特許 5851682 プラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5851682

(24)【登録日】2015年12月11日

(45)【発行日】2016年2月3日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20160114BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20160114BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20160114BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 101C

   H01L21/31 C

   H05H1/46 L

【請求項の数】32

【全頁数】33

(21)【出願番号】特願2010-216844(P2010-216844)

(22)【出願日】2010年9月28日

(65)【公開番号】特開2012-74459(P2012-74459A)

(43)【公開日】2012年4月12日

【審査請求日】2013年9月27日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086564

【弁理士】

【氏名又は名称】佐々木 聖孝

(72)【発明者】

【氏名】山澤 陽平

【審査官】 内田 正和

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０６４６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６５６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３６３２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７７８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６３６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５１８９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５０９４２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電体窓を有する処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、前記誘電体窓の外に設けられるＲＦアンテナと、
前記処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と
を具備し、
前記高周波給電部は、前記高周波電力を一定のパワーで出力する高周波電源と、前記高周波電源側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるために前記高周波電源と前記ＲＦアンテナとの間に接続される整合器とを有し、
前記ＲＦアンテナが、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し、
前記複数のコイルセグメントは、全体で前記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、
複数の個別インピーダンス調整部が前記複数のコイルセグメントとそれぞれ個別に電気的に直列に接続され、
前記複数の個別インピーダンス調整部の少なくとも１つが可変コンデンサである、
プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記複数のコイルセグメントは、全体で前記ループ上を少なくとも一周する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項3】

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または請求項２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

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ループに沿って全部同じである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

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１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記個別インピーダンス調整部は、前記高周波給電部側から見て前記コイルセグメントの高周波出口側に接続されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項7】

前記複数の個別インピーダンス調整部はいずれも可変コンデンサである、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項8】

前記複数のコイルセグメントの全てと電気的に直列に接続されている共通インピーダンス調整部を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項9】

前記共通インピーダンス調整部は、一方の電極が前記複数のコイルセグメントに接続され、他方の電極が電気的に接地されている、請求項８に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

誘電体窓を有する処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、前記誘電体窓の外に設けられるＲＦアンテナと、
前記処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と
を具備し、
前記高周波給電部は、前記高周波電力を一定のパワーで出力する高周波電源と、前記高周波電源側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるために前記高周波電源と前記ＲＦアンテナとの間に接続される整合器とを有し、
前記ＲＦアンテナが、径方向に間隔を開けてそれぞれ内側および外側に配置される内側コイルおよび外側コイルを有し、
前記内側コイルが、単一または直列接続の内側コイルセグメントを有し、
前記外側コイルが、周回方向で分割されていて、電気的に並列に接続されている複数の外側コイルセグメントを有し、
前記複数の外側コイルセグメントは、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空間的に直列に配置され、
前記内側コイルおよび前記外側コイルは、前記高周波給電部側の第１ノードと接地電位側の第２ノードとの間で電気的に並列に接続され、
前記第１ノードと前記第２ノードとの間で、前記内側コイルセグメントには内側インピーダンス調整部が電気的に直列に接続され、前記複数の外側コイルセグメントには複数の外側個別インピーダンス調整部がそれぞれ電気的に直列に接続され、
前記内側コイルセグメントおよび前記複数の外側インピーダンス調整部の少なくとも１つが可変コンデンサである、
プラズマ処理装置。

【請求項11】

前記内側コイルセグメントが、周回方向で少なくとも一周する、請求項１０に記載のプラズマ処理装置。

【請求項12】

周回方向において、前記外側コイルの前記外側間隙は、前記内側コイルの前記内側間隙とは重ならず、かつ半周の間隔を置いて対向することもないように、オフセットしている、請求項１０または請求項１１に記載のプラズマ処理装置。

【請求項13】

前記複数の外側コイルセグメントは、全体で周回方向に少なくとも一周する、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項14】

前記複数の外側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し、
前記内側コイルおよび前記外側コイルの口径比が一定に維持されつつ、前記ＲＦアンテナ全体の口径が調整されている、
請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項15】

前記複数の外側コイルセグメントをそれぞれ流れる電流の向きが周回方向で全部同じである、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項16】

前記複数の外側コイルセグメントをそれぞれ流れる電流の電流値がほぼ同じである、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項17】

前記内側コイルを流れる電流の向きと、前記外側コイルを流れる電流の向きとが周回方向で同じである、請求項１０〜１６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項18】

前記内側および外側のすべてのコイルセグメントの自己インダクタンスが実質的に等しく、
前記内側コイルおよび前記外側コイルの口径比が一定に維持されつつ、前記ＲＦアンテナ全体の口径が調整されている、
請求項１０〜１７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項19】

前記内側および外側のすべてのコイルセグメントに同じ向きの電流が流れる、請求項１０〜１８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項20】

前記内側および外側のすべてのコイルセグメントに実質的に同じ値の電流が流れる、請求項１０〜１９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項21】

各々の前記インピーダンス調整部は、それと対応する前記コイルセグメントと前記第２ノードとの間に接続されている、請求項１０〜２０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項22】

前記第１ノードと前記第２ノードとの間で、前記複数の外側コイルセグメントの全てと電気的に直列に接続され、かつ前記内側コイルセグメントとは電気的に並列に接続されている外側共通インピーダンス調整部を有する、請求項１０〜２１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項23】

前記第２ノードと接地電位の部材との間に接続されている出口側共通コンデンサを有する、請求項１０〜２２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項24】

誘電体窓を有する処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、
前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、前記誘電体窓の外に設けられるＲＦアンテナと、
前記処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部と
を具備し、
前記高周波給電部は、前記高周波電力を一定のパワーで出力する高周波電源と、前記高周波電源側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるために前記高周波電源と前記ＲＦアンテナとの間に接続される整合器とを有し、
前記ＲＦアンテナが、径方向に間隔を開けてそれぞれ内側および外側に配置される内側コイルおよび外側コイルを有し、
前記内側コイルが、周回方向で分割されていて、電気的に並列に接続されている複数の内側コイルセグメントを有し、
前記複数の内側コイルセグメントは、全体で少なくとも周回方向の一周またはその大部分を埋めるように空間的に直列に配置され、
前記外側コイルが、周回方向で分割されていて、電気的に並列に接続されている複数の外側コイルセグメントを有し、
前記内側コイルおよび前記外側コイルは、前記高周波給電部側の第１ノードと接地電位側の第２ノードとの間で電気的に並列に接続され、
前記第１ノードと前記第２ノードとの間で、前記複数の内側コイルセグメントには複数の内側インピーダンス調整部が電気的に直列に接続され、前記複数の外側コイルセグメントには複数の外側個別インピーダンス調整部がそれぞれ電気的に直列に接続され、
前記複数の内側コイルセグメントおよび前記複数の外側インピーダンス調整部の少なくとも１つが可変コンデンサである、
プラズマ処理装置。

【請求項25】

前記複数の内側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し、
前記内側コイルおよび前記外側コイルの口径比が一定に維持されつつ、前記ＲＦアンテナ全体の口径が調整されている、
請求項２４に記載のプラズマ処理装置。

【請求項26】

前記複数の内側コイルセグメントをそれぞれ流れる電流の向きが周回方向で全部同じである、請求項２４または請求項２５に記載のプラズマ処理装置。

【請求項27】

前記複数の内側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２４〜２６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項28】

前記内側コイルを流れる電流の向きと、前記外側コイルを流れる電流の向きとが周回方向で同じである、請求項２４〜２７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項29】

前記内側および外側のすべてのコイルセグメントの自己インダクタンスが実質的に等しく、
前記内側コイルおよび前記外側コイルの口径比が一定に維持されつつ、前記ＲＦアンテナ全体の口径が調整されている、
請求項２４〜２８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項30】

前記内側および外側のすべてのコイルセグメントに同じ向きの電流が流れる、請求項２４〜２９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項31】

前記内側および外側のすべてのコイルセグメントに実質的に同じ値の電流が流れる、請求項２４〜３０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【請求項32】

前記高周波給電部が、
前記高周波電力を出力する高周波電源と、
前記高周波電源側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器と、
前記整合器の出力端子に電気的に接続される一次巻線と、前記ＲＦアンテナに電気的に接続される二次巻線とを有するトランスと
を含む、
請求項１〜３１のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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。

【0006】

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

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許第５８００６１９号

【特許文献2】米国特許第６２８８４９３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

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。

【0009】

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

【0010】

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

【0011】

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

【課題を解決するための手段】

【0012】

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、前記高周波給電部は、前記高周波電力を一定のパワーで出力する高周波電源と、前記高周波電源側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるために前記高周波電源と前記ＲＦアンテナとの間に接続される整合器とを有し、前記ＲＦアンテナが、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し、前記複数のコイルセグメントは、全体で前記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、複数の個別インピーダンス調整部が前記複数のコイルセグメントとそれぞれ個別に電気的に直列に接続され、前記複数の個別インピーダンス調整部の少なくとも１つが可変コンデンサである。

【0013】

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、前記高周波給電部は、前記高周波電力を一定のパワーで出力する高周波電源と、前記高周波電源側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるために前記高周波電源と前記ＲＦアンテナとの間に接続される整合器とを有し、前記ＲＦアンテナが、径方向に間隔を開けてそれぞれ内側および外側に配置される内側コイルおよび外側コイルを有し、前記内側コイルが、単一または直列接続の内側コイルセグメントを有し、前記外側コイルが、周回方向で分割されていて、電気的に並列に接続されている複数の外側コイルセグメントを有し、前記複数の外側コイルセグメントは、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空間的に直列に配置され、前記内側コイルおよび前記外側コイルは、前記高周波給電部側の第１ノードと接地電位側の第２ノードとの間で電気的に並列に接続され、前記第１ノードと前記第２ノードとの間で、前記内側コイルセグメントには内側インピーダンス調整部が電気的に直列に接続され、前記複数の外側コイルセグメントには複数の外側個別インピーダンス調整部がそれぞれ電気的に直列に接続され、前記内側コイルセグメントおよび前記複数の外側インピーダンス調整部の少なくとも１つが可変コンデンサである。

【0014】

本発明の第３の観点におけるプラズマ処理装置は、 誘電体窓を有する処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を保持する基板保持部と、前記基板に所望のプラズマ処理を施すために、前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理容器内で誘導結合により処理ガスのプラズマを生成するために、前記誘電体窓の外に設けられるＲＦアンテナと、前記処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部とを具備し、前記高周波給電部は、前記高周波電力を一定のパワーで出力する高周波電源と、前記高周波電源側のインピーダンスと負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるために前記高周波電源と前記ＲＦアンテナとの間に接続される整合器とを有し、前記ＲＦアンテナが、径方向に間隔を開けてそれぞれ内側および外側に配置される内側コイルおよび外側コイルを有し、前記内側コイルが、周回方向で分割されていて、電気的に並列に接続されている複数の内側コイルセグメントを有し、前記複数の内側コイルセグメントは、全体で少なくとも周回方向の一周またはその大部分を埋めるように空間的に直列に配置され、前記外側コイルが、周回方向で分割されていて、電気的に並列に接続されている複数の外側コイルセグメントを有し、前記内側コイルおよび前記外側コイルは、前記高周波給電部側の第１ノードと接地電位側の第２ノードとの間で電気的に並列に接続され、前記第１ノードと前記第２ノードとの間で、前記複数の内側コイルセグメントには複数の内側インピーダンス調整部が電気的に直列に接続され、前記複数の外側コイルセグメントには複数の外側個別インピーダンス調整部がそれぞれ電気的に直列に接続され、前記複数の内側コイルセグメントおよび前記複数の外側インピーダンス調整部の少なくとも１つが可変コンデンサである。

【0015】

本発明のプラズマ処理装置においては、ＲＦアンテナまたはＲＦアンテナを構成する各コイルが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構成により、ＲＦアンテナ内の波長効果や電圧降下はコイルセグメントの長さに依存する。したがって、個々のコイルセグメント内で波長効果を起こさないように、そして電圧降下があまり大きくならないように、コイルセグメントの長さを選定すればよい。
また、本発明のプラズマ処理装置においては、ＲＦアンテナまたは各コイル内の各コイルセグメントに直列に接続されている少なくとも１つが可変コンデンサからなる個別のインピーダンス調整部により各直列分岐回路のインピーダンスを調整して、各コイルセグメントを流れる高周波電流を個別に調節することが可能であり、たとえば、ＲＦアンテナまたは各コイル内で複数のコイルセグメントを流れる高周波電流の電流値を揃えることが可能であり、あるいは内側コイルを流れる高周波電流と外側コイルを流れる高周波電流とのバランス（比）を任意に調節することが可能である。
さらに、本発明のプラズマ処理装置においては、各コイルセグメントをコンデンサからなるインピーダンス調整部を介して終端させることで、ＲＦアンテナまたは各コイルの電位が接地電位よりも高くなって、ＲＦアンテナとプラズマとの容量結合が弱まり、誘電体窓がプラズマからのイオンアタックにより損傷劣化するスパッタ効果を抑制することができる。
なお、本発明のプラズマ処理装置において、高周波給電部の整合器は、ＲＦアンテナのインピーダンスにインピーダンス調整部のインピーダンスを合成した負荷側のインピーダンスを高周波電源側のインピーダンスに整合させるように（つまり高周波電源からの高周波電力を無反射で最大限に負荷に伝送するように）、その内部の可変リアクタンス素子たとえば可変コンデンサの静電容量を可変に制御する。

【発明の効果】

【0016】

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

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】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2A】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2B】図２Ａの構成に対応する電気的接続図である。

【図3】比較例のＲＦアンテナのレイアウトおよび電気的接続構成を示す図である。

【図4】実施例のＲＦアンテナおよび比較例のアンテナでそれぞれ生じる電位差（電圧降下）を対比して示すグラフ図である。

【図5A】実施形態におけるＲＦアンテナにインピーダンス調整部を付加する一構成例を示す斜視図である。

【図5B】図５Ａの構成例（インピーダンス調整部をコンデンサとする場合）の電気的接続図である。

【図6】図５Ａおよび図５Ｂの構成例において可変コンデンサの静電容量を可変した場合の各外側コイルセグメントと各外側個別コンデンサとの直列回路におけるインピーダンスおよび電流の値を表で示す図である。

【図7】マルチステップ方式のプラズマプロセスにおいて図５Ａおよび図５Ｂの構成例により外側個別インピーダンス調整部（可変コンデンサ）の静電容量をステップ的に可変制御する方法を示す図である。

【図8A】実施形態におけるＲＦアンテナにインピーダンス調整部を付加する別の構成例を示す斜視図である。

【図8B】図８Ａの構成例（内側個別インピーダンス調整部を可変コンデンサとする場合）の電気的接続図である。

【図9A】実施形態におけるＲＦアンテナにインピーダンス調整部を付加する他の構成例を示す斜視図である。

【図9B】図９Ａの構成例（外側インピーダンス調整部を可変コンデンサとする場合）の電気的接続図である。

【図10A】実施形態におけるＲＦアンテナにインピーダンス調整部を付加する他の構成例を示す斜視図である。

【図10B】図１０Ａの構成例（内側個別インピーダンス調整部を固定コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部を固定コンデンサとする場合）の電気的接続図である。

【図10C】図１０Ａの構成例（内側個別インピーダンス調整部を可変コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部を可変コンデンサとする場合）の電気的接続図である。

【図10D】図１０Ａの構成例（内側個別インピーダンス調整部を可変コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部を固定コンデンサとする場合）の電気的接続図である。

【図10E】図１０Ａの構成例（内側個別インピーダンス調整部を固定コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部を可変コンデンサとする場合）の電気的接続図である。

【図11A】実施形態におけるＲＦアンテナにインピーダンス調整部を付加する他の構成例を示す斜視図である。

【図11B】図１１Ａの構成例（内側個別インピーダンス調整部を固定コンデンサとし、外側共通インピーダンス調整部を可変コンデンサとする場合）の電気的接続図である。

【図12】図１１Ａおよび図１１Ｂの構成例において外側共通インピーダンス調整部（可変コンデンサ）の静電容量を可変した場合の外側コイルセグメントと外側共通インピーダンス調整部との直列回路におけるインピーダンスおよび電流の値を表で示す図である。

【図13】マルチステップ方式のプラズマプロセスにおいて図１１Ａおよび図１１Ｂの構成例により外側共通インピーダンス調整部（可変コンデンサ）の静電容量をステップ的に可変制御する方法を示す図である。

【図14A】実施形態におけるＲＦアンテナにインピーダンス調整部を付加する他の構成例を示す斜視図である。

【図14B】図１４Ａの構成例（内側個別インピーダンス調整部を固定コンデンサとし、外側共通インピーダンス調整部を固定コンデンサとする場合）の電気的接続図である。

【図14C】図１４Ａの構成例（内側個別インピーダンス調整部を可変コンデンサとし、外側共通インピーダンス調整部を可変コンデンサとする場合）の電気的接続図である。

【図14D】図１４Ａの構成例（内側個別インピーダンス調整部を可変コンデンサとし、外側共通インピーダンス調整部を固定コンデンサとする場合）の電気的接続図である。

【図14E】図１４Ａの構成例（内側個別インピーダンス調整部を固定コンデンサとし、外側共通インピーダンス調整部を可変コンデンサとする場合）の電気的接続図である。

【図15A】実施形態におけるＲＦアンテナにインピーダンス調整部を付加する他の構成例を示す斜視図である。

【図15B】図１５Ａの構成例（外側共通インピーダンス調整部を可変コンデンサとする場合）に対応する電気的接続図である。

【図16A】実施形態におけるＲＦアンテナにインピーダンス調整部を付加する他の構成例を示す斜視図である。

【図16B】図１６Ａの構成例（内側個別インピーダンス調整部を可変コンデンサとする場合）に対応する電気的接続図である。

【図17A】実施形態におけるＲＦアンテナにインピーダンス調整部を付加する他の構成例を示す斜視図である。

【図17B】図１７Ａの構成例（出側共通インピーダンス調整部をコンデンサとする場合）に対応する電気的接続図である。

【図18A】実施形態におけるＲＦアンテナにインピーダンス調整部を付加する他の構成例を示す斜視図である。

【図18B】図１８Ａの構成例（内側個別インピーダンス調整部を固定コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部を固定コンデンサとし、外側共通インピーダンス調整部を固定コンデンサとする場合）に対応する電気的接続図である。

【図19A】実施形態におけるＲＦアンテナにインピーダンス調整部を付加する他の構成例を示す斜視図である。

【図19B】図１９Ａの構成例（内側個別インピーダンス調整部を固定コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部を固定コンデンサとする場合）に対応する電気的接続図である。

【図19C】図１９Ａの構成例（内側個別インピーダンス調整部を可変コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部を可変コンデンサとする場合）に対応する電気的接続図である。

【図19D】図１９Ａの構成例（内側個別インピーダンス調整部を可変コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部を固定コンデンサとする場合）に対応する電気的接続図である。

【図19E】図１９Ａの構成例（内側個別インピーダンス調整部を固定コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部を可変コンデンサとする場合）に対応する電気的接続図である。

【図20】実施形態におけるＲＦアンテナのコイルセグメントにダミー間隙用の突出部を設ける構成例を示す斜視図である。

【図21A】本発明におけるＲＦアンテナの一構成例を示す斜視図である。

【図21B】図２１Ａの構成例に対応する電気的接続図である。

【図22】本発明におけるＲＦアンテナの他の実施例を示す図である。

【図23A】本発明におけるＲＦアンテナの他の実施例を示す図である。

【図23B】本発明におけるＲＦアンテナの他の実施例を示す図である。

【図24】本発明におけるＲＦアンテナの他の実施例を示す図である。

【図25】本発明におけるＲＦアンテナの他の実施例を示す図である。

【図26】本発明におけるＲＦアンテナの他の実施例を示す図である。

【図27】本発明におけるＲＦアンテナの他の実施例を示す図である。

【図28】本発明におけるＲＦアンテナの他の実施例を示す図である。

【図29】本発明における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。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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］

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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それぞれ内側および外側に配置される内側コイル５８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および外側コイル６２は、円環状のコイル形体を有し、互いに同軸に配置されるとともに、チャンバ１０またはサセプタ１２に対しても同軸に配置されている。

【0030】

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。

【0031】

また、内側コイル５８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と接地電位部材への帰線ライン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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

主制御部８６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、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。

【0035】

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。

【0036】

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５８，６２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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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および外側コイル６０を以下に説明するような特殊な空間的レイアウトおよび電気的接続構成とし、さらにはインピーダンス調整部を適宜付加する構成により、ＲＦアンテナ５４内の波長効果や電位差（電圧降下）を効果的に抑制または低減し、半導体ウエハＷ上のプラズマプロセス特性つまりエッチング特性（エッチングレート、選択比、エッチング形状等）の周回方向および径方向の均一性を改善している。

［ＲＦアンテナの基本構成］

【0040】

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。

【0041】

図２Ａおよび図２Ｂ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。

【0042】

内側コイル５８は、好ましくは単一の円形コイルセグメント６０からなり、径方向においてチャンバ１０の中心寄りに位置している。以下、内側コイル５８を構成する個々のコイルセグメントを「内側コイルセグメント」と称する。

【0043】

この内側コイルセグメント６０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６０(RF-In), ６０(RF-out)が周回方向で内側間隙Ｇ_iを介して相対向または隣接している。なお、本発明においては、内側コイル５８のループ上に形成される間隙または切れ目を内側間隙と称する。

【0044】

内側コイルセグメント６０の一方の端つまりＲＦ入口端部６０(RF-In）は、上方に延びる接続導体６１および第１ノードＮ_Aを介して高周波給電部６６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６０の他方の端つまりＲＦ出口端６０(RF-Out）は、上方に延びる接続導体６３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。

【0045】

外側コイル６２は、好ましくは周回方向で分割されている複数（たとえば２つ）のコイルセグメント６４(1)，６４(2)からなり、径方向においてチャンバ１０の側壁寄りに位置している。以下、外側コイル６２を構成する個々のコイルセグメントを「外側コイルセグメント」と称する。

【0046】

これら２つの外側コイルセグメント６４(1)，６４(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、外側コイル６２の一周ループ内において、第１の外側コイルセグメント６４(1)のＲＦ入口端６４(1)(RF-In)と第２の外側コイルセグメント６４(2)のＲＦ出口端６４(2)(RF-Out)とが周回方向で外側間隙Ｇ_oを介して相対向または隣接し、第１の外側コイルセグメント６４(1)のＲＦ出口端６４(1)(RF-Out)と第２の外側コイルセグメント６４(2)のＲＦ入口端６４(2)(RF-In)とが周回方向で別の外側間隙Ｇ_oを介して相対向または隣接している。なお、本発明においては、外側コイル６２のループ上に形成される間隙または切れ目を外側間隙と称する。

【0047】

そして、これらの外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)は、電気的には、それぞれの一方の端つまりＲＦ入口端６４(1)(RF-In)，６４(2)(RF-In)が上方に延びる接続導体６５(1)，６５(2)および第１ノードＮ_Aを介して高周波給電部６６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６４(1)(RF-Out)，６４(2)(RF-Out)が上方に延びる接続導体６７(1)，６７(2)および第２ノードＮ_Bを介してアースライン７０に接続されている。

【0048】

このように、高周波給電部６６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、または第１ノードＮ_Aと第２ノードＮ_Bとの間で、外側コイル６２を構成する２つの外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)同士が互いに電気的に並列に接続され、さらには内側コイル５８を単体で構成する内側コイルセグメント６０もそれらの外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)と電気的に並列に接続されている。そして、外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)をそれぞれ流れる高周波電流の向きが周回方向で同じになり、さらには内側コイル５８を流れる高周波電流と外側コイル６２を流れる高周波電流とが周回方向で同じになるように、第１ノードＮ_Aと第２ノードＮ_Bとの間でＲＦアンテナ５４内の各部が結線されている。

【0049】

なお、アンテナ室５６（図１）内では、図１および図２に示すように、ＲＦアンテ５４の上方に延びる接続導体６１，６３，６５(1)，６５(2)，６７(1)，６７(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、両コイル５８，６２に対する電磁的な影響を少なくしている。

【0050】

この実施形態では、好ましい一形態として、外側コイル６２を構成する２つの外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)がおおよそ等しい自己インダクタンスを有し、さらには内側コイル５８を構成する内側コイルセグメント６０もそれら外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)とおおよそ等しい自己インダクタンスを有している。通常は、それらのコイルセグメント６０，６４(1)，６４(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。

【0051】

因みに、内側コイルセグメント６０および各々の外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)の長さが等しい場合、内側コイル５８と外側コイル６０の口径（直径）比は１：２になる。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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とアンテナの周辺部に局在する円環状の外側コイル６２とからなり、径方向におけるＲＦアンテナ５４内の電流分布は両コイル５８，６２の位置する付近に２極化する。

【0055】

ここで、ＲＦアンテナ５４内では、上記のように、外側コイル６２を構成する外側コイルセグメント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。さらに、内側コイル５８を構成する内側コイルセグメント６０も外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)と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、かつ外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)と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、内側コイル５８のループと外側コイル６２のループとで常に同じ大きさの高周波電流が流れるようになっている。

【0056】

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

【0057】

この実施形態においては、内側コイル５８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。

【0058】

また、径方向においては、内側コイル５８および外側コイル６０の口径比（１：２）を一定に保ちつつ、ＲＦアンテナ５４全体の口径を調整または最適化することによって、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調整することが可能である。

【0059】

この実施形態においては、ＲＦアンテナ５４内の各コイル（５８，６０）を１つまたは複数のコイルセグメントにより構成している。そして、１つのコイル（６０）を複数のコイルセグメント（６４(1)，６４(2)）によって構成する場合は、それら複数のコイルセグメント（６４(1)，６４(2)）を電気的に並列に接続している。このような構成においては、ＲＦアンテナ５４内の波長効果や電圧降下は個々のコイルセグメント（６０，６４(1)，６４(2)）毎にその長さに依存する。

【0060】

したがって、個々のコイルセグメント（６０，６４(1)，６４(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、内側コイル５８を構成する内側コイルセグメント６０および外側コイル６２を構成する各々の外側コイルセグメント６４(1)，６４(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（６０，６４(1)，６４(2)）の長さを高周波ＲＦ_Hの１／４波長よりも短く（より好ましくは十分短く）することが望ましい。

【0061】

この実施形態におけるＲＦアンテナ内の電圧降下低減効果については、図３に示すような比較例と対比すると分かりやすい。この比較例のＲＦアンテナは、径方向の内側および外側にそれぞれ位置して同軸に配置される円環状の内側コイル５８'および外側コイル６２'を有している。ここで、内側コイル５８'は実施形態における内側コイル５８と全く同じものであり、単体のコイルセグメント６０からなる。しかし、外側コイル６２'は、実施形態における外側コイル６２とは異なり、コイルセグメント６０の２倍の長さを有する単体のコイルセグメント６４'からなる。そして、比較例のＲＦアンテナは、内側コイル５８'および外側コイル６２'に同じ大きさの電流を流すために、両コイルを直列に接続している。

【0062】

比較例のＲＦアンテナにおいては、たとえば、プラズマ励起時の内側コイル５８'（コイルセグメント６０）のインダクタンスが４００ｎＨであるとすると、外側コイル６２'（ コイルセグメント６４'）のインダクタンスは８００ｎＨであり、ＲＦアンテナ全体のインダクタンスは１２００ｎＨになる。したがって、ＲＦアンテナの各コイルに２０Ａの高周波電流（周波数１３．５６ＭＨｚ）を流すと、ＲＦアンテナ内で約２ｋＶの電位差（電圧降下）が生じる。

【0063】

これに対して、この実施形態のＲＦアンテナ５４においては、プラズマ励起時の内側コイル５８（内側コイルセグメント６０）のインダクタンスが４００ｎＨであるとすると、外側コイル６２の外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)のインダクタンスも各々４００ｎＨであり、ＲＦアンテナ全体のインダクタンスは１３３ｎＨである。したがって、ＲＦアンテナ５４の各コイルに２０Ａの高周波電流（周波数１３．５６ＭＨｚ）を流したときにＲＦアンテナ５４内（つまり各コイルセグメント内）に生じる電位差（電圧降下）は約６８０Ｖであり、図４に示すように約１／３までに低減する。なお、上記の比較計算では、説明の便宜と理解の容易化を図るため、ＲＦアンテナ内の抵抗分のインピーダンスを無視している。

【0064】

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

［ＲＦアンテナにインピーダンス調整部を付加する実施例］

【0065】

次に、この実施形態のＲＦアンテナ５４にインピーダンス調整部を付加する構成例について説明する。

【0066】

この実施形態のＲＦアンテナ５４においては、インピーダンス調整部を付加する好適な一例として、図５Ａおよび図５Ｂ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、内側コイル５８を構成する内側コイルセグメント６０に個別のインピーダンス調整部（たとえばコンデンサ）８６を電気的に直列に接続するとともに、外側コイル６２を構成する全ての外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)に個別のインピーダンス調整部（たとえばコンデンサ）８８(1)，８８(2)をそれぞれ電気的に直列に接続する構成を採ることができる。この場合、各個別インピーダンス調整部８６，８８(1)，８８(2)は、各コイルセグメント６０，６４(1)，６４(2)と第２ノードＮ_Bとの間（つまり高周波出口側）に接続されるのが好ましい。

【0067】

このようにＲＦアンテナ５４内の各コイルセグメント６０，６４(1)，６４(2)に個別のインピーダンス調整部８６，８８(1)，８８(2)を直列に接続して各直列分岐回路のインピーダンスを調整することにより、各コイルセグメント６０，６４(1)，６４(2)を流れる高周波電流を個別に調節することができる。

【0068】

より具体的には、外側コイル６２内で複数の外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)をそれぞれ流れる高周波電流を調整する（通常は同じ電流値に揃える）ことが可能であり、内側コイル５８を流れる高周波電流と外側コイル５８を流れる高周波電流とのバランス（比）を任意に調節することも可能である。

【0069】

また、この構成例では、全てのコイルセグメント６０，６４(1)，６４(2)をそれぞれコンデンサからなるインピーダンス調整部８６，８８(1)，８８(2)を介して終端させているので、内側コイル５８および外側コイル６２の電位が接地電位よりも高くなって、ＲＦアンテナ５４とプラズマとの容量結合が弱まり、誘電体窓５２がプラズマからのイオンアタックにより損傷劣化するスパッタ効果を抑制することができる。一方で、コンデンサ８６，８８(1)，８８(2)によって短絡共振線の長さが等価的に短くなるが、各コイルセグメント６０，６４(1)，６４(2)の線路長は十分に短いため、波長効果が発生するおそれは少ない。

【0070】

また、各コイルセグメント６０，６４(1)，６４(2)の線路長が十分短いぶんそれらの自己インダクタンスつまり誘導性リアクタンスが小さいので、それと対抗または相殺するインピーダンス調整部（コンデンサ）８６，８８(1)，８８(2)の容量性リアクタンスも小さくて済む。つまり、静電容量の大きな終端側のインピーダンス調整部（コンデンサ）８６，８８(1)，８８(2)によって内側コイル５８および外側コイル６２間の電流配分（起磁力バランス）の調整を行うことができる。

【0071】

たとえば、各コイルセグメント６０，６４(1)，６４(2)のインダクタンスが一様に４００ｎＨであるとすると、１３．５６ＭＨｚのプラズマ生成用高周波ＲＦ_Hに対する各コイルセグメントの誘導性リアクタンスは約３４Ωである。ここで、個別インピーダンス調整部（コンデンサ）８６，８８(1)，８８(2)の静電容量を一様に４００ｐＦにすると、各々の容量性リアクタンスは約−３０Ωであり、差し引き４Ωの合成リアクタンスとなる。合成リアクタンスがこのように小さな値であると、インピーダンス調整部（コンデンサ）８６，８８，９０の静電容量の微妙なばらつきが電流の大きな差異を引き起こしかねない。

【0072】

そこで、各個別インピーダンス調整部（コンデンサ）８６，８８(1)，８８(2)の静電容量を１０００ｐＦにすると、各々の容量性リアクタンスは約−１２Ωであり、差し引き２２Ωの合成リアクタンスとなる。合成リアクタンスがこの程度に大きければ、個別インピーダンス調整部（コンデンサ）８６，８８(1)，８８(2)の静電容量に数パーセントのばらつきがあっても、各コイルセグメント６０，６４(1)，６４(2)を流れる電流の間に大きな差異は生じない。このように、静電容量の大きな個別インピーダンス調整部（コンデンサ）８６，８８(1)，８８(2)を用いることによって、内側コイル５８および外側コイル６２間の電流配分（起磁力バランス）の調整を安定に行うことができる。

【0073】

図５Ａおよび図５Ｂの構成例においては、内側個別インピーダンス調整部８６または外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2)の少なくとも一方に可変コンデンサを好適に用いることができる。たとえば、内側コイルセグメント６０に接続される内側個別インピーダンス調整部８６を固定コンデンサとし、外側コイルセグメント６２(1)，６２(2)にそれぞれ接続される外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2)のいずれも可変コンデンサとすることができる。あるいは、内側個別インピーダンス調整部８６を可変コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2)のいずれも固定コンデンサとすることもできる。あるいは、内側個別インピーダンス調整部８６を可変コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2)のいずれも可変コンデンサとすることもできる。

【0074】

如何なる場合でも、１つの（外側）コイル６２を構成する複数の外側個別コイルセグメント６２(1)，６２(2)の間では、電流の向きだけでなく電流値も同じに揃える観点からすれば、外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2)においては、一方のみを可変コンデンサとするような使い方は原則として採るべきではなく、全部一律に可変コンデンサとするか、もしくは全部一律に同一静電容量の固定コンデンサとするのが好ましい。

【0075】

図５Ａおよび図５Ｂの構成例において、プラズマ生成用の高周波ＲＦ_Hの周波数が１３．５６ＭＨｚで、各コイルセグメント６０，６４(1)，６４(2)のインダクタンスが４００ｎＨであるとすると、内側個別インピーダンス調整部（コンデンサ）８６の静電容量を６００ｐＦ（固定値）とした場合は、内側コイルセグメント６０と内側個別インピーダンス調整部（コンデンサ）８６とからなる直列分岐回路においては合成リアクタンス（実質的な合成インピーダンス）が１４．５Ω（固定値）で、１１．７Ａの電流（固定値）が流れる。

【0076】

一方、外側個別インピーダンス調整部（コンデンサ）８８(1)，８８(2)の静電容量を同じにして４５０ｐＦから１２００ｐＦまで段階的に可変すると、各々の外側コイルセグメント６２(1)，６２(2)と各々の外側個別インピーダンス調整部（コンデンサ）８８(1)，８８(2)とからなる各直列分岐回路における合成リアクタンス（実質的な合成インピーダンス）および電流は図６に示すような値に変化する。

【0077】

すなわち、外側個別インピーダンス調整部（コンデンサ）８８(1)，８８(2)の静電容量を４５０ｐＦにした場合は、外側コイル６２（外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)）に内側コイル５８（内側コイルセグメント６０）の約２倍の電流（２１．３Ａ）を流すことができる。そして、外側個別インピーダンス調整部（コンデンサ）８８(1)，８８(2)の静電容量を６０００ｐＦにすれば、外側コイル６２（外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)）に内側コイル５８（内側コイルセグメント６０）と等しい電流（１１．７Ａ）を流すことができる。さらに、外側個別インピーダンス調整部（コンデンサ）８８(1)，８８(2)の静電容量を１２００ｐＦにすれば、外側コイル６２（外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)）に内側コイル５８（内側コイルセグメント６０）の約１／２の電流（７．０Ａ）を流すことができる。

【0078】

このように、内側コイル５８および外側コイル６２をそれぞれ流れる電流の比を可変して調整することにより、両コイル５８，６２の起磁力のバランスを調節し、ひいてはサセプタ１２近傍つまり半導体ウエハＷ上のプラズマ密度分布を多様かつ自在に制御することができる。

【0079】

こ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は、ＲＦアンテナ５４に上記のような個別インピーダンス調整部８６，８８(1)，８８(2)を付加することにより、１枚の半導体ウエハＷに対するプラズマプロセスの中でプロセス条件（圧力、ガス系等）の変更、変化または切り換えを伴うアプリケーション、たとえばウエハ表面の多層膜を複数のステップで連続的にエッチング加工するアプリケーション等に好適に使用できる。

【0080】

すなわち、マルチステップ方式のプラズマプロセスにおいては、たとえば図７に示すように、外側個別インピーダンス調整部（可変コンデンサ）８８(1)，８８(2)の静電容量を各ステップ（工程）毎にその時のプロセス条件に最も適した値に切り換えることにより、全ステップを通じてサセプ１２近傍つまりウエハＷ上のプラズマ密度分布を所望の（たとえば常に略フラットな）プロファイルに制御し、周回方向にも径方向にもプラズマプロセスの均一性を向上させることができる。

【0081】

なお、図５Ａおよび図５Ｂの構成例においては、外側コイル６２を構成する２つの外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)にそれぞれ外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2)を個別に接続しているので、外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2)のそれぞれのインピーダンスを微妙に異ならせることで、プラズマプロセス装置にありがちな機差に基づく周回方向の偏りを補正することもできる。

【0082】

図８Ａ（図８Ｂ）および図９（図９Ｂ）に、この実施形態のＲＦアンテナ５４にインピーダンス調整部を付加する別の構成例を示す。

【0083】

図８Ａおよび図８Ｂの構成例では、第１ノードＮ_Aと第２ノードＮ_Bとの間で、内側コイル５８を構成する内側コイルセグメント６０に内側個別インピーダンス調整部（たとえばコンデンサ）８６を接続し、外側コイル６２を構成する外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)にはインピーダンス調整部を一切接続していない。内側個別インピーダンス調整部８６は、好ましくは可変コンデンサであるが、固定コンデンサであってもよい。

【0084】

図９Ａおよび図９Ｂの構成例では、第１ノードＮ_Aと第２ノードＮ_Bとの間で、外側コイル６２を構成する外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)には外側個別インピーダンス調整部（たとえばコンデンサ）８８(1)，８８(2)をそれぞれ電気的に直列に接続し、内側コイル５８を構成する内側コイルセグメント６０にはインピーダンス調整部を一切接続していない。外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2)は、好ましくは可変コンデンサでよいが、固定コンデンサであってもよい。

【0085】

内側コイル５８および外側コイル６２をそれぞれ流れる高周波電流のバランス（比）を調整する機能についてみれば、このように内側個別インピーダンス調整部８６または外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2)のどちらかを省くことも可能である。ただし、１つの（外側）コイル６２を構成する複数（２つ）のコイルセグメント６４(1)，６４(2)の間では、電流の向きだけてなく電流値を同じにするのが必須ともいえるほど好ましいので、外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2)においては、両コイルセグメント６４(1)，６４(2)の片方のみに個別インピーダンス調整部が接続される構成は原則として採るべきではなく、双方（すべて）に可変コンデンサを接続するか、もしくは双方（すべて）に固定コンデンサを接続する構成が好ましい。

【0086】

また、図８Ａ（図８Ｂ）および図９（図９Ｂ）に示すように、ＲＦアンテナ５４の終端側で、つまり第２ノードＮ_Bとアースライン７０との間（あるいはアースライン７０上）にＲＦアンテナ５４内のすべてのコイルセグメント６０，６４(1)，６４(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）９０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９０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。

【0087】

この出側（終端）共通インピーダンス調整部９０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。

【0088】

この出側（終端）共通インピーダンス調整部９０は、図１０Ａに示すように、内側コイルセグメント６０および外側コイルセグメント６２(1)，６２(2)のすべてに個別インピーダンス調整部８６，８８(1)，８８(2)を接続する構成にも、適用可能である。

【0089】

この場合、個別インピーダンス調整部８６，８８(1)，８８(2)は、図１０Ｂに示すようにすべて固定コンデンサであってもよい。もっとも、図１０Ｃに示すように、内側個別インピーダンス調整部８６を可変コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2)の双方を可変コンデンサとする構成も可能である。あるいは、図１０Ｄに示すように、内側個別インピーダンス調整部８６を可変コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2)の双方を固定コンデンサとする構成も可能である。あるいは、図１０Ｅに示すように、内側個別インピーダンス調整部８６を固定コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2)の双方を可変コンデンサとする構成も可能である。

【0090】

図１１Ａに、この実施形態のＲＦアンテナ５４にコンデンサを付加する別の構成例を示す。この構成例では、第１ノードＮ_Aと第２ノードＮ_Bとの間で、内側コイル５８を構成する内側コイルセグメント６０には内側個別インピーダンス調整部８６が直列に接続されるとともに、外側コイル６２を構成する外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)にはそれらの双方と直列に外側共通インピーダンス調整部９２が接続される。この外側共通インピーダンス調整部９２は、内側コイルセグメント６０とは並列に接続されている。

【0091】

より詳細には、第１ノードＮ_Aと第２ノードＮ_Bとの間に第３ノードＮ_Cが設けられる。そして、第１ノードＮ_Aと第３ノードＮ_Cとの間で外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)が並列に接続され、第１ノードＮ_Aと第２ノードＮ_Bとの間で内側コイルセグメント６０と内側個別インピーダンス調整部８６とが直列に接続され、第３ノードＮ_Cと第２ノードＮ_Bとの間に外側共通インピーダンス調整部９２が接続される。

【0092】

この場合も、一形態として、図１１Ｂに示すように、内側個別インピーダンス調整部８６を固定コンデンサとし、外側共通インピーダンス調整部９２を可変コンデンサとすることができる。そして、図１２および図１３に示すように、外側共通インピーダンス調整部（コンデンサ）９２の静電容量（可変範囲）を図５Ａの外側個別インピーダンス調整部（コンデンサ）８８(1)，８８(2)の静電容量（可変範囲）の２倍にすることで、図５Ａの構成例と同等の調整機能が得られる。

【0093】

このように、外側共通インピーダンス調整部９２は、内側コイル５８との電流バランスをとるうえで外側コイル６０（外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)）全体のインピーダンスを調整する機能を有するとともに、出側（終端）共通インピーダンス調整部（コンデンサ）９０が備わっていないときはその代替機能も兼ねている。

【0094】

もっとも、図１４Ａに示すように、外側共通インピーダンス調整部９２および出側（終端）共通インピーダンス調整部９０を併設することも可能である。この場合は、外側共通インピーダンス調整部９２の機能と出側（終端）共通インピーダンス調整部９０の機能とが重ね合わさった作用効果が得られる。

【0095】

この構成例においても、図１４Ｂに示すように、内側個別インピーダンス調整部８６を固定コンデンサとし、外側共通インピーダンス調整部９２を固定コンデンサとすることができる。あるいは、図１４Ｃに示すように、内側個別インピーダンス調整部８６を可変コンデンサとし、外側共通インピーダンス調整部９２を可変コンデンサとする構成も可能である。また、図１４Ｄに示すように、内側個別インピーダンス調整部８６を可変コンデンサとし、外側共通インピーダンス調整部９２を固定コンデンサとする構成も可能である。さらには、図１４Ｅに示すように、内側個別インピーダンス調整部８６を固定コンデンサとし、外側共通インピーダンス調整部９２を可変コンデンサとする構成も可能である。

【0096】

また、ＲＦアンテナ５４に外側共通インピーダンス調整部９２を付加する他の構成例として、図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように、外側コイル６０に外側共通インピーダンス調整部（たとえばコンデンサ）９２を接続し、内側コイル５８にはインピーダンス調整部を一切接続しない構成も可能である。

【0097】

あるいは、図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、内側コイル５８に内側個別インピーダンス調整部（たとえば可変コンデンサ）８６を接続し、外側コイル６０にはインピーダンス調整部を一切接続しない構成も可能である。あるいは、図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、内側コイル５８および外側コイル６０のどちらにも個別インピーダンス調整部あるいは共通外側（内側）インピーダンス調整部を一切接続しない構成も可能である。さらには、図１８Ａおよび図１８Ｂに示すように、内側コイル５８（内側コイルセグメント６０）には内側個別インピーダンス調整部（たとえば固定コンデンサ）８６を接続し、外側コイル６０（外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)）には外側個別インピーダンス調整部（たとえば固定コンデンサ）８８(1)，８８(2)および外側共通インピーダンス調整部（たとえば固定コンデンサ）９２を接続する構成も可能である。

【0098】

図１９Ａに、ＲＦアンテナ５４内の各コイルセグメント６０，８８(1)，８８(2)に接続される個別インピーダンス調整部８６，８８(1)，８８(2)を高周波入口側に設ける構成例を示す。この場合は、ＲＦアンテナ５４の全体電位を接地電位から直流的に引き上げるために（それによっ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ために）、コンデンサからなる出側（終端）共通インピーダンス調整部９０も併設する構成が好ましい。

【0099】

このように、個別インピーダンス調整部８６，８８(1)，８８(2)を高周波入口側に設ける構成においても、好ましくは、図１９Ｂに示すように、内側個別インピーダンス調整部８６を固定コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2)を固定コンデンサとすることができる。あるいは、図１９Ｃに示すように、内側個別インピーダンス調整部８６を可変コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2)を可変コンデンサとする構成も可能である。あるいは、図１９Ｄに示すように、内側個別インピーダンス調整部８６を可変コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2) を固定コンデンサとする構成も可能である。さらには、図１９Ｅに示すように、内側個別インピーダンス調整部８６を固定コンデンサとし、外側個別インピーダンス調整部８８(1)，８８(2)を可変コンデンサとする構成も可能である。

【0100】

なお、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。

［ＲＦアンテナに関する他の実施例または変形例］

【0101】

図２０に、ＲＦアンテナ５４内の各コイルセグメント６０，６４(1)，６４(2)において、その長さ方向の中間部に、誘電体窓５２との距離間隔が局所的に大きくなるたとえばΠ形状の突出部９４，９６(1)，９６(2)を設ける構成例を示す。

【0102】

この実施形態のＲＦアンテナ５４においては、上記のように、内側コイル５８の一周ループ内では内側コイルセグメント６０の両端のＲＦ入口端６０(RF-In)およびＲＦ出口端６０(RF-out)の間に間隙が形成される。また、外側コイル６２の一周ループ内では、第１の外側コイルセグメント６４(1)のＲＦ入口端６４(1)(RF-In)と第２の外側コイルセグメント６４(1)のＲＦ出口端６４(2)(RF-Out)との間に間隙が形成され、第１の外側コイルセグメント６４(1)のＲＦ出口端６４(1) (RF-Out)と第２の外側コイルセグメント６４(1)のＲＦ入口端６４(2) (RF-In)との間に間隙が形成される。

【0103】

内側コイル５８および外側コイル６２の一周ループ内にそのような間隙が有ると、その間隙部分の直下ではプラズマに誘導起電力を与えることができないため、電子密度が低くなり、周回方向の特異点になりやすい。

【0104】

たとえば半径Ｒのコイルで周回方向の特異点が１箇所の場合、一周２πＲの特性長で密度の不均一が生じ、基板に到達するまでにこの２πＲの距離にわたって拡散による平滑化が必要となる。しかるに、もしも周回方向で特異点がｎ個（ｎ≧２）あれば、この特性長は２πＲ／ｎに短縮される。

【0105】

そこで、この構成例では、各コイルセグメント６０，６４(1)，６４(2)の中間部（好ましくは真ん中）に設けられる上記突出部９４，９６(1)，９６(2)がプラズマに対してダミーの間隙部を形成し、コイルセグメント端部の間隙と等価な特異点になる。つまり、コイル周回方向で特異点を増加させ、拡散後のプラズマ密度分布をより均一に平滑させる効果がある。

【0106】

さらに、上記突出部９４，９６(1)，９６(2)は、各コイルセグメント６０，６４(1)，６４(2)のコイル長を調節する機能も有している。すなわち、各突出部９４，９６(1)，９６(2)のギャップ幅または高さを適宜調節することで、各コイルセグメント６０，６４(1)，６４(2)の口径（直径）を一定に保ったままコイル長を調節することができる。これにより、たとえば、コイルセグメント６０，６４(1)，６４(2)間の自己インダクタンスのばらつきを補正することができる。

【0107】

図２１Ａ（図２１Ｂ）〜図２４に、ＲＦアンテナ５４内に複巻きコイルを設ける構成例を示す。

【0108】

図２１Ａおよび図２１Ｂの構成例は、内側コイル５８を単体の内側コイルセグメント６０により２回巻き（２ターン）に形成し、外側コイル６０を２つの外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)により単巻き（１ターン）に形成している。複巻きの内側コイル５８は、図２１に示すように好ましくは縦方向に螺旋状に形成されてよいが、横方向または径方向に渦巻き状に形成されてもよい。

【0109】

図２２の構成例は、内側コイル５８を単体の内側コイルセグメント６０により単巻き（１ターン）に形成し、外側コイル６０を３つの外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)，６４(3)により２回巻き（２ターン）に形成している。この場合も、複巻きの外側コイル６２は、螺旋状コイルまたは渦巻き状コイルのいずれであってもよい。

【0110】

図２３Ａの構成例は、内側コイル５８を単体の内側コイルセグメント６０により２回巻き（２ターン）に形成し、外側コイル６０を３つの外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)，６４(3)により２回巻き（２ターン）に形成している。この場合も、複巻きの内側コイル５８および外側コイル６２は、螺旋状コイルまたは渦巻き状コイルのいずれであってもよい。

【0111】

コイル６０を渦巻き状にすると、渦巻きの始点と終点がループ上の特異点となる。本発明においては、渦巻きの途中に切れ目（間隙）Ｇ_oがあるという利点を生かし、すべての切れ目（間隙）Ｇ_oを特異点とすることで、周回方向の複数箇所（たとえば３箇所）に等間隔で特異点を設けることができる。これも、コイル周回方向で拡散後のプラズマ密度分布をより均一に平滑させる効果がある。

【0112】

また、図２３Ｂに示すように、同一コイル（ループ）内で隣接する２つのコイルセグメント（６４(1)，６４(2)）、（６４(2)，６４(3)）、（６４(3)，６４(1)）間の間隙（切れ目）Ｇ_oは、周回方向に設けられる構成に限定されるものではなく、たとえば図２３Ｂに示すように周回方向と直交する方向つまり縦方向または径方向に設けられてもよい。内側コイル５８を単体の内側コイルセグメント６０で構成する場合においても、その両端間に形成される隙間Ｇ_iについても同様のことがあてはまる。

【0113】

本発明のＲＦアンテナにおいて、内側コイル５８を構成する内側コイルセグメント６０の個数および外側コイル６２を構成する外側コイルセグメント６４の個数はそれぞれ任意であり、たとえば図２２〜図２３Ｂの構成例のように外側コイル６２を３個の外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)，６４(3)により構成することも可能である。

【0114】

あるいは、図２４に示すように、内側コイル５８を複数個（たとえば２個）のコイルセグメント６０(1)，６０(2)により構成することも可能である。

【0115】

また、本発明のＲＦアンテナを構成するコイルは必ずしも複数である必要はなく、図２５に示すように、１つのコイル１０２で構成することも可能である。図２５のコイル１０２は、２つのコイルセグメント１０２(1)，１０２(2)に分割されているが，３つ以上のコイルセグメントに分割される構成も可能である。

【0116】

上記実施形態では、ＲＦアンテナ５４内で内側コイル５８と外側コイル６０とを電気的に並列に接続した。しかし、図２６に示すように、内側コイル５８と外側コイル６０とを電気的に直列に接続する構成も可能である。

【0117】

また、本発明のＲＦアンテナを構成するコイルセグメントは必ずしもすべて同じ長さである必要はない。たとえば、上記実施形態のＲＦアンテナ５４においては、内側コイル５８を構成する内側コイルセグメント６０の長さと外側コイル６２を構成する各々の外側コイルセグメント６４(1)，６４(2)の長さがたとえば１：２あるいは１：０．８等の関係（比）で異なっていてもよい。その場合、内側コイル５８を流れる電流の大きさと外側コイル６２を流れる電流の大きさが所定の比で違ってくるが、それによって径方向において両コイルの起磁力に最適なバランスが得られ、所望のプラズマ密度分布が得られることもある。

【0118】

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、たとえば図２７に示すような四角形、あるいは図２８に示すような三角形であってもよい。また、各コイル（ループ）を構成する複数のコイルセグメントの間で形状や自己インピーダンスが多少異なっていてもよい。コイルまたはコイルセグメントの断面形状は矩形に限らず、円形、楕円形などでもよく、単線に限らず撚線であってもよい。

【0119】

図２９に、高周波給電部６６の整合器６８とＲＦアンテナ５４との間にトランス１００を設ける構成例を示す。このトランス１００の一次巻線は整合器７４の出力端子に電気的に接続され、二次巻線はＲＦアンテナ５４の入口側の第１ノードＮ_Aに電気的に接続されている。トランス１００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７４からトランス１００に流れる電流（一次電流）Ｉ₁をトランス１００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１００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。

【0120】

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。

【0121】

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。

【0122】

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。

【符号の説明】

【0123】

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 内側コイルセグメント
６２ 外側コイル
６４(1)，６４(2) 外側コイルセグメント
６６ 高周波給電部
７２ 高周波電源
８６ 内側個別インピーダンス調整部
８８(1)，８８(2) 外側個別インピーダンス調整部
９０ 出側共通インピーダンス調整部
９２ 外側共通インピーダンス調整部

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【図10E】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図14D】

【図14E】

【図15A】

【図15B】

【図16A】

【図16B】

【図17A】

【図17B】

【図18A】

【図18B】

【図19A】

【図19B】

【図19C】

【図19D】

【図19E】

【図20】

【図21A】

【図21B】

【図22】

【図23A】

【図23B】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】