(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が誘電体窓からなる真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内で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、
並進して延びる第１および第２のコイルセグメントを有し、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、
前記ＲＦアンテナ内で、前記第１および第２のコイルセグメントを並列接続する並列モードと、前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で同じになるように前記第１および第２のコイルセグメントを直列接続する逓倍型直列モードと、前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で逆になるように前記第１および第２のコイルセグメントを直列接続する相殺型直列モードとの間で切り換え可能なスイッチ回路網と
を有するプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記第１および第２のコイルセグメントは一定のギャップを隔てて平行に延びる、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記スイッチ回路網は、
前記高周波給電部からの高周波給電ラインに接続され、または接続可能な第１の端子を、前記第１のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置と、前記第１のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置との間で切り換え可能な第１のスイッチと、
前記第１のコイルセグメントの他方の端部を、前記第２のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置と、前記第２のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置と、前記第２のコイルセグメントの一方の端部または他方の端部のいずれにも接続させない位置との間で切り換え可能な第２のスイッチと、
前記第２のコイルセグメントの一方の端部を、前記第１のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置と、前記第１のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置との間で切り換え可能な第３のスイッチと
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】
前記高周波給電部からの高周波給電ラインと前記第１の端子との間に第３のコイルセグメントが接続される、請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記第２のコイルセグメントの他方の端部と、電気的に接地電位に保たれる接地電位部材に接続され、または接続可能な第２の端子との間に、第４のコイルセグメントが接続される、請求項３または請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記第２のコイルセグメントの他方の端部と、電気的に接地電位に保たれる接地電位部材に接続され、または接続可能な第２の端子との間に、コンデンサが接続される、請求項３または請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記スイッチ回路網は、
電気的に接地電位に保たれる接地電位部材に接続され、または接続可能な第２の端子を、前記第２のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置と、前記第２のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置との間で切り換え可能な第１のスイッチと、
前記第２のコイルセグメントの他方の端部を、前記第１のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置と、前記第１のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置と、前記第１のコイルセグメントの一方の端部または他方の端部のいずれにも接続させない位置との間で切り換え可能な第２のスイッチと、
前記第１のコイルセグメントの一方の端部を、前記第２のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置と、前記第２のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置との間で切り換え可能な第３のスイッチと
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８】
前記第１のコイルセグメントの他方の端部と前記第２のコイルセグメントの一方の端部との間で、前記第２および第３のスイッチを介してコンデンサが接続される、請求項３または請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
コイル周回方向において、
前記第１のコイルセグメントの一方の端部と他方の端部が互いに近接し、
前記第２のコイルセグメントの一方の端部と他方の端部が互いに近接する、
請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
コイル周回方向と直交する所定の方向において、
前記第１および第２のコイルセグメントのそれぞれの一方の端部が互いに近接し、
前記第１および第２のコイルセグメントのそれぞれの他方の端部が互いに近接する、
請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記第１および第２のコイルセグメントは、前記誘電体窓と平行で同心状に配置され、外側のコイルセグメントの口径に対する内側のコイルセグメントの口径の比率が８０％以上である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記第１および第２のコイルセグメントは、前記誘電体窓と平行で、互いに一定のギャップを隔てて同心状に配置される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
少なくとも一部が誘電体窓からなる真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内で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、
並進して延びる第１および第２のコイルセグメントと、前記第１および第２のコイルセグメントよりも大きな径で並進して延びる第３および第４のコイルセグメントとを有し、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、
前記ＲＦアンテナ内で、前記第１および第２のコイルセグメントを並列接続する第１の並列モードと、前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で同じになるように前記第１および第２のコイルセグメントを直列接続する第１の逓倍型直列モードと、前記第１のコイルセグントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で逆になるように前記第１および第２のコイルセグメントを直列接続する第１の相殺型直列モードとの間で切り換え可能な第１のスイッチ回路網と、
前記ＲＦアンテナ内で、前記第３および第４のコイルセグメントを並列接続する第２の並列モードと、前記第３のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第４のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で同じになるように前記第３および第４のコイルセグメントを直列接続する第２の逓倍型直列モードと、前記第３のコイルセグントを流れる電流の向きと前記第４のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で逆になるように前記第３および第４のコイルセグメントを直列接続する第２の相殺型直列モードとの間で切り換え可能な第２のスイッチ回路網と
を有するプラズマ処理装置。
【請求項１４】
コイル周回方向において、
前記第１のコイルセグメントの一方の端部と他方の端部が互いに近接し、
前記第２のコイルセグメントの一方の端部と他方の端部が互いに近接し、
前記第３のコイルセグメントの一方の端部と他方の端部が互いに近接し、
前記第４のコイルセグメントの一方の端部と他方の端部が互いに近接する、
請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
コイル周回方向と直交する所定の方向において、
前記第１および第２のコイルセグメントのそれぞれの一方の端部が互いに近接し、
前記第１および第２のコイルセグメントのそれぞれの他方の端部が互いに近接し、
前記第３および第４のコイルセグメントのそれぞれの一方の端部が互いに近接し、
前記第３および第４のコイルセグメントのそれぞれの他方の端部が互いに近接する、
請求項１３または請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記第１および第２のコイルセグメントは、前記誘電体窓と平行で同心状に配置され、外側のコイルセグメントの口径に対する内側のコイルセグメントの口径の比率が８０％以上であり、
前記第３および第４のコイルセグメントは、前記誘電体窓と平行で同心状に配置され、外側のコイルセグメントの口径に対する内側のコイルセグメントの口径の比率が８０％以上である、
請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記第１および第２のコイルセグメントは、前記誘電体窓と平行で、互いに一定のギャップを隔てて同心状に配置され、
前記第３および第４のコイルセグメントは、前記誘電体窓と平行で、互いに一定のギャップを隔てて同心状に配置される、
請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
少なくとも一部が誘電体窓からなる真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内で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、
並進して延びる円弧状の第１および第２のコイルセグメントと、前記第１および第２のコイルセグメントとそれぞれ同一の円周に沿って並進する円弧状の第３および第４のコイルセグメントとを有し、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、
前記ＲＦアンテナ内で、前記第１および第２のコイルセグメントを並列接続し、かつ前記第３および第４のコイルセグメントを並列接続する並列モードと、前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で同じになり、かつ前記第３のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第４のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で同じになるように、前記第１および第３のコイルセグメントを直列接続し、かつ前記第２および第４のコイルセグメントを直列接続する逓倍型直列モードと、前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で逆になり、かつ前記第３のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第４のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で逆になるように、前記第１および第２のコイルセグメントを直列接続し、かつ前記第３および第４のコイルセグメントを直列接続する相殺型直列モードとの間で切り換え可能なスイッチ回路網と
を有するプラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記スイッチ回路網は、
前記高周波給電部からの高周波給電ラインに接続され、または接続可能な第１の端子を、前記第１のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置と、前記第３のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置との間で切り換え可能な第１のスイッチと、
前記第３のコイルセグメントの一方の端部を、前記第４のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置と、前記第２のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置と、前記第４のコイルセグメントの一方の端部または前記第２のコイルセグメントの一方の端部のいずれにも接続させない位置との間で切り換え可能な第２のスイッチと、
前記第２のコイルセグメントの一方の端部を、前記第１のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置と、前記第３のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置との間で切り換え可能な第３のスイッチと、
前記第１の端子を、前記第１のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置と、前記第３のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置との間で切り換え可能な第４のスイッチと、
前記第１のコイルセグメントの他方の端部を、前記第４のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置と、前記第２のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置と、前記第４のコイルセグメントの他方の端部または前記第２のコイルセグメントの他方の端部のいずれにも接続させない位置との間で切り換え可能な第５のスイッチと、
前記第４のコイルセグメントの他方の端部を、前記第３のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置と、前記第１のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置との間で切り換え可能な第６のスイッチと
を有する、請求項１８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記スイッチ回路網は、
電気的に接地電位に保たれる接地電位部材に接続され、または接続可能な第２の端子を、前記第２のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置と、前記第４のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置との間で切り換え可能な第１のスイッチと、
前記第１のコイルセグメントの一方の端部を、前記第２のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置と、前記第４のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置と、前記第２のコイルセグメントの一方の端部または前記第４のコイルセグメントの一方の端部のいずれにも接続させない位置との間で切り換え可能な第２のスイッチと、
前記第３のコイルセグメントの一方の端部を、前記第２のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置と、前記第４のコイルセグメントの一方の端部に接続させる位置との間で切り換え可能な第３のスイッチと、
前記第２の端子を、前記第２のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置と、前記第４のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置との間で切り換え可能な第４のスイッチと、
前記第３のコイルセグメントの他方の端部を、前記第４のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置と、前記第２のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置と、前記第４のコイルセグメントの他方の端部または前記第２のコイルセグメントの他方の端部のいずれにも接続させない位置との間で切り換え可能な第５のスイッチと、
前記第１のコイルセグメントの他方の端部を、前記第２のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置と、前記第４のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置との間で切り換え可能な第６のスイッチと
を有する、請求項１８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２１】
コイル周回方向において、
前記第１のコイルセグメントの一方の端部と前記第３のコイルセグメントの一方の端部とが互いに近接し、
前記第１のコイルセグメントの他方の端部と前記第３のコイルセグメントの他方の端部とが互いに近接し、
前記第２のコイルセグメントの一方の端部と前記第４のコイルセグメントの一方の端部とが互いに近接し、
前記第２のコイルセグメントの他方の端部と前記第４のコイルセグメントの他方の端部とが互いに近接する、
請求項１８〜２０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２２】
コイル周回方向と直交する所定の方向において、
前記第１および第２のコイルセグメントのそれぞれの一方の端部が互いに近接し、
前記第１および第２のコイルセグメントのそれぞれの他方の端部が互いに近接し、
前記第３および第４のコイルセグメントのそれぞれの一方の端部が互いに近接し、
前記第３および第４のコイルセグメントのそれぞれの他方の端部が互いに近接する、
請求項１８〜２１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１および第２のコイルセグメントは、前記誘電体窓と平行で同心状に配置され、外側のコイルセグメントの半径に対する内側のコイルセグメントの半径の比率が８０％以上であり、
前記第３および第４のコイルセグメントは、前記誘電体窓と平行で同心状に配置され、外側のコイルセグメントの半径に対する内側のコイルセグメントの半径の比率が８０％以上である、
請求項１８〜２２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２４】
前記第１および第２のコイルセグメントは、前記誘電体窓と平行で、互いに一定のギャップを隔てて同心状に配置され、
前記第３および第４のコイルセグメントは、前記誘電体窓と平行で、互いに一定のギャップを隔てて同心状に配置される、
請求項１８〜２２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２５】
天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器内で前記誘電体窓の下方に設定された所定位置に基板を配置する工程と、
処理ガス供給部より前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する工程と、
前記処理容器内を所定の圧力で減圧状態に維持する工程と、
並進した延びる第１および第２のコイルセグメントを有し、前記誘電体窓の上方に配置されているＲＦアンテナ内で、前記第１および第２のコイルセグメントを並列接続する並列モード、前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で同じになるように前記第１および第２のコイルセグメントを直列接続する逓倍型直列モード、または前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で逆になるように前記第１および第２のコイルセグメントを直列接続する相殺型直列モードのいずれかを選択する工程と、
前記ＲＦアンテナに高周波電源より所定周波数の高周波を印加して、前記選択されたモードで接続されている前記第１および第２のコイルセグメントに高周波電流を流す工程と、
前記第１および第２のコイルセグメントで流れる前記高周波電流に応じた高周波の磁界および誘導電界によって前記処理容器内の前記誘電体窓の近くで処理ガスのプラズマを生成する工程と、
生成された前記プラズマを前記処理容器内で拡散させる工程と、
前記プラズマの下で前記基板に所望のプラズマ処理を施す工程と
を有するプラズマ処理方法。
【請求項２６】
天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器内で前記誘電体窓の下方に設定された所定位置に基板を配置する工程と、
処理ガス供給部より前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する工程と、
前記処理容器内を所定の圧力で減圧状態に維持する工程と、
並進して延びる円弧状の第１および第２のコイルセグメントと、前記第１および第２のコイルセグメントとそれぞれ同一の円周に沿って並進して延びる円弧状の第３および第４のコイルセグメントとを有し、前記誘電体窓の上方に配置されているＲＦアンテナ内で、前記第１および第２のコイルセグメントを並列接続し、かつ前記第３および第４のコイルセグメントを並列接続する並列モード、前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で同じになり、かつ前記第３のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第４のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で同じになるように、前記第１および第３のコイルセグメントを直列接続し、かつ前記第２および第４のコイルセグメントを直列接続する逓倍型直列モード、または前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で逆になり、かつ前記第３のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第４のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で逆になるように、前記第１および第２のコイルセグメントを直列接続し、かつ前記第３および第４のコイルセグメントを直列接続する相殺型直列モードのいずれかを選択する工程と、
前記ＲＦアンテナに高周波電源より所定周波数の高周波を印加して、前記選択されたモードで接続されている前記第１、第２、第３および第４のコイルセグメントに高周波電流を流す工程と、
前記第１、第２、第３および第４のコイルセグメントで流れる前記高周波電流に応じた高周波の磁界および誘導電界によって前記処理容器内の前記誘電体窓の近くで処理ガスのプラズマを生成する工程と、
生成された前記プラズマを前記処理容器内で拡散させる工程と、
前記プラズマの下で前記基板に所望のプラズマ処理を施す工程と
を有するプラズマ処理方法。
【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およびプラズマ処理方法に関する。
【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均一性を左右する。
【０００６】
この点に関し、径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アンテナを径方向で中心部と周辺部の２つの渦巻形コイルセグメントに分割する方式が幾つか提案されている。このＲＦアンテナ分割方式には、各々の渦巻形コイルセグメントに個別の高周波電力を供給する第１の方式（たとえば特許文献１）、各々の渦巻形コイルセグメントのインピーダンスをコンデンサ等の付加回路で可変して１つの高周波電源より全部のアンテナ・セグメントにそれぞれ分配されるＲＦ電力の分割比を制御する第２の方式（たとえば特許文献２）、１つの高周波電源に対して中心および周辺の渦巻形コイルセグメントを直列に接続して、中心の渦巻形コイルセグメントに短絡用のスイッチまたは可変コンデンサを並列に接続する第３の方式（たとえば特許文献３）等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５４０１３５０号
【特許文献２】米国特許第５９０７２２１号
【特許文献３】米国特許第５７３１５６５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、複数の高周波電源のみならず同数の整合器を必要とし、高周波給電部の煩雑化と著しいコスト高が大きなネックになっている。
【０００９】
上記第２の方式は、各アンテナ・セグメントのインピーダンスには他のアンテナ・セグメントだけでなくプラズマのインピーダンスも影響するため、付加回路だけで分割比を任意に決めることができず、制御性に難がある。
【００１０】
上記第３の方式は、中心の渦巻形コイルセグメントと並列に接続するバイパス回路として、短絡用スイッチを用いる場合は、２段階（ＯＮ・ＯＦＦ）の大雑把な制御しか行えない。また、可変コンデンサを用いる場合は、最適な調整値がプラズマ状態に強く依存する。たとえば、中心部の渦巻形コイルセグメントに流れる電流を周辺部の渦巻形コイルセグメントに流れる電流の半分にしようとしても、その条件を成立させる調整値は圧力あるいはＲＦパワーに依存して変化し、調整は容易ではない。
【００１１】
誘導結合型のプラズマ処理装置においても、チャンバ内に生成されるプラズマの分布は圧力・ＲＦパワー・ガス系等のプロセス条件に応じて変化しやすい。このため、プロセス条件をどれだけ広く変化させても均一なプラズマを生成できるようにすることが至上命題となっており、この命題を十分に適えられる技術が求められている。
【００１２】
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、高周波給電系統の負担が軽いうえ、ＲＦアンテナ内の電流分布についてプロセス条件あるいはプラズマ状態に依存しない多様かつ任意な制御を可能とし、プラズマ密度分布の均一性または制御性を改善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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の観点におけるプラズマ処理装置は、少なくとも一部が誘電体窓からなる真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で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、並進して延びる第１および第２のコイルセグメントを有し、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、前記ＲＦアンテナ内で、前記第１および第２のコイルセグメントを並列接続する並列モードと、前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で同じになるように前記第１および第２のコイルセグメントを直列接続する逓倍型直列モードと、前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で逆になるように前記第１および第２のコイルセグメントを直列接続する相殺型直列モードとの間で切り換え可能なスイッチ回路網とを有する。
【００１４】
上記第１の観点におけるプラズマ処理装置においては、並列モードが選択された場合は、第１および第２のコイルセグメントにそれらのインピーダンスに応じた分配比で高周波分岐電流がコイル周回方向で同じ向きに流れ、１組のコイルとしてはそれらの分岐電流を足し合わせた起磁力が処理容器内のプラズマ生成に作用する。逓倍型直列モードが選択された場合は、高周波電流が第１および第２のコイルセグメントをコイル周回方向で同じ向きに流れることにより、１組のコイルとしては処理容器内のプラズマ生成に作用する起磁力が倍増する。相殺型直列モードが選択された場合は、高周波電流が第１および第２のコイルセグメントをコイル周回方向で反対の向きに流れることにより、それぞれの起磁力が相殺され、１組のコイルとしては実際には電流が流れているにも拘わらず、処理容器内のプラズマに対しては電流が殆ど流れていない状態が作られる。スイッチ回路網により並列モード、逓倍型直列モードおよび相殺型直列モードを選択的に切り換えることにより、処理容器内に生成されるドーナツ状プラズマ内の電流密度分布を当該１組のコイル（一対のコイルセグメント）に対応する位置付近で多段階に調整することができる。
【００１５】
本発明の第２の観点におけるプラズマ処理装置は、少なくとも一部が誘電体窓からなる真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で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、並進して延びる第１および第２のコイルセグメントと、前記第１および第２のコイルセグメントよりも大きな径で並進して延びる第３および第４のコイルセグメントとを有し、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、前記ＲＦアンテナ内で、前記第１および第２のコイルセグメントを並列接続する第１の並列モードと、前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で同じになるように前記第１および第２のコイルセグメントを直列接続する第１の逓倍型直列モードと、前記第１のコイルセグントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で逆になるように前記第１および第２のコイルセグメントを直列接続する第１の相殺型直列モードとの間で切り換え可能な第１のスイッチ回路網と、前記ＲＦアンテナ内で、前記第３および第４のコイルセグメントを並列接続する第２の並列モードと、前記第３のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第４のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で同じになるように前記第３および第４のコイルセグメントを直列接続する第２の逓倍型直列モードと、前記第３のコイルセグントを流れる電流の向きと前記第４のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で逆になるように前記第３および第４のコイルセグメントを直列接続する第２の相殺型直列モードとの間で切り換え可能な第２のスイッチ回路網とを有する。
【００１６】
上記第２の観点におけるプラズマ処理装置においては、第１および第２のコイルセグメントについて、第１の並列モードが選択された場合は、それらのインピーダンスに応じた分配比で高周波分岐電流がコイル周回方向で同じ向きに流れ、１組のコイルとしてはそれらの分岐電流を足し合わせた起磁力が当該１組のコイル（第１および第２のコイルセグメント）に対応する位置付近で処理容器内のプラズマ生成に作用する。また、第１の逓倍型直列モードが選択された場合は、高周波電流が第１および第２のコイルセグメントをコイル周回方向で同じ向きに流れることにより、当該１組のコイルに対応する位置付近で処理容器内のプラズマ生成に作用する起磁力が倍増する。また、第１の相殺型直列モードが選択された場合は、高周波電流が第１および第２のコイルセグメントをコイル周回方向で反対の向きに流れることにより、それぞれの起磁力が相殺され、実際には電流が流れているにも拘わらず、処理容器内のプラズマに対しては当該１組のコイルに対応する位置付近では電流が殆ど流れていない状態が作られる。第１のスイッチ回路網により第１の並列モード、第１の逓倍型直列モードおよび第１の相殺型直列モードを選択的に切り換えることにより、処理容器内に生成されるドーナツ状プラズマ内の電流密度分布を当該１組のコイル（第１および第２のコイルセグメント）に対応する位置付近で多段階に調整することができる。
【００１７】
一方、第３および第４のコイルセグメントについて、第２の並列モードが選択された場合は、それらのインピーダンスに応じた分配比で高周波分岐電流がコイル周回方向で同じ向きに流れ、それらの分岐電流を足し合わせた起磁力が当該１組のコイル（第３および第４のコイルセグメント）に対応する位置付近で処理容器内のプラズマ生成に作用する。また、第２の逓倍型直列モードが選択された場合は、高周波電流が第３および第４のコイルセグメントをコイル周回方向で同じ向きに流れることにより、当該１組のコイルに対応する位置付近で処理容器内のプラズマ生成に作用する起磁力が倍増する。また、第２の相殺型直列モードが選択された場合は、高周波電流が第１および第２のコイルセグメントをコイル周回方向で反対の向きに流れることにより、それぞれの起磁力が相殺され、実際には電流が流れているにも拘わらず、処理容器内のプラズマに対しては当該１組のコイルに対応する位置付近では電流が殆ど流れていない状態が作られる。第２のスイッチ回路網により第２の並列モード、第２の逓倍型直列モードおよび第２の相殺型直列モードを選択的に切り換えることにより、処理容器内に生成されるドーナツ状プラズマ内の電流密度分布を当該１組のコイル（第３および第４のコイルセグメント）に対応する位置付近で多段階に調整することができる。
【００１８】
したがって、ＲＦアンテナ内の電流経路（電流分布）または合成起磁力として、多数種類（９通り）の合成モードが選択可能である。各々の合成モードにおいて、ＲＦアンテナ内の電流分布または起磁力分布は、各組のコイルで選択されたモード（並列モード、逓倍型直列モード、相殺型直列モード）によって決まり、プラズマの状態に依存せず、如何なるプロセス条件（圧力・ＲＦパワー・ガス系）においても、所望の電流分布または合成起磁力を得ることができる。
【００１９】
本発明の第３の観点におけるプラズマ処理装置は、少なくとも一部が誘電体窓からなる真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で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、並進して延びる円弧状の第１および第２のコイルセグメントと、前記第１および第２のコイルセグメントとそれぞれ同一の円周に沿って並進する円弧状の第３および第４のコイルセグメントとを有し、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、前記ＲＦアンテナ内で、前記第１および第２のコイルセグメントを並列接続し、かつ前記第３および第４のコイルセグメントを並列接続する並列モードと、前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で同じになり、かつ前記第３のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第４のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で同じになるように、前記第１および第３のコイルセグメントを直列接続し、かつ前記第２および第４のコイルセグメントを直列接続する逓倍型直列モードと、前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で逆になり、かつ前記第３のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第４のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で逆になるように、前記第１および第２のコイルセグメントを直列接続し、かつ前記第３および第４のコイルセグメントを直列接続する相殺型直列モードとの間で切り換え可能なスイッチ回路網とを有する。
【００２０】
上記第３の観点におけるプラズマ処理装置は、上記第１の観点におけるプラズマ処理装置において各コイルセグメントをコイル周回方向で分割する構成を固有の特徴とし、それ以外の基本的な構成および作用は上記第１の観点におけるプラズマ処理装置と同じである。効果面では、スイッチ回路網の構成は煩雑化するが、各コイルセグメントの長さが短いために波長効果を抑制できることと、コイル周回方向においてコイルセグメントコイルの切れ目または解放端の数が多くなることで同方向の電流密度分布の偏りを低減できるという利点がある。
【００２１】
本発明の上記第１の観点におけるプラズマ処理方法は、天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器内で前記誘電体窓の下方に設定された所定位置に基板を配置する工程と、処理ガス供給部より前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する工程と、前記処理容器内を所定の圧力で減圧状態に維持する工程と、並進した延びる第１および第２のコイルセグメントを有し、前記誘電体窓の上方に配置されているＲＦアンテナ内で、前記第１および第２のコイルセグメントを並列接続する並列モード、前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で同じになるように前記第１および第２のコイルセグメントを直列接続する逓倍型直列モード、または前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で逆になるように前記第１および第２のコイルセグメントを直列接続する相殺型直列モードのいずれかを選択する工程と、前記ＲＦアンテナに高周波電源より所定周波数の高周波を印加して、前記選択されたモードで接続されている前記第１および第２のコイルセグメントに高周波電流を流す工程と、前記第１および第２のコイルセグメントで流れる前記高周波電流に応じた高周波の磁界および誘導電界によって前記処理容器内の前記誘電体窓の近くで処理ガスのプラズマを生成する工程と、生成された前記プラズマを前記処理容器内で拡散させる工程と、前記プラズマの下で前記基板に所望のプラズマ処理を施す工程とを有する。
【００２２】
本発明の上記第３の観点におけるプラズマ処理方法は、天井に誘電体窓を有する真空排気可能な処理容器内で前記誘電体窓の下方に設定された所定位置に基板を配置する工程と、処理ガス供給部より前記処理容器内に所望の処理ガスを供給する工程と、前記処理容器内を所定の圧力で減圧状態に維持する工程と、並進して延びる円弧状の第１および第２のコイルセグメントと、前記第１および第２のコイルセグメントとそれぞれ同一の円周に沿って並進して延びる円弧状の第３および第４のコイルセグメントとを有し、前記誘電体窓の上方に配置されているＲＦアンテナ内で、前記第１および第２のコイルセグメントを並列接続し、かつ前記第３および第４のコイルセグメントを並列接続する並列モード、前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で同じになり、かつ前記第３のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第４のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で同じになるように、前記第１および第３のコイルセグメントを直列接続し、かつ前記第２および第４のコイルセグメントを直列接続する逓倍型直列モード、または前記第１のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第２のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で逆になり、かつ前記第３のコイルセグメントを流れる電流の向きと前記第４のコイルセグメントを流れる電流の向きとがコイル周回方向で逆になるように、前記第１および第２のコイルセグメントを直列接続し、かつ前記第３および第４のコイルセグメントを直列接続する相殺型直列モードのいずれかを選択する工程と、前記ＲＦアンテナに高周波電源より所定周波数の高周波を印加して、前記選択されたモードで接続されている前記第１、第２、第３および第４のコイルセグメントに高周波電流を流す工程と、前記第１、第２、第３および第４のコイルセグメントで流れる前記高周波電流に応じた高周波の磁界および誘導電界によって前記処理容器内の前記誘電体窓の近くで処理ガスのプラズマを生成する工程と、生成された前記プラズマを前記処理容器内で拡散させる工程と、前記プラズマの下で前記基板に所望のプラズマ処理を施す工程とを有する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の誘導結合型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、ＲＦ給電系統の負担が軽くてＲＦアンテナの構造が簡易かつ製作容易でありながら、プラズマ密度分布の均一性または制御性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一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す縦断面図である。
【図２】第１の実施例によるＲＦアンテナおよびスイッチ回路網の配置構成を示す斜視図である。
【図３】上記実施例のＲＦアンテナにおいて中心コイル内の電流経路または電流分布を複数のモードで切り換える機能を説明するための図である。
【図４】図３の構成および機能の一変形例を示す図である。
【図５Ａ】図３の構成および機能の一変形例を示す図である。
【図５Ｂ】図４の構成および機能の一変形例を示す図である。
【図６Ａ】上記実施例におけるＲＦアンテナおよびスイッチ回路網の作用（第１の合成モード）を示す図である。
【図６Ｂ】上記実施例におけるＲＦアンテナおよびスイッチ回路網の作用（第２の合成モード）を示す図である。
【図６Ｃ】上記実施例におけるＲＦアンテナおよびスイッチ回路網の作用（第３の合成モード）を示す図である。
【図６Ｄ】上記第１の実施例におけるＲＦアンテナおよびスイッチ回路網の作用（第４の合成モード）を示す図である。
【図６Ｅ】上記実施例におけるＲＦアンテナおよびスイッチ回路網の作用（第５の合成モード）を示す図である。
【図６Ｆ】上記実施例におけるＲＦアンテナおよびスイッチ回路網の作用（第６の合成モード）を示す図である。
【図６Ｇ】上記実施例におけるＲＦアンテナおよびスイッチ回路網の作用（第７の合成モード）を示す図である。
【図６Ｈ】上記実施例におけるＲＦアンテナおよびスイッチ回路網の作用（第８の合成モード）を示す図である。
【図７Ａ】上記第１の実施例における合成モードの幾つかについて電磁界シミュレーションにより得られたドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図７Ｂ】上記実施例における合成モードの幾つかについて電磁界シミュレーションにより得られたドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図８Ａ】［２ＡＴ／１ＡＴ］の合成モードにおけるＲＦアンテナ内の接続状態と代表的なポイントを示す図である。
【図８Ｂ】［２ＡＴ／１ＡＴ］の合成モードにおけるＲＦアンテナ内の電流分布を示すプロット図である。
【図９Ａ】［２ＡＴ／２ＡＴ］の合成モードにおけるＲＦアンテナ内の接続状態と代表的なポイントを示す図である。
【図９Ｂ】［２ＡＴ／２ＡＴ］の合成モードにおけるＲＦアンテナ内の電流分布を示すプロット図である。
【図１０Ａ】ＲＦアンテナ内にコンデンサを設ける構成において［１ＡＴ／２ＡＴ］の合成モードが選択された状態を示す図である。
【図１０Ｂ】ＲＦアンテナ内にコンデンサを設ける構成において［１ＡＴ／１ＡＴ］の合成モードが選択された状態を示す図である。
【図１０Ｃ】ＲＦアンテナ内にコンデンサを設ける構成において［２ＡＴ／２ＡＴ］の合成モードが選択された状態を示す図である。
【図１０Ｄ】上記［２ＡＴ／２ＡＴ］の合成モード（図１０Ｃ）が選択された場合のＲＦアンテナ内の電流分布を示すプロット図である。
【図１０Ｅ】上記［２ＡＴ／２ＡＴ］の合成モード（図１０Ｃ）が選択された場合のドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図１１】ＲＦアンテナの後段にコンデンサを設ける構成において［２ＡＴ／２ＡＴ］の合成モードが選択された状態を示す図である。
【図１２Ａ】コンデンサのキャパシタンスが１０ｐＦで、上記［２ＡＴ／２ＡＴ］の合成モード（図１１）が選択された場合のＲＦアンテナ内の電流分布を示すプロット図である。
【図１２Ｂ】ンデンサのキャパシタンスが１０ｐＦで、上記［２ＡＴ／２ＡＴ］の合成モード（図１１）が選択された場合のドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図１３Ａ】コンデンサのキャパシタンスが１００ｐＦで、上記［２ＡＴ／２ＡＴ］の合成モード（図１１）が選択された場合のＲＦアンテナ内の電流分布を示すプロット図である。
【図１３Ｂ】ンデンサのキャパシタンスが１００ｐＦで、上記［２ＡＴ／２ＡＴ］の合成モード（図１１）が選択された場合のドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図１４Ａ】第２の実施例において［０ＡＴ／２ＡＴ］の合成モードが選択された状態を示す図である。
【図１４Ｂ】上記［０ＡＴ／２ＡＴ］の合成モード（図１４Ａ）が選択された場合のドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図１５Ａ】第２の実施例において［１ＡＴ／２ＡＴ］の合成モードが選択された状態を示す図である。
【図１５Ｂ】上記［１ＡＴ／１ＡＴ］の合成モード（図１５Ａ）が選択された場合のドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図１６Ａ】第２の実施例において［２ＡＴ／１ＡＴ］の合成モードが選択された状態を示す図である。
【図１６Ｂ】上記［２ＡＴ／１ＡＴ］の合成モード（図１６Ａ）が選択された場合のドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図１７Ａ】第２の実施例において［２ＡＴ／０ＡＴ］の合成モードが選択された状態を示す図である。
【図１７Ｂ】上記［２ＡＴ／０ＡＴ］の合成モード（図１７Ａ）が選択された場合のドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図１８Ａ】第２の実施例において［２ＡＴ／２ＡＴ］の合成モードが選択された状態を示す図である。
【図１８Ｂ】上記［２ＡＴ／２ＡＴ］の合成モード（図１８Ａ）が選択された場合のドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図１９Ａ】第２の実施例において［１ＡＴ／２ＡＴ］の合成モードが選択された状態を示す図である。
【図１９Ｂ】上記［１ＡＴ／２ＡＴ］の合成モード（図１９Ａ）が選択された場合のドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図２０】周辺コイル（または中心コイル）を単一のコイルセグメントで構成する実施例を示す図である。
【図２１】１組のコイルを構成する一対のコイルセグメント間のギャップを任意に広くする実施例を示す図である。
【図２２Ａ】中心コイルおよび周辺コイルの双方で一対のコイルセグメント間のギャップを広くする実施例において［０ＡＴ／１ＡＴ］の合成モードが選択された場合の各部の接続状態およびドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図２２Ｂ】上記実施例において［１ＡＴ／１ＡＴ］の合成モードが選択された場合の各部の接続状態およびドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図２２Ｃ】上記実施例において［２ＡＴ／１ＡＴ］の合成モードが選択された場合の各部の接続状態およびドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図２２Ｄ】上記実施例において［１ＡＴ／０ＡＴ］の合成モードが選択された場合の各部の接続状態およびドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図２２Ｅ】上記実施例において［１ＡＴ／２ＡＴ］の合成モードが選択された場合の各部の接続状態およびドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図２３】１組のコイルを構成する一対のコイルセグメントの間で切れ目（解放端部）のギャップをコイル周回方向でずらす実施例を示す図である。
【図２４Ａ】ＲＦアンテナの中心コイルと周辺コイルとの間にスリット付きの磁気シールド空洞導体を配置する実施例を示す図である。
【図２４Ｂ】上記磁気シールド空洞導体のスリット幅を可変した場合の各合成モードにおけるドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図２５】ＲＦアンテナの上方に補正コイルを配置する実施例を示す図である。
【図２６】ＲＦアンテナにおいて１組のコイルを構成する一対のコイルセグメントを縦方向でギャップを介して重ねて配置する実施例を示す図である。
【図２７Ａ】ＲＦアンテナにおいてスイッチ回路網を簡素化する実施例において［２ＡＴ／２ＡＴ］の合成モードが選択された場合の各部の接続状態を示す図である。
【図２７Ｂ】上記実施例において［２ＡＴ／２ＡＴ］の合成モードが選択された場合のドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【図２８Ａ】ＲＦアンテナにおいてスイッチ回路網を簡素化する実施例において［０ＡＴ／０ＡＴ］の合成モードが選択された場合の各部の接続状態を示す図である。
【図２８Ｂ】上記実施例において［０ＡＴ／０ＡＴ］の合成モードが選択された場合のドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
［装置全体の構成及び作用］
【００２６】
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エッチング装置の構成を示す。この誘導結合型プラズマエッチング装置は、平面コイル形のＲＦアンテナを用いるタイプであり、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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に引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定周波数（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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が循環供給される。冷媒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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、この天井に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５５がチャンバ１０と一体に設けられている。
【００３５】
この実施形態におけるＲＦアンテナ５４は、誘電体窓５２と平行な一水平面内で同心状に配置される２組または２対のコイル５４(1），５４(2)を有している。
【００３６】
より詳しくは、第１組のコイル５４(1）は、ＲＦアンテナ５４の中心部に位置し、コイル線材およびコイル太さ（断面積）が同じで、かつ口径または直径が近似する一対のコイルセグメント５６Ａ，５６Ｂからなる。これらのコイルセグメント５６Ａ，５６Ｂは、非常に小さな、好ましくはスキンデップスδより小さな一定のギャップｇ1を隔てて平行度を保ちながら環状に並進して一周して、各々が円形の単巻コイルを形成している。このように、一対のコイルセグメント５６Ａ，５６Ｂは、コイル線材およびコイル断面積が同じで、かつ口径（つまりはコイル長）が近似しているので、それぞれのインピーダンスは近似している。
【００３７】
一方、第２組のコイル５４(2）は、ＲＦアンテナ５４の周辺部に位置し、コイル線材およびコイル太さ（断面積）が同じで、かつ口径が近似する一対のコイルセグメント５８Ａ，５８Ｂからなる。これらのコイルセグメント５８Ａ，５８Ｂは、非常に小さな、好ましくはスキンデップスδより小さな一定のギャップｇ2を隔てて平行度を保ちながら環状に並進して一周して、各々が単巻コイルを形成している。このように、一対のコイルセグメント５８Ａ，５８Ｂは、コイル線材およびコイル断面積が同じで、かつ口径（つまりコイル長）が近似しているので、それぞれのインピーダンスは近似している。
【００３８】
なお、スキンデップスδは、ＲＦアンテナ５４に高周波電流を流した時にチャンバ１０内に生成されるプラズマの表皮厚さであり、後述する実施例の電磁界シミュレーションでも設定（仮定）したように通常１０ｍｍ程度である。
【００３９】
図２に示すように、中心コイル５４(1）のコイルセグメント５６Ａ，５６Ｂは、コイル周回方向の同一箇所に切れ目または開放端部をそれぞれ有している。ここで、コイル周回方向において、内側コイルセグメント５６Ａの両端部がギャップを介して互いに近接し、外側コイルセグメント５６Ｂの両端部がギャップを介して互いに近接している。また、コイル周回方向と直交する水平方向（コイル半径方向）において、内側および外側コイルセグメント５６Ａ，５６Ｂのそれぞれの一方の端部がギャップを介して互いに近接し、かつそれぞれの他方の端部がギャップを介して互いに近接している。
【００４０】
後述するプラズマ生成用の高周波給電部６０からのＲＦ給電ライン６２の終端が中心コイル５４(1）のコイル開放端部の近傍または上方に位置し、高周波給電ライン６２の終端部と内側および外側コイルセグメント５６Ａ，５６Ｂの両端部との間に第１のスイッチ回路網６４が設けられている。
【００４１】
周辺コイル５４(2）も同様の構成になっている。すなわち、コイルセグメント５８Ａ，５８Ｂは、コイル周回方向の同一箇所に切れ目または開放端部をそれぞれ有している。ここで、コイル周回方向において、内側コイルセグメント５８Ａの両端部がギャップを介して互いに近接し、外側コイルセグメント５８Ｂの両端部がギャップを介して互いに近接している。また、コイル周回方向と直交する水平方向（コイル半径方向）において、内側および外側コイルセグメント５８Ａ，５８Ｂのそれぞれの一方の端部がギャップを介して互いに近接し、かつそれぞれの他方の端部がギャップを介して互いに近接している。
【００４２】
チャンバ１０または電気的に接地電位に保たれる他の接地電位部材（図示せず）に通じるＲＦ帰線またはアース線６６の始端が周辺コイル５４(2）のコイル開放端部の近傍または上方に位置し、ＲＦアース線６６の始端と内側および外側コイルセグメント５８Ａ，５８Ｂの両端部との間に第２のスイッチ回路網６８が設けられている。第１のスイッチ回路網６４と第２のスイッチ回路網６８との間には両者を電気的につなぐための導体または導線７０が設けられている。
【００４３】
図１において、アンテナ室５５は水平な仕切板６５によって上下に２分割されており、下部アンテナ室５５ＬにＲＦアンテナ５４を構成する中心および周辺コイル５４(1），５４(2)が配置され、上部アンテナ室５５Ｕに第１および第２のスイッチ回路網６４，６８が配置されている。下部アンテナ室５５Ｌ内のコイル５４(1），５４(2)と上部アンテナ室５５Ｕ内のスイッチ回路網６４，６８とは、仕切板６５から電気的に絶縁された導体または導線７２(1），・・７２(8）を介して電気的に接続されている。仕切板６５は、導体の板からなり、ＲＦアンテナ５４とスイッチ回路網６４，６８とを電磁的に遮蔽する機能を有している。
【００４４】
高周波給電部６０は、高周波電源７４および整合器７６を有している。高周波電源７４は、高周波放電によるプラズマの生成に適した一定周波数（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７６は、高周波電源７４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。
【００４５】
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７８と、円周方向に等間隔でバッファ部７８からプラズマ生成空間に臨む多数の側壁ガス吐出孔８０と、処理ガス供給源８２からバッファ部７８まで延びるガス供給管８４とを有している。処理ガス供給源８２は、流量制御器および開閉弁（図示せず）を含んでいる。
【００４６】
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３０，７４、整合器３２，７６、静電チャック用のスイッチ４２、処理ガス供給源８２、スイッチ回路網６４，６８、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。
【００４７】
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８２よりガス供給管８４、バッファ部７８および側壁ガス吐出孔８０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６０の高周波電源７４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７６，ＲＦ給電ライン６２、スイッチ回路網６４，６８を介してＲＦアンテナ５４の中心コイル５４(1)および周辺コイル５４(2)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。
【００４８】
チャンバ１０内で、側壁ガス吐出孔８０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の中心コイル５４(1)および周辺コイル５４(2)を流れる高周波ＲＦH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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
この誘導結合型プラズマエッチング装置においては、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）の径方向の均一性を向上させるために、上記のようにＲＦアンテナ５４を径方向で中心部と周辺部の２組のコイル５４(1），５４(2)に分割し、第１組の中心コイル５４(1）を互いに近接して各々の半径を変えずに並進（一周）する一対のコイルセグメント５６Ａ，５６Ｂで構成するとともに、第２組の周辺コイル５４(2）を互いに近接して各々の半径を変えずに並進（一周）する一対のコイルセグメント５８Ａ，５８Ｂで構成している。そして、後述するように、第１および第２のスイッチ回路網６４，６８により、ＲＦアンテナ５４内の電流経路または電流分布を多様かつ任意に選択し、誘電体窓５２を介して処理空間内のプラズマに電磁誘導で結合されるＲＦアンテナ５４の合成起磁力（特に径方向の起磁力分布）を多段階に調整できるようにしている。
［ＲＦアンテナ及びスイッチ回路網に係る実施例１の基本的機能］
【００５２】
ここで、図３につき、中心コイル５４(1）内の電流経路または電流分布を複数のモードで切り換える機能を説明する。なお、図３では、理解の容易性と説明の便宜性を図るため、周辺コイル５４(2）を省略している。
【００５３】
第１のスイッチ回路網６４は、中心コイル５４(1）内の電流経路を切り換えるために、３つのスイッチ９０(1)，９２(1)，９４(1)を有している。
【００５４】
第１のスイッチ９０(1)は、高周波給電部６０からのＲＦ給電ライン６２の終端に位置する第１の端子８８(1)を、内側コイルセグメント５６Ａの一方の端部に接続させる位置（図３の（ｂ）（ｃ）に示す位置）と、内側コイルセグメント５６Ａの他方の端部に接続させる位置（図３の（ｄ）に示す位置）と、内側コイルセグメント５６Ａの一方の端部または他方の端部のいずれにも接続させない位置（図３の（ａ）に示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【００５５】
第２のスイッチ９２(1)は、内側コイルセグメント５６Ａの他方の端部を、外側コイルセグメント５６Ｂの一方の端部に接続させる位置（図３の（ｃ）に示す位置）と、外側コイルセグメント５６Ｂの他方の端部に接続させる位置（図３の（ｂ）に示す位置）と、外側コイルセグメント５６Ｂの一方の端部または他方の端部のいずれにも接続させない位置（図３の（ｄ）に示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【００５６】
第３のスイッチ９４(1)は、外側コイルセグメント５６Ｂの一方の端部を、内側コイルセグメント５６Ａの一方の端部に接続させる位置（図３の（ｂ）に示す位置）と、内側コイルセグメント５６Ａの他方の端部に接続させる位置（図３の（ｃ）に示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【００５７】
各々のスイッチ９０(1)，９２(1)，９４(1)は、好ましくは真空スイッチまたは真空リレーからなり、制御部８６の制御の下で各々独立したスイッチ駆動回路（図示せず）により切り換えられる。これら３つのスイッチ９０(1)，９２(1)，９４(1)の切り換え位置の組み合わせ形態により、内側コイルセグメント５６Ａと外側コイルセグメント５６Ｂとの間の接続形態、つまり中心コイル５４(1）内の電流経路または電流分布に関して、図３の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すような４通りのモードを採ることができる。
【００５８】
図３の（ａ）は無通電モードであり、第１のスイッチ９０(1)が、第１の端子８８(1)を内側コイルセグメント５６Ａの一方の端部または他方の端部のいずれにも接続させない位置に切り換えられる。第２および第３のスイッチ９２(1)，９４(1)はどの位置にあってもよい。この無通電モードでは、高周波の電流経路が第１のスイッチ９０(1)で遮断されるため、中心コイル５４(1）内で高周波電流は全く流れない。したがって、中心コイル５４(1）の起磁力は零アンペアターン（０ＡＴ）である。
【００５９】
図３の（ｂ）は並列モードであり、第１の端子８８(1)が第１のスイッチ９０(1)を介して内側コイルセグメント５６Ａの一方の端部に接続され、内側コイルセグメント５６Ａの他方の端部が第２のスイッチ９２(1)を介して外側コイルセグメント５６Ｂの他方の端部に接続され、外側コイルセグメント５６Ｂの一方の端部が第３のスイッチ９４(1)を介して内側コイルセグメント５６Ａの一方の端部に接続される。
【００６０】
この並列モードにおいて、高周波給電ライン６２を伝搬してきた高周波電流Ｉは、第１の端子８８(1)から第１および第３のスイッチ９０(1)，９４(1)を介して内側コイルセグメント５６Ａおよび外側コイルセグメント５６Ｂに分岐する。ここで、両コイルセグメント５６Ａ，５６Ｂのインピーダンスは略同じであるから、両コイルセグメント５６Ａ，５６ＢにＩ／２，Ｉ／２ずつ分岐する。これらの高周波分岐電流Ｉ／２，Ｉ／２は、両コイルセグメント５６Ａ，５６Ｂを正方向（図の反時計回り）にそれぞれ一周した後、第２のスイッチ９２(1)を介して合流し、高周波電流Ｉを復元してＲＦ帰線またはアース線６６へ流れる。
【００６１】
このように、並列モードでは、中心コイル５４(1）内で内側および外側コイルセグメント５６Ａ，５６ＢをそれぞれＩ／２，１／２の高周波分岐電流が正方向に流れ、コイル全体で１アンペアターン（１ＡＴ）の合成起磁力が得られる。両コイルセグメント５６Ａ．５６Ｂは近接しているので、誘電体窓５２の向こうの処理空間ないしプラズマに対しては１つの単巻コイルを高周波電流Ｉが流れる場合と同等の電磁的効果（誘導結合作用）が得られる。
【００６２】
図３の（ｃ）は逓倍型直列モードであり、第１の端子８８(1）が第１のスイッチ９０(1）を介して内側コイルセグメント５６Ａの一方の端部に接続され、内側コイルセグメント５６Ａの他方の端部が第２および第３のスイッチ９２(1），９４(1）を介して外側コイルセグメント５６Ｂの一方の端部に接続される。
【００６３】
この逓倍型直列モードにおいて、高周波給電ライン６２を伝搬してきた高周波電流Ｉは、第１の端子８８(1）および第１スイッチ９０(1）を通って内側コイルセグメント５６Ａを正方向に一周し、次いで第２および第３のスイッチ９２(1），９４(1）を通って外側コイルセグメント５６Ｂを正方向に一周した後、ＲＦアース線６６へ流れる。
【００６４】
このように、逓倍型直列モードでは、中心コイル５４(1）内で内側および外側コイルセグメント５６Ａ，５６Ｂを高周波電流Ｉが同一の方向（正方向）に流れ、コイル全体で２アンペアターン（２ＡＴ）の合成起磁力が得られる。両コイルセグメント５６Ａ．５６Ｂは近接しているので、誘電体窓５２の向こうの処理空間ないしプラズマに対しては、高周波給電ライン６２を伝搬してきた高周波電流Ｉの２倍の高周波電流２Ｉが１つの単巻コイルを流れる場合と同等の電磁的効果（誘導結合作用）が得られる。
【００６５】
図３の（ｄ）は相殺型直列モードであり、第１の端子８８(1）が第１のスイッチ９０(1）を介して内側コイルセグメント５６Ａの他方の端部に接続され、内側コイルセグメント５６Ａの一方の端部が第３のスイッチ９４(1）を介して外側コイルセグメント５６Ｂの一方の端部に接続される。内側コイルセグメント５６Ａの他方の端部と外側コイルセグメント５６Ｂの他方の端部とは、第２のスイッチ９２(1）で電気的に遮断される。
【００６６】
この相殺型直列モードにおいて、高周波給電ライン６２を伝搬してきた高周波電流Ｉは、第１の端子８８(1）および第１のスイッチ９０(1）を通って内側コイルセグメント５６Ａを逆方向（図の時計回り）に一周し、次いで第３のスイッチ９４(1）を通って外側コイルセグメント５６Ｂを正方向一周した後、ＲＦアース線６６へ抜ける。
【００６７】
このように、相殺型直列モードでは、中心コイル５４(1）内で内側および外側コイルセグメント５６Ａ，５６Ｂを高周波電流Ｉがそれぞれ正方向および逆方向で流れ、コイル全体の合成起磁力は零アンペアターン（０ＡＴ）になる。したがって、中心コイル５４(1）内で実際は高周波電流Ｉが流れているのにも関わらず、誘電体窓５２の向こうの処理空間ないしプラズマに対しては、全然または殆ど流れていない場合と同等の電磁的効果が得られる。
【００６８】
図４に、第１のスイッチ回路網６４の一変形例を示す。この変形例では、高周波給電ライン６２を内側コイルセグメント５６Ａの一方の端部で終端させている。
【００６９】
第１のスイッチ９０(1）は、ＲＦアース線６６に接続され、または接続可能な第２の端子９６(1）を、外側コイルセグメント５６Ｂの他方の端部に接続させる位置（図４の（ｂ）（ｃ）に示す位置）と、外側コイルセグメント５６Ｂの一方の端部に接続させる位置（図４の（ｄ）に示す位置）と、外側コイルセグメント５６Ｂの一方の端部または他方の端部のいずれにも接続させない位置（図４の（ａ）に示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【００７０】
第２のスイッチ９２(1）は、外側コイルセグメント５６Ａの一方の端部を、内側コイルセグメント５６Ａの他方の端部に接続させる位置（図４の（ｃ）に示す位置）と、内側コイルセグメント５６Ａの一方の端部に接続させる位置（図４の（ｂ）に示す位置）と、内側コイルセグメント５６Ａの一方の端部または他方の端部のいずれにも接続させない位置（図４の（ｄ）に示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【００７１】
第３のスイッチ９４(1）は、内側コイルセグメント５６Ａの他方の端部を、外側コイルセグメント５６Ｂの他方の端部に接続させる位置（図４の（ｂ）に示す位置）と、外側コイルセグメント５６Ｂの一方の端部に接続させる位置（図４の（ｃ）に示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【００７２】
この変形例においても、３つのスイッチ９０(1），９２(1），９４(1）の切り換え位置の組み合わせ形態により、内側コイルセグメント５６Ａと外側コイルセグメント５６Ｂとの間の接続形態、つまり中心コイル５４(1）内の電流経路に関して、図４の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すような４通りのモードを採ることが可能であり、コイル全体の起磁力を所望の３段階（０ＡＴ，１ＡＴ，２ＡＴ）に調整することができる。このように、中心コイル５４(1）内の電流経路または電流分布を切り換えてコイル全体の起磁力を多段に調整する機能に関して、図３の実施例と同様の作用効果が得られる。
【００７３】
更に、別の変形例として、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、内側コイルセグメント５６Ａの一方の端部と外側コイルセグメント５６Ｂの他方の端部との間にスイッチ９８を設ける構成も可能である。このスイッチ９８は、相殺型直列モードのときにオン状態に切り換えられ、並列接続モードまたは逓倍型直列モードのときはオフ状態に切り換えられる。
【００７４】
この実施例のＲＦアンテナ５４においては、周辺コイル５４(2)も、コイル径が異なるだけで、上述した中心コイル５４(1)と同様の構成および機能を有する。また、第２のスイッチ回路網６８も、上述した第１のスイッチ回路網６４と同様の構成および機能を有する。
【００７５】
より詳しくは、第２のスイッチ回路網６４は、図６Ａ〜図６Ｂに示すように、周辺コイル５４(2）内の電流経路を切り換えるために、第４、第５および第６のスイッチ９０(2)，９２(2)，９４(2)を有している。
【００７６】
第４のスイッチ９０(2)は、中心コイル５４(1)を介してＲＦ給電ライン６２に接続され、または接続可能な導体の端子（第１の端子）８８(2)を、内側コイルセグメント５８Ａの一方の端部に接続させる位置（図６Ｂ、図６Ｅに示す位置）と、内側コイルセグメント５８Ａの他方の端部に接続させる位置（図６Ａ，図６Ｃ，図６Ｄ、図６Ｆ、図６Ｇ，図６Ｈに示す位置）と、内側コイルセグメント５８Ａの一方の端部または他方の端部のいずれにも接続させない位置（図示せず）との間で切り換え可能になっている。
【００７７】
第５のスイッチ９２(2)は、内側コイルセグメント５８Ａの一方の端部を、外側コイルセグメント５８Ｂの一方の端部に接続させる位置（図６Ａ，図６Ｃ，図６Ｇに示す位置）と、外側コイルセグメント５８Ｂの他方の端部に接続させる位置（図６Ｄ，図６Ｆ，図６Ｈに示す位置）と、外側コイルセグメント５６Ｂの一方の端部または他方の端部のいずれにも接続させない位置（図６Ｂ，図６Ｅに示す位置）との間で切り換え可能に構成されている。
【００７８】
第６のスイッチ９４(2)は、外側コイルセグメント５８Ｂの他方の端部を、内側コイルセグメント５８Ａの他方の端部に接続させる位置（図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図６Ｅ，図６Ｇに示す位置）と、内側コイルセグメント５８Ａの一方の端部に接続させる位置（図６Ｄ，図６Ｆ，図６Ｈに示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【００７９】
各々のスイッチ９０(2)，９２(2)，９４(2)は、好ましくは真空スイッチまたは真空リレーからなり、制御部８６の制御の下で各専用の駆動回路（図示せず）により個別に切り換えられる。これら３つのスイッチ９０(2)，９２(2)，９４(2)の切り換え位置の組み合わせ形態により、周辺コイル５４(2）内の電流経路（内側コイルセグメント５８Ａと外側コイルセグメント５８Ｂとの間の接続形態）に関して上述した中心コイル５４(1）と同様に４通りのモード（無通電モード、並列モード、逓倍型直列モード、相殺型直列モード）を採ることが可能であり、プラズマの状態に依存せずに、つまりプロセス条件（圧力・ＲＦパワー・ガス系）が如何様であってもコイル全体の合成起磁力を所望の３段階（０ＡＴ，１ＡＴ，２ＡＴ）に調整することができる。
【００８０】
なお、中心コイル５４(1）または周辺コイル５４(2）のいずれか一方で無通電モードが選択されると、他方のコイルでも無通電モードと同じ状態になる。また、高周波電源７４で高周波ＲＦHの出力を止めても、中心コイル５４(1）および周辺コイル５４(2）のいずれも無通電モードと同じ状態になる。したがって、各コイル５４(1），５４(2）において無通電モードは必須のものではない。
［ＲＦアンテナ及びスイッチ回路網に係る実施例１の作用］
【００８１】
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６０より供給される高周波電流がＲＦアンテナ５４内を流れることによって、ＲＦアンテナ５４を構成するコイルの周りにはアンペール−マクスウェ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。
【００８２】
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。
【００８３】
この実施形態の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中心コイル５４(1）とアンテナの周辺部に局在する周辺コイル５４(2）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５４(1），５４(2）の位置する付近に２極化する。
【００８４】
この実施形態のＲＦアンテナ５４においては、上記のように第１および第２のスイッチ回路網６４，６８により中心コイル５４(1）および周辺コイル５４(2）内の電流経路（電流分布）を各々独立的に３つのモード（並列モード、逓倍型直列モード、相殺型直列モード）の間で切り換え可能とし、両コイル５４(1），５４(2）の合成起磁力を各々独立的に３段階（０ＡＴ，１ＡＴ，２ＡＴ）に調整可能としている。したがって、ＲＦアンテナ５４内の電流経路（電流分布）または合成起磁力として、３×３（＝９）通りの合成モードが選択可能である。各々の合成モードにおいて、ＲＦアンテナ５４内の電流分布または起磁力分布は、理論的には、中心コイル５４(1）および周辺コイル５４(2）の各々選択されたモード（並列モード、逓倍型直列モード、相殺型直列モード）によって決まり、プラズマの状態に依存しない。つまり、如何なるプロセス条件（圧力・ＲＦパワー・ガス系）においても、常に所期の電流分布または合成起磁力が得られる。
【００８５】
図６Ａに示す第１の合成モードは、中心コイル５４(1）を相殺型直列モード（０ＡＴ)に切り換え、周辺コイル５４(2）を並列モード（１ＡＴ)に切り換えた場合である。この場合、チャンバ１０内の処理空間で生成されるドーナツ状プラズマにおいては、理論的には、中心コイル５４(1）の直下の位置付近では電流密度が零近くまで低くなり、周辺コイル５４(2）の直下の位置付近では電子密度が１ＡＴの起磁力に応じた高さ（極大値）まで突出して高くなる。
【００８６】
図６Ｂに示す第２の合成モードは、中心コイル５４(1）を並列モード（１ＡＴ)に切り換え、かつ周辺コイル５４(2）を相殺型直列モード（０ＡＴ)に切り換えた場合である。この場合、処理空間で生成されるドーナツ状プラズマにおいては、理論的には、中心コイル５４(1）の直下の位置付近では電流密度が１ＡＴの起磁力に応じた高さ（極大値）まで突出して高くなり、周辺コイル５４(2）の直下の位置付近では電流密度が零近くまで低くなる。
【００８７】
図６Ｃに示す第３の合成モードは、中心コイル５４(1）を並列モード（１ＡＴ)に切り換え、周辺コイル５４(2）も並列モード（１ＡＴ)に切り換えた場合である。この場合、処理空間で生成されるドーナツ状プラズマにおいては、理論的には、中心コイル５４(1）の直下の位置付近では電流密度が１ＡＴの起磁力に応じた高さ（極大値）まで突出して高くなり、周辺コイル５４(2）の直下の位置付近でも電流密度が１ＡＴの起磁力に応じた高さ（極大値）まで突出して高くなる。
【００８８】
図６Ｄに示す第４の合成モードは、中心コイル５４(1）を逓倍型直列モード（２ＡＴ)に切り換え、周辺コイル５４(2）も逓倍型直列モード（２ＡＴ)に切り換えた場合である。この場合、処理空間で生成されるドーナツ状プラズマにおいては、理論的には、中心コイル５４(1）の直下の位置付近では電流密度が２ＡＴの起磁力に応じた高さ（極大値）まで突出して高くなり、周辺コイル５４(2）の直下の位置付近でも電流密度が２ＡＴの起磁力に応じた高さ（極大値）まで突出して高くなる。
【００８９】
図６Ｅに示す第５の合成モードは、中心コイル５４(1）を逓倍型直列モード（２ＡＴ)に切り換え、周辺コイル５４(2）を相殺型直列モード（０ＡＴ)に切り換えた場合である。この場合、処理空間で生成されるドーナツ状プラズマにおいては、理論的には、中心コイル５４(1）の直下の位置付近では電流密度が２ＡＴの起磁力に応じた高さ（極大値）まで突出して高くなり、周辺コイル５４(2）の直下の位置付近では電流密度が零近くまで低くなる。
【００９０】
図６Ｆに示す第６の合成モードは、中心コイル５４(1）を相殺型直列モード（０ＡＴ)に切り換え、周辺コイル５４(2）を逓倍型直列モード（２ＡＴ)に切り換えた場合である。この場合、チャンバ１０内の処理空間で生成されるドーナツ状プラズマにおいては、理論的には、中心コイル５４(1）の直下の位置付近では電流密度が零近くまで低くなり、周辺コイル５４(2）の直下の位置付近では電流密度が２ＡＴの起磁力に応じた高さ（極大値）まで突出して高くなる。
【００９１】
図６Ｇに示す第７の合成モードは、中心コイル５４(1）を逓倍型直列モード（２ＡＴ)に切り換え、周辺コイル５４(2）を並列モード（１ＡＴ)に切り換えた場合である。この場合、処理空間で生成されるドーナツ状プラズマにおいては、理論的には、中心コイル５４(1）の直下の位置付近では電流密度が２ＡＴの起磁力に応じた高さ（極大値）まで突出して高くなり、周辺コイル５４(2）の直下の位置付近では電流密度が１ＡＴの起磁力に応じた高さ（極大値）まで突出して高くなる。
【００９２】
図６Ｈに示す第８の合成モードは、中心コイル５４(1）を並列モード（１ＡＴ)に切り換え、周辺コイル５４(2）を逓倍型直列モード（２ＡＴ)に切り換えた場合である。この場合、処理空間で生成されるドーナツ状プラズマにおいては、理論的には、中心コイル５４(1）の直下の位置付近では電流密度が１ＡＴの起磁力に応じた高さ（極大値）まで突出して高くなり、周辺コイル５４(2）の直下の位置付近では電流密度が２ＡＴの起磁力に応じた高さ（極大値）まで突出して高くなる。
【００９３】
また、図示しない第９の合成モードとして、中心コイル５４(1）を相殺型直列モード（０ＡＴ)に切り換え、かつ周辺コイル５４(2）を相殺型直列モード（０ＡＴ)に切り換えることも可能である。この場合、処理空間で生成されるドーナツ状プラズマにおいては、理論的には、中心コイル５４(1）の直下の位置付近では電流密度が零近くまで低くなり、周辺コイル５４(2）の直下の位置付近でも電流密度が零近くまで低くなる。
【００９４】
なお、上記第１〜第８の合成モードにおいては、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なっているが、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。つまり、径方向において、基板Ｗ上でプラズマ密度分布の均一性を図るには、その上方のドーナツ状プラズマ内の電流密度分布において中心部と周辺部とのバランスが重要である。しかし、その最適バランスは、プロセス条件（圧力・ＲＦパワー・ガス系）やプラズマの状態に応じて変動する。したがって、ドーナツ状プラズマ内の電流密度分布において中心部と周辺部とのバランスを多様かつ任意に可変できることは、基板Ｗ上でプラズマ密度分布の均一性を向上させるうえで非常に有用な調整手段となる。
【００９５】
本発明者は、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置について次のような電磁界シミュレーションを実施した。
【００９６】
すなわち、ＲＦアンテナ５４において選択可能な合成モードの幾つかについて、ドーナツ状プラズマ内部（上面から５ｍｍの位置）の半径方向の電流密度分布（プラズマ密度分布に相当）を計算で求めたところ、図７Ａの（ａ），（ｂ），（ｃ）および図７Ｂの（ｄ），（ｅ）に示すようなプロファイルが得られた。
【００９７】
この電磁界シミュレーションでは、ＲＦアンテナ５４を構成する各コイルセグメント５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂの断面サイズを５ｍｍ×５ｍｍとし、中心コイル５４(1)の内側および外側コイルセグメント５６Ａ，５６Ｂのそれぞれの内径（半径）を１００ｍｍ、１１０ｍｍとし、周辺コイル５４(2)の内側および外側コイルセグメント５８Ａ，５８Ｂのそれぞれの内径（半径）を２００ｍｍ、２１０ｍｍとし、高周波給電部６０よりＲＦ給電ライン６２を介してＲＦアンテナ５４に供給する高周波電流の電流値を１アンペアとした。また、ＲＦアンテナ５４直下のチャンバ１０内処理空間で誘導結合により生成されるドーナツ状のプラズマは、図２に示すような円盤形状の抵抗体１００で模擬し、この抵抗体１００の直径を５００ｍｍ、抵抗率を１００Ωcm、表皮厚さ（スキンデップスδ）を１０ｍｍに設定した。プラズマ生成用の高周波ＲＦHの周波数は１３．５６ＭＨｚとした。この場合、中心コイル５４(1)における内側および外側コイルセグメント５６Ａ，５６Ｂ間のギャップｇ1と周辺コイル５４(2)における内側および外側コイルセグメント５８Ａ，５８Ｂ間のギャップｇ2はいずれも５ｍｍであり、ｇ1＜δ，ｇ2＜δの関係になっている。
【００９８】
図７Ａの（ａ），（ｂ），（ｃ）および図７Ｂの（ｄ）に示すように、第３の合成モード（１ＡＴ／１ＡＴ）、第７の合成モード（２ＡＴ／１ＡＴ）、第５の合成モード（２ＡＴ／０ＡＴ）および第６の合成モード（０ＡＴ／２ＡＴ）においては、径方向におけるドーナツ状プラズマ内の電流密度分布について略理論通りのシミュレーション結果が得られた。
【００９９】
しかし、第８の合成モード（１ＡＴ／２ＡＴ）では、シミュレーション結果が理論通りにならなかった。すなわち、シミュレーションによれば、図７Ｂの（ｅ）に示すように、中心コイル５４(1)の直下の位置（１００ｍｍ）付近では本来は１ＡＴに対応する極大値まで突出するはずなのにそれよりも著しく低い値に止まる一方で、周辺コイル５４(2)の直下の位置（２００ｍｍ）付近に現れる２ＡＴに対応する極大値は他の合成モードよりも高くなる。
【０１００】
これは、周辺コイル５４(2)の口径が大きい場合（半径１５０ｍｍ以上）において、周辺コイル５４(2)で逓倍型直列モード（２ＡＴ)が選択されると、さらには中心コイル５４(1)でも並列型モード（１ＡＴ）あるいは逓倍型直列モード（２ＡＴ)が選択されると、ＲＦアンテナ５４内の全体の電流経路（有効長）が相当長くなり、いわゆる波長効果によってＲＦアンテナ５４のＲＦ入力端寄りつまり中心コイル５４(1)内に電流の波節部を有する定在波が形成されるためと考えられる。
【０１０１】
本発明者が、ＲＦアンテナ５４内の代表的なポイントａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅにおける高周波電流の電流値を求めてプロットしたところ、第７の合成モード（図８Ａ）では図８Ｂに示すようにポイント間で電流の違いはさほどないのに対して、ＲＦアンテナ５４内の全体の電流経路（有効長）が最大になる第４の合成モード（図９Ａ）では図９Ｂに示すように中心コイル５４(1)内の前半区間で電流が大きく落ち込むことがわかった。
【０１０２】
なお、このシミュレーションにおいて、起点（０ｍｍ）のポイントａはＲＦアンテナ５４のＲＦ入口点である端子８８の位置に選ばれ、ポイントｂは中心コイル５４(1)の内側コイルセグメント５６Ａの他方の端部の位置に選ばれ、ポイントｃは中心コイル５４(1)の外側コイルセグメント５６Ｂの他方の端部の位置に選ばれ、ポイントｄは周辺コイル５４(2)の内側コイルセグメント５８Ａの他方の端部の位置に選ばれ、ポイントｅは周辺コイル５４(2)の外側コイルセグメント５８Ｂの他方の端部（終端）の位置に選ばれている。また、図８Ｂおよび図９Ｂの電流分布プロットは、各ポイントａの位置を起点（０ｍｍ）からの電流路の距離として表わし、各ポイントの電流を終端ポイントｅの電流（１Ａ：基準値）に対する相対値（比）として表している。
【０１０３】
上記のような波長効果を抑制するための一手法として、ＲＦアンテナ５４内の適当な箇所にコンデンサを挿入する構成を好適に採ることができる。
【０１０４】
図１０Ａ〜図１０Ｃに示す構成例は、周辺コイル５４(2)において内側コイルセグメント５８Ａの他方の端部と外側コイルセグメント５８Ｂの一方の端部との間にコンデンサ１０２を接続可能に設けている。
【０１０５】
この場合、第２のスイッチ回路網６８において、第２のスイッチ９２(2)は、内側コイルセグメント５８Ａの他方の端部を、コンデンサ１０２の一方の端子に接続させる位置（たとえば図１０Ａに示す位置）と、外側コイルセグメント５８Ｂの他方の端部に接続させる位置（たとえば図１０Ｂに示す位置）と、コンデンサ１０２の一方の端子または外側コイルセグメント５８Ｂの他方の端部のいずれにも接続させない位置（図示せず）との間で切り換え可能になっている。また、第３のスイッチ９４(2)は、外側コイルセグメント５８Ｂの一方の端部を、コンデンサ１０２の他方の端子に接続させる位置（たとえば図１０Ａに示す位置）と、内側コイルセグメント５８Ａの一方の端部に接続させる位置（たとえば図１０Ｂに示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【０１０６】
本発明者がＲＦアンテナ５４内の電流経路（有効長）が最大になる第４の合成モード（図１０Ｃ）について、このモデルをシミュレーションにかけた結果、図１０Ｄに示すようにアンテナ内電流分布のばらつき（偏差）は著しく改善されるとともに、図１０Ｅに示すように径方向におけるドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布も大きく改善されることが確認された。
【０１０７】
別の実施例として、図１１に示すように、ＲＦアンテナ５４の出口ｅとＲＦアース線６６との間に、あるいはＲＦアース線６６の途中に、コンデンサ１０４を直列に接続する構成も好適に採ることができる。
【０１０８】
本発明者が、ＲＦアンテナ５４内の電流経路（有効長）が最大になる第４の合成モード（図１１）について、このモデルをシミュレーションにかけた結果、図１２Ａ〜１３Ｂに示すような結果が得られた。
【０１０９】
すなわち、コンデンサ１０４のキャパシタンスＣ104を１０ｐＦに選んだ場合は、図１２Ａに示すように、ＲＦアンテナ５４内の電流は、中心コイル５４(1)内では基準値（１Ａ）よりも６〜７倍大きな値で略均一に分布し、周辺コイル５４(2)の後半部で終端ポイントｅの基準値（１Ａ）に向かって急激に低下する。しかし、径方向におけるドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布は、図１２Ｂに示すように理論（理想）に近いプロファイルになる。
【０１１０】
また、コンデンサ１０４のキャパシタンスＣ104を１００ｐＦに選んだ場合は、図１３Ａに示すように、ＲＦアンテナ５４内の電流分布は、中心コイル５４(1)内では基準値（１Ａ）よりも小さくて始端ポイントａに近づくほど小さくなり、周辺コイル５４(2)内では基準値（１Ａ）よりも山形に大きくなる。そして、径方向におけるドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布は、図１３Ｂに示すように理論（理想）にはほど遠いが、コンデンサ１０４を設けない場合（図７Ｂの（ｅ））に比して相当改善されている。なお、コンデンサ１０４に可変コンデンサを使用できることは勿論である。
【０１１１】
このように、ＲＦアンテナ５４内に、またはその後段にコンデンサ１０４を直列に挿入（接続）する構成においては、そのキャパシタンスＣ104を調整することで、ＲＦアンテナ５４内の電流経路をいずれのモードに切り換えても、径方向におけるドーナツ状プラズマ内の電流密度分布を各モードに応じた略理論通りのプロファイルとすることが可能であり、あるいは理論通りのプロファイルに所望の補正をかけることも可能である。
［ＲＦアンテナ及びスイッチ回路網に係る実施例２］
【０１１２】
図１４〜図１９に、第２の実施例におけるＲＦアンテナおよびスイッチ回路網の構成を示す。
【０１１３】
この実施例のＲＦアンテナ５４は、径方向において中心部と周辺部の２組のコイル５４(1），５４(2)に分割されるとともに、各組のコイル５４(1），５４(2)が左右に２分割されている。
【０１１４】
より詳しくは、第１組のコイル５４(1）は、ＲＦアンテナ５４の中心部に位置し、並進して延びる円弧状（好ましくは半円）の第１の内側および外側コイルセグメント１１０Ａ，１１０Ｂと、それら第１および第２のコイルセグメント１１０Ａ，１１０Ｂとそれぞれ同一口径の円周に沿って並進して延びる円弧状（好ましくは半円）の第３および第４のコイルセグメント１１０Ｃ，１１０Ｄとからなる。ここで、第１および第３のコイルセグメント１１０Ａ，１１０Ｃが径方向内側のコイルセグメントであり、第２および第４のコイルセグメント１１０Ｂ，１１０Ｄが径方向外側のコイルセグメントである。
【０１１５】
第１および第２のコイルセグメント１１０Ａ，１１０Ｂは、アンテナの片側半分（図の左半分）の領域内で、非常に小さな、好ましくはスキンデップスδより小さな一定のギャップｇ1を隔てて平行度を保ちながら各々の半径を変えずに円弧状に並進して半周して、各々が半円のコイルを形成している。第３および第４のコイルセグメント１１０Ｃ，１１０Ｄは、アンテナの他の片側半分（図の右半分）の領域内で、非常に小さな、好ましくはスキンデップスδより小さな一定のギャップｇ1を隔てて平行度を保ちながら各々の半径を変えずに円弧状に並進して半周して、各々が半円のコイルを形成している。好ましくは、コイルセグメント１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄのコイル線材およびコイル太さ（断面積）は同じでよく、それらのインピーダンスは近似している。
【０１１６】
一方、第２組のコイル５４(2）は、ＲＦアンテナ５４の周辺部に位置し、並進して延びる円弧状（好ましくは半円）の第５および第６のコイルセグメント１１２Ａ，１１２Ｂと、それら第５および第６のコイルセグメント１１２Ａ，１１２Ｂとそれぞれ同一口径の円周に沿って互いに並進して延びる円弧状（好ましくは半円）の第７および第８のコイルセグメント１１２Ｃ，１１２Ｄとからなる。ここで、第５および第７のコイルセグメント１１２Ａ，１１２Ｃが径方向内側のコイルセグメントであり、第６および第８のコイルセグメント１１２Ｂ，１１２Ｄが径方向外側のコイルセグメントである。
【０１１７】
第５および第６のコイルセグメント１１２Ａ，１１２Ｂは、アンテナの片側半分（図の左半分）の領域内で、非常に小さな、好ましくはスキンデップスδより小さな一定のギャップｇ2を隔てて平行度を保ちながら各々の半径を変えずに円弧状に並進して延びて、各々が半円のコイルを形成している。第７および第８のコイルセグメント１１２Ｃ，１１２Ｄは、アンテナの他の片側半分（図の右半分）の領域内で、非常に小さな、好ましくはスキンデップスδより小さな一定のギャップｇ2を隔てて平行度を保ちながら各々の半径を変えずに円弧状に並進して延びて、各々が半円のコイルを形成している。好ましくは、コイルセグメント１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄのコイル線材およびコイル太さ（断面積）は同じでよく、それらのインピーダンスは近似している。
【０１１８】
中心コイル５４(1）においては、コイル周回方向において、第１のコイルセグメント１１０Ａの一方の端部と第３のコイルセグメント１１０Ｃの一方の端部とがギャップを介して互いに近接し、第１のコイルセグメント１１０Ａの他方の端部と第３のコイルセグメント１１０Ｃの他方の端部とがギャップを介して互いに近接し、第２のコイルセグメント１１０Ｂの一方の端部と第４のコイルセグメント１１０Ｄの一方の端部とがギャップを介して互いに近接し、第２のコイルセグメント１１０Ｂの他方の端部と第４のコイルセグメント１１０Ｄの他方の端部とがギャップを介して互いに近接する。
【０１１９】
また、コイル周回方向と直交する水平方向（コイル半径方向）において、第１および第２のコイルセグメント１１０Ａ，１１０Ｂのそれぞれの一方の端部がギャップを介して互いに近接し、第１および第２のコイルセグメント１１０Ａ，１１０Ｂのそれぞれの他方の端部がギャップを介して互いに近接し、第３および第４のコイルセグメント１１０Ｃ，１１０Ｄのそれぞれの一方の端部がギャップを介して互いに近接し、第３および第４のコイルセグメント１１０Ｃ，１１０Ｄのそれぞれの他方の端部がギャップを介して互いに近接する。
【０１２０】
周辺コイル５４(2）においては、コイル周回方向において、第５のコイルセグメント１１２Ａの一方の端部と第７のコイルセグメント１１２Ｃの一方の端部とがギャップを介して互いに近接し、第５のコイルセグメント１１２Ａの他方の端部と第７のコイルセグメント１１２Ｃの他方の端部とがギャップを介して互いに近接し、第６のコイルセグメント１１２Ｂの一方の端部と第８のコイルセグメント１１２Ｄの一方の端部とがギャップを介して互いに近接し、第６のコイルセグメント１１２Ｂの他方の端部と第８のコイルセグメント１１２Ｄの他方の端部とがギャップを介して互いに近接する。
【０１２１】
また、コイル周回方向と直交する水平方向（コイル半径方向）において、第５および第６のコイルセグメント１１２Ａ，１１２Ｂのそれぞれの一方の端部がギャップを介して互いに近接し、第５および第６のコイルセグメント１１２Ａ，１１２Ｂのそれぞれの他方の端部がギャップを介して互いに近接し、第７および第８のコイルセグメント１１２Ｃ，１１２Ｄのそれぞれの一方の端部がギャップを介して互いに近接し、第７および第８のコイルセグメント１１２Ｃ，１１２Ｄのそれぞれの他方の端部がギャップを介して互いに近接する。
【０１２２】
この実施例では、中心コイル５４(1）に付随して第１のスイッチ回路網１１４が設けられ、周辺コイル５４(2）に付随して第２のスイッチ回路網１１５が設けられる。
【０１２３】
以下、第１のスイッチ回路網１１４の構成および作用を説明する。第１のスイッチ回路網１１４は、第１〜第６のスイッチ１１６(1)，１１８(1)，１２０(1)，１２２(1)，１２４(1)，１２６(1)を有している。
【０１２４】
第１のスイッチ１１６(1)は、高周波給電部６０からのＲＦ給電ライン６２の終端に位置する第１の端子８８(1)を、第１のコイルセグメント１１０Ａの一方の端部に接続させる位置（図１５Ａ，図１９Ａに示す位置）と、第３のコイルセグメント１１０Ｃの一方の端部に接続させる位置（図１４Ａに示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【０１２５】
第２のスイッチ１１８(1)は、第３のコイルセグメント１１０Ｃの一方の端部を、第４のコイルセグメント１１０Ｄの一方の端部に接続させる位置（図１５Ａ，図１９Ａに示す位置）と、第２のコイルセグメント１１０Ｂの一方の端部に接続させる位置（図１６Ａ〜図１８Ａに示す位置）と、第４のコイルセグメント１１０Ｄの一方の端部または第２のコイルセグメント１１０Ｂの一方の端部のいずれにも接続させない位置（図１４Ａに示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【０１２６】
第３のスイッチ１２０(1)は、第２のコイルセグメント１１０Ｂの一方の端部を、第１のコイルセグメント１１０Ａの一方の端部に接続させる位置（図１４Ａ，図１５Ａ，図１９Ａに示す位置）と、第３のコイルセグメント１１０Ｃの一方の端部に接続させる位置（図１６Ａ〜図１８Ａに示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【０１２７】
第４のスイッチ１２２(1)は、第１の端子８８(1)を、第１のコイルセグメント１１０Ａの他方の端部に接続させる位置（図１４Ａに示す位置）と、第３のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置（図１５Ａ，図１９Ａに示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【０１２８】
第５のスイッチ１２４(1)は、第１のコイルセグメント１１０Ａの他方の端部を、第４のコイルセグメント１１０Ｄの他方の端部に接続させる位置（図１６Ａ〜図１８Ａに示す位置）と、第２のコイルセグメント１１０Ｂの他方の端部に接続させる位置（図１５Ａ，図１９Ａに示す位置）と、第４のコイルセグメント１１０Ｄの他方の端部または第２のコイルセグメント１１０Ｂの他方の端部のいずれにも接続させない位置（図１４Ａに示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【０１２９】
第６のスイッチ１２６(1)は、第４のコイルセグメント１１０Ｄの他方の端部を、第１のコイルセグメント１１０Ａの他方の端部に接続させる位置（図１６Ａ〜図１８Ａに示す位置）と、第３のコイルセグメントの他方の端部に接続させる位置（図１４Ａ，図１５Ａ，図１９Ａに示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【０１３０】
上記第１〜第６のスイッチ１１６(1)〜１２６(1)は、好ましくは真空スイッチまたは真空リレーからなり、制御部８６の制御の下で各々独立したスイッチ駆動回路（図示せず）により切り換えられる。これら６つのスイッチ１１６(1)〜１２６(1)の切り換え位置の組み合わせ形態により、第１〜第４のコイルセグメント１１０Ａ〜１１０Ｄ間の接続形態（つまり中心コイル５４(1）内の電流経路)に関して、図１５Ａ，図１９Ａに示すような並列モード、図１６Ａ〜図１８Ａに示すような逓倍型直列モード、および図１４Ａに示すような相殺型直列モードの３通りのモードを採ることができる。
【０１３１】
ここで、並列モード（図１５Ａ，図１９Ａ）では、アンテナ左半分の領域で第１および第２のコイルセグメント１１０Ａ，１１０ＢをそれぞれＩ／２，１／２の高周波分岐電流が正方向（図の反時計回り）に流れるのと同時に、アンテナ右半分の領域で第３および第４のコイルセグメント１１０Ｃ，１１０ＤをそれぞれＩ／２，１／２の高周波分岐電流が正方向に流れ、中心コイル５４(1）全体で合成起磁力は１アンペアターン（１ＡＴ）になる。
【０１３２】
逓倍型直列モード（図１６Ａ〜図１８Ａ）では、アンテナ左半分の領域で第１および第２のコイルセグメント１１０Ａ，１１０Ｂを高周波電流Ｉが正方向に流れるのと同時に、アンテナ右半分の領域で第３および第４のコイルセグメント１１０Ｃ，１１０Ｄを高周波電流Ｉが正方向に流れ、中心コイル５４(1）全体の合成起磁力は２アンペアターン（２ＡＴ）になる。
【０１３３】
相殺型直列モード（図１４Ａ）では、アンテナ左半分の領域で高周波電流Ｉが第１のコイルセグメント１１０Ａを逆方向（時計回り）に流れ、かつ第２のコイルセグメント１１０Ｂを正方向（反時計回り）に流れるのと同時に、アンテナ右半分の領域で高周波電流Ｉが第３のコイルセグメント１１０Ｃを逆方向（時計回り）に流れ、かつ第４のコイルセグメント１１０Ｄを正方向（反時計回り）に流れる。したがって、第１のコイルセグメント１１０Ａと第２のコイルセグメント１１０Ｂとの間で起磁力が相殺されるとともに、第３のコイルセグメント１１０Ｃと第４のコイルセグメント１１０Ｄとの間でも起磁力が相殺され、中心コイル５４(1）全体で合成起磁力は０アンペアターン（０ＡＴ）になる。
【０１３４】
第２のスイッチ回路網１１５も、上述した第１のスイッチ回路網１１４と同様の構成および機能を有する。すなわち、第２のスイッチ回路網１１５は、第７〜第１２のスイッチ１１６(2)，１１８(2)，１２０(2)，１２２(2)，１２４(2)，１２６(2)を有している。
【０１３５】
第７のスイッチ１１６(2)は、中心コイル５４(1)を介してＲＦ給電ライン６２に接続され、または接続可能な導体の端子（第１の端子）８８(2)を、第５のコイルセグメント１１２Ａの一方の端部に接続させる位置（図１４Ａ〜図１６Ａ、図１８Ａ、図１９Ａに示す位置）と、第７のコイルセグメント１１２Ｃの一方の端部に接続させる位置（図１７Ａに示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【０１３６】
第８のスイッチ１１８(2)は、第７のコイルセグメント１１２Ｃの一方の端部を、第８のコイルセグメント１１２Ｄの一方の端部に接続させる位置（図１５Ａ，図１６Ａに示す位置）と、第６のコイルセグメント１１２Ｂの一方の端部に接続させる位置（図１４Ａ、図１８Ａ、図１９Ａに示す位置）と、第８のコイルセグメント１１２Ｄの一方の端部または第６のコイルセグメント１１２Ｂの一方の端部のいずれにも接続させない位置（図１７Ａに示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【０１３７】
第９のスイッチ１２０(2)は、第６のコイルセグメント１１２Ｂの一方の端部を、第５のコイルセグメント１１２Ａの一方の端部に接続させる位置（図１５Ａ〜図１７Ａに示す位置）と、第７のコイルセグメント１１２Ｃの一方の端部に接続させる位置（図１４Ａ，図１８Ａ，図１９に示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【０１３８】
第１０のスイッチ１２２(2)は、第１の端子８８(2)を、第５のコイルセグメント１１２Ａの他方の端部に接続させる位置（図１７Ａに示す位置）と、第７のコイルセグメント１１２Ｃの他方の端部に接続させる位置（図１４Ａ〜図１６Ａ、図１８Ａ、図１９Ａに示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【０１３９】
第１１のスイッチ１２４(2)は、第５のコイルセグメント１１２Ａの他方の端部を、第６のコイルセグメント１１２Ｂの他方の端部に接続させる位置（図１５Ａ，図１６Ａに示す位置）と、第８のコイルセグメント１１２Ｄの他方の端部に接続させる位置（図１４Ａ、図１８Ａ、図１９Ａに示す位置）と、第６のコイルセグメント１１２Ｂの他方の端部または第４のコイルセグメント１１２Ｂの他方の端部のいずれにも接続させない位置（図１７Ａに示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【０１４０】
第１２のスイッチ１２６(2)は、第８のコイルセグメント１１２Ｄの他方の端部を、第７のコイルセグメント１１２Ｃの他方の端部に接続させる位置（図１５Ａ〜図１７Ａに示す位置）と、第５のコイルセグメント１１２Ａの他方の端部に接続させる位置（図１４Ａ，図１８Ａ，図１９に示す位置）との間で切り換え可能になっている。
【０１４１】
上記第７〜第１２のスイッチ１１６(2)〜１２６(2)は、好ましくは真空スイッチまたは真空リレーからなり、制御部８６の制御の下で各々独立したスイッチ駆動回路（図示せず）により切り換えられる。これら６つのスイッチ１１６(2)〜１２６(2)の切り換え位置の組み合わせ形態により、第５〜第８のコイルセグメント１１２Ａ〜１１２Ｄ間の接続形態（つまり周辺コイル５４(2）内の電流経路)に関して、図１５Ａ，図１６Ａに示すような並列モード、図１４Ａ，図１８Ａ，図１９に示すような逓倍型の直列モード、および図１７Ａに示すような相殺型の直列モードの３通りのモードを採ることができる。
【０１４２】
このように、この実施例においても、第１および第２のスイッチ回路網１１４，１１５により中心コイル５４(1）および周辺コイル５４(2）内の電流経路（電流分布）を各々独立的に３つのモード（並列モード、逓倍型直列モード、相殺型直列モード）の間で切り換え可能とし、両コイル５４(1），５４(2）の合成起磁力を各々独立的に３段階（０ＡＴ，１ＡＴ，２ＡＴ）に調整可能としている。したがって、ＲＦアンテナ５４内の電流経路（電流分布）または合成起磁力は、３×３（＝９）通りの合成モードが選択可能である。
【０１４３】
本発明者がこの実施例のモデルを上記と同様の電磁界シミュレーションにかけてドーナツ状プラズマ内部の電流密度分布を計算した結果、図１４Ａ〜図１９Ａの合成モードについてそれぞれ図１４Ｂ〜図１９Ｂに示すようなプロファィルが得られた。図示のように、いずれのモードでも、特にＲＦアンテナ５４内の電流経路（有効長）が相当長くなる［１ＡＴ／２ＡＴ］や［２ＡＴ／２ＡＴ］の合成モードでも、理論に近いシミュレーション結果が得られた。
【０１４４】
このように、この実施例においては、ＲＦアンテナ５４を構成する個々のコイルセグメント１１０Ａ〜１１２Ｄの長さが実質的に半分になるので、波長効果が抑制される利点がある。さらに、中心コイル５４(1）および周辺コイル５４(2）のいずれにおいても、プラズマとの電磁誘導結合に関して特異点となる解放端が２箇所（対称位置）存在するので、コイル周回方向における電子密度分布の偏りが抑制される利点もある。
［ＲＦアンテナ及びスイッチ回路網に係る他の実施例］
【０１４５】
以上、この実施形態の誘導結合型プラズマエッチング装置に組み込み可能なＲＦアンテナおよびスイッチ回路網について好適な実施例を説明したが、本発明は上述した実施例に限定されず、その技術的思想の範囲内で他の実施例または種種の変形が可能である。
【０１４６】
たとえば、上述した第１の実施例によるＲＦアンテナ５４において、中心コイル５４(1) を構成する一対のコイルセグメント（５６Ａ，５６Ｂ）または周辺コイル５４(2)を構成する一対のコイルセグメント（５８Ａ，５８Ｂ）は、一周の単巻コイルに限定されず、２周以上の復巻コイルであってもよい。
【０１４７】
各一対のコイルセグメント（５６Ａ，５６Ｂ），（５８Ａ，５８Ｂ）は、上記実施例のように一定のギャップｇ1，ｇ2を隔てて平行に近接するのが好ましいが、平行度を多少失ってもよい。
【０１４８】
図示省略するが、高周波給電ライン６２と中心コイル５４(1) との間、中心コイル５４(1) と周辺コイル５４(2)との間、あるいは周辺コイル５４(2)とＲＦアース線６６との間に任意のコイルを直列に設ける構成も可能である。
【０１４９】
また、図２０に示すように、中心コイル５４(1)および周辺コイル５４(2)の片方、たとえば周辺コイル５４(2)を単一（たとえば単巻）のコイルセグメント１３０で構成することも可能である。この場合は、第１のスイッチ回路網６４により中心コイル５４(1）内の電流経路（電流分布）が３つのモード（並列モード、逓倍型直列モード、相殺型直列モード）の間で切り換え可能であるのに対して、周辺コイル５４(2）内の電流経路（電流分布）は常に起磁力［１ＡＴ］の単一モードに固定される。図示省略するが、中心コイル５４(1)の方 を単一（たとえば単巻）のコイルセグメントで構成することも可能である。
【０１５０】
また、図２１に示すように、たとえば中心コイル５４(1)において、一対のコイルセグメント５６Ａ，５６Ｂ間のギャップｇ1を任意に広げることも可能である。もっとも、この場合は、図示のように、ドーナツ状プラズマ内の電流密度分布において、中心コイル５４(1)と周辺コイル５４(2)の２極化制御を減張つけて行うことが難しくなる。
【０１５１】
さらに、図２２Ａ〜図２２Ｅに、ＲＦアンテナ５４の中心コイル５４(1)および周辺コル５４(2)の双方で一対のコイルセグメント（５６Ａ，５６Ｂ），（５８Ａ，５８Ｂ）間のギャップｇ1，ｇ2を広げることも可能である。
【０１５２】
ここで、図２２Ａは［０ＡＴ／１ＡＴ］の合成モード、図２２Ｂは［１ＡＴ／１ＡＴ］の合成モード、図２２Ｃは［２ＡＴ／１ＡＴ］の合成モード、図２２Ｄは［１ＡＴ／０ＡＴ］の合成モード、図２２Ｅは［１ＡＴ／２ＡＴ］の合成モードである。図示のように、モード切り換えによる合成起磁力（つまり径方向の電流密度分布）の可変制御は十分可能である。ただし、各合成モードで得られるドーナツ状プラズマ内の電流密度分布において、中心コイル５４(1)と周辺コイル５４(2)の２極化制御の減張は低下する。
【０１５３】
要するに、１組のコイルを構成する一対のコイルセグメント５６Ａ，５６Ｂ同士が離れていると、それらのインピーダンスの違いが顕著になり、インピーダンスの小さい方の内側コイルセグメント５６Ａに流れる電流がインピーダンスの大きい方の外側コイルセグメント５６Ｂに流れる電流よりも一段大きくなるだけでなく、その分配比がプラズマの状態に依存するようになり、各モードの合成起磁力が変動する。
【０１５４】
したがって、本発明のＲＦアンテナにおいて、１組のコイルを構成する一対のコイルセグメントは、それぞれのインピーダンスが可及的に近似するように出来るだけ近接しているのが望ましい。その点、上記のように一対のコイルセグメント間のギャップをスキンデップス以下とするのが最も好ましいが、外側のコイルセグメントの口径（たとえば内径）に対する内側のコイルセグメントの口径（内径）の比率が８０％以上であれば実用的には十分望ましい。
【０１５５】
図２３に、１組のコイルを構成する一対のコイルセグメント（５６Ａ，５６Ｂ）の間で、スイッチ回路網６４と接続するための解放端部（切れ目）のギャップｇa，ｇbをコイル周回方向で重ならないように適度にずらす構成を示す。この構成では、図示のように、内側コイルセグメント５６Ａの他方（右側）の端部と外側コイルセグメント５６Ｂの一方（左側）の端部とがコイル周回方向で重なり（コイル中心を通る同一直線Ｎ上に位置し）、内側コイルセグメント５６Ａのギャップｇaは直線Ｎの左側に位置し、外側コイルセグメント５６Ｂのギャップｇbは直線Ｎの右側に位置している。
【０１５６】
このように、一対のコイルセグメント（５６Ａ，５６Ｂ）の間で解放端部（切れ目）のギャップｇa，ｇbをコイル周回方向でずらす構成によれば、プラズマ側からは１組のコイル５４(1)としては切れ目の箇所が見え難くなり、方位角方向における電流密度の偏差を低減することができる。
【０１５７】
図２４Ａに示す実施例は、中心コイル５４(1)と周辺コイル５４(2)との間に導体板たとえば銅板からなる筒状の磁気シールド導体１３２を配置する。この磁気シールド導体１３２には、縦方向に延びるスリット１３４が方位角方向に一定の間隔を置いて多数設けられる。ここで、スリット１３４のスリット幅を方位角方向で可変にする構成が好ましい。
【０１５８】
このモデルのシミュレーション結果を図２４Ｂに模式的に示すように、スリット１３４のスリット幅をたとえば０ｍｍから５ｍｍまで１ｍｍずつ可変すると、ドーナツ状プラズマ内の電流密度分布において中心コイル５４(1)の直下の電流密度を段階的にきめ細かく可変（微調整）することができる。
【０１５９】
図２５に示す実施例は、ＲＦアンテナ５４の上方に電気的にフローティング状態で補正コイル１３６を配置する実施例を示す。この補正コイル１３６は、好ましくは、ＲＦアンテナ５４に対して同軸に配置され、径方向において所望のコイル径（口径）を有する。補正コイル１３６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。
【０１６０】
ＲＦアンテナ５４を流れる高周波ＲＦHの電流によってアンテナ導体の周りに発生する高周波の交流磁界は、補正コイル１３６により電磁誘導の反作用の影響を受ける。この電磁誘導の反作用は、補正コイル１３６のループ内を貫く磁力線（磁束）の変化に逆らおうとする作用であり、補正コイル１３６のループに誘導起電力が発生して電流が流れる。
【０１６１】
こうして、補正コイル１３６からの電磁誘導の反作用により、補正コイル１３６のコイル導体（特にアンテナの内周と外周の中間当たり）の略真下の位置で、誘電体窓５２近くの処理空間における磁束密度の半径方向（水平）成分が局所的に弱められ、それによって方位角方向の誘導電界の強度も、磁束密度と同様にアンテナ中間部と対応する位置で局所的に弱められる。したがって、たとえば、補正コイル１３６の口径を中心コイル５４(1)の口径に近似する大きさに選んだ場合は、中心コイル５４(1)の直下付近におけるドーナツ状プラズマ内の電流密度を下げる方向で可変調整することが可能である。
【０１６２】
この実施例において、好ましくは、補正コイル１３６のループ内にコンデンサ（好ましくは可変コンデンサ）１３８が設けられる。コンデンサ１３８の容量を可変することで、補正コイル１３６の直下付近におけるドーナツ状プラズマ内の電流密度を減少させることも増大させることもできる。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）に応じて容量可変機構（図示せず）により補正コイル１３６の容量を可変することで、サセプタ１２近傍のプラズマ密度分布の均一性を向上させることができる。
【０１６３】
図２６に示す実施例は、１組のコイルを構成する一対のコイルセグメント５６Ｕ，５６Ｌを縦方向にギャップを介して重ねる構成に係わる。この場合、下部コイルセグメント５６Ｌの切れ目のギャップＳ1を上部コイルセグメント５６Ｕの切れ目のギャップＳ2よりも狭くすることで、下部コイルセグメント５６Ｌの両端部とスイッチ回路網６４との電気的接続（配線）を容易に行うことができる。
【０１６４】
図２７Ａ、図２７Ｂおよび図２８Ａ、図２８Ｂに示す実施例は、中心コイル５４(1)および周辺コイル５４(2)の各々において、並列モード［１ＡＴ］は不可であるものの、逓倍型直列モード［２ＡＴ］または相殺型直列モード［０ＡＴ］を選択できるようにしたものである。段階調整の自由度は低下するが、スッチ回路網６４，６８で使用するスイッチの数を減らすことができる。
【０１６５】
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。
【０１６６】
たとえば、ＲＦアンテナの基本形態として、平面形以外のタイプたとえばドーム形等も可能である。また、矩形の被処理基板に対するチャンバ構造、矩形のＲＦアンテナ構造、矩形の補正コイル構造も可能である。
【０１６７】
また、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。
【０１６８】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２２Ｄ】
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【図２２Ｅ】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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