイドコイルの巻線間に周回方向の複数箇所で局所的に入っている絶縁性の櫛歯と、
    前記周波数の最も低い高周波のノイズを遮断するために、前記空芯ソレノイドコイルと直列に接続されるコア入りコイルと、
    少なくとも前記空芯ソレノイドコイルを収容または包囲し、前記空芯ソレノイドコイルと組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する筒状の導体と
    を有するフィルタユニット。
  18. プラズマ処理が行われる処理容器内の第１の電極に設けられている発熱体が前記処理容器の外に配置されるヒータ電源に給電ラインを介して電気的に接続されているプラズマ処理装置において、前記発熱体から前記ヒータ電源に向かって前記給電ラインに入ってくる周波数の異なる複数の高周波のノイズを減衰させ、または阻止するために前記給電ラインの途中に設けられるフィルタユニットであって、
    前記複数の高周波のノイズの中で、周波数の最も低い高周波を除く１つまたは複数の高周波のノイズを遮断するために、前記電気的部材側から見て初段に設けられる空芯ソレノイドコイルと、
    前記空芯ソレノイドコイルの第１の区間で巻線間に周回方向の複数箇所で局所的に入っている絶縁性の櫛歯と、
    前記空芯ソレノイドコイルの第２の区間で巻線間を周回方向の全域で塞ぐコイルチューブと、
    前記周波数の最も低い高周波のノイズを遮断するために、前記空芯ソレノイドコイルと直列に接続されるコア入りコイルと、
    少なくとも前記空芯ソレノイドコイルを収容または包囲し、前記空芯ソレノイドコイルと組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する筒状の導体と
    を有するフィルタユニット。
  19. プラズマ処理が行われる処理容器内の電気的部材が前記処理容器の外に配置される外部回路に線路を介して電気的に接続されているプラズマ処理装置において、前記電気的部材から前記外部回路に向かって前記線路に入ってくる周波数の異なる複数の高周波のノイズを減衰させ、または阻止するために前記線路の途中に設けられるフィルタユニットであって、
    前記複数の高周波のノイズの中で、周波数の最も低い高周波を除く１つまたは複数の高周波のノイズを遮断するために、前記電気的部材側から見て初段に設けられる空芯ソレノイドコイルと、
    前記空芯ソレノイドコイルの第２の区間で巻線間を周回方向の全域で塞ぐ第１の比誘電率を有する第１のコイルチューブと、
    前記空芯ソレノイドコイルの第２の区間で巻線間を周回方向の全域で塞ぐ第２の比誘電率を有する第２のコイルチューブと、
    前記周波数の最も低い高周波のノイズを遮断するために、前記空芯ソレノイドコイルと直列に接続されるコア入りコイルと、
    少なくとも前記空芯ソレノイドコイルを収容または包囲し、前記空芯ソレノイドコイルと組み合わさって複数の周波数で並列共振をなす分布定数線路を形成する筒状の導体と
    を有するフィルタユニット。
  20. 前記電気的部材は、前記プラズマ処理のために用いられる単一の高周波または周波数の異なる複数の高周波を印加される高周波電極に設けられる発熱体であり、
    前記外部回路は、前記発熱体に発熱用の電力を供給するためのヒータ電源であり、
    前記線路は、前記ヒータ電源と前記発熱体とを電気的に接続する給電ラインである、
    請求項１７〜１９のいずれか一項に記載のフィルタユニット。
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