(57)【要約】【課題】被処理体を載置する下部電極と対向して配置される内側上部電極および外側上部電極に高周波電力を分配供給する容量結合型のプラズマ処理装置において、外側／内側電力分配比を調節するために設けられる可変コンデンサのプラズマ密度分布特性またはプロセス特性の面内ブロファイルの制御に対する調整ノブとしての機能を向上させる。【解決手段】このプラズマ処理装置においては、内側上部電極５６に高周波電力を分配供給する第２の給電部内に可変コンデンサ９６と直列に可変インダクタ９７を設ける構成により、可変コンデンサ（バリコン）９６の容量−外側／内側電力分配比において共振点付近の特性を緩やか（ブロード）にすることができる。このことにより、バリコン容量の可変範囲の中で共振点付近の領域を制御可能な領域として安定に使うことができる。【選択図】図１
2015026475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理体を載置する下部電極と対向するようにリング状に設置される外側上部電極と、
前記外側上部電極の径方向内側に絶縁して配置される内側上部電極と、
前記外側上部電極および前記内側上部電極と前記下部電極との間の処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理ガスのプラズマを生成するのに適した周波数を有する第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
前記外側上部電極に周回方向で連続的に接続される筒状導電部材を有し、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記筒状導電部材を介して前記外側上部電極に印加する第１の給電部と、
前記内側上部電極の中心に接続される棒状の中心導電部材を有し、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記第１の給電部から分岐し前記中心導電部材を介して前記内側上部電極に供給する第２の給電部と、
前記第２の給電部内に前記中心導電部材と直列に設けられる可変コンデンサおよび可変インダクタと
を有するプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記可変インダクタは、前記第２の給電部のインダクタンス値を、前記可変インダクタを前記中心導電部材の一部に置き換えた場合に得られる値よりも小さな値に調整することができる、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記可変インダクタは、前記第２の給電部のインダクタンスを、少なくとも２つの異なるインダクタンス値の間で切り替えできる、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】
真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理体を載置する下部電極と対向するようにリング状に設置される外側上部電極と、
前記外側上部電極の径方向内側に絶縁して配置される内側上部電極と、
前記外側上部電極および前記内側上部電極と前記下部電極との間の処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理ガスのプラズマを生成するのに適した周波数を有する第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
前記外側上部電極に周回方向で連続的に接続される筒状導電部材を有し、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記筒状導電部材を介して前記外側上部電極に印加する第１の給電部と、
前記内側上部電極の中心に接続される棒状の中心導電部材を有し、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記第１の給電部から分岐し前記中心導電部材を介して前記内側上部電極に供給する第２の給電部と、
前記第２の給電部内に前記中心導電部材と直列に設けられる可変コンデンサと、
前記中心導電部材上で前記第１の給電部と前記第２の給電部との分岐点を形成し、前記中心導電部材に軸方向で変位可能に取り付けられるコネクタと
を有するプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記筒状導電部材が、上下方向で伸縮可能な導電性のベローズを有する、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内で被処理体を載置する下部電極と対向するようにリング状に設置される外側上部電極と、
前記外側上部電極の径方向内側に絶縁して配置される内側上部電極と、
前記外側上部電極および前記内側上部電極と前記下部電極との間の処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記処理ガスのプラズマを生成するのに適した周波数を有する第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、
前記外側上部電極に周回方向で連続的に接続される筒状導電部材を有し、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記筒状導電部材を介して前記外側上部電極に印加する第１の給電部と、
前記内側上部電極の中心に接続される棒状の中心導電部材を有し、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記第１の給電部から分岐し前記中心導電部材を介して前記内側上部電極に供給する第２の給電部と、
前記第２の給電部内に前記中心導電部材と直列に設けられる可変コンデンサと
を有し、
前記可変コンデンサが、前記第１の高周波電源に電気的に接続される固定電極と、前記内側上部電極に電気的に接続され、前記固定電極と対向しつつ前記中心導電部材の軸方向に直進移動可能な可動電極とを有し、
前記中心導電部材は、その軸方向で前記可変コンデンサよりも短い中空円筒体として構成されている、
プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記中心導電部材は、その軸方向の長さと同じかそれよりも大きい直径を有する、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記可変コンデンサの可動電極に駆動源からの駆動力を伝えるための伝動軸の一部が、前記中空円筒体の中に収容されている、請求項６または請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記駆動源はモータを有し、
前記可変コンデンサは、回転駆動力を直進駆動力に変換する駆動部を有し、
前記伝動軸は、前記モータからの回転駆動力を前記駆動部に伝達する、
請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記伝動軸は、
前記モータ側から前記中空円筒体の中まで水平方向に延びる第１の回転軸と、
前記中空円筒体の中で鉛直方向に延びる第２の回転軸と、
前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とを接続するために前記中空円筒体の中に設けられている傘歯車と
を有する、請求項９に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記プラズマからイオンを前記被処理体に引き込むのに適した周波数を有する第２の高周波を出力する第２の高周波電源と、
前記第２の高周波電源からの前記第２の高周波を前記下部電極に印加する第３の給電部と
を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理体を載置する下部電極と対向して配置される内側および外側の上部電極に分配供給される高周波電力の比を可変に制御する容量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微細加工または処理には、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利用されている。通常、プラズマの生成には放電が用いられ、プラズマ処理装置は、高周波放電を利用するものと、マイクロ波放電を利用するものとに大別される。高周波放電方式は、さらに、処理容器の中に平行平板電極を設ける容量結合型と、処理容器の周囲に螺旋形または渦巻状の電極を取り付ける誘導結合型とに分類される。これら幾つかのプラズマ生成方式の中で、容量結合型が、量産用装置およびデバイス開発用装置の主流になっている。
【０００３】
容量結合型のプラズマ処理装置は、減圧可能な処理容器または反応容器内に上部電極と下部電極とを平行に配置し、下部電極の上に被処理体たとえば半導体ウエハを載置し、上部電極もしくは下部電極に整合器を介して所定周波数の高周波を印加する。この高周波によって生成された高周波電界により電子が加速され、電子と処理ガスの分子・原子との解離・電離衝突によってプラズマが発生し、プラズマ中のラジカルやイオンによってウエハ表面に所望のプラズマ処理（たとえばエッチング加工）が施される。
【０００４】
プラズマプロセスにおいて、プロセスの（面内）均一性は、歩留まり向上の基本要件であるとともに、半導体デバイスの微細化の進展や半導体ウエハの大口径化に伴ってますます重要性を増し、かつ要求されるレベルが高くなってきている。この点、従来の容量結合型プラズマ処理装置は、半導体ウエハ上のプラズマ密度の均一性がプロセスの均一性を大きく左右することから、プラズマ生成に供する電極、特に高周波を印加される電極（高周波電極）の構造に工夫を凝らしている。
【０００５】
その典型例の一つとして、被処理体を載置する下部電極と対向する上部電極を半径方向において内側の電極と外側の電極とに分割して、両電極に分配するプラズマ生成用高周波電力の比を可変に制御できるようにした容量結合型のプラズマ処理装置が知られている（特許文献１）。
【０００６】
この容量結合型プラズマ処理装置においては、プラズマ生成用の高周波を出力する高周波電源の出力端子に、外側上部電極を筒状の導電部材を介して電気的に接続するとともに、内側上部電極を棒状の中心導電部材を介して電気的に接続する。そして、中心導電部材の途中に可変コンデンサを挿入して、ステップモータ等により該可変コンデンサのキャパシタンスを可変に制御するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１９３５６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように半径方向で分割された内側および外側の２つの上部電極に高周波電力を分配する方式の容量結合型プラズマ処理装置においては、可変コンデンサのキャパシタンス可変範囲の中に、共振点が不可避的に存在する。すなわち、内側上部電極と外側上部電極との間に存在する静電容量（固定コンデンサ）を介して、高周波電源からの高周波をそれら両上部電極に分配するそれぞれの高周波給電部の間に閉回路が形成される。この閉回路は、それら電極間静電容量（固定コンデンサ）および可変コンデンサを含むだけでなく、各高周波給電部の導体に付随するインダクタンスをも含んでおり、可変コンデンサのキャパシタンスが或る値をとるときに、共振状態になる。
【０００９】
従来のこの種のプラズマ処理装置は、共振点の付近では、可変コンデンサのキャパシタンスを少し変えても外側／内側電力分配比が急峻な変化率（傾斜）で大きく変化するため、微調整が難しく、所望の分配比から共振点側に少しずれても上記閉回路内を大電流が流れることによって可変コンデンサが破損するおそれがあった。
【００１０】
このため、従来は、共振点およびその付近の領域（共振領域）を避けて、片側の領域（通常は共振領域より低い領域）だけで可変コンデンサのキャパシタンスを可変に制御するようにしているが、現実には外側／内側電力分配比の可変範囲またはダイナミックレンジが小さいため、プラズマ密度分布やプロセス特性のプロファイルを半径方向で制御するための調整ノブとしての効き目が物足りなかった。
【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、被処理体を載置する下部電極と対向して配置される内側上部電極および外側上部電極に高周波電力を分配供給する容量結合型のプラズマ処理装置において、外側／内側電力分配比を調節するために設けられる可変コンデンサのプラズマ密度分布特性またはプロセス特性の面内プロファイルの制御に対する調整ノブとしての機能を大幅に向上させることを目的とする。
【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、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理体を載置する下部電極と対向するようにリング状に設置される外側上部電極と、前記外側上部電極の径方向内側に絶縁して配置される内側上部電極と、前記外側上部電極および前記内側上部電極と前記下部電極との間の処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理ガスのプラズマを生成するのに適した周波数を有する第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、前記外側上部電極に周回方向で連続的に接続される筒状導電部材を有し、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記筒状導電部材を介して前記外側上部電極に印加する第１の給電部と、前記内側上部電極の中心に接続される棒状の中心導電部材を有し、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記第１の給電部から分岐し前記中心導電部材を介して前記内側上部電極に供給する第２の給電部と、前記第２の給電部内に前記中心導電部材と直列に設けられる可変コンデンサおよび可変インダクタとを有する。
【００１３】
上記の装置構成においては、可変コンデンサ（バリコン）の容量可変範囲の中に共振点が不可避的に存在する。すなわち、内側上部電極と外側上部電極との間に存在する静電容量（固定コンデンサ）を介して、高周波電源からの高周波をそれら両上部電極に分配するそれぞれの高周波給電部の間に閉回路が形成される。この閉回路は、それら電極間静電容量（固定コンデンサ）および可変コンデンサ（バリコン）を含むだけでなく、各高周波給電部の導体に付随するインダクタンスおよび可変インダクタのインダクタンスを含んでおり、可変コンデンサ（バリコン）の容量が或る値をとるときに、共振状態になる。しかし、可変インダクタのインダクタンスを可変に制御することで、特に可変インダクタのインダクタンスを低い値に調整することで、バリコン容量−外側／内側電力分配比において共振点付近の特性を緩やか（ブロード）にすることができる。このことにより、バリコン容量の可変範囲の中で共振点付近の領域を制御可能な領域として安定に使うことができる。
【００１４】
本発明の第２の観点におけるプラズマ処理装置は、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理体を載置する下部電極と対向するようにリング状に設置される外側上部電極と、前記外側上部電極の径方向内側に絶縁して配置される内側上部電極と、前記外側上部電極および前記内側上部電極と前記下部電極との間の処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理ガスのプラズマを生成するのに適した周波数を有する第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、前記外側上部電極に周回方向で連続的に接続される筒状導電部材を有し、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記筒状導電部材を介して前記外側上部電極に印加する第１の給電部と、前記内側上部電極の中心に接続される棒状の中心導電部材を有し、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記第１の給電部から分岐し前記中心導電部材を介して前記内側上部電極に供給する第２の給電部と、前記第２の給電部内に前記中心導電部材と直列に設けられる可変コンデンサと、前記中心導電部材上で前記第１の給電部と前記第２の給電部との分岐点を形成し、前記中心導電部材に軸方向で変位可能に取り付けられるコネクタとを有する。
【００１５】
上記の装置構成においては、可変コンデンサ（バリコン）の容量可変範囲の中に、共振点が不可避的に存在する。すなわち、内側上部電極と外側上部電極との間に存在する静電容量（固定コンデンサ）を介して、高周波電源からの高周波をそれら両上部電極に分配するそれぞれの高周波給電部の間に閉回路が形成される。この閉回路は、それら電極間静電容量（固定コンデンサ）および可変コンデンサ（バリコン）を含むだけでなく、各高周波給電部の導体に付随するインダクタンスおよび可変インダクタのインダクタンスを含んでおり、可変コンデンサ（バリコン）の容量が或る値をとるときに、共振状態になる。しかし、中心導電部材上でコネクタの位置を調整することで、特に中心導電部材の実質区間のインダクタンスを低い値に調整することで、バリコン容量−外側／内側電力分配比において共振点付近の特性を緩やか（ブロード）にすることができる。このことにより、バリコン容量の可変範囲の中で共振点付近の領域を制御可能な領域として安定に使うことができる。
【００１６】
本発明の第３の観点におけるプラズマ処理装置は、真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内で被処理体を載置する下部電極と対向するようにリング状に設置される外側上部電極と、前記外側上部電極の径方向内側に絶縁して配置される内側上部電極と、前記外側上部電極および前記内側上部電極と前記下部電極との間の処理空間に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記処理ガスのプラズマを生成するのに適した周波数を有する第１の高周波を出力する第１の高周波電源と、前記外側上部電極に周回方向で連続的に接続される筒状導電部材を有し、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記筒状導電部材を介して前記外側上部電極に印加する第１の給電部と、前記内側上部電極の中心に接続される棒状の中心導電部材を有し、前記第１の高周波電源からの前記第１の高周波を前記第１の給電部から分岐し前記中心導電部材を介して前記内側上部電極に供給する第２の給電部と、前記第２の給電部内に前記中心導電部材と直列に設けられる可変コンデンサとを有し、前記可変コンデンサが、前記第１の高周波電源に電気的に接続される固定電極と、前記内側上部電極に電気的に接続され、前記固定電極と対向しつつ前記中心導電部材の軸方向に直進移動可能な可動電極とを有し、前記中心導電部材は、その軸方向で前記可変コンデンサよりも短い中空の円筒体として構成されている。
【００１７】
上記の装置構成においては、可変コンデンサ（バリコン）のキャパシタンス可変範囲の中に、共振点が不可避的に存在する。すなわち、内側上部電極と外側上部電極との間に存在する静電容量（固定コンデンサ）を介して、高周波電源からの高周波をそれら両上部電極に分配するそれぞれの高周波給電部の間に閉回路が形成される。この閉回路は、それら電極間静電容量（固定コンデンサ）および可変コンデンサ（バリコン）を含むだけでなく、各高周波給電部の導体に付随するインダクタンスおよび可変インダクタのインダクタンスを含んでおり、可変コンデンサ（バリコン）の容量が或る値をとるときに、共振状態になる。しかし、中心導電部材をその軸方向で縦型配置の可変コンデンサ（バリコン）よりも短い中空の円筒体として構成することにより、中心導電部材のインダクタンスを小さな値にすることができるので、バリコン容量−外側／内側電力分配比において共振点付近の特性を緩やか（ブロード）にすることができる。このことにより、バリコン容量の可変範囲内の中で共振点付近の領域を制御可能な領域として安定に使うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
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、被処理体を載置する下部電極と対向して配置される内側上部電極および外側上部電極に高周波電力を分配供給する容量結合型のプラズマ処理装置において、外側／内側電力分配比を調節するために設けられる可変コンデンサのプラズマ密度分布特性またはプロセス特性の面内プロファイルの制御に対する調整ノブとしての機能を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１のプラズマ処理装置における高周波給電部の構成を示す図である。
【図３】上記高周波給電部の等価回路を示す回路図である。
【図４】従来のプラズマ処理装置における高周波給電部の構成を示す図である。
【図５】従来のプラズマ処理装置における高周波給電部の等価回路を示す回路図である。
【図６Ａ】従来の高周波給電部の等価回路におけるバリコン容量−ブランチ電流特性を示すグラフ図である。
【図６Ｂ】図６Ａの一部分（共振領域）を拡大して示す部分拡大グラフ図である。
【図７】図５の等価回路における内側電流および外側電流の特性を対比して示す図である。
【図８】可変コンデンサにおけるバリコン容量とバリコン・ステップの対応関係を示す図である。
【図９】図３の等価回路（実施例）において可変インダクタのインダクタンスを段階的に下げたときのバリコン容量−第４ブランチの電流の特性を示す図である。
【図１０】上部高周波給電部に形成されるＬＣ回路において可変インダクタのインダクタンスとバリコン容量における共振領域との相関関係を示す図である。
【図１１】実施例および比較例におけるバリコン容量−内側電力比率の特性を示す図である。
【図１２】比較例におけるバリコン容量−上部ＶPP特性およびバリコン容量−上部負荷インピーダンス特性を示す図である。
【図１３】実施例におけるバリコン容量−上部ＶPP特性およびバリコン容量−上部負荷インピーダンス特性を示す図である。
【図１４Ａ】実施形態における可変インダクタの好適な構成（インピーダンスが最大値をとる状態）を示す図である。
【図１４Ｂ】上記可変インダクタの構成（インピーダンスが最小値をとる状態）を示す図である。
【図１５】実施形態における可変コンデンサの構成を示す図である。
【図１６】別の実施形態における上部高周波給電部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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］
【００２１】
図１に、本発明の一実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す。このプラズマ処理装置は、容量結合型プラズマエッチング装置として構成されており、たとえば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は接地されている。
【００２２】
チャンバ１０の中央部には、被処理体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バイアス用の下部高周波電源３０が下部整合器３２および下部給電棒３４を介して電気的に接続されている。下部高周波電源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（通常１３．５６ＭＨｚ以下、たとえば２ＭＨｚ）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。下部整合器３２は、下部高周波電源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。
【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、静電気力で半導体ウエハ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】
サセプタ（下部電極）１２の上方には、このサセプタと平行に対向する上部電極５２が設けられている。両電極１２，５２の間の空間はプラズマ生成空間ないし処理空間ＰＳである。上部電極５２は、サセプタ（下部電極）１２上の半導体ウエハＷと対向してプラズマ生成空間ＰＳと接する面つまり対向面を形成する。上部電極５２は、サセプタ１２と所定の間隔を置いて対向配置されているリング形状またはドーナツ形状の外側(outer)上部電極５４と、この外側上部電極５４の半径方向内側に絶縁して配置されている円板形状の内側(inner)上部電極５６とで構成される。
【００２９】
図２に、このプラズマ処理装置における上部高周波給電部の構成を示す。図２に示すように、外側上部電極５４と内側上部電極５６との間にはたとえば０．２５〜２．０ｍｍの環状ギャップ（隙間）が形成され、このギャップにたとえば石英からなる誘電体５８が設けられる。また、このギャップにセラミック６０を設けることもできる。この誘電体５８を挟んで両電極５４，５６の間に固定コンデンサ（静電容量）Ｃ58が形成される。このコンデンサＣ58のキャパシタンスは、ギャップのサイズと誘電体５８の誘電率に応じて所望の値に選定または調整される。外側上部電極５４とチャンバ１０の側壁との間には、たとえばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなるリング形状の絶縁性遮蔽部材６２が気密に取り付けられている。
【００３０】
外側上部電極５４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体たとえばシリコンで構成されるのが好ましい。外側上部電極５４には、上部高周波電源７２が上部整合器６４、第１上部給電棒６６、コネクタ６８および給電筒（筒状導電部材）７０を介して電気的に接続されている。上部高周波電源７２は、処理ガスの放電つまりプラズマの生成に適した周波数（通常２７ＭＨｚ以上、たとえば６０ＭＨｚ）の高周波ＲＦHを出力する。上部整合器６４は、上部高周波電源７２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。上部整合器６４の出力端子は第１上部給電棒６６の上端に接続されている。
【００３１】
給電筒７０は、円筒状または円錐状あるいはそれらに近い形状の導電板たとえばアルミニウム板または銅板からなり、下端が周回方向で連続的に外側上部電極５４に接続され、上端がコネクタ６８によって第１上部給電棒６６の下端部に電気的に接続されている。給電筒７０の外側では、チャンバ１０の側壁が上部電極５２の高さ位置よりも上方に延びて円筒状の接地導体１０ａを構成している。この円筒状接地導体１０ａの上端部は筒状の絶縁部材７３により第１上部給電棒６６から電気的に絶縁されている。かかる構成においては、コネクタ６８からみた負荷回路において、給電筒７０および外側上部電極５４と円筒状接地導体１０ａとで前者（７０，５４）を導波路とする同軸線路が形成される。
【００３２】
再び図１において、内側上部電極５６は、多数のガス通気孔７４ａを有するたとえばＳi、ＳiＣなどの半導体材料からなる電極板７４と、この電極板７４を着脱可能に支持する導電材料たとえば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる電極支持体７６とを有する。電極支持体７６の内部には、たとえばＯリングからなる環状隔壁部材７８で分割された２つのガス導入室つまり中心ガス導入室８０と周辺ガス導入室８２とが設けられている。中心ガス導入室８０とその下面に設けられている多数のガス噴出孔７４ａとで中心シャワーヘッドが構成され、周辺ガス導入室８２とその下面に設けられている多数のガス噴出孔７４ａとで周辺シャワーヘッドが構成されている。
【００３３】
これらのガス導入室８０，８２には、共通の処理ガス供給源８４より処理ガスが所望の流量比で供給されるようになっている。より詳細には、処理ガス供給源８４からのガス供給管８６が途中で２つに分岐管８６ａ，８６ｂに分かれてガス導入室８０，８２に接続され、分岐管８６ａ，８６ｂの途中に流量制御弁８８ａ，８８ｂがそれぞれ設けられている。処理ガス供給源８４からガス導入室８０，８２までの流路のコンダクタンスは等しいので、流量制御弁８８ａ，８８ｂの調整により、両ガス導入室８０，８２に供給される処理ガスの流量比を任意に調整できるようになっている。なお、ガス供給管８６の途中にはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）９０および開閉バルブ９２が設けられている。
【００３４】
このように、中心ガス導入室８０と周辺ガス導入室８２とに導入される処理ガスの流量比を調整することで、中心ガス導入室８０に対応する電極中心部のガス通気孔７４ａつまり中心シャワーヘッドより噴出されるガスの流量と周辺ガス導入室８２に対応する電極周辺部のガス通気孔７４ａつまり周辺シャワーヘッドより噴出されるガスの流量との比を任意に調整できるようになっている。なお、中心シャワーヘッドおよび周辺シャワーヘッドよりそれぞれ噴出させる処理ガスの単位面積当たりの流量を異ならせることも可能である。さらに、中心シャワーヘッドおよび周辺シャワーヘッドよりそれぞれ噴出させる処理ガスのガス種またはガス混合比を独立または別個に選定することも可能である。
【００３５】
上部高周波電源７２は、上部整合器６４、第１上部給電棒６６、コネクタ６８および第２上部給電棒（中心導電部材）９４を介して、内側上部電極５６の電極支持体７６に電気的に接続されている。第２上部給電棒９４の途中または延長上には、キャパシタンスを可変に制御できる可変コンデンサ９６とインダクタンスを可変に制御できる可変インダクタ９７が直列に設けられている。可変コンデンサ９６のキャパシタンスは、主制御部９８によりステップモータ（Ｍ）１００を通じて一定範囲内で可変に制御されるようになっている。可変インダクタ９７のインダクタンスは、通常はハンドリング操作またはマニュアル操作によって可変に制御されるようになっている。
【００３６】
内側上部電極５６には、上部高周波電源７２からの高周波（６０ＭＨｚ）を通さずに下部高周波電源３０からの高周波（２ＭＨｚ）をグランドへ通すためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０２が電気的に接続されている。このローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０２は、好適にはＬＲフィルタまたはＬＣフィルタで構成されてよいが、１本の導線だけでも上部高周波電源７２からの高周波（６０ＭＨｚ）に対しては十分大きなリアクタンスを与えることができるので、それで済ますこともできる。一方、サセプタ１２には、上部高周波電源７２からの高周波（６０ＭＨｚ）をグランドへ通すためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１０４が電気的に接続されている。
【００３７】
主制御部９８は、ＣＰＵやメモリ等を含むコンピュータシステムからなり、装置内の各部、特に高周波電源３０，７２、処理ガス供給源８４および整合器３２，６４、ステップモータ（Ｍ）１００等の個々の動作と全体の動作（シーケンス）を制御する。
【００３８】
また、このプラズマ処理装置においては、上部高周波電源７２より上部電極５２（５４，５６）に印加される高周波ＲＦHのピーク対ピーク値ＶPPを検出するためのピーク値検出回路１０６が、上部整合器６４の出力側の第１上部給電棒６６に接続されている。主制御部９８は、ピーク値検出回路１０６よりＶPP測定値ＭＶPPを受け取り、受け取ったＶPP測定値ＭＶPPを可変コンデンサ９６のキャパシタンス可変調整に利用し、さらには後述するインターロックに利用することができる。
【００３９】
このプラズマ処理装置において、たとえばエッチングを行なうには、先ずゲートバルブ２８を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック３６の上に載置する。次いで、排気装置２６によりチャンバ１０内を排気するとともに、処理ガス供給源８４よりエッチングガス（一般に混合ガス）を所定の流量および流量比でガス導入室８０，８２に導入し、排気装置２６によりチャンバ１０内の圧力を設定値とする。次に、下部高周波電源３０よりＲＦバイアス用の高周波（２ＭＨｚ）ＲＦLを所定のパワーでサセプタ１２に印加し、続いて上部高周波電源７２からもプラズマ生成用の高周波（６０ＭＨｚ）ＲＦHを所定のパワーで上部電極５２（５４，５６）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、静電チャック用のスイッチ４２をオンにして、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。内側上部電極５６のガス通気孔７４ａより吐出されたエッチングガスは処理空間ＰＳ内で上部電極５２（５４，５６）からの高周波電界の下で放電し、プラズマが生成される。このプラズマに含まれるラジカルやイオンによって半導体ウエハＷの被処理面がエッチングされる。
［実施形態における上部高周波給電部の作用（比較例との違い）］
【００４０】
図３に、このプラズマ処理装置における上部高周波給電部の等価回路を示す。この等価回路において、インダクタＬ70は給電筒７０のインダクタンスを有し、インダクタＬ97/94は可変インダクタ９７のインダクタンスと第２下部給電棒９４のインダクタンスとを足し合わせた合成インダクタンスを有し、固定コンデンサＣ58は誘電体５８を挟んで外側上部電極５４と内側上部電極５６との間に形成される静電容量を有している。これらのインダクタＬ70，Ｌ97/94、固定コンデンサＣ58および可変コンデンサ９６（Ｃ96）は、閉ループのＬＣ回路を形成している。また、抵抗Ｒo，ＲiおよびコンデンサＣo，Ｃiは、外側上部電極５４および内側上部電極５６の直下に形成されるイオンシースの抵抗およびキャパシタンスをそれぞれ表わしている。帰還回路のインダクタＬ10は、チャンバ１０のインダクタンスを有している。
【００４１】
図４に、比較例として第２上部給電棒９４に可変インダクタ９７を設けない場合の上部高周波給電部の構成を示す。この比較例の上部高周波給電部は、可変インダクタ９７を第２下部給電棒９４の一部に置き換えたもので、可変インダクタ９７が無い分だけ第２下部給電棒９４'が長くなっており、従来装置の上部高周波給電部に対応している。
【００４２】
図５に、この比較例の上部高周波給電部の等価回路を示す。この等価回路において、インダクタＬ94'は、図４に示すように長くなっている第２下部給電棒９４'のインダクタンスを有している。このインダクタＬ94'と固定コンデンサＣ58、可変コンデンサ９６（Ｃ96）およびインダクタＬ70とで、閉ループのＬＣ回路が形成されている。
【００４３】
この比較例の等価回路（図５）においては、可変コンデンサ９６のキャパシタンスまたはバリコン容量Ｃ96に依存して各ブランチ（枝）を流れる電流の電流値が変化する。図６Ａおよび図６Ｂに、このバリコン容量−ブランチ電流特性の一例を示す。図中、横軸に可変コンデンサ９６のバリコン容量Ｃ96の値をとり、縦軸に各ブランチの電流ｉ1，ｉ2，ｉ3，ｉ4，ｉ5の電流値をとっている。ここで、ｉ1は可変コンデンサ９６およびインダクタＬ94'が在る第１ブランチＢＲ1を流れる電流、ｉ2はインダクタＬ70が在る第２ブランチＢＲ2を流れる電流、ｉ3は抵抗ＲiおよびコンデンサＣiが在る第３ブランチＢＲ3を流れる電流、ｉ4は抵抗ＲoおよびコンデンサＣoが在る第４ブランチＢＲ4を流れる電流、ｉ5は固定コンデンサＣ58が在る第５ブランチＢＲ5を流れる電流である。
【００４４】
なお、図５の等価回路において、インダクタＬ94'のインダクタンスは５０ｎＨ、インダクタＬ70のインダクタンスは１５ｎＨ、インダクタＬ10のインダクタンスは２５ｎＨ、コンデンサＣoのキャパシタンスは３００ｐＦ、抵抗Ｒiの抵抗値は０．８Ω、抵抗Ｒoの抵抗値は０．３Ω、コンデンサＣiのキャパシタンスは６ｎＦ，コンデンサＣoのキャパシタンスは１００ｐＦである。そして、図６Ａおよび図６Ｂに示すバリコン容量−ブランチ電流特性は、高周波電源７２より出力されるプラズマ生成用の高周波ＲＦHの周波数を６０ＭＨｚ、ＲＦパワーを５００Ｗに選んで、計算によって求めた。
【００４５】
図６Ａに示すように、可変コンデンサ９６のバリコン容量Ｃ96が約１３０ｐＦ以下の領域にあるとき（Ｃ96＜１３０ｐＦのとき）は、バリコン容量Ｃ96の値を如何様に変えても各部の電流ｉ1，ｉ2，ｉ3，ｉ4，ｉ5はあまり変わらない。特に、内側上部電極５６よりプラズマに供給される第３ブランチＢＲ3の電流ｉ3は殆ど変化しない。また、外側上部電極５４よりプラズマに供給される第４ブランチＢＲ4の電流ｉ4は、Ｃ96＜１２０ｐＦの領域では殆ど変化せず、Ｃ96が１２０ｐＦ辺りを超えると緩やかに減少し始める。なお、第５ブランチＢＲ5の電流ｉ5は負極性であり、図５の矢印と反対の向きに流れる。
【００４６】
しかし、バリコン容量Ｃ96が１３０ｐＦ辺りを超えると、第１および第５ブランチＢＲ1，ＢＲ5の電流ｉ1，ｉ5がそれぞれ急峻なカーブで指数関数的に増大する一方で、第２ブランチＢＲ2の電流ｉ2は急峻なカーブで指数関数的に減少し、第４ブランチＢＲ4の電流ｉ4もやや急峻なカーブで指数関数的に減少する。しかし、第３ブランチＢＲ3の電流ｉ3は、殆ど変わらずにそれまでの値を保ち、バリコン容量Ｃ96が共振点（Ｃ96≒１５２ｐＦ）の極近く（約１５０ｐＦ）にきてからようやく減少する。
【００４７】
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、図示の例では、第１および第５ブランチＢＲ1，ＢＲ5の電流ｉ1，ｉ5が、共振点（Ｃ96≒１５２ｐＦ）の辺りで最大値または極大値に達し、そこからバリコン容量Ｃ96が僅かに変化（増大）すると一気に最小値または極小値に反転し、それからバリコン容量Ｃ96の増大とともに指数関数的に増大して、Ｃ96＞１６０ｐＦの領域ではバリコン容量Ｃ96の増大とともにそれぞれ一定の値（飽和値）に漸近していく。ただし、第１ブランチＢＲ1の電流ｉ1は、Ｃ96＜１３０ｐＦのときとは逆向きになる。また、第５ブランチＢＲ5の電流ｉ5は、流れる向きはＣ96＜１３０ｐＦのときと変わらないが、その電流値（飽和値）はＣ96＜１３０ｐＦのときよりも大きくなる。
【００４８】
第２および第４ブランチＢＲ2，ＢＲ4の電流ｉ2，ｉ4は、共振点（Ｃ96≒１５２ｐＦ）の辺りで最小値または極小値に達し、そこからバリコン容量Ｃ96が僅かに変化（増大）すると一気に最大値または極大値に反転し、それからバリコン容量Ｃ96の増大とともに指数関数的に減少して、Ｃ96＞１６０ｐＦの領域ではバリコン容量Ｃ96の増大とともにそれぞれ一定の値（飽和値）に漸近していく。ただし、第２および第４ブランチＢＲ2，ＢＲ4の電流ｉ2，ｉ4はいずれもＣ96＜１３０ｐＦのときより大きくなる。
【００４９】
一方、第３ブランチＢＲ3の電流ｉ3は、共振点（Ｃ96≒１５２ｐＦ）の辺りで最小値または極小値に達し、そこからバリコン容量Ｃ96の増大とともに指数関数的に増大するものの、最大値または極大値に反転することなくＣ96＜１３０ｐＦのときと略同じ値に漸近していく。
【００５０】
図示の例では、共振点（Ｃ96≒１５２ｐＦ）を中心におおよそ１４２ｐＦ＜Ｃ96＜１６０ｐＦの領域が共振領域ＲＥCである。ここで、共振領域ＲＥCは、第４ブランチＢＲ4の電流ｉ4が急激に減少し始めるときのバリコン容量Ｃ96の値（約１４２ｐＦ）から共振の乱高下を経て飽和値に戻るときのバリコン容量Ｃ96の値（約１６０ｐＦ）までの範囲として一応定義される。
【００５１】
この共振領域ＲＥCでは、上記のように、バリコン容量Ｃ96を少し変えても、上部高周波給電部のブランチＢＲ1〜ＢＲ5をそれぞれ流れる電流ｉ1〜ｉ5が大きく変化する。したがって、外側上部電極５４および内側上部電極５６の電力分配比つまり外側／内側電力分配比Ｐo／Ｐiに対応する第４および第３ブランチＢＲ4，ＢＲ3を流れる電流ｉ4，ｉ3の比つまり外側／内側電流比ｉ4／ｉ3も急峻な変化率（傾斜）で大きく変化する。このため、微調整が難しい。
【００５２】
また、共振点（Ｃ96≒１５２ｐＦ）の近くでは、第１ブランチＢＲ1の電流ｉ1が最大値（極大値）に大きく振れるため、可変コンデンサ９６が破損するおそれがある。このことから、この比較例と同じ構成の上部高周波給電部を備える従来のプラズマ処理装置においては、バリコン容量Ｃ96を共振領域ＲＥC内にセットしてプラズマ処理を行うこと、あるいはプラズマ処理を行っている最中にバリコン容量Ｃ96の値を共振領域ＲＥC内に入れ、または共振領域ＲＥCを通過するように可変調整することは、非常に望ましくないことであり、主制御部９８においてインターロックを掛けるようなことも行われていた。
【００５３】
図７に、第３ブランチＢＲ3の電流（内側電流）ｉ3および第４ブランチＢＲ4の電流（外側電流）ｉ4のそれぞれの特性を図６Ａおよび図６Ｂのグラフの中から抜き出し、対比して示す。なお、横軸には、可変コンデンサ９６のバリコン・ステップＣＰＩの値をとっている。ここで、バリコン・ステップＣＰＩとは、主制御部９８がステップモータ（Ｍ）１００を通じて可変コンデンサ９６のバリコン容量Ｃ96を可変に制御するうえで、主制御部９８から見える（つまり直接制御可能な）可変コンデンサ９６側の制御変数であり、通常は一定範囲内の連続したステップ番号（整数）で与えられる。そして、可変コンデンサ９６のバリコン容量Ｃ96とバリコン・ステップＣＰＩとの間には、図８に示すように線形的な対応関係がある。バリコン容量Ｃ96の共振領域ＲＥC（１４２ｐＦ＜Ｃ96＜１６０ｐＦ）に対応するバリコン・ステップＣＰＩの共振領域ＲＥSは９４＜ＣＰＩ＜１０９である。
【００５４】
図７に示すように、共振領域ＲＥSより低い低域側（第１）の非共振領域ＬＥS（ＣＰＩ＜９４）では、内側電流ｉ3の電流値は殆ど変化せず略一定（約２４アンペア）であり、これに対して外側電流ｉ4の電流値は共振領域ＲＥSに近づくと、つまりバリコン・ステップＣＰＩが７０を超えるとそれまでの飽和値（約８アンペア）から緩やかなカーブで単調に減少する。したがって、低域側の非共振領域ＬＥS（ＣＰＩ＜９４）において、外側／内側電流比ｉ4／ｉ3は、バリコン・ステップＣＰＩが７０以下のときはバリコン・ステップＣＰＩを如何様に変えても殆ど変化せず略一定（約０．３３）であり、バリコン・ステップＣＰＩが７０を超えると次第に低下して、共振領域ＲＥSの手前（ＣＰＩ＝９３）で約０．１５になる。つまり、外側／内側電流比ｉ4／ｉ3の可変範囲は約０．１５〜約０．３３である。
【００５５】
なお、非共振領域ＬＥS，ＨＥSでは外側／内側電流比ｉ4／ｉ3が常にｉ4／ｉ3＜１であり、外側／内側電力分配比Ｐo／Ｐiも常にＰo／Ｐi＜１である。しかし、外側上部電極５４直下の電界強度Ｅoと内側上部電極５６直下の電界強度Ｅｉとの比つまり外側／内側電界強度比Ｅo／Ｅiは常にＥo／Ｅi＞１である。すなわち、内側上部電極５６の面積Ｓ56に比して外側上部電極５４の面積Ｓ54が格段に小さいため（通常１／１０以下）、外側上部電極５４における単位面積当たりのＲＦパワー密度Ｐo／Ｓ54（ひいては直下の電界強度Ｅo）は内側上部電極５６における単位面積当たりのＲＦパワー密度Ｐi／Ｓ56（ひいては直下の電界強度Ｅi）よりも高い。
【００５６】
このように、可変コンデンサ９６の実質的な使用領域である低域の非共振領域ＬＥS（ＣＰＩ＜９４）および高域側の非共振領域ＨＥS（ＣＰＩ＞１０９）のいずれにおいても、外側／内側電流比ｉ4／ｉ3の可変範囲またはダイナミックレンジは大きくない。従来は、主に片側の領域、特に低域側の非共振領域ＬＥS（ＣＰＩ＜９４）だけを使用していたため、外側／内側電力分配比Ｐo／Ｐiを思い通りに可変することができず、したがってプラズマ密度分布やエッチング特性を径方向で制御するための調整ノブとしての効き目が物足りなかった。
【００５７】
さて、図３に戻り、実施形態の等価回路において、可変インダクタ９７を含む第１ブランチＢＲ1の合成インダクタＬ97/94のインダクタンスを５０ｎＨにしたときは、図５の等価回路と全く同じになり、図６Ａおよび図６Ｂに示したものと同じバリコン容量−ブランチ電流特性が得られる。しかし、合成インダクタＬ97/94のインダクタンスを５０ｎＨから４０ｎＨに下げ、さらには３０ｎＨまで下げると、たとえば可変コンデンサ９６のバリコン容量Ｃ96に対する第４ブランチＢＲ4の電流ｉ4の特性についてみると、図９および図１０に示すように、共振が起きるときのバリコン容量の値つまり共振点が１５２ｐＦ→１９０ｐＦ→２７０ｐＦへと高容量側にシフトするとともに、共振領域ＲＥCがＲＥ50（１４２ｐＦ＜Ｃ96＜１６０ｐＦ）→ＲＥ40（１７５ｐＦ＜Ｃ96＜２１０ｐＦ）→ＲＥ30（２３０ｐＦ＜Ｃ96＜２９５ｐＦ）と大きく拡がる。
【００５８】
このことは、バリコン容量−内側電力比率（整合器６４より内側上部電極５６を通じてプラズマに投入される電力の比率）の特性においても、合成インダクタＬ97/94のインダクタンスを下げると共振領域が同様に拡がることを意味する。すなわち、図１１に示すように、合成インダクタＬ97/94のインダクタンスを５０ｎＨから３０ｎＨに下げると、バリコン容量−内側電力比率の特性は、共振領域が拡がって、共振点の付近で緩やか（ブロード）な特性になる。これにより、比較例においては可変コンデンサ９６のバリコン容量Ｃ96の可変範囲の中で実質的に使用禁止領域である共振領域を、この実施形態のプラズマ処理装置では安定に使えるようになる。
【００５９】
より詳細には、可変コンデンサ９６においては、ステップモータ１００の回転駆動によって回転運動するバリコン回転部の回転量を一定周波数のパルス光を用いる光学センサを通じて監視しており、たとえばバリコン回転部の１回転の回転量を８０パルスとしている。通常、バリコン回転部の回転ずれの許容量は±１パルスである。この場合、１パルスは４．５°の回転量に相当し、静電容量（キャパシタンス値）に換算して約０．３ｐＦであるから、バリコン容量の最大許容誤差は倍の約０．６ｐＦである。
【００６０】
ところが、インダクタＬ94'のインダクタンスが５０ｎＨである場合の比較例では、図１１に示すようにバリコン容量−内側電力比率の特性が共振点付近では非常に急峻であり、バリコン容量Ｃ96が０．６ｐＦずれると、内側電力比率が約２１％と大きくずれてしまい、実質的に制御不能になる。
【００６１】
これに対して、実施形態において合成インダクタＬ97/94のインダクタンスを３０ｎＨに下げた場合は、図１１に示すようにバリコン容量−内側電力比率の特性が共振点付近でブロードになり、バリコン容量Ｃ96が０．６ｐＦずれたときの内側電力比率の誤差は約７％に止まる。このため、共振領域の一部または多くの部分が、制御可能な領域として、つまりバリコン容量Ｃ96の可変範囲として使えるようになる。
【００６２】
上記のような第２上部給電棒９４に可変インダクタ９７を設けない比較例（等価回路においてインダクタＬ94'のインダクタンスが５０ｎＨである場合）と実施例（合成インダクタＬ97/94のインダクタンスを３０ｎＨにした場合）との違いは、図１２および図１３に示すようにバリコン容量−上部Ｖpp（高周波ＲＦHのピーク対ピーク値Ｖpp）特性において実験により確認することができた。ここで、バリコン容量−上部Ｖpp特性は、上記のように等価回路の計算によって求められるバリコン容量−内側電力比率の特性に大まかに対応する実プロセスにおいて測定可能な特性である。
【００６３】
なお、実プロセスにおいて上部Ｖppを測定するピーク値検出回路１０６（図１）は、通常は整合器６４の中に組み込まれており、整合器６４の出力端子から上部高周波給電部を介してプラズマを見込んだときの上部負荷インピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）も測定できるようになっている。このため、図１２および図１３には、バリコン容量−上部Ｖppの特性と併せて同じ実験で計測されたバリコン容量−負荷インピーダンス（上部Ｒ，上部Ｘ）の特性も示している。
【００６４】
この実験は、ＳiＯ2膜をマスクとするフォトレジスト膜のエッチングで行われた。主なプロセス条件として、エッチングガスにＯ2／Ａrの混合ガス（流量２０／２００sccm）を使用し、チャンバ１０内の圧力を１０mTorr、上部高周波電源７２の出力を５００Ｗ、下部高周波電源３０の出力を３００Ｗとした。
【００６５】
図１２に示すように、第２上部給電棒９４に可変インダクタ９７を設けない比較例（等価回路においてインダクタＬ94'のインダクタンスが５０ｎＨである場合）におけるバリコン容量−上部Ｖpp特性は、図１１に示す比較例のバリコン容量−内側電力比率の特性に良く似ており、共振点付近が非常に急峻である。
【００６６】
一方、図１３に示すように、実施例（合成インダクタＬ97/94のインダクタンスを３０ｎＨにした場合）のバリコン容量−上部Ｖpp特性は、図１１に示す実施例のバリコン容量−内側電力比率の特性に良く似ており、共振点付近が顕著にブロードになっている。
［可変インダクタの構成（実施例）］
【００６７】
図１４Ａおよび図１４Ｂに、上記実施形態における可変インダクタ９７の好適な構成例（実施例）を示す。この実施例では、第２上部給電棒９４が、可変コンデンサ９６を挟んで上部中心導電体９４Ａと下部中心導電体９４Ｂとに分割されている。
【００６８】
上部中心導電体９４Ａは、第１上部給電棒６６の延長としてこれと一体に形成されており、可変コンデンサ９６の上部端子（固定電極）に電気的に接続されている。整合器６４からの高周波電力を給電筒７０ひいては外側上部電極５４側に分配または分岐するためのコネクタ６８Ｍは、上部中心導電体９４Ａ上で軸方向に摺動可能に構成されるとともに、コンタクトバンド（図示せず）を有しており、変位可能範囲内の任意の位置で上部中心導電体９４Ａないし第１上部給電棒６６に電気的に良好に（つまり低い接触抵抗で）接続することができる。
【００６９】
下部中心導電体９４Ｂは、可変コンデンサ９６の下部端子（可動電極）に電気的に接続されるとともに、内側上部電極５６に直接の接触で電気的に接続されている。下部中心導電体９４Ｂは、中空の円筒体として構成されており、その内部にはステップモータ１００からの回転駆動力を可変コンデンサ９６の内部の可動電極駆動部１１６（図１５）に伝えるための伝動軸の一部（特に傘歯車１２８）  が収容されている。
【００７０】
給電筒７０の下部は、導電性の金属からなるベローズ１１０として構成されている。コネクタ６８Ｍの高さ位置に応じて、ベローズ１１０が上下方向で伸縮変形するようになっている。
【００７１】
可変インダクタ９７は、上部中心導電体９４Ａのコネクタ６８Ｍと可変コンデンサ９６との間の実質区間Ｄ97のインダクタンスを有し、コネクタ６８Ｍの高さ位置に応じてそのインダクタンスの値が変わるようになっている。すなわち、図１４Ａに示すように、コネクタ６８Ｍが上部中心導電体９４Ａ上で変位可能範囲内の最も高い位置に固定されるときは、区間Ｄ97のインダクタンスＬ97は最大の値になる。また、図１４Ｂに示すように、コネクタ６８Ｍが上部中心導電体９４Ａ上で変位可能範囲内の最も低い位置に固定されるときは、区間Ｄ97のインダクタンスは最小の値になる。
【００７２】
このように、上部中心導電体９４Ａ上でコネクタ６８Ｍの高さ位置を変えることにより、上部中心導電体９４Ａの実質区間Ｄ97のインダクタンスを最小値またはその近辺に調整することができる。これによって、可変インダクタ９７のインダクタンスと下部中心導電体９４Ｂのインダクタンスとを足し合わせた合成インダクタンス（第２上部給電棒９４全体のインダクタンス）を、比較例（図４）における第２上部給電棒９４'のインダクタンスの値（５０ｎＨ）よりも一段と低い値（３０ｎＨ以下）に下げることができる。
【００７３】
さらに、この構成例では、図１５に示すような可動電極１２０を縦（上下）方向で変位させる可変コンデンサ９６を第２上部給電棒９４と同軸に縦に配置し、上記のように中空円筒体の下部中心導電体９４Ｂの中に伝動機構を設けている。この構成には、次のような利点がある。すなわち、給電筒７０の内側には、ガス供給系の配管類だけでなく、内側上部電極５６に冷媒を供給するための配管類も設けられるため、高さ方向に一定のスペースを確保する必要がある。したがって、可変コンデンサ９６を縦（長手方向）に配置することで、そのぶん第２上部給電棒９４（特に、下部中心導電体９４Ｂ）を短くすることができる。また、第２上部給電棒９４（特に、下部中心導電体９４Ｂ）を可及的に太くすることも、そのインダクタンスを低くするうえで好ましい。
【００７４】
図１５において、可変コンデンサ９６は、真空バリコンとして構成されており、真空封止されたハウジング１１２内に固定して配置されている同心円状の複数の円筒体からなる固定電極１１４と、径方向で固定電極１１４と対向しつつ可動電極駆動部１１６の直進駆動により支持軸１１８を介して軸方向（上下方向）に移動できるようになされた同心円状の複数の円筒体からなる可動電極１２０とを有している。固定電極１１４は、棒状または板状の接続導体１１５を介して上部中心導電体９４Ａ（図１４Ａ，図１４Ｂ）に電気的に接続される。可動電極１２０は、導電性のベローズ１２２および棒状または板状の接続導体１２４を介して下部中心導電体９４Ｂ（図１４Ａ，図１４Ｂ）に電気的に接続される。
【００７５】
可動電極駆動部１１６は、下部中心導電体（中空円筒体）９４Ｂの中で内側上部電極５６まで垂直下方に延びている垂直回転軸１２６と、下部中心導電体９４Ｂの中に収容されている傘歯車１２８と、下部中心導電体９４Ｂの中と外の間で水平に延びている水平回転軸１０１とを介してステップモータ１００に結合されている。垂直回転軸１２６は、内側上部電極５６に設けられている軸受（図示せず）に回転可能に支持されている。ステップモータ１００は、給電筒７０の外に、あるいは円筒状接地導体１０ａ（図１）の外に配置されてもよい。
【００７６】
可動電極駆動部１１６は、回転駆動力を直進駆動力に変換する機構（たとえばボールネジ機構）を有している。主制御部９８は、ステップモータ１００の回転量を制御することによって、伝動機構（１０１，１２８，１２６）および可動電極駆動部１１６を通じて可動電極１２０を軸方向（上下方向）で所望の位置に変位させ、可変コンデンサ９６のキャパシタンスを可変に制御することができる。
［他の実施形態または変形例］
【００７７】
上述した実施形態においては、可変インダクタ９７がそのインダクタンスを連続的に可変できるようになっていた。しかし、少なくとも２つの異なるインダクタンス値の間で切り替えできるように、可変インダクタ９７を構成することも可能である。もっとも、その場合でも、可変インダクタ９７を第２上部給電棒９４の一部に置き換えた場合つまり比較例（図４）で得られるインダクタンス（５０ｎＨ）よりも低いインダクタンス（好ましくは３０ｎＨ以下）に切り換えられるようにする必要はある。
【００７８】
図１６に、別の実施形態における上部高周波給電部の構成を示す。この実施形態では、第２上部給電棒９４上に可変コンデンサ９６を設けるものの、可変インダクタ（９７）は設けない。その代わり、第２上部給電棒９４を著しく短くしており、上述した実施形態の図１４Ｂの状態に対応する固定の構造および固定値のインダクタンスを有している。第２上部給電棒９４のインダクタンス（固定値）は、第２上部給電棒９４が短いほど、かつ太いほど低くなる。第２上部給電棒９４のインダクタンスを上述したような低い値（３０ｎＨ以下）に下げるには、少なくとも第２上部給電棒９４が縦型の可変コンデンサ９６よりも短くすることが好ましい。さらに、第２上部給電棒９４の直径がその長さと同じぐらいか、それよりも大きいことがより好ましい。
【００７９】
本発明の容量結合型プラズマ処理装置は、上記実施形態のようなプラズマエッチング装置に限定されず、プラズマＣＶＤ、プラズマＡＬＤ、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなど任意のプラズマプロセスを行う容量結合型プラズマ処理装置に適用可能である。本発明における被処理体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、有機ＥＬ、太陽電池用の各種基板や、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】
【００８０】
１０    チャンバ
１２    サセプタ（下部電極）
３０    （イオン引き込み用）下部高周波電源
６８，６８Ｍ    コネクタ
５２    上部電極
５４    外側上部電極
５６    内側上部電極
５８    誘電体
６６    第１上部給電棒
７０    給電筒（筒状導電部材）
７２    （プラズマ生成用）上部高周波電源
９４    第２上部給電棒（中心棒状導電部材）
９４Ａ    上部中心導電体
９４Ｂ    下部中心導電体
９６    可変コンデンサ
９７    可変インダクタ
９８    主制御部
１００    ステップモータ
１１０    ベローズ  
【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８】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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