JP2012186197A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導結合型のプラズマ処理においてチャンバ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ひいては基板上のプラズマ密度分布を多様かつ精細に制御する。
【解決手段】この誘導結合型プラズマ処理装置においては、誘電体窓５２の上に設けられるＲＦアンテナ５４が径方向で内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６２に分割されている。高周波電源７２からＲＦ給電ライン６８、ＲＦアンテナ５４およびアースライン７０を通って接地電位部材まで廻った場合、より端的には第１ノードＮ_Aから第２ノードＮ_Bまで各コイルの高周波分岐伝送路を廻った場合に、内側コイル５８および外側コイル６２では反時計回りになるのに対して、中間コイル６０では時計回りになる。第１および第２ノードＮ_A，Ｎ_Bの間で中間および外側コイル６０，６２には可変の中間および外側コンデンサ８６，８８がそれぞれ電気的に直列接続される。
【選択図】 図２

Description

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

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

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

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

誘導結合型のプラズマ処理装置においては、チャンバ内の誘電体窓付近で生成されるドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布特性（プロファイル）が重要であり、そのコアなプラズマ密度分布のプロファイルが拡散後の基板上に得られるプラズマ密度分布の特性（特に均一性）を左右する。

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

米国特許第５８００６１９号 米国特許第６１６４２４１号

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

一方、上記第２の方式は、高周波給電部よりＲＦアンテナに供給されるＲＦ電流が、ＲＦアンテナ内ではコイル径の小さい（つまりインピーダンスの小さい）内側のコイルには相対的に多く流れ、コイル径の大きい（つまりインピーダンスの大きい）外側のコイルには相対的に少ししか流れず、チャンバ内に生成されるプラズマの密度が径方向の中心部で高く周辺部で低くなりやすい。そこで、上記第２の方式は、ＲＦアンテナ内の各コイルにインピーダンス調整用の可変コンデンサを付加（接続）して、各コイルに流すＲＦ電流の比を調節するようにしている。しかし、そのＲＦ電流比の可変範囲には限界があった。このため、基板保持部上の基板の近傍でプラズマ密度分布を精細に制御することが困難であった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、ドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布を精細に制御することが可能であり、そ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およびプラズマ処理方法を提供する。

本発明の第１の観点におけるプラズマ処理装置は、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を具備し、前記ＲＦアンテナが、径方向に間隔を開けて相対的に内側および外側にそれぞれ配置され、前記高周波給電部の高周波伝送路に設けられた第１および第２のノードの間で電気的に並列に接続される内側コイルおよび外側コイルを有し、前記第１のノードから前記第２のノードまで各々の高周波分岐伝送路を一筆書きで廻った場合に、前記内側コイルを通るときの向きと前記外側コイルを通るときの向きとが周回方向で逆になり、前記第１のノードと前記第２のノードとの間に、前記内側コイルまたは前記外側コイルのいずれか一方と電気的に直列に接続される第１のコンデンサが設けられている。

上記第１の観点による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アンテナの各部つまり内側コイルおよび外側コイルをそれぞれ流れる高周波電流によって各コイルの周りにＲＦ磁界が発生し、処理容器内に処理ガスの高周波放電つまりドーナツ状プラズマの生成に供する誘導電界が形成される。このプラズマ処理装置では、高周波給電部に対して内側コイルと外側コイルを互いに逆向きに結線するとともに、第１のコンデンサおよびそれと電気的に直列に接続されるコイルの合成インピーダンス、特にリアクタンスを調整することにより、当該コイル内の電流の向きや大きさを制御し、ひいてはドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布を制御する。特に、第１のコンデンサと直列に接続されるコイルを流れる電流を他方のコイルを流れる電流と同じ向きで十分小さな電流量に制御することが可能であり、それによってドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布ひいては基板上のプラズマ密度分布を精細に制御することができる。

本発明の第２の観点におけるプラズマ処理装置は、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を具備し、前記ＲＦアンテナが、径方向に間隔を開けて相対的に内側、中間および外側にそれぞれ配置され、前記高周波給電部の高周波伝送路に設けられた第１および第２のノードの間で電気的に並列に接続される内側コイル、中間コイルおよび外側コイルを有し、前記第１のノードから前記第２のノードまで各々の高周波分岐伝送路を一筆書きで廻った場合に、前記中間コイルを通るときの向きが前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ通るときの向きと周回方向で逆になり、前記第１のノードと前記第２のノードとの間に、前記中間コイルと電気的に直列に接続される第１のコンデンサが設けられている。

また、本発明のプラズマ処理方法は、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を有するプラズマ処理装置において前記基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、前記ＲＦアンテナを、径方向に間隔を開けて相対的に内側、中間および外側にそれぞれ配置され、前記高周波給電部の高周波伝送路に設けられた第１および第２のノードの間で電気的に並列に接続される内側コイル、中間コイルおよび外側コイルに分割し、前記第１のノードから前記第２のノードまで各々の高周波分岐伝送路を一筆書きで廻った場合に、前記中間コイルを通るときの向きが前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ通るときの向きと周回方向で逆になるように、前記内側コイル、前記中間コイルおよび前記外側コイルを結線し、前記第１のノードと前記第２のノードとの間に、前記中間コイルと電気的に直列に接続される第１の可変コンデンサを設け、前記第１の可変コンデンサの静電容量を選定または可変制御して、前記基板上のプラズマ密度分布を制御する。

上記第２の観点によるプラズマ処理装置または上記プラズマ処理方法においては、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アンテナの各部つまり内側コイル、中間コイルおよび外側コイルをそれぞれ流れる高周波電流によって各コイルの周りにＲＦ磁界が発生し、処理容器内に処理ガスの高周波放電つまりドーナツ状プラズマの生成に供する誘導電界が形成される。このプラズマ処理装置では、高周波給電部に対して内側コイルおよび外側コイルを順方向に結線するとともに中間コイルを逆向きに結線し、中間コイルと第１のコンデンサの合成インピーダンス、特にリアクタンスを調整することにより、当該コイル内の電流の向きや大きさを制御し、ひいてはドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布を多様かつ精細に制御することができる。特に、中間コイルを流れる電流を内側コイルおよび外側コイルをそれぞれ流れる電流と周回方向で同じ向きで十分小さな電流量に制御することが可能であり、これによりドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布ひいては基板上のプラズマ密度分布を多様かつ精細に制御することができる。

本発明のプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法によれば、上記のような構成および作用により、処理容器内に誘導結合によって生成されるドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布ひいては基板上のプラズマ密度分布を多様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。 実施形態におけるＲＦアンテナの基本的なレイアウト構成および電気的接続構成を示す斜視図である。 図２の構成に対応する電気的接続図である。 実施形態における実験で用いたＲＦアンテナのレイアウト構成および電気的接続構成を示す図である。 上記実験で選択したコイル電流の組み合わせの１つを示す図である。 図４Ｂのコイル電流の組み合わせで得られたドーナツ状プラズマの写真画像を示す図である。 実施形態における中間コンデンサの機能を説明するための静電容量−合成リアクタンス特性を示すプロット図である。 実施形態における中間コンデンサの機能を説明するための静電容量−規格化電流特性を示すプロット図である。 実施形態の一変形例におけるＲＦアンテナのレイアウト構成および電気的接続構成を示す図である。 別の実施例におけるＲＦアンテナのレイアウト構成および電気的接続構成を示す図である。 別の実施例におけるＲＦアンテナのレイアウト構成および電気的接続構成を示す図である。 別の実施例におけるＲＦアンテナのレイアウト構成および電気的接続構成を示す図である。 図９Ａの実施例の一変形例を示す図である。 別の実施例におけるＲＦアンテナのレイアウト構成および電気的接続構成を示す図である。 図１０Ａの実施例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形態を説明する。
［装置全体の構成および作用］

図１に、本発明の一実施形態における誘導結合型プラズマ処理装置の構成を示す。

このプラズマ処理装置は、平面コイル形のＲＦアンテナを用いる誘導結合型のプラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の円筒型真空チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は、保安接地されている。

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

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

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

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

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

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

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

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

ＲＦアンテナ５４は、誘電体窓５２と平行で、径方向に間隔を開けて内側、中間および外側にそれぞれ配置される内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６２を有している。この実施形態における内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６２は、各々円環状のコイル形体を有し、互いに同軸（より好ましくは同心状）に配置されるとともに、チャンバ１０またはサセプタ１２に対しても同軸に配置されている。

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

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

アースライン７０側のノードＮ_Bと中間コイル６０および外側コイル６２との間には、可変のコンデンサ８６，８８がそれぞれ電気的に直列に接続（挿入）されている。これらの可変コンデンサ８６，８８は、主制御部８４の制御の下で容量可変部９０により一定範囲内でそれぞれ独立かつ任意に可変されるようになっている。以下、ノードＮ_A，Ｎ_Bの間で、内側コイル５８と直列に接続されるコンデンサを「内側コンデンサ」と称し、中間コイル６０と直列に接続されるコンデンサを「中間コンデンサ」と称し、外側コイル６２と直列に接続されるコンデンサを「外側コンデンサ」と称する。

高周波給電部６６は、高周波電源７２および整合器７４を有している。高周波電源７２は、誘導結合の高周波放電によるプラズマの生成に適した一定周波数（通常１３．５６ＭＨｚ以上）の高周波ＲＦ_Hを可変のパワーで出力できるようになっている。整合器７４は、高周波電源７２側のインピーダンスと負荷（主にＲＦアンテナ、プラズマ）側のインピーダンスとの間で整合をとるためのリアクタンス可変の整合回路を収容している。

チャンバ１０内の処理空間に処理ガスを供給するための処理ガス供給部は、誘電体窓５２より幾らか低い位置でチャンバ１０の側壁の中（または外）に設けられる環状のマニホールドまたはバッファ部７６と、円周方向に等間隔でバッファ部７６からプラズマ生成空間に臨む多数の側壁ガス吐出孔７８と、処理ガス供給源８０からバッファ部７６まで延びるガス供給管８２とを有している。処理ガス供給源８０は、流量制御器および開閉弁（図示せず）を含んでいる。

主制御部８４は、たとえばマイクロコンピュータを含み、このプラズマエッチング装置内の各部たとえば排気装置２６、高周波電源３０，７２、整合器３２，７４、静電チャック用のスイッチ４２、可変コンデンサ８６，８８、処理ガス供給源８０、チラーユニット（図示せず）、伝熱ガス供給部（図示せず）等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）を制御する。

この誘導結合型プラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ２８を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック３６の上に載置する。そして、ゲートバルブ２８を閉めてから、処理ガス供給源８０よりガス供給管８２、バッファ部７６および側壁ガス吐出孔７８を介してエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でチャンバ１０内に導入し、排気装置２６によりチャンバ１０内の圧力を設定値にする。さらに、高周波給電部６６の高周波電源７２をオンにしてプラズマ生成用の高周波ＲＦ_Hを所定のＲＦパワーで出力させ、整合器７４，ＲＦ給電ライン６８および帰線ライン７０を介してＲＦアンテナ５４の内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６２に高周波ＲＦ_Hの電流を供給する。一方、高周波電源３０をオンにしてイオン引き込み制御用の高周波ＲＦ_Lを所定のＲＦパワーで出力させ、この高周波ＲＦ_Lを整合器３２および給電棒３４を介してサセプタ１２に印加する。また、伝熱ガス供給部より静電チャック３６と半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈeガス）を供給するとともに、スイッチ４２をオンにして静電チャック３６の静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。

チャンバ１０内において、側壁ガス吐出孔７８より吐出されたエッチングガスは、誘電体窓５２の下の処理空間に拡散する。ＲＦアンテナ５４の各コイル５８，６０，６２を流れる高周波ＲＦ_Hの電流によってそれらのコイルの周りに発生する磁力線（磁束）が誘電体窓５２を貫通してチャンバ１０内の処理空間（プラズマ生成空間）を横切り、処理空間内で方位角方向の誘導電界が発生する。この誘導電界によって方位角方向に加速された電子がエッチングガスの分子や原子と電離衝突を起こし、ドーナツ状のプラズマが生成される。

このドーナツ状プラズマのラジカルやイオンは広い処理空間で四方に拡散し、ラジカルは等方的に降り注ぐようにして、イオンは直流バイアスに引っぱられるようにして、半導体ウエハＷの上面（被処理面）に供給される。こうして半導体ウエハＷの被処理面にプラズマの活性種が化学反応と物理反応をもたらし、被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。

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

この誘導結合型プラズマエッチング装置は、ＲＦアンテナ５４の内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６２を以下に説明するような特殊な電気的接続構成とし、さらにはＲＦアンテナ５４にコンデンサ（図１の例では可変コンデンサ８６，８８）を付加する構成により、ＲＦアンテナ５４内の波長効果や電位差（電圧降下）を効果的に抑制または低減し、半導体ウエハＷ上のプラズマプロセス特性つまりエッチング特性（エッチングレート、選択比、エッチング形状等）の周回方向および径方向の向上させることができる。

［ＲＦアンテナの基本的な構成及び作用］

この誘導結合型プラズマエッチング装置における主たる特徴は、ＲＦアンテナ５４の内部の空間的レイアウト構成および電気的接続構成にある。図２および図３に、この実施形態におけるＲＦアンテナ５４のレイアウトおよび電気的接続（回路）の基本構成を示す。

図２に示すように、内側コイル５８は、間隙または切れ目Ｇ_iを挟んで一周する半径一定の単巻き円環状コイルからなり、径方向においてチャンバ１０の中心寄りに位置している。内側コイル５８の一方の端つまりＲＦ入口端５８inは、上方に延びる接続導体９２および第１ノードＮ_Aを介して高周波給電部６６のＲＦ給電ライン６８に接続されている。内側コイル５８の他方の端つまりＲＦ出口端５８outは、上方に延びる接続導体９４および第２ノードＮ_Bを介してアースライン７０に接続されている。

中間コイル６０は、間隙または切れ目Ｇ_mを挟んで一周する半径一定の単巻き円環状コイルからなり、径方向において内側コイル５８よりも外側でチャンバ１０の中間部に位置している。中間コイル６０の一方の端つまりＲＦ入口端６０inは、径方向で内側コイル５８のＲＦ出口部５８outに隣接しており、上方に延びる接続導体９６および第１ノードＮ_Aを介して高周波給電部６６のＲＦ給電ライン６８に接続されている。中間コイル６０の他方の端つまりＲＦ出口端６０outは、径方向で内側コイル５８のＲＦ入口端５８inに隣接しており、上方に延びる接続導体９８および第２ノードＮ_Bを介してアースライン７０に接続されている。

外側コイル６２は、間隙または切れ目Ｇ_oを挟んで一周する半径一定の単巻き円環状コイルからなり、径方向において中間コイル６０よりも外側でチャンバ１０の側壁寄りに位置している。外側コイル６２の一方の端つまりＲＦ入口端６２inは、径方向で中間コイル６０のＲＦ出口端６０outに隣接しており、上方に延びる接続導体１００および第１ノードＮ_Aを介して高周波給電部６６のＲＦ給電ライン６８に接続されている。外側コイル６２の他方の端つまりＲＦ出口端６２outは、径方向で中間コイル６０のＲＦ入口端６０inに隣接しており、上方に延びる接続導体１０２および第２ノードＮ_Bを介してアースライン７０に接続されている。

図２に示すように、ＲＦアンテナ５４の上方に延びる接続導体９２〜１０２は、アンテナ室５６（図１）内で誘電体窓５２から十分大きな距離を隔てて（相当高い位置で）横方向の分岐線または渡り線を形成しており、各コイル５８，６０，６２に対する電磁的な影響を少なくしている。

上記のようなＲＦアンテナ５４内のコイル配置および結線構造において、高周波電源７２からＲＦ給電ライン６８、ＲＦアンテナ５４およびアースライン７０を通って接地電位部材まで廻った場合、より端的には第１ノードＮ_Aから第２ノードＮ_BまでＲＦアンテナ５４を構成する各コイル５８，６０，６２の高周波分岐伝送路を廻った場合に、内側コイル５８および外側コイル６２をそれぞれ通るときは図２で反時計回りになるのに対して、中間コイル６０を通るときは図２で時計回りになる。このように、中間コイル６０を通るときの向きと内側コイル５８および外側コイル６２をそれぞれ通るときの向きが周回方向で逆になることが、重要な特徴点である。

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

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

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

ここで、内側コイル５８には、そのループ内で一様または均一な高周波の電流（以下「内側コイル電流」と称する。）Ｉ_iが流れる。中間コイル６０には、そのループ内で一様または均一な高周波の電流（以下「中間コイル電流」と称する。）Ｉ_mが流れる。外側コイル６２には、そのループ内で一様または均一な高周波の電流（以下「外側コイル電流」と称する。）Ｉ_oが流れる。この実施形態では、上記のようなコイル配置および結線構造（図２）の下で、後述するように中間コンデンサ８６および外側コンデンサ８８の静電容量Ｃ₈₆，Ｃ₈₈をそれぞれ所定の範囲内で可変または選定することにより、ＲＦアンテナ５４内でそれらのコイル５８，６０，６２をそれぞれ流れるコイル電流Ｉ_i，Ｉ_m，Ｉ_oを周回方向で全部同じ向きに揃えることができる。

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

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

また、径方向においては、後述するように中間コンデンサ８６および外側コンデンサ８８の静電容量Ｃ₈₆，Ｃ₈₈を所定の範囲内で適切な値に可変ないし選定することにより、内側コイル５８、中間コイル６０および外側コイル６２をそれぞれ流れる電流Ｉ_i，Ｉ_m，Ｉ_oのバランスを調節して、ドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布を自在に制御することができる。このことによって、サセプタ１２の近傍つまり基板Ｗ上のプラズマ密度分布を自在に制御することが可能であり、プラズマ密度分布の均一化も高い精度で容易に達成することができる。

この実施形態においては、ＲＦアンテナ５４内の波長効果や電圧降下は個々のコイル５８，６０，６２毎にその長さに依存する。したがって、個々のコイル５８，６０，６２で波長効果を起こさないように、各コイル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５８，６０，６２の長さを高周波ＲＦ_Hの１／４波長よりも短くすることが望ましい。

このコイル長に関する１／４波長未満条件は、コイルの径が小さいほど、巻数が少ないほど、満たされやすい。したがって、ＲＦアンテナ５４内でコイル径の最も小さい内側コイル５８は、複数巻きの構成を容易に採り得る。他方、コイル径の最も大きい外側コイル６２は、複数巻きよりは単巻きの方が望ましい。中間コイル６０は、半導体ウエハＷの口径、高周波ＲＦ_Hの周波数等にも依存するが、通常は外側コイル６２と同様に単巻きが望ましい。

［ＲＦアンテナに付加されるコンデンサの機能］

この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置におけるもう一つの重要な特徴は、ＲＦアンテナ５４に付加される可変コンデンサ（特に中間コンデンサ８６）の機能または作用にある。

この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置においては、中間コンデンサ８６の静電容量Ｃ₈₆を可変することにより、中間コイル６０と中間コンデンサ８６との合成リアクタンス（以下「中間合成リアクタンス」と称する。）Ｘ_mを可変し、中間コイル６０を流れる中間電流Ｉ_mの電流値を可変することができる。

ここで、中間コンデンサ８６の静電容量Ｃ₈₆には、望ましい範囲がある。すなわち、上記のように高周波給電部６６に対する中間コイル６０の結線が内側コイル５８および外側コイル６０の結線とは逆方向になっていることと関連して、中間合成リアクタンスＸ_mが負の値になる（中間コイル６０の誘導性リアクタンスよりも中間コンデンサ８６の容量性リアクタンスの方が大きくなる）ように、中間コンデンサ８６の静電容量Ｃ₈₆を可変ないし選定するのが望ましい。別の見方をすれば、中間コイル６０と中間コンデンサ８６とからなる直列回路が直列共振を起こすときの静電容量よりも小さな領域内で、中間コンデンサ８６の静電容量Ｃ₈₆を可変ないし選定するのが望ましい。

上記のように内側コイル５８および外側コイル６２に対して中間コイル６０が逆方向に結線されているＲＦアンテナ５４においては、中間合成リアクタンスＸ_mが負の値になる領域で中間コンデンサ８６の静電容量Ｃ₈₆を可変することによって、中間コイル６０を流れる中間電流Ｉ_mが内側コイル５８および外側コイル６２をそれぞれ流れる内側電流Ｉ_iおよび外側電流Ｉ_oと周回方向で同じ向きになる。しかも、中間電流Ｉ_mの電流値を略ゼロから徐々に増大させることも可能であり、たとえば内側電流Ｉ_iおよび外側電流Ｉ_oの１／１０以下ないしは１／５以下に選定することもできる。

そして、このように中間電流Ｉ_mを内側電流Ｉ_iおよび外側電流Ｉ_oよりも十分小さな電流値に制御すると、この実施形態のような並列接続で同心状に配置される３つのコイル５８，６０，６２からなるＲＦアンテナ５４を用いる誘導結合型プラズマエッチング装置においては、チャンバ１０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精細かつ良好に均一化できることが図４に示すような実験で確かめられている。

この実験では、図４Ａに示すように、ＲＦアンテナ５４において、内側コイル５８を直径１００ｍｍで２回巻き（２ターン）に形成し、中間コイル６０および外側コイル６２をそれぞれ直径２００ｍｍ、３００ｍｍで単巻き（１ターン）に形成した。主なプロセス条件として、高周波ＲＦ_Hの周波数は１３．５６ＭＨｚ、ＲＦパワーは１５００Ｗ、チャンバ１０内の圧力は１００mTorr、処理ガスはＡｒとＯ₂の混合ガス、ガスの流量はＡｒ／Ｏ₂＝３００／３０sccmであった。

この実験において、中間コンデンサ８６および外側コンデンサ８８の静電容量Ｃ₈₆，Ｃ₈₈を可変して、図４Ｂに示すように内側コイル電流Ｉ_iを１３．５Ａ、中間コイル電流Ｉ_mを３．９Ａ、外側コイル電流Ｉ_oを１８．４Ａに調節したところ、図４Ｃに示すように径方向で均一なプラズマ密度分布が確かめられた。

なお、中間コイル電流Ｉ_mを０Ａにしても（中間コイル６０が無い場合でも）、内側コイル５８および外側コイル６２のそれぞれの直下位置付近で生成されたプラズマが径方向において拡散するので、図３の点線で示すように両コイル５８，６２の中間の領域でも決して低くはない（幾らか落ち込む程度の）プラズマ密度が存在する。そこで、両コイル５８，６２とは別にその中間に位置する中間コイル６０に少量の電流Ｉ_mを両コイル５８，６２でそれぞれ流れる電流Ｉ_i，Ｉ_oと周回方向で同じ向きに流すと、中間コイル６０の直下位置付近で誘導結合プラズマの生成が程良く増強され、プラズマ密度が径方向で均一になる。

この実施形態では、中間コイル電流Ｉ_mの電流値を相当小さな値に制御できるように、上記のように中間コイル６０を逆方向に結線し、中間コンデンサ８６の静電容量Ｃ₈₆を中間合成リアクタンスＸ_mが負の値になる領域で可変するようにしている。この場合、Ｘ_m＜０の領域内でＣ₈₆の値を小さくするほど、中間合成リアクタンスＸ_mの絶対値が大きくなって、中間電流Ｉ_mの電流値は小さくなる（ゼロに近づく）。反対に、Ｘ_m＜０の領域内でＣ₈₆の値を大きくするほど、中間合成リアクタンスＸ_mの絶対値が小さくなって、中間電流Ｉ_mの電流値は大きくなる。

ここで、図５Ａおよび図５Ｂを参照して、中間コンデンサ８６の機能をより詳しく説明する。

図５Ａは、５０Ωのリアクタンスを有するコイル（結線分を含めた直径約２００ｍｍの単巻き円環状コイルに相当）に可変コンデンサを直列に接続してこの可変コンデンサの静電容量Ｃを２０ｐＦ〜１０００ｐＦの範囲で可変したときの合成リアクタンスＸの値をプロットしたものである。図５Ｂは、そのときにコイルを流れる電流Ｉ_Nの値を規格化して（可変コンデンサが無いときに流れる電流に対する比の値として）プロットしたものである。

可変コンデンサの静電容量Ｃが十分小さいときは、合成リアクタンスＸは負の大きな値を示す。可変コンデンサの静電容量Ｃが増大するにつれて、合成リアクタンスＸは直列共振に相当する零（Ω）を通り過ぎて大きくなり、コイルのリアクタンスの値（５０Ω）に漸近していく。

コイルを流れる電流Ｉ_Nは、１／Ｘに比例し、下記の式で表わされる。
ここで、ｆはコイルに印加される高周波の周波数である。

可変コンデンサの静電容量Ｃが十分小さいと電流Ｉ_Nも略零に近い値で負符号すなわち逆向きの電流となる。そこから、静電容量Ｃを増大させていくと、可変コンデンサが無いときにコイルを流れる電流と同じ大きさの電流Ｉ_Nが逆方向に流れる状態（Ｉ_N＝−１）を通って、直列共振になるときの値Ｃ_Rに向かいどんどん逆向き電流Ｉ_Nの電流値が増大していく。そして、直列共振点Ｃ_Rを通り過ぎると、今度は一転して正の向きに大きな電流Ｉ_Nが流れる状態となり、そこから静電容量Ｃを更に大きくしていくにしたがい、可変コンデンサが無いときにコイルを流れる電流と同じ向きおよび同じ大きさの電流Ｉ_Nが流れる状態（Ｉ_N＝＋１）に漸近していく。

ここで注意が必要なのは、このコイルと可変コンデンサとからなる直列回路においては、十分小さい（つまり＋１より小さい）正の電流Ｉ_Nが流れるような状態は存在し得ないことである。正の向きでは必ず可変コンデンサが無いときと同等以上の大きさ（Ｉ_N≧１）でしか電流Ｉ_Nは流せない。電流Ｉ_Nを可変コンデンサが無いときよりも小さい正の値に絞りたければ、静電容量Ｃを直列共振点Ｃ_Rよりも小さい範囲つまり電流Ｉ_Nが逆向きになる範囲内で可変するほかない。

そこで、この実施形態では、中間コイル６０に関しては、合成リアクタンスＸ_mが負の値になる領域で中間コンデンサ８６の静電容量Ｃ₈₆を可変し、かつ中間コイル電流Ｉ_mが内側コイル電流Ｉ_iおよび外側コイル電流Ｉ_oと周回方向で同じ向きに流れるように中間コイル６０の結線を内側コイル５８および外側コイル６２の結線と逆向きにしている。これによって、内側コイル電流Ｉ_iおよび外側コイル電流Ｉ_oと周回方向で同じ向きに十分小さな中間コイル電流Ｉ_mを中間コイル６０に流すことが可能となり、プラズマ密度分布を径方向で精細に均一化することができる。

ただし、逆向きに結線する中間コイル８６に流す電流Ｉ_mの選定には１つの制約がある。つまり、電気的に並列接続される複数のコイルにおいては、逆向きに結線したコイル（この実施形態では中間コイル６０）には他のコイル（内側コイル５８および外側コイル６２）に流れる電流（Ｉ_i，Ｉ_o）と同程度の電流（Ｉ_m）を流せないという制約である。

逆向きに結線したコイルと可変コンデンサとからなる直列回路において、合成リアクタンスが負となる条件下で可変コンデンサの静電容量を十分小さい値から大きくしていくと、それにつれて電流も増えていくが、どこかで他のコイル側の合成リアクタンスと符号が逆で値が同じになるような領域に至る。並列リアクタンス回路では電流の比がリアクタンスの逆数に比例することから考えると、これは符号が逆で同程度の電流が流れるような状態に相当する。そのような状態では並列リアクタンス回路全体が並列共振回路となり、整合器からみた負荷インピーダンスが非常に大きな値をとる。通常の整合器では、このような領域は整合の範囲を外れてしまうか、あるいはパワー伝送効率が極端に悪化する。したがって、逆向きに結線した中間コイル６０には、他のコイル５８，６２を流れる電流と同程度の電流を流さないように留意する必要がある。

ＲＦアンテナ５４に中間コンデンサ８６と一緒に付加される外側コンデンサ８８は、内側コイル５８を流れる内側電流Ｉ_iと外側コイル６２を流れる外側電流Ｉ₀とのバランスを調整するために機能する。上記のように、中間コイル６０を流れる中間電流Ｉ_mは通常少量であり、高周波給電部６６からＲＦアンテナ５４に供給される高周波電流の大部分が内側コイル５８と外側コイル６２とに分かれて流れる。ここで、外側コンデンサ８８の静電容量Ｃ₈₈を可変することにより、外側コイル６２と外側コンデンサ８８との合成リアクタンス（以下「外側合成リアクタンス」と称する。）Ｚ_oを可変し、ひいては内側電流Ｉ_iと外側電流Ｉ_oとの間の分配比を調節することができる。

内側コイル５８および外側コイル６２はどちらも順方向に結線されているので、周回方向で内側電流Ｉ_iと外側電流Ｉ_oを同じ向きにするには、外側合成リアクタンスＸ_oが正の値になる領域で外側コンデンサ８８の静電容量Ｃ₈₈を可変すればよい。この場合、Ｘ_o＞０の領域内でＣ₈₈の値を小さくするほど、外側合成リアクタンスＸ_oの値が小さくなって、外側電流Ｉ_oの電流量が相対的に大きくなり、そのぶん内側電流Ｉ_iの電流量が相対的に小さくなる。反対に、Ｘ_o＞０の領域内でＣ₈₈の値を大きくするほど、外側合成リアクタンスＸ_oの値が大きくなって、外側電流Ｉ_oの電流量が相対的に小さくなり、そのぶん内側電流Ｉ_iの電流量が相対的に大きくなる。

なお、外側コンデンサ８８に代えて、内側コイル５８にコンデンサを直列接続する構成、つまり内側コンデンサを設ける構成も考えられる。しかしながら、ＲＦアンテナ５４にコンデンサを一切付加しない場合は、コイル径に比例してインピーダンス（特にリアクタンス）の最も低い内側コイル５８に電流が集中して流れ、ドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度は中心部が突出して高くなりやすい。内側コンデンサを付加することは、内側コイル５８への電流の集中を強めるだけであり、したがって内側コイル電流Ｉ_iと外側コイル電流Ｉ_oとのアンバランスを拡大するだけであり、プラズマ密度分布の制御の上で望ましくない。

このように、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置においては、外側コンデンサ８８の静電容量Ｃ₈₈を可変することにより、内側コイル５８を流れる内側電流Ｉ_iと外側コイル６２を流れる外側電流Ｉ₀とのバランスを任意に調節することができる。また、上述したように、中間コンデンサ８６の静電容量Ｃ₈₆を可変することにより、中間コイル６０を流れる中間電流Ｉ_mと内側電流Ｉ_iおよび外側電流Ｉ₀とのバランスを任意に調節することができる。

［ＲＦアンテナに関する他の実施例または変形例］

上記した実施形態では、中間コンデンサ８６および外側コンデンサ８８を中間コイル６０および外側コイル６２のＲＦ出口端６０out，６２outとアースライン７０側の第２ノードＮ_Bとの間にそれぞれ接続した。一変形例として、図６に示すように、高周波電源７２側の第１ノードＮ_Aと中間コイル６０および外側コイル６２のＲＦ入口端６０in，６２inとの間に中間コンデンサ８６および外側コンデンサ８８をそれぞれ接続する構成も可能である。

別の実施例として、図７に示すように、第１ノードＮ_Aと第２ノードＮ_Bとの間で中間コイル６０の結線を逆方向および順方向のいずれにも切り換えられるようにするための切換スイッチ１１０を設ける構成も可能である。図示の構成例では、中間コイル６０の両端６０ａ，６０ｂに切換スイッチ１１０の２つの可動接点１１０ａ，１１０ｂがそれぞれ接続されている。第１の可動接点１１０ａは、高周波電源７２側の第１ノードＮ_Aに接続されている第１の電源側固定接点１１０ｃと、アースライン７０側の第２ノードＮ_Bに接続されている第１のアース側固定接点１１０ｄとの間で切換可能となっている。第２の可動接点１１０ｂは、高周波電源７２側の第１ノードＮ_Aに接続されている第２の電源側固定接点１１０ｅと、アースライン７０側の第２ノードＮ_Bに接続されている第２のアース側固定接点１１０ｆとの間で切換可能となっている。

かかる構成において、第１および第２の可動接点１１０ａ，１１０ｂを第１の電源側固定接点１１０ｃおよび第２のアース側固定接点１１０ｆにそれぞれ切り換えると、中間コイル６０は逆方向に結線される。第１および第２の可動接点１１０ａ，１１０ｂを第１のアース側固定接点１１０ｄおよび第２の電源側固定接点１１０ｅにそれぞれ切り換えると、中間コイル６０は順方向に結線される。

また、別の実施例として、図８に示すように、逆方向に結線される第１の中間コイル６０Ａと順方向に結線される第２の中間コイル６０Ｂとを併有する構成も可能である。この場合も、第１ノードＮ_Aと第２ノードＮ_Bとの間で、第１および第２の中間コイル６０Ａ，６０Ｂとそれぞれ直列接続で第１および第２の中間コンデンサ８６Ａ，８６Ｂを設ける構成が好ましい。

この実施例において、内側コイル電流Ｉ_iおよび外側コイル電流Ｉ_oと同程度ないしそれ以上大きな中間コイル電流Ｉ_m（Ｉ_mA＋Ｉ_mB）が必要な場合には、順方向側の第２の中間コンデンサ８６Ｂの静電容量Ｃ_86Bを大きい値から直列共振点Ｃ_Rに向かって調節し、逆方向側の第１の中間コンデンサ８６Ａの静電容量Ｃ_86Aを最小値付近に合わせる。逆に、内側コイル電流Ｉ_iおよび外側コイル電流Ｉ_oよりも十分小さい中間コイル電流Ｉ_m（Ｉ_mA＋Ｉ_mB）が必要な場合には、第２の中間コンデンサ８６Ｂの静電容量Ｃ_86Bを最小値付近に合わせ、第１の中間コンデンサ８６Ａの静電容量Ｃ_86Aを最小値と直列共振点Ｃ_Rとの間で調節する。

図９Ａには、ＲＦアンテナ５４を構成するコイル（内側コイル５４／中間コイル６０／外側コイル６２）の各々が空間的かつ電気的に並列な関係にある一対のスパイラルコイルからなる例を示す。波長効果がそれほど問題にならない場合は、このようなスパイラルコイルを使用してもよい。

図示の構成例において、内側コイル５８は、周回方向で１８０°ずらして並進する一対のスパイラルコイル５８ａ，５８ｂからなる。これらのスパイラルコイル５８ａ，５８ｂは、高周波電源７２側のノードＮ_Aよりも下流側に設けられたノードＮ_Cとアースライン７０側のノードＮ_Bよりも上流側に設けられたノードＮ_Dとの間で電気的に並列に接続されている。

中間コイル６０は、周回方向で１８０°ずらして並進する一対のスパイラルコイル６０ａ，６０ｂからなる。これらのスパイラルコイル６０ａ，６０ｂは高周波電源７２側のノードＮ_Aよりも下流側に設けられたノードＮ_Eとアースライン側のノードＮ_Bよりも（さらには中間コンデンサ８６よりも）上流側に設けられたノードＮ_Fとの間で電気的に並列に接続されている。

外側コイル６２は、周回方向で１８０°ずらして並進する一対のスパイラルコイル６２ａ，６２ｂからなる。これらのスパイラルコイル６２ａ，６２ｂは高周波電源７２側のノードＮ_Aよりも下流側に設けられたノードＮ_Gとアースライン７０側のノードＮ_Bよりも（さらには外側コンデンサ８８よりも）上流側に設けられたノードＮ_Hとの間で電気的に並列に接続されている。

このように並列スパイラルコイルを用いる場合でも、内側コイル５８および外側コイル６２は順方向に結線され、中間コイル６０は逆方向に結線される。すなわち、第１ノードＮ_AからノードＮ_Bまで各々の高周波分岐伝送路を一筆書きで廻った場合、内側コイル５８（５８ａ，５８ｂ）および外側コイル６２（６２ａ，６２ｂ）をそれぞれ通るときの向きは図９Ａで時計回りになるのに対して、中間コイル６０（６０ａ，６０ｂ）を通るときの向きは図９Ａで反時計回りになる。

この実施例においても、図９Ｂに示すように、中間コンデンサ８６および外側コンデンサ８８を高周波電源７２側に設ける構成、より詳細にはノードＮ_AとノードＮ_E，Ｎ_Gとの間にそれぞれ接続する構成も可能である。

この実施形態のＲＦアンテナ５４を構成する各コイル５８，６０，６２のループ形状は円形に限るものではなく、被処理体の形状等に応じて、たとえば図１５Ａおよび図１５Ｂに示すような四角形であってもよい。このようにコイル５８，６０，６２のループ形状が多角形である場合でも、図示のように内側コイル５８および外側コイル６２に対して中間コイル６０を逆方向で結線し、可変の中間コンデンサ８６および可変の外側コンデンサ８８を備える構成が好ましい。なお、コイルの断面形状は矩形に限らず、円形、楕円形などでもよく、単線に限らず撚線であってもよい。

また、図示省略するが、ＲＦアンテナ５４において、内側コイル５８の径方向内側および／または外側コイル６２の径方向外側に更に別のコイルを配置し、全体で４つ以上のコイルを並列接続する構成も可能である。あるいは、内側コイル５８を省いて中間コイル６０と外側コイル６２だけの構成（この場合は中間コイル６０が相対的には内側のコイルになる構成）も可能である。さらには、外側コイル６２を省いて内側コイル５８と中間コイル６０だけの構成（中間コイル６０が相対的には外側のコイルになる構成）も可能である。この場合、内側コイル５８と直列に可変の内側コンデンサを接続するのが好ましい。

また、必要に応じて、中間コンデンサ８６の静電容量Ｃ₈₆を中間合成リアクタンスＸ_mが正の値になる領域で可変することも可能である。この場合、中間コイル６０を流れる中間コイル電流Ｉ_mは内側コイル５８および外側コイル６２内でそれぞれ流れる内側コイル電流Ｉ_iおよび外側コイル電流Ｉ_oと周回方向で逆の向きになる。これは、中間コイル６０の直下付近でプラズマ密度を意図的に低減したい場合に有用である。

さらには、ＲＦアンテナ５４に付加するコンデンサの一部（中間コンデンサ８６も含めて）を固定コンデンサまたは半固定コンデンサとすることも可能であり、ＲＦアンテナ５４に中間コンデンサ８６だけを付加する構成も可能である。

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

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

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

１０ チャンバ
１２ サセプタ
２６ 排気装置
５２ 誘電体窓
５４ ＲＦアンテナ
５８ 内側コイル
６０ 中間コイル
６２ 外側コイル
６６ 高周波給電部
７０ アースライン
７２ プラズマ生成用の高周波電源
７４ 整合器
８０ 処理ガス供給源
８４ 主制御部
８６ 中間コンデンサ
８８ 外側コンデンサ
９０ 容量可変部

Claims (33)

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、前記誘電体窓の外に設けられるＲＦアンテナと、
   前記処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と
   を具備し、
   前記ＲＦアンテナが、径方向に間隔を開けて相対的に内側および外側にそれぞれ配置され、前記高周波給電部の高周波伝送路に設けられた第１および第２のノードの間で電気的に並列に接続される内側コイルおよび外側コイルを有し、
   前記第１のノードから前記第２のノードまで各々の高周波分岐伝送路を一筆書きで廻った場合に、前記内側コイルを通るときの向きと前記外側コイルを通るときの向きとが周回方向で逆になり、
   前記第１のノードと前記第２のノードとの間に、前記内側コイルまたは前記外側コイルのいずれか一方と電気的に直列に接続される第１のコンデンサが設けられている、
   プラズマ処理装置。
2. 前記内側コイルおよび前記外側コイルには、周回方向で同じ向きの電流がそれぞれ流れる、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記内側コイルおよび前記外側コイルの間で、前記第１のコンデンサと電気的に直列接続されている方のコイルを流れる電流は他方のコイルを流れる電流よりも小さい、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記第１のコンデンサは、それと電気的に直列接続されるコイルと直列共振を起こす静電容量よりも小さな値の静電容量を有する、請求項２または請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記第１のコンデンサは可変コンデンサであり、その静電容量の値を可変することにより、それと電気的に直列接続されるコイルを流れる電流の向きおよび電流量を制御する、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. 前記第１のノードと前記第２のノードとの間で並列共振を起こさないように、前記第１の可変コンデンサの静電容量が選定される、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記第１のノードと前記第２のノードとの間に、前記内側コイルまたは前記外側コイルのいずれか他方と電気的に直列に接続される第２のコンデンサが設けられている、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. 前記第２のコンデンサは可変コンデンサであり、その静電容量の値を可変することにより、それと電気的に直列接続されるコイルを流れる電流の電流量を制御する、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記内側コイルおよび前記外側コイルは同軸に配置される、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. 前記内側コイルおよび前記外側コイルは同心状に配置される、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
11. 前記誘電体窓が、前記処理容器の天井を形成し、
    前記内側コイルおよび前記外側コイルのいずれも、前記誘電体窓の上に載って配置される、
    請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
12. 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
    を具備し、
    前記ＲＦアンテナが、径方向に間隔を開けて相対的に内側、中間および外側にそれぞれ配置され、前記高周波給電部の高周波伝送路に設けられた第１および第２のノードの間で電気的に並列に接続される内側コイル、中間コイルおよび外側コイルを有し、
    前記第１のノードから前記第２のノードまで各々の高周波分岐伝送路を一筆書きで廻った場合に、前記中間コイルを通るときの向きが前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ通るときの向きと周回方向で逆になり、
    前記第１のノードと前記第２のノードとの間に、前記中間コイルと電気的に直列に接続される第１のコンデンサが設けられている、
    プラズマ処理装置。
13. 前記中間コイルには、前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ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１２に記載のプラズマ処理装置。
14. 前記中間コイルを流れる電流は、前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ流れる電流よりも小さい、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
15. 前記第１のコンデンサは、前記中間コイルと直列共振を起こす静電容量よりも小さな値の静電容量を有する、請求項１３または請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
16. 前記中間コイルと前記第１の可変コンデンサの合成インピーダンスが負値のリアクタンスを有する、請求項１３または請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
17. 前記第１のコンデンサは可変コンデンサであり、その静電容量の値を可変することにより、前記中間コイルを流れる電流の向きおよび電流量を制御する、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
18. 前記第１のノードと前記第２のノードとの間で並列共振を起こさないように、前記第１のコンデンサの静電容量が選定される、請求項１７に記載のプラズマ処理装置。
19. 前記第１のノードと前記第２のノードとの間で前記外側コイルと電気的に直列に接続される第２のコンデンサを有する、請求項１２〜１８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
20. 前記第２のコンデンサは可変コンデンサであり、その静電容量の値を可変することにより、前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ流れる電流のバランスを制御する、請求項１９に記載のプラズマ処理装置。
21. 前記内側コイル、前記中間コイルおよび前記外側コイルは同軸に配置される、請求項１２〜２０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
22. 前記内側コイル、前記中間コイルおよび前記外側コイルは同心状に配置される、請求項２１に記載のプラズマ処理装置。
23. 前記誘電体窓が、前記処理容器の天井を形成し、
    前記内側コイル、前記中間コイルおよび前記外側コイルのいずれも前記誘電体窓の上に載って配置される、
    請求項２２に記載のプラズマ処理装置。
24. 前記外側コイルは、周回方向に一周する単巻きのコイルである、請求項１２〜２３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
25. 前記中間コイルは、周回方向に一周する単巻きのコイルである、請求項１２〜２４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
26. 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を有するプラズマ処理装置において前記基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
    前記ＲＦアンテナを、径方向に間隔を開けて相対的に内側、中間および外側にそれぞれ配置され、前記高周波給電部の高周波伝送路に設けられた第１および第２のノードの間で電気的に並列に接続される内側コイル、中間コイルおよび外側コイルに分割し、
    前記第１のノードから前記第２のノードまで各々の高周波分岐伝送路を一筆書きで廻った場合に、前記中間コイルを通るときの向きが前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ通るときの向きと周回方向で逆になるように、前記内側コイル、前記中間コイルおよび前記外側コイルを結線し、
    前記第１のノードと前記第２のノードとの間に、前記中間コイルと電気的に直列に接続される第１の可変コンデンサを設け、
    前記第１の可変コンデンサの静電容量を選定または可変制御して、前記基板上のプラズマ密度分布を制御する、
    プラズマ処理方法。
27. 前記第１の可変コンデンサの静電容量を小さくすることにより、前記中間コイルに流れる電流の電流量を小さい方に調整する、請求項２６に記載のプラズマ処理方法。
28. 前記第１の可変コンデンサの静電容量を直列共振に近づけることにより、前記中間コイルに流れる電流の電流量を大きい方に調整する、請求項２６に記載のプラズマ処理方法。
29. 前記中間コイルには、前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ流れる電流と周回方向で同じ向きの電流を流す、請求項２６〜２８のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
30. 前記中間コイルを流れる電流は、前記内側コイルおよび前記外側コイルをそれぞれ流れる電流よりも小さな電流量に制御される、請求項２９に記載のプラズマ処理方法。
31. 前記第１の可変コンデンサの静電容量は、前記中間コイルと直列共振を起こす静電容量よりも小さい範囲で可変制御される、請求項２９または請求項３０に記載のプラズマ処理方法。
32. 前記第１のノードと前記第２のノードとの間で並列共振を起こさないように、前記第１の可変コンデンサの静電容量を選定する、請求項２６〜３１のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
33. 前記第１のノードと前記第２のノードとの間で前記外側コイルと電気的に直列に第２の可変コンデンサを接続し、
    前記第１および第２の可変コンデンサの静電容量を選定または可変制御して、前記基板上のプラズマ密度分布を制御する、
    請求項２６〜３２のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。