JP6053881B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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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状のＲＦアンテナに高周波電力を供給する。処理容器は減圧可能な真空チャンバとして構成されており、チャンバ内の中央部に被処理基板（たとえば半導体ウエハ、ガラス基板等）が配置され、誘電体窓と基板との間に設定される処理空間に処理ガスが導入される。ＲＦアンテナに流れるＲＦ電流によって、磁力線が誘電体窓を貫通してチャンバ内の処理空間を通過するようなＲＦ磁界がＲＦアンテナの周りに発生し、このＲＦ磁界の時間的な変化によって処理空間内で方位角方向に誘導電界が発生する。そして、この誘導電界によって方位角方向に加速された電子が処理ガスの分子や原子と電離衝突を起こし、ドーナツ状に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。誘導結合型のプラズマ処理装置においても、基板上のプラズマ密度の均一性を向上させることは、プラズマプロセスの均一性・再現性ひいては製造歩留まりを左右することから、最重要課題の一つとなっており、これまでにもこの関係の技術が幾つか提案されている。
その中で、単一のＲＦアンテナを使用し、このＲＦアンテナの近くに受動アンテナを配置する技法（特許文献１）が知られている。この受動アンテナは、高周波電源から高周波電力の供給を受けない独立したコイルとして構成され、ＲＦアンテナ（誘導性アンテナ）の発生する磁界に対して、受動アンテナのループ内の磁界強度を減少させると同時に受動アンテナのループ外近傍の磁界強度を増加させるように振る舞う。それによって、チャンバ内のプラズマ発生領域中のＲＦ電磁界の半径方向分布が変更されるようになっている。
また、径方向のプラズマ密度分布の均一性を向上させるために、ＲＦアンテナを径方向で複数の円環状コイルに分割し、それらの円環状コイルを電気的に並列接続する方式が知られている（たとえば特許文献２）。
特表２００５−５３４１５０ 米国特許第６１６４２４１号
上記特許文献１は、受動アンテナの存在によってＲＦアンテナ（誘導性アンテナ）の発生する磁界に影響を与え、それによってチャンバ内のプラズマ発生領域中のＲＦ電磁界の半径方向分布を変更できることを教示しているが、受動アンテナの作用に関する考察・検証が不十分であり、受動アンテナを用いてプラズマ密度分布を自在かつ高精度に制御するための具体的な装置構成をイメージできてない。
今日のプラズマプロセスは、基板の大面積化とデバイスの微細化に伴って、より低圧で高密度かつ大口径のプラズマを必要としており、基板上のプロセスの均一性は以前にも増して困難な課題になっている。この点、誘導結合型のプラズマ処理装置は、ＲＦアンテナに近接する誘電体窓の内側でプラズマをドーナツ状に生成し、このドーナツ状のプラズマを基板に向けて四方に拡散させるようにしているが、チャンバ内の圧力によってプラズマの拡散する形態が変化し、基板上のプラズマ密度分布が変わりやすい。さらには、ＲＦアンテナに供給される高周波のパワーやチャンバ内に導入される処理ガスの流量等に応じてドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布が変わることもある。したがって、プロセスレシピでプロセス条件が変更されても、基板上のプラズマプロセスの均一性を保てるように、ＲＦアンテナ（誘導性アンテナ）の発生する磁界に補正をかけることができなければ、今日のプラズマ処理装置に要求される多様かつ高度なプロセス性能を適えることはできない。
また、上記のような従来のＲＦアンテナ分割方式においては、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、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起因し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現象（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ＲＦ入力端の近くに電流の波節部を有する定在波が形成されやすくなる（いわゆる波長効果が発生しやすくなる）。このような波長効果が発生すると、周回方向および径方向のいずれにおいてもプラズマ密度分布の均一性を得るのが難しくなる。
本発明は、上記のような従来技術に鑑みてなされたものであって、ＲＦアンテナ内の波長効果を十全に抑制しつつ、電気的にフローティング状態に置かれるコイルを用いてプラズマ密度分布を自在かつ精細に制御することが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、誘電体の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、空間的には所定形状および所定サイズのループに沿って直列に配置され、電気的には並列に接続されている複数のコイルセグメントを有する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、電気的にフローティング状態に置かれ、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置されるフローティングコイルと、前記フローティングコイルのループ内に設けられるコンデンサとを有し、前記複数のコイルセグメントの間で、各々の前記コイルセグメントの高周波入口端が別の前記コイルセグメントの高周波出口端と間隙を介して隣接し、各々の前記コイルセグメントの高周波出口端が別の前記コイルセグメントの高周波入口端と間隙を介して隣接する。
上記構成のプラズマ処理装置においては、高周波給電部よりＲＦアンテナに高周波電力を供給すると、ＲＦアンテナを流れる高周波電流によってアンテナ導体の周りにＲＦ磁界が発生し、処理容器内に処理ガスの高周波放電に供する誘導電界が生成される。ここで、ＲＦアンテナは電気的に並列に接続された複数のコイルセグメントで構成されているので、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、コイル内の分割数またはコイルセグメントの長さを選定すればよい。ＲＦアンテナ内の起磁力に関しては、各コイルを構成するコイルセグメントの自己インダクタンスをおおよそ等しくすることによって、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、周回方向では常に均一なプラズマ密度分布を得ることができる。
一方、ＲＦアンテナの各コイルセグメントとフローティングコイルとの間の電磁誘導によってフローティングコイル内に誘導起電力が発生して誘導電流が流れる。このフローティングコイル内で流れる誘導電流も、処理容器内のプラズマ生成空間に誘導電界を形成して、処理ガスの高周波放電または誘導結合プラズマの生成に消極（マイナス）的もしくは積極（プラス）的に関与する。
処理容器内で誘導結合により生成されるコアなプラズマ（ドーナツ状プラズマ）の密度分布に与えるフローティングコイルの作用は、ＲＦアンテナとフローティングコイルとの相対的な位置関係に依存するだけでなく、フローティングコイル内に流れる電流の大きさや向きによっても大きく変わる。
フローティングコイル内で流れる電流の電流値および位相（向き）は、フローティングコイルのループ内に発生する誘導起電力とループ内のインピーダンスとに依存する。このプラズマ処理装置では、フローティングコイルのループ内に設けられるコンデンサの静電容量によって、ループ内のインピーダンス、特にリアクタンスを調整し、ループ内の電流の大きさや向きを制御する。
このようなコンデンサ付きのフローティングコイルを備えることにより、ドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布を径方向において任意または多様に制御することができる。これによって、基板保持部上の基板の近傍でプラズマ密度分布を任意かつ精細に制御することが可能であり、プラズマプロセスの均一性の向上も容易に達成できる。
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、誘導結合型のプラズマ処理装置においてＲＦアンテナ内の波長効果を十全に抑制しつつ、電気的にフローティング状態に置かれるコイルを用いてプラズマ密度分布を自在かつ精細に制御することができる。
本発明の一実施形態における誘導結合型プラズマ処理装置の構成を示す縦断面図である。 図１のプラズマ処理装置におけるＲＦアンテナおよびフローティングコイルの配置構成（レイアウト）および電気的結線構成を示す斜視図である。 図１のプラズマ処理装置におけるＲＦアンテナおよびフローティングコイルの配置構成（レイアウト）および電気的結線構成を示す略平面図である。 フローティングコイル内の可変コンデンサの静電容量を可変したときの作用を説明するためのモデル（基本構成）を示す図である。 フローティングコイル内の可変コンデンサの静電容量を可変したときにアンテナ電流と誘導電流の比が変化する特性を示す図である。 図４のモデルの一変形例を示す図である。 図４または図６のモデルにおいて相互インダクタンスと角周波数との積がフローティングコイルの半径に依存する特性を示す図である。 本発明の第２の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縦断面図である。 図８のプラズマ処理装置におけるＲＦアンテナおよびフローティングコイルの配置構成（レイアウト）および電気的結線構成を示す斜視図である。 図８のプラズマ処理装置におけるＲＦアンテナおよびフローティングコイルの配置構成（レイアウト）および電気的結線構成を示す略平面図である。 一実施例によるフローティングコイルの構成を示す斜視図である。 一実施例によるフローティングコイルの構成を示す斜視図である。 図１２Ａのフローティングコイルにおける切れ目の構成を示す平面図である。 図１２Ｂの切れ目構造の一変形例を示す部分拡大平面図である。 一実施例によるフローティングコイルの構成を示す図である。 フローティングコイルにおけるコイル導体の断面形状を示す断面図である。 一実施例によるフローティングコイルの構成を示す斜視図である。 図１４のフローティングコイルの一変形例を示す斜視図である。 フローティングコイルに可変コンデンサを一体に作り込む一実施例を示す一部断面正面図である。 コンデンサと直列接続および／または並列接続でスイッチを設ける構成を示す等価回路図である。 図１６の実施例の作用を説明するための要部の断面図である。 ＲＦアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。 ＲＦアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。 ＲＦアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。 ＲＦアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。 ＲＦアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。 ＲＦアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。 ＲＦアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。 ＲＦアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。 ＲＦアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。 ＲＦアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。 ＲＦアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する別の実施例を示す図である。 ３系統のアンテナコイルに関する一実施例を示す図である。 ３系統のアンテナコイルに関する別の実施例を示す図である。 ３系統のアンテナコイルに関する一実施例を示す図である。 ３系統のアンテナコイルに関する別の実施例を示す図である。 ３系統のアンテナコイルに関する別の実施例を示す図である。 フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける一実施例を示す図である。 フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける別の実施例を示す図である。 フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける別の実施例を示す図である。 フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける別の実施例を示す図である。 フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける別の実施例を示す図である。 フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける別の実施例を示す図である。 フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける別の実施例を示す図である。 フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける別の実施例を示す図である。 ＲＦアンテナにインピーダンス調整部を設けない実施例を示す図である。 ＲＦアンテナにインピーダンス調整部を設けない別の実施例を示す図である。 ＲＦアンテナにインピーダンス調整部を設けない別の実施例を示す図である。 ＲＦアンテナにインピーダンス調整部を設けない別の実施例を示す図である。 ＲＦアンテナと高周波給電部の整合器との間にトランスを設ける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。
［実施形態１］
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。図２および図３に、このプラズマ処理装置におけるＲＦアンテナおよびフローティングコイルの配置構成（レイアウト）および電気的結線構成を示す。
この誘導結合型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ＲＦLを可変のパワーで出力できるようになっている。整合器３２は、高周波電源３０側のインピーダンスと負荷（主にサセプタ、プラズマ、チャンバ）側のインピーダンスとの間で整合をとるためのリアクタンス可変の整合回路を収容している。その整合回路の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
サセプタ１２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着力で保持するための静電チャック３６が設けられ、静電チャック３６の半径方向外側に半導体ウエハＷの周囲を環状に囲むフォーカスリング３８が設けられる。静電チャック３６は導電膜からなる電極３６ａを一対の絶縁膜３６ｂ，３６ｃの間に挟み込んだものであり、電極３６ａには高圧の直流電源４０がスイッチ４２および被覆線４３を介して電気的に接続されている。直流電源４０より印加される高圧の直流電圧により、静電力で半導体ウエハＷを静電チャック３６上に吸着保持することができる。
サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室４４が設けられている。この冷媒室４４には、チラーユニット（図示せず）より配管４６，４８を介して所定温度の冷媒たとえば冷却水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環状のＲＦアンテナ５４を外部から電磁的に遮蔽して収容するアンテナ室５６がチャンバ１０と一体に設けられている。このＲＦアンテナ５４の具体的な構成および作用は後に説明する。
アンテナ室５６内には、チャンバ１０内の処理空間に生成される誘導結合プラズマの密度分布を径方向で可変制御するために、ＲＦアンテナ５４と電磁誘導により結合可能な可変コンデンサ５８付きの環状のフローティングコイル６０も設けられている。可変コンデンサ５８は、主制御部８０の制御の下で容量可変部８２により一定範囲内で任意に可変されるようになっている。
高周波給電部６２は、高周波電源６４、整合器６６、高周波給電ライン６８および帰線ライン７０を有している。高周波給電ライン６８は、整合器６６の出力端子とＲＦアンテナ５４のＲＦ入口端とを電気的に接続する。帰線ライン７０は接地電位のアースラインであり、ＲＦアンテナ５４のＲＦ出口端と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）とを電気的に接続する。
高周波電源６４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ＲＦHを可変のパワーで出力できるようになっている。整合器６６は、高周波電源６４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７２と、円周方向に等間隔でバッファ部７２からプラズマ生成空間に臨む多数の側壁ガス吐出孔７４と、処理ガス供給源７６からバッファ部７２まで延びるガス供給管７８とを有している。処理ガス供給源７６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８０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３０，６４、整合器３２，６６、静電チャック用のスイッチ４２、処理ガス供給源７６、容量可変部８２、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。次に、ゲートバルブ２８を閉めてから、処理ガス供給源７６よりガス供給管７８、バッファ部７２および側壁ガス吐出孔７４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６２の高周波電源６４をオンにしてプラズマ生成用の高周波ＲＦHを所定のＲＦパワーで出力させ、整合器６６，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に高周波ＲＦH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ＲＦLを所定のＲＦパワーで出力させ、この高周波ＲＦL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７４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の後述する各コイルセグメントを流れる高周波ＲＦHの電流およびフローティングコイル６０を流れる誘導電流によって発生する磁力線（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にするとともに、サセプタ１２近傍のプラズマ密度分布を径方向で任意に制御するために、プロセスレシピで設定される所定のプロセスパラメータ（たとえば圧力、ＲＦパワー、ガス流量等）に応じて主制御部８０が容量可変部８２によりフローティングコイル６０のループ内に設けられる可変コンデンサ５８の静電容量を可変するようにしている。

［ＲＦアンテナおよびフローティングコイルの基本構成および作用］
図２および図３に、このプラズマ処理装置におけるＲＦアンテナおよびフローティングコイルの配置構成（レイアウト）および電気的結線構成を示す。
ＲＦアンテナ５４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８４(1)，８４(2)からなる。これら２つのコイルセグメント８４(1)，８４(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、ＲＦアンテナ５４の一周のループ内において、第１のコイルセグメント８４(1)のＲＦ入口端８４(1)(RF-In)と第２のコイルセグメント８４(2)のＲＦ出口端８４(2)(RF-Out)とが周回方向で間隙Ｇ84を介して相対向または隣接し、第１のコイルセグメント８４(1)のＲＦ出口端８４(1)(RF-Out)と第２のコイルセグメント８４(2)のＲＦ入口端８４(2)(RF-In)とが周回方向で別の間隙Ｇ84を介して相対向または隣接している。
そして、これらのコイルセグメント８４(1)，８４(2)は、電気的には、それぞれの一方の端つまりＲＦ入口端８４(1)(RF-In)，８４(2)(RF-In)が上方に延びる接続導体８６(1)，８６(2)および高周波入口側のノードＮAを介して高周波給電部６２からの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８４(1)(RF-Out)，８４(2)(RF-Out)が上方に延びる接続導体８８(1)，８８(2)および高周波出口側のノードＮBを介してアースライン７０に接続されている。アンテナ室５６内で上記のようにＲＦアンテナ５４の上方に延びる接続導体８６(1)，８６(2)，８８(1)，８８(2)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、各コイルセグメント８４(1)，８４(2)に対する電磁的な影響を少なくしている。
このように、高周波給電部６２からのＲＦ給電ライン６８と接地電位部材へのアースライン７０との間で、またはノードＮAとノードＮBとの間で、ＲＦアンテナ５４を構成する２つのコイルセグメント８４(1)，８４(2)同士が互いに電気的に並列に接続されている。そして、これらのコイルセグメント８４(1)，８４(2)をそれぞれ流れる高周波のアンテナ電流の向きが周回方向で同じになるように、ノードＮAとノードＮBとの間でＲＦアンテナ５４内の各部が結線されている。
この実施形態では、好ましい一形態として、ＲＦアンテナ５４を構成する２つのコイルセグメント８４(1)，８４(2)が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８４(1)，８４(2)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。
フローティングコイル６０は、電気的にフローティング状態に置かれ、ＲＦアンテナ５４の内側に配置されている。ここで、本発明における電気的なフローティング状態とは、電源およびグランド（接地電位）のいずれからも電気的に浮遊または分離している状態であり、周囲の導体とは電荷または電流のやりとりが全然または殆どなく、専ら電磁誘導により当該物体で電流が流れ得る状態をいう。
また、フローティングコイル６０は、基本的な構造として、両端が切れ目または間隙Ｇ60を挟んで開放した単巻コイル（または複巻コイル）からなり、その切れ目Ｇ60に可変コンデンサ５８を設けている。フローティングコイル６０のコイル導体の材質は、導電率の高い金属、たとえば銀メッキを施した銅が好ましい。
可変コンデンサ５８は、後述するように、たとえばバリコンまたはバリキャップのような市販の汎用タイプでもよく、あるいはフローティングコイル６０に一体に作り込まれる特注品または一品製作品でもよい。容量可変部８２は、可変コンデンサ５８の静電容量を典型的にはメカニカル的な駆動機構または電気的な駆動回路により可変制御するようになっている。
この実施形態においては、ＲＦアンテナ５４とフローティングコイル６０の両者が、互いに相似なループ形状（図示の例は円環形状）を有することと、いずれも誘電体窓５２の上に載って配置されることと、互いに同軸に配置されることが好ましい。
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。
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６２より供給される高周波のアンテナ電流がＲＦアンテナ５４内の各部を流れるとともに、フローティングコイル６０内に誘導電流が流れることにより、ＲＦアンテナ５４を構成するコイルセグメント８４(1)，８４(2)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（コイルセグメント８４(1)，８４(2)）およびフローティングコイル６０内の電流分布にほぼ対応する。
ここで、ＲＦアンテナ５４内では、上記のように、コイルセグメント６４(1)，６４(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、第１のコイルセグメント８４(1)の半周ループと，第２のコイルセグメント８４(2)の半周ループとで常に同じ大きさのアンテナ電流ＩRFが流れ、ＲＦアンテナ５４の全体つまり１周のループ内で均一なアンテナ電流ＩRFが流れる。また、フローティングコイル６０内ではその１周のループ内で常に同じ大きさの誘導電流ＩIND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、ＲＦアンテナ５４（コイルセグメント８４(1)，８４(2)）およびフローティングコイル６０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、ＲＦアンテナ５４（コイルセグメント８４(1)，８４(2)）およびフローティングコイル６０において一様または均一なアンテナ電流ＩRFおよび誘導電流ＩINDがそれぞれのループ内を流れるので、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、主制御部８０の制御の下で容量可変部８２により可変コンデンサ５８の静電容量を可変調整することにより、フローティングコイル６０内で流れる誘導電流ＩINDの向きおよび電流量を任意に制御することができる。これによって、フローティングコイル６０の直下付近で生成されるプラズマの密度を任意に制御し、ひいてはドーナツ状プラズマが処理空間で四方（特に径方向）に拡散する結果として得られるサセプタ１２近傍のプラズマ密度分布を径方向で任意または多様に制御することができる。フローティングコイル６０の作用については後に詳細に説明する。
この実施形態においては、電気的に並列接続される複数のコイルセグメント８４(1)，８４(2)によりＲＦアンテナ５４が構成されているので、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８４(1)，８４(2)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８４(1)，８４(2)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、各々のコイルセグメント８４(1)，８４(2)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、各コイルセグメント８４(1)，８４(2)の長さを高周波ＲＦH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。
プラズマ生成に対するフローティングコイル６０の作用、特に可変コンデンサ５８の静電容量を可変したときの作用は、図４に示すようなシンプルなモデル（基本構成）について考察すると理解しやすい。この実施形態において複数（２つ）のコイルセグメント８４(1)，８４(2)からなるＲＦアンテナ５４は、誘導結合のプラズマを生成する作用に関しては、図示のような同一口径の円環状単巻きコイル［５４］と等価である。
図４のモデルにおいて、高周波電源６４よりＲＦアンテナ５４に一定周波数ｆの高周波ＲＦHを供給して、ＲＦアンテナ５４にアンテナ電流IRFを流したとき、電磁誘導によりフローティングコイル６０内に生じる起電力つまり誘導起電力VINDはファラデーの法則から次の式（１）で表わされる。
VIND＝−dΦ／dt＝−iωMIRF ・・・・（１）
ここで、ωは角周波数（ω＝２πｆ）、MはＲＦアンテナ５４とフローティングコイル６０との間の相互インダクタンスである。なお、上記の式（１）では、フローティングコイル６０とプラズマとの間の相互インダクタンスは相対的に小さいので無視している。
この誘導起電力ＶINDによりフローティングコイル６０内で流れる電流（誘導電流）ＩINDは、次の式（２）で表わされる。
IIND＝VIND／Z60＝−iMωIRF／{R60＋i（L60ω−1／C58ω）} ・・・（２）
ここで、Z60はフローティングコイル６０のインピーダンス、R60はフローティングコイル６０の抵抗（プラズマに吸収されるパワーに起因する抵抗成分も含む）、L60はフローティングコイル６０の自己インダクタンス、そしてC58は可変コンデンサ５８の静電容量である。
フローティングコイル６０の一般的な材質および構造、ならびに通常の使用形態では、｜R60｜≦｜L60ω−1／C58ω｜であるから、誘導電流ＩINDは次の近似式（３）で表わされる。
IIND≒−MωIRF／（L60ω−1／C58ω） ・・・・（３）
この式（３）は、可変コンデンサ５８の静電容量C58に応じてフローティングコイル６０内で流れる誘導電流IINDの向きが周回方向で変わることを意味する。すなわち、フローティングコイル６０内で直列共振が起きるときの可変コンデンサ５８の静電容量C58の値をCRとすると、C58がCRよりも大きい場合は、L60ω＞1／C58ωとなって、つまりフローティングコイル６０内のリアクタンス（L60ω−1／C58ω）が正の値となって、フローティングコイル６０内には負極性（アンテナ電流IRFと周回方向で逆向き）の誘導電流IINDが流れる。しかし、C58がCRよりも小さい場合は、L60ω＜1／C58ωとなって、つまりフローティングコイル６０内のリアクタンス（L60ω−1／C58ω）が負の値となって、フローティングコイル６０内には正極性（ＲＦアンテナ５４を流れる電流IRFと周回方向で同じ向き）の誘導電流IINDが流れる。この特性を図５のグラフ（プロット図）に示す。
図５のグラフにおいて、横軸は、可変コンデンサ５８の静電容量C58であり、２０ｐＦから１０００ｐＦまで連続的に変化させている。縦軸は、誘導電流IRFとアンテナ電流IRFの比（IIND／IRF）であり、ＲＦアンテナ５４を流れるアンテナ電流IRFに対して何倍の誘導電流IINDがフローティングコイル６０内に流れるのかを表わしている。電流比（IIND／IRF）が正の値のときは、誘導電流IRFが周回方向でアンテナ電流IRFと同じ向きに流れる。反対に、電流比（IIND／IRF）が負の値のときは、誘導電流IINDが周回方向でアンテナ電流IRFと逆向きに流れる。なお、このグラフの計算例では、ｆ（ω／２π）＝１３．５６ＭＨｚ、M＝３５０ｎＨ、L60＝５８０ｎＨとしている。この場合、フローティングコイル６０内で直列共振を起こす静電容量C58の値ＣRは、L60ω＝1／CRωの共振条件から、ＣR≒２３０ｐＦである。
図５に示すように、可変コンデンサ５８の静電容量C58が２０ｐＦのときは、誘導電流IINDは零に近い正の値になる。C58の値を２０ｐＦから増やしていくと、誘導電流IINDは正の向き（アンテナ電流IRFと同じ向き）で漸次的に増大し、やがてアンテナ電流IRFを凌駕し、そこからは指数関数的に増大し、直列共振を起こす静電容量値CRの直前で最大になる。そして、C58の値がCRを超えると、とたんに誘導電流IINDが負の向き（アンテナ電流IRFと逆向き）で大きな電流になる。さらにC58の値を増やしていくと、誘導電流IINDは負の向きを保ったまま対数関数的に小さくなり、最終的にはアンテナ電流IRFよりも絶対値的に小さな値ＩSに漸近する。ここで、飽和値ＩSはＩS≒MIRF／L60であり、上記の例（M＝３５０ｎＨ、L60＝５８０ｎＨ）ではＩS≒０．６IRFである。
フローティングコイル６０の作用の中で特に重要な点は、可変コンデンサ５８の静電容量C58の値に応じて誘導電流IINDの流れる向きが変わり、それによってチャンバ１０内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に与える影響（作用効果）が全く違ってくることである。
すなわち、フローティングコイル６０内で誘導電流IINDが周回方向でアンテナ電流IRFと逆向きに流れるときは、そのコイル導体の直下位置付近で誘導磁界の強度ないしは誘導結合プラズマの密度を局所的に低減する作用効果が得られ、誘導電流IINDの電流値が大きいほどそのプラズマ密度低減効果の度合いが増す。
これに対して、フローティングコイル６０内で誘導電流IINDが周回方向でアンテナ電流IRFと同じ向きに流れるときは、そのコイル導体の直下位置付近で誘導磁界の強度ないしは誘導結合プラズマの密度を局所的に増強する作用効果が得られ、誘導電流IINDの電流値が大きいほどそのプラズマ密度増強効果の度合いが増す。
したがって、可変コンデンサ５８の静電容量C58を可変することにより、フローティングコイル６０を所定位置に固定した状態の下で、チャンバ１０内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を自在に制御し、ひいてはドーナツ状プラズマが処理空間で四方（特に径方向）に拡散する結果として得られるサセプタ１２近傍のプラズマ密度分布を径方向で任意または多様に制御することができる。
さらには、上記のようにアンテナ電流IRFと周回方向で同じ向きの誘導電流IINDをフローティングコイル６０内で流すことにより、ＲＦアンテナ５４だけでなくフローティングコイル６０にも誘導結合プラズマの生成に積極的またはプラスに作用させる場合の効果として、ＲＦパワー供給効率を向上させる面もある。すなわち、誘導結合プラズマの生成を増強する方向にフローティングコイル６０を作用させる場合は、ＲＦアンテナ５４側の負担が軽くなり、ＲＦアンテナ５４に供給する高周波電流ＩRFの電流量を低減することができる。それによって、高周波給電系統の各部（特に整合器６６、高周波給電導体６８等）で生じる高周波ＲＦHのパワー損失を低減することができる。
上述した図４のモデルはＲＦアンテナ５４の径方向内側にフローティングコイル６０を配置しているが、図６に示すようにＲＦアンテナ５４の径方向外側にフローティングコイル６０を配置する構成でも作用は同じである。すなわち、相互インダクタンスＭが同じであれば、フローティングコイル６０がＲＦアンテナ５４の内側であっても外側であっても、フローティングコイル６０には同じ向きおよび同じ大きさの誘導電流ＩINDが流れる。
もっとも、フローティングコイル６０がＲＦアンテナ５４から遠く離れていると、相互インダクタンスＭは小さくなり、フローティングコイル６０内に励起される誘導起電力ＶINDが弱く（低く）なる。しかし、そのような場合でも、可変コンデンサ５８の静電容量Ｃ58を調整してフローティングコイル６０内で直列共振の状態ないしはそれに近い状態をつくることにより、実用上十分な大きさの誘導電流ＩINDを得ることは可能である。
ただし、フローティングコイル６０内で直列共振状態またはそれに近い状態が起きるときは、上記の近似式（３）は当てはまらず、次の近似式（４）が当てはまる。
IIND≒−iMωIRF／R60 ・・・・（４）
この式（４）からわかるように、フローティングコイル６０内で直列共振状態またはそれに近い状態が起きる場合は、誘導電流ＩINDがアンテナ電流IRFに対して９０°前後の位相差をもつ。このような場合、相互インダクタンスＭが小さすぎると、つまり式（４）の係数（Mω／R60 ）が小さすぎると、実用に適さない。したがって、この係数（Mω／R60 ）が１より大きいこと、つまり次の条件式（５）が満たされることが必要である。
Mω ＞R60 または ２πｆM ＞R60 ・・・・（５）
ここで、右辺のR60は上記のようにフローティングコイル６０の抵抗であり、そのコイル導体の抵抗Ｒ60Cとプラズマ側のパワー吸収に相当する抵抗Ｒ60Pとの和（Ｒ60C＋Ｒ60P）であるが、おおよそ前者（Ｒ60C）が支配的であり、設計上は後者（Ｒ60P）を無視できる。
理論的には、ＲＦアンテナ５４およびフローティングコイル６０が図４または図６のような円環状単巻きコイルであって、両者の半径がそれぞれａ，ｂ、両者間の距離がｄであるとすると、相互インダクタンスＭは次の式（６）で表わされる。
一例として、同一平面上に半径５０ｍｍのＲＦアンテナ５４と半径ｒのフローティングコイル６０を同軸に配置した場合、上記の式（６）より求められる相互インダクタンスＭと角周波数ωとの積Ｍωは図７に示すような特性でフローティングコイル６０の半径ｒに依存する。ただし、ｆ（ω／２π）＝１３．５６ＭＨｚとしている。
フローティングコイル６０の抵抗Ｒの典型的な値としてＲ＝１（Ω）と見積もると、図７からｒ＜約１５０ｍｍ、つまりフローティングコイル６０の半径ｒがＲＦアンテナ５４の半径（５０ｍｍ）の約３倍以内にあれば、Ｍω＞１つまり上記の条件式（５）が満たされる。
なお、図７の特性は、フローティングコイル６０が径方向においてＲＦアンテナ５４の外側にあることを仮定している。フローティングコイル６０が径方向においてＲＦアンテナ５４の内側にある場合は両者の関係が逆になり、アンテナ５４の半径（５０ｍｍ）がフローティングコイル６０の半径ｒの約３倍以下であれば、Ｍω＞１つまり上記の条件式（５）が成立する。見方を変えれば、フローティングコイル６０の半径ｒがＲＦアンテナ５４の半径の約１／３倍以上あれば、Ｍω＞１つまり上記の条件式（５）が満たされる。

［実施形態２］
次に、図８〜図１０につき、本発明の第２の実施形態を説明する。
図８にこの第２の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成を示し、図９および図１０にこの第２の実施形態におけるＲＦアンテナ５４およびフローティングコイル７０の配置構成（レイアウト）および電気的結線構成を示す。図中、上述した第１の実施形態の装置（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附している。
この第２の実施形態においては、ＲＦアンテナ５４が、半径の異なる円環状の内側アンテナコイル５４iおよび外側アンテナコイル５４oを有している。ここで、外側アンテナコイル５４oは、上述した第１の実施形態におけるＲＦアンテナ５４に相当する構成、つまり空間的には円環状の１周ループに沿って直列に配置され、電気的には並列に接続されている複数たとえば２つのコイルセグメント８４(1) ，８４(2)を有し、径方向においてチャンバ１０の側壁寄りに位置している。
内側アンテナコイル５４iは、フローティングコイル６０よりも小さな口径を有する単一の円形コイルセグメント９０からなり、フローティングコイル６０および外側アンテナコイル５４oと同一平面上（誘電体窓５２の上）で同軸に配置されている。この内側コイルセグメント９０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９０(RF-In), ９０(RF-out)が周回方向で内側間隙Ｇ90を介して相対向または隣接している。内側コイルセグメント９０の一方の端つまりＲＦ入口端部９０(RF-In）は、上方に延びる接続導体９２および高周波入口側のノードＮAを介して高周波給電部６２からの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９０の他方の端つまりＲＦ出口端９０(RF-Out）は、上方に延びる接続導体９４および高周波出口側のノードＮCを介してアースライン７０に接続されている。そして、ノードＮBとノードＮCとの間には、インピーダンス調整部としての可変コンデンサ９６が接続（挿入）されている。
一例として、被処理基板である半導体ウエハＷの口径が３００ｍｍである場合、内側アンテナコイル５４i、フローティングコイル６０および外側アンテナコイル５４oの口径はそれぞれ１００ｍｍ、２００ｍｍおよび３００ｍｍに選ばれる。
このように内側アンテナコイル５４i（コイルセグメント９０）、外側アンテナコイル５４o（コイルセグメント８４(1) ，８４(2)）およびフローティングコイル６０の三者が互いに相似なコイル形状を有し、フローティングコイル６０が内側アンテナコイル５４iと外側アンテナコイル５４oの真ん中に同軸に配置される構成によれば、後述するようにＲＦアンテナ５４（内側アンテナコイル５４i／外側アンテナコイル５４o）におけるアンテナ内分配電流のバランスの制御とフローティングコイル６０内で流れる誘導電流ＩINDの向きおよび大きさ（電流量）の制御とをそれぞれ独立に行うことができる。
このような独立制御を行える主たる理由は、フローティングコイル６０と内側アンテナコイル５４iとの間の相互インダクタンスをＭiとし、フローティングコイル６０と外側アンテナコイル５４0との間の相互インダクタンスをＭoとすると、Ｍi＝Ｍoの関係があるためである。
内側アンテナコイル５４iおよび外側アンテナコイル５４oにアンテナ内分配電流ＩRFi，ＩRFoがそれぞれ流れるときに、フローティングコイル６０内に生じる誘導起電力ＶINDは、重ね合わせの理により、内側アンテナコイル５４iを内側のアンテナ内分配電流ＩRFiが流れるときにフローティングコイル６０内に生じる誘導起電力と、外側アンテナコイル５４oを外側のアンテナ内分配電流ＩRFoが流れるときにフローティングコイル６０内に生じる誘導起電力とを足し合わせたものになる。ここで、それぞれの相互インダクタンスＭi，Ｍoが等しいとすれば、上記の式（１），（２），（３）より、フローティングコイル６０に生じる誘導起電力ひいては誘導電流ＩINDは、アンテナ内分配電流ＩRFi，ＩRFoの比（ＩRF/ＩRFo）には関係なく、それらの和（ＩRFi＋ＩRFo）に依存することがわかる。
また、フローティングコイル６０は、内側アンテナコイル５４iと外側アンテナコイル５４oの中間（好ましくは真ん中）に、つまり両アンテナコイル５４i，５４oのどちらにも近接して配置されるので、相互インダクタンスＭi，Ｍoの双方を大きくすることができる。
この第２の実施形態においては、ＲＦアンテナ５４内で内側および外側アンテナコイル５４i，５４oをそれぞれ流れるアンテナ電流ＩRFi，ＩRFoのバランス（比）を任意に調整するために、ノードＮAとノードＮCとの間で、内側アンテナコイル５４iとは並列に接続され、外側アンテナコイル５４oとは直列に接続される可変コンデンサ９６を設け、主制御部８０の制御の下で容量制御部８２により可変コンデンサ９６の静電容量Ｃ96を可変できるようにしている。
すなわち、内側アンテナコイル５４iのインピーダンスをＺi、外側アンテナコイル５４oと可変コンデンサ９６の合成インピーダンスをＺoとすると、アンテナ内分配電流ＩRFi，ＩRFoのバランス（比）は次の式（７）のようにそれらのインピーダンスの比で決まり、フローティングコイル６０内で流れる誘導電流ＩINDには影響しない。
ＩRFi：ＩRFo＝（１／Ｚi）：（１／Ｚo） ・・・・・（７）
この実施形態では、高周波給電部６２からＲＦアンテナ５４に供給される高周波電流が内側アンテナコイル５４iと外側アンテナコイル５４oとに分かれて流れる。ここで、可変コンデンサ９６の静電容量Ｃ96を可変することにより、外側アンテナコイル５４oおよび可変コンデンサ９６の合成インピーダンスＺoを可変し、ひいては内側アンテナ電流ＩRFiと外側アンテナ電流ＩRFoとの間の分配比を調節することができる。
より詳細には、内側アンテナコイル５４iを流れる内側アンテナ電流ＩRFiと外側アンテナコイル５４oを流れる外側アンテナ電流ＩRFoは、通常は周回方向で同じ向きに設定される。そのためには、合成インピーダンスＺoの虚数成分つまり合成リアクタンスＸoが正の値になる領域で外側コンデンサ９６の静電容量Ｃ96を可変すればよい。この場合、Ｘo＞０の領域内でＣ96の値を小さくするほど、合成リアクタンスＸoの値が小さくなって、外側アンテナ電流ＩRFoの電流量が相対的に大きくなり、そのぶん内側アンテナ電流ＩRFiの電流量が相対的に小さくなる。反対に、Ｘo＞０の領域内でＣ96の値を大きくするほど、合成リアクタンスＸoの値が大きくなって、外側アンテナ電流ＩRFoの電流量が相対的に小さくなり、そのぶん内側アンテナ電流ＩRFiの電流量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、コンデンサ９６の静電容量Ｃ96を可変することにより、内側アンテナコイル５４i（コイルセグメント９０）を流れる内側アンテナ電流ＩRFiと外側アンテナコイル５４o（コイルセグメント８４(1) ，８４(2)）を流れる外側アンテナ電流ＩRFoとのバランスを任意に制御し、ひいては内側アンテナコイル５４iおよび外側アンテナコイル５４oのそれぞれの直下位置付近における誘導結合プラズマ密度のバランスを任意に制御することができる。さらに、両アンテナ電流ＩRFi，ＩRFoのバランスに影響されることなく、コンデンサ５８の静電容量Ｃ58を可変することにより、中間のフローティングコイル６０を流れる誘導電流ＩINDの電流量を任意に調節し、ひいてはフローティングコイル６０の直下位置付近における誘導結合プラズマ密度のバランスを任意に制御することができる。これによって、サセプタ１２近傍のプラズマ密度を径方向で一層多様かつ精細に制御することが可能であり、サセプタ１２近傍のプラズマ密度分布を径方向で均一化することも一層高精度に行える。
また、この実施形態においては、高周波給電部６２の整合器６６に直接接続されているのは内側アンテナコイル５４i（コイルセグメント９０）および外側アンテナコイル５４o（コイルセグメント８４(1) ，８４(2)）だけであり、整合器６６から直接見える負荷抵抗はこれらのアンテナコイル５４i（９０），５４o（９０，８４(1) ，８４(2)）の抵抗成分のみである。フローティングコイル６０で消費されるパワー（プラズマに吸収されるパワーも含む）に相当する抵抗成分は、結果的にアンテナコイル５４i，５４o（９０，８４(1) ，８４(2)）の抵抗成分に直列接続で加わることになる。このように、フローティングコイル６０を用いることにより、ＲＦコイル５４の見掛け上の負荷抵抗成分が増大するので、高周波給電部６２における高周波電力の損失を低減し、プラズマ生成効率を向上させることができる。
なお、フローティングコイル６０の配置に関して、上述した実施形態では、フローティングコイル６０の効き目（プラズマ密度増強作用またはプラズマ密度低減作用）を最大化するように、フローティングコイル６０をＲＦアンテナ５４と同一平面上（典型的には誘電体窓５２上）に配置した。しかし、フローティングコイル６０の効き目を弱めた方が望ましい場合もある。
たとえば、図５から見てとれるように、フローティングコイル６０に逆向きの誘導電流ＩINDを流す場合はその電流値が０にはならず、フローティングコイル６０の効き目（プラズマ密度低減作用）が強すぎることがあり得る。そのような場合は、フローティングコイル６０を天板の誘電体窓５２から（つまりプラズマ領域から）上方にたとえば１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度離して配置することにより、フローティングコイル６０の強すぎる効果を適度に弱めることができる。これにより、可変コンデンサ５８により誘導電流ＩINDの電流量を調整してプラズマ密度分布を調整する際に、丁度平坦なプロファイルになるような領域をコンデンサ５８の静電容量Ｃ58の可変範囲に含めることができる。
また、フローティングコイル６０に正方向の誘導電流ＩINDを流す場合であっても、可変コンデンサ５８の静電容量Ｃ58の可変範囲の下限が比較的大きな値である場合は、正方向であっても誘導電流ＩINDの電流値を０に近い値まで調整することができなくなる。このような場合にも、フローティングコイル６０を誘電体窓５２から上方に離して、フローティングコイル６０の効き目を適度に弱める技法を好適に採ることができる。
このようにフローティングコイル６０の高さ位置または誘電体窓との距離間隔を変えることにより、フローティングコイル６０の効き目加減を調節することができる。したがって、好適な一実施例として、フローティングコイル６０の高さ位置を任意に可変する機構を備えることもできる。

［フローティングコイルの構造に関する実施例１］
次に、図１１〜図１５を参照して、本発明の誘導結合型プラズマ処理装置においてフローティングコイル６０内の可変コンデンサ５８に市販品のコンデンサ素子を用いる場合の実施例を説明する。
図１１に示す実施例は、フローティングコイル６０に１つの切れ目Ｇ60を形成し、この場所に市販品の２端子型コンデンサ５８を取り付ける。この実施例における特徴は、フローティングコイル６０のコイル導体とコンデンサ５８のパッケージ本体の端子とを結ぶ接続端子１００ａ，１００ｂをコイル導体より上方（好ましくは垂直上方）に立てている構成にある。
上記のようにフローティングコイル６０に大きな誘導電流ＩINDを流す場合は、大電流を流せる大きなサイズの可変コンデンサ５８が用いられる。ところが、コンデンサ５８のサイズが大きいと、切れ目Ｇ60のサイズも大きくなり、フローティングコイル６０のループ上で切れ目Ｇ60の箇所がフローティングコイル６０の電磁界的な作用上無視できない特異点になり得る。
この実施例では、上記のようにコンデンサ接続導体１００ａ，１００ｂを垂直上方に延ばしてコンデンサ本体をコイル導体よりも一段上方に（プラズマ側から一段遠く離して）配置するので、コンデンサ本体がプラズマ側から見え難い構造、つまりマスキングされる構造になっている。
図１２Ａおよび図１２Ｂに示す別の実施例では、フローティングコイル６０の切れ目Ｇ60をコイル周回方向に対して（またはコイル半径方向に対して）一定の角度（たとえば４５°）で斜めに形成している。そして、切れ目Ｇ６０を介して相対向するコイル導体の両開放端部にそれぞれ設けられる一対のコンデンサ給電ポイント（コンデンサ接続導体１００ａ，１００ｂの基端の位置）１０２ａ，１０２ｂがコイル中心Ｏを通る半径方向の直線Ｆ上に位置するように構成している。かかる構成により、プラズマ側からは、切れ目Ｇ60の箇所が見え難くなって、フローティングコイル６０のコイル導体が周回方向であたかも連続しているように見える。
一変形例として、フローティングコイル６０の切れ目Ｇ60を、斜め一直線ではなく、図１２Ｃに示すような入れ子構造を可能とする斜め形状にすることも可能である。
図１３Ａに示す別の実施例では、フローティングコイル６０の切れ目Ｇ60がコイル導体をコイル半径方向に対して斜めに切りながら延びているだけでなく、縦方向（コイル軸方向）に対しても斜めに切りながら延びている構成が特徴的である。かかる構成により、プラズマ側からは切れ目Ｇ60の箇所が一層見え難くなり、周回方向におけるフローティングコイル６０のコイル導体の擬似的連続性が更に向上する。
なお、フローティングコイル６０のコイル導体の断面形状は任意であり、たとえば図１３Ｂに示すように三角、四角または円のいずれであってもよい。
図１４に、フローティングコイル６０の切れ目Ｇ60に起因する特異点の存在を解消または抑制するのに有効な別の実施例を示す。この実施例では、フローティングコイル６０に周回方向に一定の間隔を置いて複数個たとえば３個の可変コンデンサ５８を設けている。
元々、誘導結合型プラズマ処理装置は、ＲＦアンテナの直下では径方向に不均一に（ドーナツ状）にプラズマを生成し、それを拡散させてサセプタ側の基板上に均一なプラズマが得られるように設計されるものである。周回方向でドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度に不均一な箇所がある場合にも、当然に拡散による平滑化が起きるが、径方向に比べると周回方向では平滑化に必要な拡散距離が長いため、平滑化または均一化し難い傾向がある。
この点に関しては、図１４に示すように、不連続点を周回方向に一定間隔で複数設けると、平滑化に必要な拡散距離が短くなる。たとえば、図示のようにフローティングコイル６０に１２０°間隔で３個の切れ目Ｇ60を設けると、周回方向でプラズマの拡散に必要な距離は円周の１／３になり、平滑化ないし均一化しやすくなる。
図１５の実施例は、図１４の実施例の一変形例であり、フローティングコイル６０にダミーの切れ目Ｇ60'を形成し、このダミーの切れ目Ｇ60'にダミーのコンデンサ電極１０４およびダミーのコンデンサ接続導体１０６を設ける構成を特徴とする。ダミーの切れ目Ｇ60'は、可変コンデンサ５８を取り付けるための本来の切れ目Ｇ60と全く同じ構造でよく、全部の切れ目（Ｇ60，Ｇ60'）が周回方向で等間隔に配置されるように、本来の切れ目Ｇ60と混在して所定位置に１つまたは複数設けられる。ダミーのコンデンサ電極１０４は、一枚の導体板（たとえば銅板）で構成されてよい。ダミーのコンデンサ接続導体１０６も、本物のコンデンサ接続導体１００ａ，１００ｂと同様の材質および形状に作られてよい。
図１４の実施例ではフローティングコイル６０に電気的に直列接続で複数の可変コンデンサ５８を設けるのに対して、図１５の実施例は１個のコンデンサ５８で済むという特徴がある。

［フローティングコイルの構造に関する実施例２］
次に、図１６〜図１８を参照して、可変コンデンサ５８を構造体としてフローティングコイル６０に一体に作り込む一実施例を示す。
図１６に示すように、この実施例では、切れ目Ｇ60に隣接する一方のコイル導体端部６０ａの上には、同じ厚みを有する板状またはシート状の誘電体１０８および固定接点導体１１０が固着される。ここで、固定接点導体１１０は、誘電体１０８よりも切れ目Ｇ60から遠い位置に配置される。また、反対側で切れ目Ｇ60に隣接する他方のコイル導体端部６０ｂの上には、誘電体１０８および固定接点導体１１０と同じ厚みを有する板状またはシート状の固定接点導体１１２が固着される。可動電極１１４は、面一に並べられた固定接点導体１１０、誘電体１０８および固定接点導体１１２の上面を摺動してコイル周回方向に移動できるようになっている。なお、フローティングコイル６０の周回方向は、厳密には円弧であるが、局所的に切れ目Ｇ60の場所付近に限ってみれば、直線方向とみなしてよい。したがって、可動電極１１４が直線的に移動しても、フローティングコイル６０の上から横に外れることはない。
容量可変部８２において、可動電極１１４を摺動させるためのスライド機構１１６は、たとえばボールネジ機構からなり、一定の位置で水平に延びる送りネジ１１８を回転駆動するためのステッピングモータ１２０と、送りネジ１１８と螺合するナット部（図示せず）を有し、送りネジ１１８の回転によってその軸方向に水平移動するスライダ本体１２２と、このスライダ本体１２２と可動電極１１４とを結合する圧縮コイルバネ１２４および鉛直方向で摺動可能に嵌合する一対の円筒体１２６，１２８とで構成されている。ここで、外側の円筒体１２６はスライダ本体１２２に固定され、内側の円筒体１２８は可動電極１１４に固定されている。圧縮コイルバネ１２４は、弾性力によって可動電極１１４を固定接点導体１１０、誘電体１０８および固定接点導体１１２に押し付ける。容量制御部１３０は、ステッピングモータ１２０の回転方向および回転量を通じて可動電極１１４のスライド位置を制御する。
この実施例では、切れ目Ｇ60を挟む一対のコイル導体端部６０ｅ，６０ｆの間に、図１７のような等価回路で表される可変コンデンサ５８、第１のスイッチＳ1および第２のスイッチＳ2が作り込まれている。ここで、第１のスイッチＳ1は可変コンデンサ５８と電気的に直列に接続される開閉器であり、第２のスイッチＳ2は可変コンデンサ５８と電気的に並列に接続される開閉器である。
より詳細には、可変コンデンサ５８は、一方のコイル導体端部６０ａと誘電体１０８と可動電極１１４とスライド機構１１６とによって構成されている。第１および第２のスイッチＳ1，Ｓ2は、固定接点導体１１０，１１２と可動電極１１４とスライド機構１１６とによって構成されている。
ここで、図１８につき、この実施例における作用を説明する。
先ず、図１８の（ａ）に示すように、可動電極１１４を、片側のコイル導体端部６０ｂ上の固定接点導体１１２のみに接触し、反対側のコイル端部６０ａ上の固定接点導体１１０および誘電体１０８のいずれとも接触しない位置に移動させる。この位置では、スイッチＳ1，Ｓ2のいずれも開（OFF）状態であり、フローティングコイル６０の切れ目Ｇ60は電気的に完全にオープン（遮断）状態になる。したがって、フローティングコイル６０には誘導電流にＩINDが一切流れず、実質的にフローティングコイル６０が無い場合と同じになる。
次に、図１８の（ｂ）に示すように、可動電極１１４を、片側のコイル導体端部６０ｂ上の固定接点導体１１２に接触し、反対側のコイル導体端部６０ａ上では誘電体１０８には接触し、固定接点導体１１０には接触しない位置に移動させる。この位置では、スイッチＳ2は開（OFF）状態のままで、スイッチＳ1が閉（ON）状態になり、可変コンデンサ５８が有意のキャパシタンスをもって機能（通電）する。
この可変コンデンサ５８の静電容量は、可動電極１１４を固定接点導体１１２に向って移動させるほど大きくなり、図１８の（ｃ）に示すように可動電極１１４が誘電体１０８の上面全体を覆う位置まで移動させたときに最大になる。
そして、可動電極１１４を更に前進移動させて、図１８の（ｄ）に示すように固定接点導体１１０の上まで移動させると、両側の固定接点導体１１０，１１２同士が可動電極１１４を介して短絡し、スイッチＳ1も閉（ON）状態になる。すなわち、切れ目Ｇ60が短絡状態になり、フローティングコイル６０はコイル導体の両端が閉じたリングになる。
なお、図１７のように可変コンデンサ５８と直列および／または並列にスイッチＳ1，Ｓ2を接続する構成は、市販品のコンデンサ素子を用いる実施例（図１１〜図１５）においても実現できる。また、直列接続のスイッチＳ1は、フローティングコイル６０のループ内で可変コンデンサ５８とは別の切れ目に設けられてもよい。

［ＲＦアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトに関する他の実施例または変形例］
図１９〜図２９に、ＲＦアンテナ５４およびフローティングコイル６０のレイアウトに関する他の実施例または変形例を示す。
上記第２の実施形態では、フローティングコイル６０を径方向において内側アンテナコイル５４iと外側アンテナコイル５４oとの間（好ましくは真ん中）に配置した。別の実施例として、図１９に示すようにフローティングコイル６０を内側アンテナコイル５４iの径方向内側に配置する構成、あるいは図２０に示すようにフローティングコイル６０を外側アンテナコイル５４oの径方向外側に配置する構成も可能である。
さらには、口径の異なる複数のフローティングコイルを同軸に配置することも可能である。たとえば、図２１に示すように、内側アンテナコイル５４iの径方向内側に小サイズの口径を有するフローティングコイル６０iを配置し、内側アンテナコイル５４iと外側アンテナコイル５４oとの間に中サイズの口径を有するフローティングコイル６０mを配置し、外側アンテナコイル５４0の径方向外側に大サイズの口径を有するフローティングコイル６０oを配置してもよい。この場合も、フローティングコイル６０i，６０m，６０oのループ内に個別の可変コンデンサ５８i，５８m，５８oがそれぞれ設けられる。あるいは、図２２に示すように、２つ（内側および外側）のアンテナコイル５４i，５４oの間に口径の異なる複数（たとえば２つ）のフローティングコイル６０i，６０oを配置する構成も可能である。
ＲＦアンテナ５４に付加するインピーダンス調整部については、図２３に示すように、高周波入口側のノードＮAと高周波出口側のノードＮCとの間に、外側アンテナコイル５４oと直列に接続される可変コンデンサ９６を設けるだけでなく、内側アンテナコイル５４iと直列に接続される固定コンデンサ１３２を設けることにより、内側および外側アンテナ電流ＩRFi，ＩRFo間のバランス調整の可変範囲を大きくすることができる。図２４に示すように、固定コンデンサ１３２を可変コンデンサ１３４に置き換えてもよい。
逆に、図２５に示すように、ノードＮAとノードＮCとの間に、内側アンテナコイル５４iと直列に接続される可変コンデンサ１３４を設け、外側アンテナコイル５４oと直列に接続されるインピーダンス調整部を一切設けない構成も可能である。あるいは、内側および外側アンテナコイル５４i，５４oをそれぞれ流れる内側および外側アンテナ電流ＩRFi，ＩRFo間のバランス調整の可変範囲を大きくするために、図２６に示すように、ノードＮAとノードＮCとの間に、内側アンテナコイル５４iと直列に接続される可変コンデンサ１３４を設けるとともに、外側アンテナコイル５４oと直列に接続される固定コンデンサ１３６を設けることもできる。
図２７に示すように、ＲＦアンテナ５４の終端側で、つまりノードＮC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９０，８４(1)，８４(2)と電気的に直列に接続される出側の共通インピーダンス調整部（たとえばコンデンサ）１３８を好適に備えることができる。この出側（終端）の共通インピーダンス調整部１３８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）共通インピーダンス調整部１３８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、コンデンサを用いる場合は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有する。このような共通インピーダンス調整部１３８は、上述した他の実施例または変形例（図１９〜図２６）にも適用可能である。
図２８に示すように、内側および外側アンテナコイル５４i，５４oをそれぞれ流れる内側および外側アンテナ電流ＩRFi，ＩRFo間のバランスを調整するためのインピーダンス調整部（可変コンデンサ９６）を高周波入口側のノードＮAとノードＮDとの間に設けることも可能である。ここで、ノードＮAは内側および外側アンテナコイル５４i，５４o間のノードであり、ノードＮDはコイルセグメント８４(1)，８４(2)間のノードである。
また、図２９に示すように、周回方向におけるプラズマ密度分布の偏りを防止するために、内側および外側アンテナコイル５４i，５４o内の切れ目Ｇ90，Ｇ84およびフローティングコイル６０内の切れ目Ｇ60のそれぞれの位置を周回方向において相互にずらす構成を好適に採ることができる。

［３系統のアンテナコイルに関する実施例］
図３０に、ＲＦアンテナ５４を口径の異なる３系統のアンテナコイル５５i，５５m，５５oによって構成する一実施例を示す。このＲＦアンテナ５４において、最も小さな口径を有する内側アンテナコイル５５iおよび中間の口径を有する中間アンテナコイル５５mは、上記第２の実施形態における内側アンテナコイル５４iおよび外側アンテナコイル５４oに対応する構成をそれぞれ有している。この実施例において最も大きな口径を有する外側のアンテナコイル５５oは、周回方向で分割されている３つの外側コイルセグメント１４０(1)，１４０(2) ，１４０(3)からなる。これら３系統のアンテナコイル５５i，５５m，５５oは、好ましくは相似のループ形状（図示の例は円環形状）を有し、同一平面上（誘電体窓５２上）で同軸（同心状）に配置される。
一例として、被処理基板である半導体ウエハＷの口径が３００ｍｍである場合、内側、中間および外側アンテナコイル５５i，５５m，５５oの口径はそれぞれ１００ｍｍ、３００ｍｍおよび５００ｍｍに選ばれる。
外側アンテナコイル５５oを構成する３つの外側コイルセグメント１４０(1)，１４０(2) ，１４０(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、外側アンテナコイル１４０の一周ループ内において、第１の外側コイルセグメント１４０(1)のＲＦ入口端１４０(1)(RF-In)と第３の外側コイルセグメント１４０(3)のＲＦ出口端１４０(3) (RF- Out)とが周回方向で外側間隙Ｇ140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１４０(1)のＲＦ出口端１４０(1)(RF- Out)と第２の外側コイルセグメント１４０(2)のＲＦ入口端１４０(2)(RF-In)とが周回方向で別の外側間隙Ｇ140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１４０(2)のＲＦ出口端１４０(2)(RF- Out)と第３の外側コイルセグメント１４０(3)のＲＦ入口端１４０(3) (RF-In)とが周回方向で別の外側間隙Ｇ140を介して相対向または隣接している。
このように、高周波給電部６２のＲＦ給電ライン６８とアースライン７０との間で、または高周波入口側のノードＮAと高周波出口側のノードＮCとの間で、中間アンテナコイル５５mを構成する２つの中間コイルセグメント８４(1)，８４(2)同士が互いに電気的に並列に接続されるとともに、外側アンテナコイル１４０を構成する３つの外側コイルセグメント１４０(1)，１４０(2)，１４０(3)同士が互いに電気的に並列に接続され、さらには内側アンテナコイル５５iを単体で構成する内側コイルセグメント９０もそれらの中間コイルセグメント８４(1)，８４(2)および外側コイルセグメント１４０(1)，１４０(2)，１４０(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８４(1)，８４(2)をそれぞれ流れる中間アンテナ電流ＩRFmの向きが周回方向で同じになり、外側コイルセグメント１４０(1)，１４０(2)，１４０(3)をそれぞれ流れる外側アンテナ電流ＩRFo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。
この実施例では、好ましい一形態として、中間アンテナコイル５５ｍを構成する２つの中間コイルセグメント８４(1)，８４(2)がおおよそ等しい自己インダクタンスを有し、外側アンテナコイル５４ｏを構成する３つの外側コイルセグメント１４０(1)，１４０(2)，１４０(3)がおおよそ等しい自己インダクタンスを有している。これにより、中間アンテナコイル５５mの一周ループ内つまり中間コイルセグメント８４(1)，８４(2)に一様または均一な中間アンテナ電流ＩRFmが流れ、外側アンテナコイル５５ｏの一周ループ内つまり外側コイルセグメント１４０(1)，１４０(2)，１４０(3)に一様または均一な外側アンテナ電流ＩRFoが流れるようになっている。
この実施例においては、ＲＦアンテナ５４のコイル結線構造に重要な特徴がある。すなわち、高周波給電部６２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、中間アンテナコイル５５mを通るときの向き（図３０では反時計回り）が内側アンテナコイル５５iおよび外側アンテナコイル５５oを通るときの向き（図３０では時計回り）と周回方向で逆になるという構成になっている。そして、このような逆方向結線の下で、中間アンテナコイル５５mを流れる中間アンテナ電流ＩRFmが内側および外側アンテナコイル５５i，５５oをそれぞれ流れる内側および外側アンテナ電流ＩRFm，ＩRFoと周回方向で同じ向きになるように、可変コンデンサ９６の静電容量Ｃ96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。
すなわち、中間アンテナコイル５５mと可変コンデンサ９６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も小さな領域（それらの合成リアクタンスつまり中間合成リアクタンスＸmが負の値になる領域）で、可変コンデンサ９６の静電容量Ｃ96が可変ないし選定される。これにより、中間アンテナコイル５５mを流れる中間アンテナ電流ＩRFmが内側アンテナコイル５５iおよび外側アンテナコイル５５oをそれぞれ流れる内側アンテナ電流ＩRFiおよび外側アンテナ電流ＩRFoと周回方向で同じ向きになる。しかも、中間アンテナ電流ＩRFmの電流量を略ゼロから徐々に増大させることも可能であり、たとえば内側および外側アンテナ電流ＩRFi，ＩRFoの１／１０以下に選定することができる。
そして、このように中間アンテナ電流ＩRFmを内側および外側アンテナ電流ＩRFi，ＩRFoに比して十分小さな（たとえば１／１０以下の）電流量に制御することによって、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、中間アンテナコイル５５mが無い場合でも、内側および外側アンテナコイル５５i，５５o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、両アンテナコイル５５i，５５o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、両アンテナコイル５５i，５５oとは別にその中間に位置する中間アンテナコイル５５mに少量の電流ＩRFmを両アンテナコイル５５i，５５oでそれぞれ流れる電流ＩRFi，ＩRFoと周回方向で同じ向きに流すと、中間アンテナコイル５５m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、径方向におけるプラズマ密度の均一性が向上する。
この実施例では、中間アンテナコイル５５mを流れる中間アンテナ電流ＩRFmの電流量を相当小さな値に制御できるように、上記のように中間アンテナコイル５５を逆方向に結線し、可変コンデンサ９６の静電容量Ｃ96を中間合成リアクタンスＸm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、Ｘm＜０の領域内でＣ96の値を小さくするほど、中間合成リアクタンスＸmの絶対値が大きくなって、中間アンテナ電流ＩRFmの電流量は小さくなる（ゼロに近づく）。反対に、Ｘm＜０の領域内でＣ96の値を大きくするほど、中間合成リアクタンスＸmの絶対値が小さくなって、中間アンテナ電流ＩRFmの電流量は大きくなる。
もっとも、必要に応じて、可変コンデンサ９６の静電容量Ｃ96を中間合成リアクタンスＸm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、中間アンテナコイル５５m内で流れる中間アンテナ電流ＩRFmは内側および外側アンテナコイル５５i，５５o内でそれぞれ流れる内側および外側アンテナ電流ＩRFi，ＩRFoと周回方向で逆の向きになる。これは、中間アンテナコイル５５m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。
加えて、この実施例では、内側アンテナコイル５５iと中間アンテナコイル５５mとの間（好ましくは真ん中）に比較的小さな口径を有する内側フローティングコイル６０iを配置し、中間アンテナコイル５５mと外側アンテナコイル５５oとの間（好ましくは真ん中）に比較的大きな口径を有する外側フローティングコイル６０oを配置している。これら内側および外側フローティングコイル６０i，６０oは、好ましくはアンテナコイル５５i，５５m，５５oと相似のループ形状（図示の例は円環形状）を有し、同軸または同心状に配置される。上記のように内側、中間および外側アンテナコイル５５i，５５m，５５oの口径がそれぞれ１００ｍｍ、３００ｍｍおよび５００ｍｍである場合、フローティングコイル６０i，６０oの口径は２００ｍｍ，４００ｍｍにそれぞれ選ばれる。
内側および外側フローティングコイル６０i，６０oのループ内には可変コンデンサ５８i，５８oが設けられる。各可変コンデンサ５８i，５８oの静電容量Ｃ58i，Ｃ58oを調節することにより、各フローティングコイル６０i，６０oにそれぞれ流れる誘導電流ＩINDi，ＩINDoの電流量を適度（通常少なめ）に制御して、各フローティングコイル６０i，６０oの直下付近におけるプラズマ密度を微調整することができる。これにより、径方向におけるプラズマ密度分布制御の精度を一層向上させることができる。
なお、内側フローティングコイル６０iにおいては、主として内側および中間アンテナコイル５５i，５５mからの磁場の変化に応じた誘導起電力が発生するため、そのループ内に流れる誘導電流ＩINDiは内側および中間アンテナ電流ＩRFi，ＩRFmに多く依存する。同様に、外側フローティングコイル６０oのループ内に流れる誘導電流ＩINDoは中間および外側アンテナ電流ＩRFm，ＩRFoに多く依存する。このようなフローティングコイルの両隣のアンテナコイルに対する依存性または連動性は、それら両隣のアンテナコイル間の領域におけるプラズマ密度の落ち込みを補完するフローティングコイルの作用からすれば、不都合なことではなく、むしろ望ましい特性といえる。
図３１〜図３４に、この実施例の変形例を幾つか示す。図３１に示す構成例は、上記実施例（図３０）において外側フローティングコイル６０oを削除した構成に相当し、１つのフローティングコイル６０を内側アンテナコイル５５iと中間アンテナコイル５５mとの間に配置する。図示省略するが、１つのフローティングコイル６０を中間アンテナコイル５５mと外側アンテナコイル５５oとの間に配置する構成も可能である。
図３２に示す構成例は、上記実施例（図３０）において外側アンテナコイル５５oの外側に更に第４（最外周）のフローティングコイル６０pを配置する。図３３の構成例は、図３２の構成例（図３１）において口径の大きい外側および最外周フローティングコイル６０o，６０pのループ内に可変コンデンサ５８o，５８pに加えて固定コンデンサ１４２，１４４をそれぞれ設ける。
図３４の構成例は、ＲＦアンテナ５４において、内側アンテナコイル５５iおよび外側アンテナコイル５５oに対して中間アンテナコイル５８mを同じ方向（順方向）で結線する。すなわち、高周波入口側のノードＮAから高周波出口側のノードＮCまで各々の高周波伝送路を一筆書きで廻った場合に、中間アンテナコイル５５iを通るときの向きが内側アンテナコイル５５iおよび外側アンテナコイル５５oを通るときの向きと周回方向で同じ（図３４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、可変コンデンサ９６の静電容量Ｃ96を中間合成リアクタンスＸmが正になる領域で可変するときは、中間アンテナ電流ＩRFmを内側アンテナ電流ＩRFiおよび外側アンテナ電流ＩRFo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、Ｘm＞０の領域内でＣ96の値を小さくするほど、中間合成リアクタンスＸmの値が小さくなって、中間アンテナ電流ＩRFmが増大する。反対に、Ｘm＞０の領域内でＣ96の値を大きくするほど、中間合成リアクタンスＸmの値が大きくなって、中間アンテナ電流ＩRFmが減少する。もっとも、Ｃ96の値を限りなく大きくしても、中間合成リアクタンスＸmの値は中間アンテナコイル５４mの誘導性リアクタンス以下には下がらないので、中間アンテナ電流ＩRFmの電流量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、中間アンテナ電流ＩRFmを内側および外側アンテナ電流RFi，ＩRFoの１／１０以下の電流値で制御することは困難である。
一方で、この構成例においては、可変コンデンサ９６の静電容量Ｃ96を中間合成リアクタンスＸmが負になる領域で可変することも可能である。その場合、中間アンテナ電流ＩRFmの流れる向きは内側および外側電アンテナ電流RFi，ＩRFoの流れる向きと周回方向で逆になる。これは、中間アンテナコイル５４m中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。
いずれの場合でも、内側および外側フローティングコイル６０i，６０oも備えているので、可変コンデンサ５８i，５８o，９６，１３４の静電容量Ｃ58i，Ｃ58o，Ｃ96，Ｃ134を適宜調整することにより、全体として径方向におけるプラズマ密度分布を任意に制御することができる。
また、図示省略するが、上記２系統のアンテナコイルの実施例（図１９〜図２９）におけるインピーダンス調整用可変コンデンサ（９６，１３２，１３４，１３６）の接続形態および使用形態はこの３系統のアンテナコイルの実施例にも全て適用できる。

［フローティングコイル内に固定コンデンサを設ける実施例］
図３５に、内側および外側フローティングコイル６０i，６０oのループ内に固定コンデンサ１５０i，１５０oをそれぞれ設ける実施例を示す。この実施例における内側および外側フローティングコイル６０i，６０oは、好ましくは円環状の単巻きコイルであり、ＲＦアンテナ５４の内側および外側アンテナコイル５４i，５４oにそれぞれ可及的に近接して配置される。たとえば、内側および外側アンテナコイル５４i，５４oの口径がそれぞれ１００ｍｍ，３００ｍｍである場合、フローティングコイル６０i，６０oの口径はそれぞれ８０ｍｍ，３２０ｍｍに選ばれる。
この実施例において、フローティングコイル６０i，６０oを誘導結合プラズマの生成に積極的に作用させる場合は、内側および外側アンテナコイル５４i，５４oをそれぞれ流れる内側および外側アンテナ電流ＩRFi，ＩRFoと周回方向で同じ向きに適度な大きさ（たとえばＩRFi，ＩRFoの数倍）の内側および外側誘導電流ＩINDi，ＩINDoがフローティングコイル６０i，６０o内でそれぞれ流れるように、固定コンデンサ１５０i，１５０oの静電容量Ｃ150i，Ｃ150oを選定する。すなわち、固定コンデンサ１５０i，１５０oの静電容量Ｃ150i，Ｃ150oは、フローティングコイル６０i，６０o内でそれぞれ直列共振を起こす静電容量よりは小さくてその付近の値に選定される。これによって、各フローティングコイル６０i，６０oは、単巻き（１ターン）の円環状コイルであっても、誘導結合プラズマ生成のアシスト効果に関して複巻き（複数ターン）の円環状コイルあるいはスパイラルコイルと見掛け上同等の働きをすることができる。
このような固定コンデンサ１５０i，１５０o付きの単巻き円環状のフローティングコイル６０i，６０oは、製作（特にコンデンサの作り込み）が容易であり、ＲＦアンテナ５４周りの組み立てやメンテナンスにも有利である。また、フローティングコイル６０i，６０oのループ内に結線箇所や接続用導体も無いので、パワーロスが少ないことや、電磁気的な作用面において周回方向の均一性がよいこと等の利点がある。
なお、上述した第１の実施形態のプラズマ処理装置（図１）においても、フローティングコイル６０内に設けられた可変コンデンサ５８を固定コンデンサ１５０に置き換えることはもちろん可能である。
図３６〜図４３に、この実施例の変形例を幾つか示す。図３６に示すように、高周波入口側のノードＮAと高周波出口側のノードＮCとの間で、内側アンテナコイル５４iと直列に接続される可変コンデンサ１３４をインピーダンス調整部として好適に設けることができる。この点に関して、図３５の構成例では、ノードＮAとノードＮCとの間で、外側アンテナコイル５４oと直列に接続される可変コンデンサ９６をインピーダンス調整部として設けている。
さらに、図３７に示すように、高周波出口側のノードＮCとアースライン７０との間（あるいはアースライン７０上）に出側の共通インピーダンス調整部（たとえばコンデンサ）１３８を好適に設けることができる。
また、図３８に示すように、内側および外側アンテナコイル５４i，５４oをそれぞれ流れる内側および外側アンテナ電流ＩRFi，ＩRFo間のバランス調整の可変範囲を大きくするために、ノードＮAとノードＮCとの間に、外側アンテナコイル５４oと直列に接続される可変コンデンサ９６を設けるとともに、内側アンテナコイル５４iと直列に接続される固定コンデンサ１３２を設けることもできる。
図３９に示すように、方位角方向におけるプラズマ密度分布の偏りを低減するために、フローティングコイル６０i，６０oのループ内にそれぞれ設けられる固定コンデンサ１５０i，１５０oの位置（つまり切れ目の位置）を周回方向においてずらす構成を好適に採ることができる。この場合、図４０に示すように、外側フローティングコイル６０oのループ内に複数（たとえば２つ）の固定コンデンサ１５０oを等間隔または点対称に設けることにより、偏りを一層効果的に低減することができる。
また、図４１に示すように、径方向中間部におけるプラズマ密度の制御性を高めるために、内側および外側アンテナコイル５４i，５４oの間（好ましくは真ん中）に可変コンデンサ５８m付きの中間フローティングコイル６０mを設けることもできる。
あるいは、中間フローティングコイル６０mを設ける代わりに、図４２に示すように、内側フローティングコイル６０iのループ内に可変コンデンサ５８を設け、外側アンテナコイル５４oのループ内に固定コンデンサ１５０oを設けることもできる。
なお、フローティングコイル６０のループ内に設けられる固定コンデンサ１５０は、市販のコンデンサであってもよく、あるいはフローティングコイル６０の切れ目Ｇ60をそのまま固定コンデンサ１５０の電極間ギャップとして利用してもよい。その場合、切れ目Ｇ60に誘電体のフィルムを挿入してもよい。

［ＲＦアンテナにインピーダンス調整部を設けない実施例］
図４３に、ＲＦアンテナ５４の内側および外側アンテナコイル５４i，５４oにそれぞれ可及的に近接して可変コンデンサ５８i，５８o付きの内側および外側フローティングコイル６０i，６０oを配置する構成を示す。これは、図３５の構成例において、固定コンデンサ１５０i，１５０oを可変コンデンサ５８i，５８oにそれぞれ置き換える構成に相当する。かかる構成においては、可変コンデンサ５８i，５８oの静電容量Ｃ58i，Ｃ58oを調整して、フローティングコイル６０i，６０o内でそれぞれ流れる内側および外側誘導電流ＩINDi，ＩINDoのバランスを制御することができる。このことにより、内側および外側アンテナコイル５４i，５４o内でそれぞれ流れる内側および外側アンテナ電流ＩRFi，ＩRFoのバランスを制御するためのインピーダンス調整部（可変コンデンサ９６，１３４）が不要となる。
さらに、この実施例においては、図４４に示すように、内側および外側アンテナコイル５４i，５４oの間（好ましくは真ん中）に可変コンデンサ５８m付きの中間フローティングコイル６０mを設けることもできる。
上記実施形態では、ＲＦアンテナ５４内で複数（たとえば内側および外側）のアンテナコイル５４i，５４oを電気的に並列に接続した。しかし、図４５に示すように、これら複数（内側および外側）のアンテナコイル５４i，５４oを電気的に直列に接続する構成も可能である。この場合、径方向におけるプラズマ密度分布の制御は、主として可変コンデンサ５８i，５８o付きの内側および外側フローティングコイル６０i，６０oが担うことになる。すなわち、可変コンデンサ５８i，５８oの静電容量Ｃ58i，Ｃ58oを調整することにより、径方向におけるプラズマ密度分布を任意に制御することができる。なお、この構成例においては、ＲＦアンテナ５４の全長が長くなるが、内側アンテナコイル５４iと外側アンテナコイル５４oとの間でコイルセグメントの数（分割数）が変化するので、波長効果は抑制される。
さらに、この実施例においては、図４６に示すように、内側および外側アンテナコイル５４i，５４oの間（好ましくは真ん中）に可変コンデンサ５８m付きの中間フローティングコイル６０mを追加することにより、径方向の中間部においてもプラズマ密度を任意かつ精細に制御することができる。

［他の実施形態または変形例］
本発明におけるＲＦアンテナを構成するコイルのループ形状は円形に限るものではなく、図示省略するが、四角形あるいは三角形などであってもよい。また、各アンテナコイル（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。
本発明において、ＲＦアンテナに付加可能なインピーダンス調整部は、上述したような固定コンデンサまたは可変コンデンサに限定されるものではなく、たとえばコイルまたはインダクタであってもよく、あるいはコンデンサとインダクタを含むものであってもよく、さらには抵抗素子を含んでもよい。
図４７に、高周波給電部６２の整合器６６とＲＦアンテナ５４との間にトランス１６０を設ける構成例を示す。このトランス１６０の一次巻線は整合器６６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ＮAに電気的に接続されている。トランス１６０の好ましい一形態として、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６６からトランス１６０に流れる電流（一次電流）Ｉ1をトランス１６０からＲＦアンテナ５４に流れる電流（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の電流量を増やさないで、ＲＦアンテナ５４に供給する二次電流Ｉ1の電流量を増やすことができる。また、トランス１６０の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。
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ＲＦL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
５４i ，５５i 内側アンテナコイル
５４o ，５５o 外側アンテナコイル
５５m 中間アンテナコイル
５８，５８i ，５８m ，５８o 可変コンデンサ
６２ 高周波給電部
６４ （プラズマ生成用）高周波電源
７６ 処理ガス供給源
８０ 主制御部
８２ 容量可変部
９６，１３４ インピターダンス可変部（可変コンデンサ）
１５０， １５０i ，１５０o 固定コンデンサ

Claims (28)

  1. 誘電体の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、空間的には前記誘電体窓の外で所定形状および所定サイズのループに沿って直列に配置され、電気的には並列に接続されている複数のコイルセグメントを有する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、
    電気的にフローティング状態に置かれ、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で前記処理容器の外に配置されるフローティングコイルと、
    前記フローティングコイルのループ内に設けられるコンデンサと
    を有し、
    前記複数のコイルセグメントの間で、各々の前記コイルセグメントの高周波入口端が別の前記コイルセグメントの高周波出口端と間隙を介して隣接し、各々の前記コイルセグメントの高周波出口端が別の前記コイルセグメントの高周波入口端と間隙を介して隣接する、
    プラズマ処理装置。
  2. 前記複数のコイルセグメントは、全体で前記ＲＦアンテナのループの少なくとも一周またはその大部分を埋めるように直列に配置される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記間隙は全て前記ＲＦアンテナのループの周回方向で形成される、請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記間隙の少なくとも１つが前記ＲＦアンテナのループの周回方向と直交する方向で形成される、請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記複数のコイルセグメントは、全体で前記ＲＦアンテナのループ上を少なくとも一周する、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. 前記複数のコイルセグメントは、おおよそ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. 前記複数のコイルセグメントをそれぞれ流れる電流の向きが前記ＲＦアンテナのループに沿って全部同じである、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. 前記複数のコイルセグメントをそれぞれ流れる電流の電流値がほぼ同じである、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ＲＦアンテナのループは、前記誘電体窓と平行である、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ＲＦアンテナのループは、前記基板保持部に保持される前記基板と同軸である、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. 前記フローティングコイルは、前記ＲＦアンテナと同軸に配置される、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. 前記フローティングコイルは、同一の相互インダクタンスで各々の前記コイルセグメントと電磁的に結合される、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. 前記フローティングコイルが、前記ＲＦアンテナと同一の平面上に配置される、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. 前記フローティングコイルが、前記誘電体窓に対して前記ＲＦアンテナよりも距離を離して配置される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  16. 前記フローティングコイルが、径方向において前記ＲＦアンテナの内側または外側のいずれかに配置される、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. 前記フローティングコイルのループ形状は、前記ＲＦアンテナのループ形状と相似である、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. 前記フローティングコイルのループが、前記ＲＦアンテナのループの１／３〜３倍の口径を有する、請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
  19. 前記フローティングコイルには、前記ＲＦアンテナを流れる電流と周回方向で同じ向きの電流が流れる、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  20. 前記フローティングコイル内のコンデンサは、前記フローティングコイル内で直列共振を起こすときの値よりも小さな値の静電容量を有する、請求項１９に記載のプラズマ処理装置。
  21. 前記フローティングコイルは、負値のリアクタンスを有する、請求項１９または請求項２０に記載のプラズマ処理装置。
  22. 前記フローティングコイルには、前記ＲＦアンテナを流れる電流と周回方向で逆向きの電流が流れる、請求項８に記載のプラズマ処理装置。
  23. 前記フローティングコイル内のコンデンサは、前記フローティングコイル内で直列共振を起こすときの値よりも大きな値の静電容量を有する、請求項２２に記載のプラズマ処理装置。
  24. 前記フローティングコイルは、正値のリアクタンスを有する、請求項２２または請求項２３に記載のプラズマ処理装置。
  25. 前記フローティングコイル内のコンデンサは可変コンデンサであり、その静電容量の可変範囲には前記フローティングコイル内で直列共振を起こすときの値よりも小さな値が含まれる、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  26. 前記フローティングコイル内のコンデンサは可変コンデンサであり、その静電容量の可変範囲には前記フローティングコイル内で直列共振を起こすときの値よりも小さい値と大きい値が含まれる、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  27. 前記フローティングコイル内のコンデンサは可変コンデンサであり、その静電容量の可変範囲には前記フローティングコイル内で直列共振を起こすときの値よりも大きい値が含まれる、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
  28. 前記フローティングコイルを同軸に複数設ける、請求項１〜２７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
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