(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、
前記被処理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複数のアンテナと、
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複数のアンテナに供給する高周波電源および整合器を有する高周波給電部と、
前記高周波給電部の終端に設けられる一次コイルと、
各々が個別に前記一次コイルと電磁誘導により一定の相互インダクタンスで結合可能であり、各々が対応する前記アンテナに電気的に接続され独立した閉ループの二次回路を形成する複数の二次コイルと、
全ての前記二次回路に設けられ、当該二次回路内で直列共振を起こす静電容量よりも小さな領域と大きな領域とを可変範囲にもつ可変の静電容量を有する可変コンデンサと、
各々の前記可変コンデンサの静電容量を可変し、前記二次回路を流れる電流の向きを制御する容量可変部と
を有するプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記複数のアンテナが、異なる径を有し、同軸に配置される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記複数のアンテナが、同一の平面上に配置される、請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記複数のアンテナが、径方向に間隔を空けてそれぞれ内側および外側にそれぞれ配置される内側アンテナおよび外側アンテナを含む、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】
前記外側アンテナが、空間的には周回方向で１つの円を形成するように直列に配置され、電気的には個別の閉ループを形成するように複数の前記二次コイルにそれぞれ接続される複数のアンテナセグメントを有する、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記外側アンテナが、空間的には周回方向で１つの円を形成するように直列に配置され、電気的には共通の閉ループを形成するように複数の前記二次コイルにそれぞれ接続される複数のアンテナセグメントを有する、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記複数の二次コイルが、コイル軸方向において前記一次コイルの片側に並んで配置される、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】
前記複数の二次コイルが、コイル軸方向において前記一次コイルを挟んでその両側に配置される、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９】
前記一次コイルが、電気的に直列に接続され、空間的にはコイル軸方向に間隔を空けて配置された第１および第２の一次コイルセグメントを有し、
前記複数の二次コイルが、コイル軸方向において前記第１および第２の一次コイルセグメントの間に配置される、
請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
比透磁率が１より大きな材質で形成され、前記一次コイルおよび少なくとも１つの前記二次コイルと鎖交するコアを有する、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】
比透磁率が１より大きな材質で形成され、前記一次コイルおよび前記複数の二次コイルの全部と鎖交する無端状のコアを有する、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１２】
前記複数の二次コイルをそれぞれ流れる電流および前記一次コイルを流れる電流の全てが周回方向で同じ向きである、請求項１〜１１のいずれか一項記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記高周波給電部が、
前記整合器内に設けられる少なくとも１つの可変コンデンサと、
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がとれるように、前記整合器内の可変コンデンサの静電容量を可変する整合制御部と
を有する、
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記整合制御部が、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がとれるように、前記整合器内の可変コンデンサおよび前記二次回路内の可変コンデンサのそれぞれの静電容量を可変する、請求項１３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
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、
前記被処理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複数のアンテナと、
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複数のアンテナに供給する高周波電源および整合器を有する高周波給電部と、
前記高周波給電部の終端に設けられる一次コイルと、
各々が個別に前記一次コイルと電磁誘導により一定の相互インダクタンスで結合可能であり、各々が対応する前記アンテナに電気的に接続され独立した閉ループの二次回路を形成する複数の二次コイルと、
少なくとも１つの前記二次回路に設けられ、当該二次回路内で直列共振を起こす静電容量よりも小さな領域と大きな領域とを可変範囲にもつ可変の静電容量を有する可変コンデンサと、
各々の前記可変コンデンサの静電容量を可変し、当該二次回路を流れる電流の向きを制御する容量可変部と
を有するプラズマ処理装置。
【請求項１６】
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、前記被処理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複数のアンテナと、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複数のアンテナに供給する高周波電源および整合器を有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、
前記高周波給電部の終端に一次コイルを設けるとともに、各々が個別に前記一次コイルと電磁誘導により一定の相互インダクタンスで結合可能であり、各々が対応する前記アンテナに電気的に接続され独立した閉ループの二次回路を形成する複数の二次コイルを設け、さらには全ての前記二次回路に当該二次回路内で直列共振を起こす静電容量よりも小さな領域と大きな領域とを可変範囲にもつ可変の静電容量を有する可変コンデンサを設けるとともに、各々の前記可変コンデンサの静電容量を可変し、当該二次回路を流れる電流の向きを制御する容量可変部を備え、
前記容量可変部により前記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。
【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状のＲＦアンテナに高周波電力を供給する。処理容器は減圧可能な真空チャンバとして構成されており、チャンバ内の中央部に被処理基板（たとえば半導体ウエハ、ガラス基板等）が配置され、誘電体窓と基板との間に設定される処理空間に処理ガスが導入される。ＲＦアンテナに流れるＲＦ電流によって、磁力線が誘電体窓を貫通してチャンバ内の処理空間を通過するようなＲＦ磁界がＲＦアンテナの周りに発生し、このＲＦ磁界の時間的な変化によって処理空間内で方位角方向に誘導電界が発生する。そして、この誘導電界によって方位角方向に加速された電子が処理ガスの分子や原子と電離衝突を起こし、ドーナツ状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。誘導結合型のプラズマ処理装置においても、基板上のプラズマ密度の均一性を向上させることは、プラズマプロセスの均一性・再現性ひいては製造歩留まりを左右することから、最重要課題の一つとなっており、これまでにもこの関係の技術が幾つか提案されている。
【０００５】
誘導結合型のプラズマ処理装置において、被処理基板上のプラズマ密度分布を径方向で制御する（特に均一化する）ための代表的な技術として、ＲＦアンテナを複数のコイル状アンテナセグメントに分割し、各々のアンテナセグメントのインピーダンスをインピーダンス調整回路により可変して、１つの高周波電源から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方式が知られている（たとえば特許文献１，２，３）。
【０００６】
この種のインピーダンス調整回路は、概して可変コンデンサからなり、複数のアンテナセグメントの各々に１個ずつ直列に接続する形態で、整合器の出力端子とグランド電位端子との間に複数並列に接続される。
【０００７】
誘導結合型プラズマ処理装置に用いられる整合器は、一般的には、高周波電源からみた負荷側のインピーダンスをプラズマ負荷の変動に追従して可変制御する自動整合装置として構成されている。この種の自動整合装置は、プラズマ処理中に圧力変動などによってプラズマ負荷のインピーダンスが変わると、整合回路に含まれる可変リアクタンス素子（一般に可変コンデンサ）のリアクタンスを可変して自動的に負荷側インピーダンスを調整して整合ポイント（通常５０Ω）に合わせるようになっている。このオートマッチング機能のために、自動整合装置は、反射波のパワーを測定する回路や、負荷側インピーダンスの測定値を整合ポイント（５０Ω）に一致させるようにステッピングモータを通じて各可変リアクタンス素子のリアクタンスを可変制御するコントローラ等を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６１６４２４１号
【特許文献２】米国特許第６２８８４９３号
【特許文献３】米国特許第７０９６８１９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のような従来技術におけるＲＦアンテナ分割方式は、ＲＦ電流が複数のアンテナセグメントに分かれて流れるために、高周波給電部には各アンテナセグメントを流れる電流よりも格段に大きな分割前のＲＦ電流が流れる。これによって、高周波給電部（特に整合器）内で大きなＲＦパワー損失が生じ、そのぶんプラズマ負荷に供給されるＲＦパワーが減って、プラズマ生成効率が下がるという問題点があった。
【００１０】
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、被処理基板上のプラズマ密度分布を自在に制御可能にするとともに、高周波給電部（特に整合器）内のＲＦパワー損失を少なくして、プラズマ生成効率を向上させ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。
【００１１】
さらに、本発明は、上記のようにプラズマ生成効率の向上を図るのと同時に、整合器の簡略化を実現す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、前記被処理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複数のアンテナと、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複数のアンテナに供給する高周波電源および整合器を有する高周波給電部と、前記高周波給電部の終端に設けられる一次コイルと、各々が個別に前記一次コイルと電磁誘導により一定の相互インダクタンスで結合可能であり、各々が対応する前記アンテナに電気的に接続され独立した閉ループの二次回路を形成する複数の二次コイルと、全ての前記二次回路に設けられ、当該二次回路内で直列共振を起こす静電容量よりも小さな領域と大きな領域とを可変範囲にもつ可変の静電容量を有する可変コンデンサと、各々の前記可変コンデンサの静電容量を可変し、前記二次回路を流れる電流の向きを制御する容量可変部とを有する。
【００１３】
本発明のプラズマ処理方法は、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、前記被処理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複数のアンテナと、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複数のアンテナに供給する高周波電源および整合器を有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、前記高周波給電部の終端に一次コイルを設けるとともに、各々が個別に前記一次コイルと電磁誘導により一定の相互インダクタンスで結合可能であり、各々が対応する前記アンテナに電気的に接続され独立した閉ループの二次回路を形成する複数の二次コイルを設け、さらには全ての前記二次回路に当該二次回路内で直列共振を起こす静電容量よりも小さな領域と大きな領域とを可変範囲にもつ可変の静電容量を有する可変コンデンサを設けるとともに、各々の前記可変コンデンサの静電容量を可変し、当該二次回路を流れる電流の向きを制御する容量可変部を備え、前記容量可変部により前記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。
【００１４】
本発明のプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法においては、プロセス中に高周波給電部より高周波電力がアンテナに向けて供給される。ここで、高周波給電部の一次コイルに高周波の一次電流が流れ、この一次電流によって一次コイルの周りに発生する磁力線（磁束）が各二次コイルと鎖交し、その磁束の時間的変化に応じて各二次コイルに電磁誘導に基づく誘導起電力が発生し、各二次回路内で高周波の二次電流（誘導電流）が流れる。
【００１５】
このように各二次回路内で各アンテナを二次電流が流れることにより、各アンテナから誘電体窓を介して処理容器内の処理ガスに放射される電磁エネルギーによって各アンテナと対応するプラズマ生成空間領域で誘導結合のプラズマが生成される。こうして処理容器内のプラズマ生成空間で生成されたプラズマが四方に拡散することによって、基板保持部の近傍つまり基板ではプラズマの密度がかなり均される。ここで、各二次回路内で直列共振を起こす静電容量よりも小さな領域と大きな領域とを可変範囲にもつ可変の静電容量を有する各可変コンデンサの静電容量を容量可変部により適度な値に選定し、または可変制御することにより、複数のアンテナをそれぞれ流れる二次電流のバランス（大きさと向き）を調節することが可能であり、これによって基板上のプラズマ密度分布を自在に制御することができる。
この場合、一次コイルと各二次コイルとの間の相互インダクタンスが一定なので、高周波給電部より一次コイルに一次電流が流れたときに二次コイル内にそれぞれ発生する誘導起電力は一義的に決まる。また、両二次回路内の自己インダクタンスおよび抵抗も一定とみなせる。したがって、各可変コンデンサの静電容量を可変することにより、各アンテナを流れる二次電流の電流値を各々独立かつ任意に制御することができる。高周波給電部においては、二次コイルとの間の相互インダクタンスよりも一次コイルの自己インダクタンスの方が格段に大きいので、一次側から見た負荷リアクタンスの変化は小さく、二次電流の影響をそれほど受けない。このため、整合器の出力端子から見ると、負荷インピーダンスは基本的には一次コイルのインピーダンスとしてしか見えない。
【００１６】
こうして、高周波給電部においては、複数のアンテナが個別の二次コイルおよび一定の相互インダクタンスを有するトランスを介して一次コイルに電気的に結合されることにより、見かけ上の一次コイルの負荷抵抗が大きくなって、一次電流が小さくなり、高周波給電部（特に整合器）においてＲＦパワー損失が低減する。そのぶんプラズマ負荷に供給されるＲＦパワーが増大し、プラズマ生成効率が向上する。
【発明の効果】
【００１７】
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、被処理基板上のプラズマ密度分布を自在に制御できるとともに、高周波給電部（特に整合器）内のパワー損失を少なくしてプラズマ生成効率を向上させることが可能であり、さらには整合器の簡略化も実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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２】上記プラズマ処理装置における同軸アンテナ群、可変コンデンサおよびトランス部のメカニカルなレイアウトおよび接続構成を示す図である。
【図３】上記同軸アンテナ群、可変コンデンサおよびトランス部の電気的な接続構成を示す図である。
【図４】円環状アンテナに流れる電流とそのアンテナ直下の電子密度との間の関係を示す実験結果の図である。
【図５】アンテナの巻線構造に関する一構成例を示す図である。
【図６】アンテナとトランス部間のループ構造に関する一構成例を示す図である。
【図７】トランス部における二次コイルの巻数に関する一構成例を示す図である。
【図８】トランス部における一次コイルの分割構成および配置に関する一構成例を示す図である。
【図９】トランス部における一次コイルおよび二次コイルの配置構造に関する一構成例を示す図である。
【図１０Ａ】二次回路に固定コンデンサを設ける一構成例を示す図である。
【図１０Ｂ】二次回路に固定コンデンサを設ける別の構成例を示す図である。
【図１１】トランス部において一次コイルと二次コイルとの間の距離間隔を可変調整する構成例を示す図である。
【図１２Ａ】トランス部に棒状のコアを設ける一構成例を示す図である。
【図１２Ｂ】トランス部において棒状コアを軸方向に移動または変位させる構成例を示す図である。
【図１３】トランス部にリング（無端）状のコアを設ける一構成例を示す図である。
【図１４】同軸アンテナ群において内側アンテナと外側アンテナとの間に中間アンテナを設ける構成例を示す図である。
【図１５Ａ】同軸アンテナ群において外側アンテナを複数のアンテナセグメントに分割する構成例を示す図である。
【図１５Ｂ】２つのアンテナセグメントおよび２つの二次コイルの間で１つの閉ループの二次回路が形成される構成例を示す図である。
【図１５Ｃ】２つのアンテナセグメントおよび２つの二次コイルの間で独立した２つの閉ループの二次回路が形成される構成例を示す図である。
【図１６】上記誘導結合型プラズマ処理装置に通常のオートマッチング機構を搭載する構成例を示す図である。
【図１７Ａ】本発明の一実施例によるオートマッチング機構を示す。
【図１７Ｂ】別の実施例によるオートマッチング機構を示す。
【図１７Ｃ】別の実施例によるオートマッチング機構を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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］
【００２０】
図１に、第１の実施形態における誘導結合型プラズマ処理装置の構成を示す。この誘導結合型プラズマ処理装置は、平面コイル形のＲＦアンテナを用いる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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。この冷媒流路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。
【００２８】
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。
【００２９】
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複数または一群のアンテナ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。
【００３０】
この実施形態におけるアンテナ群５４は、誘電体窓５２と平行で、径方向に間隔を空けてそれぞれ内側および外側に配置される平面型の内側アンテナ５８および外側アンテナ６０からなっている。この実施形態における内側アンテナ５８および外側アンテナ６０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。
【００３１】
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、複数の平面型アンテナの間ではそれぞれのアンテナ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。
【００３２】
内側アンテナ５８および外側アンテナコイル６０は、電気的には、プラズマ生成用の高周波給電部６２に対して可変コンデンサ６４，６６およびトランス部６８を介して並列に接続されている。可変コンデンサ６４，６６の静電容量は、好ましくは、主制御部８４の制御の下で容量可変部７０，７２により一定範囲内で任意に可変されるようになっている。トランス部６８の構成および作用は、後に詳しく説明する。
【００３３】
プラズマ生成用の高周波給電部６２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する。整合器７６は、オートマッチング機能を備えた自動整合装置として構成されており、高周波電源７４側のインピーダンスと負荷（主にＲＦアンテナ群、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。
【００３４】
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７７と、円周方向に等間隔でバッファ部７７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７７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。
【００３５】
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３０，７４、整合器３２，７６、静電チャック用のスイッチ４２、容量可変部７０，７２、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。
【００３６】
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７７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を所定のパワーで出力させ、そのＲＦパワーを整合器７６およびトランス部６８を介して同軸アンテナ群５４（内側アンテナ５８／外側アンテナ６０）に供給する。ここで、同軸アンテナ群５４の内側アンテナ５８および外側アンテナ６０には、可変コンデンサ６４，６６を通じて個別に制御される二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bがそれぞれ流れる。
【００３７】
一方で、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および下部給電棒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。
【００３８】
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の下の処理空間に均一に拡散する。同軸アンテナ群５４（内側アンテナ５８／外側アンテナ６０）を流れる高周波の二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bによって、磁力線が誘電体窓５２を貫通してチャンバ内のプラズマ生成空間を通過するような高周波の磁界が各アンテナ５８，６０の周りに発生し、この高周波磁界の時間的な変化によって処理空間の方位角方向に高周波の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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
この誘導結合型プラズマエッチング装置は、以下に詳述する構成により、高周波給電部６２（特に整合器７６）で生じるＲＦパワー損失を低減しつつ、同軸アンテナ群５４の内側アンテナ５８および外側コイル６０でそれぞれ流れる二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bを各々任意かつ独立に制御して、半導体ウエハＷ上のプラズマ密度分布を径方向で自在に制御できるようにしている。したがって、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）を径方向で均一化することも容易に行える。
［アンテナおよびトランス部の基本構成］
【００４２】
この実施形態における誘導結合型プラズマ処理装置の主たる特徴は、同軸アンテナ群５４とトランス部６８との間で複数の独立した閉ループの二次回路を形成している構成にある。
【００４３】
図２に、このプラズマ処理装置における同軸アンテナ群５４（内側アンテナ５８／外側アンテナ６０）、可変コンデンサ６４，６６およびトランス部６８のメカニカルな配置および接続構成を示す。
【００４４】
図示のように、アンテナ室５６内で誘電体窓５２の上方に設置されたトランス部６８には、１つの一次コイル８６と、２つの二次コイル８８，９０が鉛直方向で重なり合うように同軸に水平姿勢で配置されている。
【００４５】
最も高い位置に配置される一次コイル８６は、たとえば円環状の単巻きコイルからなり、その一方の端（ＲＦ入口端）８６mは高周波給電部６２のＲＦ伝送線８５を介して整合器７６の出力端子に電気的に接続され、他方の端（ＲＦ出口端）８６nはＲＦ帰線またはアース線８７を介してチャンバ１０または他の接地電位部材（図示せず）に電気的に接続されている。
【００４６】
一方の二次コイル８８は、一次コイル８６と略同じ口径の円環状単巻きコイルとして構成されており、一次コイル８６に近接してその下隣りの高さ位置に配置される。この二次コイル８８の一対の開放端８８m，８８nは、鉛直方向に延びる一対の接続導体９２m，９２nを介して内側アンテナ５８の一対の開放端５８m，５８nにそれぞれ接続されている。
【００４７】
他方の二次コイル９０は、一次コイル８６と略同じ口径の円環状単巻きコイルとして構成されており、上記一方の二次コイル８８を挟んで一次コイル８６と近接する高さ位置に配置される。この二次コイル９０の一対の開放端９０m，９０nは、鉛直方向に延びる一対の接続導体９４m，９４nを介して外側アンテナ６０の一対の開放端６０m，６０nにそれぞれ接続されている。
【００４８】
可変コンデンサ６４，６６は、図２の構成例では、二次コイル８８，９０のループ内に配置されている。しかし、接続導体（９２m，９２n），（９４m，９４n）の途中に、あるいはアンテナ５８，６０のループ内に、可変コンデンサ６４，６６を配置する構成も可能である。
【００４９】
図３に、同軸アンテナ群５４（内側アンテナ５８／外側アンテナ６０）、可変コンデンサ６４，６６およびトランス部６８の電気的な接続構成を示す。図示のように、内側アンテナ５８、接続導体９２m，９２nおよび二次コイル８８によって独立した閉ループの二次回路９６が形成され、この二次回路９６内に可変コンデンサ６４が設けられる。一方、外側アンテナ６０、接続導体９４m，９４nおよび二次コイル９０によって別の独立した閉ループの二次回路９８が形成され、この二次回路９８に可変コンデンサ６６が設けられる。
【００５０】
この誘導結合型プラズマ処理装置において、プロセス中に高周波電源７４よりプラズマ生成用の高周波ＲＦHが出力されると、整合器７６の出力端子からＲＦ伝送線８５、トランス部６８の一次コイル８６およびアース線８７を通って高周波の一次電流Ｉ1が流れる。このように一次コイル８６を流れる高周波の一次電流Ｉ1によって一次コイル８６の周りに発生する磁力線（磁束）が両二次コイル８８，９０と鎖交し、その磁束の時間的変化に応じて両二次コイル８８，９０に電磁誘導に基づく誘導起電力Ｅ2A，Ｅ2Bがそれぞれ発生して、両二次回路９６，９８内で高周波の二次電流（誘導電流）Ｉ2A，Ｉ2Bがそれぞれ流れる。ここで、両二次回路９６，９８内の合成インピーダンスをそれぞれＺA，ＺBとすると、二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bは次の式（１）、（２）でそれぞれ表わされる。
Ｉ2A＝Ｅ2A／ＺA      ・・・・（１）
Ｉ2B＝Ｅ2B／ＺB      ・・・・（２）
【００５１】
こうして二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bが内側アンテナ５８および外側アンテナ６０をそれぞれ流れることにより、内側アンテナ５８および外側アンテナ６０の周りにはループ状に分布する高周波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。
【００５２】
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二次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、マクロ的には同軸アンテナ群５４内の電流分布にほぼ対応する。そして、図４に示すように、この種の円環状アンテナに流れる電流とそのアンテナ直下の電子密度との間にはおおよそ線形的な関係があることが実験で確認できている。
【００５３】
この実施形態における同軸アンテナ群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、チャンバ１０の中心寄りに局在する円環状の内側アンテナ５８とチャンバ１０の側壁寄りに局在する円環状の外側アンテナ６０とからなり、径方向における同軸アンテナ群５４内の電流分布は両アンテナ５８，６０が位置する付近に２極化する。
【００５４】
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、内側アンテナ５８および外側アンテナ６０のそれぞれの直下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の近傍つまり半導体ウエハＷ上ではプラズマの密度がかなり均される。
【００５５】
この実施形態においては、内側アンテナ５８および外側アンテナ６０をそれぞれ流れる二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bのバランスを調節することにより、サセプタ１２の近傍つまり半導体ウエハ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、プラズマプロセス特性の均一化も容易に達成できる。ここで、二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bのバランス調整は、以下のように、可変コンデンサ６４，６６の静電容量を可変することによって行われる。
【００５６】
可変コンデンサ６４，６６の静電容量をＣ64，Ｃ66とし、両二次回路９６，９８内の自己インダクタンスおよび抵抗（プラズマに吸収されるパワーに起因する抵抗成分も含む）をそれぞれ（Ｌ96，Ｒ96）、（Ｌ98，Ｒ98）とすると、両二次回路９６，９８内の合成インピーダンスＺA，ＺB はそれぞれ下記の式（３）、（４）で表わされる。
ＺA＝Ｒ96＋ｉ（ωＬ96−１／ωＣ64） ・・・・（３）
ＺB＝Ｒ98＋ｉ（ωＬ98−１／ωＣ66） ・・・・（４）
ただし、ωは角周波数であり、プラズマ生成用の高周波ＲＦHの周波数をｆとすると、ω＝２πｆである。
【００５７】
したがって、上式（１）、（２）は下記の式（５）、（６）とそれぞれ等価である。
Ｉ2A＝Ｅ2A／{Ｒ96＋ｉ（ωＬ96−１／ωＣ64）} ・・・・（５）
Ｉ2B＝Ｅ2B／{Ｒ98＋ｉ（ωＬ98−１／ωＣ66）} ・・・・（６）
【００５８】
トランス部６８において、一次コイル８６と各二次コイル８８，９０との間の相互インダクタンスが一定であれば、高周波給電部６２よりトランス部６８の一次コイル８６に一次電流Ｉ1が流れたときに二次コイル８８，９０内にそれぞれ発生する誘導起電力Ｅ2A，Ｅ2Bは一義的に決まる。また、両二次回路９６，９８内の自己インダクタンスＬ96，Ｌ98および抵抗Ｒ96，Ｒ98も一定とみなせる。したがって、可変コンデンサ６４，６６の静電容量Ｃ64，Ｃ66を可変することにより、内側および外側アンテナ５８，６０をそれぞれ流れる二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bの電流値を各々独立かつ任意に制御することができる。
【００５９】
一方、高周波給電部６２においては、上記のような二次コイル８８，９０との間の相互インダクタンスよりも一次コイル８６の自己インダクタンスの方が格段に大きいので、一次側から見た負荷リアクタンスの変化は小さく、二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bの影響をそれほど受けない。このため、整合器７６の出力端子から見ると、負荷インピーダンスは基本的には一次コイル８６のインピーダンスとしてしか見えない。つまり、二次側の負荷回路で消費されるパワーはあたかも一次コイル８６に見かけ上の抵抗が発生し、そこで消費されるパワーとして見える。したがって、この実施形態のように複数の二次コイル８８，９０が設けられる場合は、それぞれの二次回路９６，９８内で消費されるパワーに相当する一次コイル８６の見かけ上の抵抗も大きくなる。つまり、二次回路９６，９８内で消費されるパワーにそれぞれ相当する抵抗が一次コイル８６に直列に付いて、合成抵抗が２倍になる。
【００６０】
一般に、整合器は、負荷抵抗が大きいほど、負荷で消費されるＲＦパワーに比べて整合回路内の抵抗成分で消費されるパワーが小さくなり、ＲＦパワー伝送効率がよくなる。この実施形態では、同軸アンテナ群５４の各々のアンテナ５８，６０がそれぞれ個別の二次コイル８８，９０を介して一次コイル８６に電気的に結合されるので、一次コイル８６の負荷抵抗が大きくなり、高周波給電部６２におけるＲＦパワー伝送効率が向上する。したがって、プラズマ負荷に供給されるＲＦパワーが増大し、プラズマ生成効率が向上する。
【００６１】
因みに、トランス部６８を省いて、同軸アンテナ群５４の内側アンテナ５８および外側アンテナ６０を整合器７６の出力端子に並列接続で直結した場合は、合成負荷抵抗が約半分になり、高周波給電部６２で流れる電流が倍増する。これによって、高周波給電部６２（特に整合器７６）内で消費されるパワーが増加し、ＲＦパワー伝送効率は下がる。
【００６２】
なお、可変コンデンサ６４，６６の静電容量Ｃ64，Ｃ66は、二次回路９６，９８内のリアクタンスが負の値になる領域、つまり二次回路９６，９８内で直列共振が起きるときの静電容量よりも小さな領域を可変範囲にもつように構成および選定されるのが望ましい。
【００６３】
このように直列共振が起きるときの静電容量よりも小さな領域でＣ64，Ｃ66を可変する場合は、Ｃ64，Ｃ66の値（容量ポジション）を最小値から上げることにより、二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bの電流値を略ゼロから徐々に増大させることが可能であり、しかもトランス部６８において二次コイル８８，９０をそれぞれ流れる二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bの向きが一次コイル８６を流れる一次電流Ｉ1の向きと周回方向で同じになり、それによってトランス部６８のＲＦ伝送効率を向上させることができる。
【００６４】
この点、トランス部６８において二次コイル８８，９０をそれぞれ流れる二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bの向きが一次コイル８６を流れる一次電流Ｉ1の向きと周回方向で逆である場合は、互いに磁界を打ち消し合って、トランス部６８のＲＦ伝送効率が悪くなる。
【００６５】
ただし、こういった利点は無くなるものの、直列共振が起きる静電容量よりも大きな領域で可変コンデンサ６４，６６の静電容量Ｃ64，Ｃ66の値を選定することも可能である。どちらか一方が直列共振よりも大きな値である場合は、内側アンテナ５８および外側アンテナ６０に逆方向の電流が流れ、プラズマの分布を大きく変化させることができる。一方、全てが直列共振よりも大きな容量であれば内側アンテナ５８、外側アンテナ６０の双方には同じ向きの電流が流れて、比較的均一性が良くて、効率もよいプラズマを生成することができる。
［アンテナおよびトランス部に関する実施例］
【００６６】
次に、この実施形態における誘導結合型プラズマ処理装置に適用可能なアンテナおよびトランス部の好適な実施例を説明する。
【００６７】
図５に、同軸アンテナ群５４において、内側アンテナ５８および／または外側アンテナ６０を渦巻き状コイル（スパイラルコイル）によって構成する例を示す。図示省略するが、内側アンテナ５８および／または外側アンテナ６０を複数ターンの円環状コイル（各一周で半径一定の同心円コイル）によって構成することも可能である。
【００６８】
このように、同軸アンテナ群５４の各アンテナ（５８，６０）のターン数を多くするほど、同一の電流が流れるときの起磁力を増大させることができる。一方で、各アンテナ（５８，６０）を流れる二次電流（Ｉ2A，Ｉ2B）の電流値は、可変コンデンサ６４，６６を通じて独立に可変制御することができる。
【００６９】
図６に、二次回路９６，９８の閉ループ結線をそれぞれ逆にする構成例を示す。たとえば、図２に示す接続導体（９２m，９２n），（９４m，９４n）の上端と二次コイル（８８，９８）の開放端との対の接続関係もしくは接続導体（９２m，９２n），（９４m，９４n）の下端とアンテナ（５８，６０）の開放端との対の接続関係を相互に取り換えると、図６の電気的構成が得られる。
【００７０】
たとえば、後述するようなトランス部６８の二次コイル８８，９８の間で螺旋の向きが逆である場合は、二次回路９６，９８のいずれか一方でこのような閉ループの逆結線構造を採ることによって、内側および外側アンテナ５８，６０をそれぞれ流れる二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bの向きを周回方向で揃えることができる。
【００７１】
図７に、二次コイル８８，９８の少なくとも１つ（図示の例は二次コイル８８）を複数巻きのコイルとする構成例を示す。
【００７２】
図８に、一次コイル８６を複数（図示の例は２つ）のコイルセグメントに分割する構成例を示す。図示の構成例では、一次コイル８６が、電気的に直列に接続され、空間的にはコイル軸方向に間隔を空けて配置された第１および第２の一次コイルセグメント８６ａ，８６ｂに分割されている。両二次コイル８８，９０は、それら２つの一次コイルセグメント８６ａ，８６ｂの間に配置される。かかるトランス構造によれば、一次コイル８６を流れる一次電流Ｉ1によって生成される磁束が、より効率的かつより均等に、両二次コイル８８，９０と鎖交するようになる。
【００７３】
図９は、コイル軸方向において一次コイル８６を挟んでその両側に二次コイル８８，９０を配置する構成例を示す。この構成においても、一次コイル８６と両二次コイル８８，９０との間の電磁誘導結合の効率および均一性を向上させることができる。
【００７４】
図１０Ａは、二次回路９８に可変コンデンサ６６を設け、二次回路９６には固定コンデンサ１００を設ける構成例を示す。この場合は、内側アンテナ５８を流れる二次電流Ｉ2Aの電流値を一定に保ったまま、外側アンテナ６０を流れる二次電流Ｉ2Bの電流値を可変コンデンサ６６の容量可変によって任意に制御し、内側アンテナ５８と外側アンテナ６０との間で起磁力のバランスを制御することができる。
【００７５】
図１０Ｂに示すように、二次回路９６に可変コンデンサ６４を設け、二次回路９８に固定コンデンサ１０２を設ける構成も可能である。この場合は、外側アンテナ６０を流れる二次電流Ｉ2Bの電流値を一定に保ったまま、内側アンテナ５８を流れる二次電流Ｉ2Aの電流値を可変コンデンサ６４の容量可変によって任意に制御し、内側アンテナ５８と外側アンテナ６０との間で起磁力のバランスを制御することができる。
【００７６】
図１１は、一次コイル８６と二次コイル８８，９０の少なくとも１つとの距離間隔をコイル軸方向において可変調整可能とする構成例を示す。このようなコイル間隔の可変調整を行うための手段として、たとえばボールネジ機構あるいはラック＆ピニオン機構（図示せず）等を用いることができる。
【００７７】
コアを使わないで一次コイル８６と二次コイル８８，９０を並置する場合は、その距離間隔が一次コイル８６と各二次コイル８８，９０との間の相互インダクタンスひいては各二次コイル８８，９０で発生する誘導起電力を大きく左右する。すなわち、距離間隔を小さくするほど相互インダクタンス（誘導起電力）は大きくなり、距離間隔を大きくするほど相互インダクタンス（誘導起電力）は小さくなる。
【００７８】
したがって、たとえば図１０Ａの構成例のように二次回路９６に固定コンデンサ１００を設ける場合は、トランス部６８において一次コイル８６と二次コイル８８との間で距離間隔を可変することにより、二次コイル８８で発生する誘導起電力Ｅ2Aを可変し、ひいては内側アンテナ５８を流れる二次電流Ｉ2Aの電流値を可変することができる。
【００７９】
図１２Ａに、一次コイル８６および二次コイル８８，９０の少なくとも１つと鎖交するたとえば棒状のコアを備える構成例を示す。図示の構成例では、一次コイル８６および二次コイル８８と鎖交する棒状のコア１０４と、一次コイル８６および二次コイル９０と鎖交する棒状のコア１０６とを突き合わせて一体化している。このように、トランス部６８にコア（１０４，１０６）を備えることにより、トランス部６８の磁気抵抗を少なくして、トランス６８のＲＦ伝送効率を高めることができる。
【００８０】
なお、トランス部６８で使用されるコアは、一次コイルおよび二次コイル間の相互インダクタンスを増倍ないし増大させるために両コイルと鎖交する部材（鉄心）であり、好ましくは比透磁率が１よりも大きな材質（たとえばフェライト）からなる。
【００８１】
この場合、図１２Ｂに示すように、コイル軸方向においてコア１０４，１０６を移動または変位可能に構成し、それらのコア１０４，１０６の間に形成されるギャップ１０８のサイズを可変することにより、トランス部６８内の磁気抵抗ないし相互インダクタンスを調整することができる。
【００８２】
図１３には、一次コイル８６および二次コイル８８，９０の全部と鎖交するリング状または無端状のコア１１０を備える構成例を示す。
【００８３】
図１４に、同軸アンテナ群５４において内側アンテナ５８と外側アンテナ６０との間に中間アンテナ５９を配置する構成例を示す。この場合、中間アンテナ５９に電気的に接続されて閉ループの二次回路９７を形成する二次コイル８９は、トランス部６８において他の二次コイル８８，９０と並んで一次コイル８６に近接して配置される。二次回路９７内にはコンデンサたとえば可変コンデンサ６５が設けられる。
【００８４】
このように、内側アンテナ５８と外側アンテナ６０との間に中間アンテナ５９を配置する場合は、中間アンテナ５９に流れる二次電流Ｉ2Cを内側アンテナ５８および外側アンテナ６０をそれぞれ流れる二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bの１／１０以下に選定することにより、チャンバ１０内の直下に生成されるドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度を良好に均一化できることが実験で確かめられている。
【００８５】
これは、中間アンテナ５９が無い場合でも、内側アンテナ５８および外側アンテナ６０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に示すように両アンテナ５８，６０の中間領域でも相当の密度でプラズマが存在するためである。そこで、両アンテナ５８，６０とは別に中間アンテナ５９に少量（たとえば０．４〜１．５Ａ程度）の二次電流Ｉ2Cを周回方向で他のアンテナ５８，６０を流れる二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bと同じ向きに流すと、中間アンテナ５９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。
【００８６】
このように中間アンテナ５９に流れる二次電流Ｉ2Cの電流値を相当小さな値に制御することは、二次回路９７内のリアクタンスが負の大きな値をもつように、可変コンデンサ６５の静電容量Ｃ65を二次回路９７内で直列共振が起こるときの静電容量よりも小さな領域内の最小値付近で調節すればよい。
【００８７】
図１５Ａに、同軸アンテナ群５４において外側アンテナ６０を周回方向で複数（この例では２つ）のアンテナセグメント６０Ｌ，６０Ｒに分割し、トランス部６８において外側アンテナ６０に対応する複数（２つ）の二次コイル９０Ｌ，９０Ｒを設ける構成例を示す。図示のように、これらのアンテナセグメント６０Ｌ，６０Ｒは、それぞれ半円の円弧状に形成されていて、空間的には方位角方向で１つの円を形成するように直列に配置されている。
【００８８】
この場合は、図１５Ｂに示すように、２つのアンテナセグメント６０Ｌ，６０Ｒおよび２つの二次コイル９０Ｌ，９０Ｒの間で１つの閉ループの二次回路１１２が形成されるように、アンテナセグメント６０Ｌ，６０Ｒと二次コイル９０Ｌ，９０Ｒとを襷掛けで電気的に接続する構成を採ることができる。この二次回路１１２には、その閉ループ内の任意の位置に１つまたは複数（図示の例は２つ）のコンデンサ６６Ｌ，６６Ｒが設けられ、少なくともその中の１つ（図示の例はコンデンサ６６Ｌ）が可変コンデンサであるのが望ましい。
【００８９】
あるいは、図１５Ｃに示すように、一方のアンテナセグメント６０Ｌと一方の二次コイル９０Ｌとの間で独立した閉ループの二次回路１１２Ｌが形成されるように両者を電気的に接続し、他方のアンテナセグメント６０Ｒと他方の二次コイル９０Ｒとの間で独立した閉ループの二次回路１１２Ｒが形成されるように両者を電気的に接続する構成を採ることもできる。
【００９０】
このように、全長の最も大きい外側アンテナ６０を複数のアンテナセグメント６０Ｌ，６０Ｂに分割する構成においては、外側アンテナ６０内の波長効果や電圧降下は個々のアンテナセグメント６０Ｌ，６０Ｂ毎にその長さに依存する。したがって、個々のアンテナセグメント６０Ｌ，６０Ｂ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、個々のアンテナセグメント６０Ｌ，６０Ｂの長さを選定することによって、外側アンテナ６０内の波長効果や電圧降下の問題を解決することができる。なお、内側アンテナ５８を複数のアンテナセグメントに分割する構成も可能である。
［オートマッチング機構に関する実施例］
【００９１】
次に、この実施形態における誘導結合型プラズマ処理装置に適用可能なオートマッチング機構に関する実施例を説明する。
【００９２】
図１６に、上記誘導結合型プラズマ処理装置（図１）に通常のオートマッチング機構を搭載する例を示す。この構成例において、整合器７６内の整合回路には、可変リアクタンス素子として、高周波電源７４に対して負荷と並列および直列にそれぞれ接続される２つの可変コンデンサ１２０，１２２が設けられる。ここで、負荷と並列に接続される可変コンデンサ１２０の静電容量Ｃ120は、負荷側インピーダンスの絶対値を可変調整するのに支配的に作用する。一方、負荷と直列に接続される可変コンデンサ１２２の静電容量Ｃ122は、負荷側インピーダンスの位相（ＲＦ電圧とＲＦ電流の位相差）を可変調整するのに支配的に作用する。
【００９３】
高周波電源７４と整合器７６との間には、プラズマ負荷からの反射波のパワーを測定するための反射波センサ１２４が設けられている。この反射波センサ１２４の出力はオートマッチング用のコントローラ１２６に与えられる。コントローラ１２６は、可変コンデンサ６４，６６の静電容量Ｃ64，Ｃ66の調整により、あるいはプラズマ処理中の圧力変動などにより二次回路９６，９８内のインピーダンスが変わっても、常に反射波センサ１２４の出力（反射波パワー測定値）が最小になるように、すなわち整合がとれるように、両可変コンデンサ１２０，１２２の静電容量（容量ポジション）Ｃ120，Ｃ122をステッピングモータ（図示せず）等を介して可変するようになっている。
【００９４】
図１７Ａ，図１７Ｂおよび図１７Ｃに、本発明の実施例によるオートマッチング機構を示す。この実施例によるオートマッチング機構の特徴は、オートマッチング用のコントローラ１２６に、二次電流調整用の容量可変部７０，７２の機能を兼務または肩代わりさせる構成にある。別な見方をすれば、二次電流調整用の可変コンデンサ６４，６６に整合器７６内のマッチング機能の一部または全部を兼務または肩代わりさせる構成にある。
【００９５】
上記のように、この実施形態の誘導結合型プラズマ処理装置（図１）では、誘導結合プラズマを生成するための複数のアンテナ５８，６０がそれぞれ個別の二次コイル８８，９０を介して高周波給電部６２側の一次コイル８６に電気的に結合されるので、それらのアンテナ５８，６０で生じる負荷抵抗が一次側からみるとそれぞれ個別に一次コイル８６の負荷抵抗として加算される。したがって、プラズマ負荷抵抗を大きな値に見立てて、オートマッチングの調整を行うことが可能であり、整合器７６内のリアクタンス可変能力または精度を軽減することができる。
【００９６】
このことから、この実施例においては、オートマッチング用のコントローラ１２６に上記容量可変部７０，７２（図１）の機能を兼務または肩代わりさせる。
【００９７】
具体的には、図１７Ａに示すように、主として負荷側インピーダンスの絶対値を可変調整するための可変コンデンサ１２０を固定コンデンサ１２８に置き換える。そして、二次回路９６，９８内の可変コンデンサ６４，６６の静電容量Ｃ64，Ｃ66および整合器７６内の可変コンデンサ１２２の静電容量Ｃ122をコントローラ１２６により可変制御して、二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bの調整とオートマッチングの調整とを同時に行う。
【００９８】
あるいは、図１７Ｂに示すように、主として負荷側インピーダンスの位相を可変調整するための可変コンデンサ１２２を固定コンデンサ１３０に置き換える。そして、二次回路９６，９８内の可変コンデンサ６４，６６の静電容量Ｃ64，Ｃ66および整合器７６内の可変コンデンサ１２０の静電容量Ｃ120をコントローラ１２６により可変制御して、二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bの調整とオートマッチングの調整とを同時に行うようにすることもできる。
【００９９】
さらには、図１７Ｃに示すように、整合器７６内において両可変コンデンサ１２０，１２２をそれぞれ固定コンデンサ１２８，１３０に置き換える。そして、二次回路９６，９８内の可変コンデンサ６４，６６の静電容量Ｃ64，Ｃ66をコントローラ１２６により可変制御して、二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bの調整とオートマッチングの調整とを同時に行うことも可能である。
【０１００】
なお、反射波センサ１２４の代わりにインピーダンス測定器を使用し、そのインピーダンス測定器によって測定される負荷側インピーダンスが整合点（５０Ω）に一致または近似するように、コントローラ１２６により整合器７６内の可変コンデンサ１２０，１２２の静電容量Ｃ120，Ｃ122および／または可変コンデンサ６４，６６の静電容量Ｃ64，Ｃ66を可変制御する形態を採ることも可能である。
［他の実施形態または変形例］
【０１０１】
上述した実施形態における誘導結合型プラズマ処理装置（図１、図２）は、トランス部６８をアンテナ室５６内に設けた。しかし、トランス部６８をアンテナ室５６の外に設けることも可能である。また、一次コイル８６および／または二次コイル８８，９０を配置する姿勢または向きも任意に選べる。
【０１０２】
上記実施形態における誘導結合型プラズマ処理装置は、同軸アンテナ群５４とトランス部６８との間に形成される全ての二次回路９６，９８にコンデンサ６４（１００），６６（１０２）を設けた。しかし、たとえば、トランス部６８の一次コイル８６および二次コイル８８，９０をそれぞれ複数巻きにして、二次コイル８８，９０にタップ切換器を付ける構成（タップ切換で二次電流Ｉ2A，Ｉ2Bを調節する構成）により、二次回路９６，９８の少なくとも１つまたは全部でコンデンサを省く構成も可能である。
【０１０３】
本発明におけるアンテナのループ形状は円形に限るものではなく、たとえば四角形、あるいは三角形などであってもよい。複数のアンテナが非同軸に配置されてもよい。アンテナまたはアンテナセグメントの断面形状は矩形、円形、楕円形など任意でよく、単線に限らず撚線であってもよい。
【０１０４】
また、アンテナ全体の配置形態として、平面型以外のタイプたとえばドーム型等も可能であり、さらには誘電体からなる側壁を有するチャンバにおいてはその側壁の周囲に配置する構成も可能である。
【０１０５】
処理ガス供給部においては、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る。また、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。
【０１０６】
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】
【０１０７】
１０    チャンバ
１２    サセプタ
２４    排気装置
５２    誘電体窓
５４    同軸アンテナ群
５８    内側アンテナ
５９    中間アンテナ
６０    外側アンテナ
６０Ｌ，６０Ｒ    アンテナセグメント
６２    高周波給電部
６４，６６    可変コンデンサ
６８    トランス部
７０，７２    容量可変部
７４    （プラズマ生成用）高周波電源
７６    整合器
８６    一次コイル
８８，９０    二次コイル
９６，９７，９８    二次回路
１００，１０２    固定コンデンサ
１０４，１０６，１１０    コア
１２０，１２２    可変コンデンサ
１２４  反射波センサ
１２６    コントローラ
１２８，１３０    固定コンデンサ
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１５Ａ】
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