JP5911032B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

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

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

一般に、誘導結合型のプラズマ処理装置は、処理容器の壁部の少なくとも一部（たとえば天井）を誘電体の窓で構成し、その誘電体窓の外に設けたコイル状の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、ドーナツ状にプラズマが生成される。

チャンバ内に大きな処理空間が設けられることによって、上記ドーナツ状のプラズマは効率よく四方（特に半径方向）に拡散し、基板上ではプラズマの密度がかなり均される。しかしながら、通常のＲＦアンテナを用いるだけでは、基板上に得られるプラズマ密度の均一性は大抵のプラズマプロセスにおいて不十分である。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。

その中で、単一のＲＦアンテナを使用し、このＲＦアンテナの近くに受動アンテナを配置する技法（特許文献１）が知られている。この受動アンテナは、高周波電源から高周波電力の供給を受けない独立したコイルとして構成され、ＲＦアンテナ（誘導性アンテナ）の発生する磁界に対して、受動アンテナのループ内の磁界強度を減少させると同時に受動アンテナのループ外近傍の磁界強度を増加させるように振る舞う。それによって、チャンバ内のプラズマ発生領域中のＲＦ電磁界の半径方向分布が変更されるようになっている。

特表２００５−５３４１５０

しかしながら、上記特許文献１の従来技術は、受動アンテナの存在によってＲＦアンテナ（誘導性アンテナ）の発生する磁界に影響を与え、それによってチャンバ内のプラズマ発生領域中のＲＦ電磁界の半径方向分布を変更できることを教示しているが、受動アンテナの作用に関する考察・検証が不十分であり、受動アンテナを用いてプラズマ密度分布を自在かつ高精度に制御するための具体的な装置構成をイメージできてない。

今日のプラズマプロセスは、基板の大面積化とデバイスの微細化に伴って、より低圧で高密度かつ大口径のプラズマを必要としており、基板上のプロセスの均一性は以前にも増して困難な課題になっている。

この点、誘導結合型のプラズマ処理装置は、ＲＦアンテナに近接する誘電体窓の内側でプラズマをドーナツ状に生成し、このドーナツ状のプラズマを基板に向けて四方に拡散させるようにしているが、チャンバ内の圧力によってプラズマの拡散する形態が変化し、基板上のプラズマ密度分布が変わりやすい。さらには、ＲＦアンテナに供給される高周波のパワーやチャンバ内に導入される処理ガスの流量等に応じてドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布が変わることもある。したがって、プロセスレシピでプロセス条件が変更されても、基板上のプラズマプロセスの均一性を保てるように、ＲＦアンテナ（誘導性アンテナ）の発生する磁界に補正をかけることができなければ、今日のプラズマ処理装置に要求される多様かつ高度なプロセス性能を適えることはできない。

本発明は、上記のような従来技術に鑑みてなされたものであって、高周波電源からのプラズマ生成用の高周波電流が流れるＲＦアンテナや高周波給電系統に特別な細工を必要とせずに、電気的にフローティング状態に置かれるコイルを用いてプラズマ密度分布を自在かつ精細に制御することができる誘導結合型のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供する。

本発明における誘導結合型のプラズマ処理装置は、天井に誘電体窓を有する処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、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、処理ガスの高周波放電に適した一定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、電気的にフローティング状態に置かれ、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で、前記ＲＦアンテナよりも高い位置に配置されるフローティングコイルと、前記フローティングコイルのループ内に設けられるコンデンサとを有し、前記コンデンサは可変コンデンサであり、前記コンデンサの静電容量に応じて、前記フローティングコイル内に流れる誘導電流の向きまたは電流値が変化すると、前記処理容器内に生成されるドーナツ状プラズマにおいて前記フローティングコイルの直下付近のプラズマ密度が前記処理容器の径方向で広範囲に変化し、前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが同じであって、前記フローティングコイルの導体と重なる位置とその周辺部でプラズマ密度がなだらかになる第１のモードと、前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが同じであって、または前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが逆であって、前記フローティングコイルの導体と重なる位置でその周辺部よりもプラズマ密度が局所的に高くなる第２のモードと、前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが逆であって、前記フローティングコイルの導体と重なる位置でその周辺部よりもプラズマ密度が局所的に低くなる第３のモードとを有する。

本発明における誘導結合型のプラズマ処理方法は、誘電体窓を有する処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、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、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部とを有するプラズマ処理装置において前記被処理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、電気的にフローティング状態に置かれ、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能でループ内に可変のコンデンサを設けたフローティングコイルを前記ＲＦアンテナより高い位置に配置し、前記コンデンサの静電容量を可変に制御して、前記フローティングコイル内に流れる誘導電流の向きまたは電流値を制御し、前記処理容器内に生成されるドーナツ状プラズマにおいて前記フローティングコイルの直下付近のプラズマ密度を前記処理容器の径方向で広範囲に変化させ、前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが同じであって、前記フローティングコイルの導体と重なる位置とその周辺部でプラズマ密度がなだらかになる第１のモードと、前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが同じであって、または前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが逆であって、前記フローティングコイルの導体と重なる位置でその周辺部よりもプラズマ密度が局所的に高くなる第２のモードと、前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが逆であって、前記フローティングコイルの導体と重なる位置でその周辺部よりもプラズマ密度が局所的に低くなる第３のモードとを有し、前記第１、第２および第３のモードのいずれかを適宜選択することで、前記被処理基板上のプラズマ密度分布を制御する。

上記第１の観点によるプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法においては、高周波給電部よりＲＦアンテナに高周波電力を供給すると、ＲＦアンテナを流れる高周波電流によってアンテナ導体の周りにＲＦ磁界が発生し、処理容器内に処理ガスの高周波放電に供する誘導電界が生成される。これと同時に、ＲＦアンテナとフローティングコイルとの間の電磁誘導によってフローティングコイル内に誘導起電力が発生して誘導電流が流れる。このフローティングコイル内で流れる誘導電流も、処理容器内のプラズマ生成空間に誘導電界を形成して、処理ガスの高周波放電または誘導結合プラズマの生成に消極（マイナス）的もしくは積極（プラス）的に関与する。

処理容器内で誘導結合により生成されるコアなプラズマ（ドーナツ状プラズマ）の密度分布に与えるフローティングコイルの作用は、ＲＦアンテナとフローティングコイルとの相対的な位置関係に依存するだけでなく、フローティングコイル内に流れる電流の大きさや向きによっても大きく変わる。

フローティングコイル内で流れる電流の電流値および位相（向き）は、フローティングコイルのループ内に発生する誘導起電力とループ内のインピーダンスとに依存する。このプラズマ処理装置では、フローティングコイルのループ内に設けられる可変コンデンサの静電容量を可変に制御して、フローティングコイル内に流れる誘導電流の向きまたは電流値を制御し、処理容器内に生成されるドーナツ状プラズマにおいてフローティングコイルの直下付近でプラズマ密度を広範囲に変化させる。すなわち、フローティングコイルに流れる電流の向きとＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが同じであって、フローティングコイルの導体と重なる位置とその周辺部でプラズマ密度がなだらかになる第１のモードと、フローティングコイルに流れる電流の向きとＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが同じであって、またはフローティングコイルに流れる電流の向きとＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが逆であって、フローティングコイルの導体と重なる位置でその周辺部よりもプラズマ密度が局所的に高くなる第２のモードと、フローティングコイルに流れる電流の向きとＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが逆であって、フローティングコイルの導体と重なる位置でその周辺部よりもプラズマ密度が局所的に低くなる第３のモードのいずれかを適宜選択することで、被処理基板上のプラズマ密度分布を制御する。これによって、基板保持部上の基板の近傍でプラズマ密度分布を任意かつ精細に制御することが可能であり、プラズマプロセスの均一性の向上も容易に達成できる。

本発明のプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法によれば、上記のような構成および作用により、高周波電源からのプラズマ生成用の高周波電流が流れるＲＦアンテナや高周波給電系統に特別な細工を必要とせずに、電気的にフローティング状態に置かれるコイルを用いてプラズマ密度分布を自在かつ精細に制御することができる。

本発明の第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縦断面図である。 第１の実施形態におけるフローティングコイルの基本構成およびＲＦアンテナとの配置関係とを模式的に示す斜視図である。 第１の実施形態においてフローティングコイルの容量に依存して変化する電流特性およびＶ_pp特性（電磁界シミュレーションの結果）を示す図である。 電磁界シミュレーションから求めた図３の代表的な容量ポジションにおける半径方向の誘導結合プラズマ中の電流密度分布を示す図である。 フローティングコイル内の可変コンデンサの静電容量を可変したときの作用を説明するためのモデル（基本構成）を示す図である。 フローティングコイル内の可変コンデンサの静電容量を可変したときにアンテナ電流と誘導電流の比が変化する特性を示す図である。 図５のモデルの一変形例を示す図である。 図５または図７のモデルにおいて相互インダクタンスと角周波数との積がフローティングコイルの半径に依存する特性を示す図である。 本発明の第２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縦断面図である。 図９の誘導結合型プラズマ処理装置におけるＲＦアンテナおよびフローティングコイルのレイアウト構成を示す斜視図である。 第２の実施形態において好適なＲＦアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトおよび電気的接続構成を示す図である。 第２の実施形態において好適なＲＦアンテナおよびフローティングコイルのレイアウトおよび電気的接続構成を示す図である。 第２の実施形態において実験で得られた各コイル電流のデータを示す図である。 第２の実施形態において実験で得られた径方向の電子密度分布（プラズマ密度分布に相当）のデータを示す図である。 フローティングコイルをＲＦアンテナの内側コイルの径方向内側に配置する構成例を示す図である。 フローティングコイルをＲＦアンテナの外側コイルの径方向外側に配置する構成例を示す図である。 内側フローティングコイルおよび外側フローティングコイルをＲＦアンテナの径方向両側に配置する構成例を示す図である。 内側フローティングコイルおよび外側フローティングコイルの双方をＲＦアンテナの径方向内側に配置する構成例を示す図である。 内側フローティングコイルおよび外側フローティングコイルの双方をＲＦアンテナの径方向外側に配置する構成例を示す図である。 内側フローティングコイルをＲＦアンテナの内側コイルと外側コイルの中間に配置し、外側フローティングコイルを外側コイルの外側に配置する構成例を示す図である。 フローティングコイルを複巻きにする構成例を示す図である。 フローティングコイルを周回方向で複数のコイルセグメントに分割する構成例を示す図である。 ＲＦアンテナの各コイルおよびフローティングコイルが空間的かつ電気的に並列な関係にある一対のスパイラルコイルからなる構成例を示す図である。 フローティングコイルが径方向においてＲＦアンテナを挟むようにその両側に跨って配置される構成例を示す図である。 ＲＦアンテナの真上および同一平面上にそれぞれ配置され、電気的に直列に接続される上部コイルセグメントおよび下部コイルセグメントによりフローティングコイルが構成される例を示す図である。 ＲＦアンテナおよびフローティングコイルをそれぞれ四角形の形状にする構成例を示す図である。 ＲＦアンテナおよびフローティングコイルをそれぞれ扇型の形状にする構成例を示す図である。 ＲＦアンテナおよびフローティングコイルがチャンバの縦方向にオフセットしてチャンバ側壁の周囲に配置される構成例を示す図である。 ＲＦアンテナがチャンバの側壁の周囲に配置され、フローティングコイルがチャンバの天板の上に配置される構成を示す図である。 ＲＦアンテナおよびフローティングコイルがチャンバのドーム状天板の上に載って配置される構成例を示す図である。 フローティングコイルのループ内に固定コンデンサを設ける実施例を示す図である。 一実施例によるフローティングコイルの構成を示す斜視図である。 一実施例によるフローティングコイルの構成を示す斜視図である。 図２６Ａのフローティングコイルにおける切れ目の構成を示す平面図である。 図２６Ｂの切れ目構造の一変形例を示す部分拡大平面図である。 一実施例によるフローティングコイルの構成を示す図である。 フローティングコイルにおけるコイル導体の断面形状を示す断面図である。 一実施例によるフローティングコイルの構成を示す斜視図である。 図２８のフローティングコイルの一変形例を示す斜視図である。 フローティングコイルに固定コンデンサを一体に作り込む一実施例を示す斜視図である。 図３０の実施例の一変形例を示す斜視図である。 フローティングコイルに固定コンデンサを一体に作り込む別の実施例を示す一部断面正面図である。 フローティングコイルに可変コンデンサを一体に作り込む一実施例を示す一部断面正面図である。 コンデンサと直列接続および／または並列接続でスイッチを設ける構成を示す等価回路図である。 図３３の実施例の作用を説明するための要部の断面図である。 フローティングコイルに可変コンデンサを一体に作り込む別の実施例を示す斜視図である。 図３６Ａの可変コンデンサの要部を示す一部断面斜視図である。 フローティングコイル内の可変コンデンサの静電容量を可変するための一実施例を示す斜視図である。 図３６Ａの可変コンデンサの要部を示す一部断面斜視図である。 図３７Ａの可変コンデンサに用いる誘電体の温度−誘電率特性を示す図である。 フローティングコイル内の可変コンデンサの静電容量を可変するための別の実施例を示す斜視図である。 一実施例におけるフローティングコイルの巻線構造を示す平面図である。 別の実施例におけるフローティングコイルの巻線構造を示す平面図である。 別の実施例におけるフローティングコイルの巻線構造を示す平面図である。 別の実施例によるフローティングコイルの巻線構造を示す平面図である。 別の実施例によるフローティングコイルの巻線構造を示す平面図である。 フローティングコイルのループ内にコンデンサおよびスイッチを設ける構成例を示す図である。 フローティングコイルを空冷放式で冷却する実施例を示す図である。 フローティングコイルを冷媒を介して冷却する実施例を示す図である。 フローティングコイルの二次的機能に係る一実施例の装置構成を示す斜視図である。 スパイラルコイル状のＲＦアンテナの一例を示す斜視図である。 同心円コイル状のＲＦアンテナの一例を示す斜視図である。

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

［実施形態１］

図１〜図４につき、本発明の第１の実施形態を説明する。

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有底円筒型真空チャンバ（処理容器）１０を有している。チャンバ１０は保安接地されている。

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

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

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

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

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

サセプタ１２の内部には、たとえば円周方向に延びる環状の冷媒室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の処理温度を制御できる。これと関連して、伝熱ガス供給部（図示せず）からの伝熱ガスたとえばＨeガスが、ガス供給管５０を介して静電チャック３６の上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給される。また、半導体ウエハＷのローディング／アンローディングのためにサセプタ１２を垂直方向に貫通して上下移動可能なリフトピンおよびその昇降機構（図示せず）等も設けられている。

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

チャンバ１０の天井または天板はサセプタ１２から比較的大きな距離間隔を隔てて設けられており、この天板としてたとえば石英板からなる円形の誘電体窓５２が気密に取り付けられている。この誘電体窓５２の上にはアンテナ室１５がチャンバ１０と一体に設けられており、このアンテナ室１５内で通常はチャンバ１０またはサセプタ１２と同軸にコイル状のＲＦアンテナ５４が水平に配置される。このＲＦアンテナ５４は、好ましくは、たとえばスパイラルコイル（図４６Ａ）または各一周内で半径一定の同心円（円環状）コイル（図４６Ｂ）の形体を有しており、絶縁体からなるアンテナ固定部材（図示せず）によって誘電体窓５２の上に固定されている。なお、図４６Ｂに示す円環状コイルは複巻きであるが、単巻き（１ターン）であってもよい。

ＲＦアンテナ５４の一端には、プラズマ生成用の高周波電源５６の出力端子が整合器５８および高周波給電導体６０を介して電気的に接続されている。ＲＦアンテナ５４の他端は、アース線５５を介して電気的にグランド電位に接続されている。

高周波電源５６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ＲＦ_Hを所望のパワーで出力できるようになっている。整合器５８は、高周波電源５６側のインピーダンスと負荷（主にＲＦアンテナ、プラズマ、フローティングコイル）側のインピーダンスとの間で整合をとるためのリアクタンス可変の整合回路を収容している。

チャンバ１０内の処理空間に処理ガスを供給するための処理ガス供給部は、誘電体窓５２より幾らか低い位置でチャンバ１０の側壁の内部（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６２と、円周方向に等間隔でバッファ部６２からプラズマ生成空間に臨む多数の側壁ガス吐出孔６４と、処理ガス供給源６６からバッファ部６２まで延びるガス供給管６８とを有している。処理ガス供給源６６は、流量制御器および開閉弁（図示せず）を含んでいる。

この誘導結合型プラズマエッチング装置は、チャンバ１０内の処理空間に生成される誘導結合プラズマの密度分布を径方向で可変制御するために、チャンバ１０の天井壁（天板）の上に設けられた大気圧空間のアンテナ室１５内に、ＲＦアンテナ５４と電磁誘導により結合可能な可変コンデンサ付きのフローティングコイル７０と、このフローティングコイル７０の静電容量（より正確には可変コンデンサの静電容量）を可変制御するための容量可変機構７２とを備えている。フローティングコイル７０および容量可変機構７２の詳細な構成および作用は後に説明する。

主制御部７５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３０，５６、整合器３２，５８、静電チャック用のスイッチ４２、処理ガス供給源６６、容量可変機構７２、チラーユニット（図示せず）、伝熱ガス供給部（図示せず）等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）を制御する。

この誘導結合型プラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブ２８を開状態にして加工対象の半導体ウエハＷをチャンバ１０内に搬入して、静電チャック３６の上に載置する。そして、ゲートバルブ２８を閉めてから、処理ガス供給源６６よりガス供給管６８、バッファ部６２および側壁ガス吐出孔６４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調整する。さらに、高周波電源５６をオンにしてプラズマ生成用の高周波ＲＦ_Hを所望のＲＦパワーで出力させ、整合器５８，給電導体６０を介してＲＦアンテナ５４に高周波ＲＦ_Hの電流を供給する。一方、高周波電源３０をオンにしてイオン引き込み制御用の高周波ＲＦ_Lを所望のＲＦパワーで出力させ、この高周波ＲＦ_Lを整合器３２および給電棒３４を介してサセプタ１２に印加する。また、伝熱ガス供給部より静電チャック３６と半導体ウエハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈeガス）を供給するとともに、スイッチ４２をオンにして静電チャック３６の静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。

側壁ガス吐出孔６４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を流れる高周波ＲＦ_Hの電流によって、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ＲＦ磁界がＲＦアンテナ５４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の方位角方向にＲＦ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、ドーナツ状にプラズマが生成される。このドーナツ状プラズマのラジカルやイオンは広い処理空間で四方に拡散し、ラジカルは等方的に降り注ぐようにして、イオンは直流バイアスに引っぱられるようにして、半導体ウエハＷの上面（被処理面）に供給される。こうしてウエハＷの被処理面にプラズマの活性種が化学反応と物理反応をもたらし、被加工膜が所望のパターンにエッチングされる。

この誘導結合型プラズマエッチング装置は、上記のようにＲＦアンテナ５４に近接する誘電体窓５２の下で誘導結合のプラズマをドーナツ状に生成し、このドーナツ状のプラズマを広い処理空間内で分散させて、サセプタ１２近傍（つまり半導体ウエハＷ上）でプラズマの密度を平均化するようにしている。ここで、ドーナツ状プラズマのプラズマ密度は、誘導電界の強度に依存し、ひいてはＲＦアンテナ５４に供給される高周波ＲＦ_Hのパワー（より正確にはＲＦアンテナ５４を流れる電流）の大きさに依存する。すなわち、高周波ＲＦ_Hのパワーを高くするほど、ドーナツ状プラズマの密度が高くなり、プラズマの拡散を通じてサセプタ１２近傍でのプラズマの密度は全体的に高くなる。一方で、ドーナツ状プラズマが四方（特に径方向）に拡散する形態はチャンバ１０内の圧力に依存し、圧力を低くするほど、チャンバ１０の中心部にプラズマが多く集まって、サセプタ１２近傍のプラズマ密度分布が中心部で盛り上がる傾向がある。また、ＲＦアンテナ５４に供給される高周波ＲＦ_Hのパワーやチャンバ１０内に導入される処理ガスの流量等に応じてドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布が変わることもある。

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

このプラズマエッチング装置では、サセプタ１２近傍のプラズマ密度分布を径方向で任意に制御するために、ＲＦアンテナ５４の発生するＲＦ磁界に対して可変コンデンサ付きのフローティングコイル７０により電磁界的な補正をかけるとともに、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７２によりフローティングコイル７０の静電容量を可変するようにしている。

以下、このプラズマエッチング装置における主要な特徴部分であるフローティングコイル７０および容量可変機構７２の構成および作用を説明する。

図２に、フローティングコイル７０の基本構成およびＲＦアンテナ５４との配置関係を示す。図示のように、基本的な配置関係として、フローティングコイル７０は、電気的にフローティング状態に置かれる。ここで、本発明における電気的なフローティング状態とは、電源およびグランド（接地電位）のいずれからも電気的に浮遊または分離している状態であり、周囲の導体とは電荷または電流のやりとりが全然または殆どなく、専ら電磁誘導により当該物体で電流が流れ得る状態をいう。

また、フローティングコイル７０は、基本的な構造として、両端が切れ目（ギャップ）Ｇを挟んで開放した単巻コイル（または複巻コイル）からなり、その切れ目Ｇに可変コンデンサ７４を設けている。

可変コンデンサ７４は、後述するように、たとえばバリコンまたはバリキャップのような市販の汎用タイプでもよく、あるいはフローティングコイル７０に一体に作り込まれる特注品または一品製作品でもよい。

フローティングコイル７０は、好ましくは、ＲＦアンテナ５４に対して同軸に配置され、径方向においてコイル導体がＲＦアンテナ５４の内周と外周との間（たとえばちょうど中間辺り）に位置するようなコイル径を有する。方位角方向におけるフローティングコイル７０の配置の向きは、たとえば図示のように、可変コンデンサ７４の位置（つまり切れ目Ｇの位置）がＲＦアンテナ５４のＲＦ入出力用の切れ目の位置と重なっている。フローティングコイル７０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。

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（たとえばコイルまたはアンテナ）間でそれぞれの中心軸線が互いに重なっている位置関係であり、複数のコイルまたはアンテナ間においてはそれぞれのコイル面またはアンテナ面が軸方向または縦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。

容量可変機構７２は、フローティングコイル７０のループ内に設けられている上記可変コンデンサ７４と、この可変コンデンサ７４の静電容量を典型的にはメカニカル的な駆動機構または電気的な駆動回路により可変制御する容量制御部７６とで構成される。

容量制御部７６は、可変コンデンサ７４の静電容量に関して、主制御部７５より容量設定値または容量設定値の基になるレシピ情報あるいはプロセスパラメータ等を制御信号Ｓ_Cを通じて受け取る。さらに、容量制御部７６は、コイル容量可変制御用のモニタ信号またはフィードバック信号として、Ｖ_PP検出器７８（図１）からはＲＦアンテナ５４に入力される直前の高周波電圧の波高値Ｖ_PPを表す信号ＳＶ_PPを受け取り、コイル電流測定器８０からはフローティングコイル７０を流れる誘導電流Ｉ_INDの電流値（実効値）を表す信号ＳＩ_INDを受け取る。Ｖ_PP検出器７８は、整合器５８の出力電圧の波高値Ｖ_PPを測定するために整合器５８に常備されているものを利用することができる。

ここで、フローティングコイル７０および容量可変機構７２の作用を説明する。本発明者は、この実施形態の誘導結合形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。

すなわち、フローティングコイル７０の静電容量（具体的には可変コンデンサ７４の静電容量）をパラメータとして１００ｐＦ〜１４００ｐＦの範囲で可変し、ＲＦアンテナ５４に所定のパワーで高周波ＲＦ_Hを印加したときにＲＦアンテナ５４を流れるアンテナ電流（ＲＦ電流）Ｉ_RFとフローティングコイル７０を流れるコイル電流（誘導電流）Ｉ_INDとの比Ｉ_IND／Ｉ_RFを算出するとともに、ＲＦアンテナ５４に入力される直前の高周波電圧の波高値Ｖ_PPを算出した。そして、フローティングコイル７０の静電容量を横軸にとり、電流比（Ｉ_IND／Ｉ_RF）および電圧波高値Ｖ_PPを縦軸にとって、算出値をプロットしたところ、図３に示すような特性が得られた。

この電磁界シミュレーションでは、ＲＦアンテナ５４の外径（半径）を２５０ｍｍに設定し、フローティングコイル７０の内径（半径）および外径（半径）をそれぞれ１００ｍｍおよび１３０ｍｍに設定し、ＲＦアンテナ５４とフローティングコイル７０の距離間隔を５ｍｍに設定した。また、ＲＦアンテナ５４の下方のチャンバ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を図２に示すような円盤形状の抵抗体８５で模擬し、この抵抗体８５の直径を５００ｍｍ、抵抗率を１００Ωcm、表皮厚さを１０ｍｍに設定した。プラズマ生成用高周波ＲＦ_Hの周波数は１３．５６ＭＨｚとし、入力部負荷インピーダンスから１０００Ｗ相当の入力があった場合を想定して電圧波高値Ｖ_PPを算出した。

図３に示すように、コイル電流Ｉ_INDとアンテナ電流Ｉ_RFの比Ｉ_IND／Ｉ_RFは、横軸上（コイル容量の可変範囲内）で中間部が上に突き出るようなプロファイルを示し、コイル容量の最小値（１００ｐＦ）から中間の５００ｐＦ付近までの区間では単調に増加して、５００ｐＦ付近で極大値（約８００％）に達し、その先の区間では単調減少し、約１０％以下〜約８００％の範囲で変化する。

なお、図示省略しているが、コイル容量を１４００ｐＦよりもさらに大きくしていくと、電流比Ｉ_IND／Ｉ_RFは約６０％で落ち着いてそれよりも下がらなくなる。つまり、可変コンデンサ７４を短絡したときは、フローティングコイル７０にはアンテナ電流Ｉ_RFに比して約６０％のコイル電流Ｉ_INDが流れる。

一方、ＲＦ電圧波高値Ｖ_PPは、横軸上（コイル容量の可変範囲内）で中間部がすり鉢状に沈むようなプロファイルを示し、コイル容量の最小値（１００ｐＦ）から中間の７３０ｐＦ付近までの区間では単調に減少して、７３０ｐＦ付近で極小値（約３５０ボルト）に達し、その先の区間では単調増加し、約３５０ボルト〜約１８００ボルトの範囲で変化する。

この電磁界シミュレーションにおいて、さらに図３のＡ（コイル容量最小）、Ｂ（コイル電流極大）、Ｃ（Ｖ_PP極小）、Ｄ（コイル容量最大）の代表的な各容量ポジションについて、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）を求めたところ、図４に示すようなプロファイルが得られた。

Ａ（コイル容量最小）の容量ポジションでは、フローティングコイル７０にコイル電流Ｉ_INDが殆ど流れない状態、つまりフローティングコイル７０が無いときに近い状態になる。このＡの容量ポジションで得られる径方向の電流密度（プラズマ密度）分布は、図４の（Ａ）に示すように、ドーナツ状プラズマの中心位置（r=0mm）および外周エッジ位置（r=250mm）でそれぞれ零であり、中間部（r=120〜160mm）で約１００Ａ／ｍ²の高さまでなだらかに盛り上がるようなプロファイルを示す。

Ｂ（コイル電流極大）の容量ポジションでは、フローティングコイル７０に略直列共振に近い状態の下でコイル電流Ｉ_INDが流れる。ここで、フローティングコイル７０の等価的な負荷または受動回路は、コイル７０のループ（電流路）に含まれる抵抗、インダクタンスおよび容量の直列回路で与えられる。フローティングコイル７０の抵抗は、そのコイル導体の材質（抵抗率）、断面積および長さで決まる。フローティングコイル７０のインダクタンスは、コイル７０自体の構造で決まる自己インダクタンスだけでなく、コイル７０とＲＦアンテナ５４との間の相互インダクタンスおよびコイル７０とプラズマとの間の相互インダクタンスをも含む。フローティングコイル７０のインピーダンスは、これらのインダクタンスに加えて可変コンデンサ７４の静電容量で規定される。

このＢの容量ポジションで得られる径方向の電流密度（プラズマ密度）分布は、図４の（Ｂ）に示すように、フローティングコイル７０のコイル導体と重なる位置（r=100〜120mm）付近で２００Ａ／ｍ²を超える高さまで局所的に高く盛り上がり、それより径方向の内側および外側の位置ではＡの容量ポジションのときよりもむしろ幾らか低くなるようなプロファイルになる。

このように、フローティングコイル７０内の受動回路が直列共振状態になると、非常に大きなコイル電流Ｉ_NDがフローティングコイル７０を流れ、フローティングコイル７０のコイル導体と重なる位置でドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度が局所的に著しく高く（フローティングコイル７０が無いときの２倍以上にも）なる。

Ｃ（Ｖ_PP極小）の容量ポジションでは、ＲＦアンテナ５４に入力される直前のＲＦ電圧の波高値Ｖ_PPが極小になる。このＣの容量ポジションにおける径方向の電流密度（プラズマ密度）分布は図４の（Ｃ）に示すようなプロファイルを示し、Ｂの容量ポジションを選択した場合のプロファイルに比して、フローティングコイル７０のコイル導体と重なる位置（r=100〜120mm）付近での局所的な盛り上がりが幾らか弱まる一方で、それより径方向の内側および外側の位置では幾らか高くなる。

Ｄ（コイル容量最大）の容量ポジションでは、フローティングコイル７０が可変コンデンサ７４を外して短絡している状態に近い状態になる。このＤの容量ポジションで得られる径方向の電流密度（プラズマ密度）分布は、図４の（Ｄ）に示すように、Ａの容量ポジションを選択した場合のプロファイルに比して、フローティングコイル７０のコイル導体と重なる位置（r=100〜120mm）付近で局所的に大きく落ち込み、代わりに周辺部（r=160〜230mm）で１００Ａ／ｍ²を超える高さまで盛り上がるようなプロファイルを示す。

図示省略するが、ドーナツ状プラズマ内の半径方向の電流密度分布は、フローティングコイル７０に設けられる可変コンデンサ７４の静電容量の値に応じて連続的に変化すること、つまり、Ａの容量ポジションからＢの容量ポジションまでの区間では図４の（Ａ）のプロファイルと図４の（Ｂ）のプロファイルとの間で連続的に変化し、Ｃの容量ポジションからＤの容量ポジションまでの区間では図４の（Ｃ）のプロファイルと図４の（Ｄ）のプロファイルとの間で連続的に変化することが理解されよう。

したがって、Ａの容量ポジションからＢの容量ポジションまでの区間では、可変コンデンサ７４の静電容量を大きくするほど、フローティングコイル７０のコイル導体と重なる位置（r=100〜120mm）付近、つまりフローティングコイル７０の直下位置付近でドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度が高く盛り上がることが容易に推定できる。また、Ｃの容量ポジションからＤの容量ポジションまでの区間では、可変コンデンサ７４の静電容量を大きくするほど、フローティングコイル７０の直下位置付近でドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度が低下ないし落ち込むことが容易に推定できる。

また、図３に示すようにコイル容量に依存して変化するコイル電流／アンテナ電流の比Ｉ_IND／Ｉ_RFの特性とＲＦ電圧波高値Ｖ_PPの特性とは互いに上下対称的であり、Ｂ（コイル電流極大）の容量ポジションとＣ（Ｖ_pp極小）の容量ポジションとは図４の電流密度（プラズマ密度）分布の類似性からも容量ポジション的には近いとみることも可能である。したがって、Ｂ，Ｃの両容量ポジションを一本化して１つのモードとし、これにＡの容量ポジションのモードとＤの容量ポジションのモードとを加えた３つを代表的選択モードとすることも可能である。

このように、この実施形態においては、フローティングコイル７０の静電容量（具体的には可変コンデンサ７４の静電容量）を可変することにより、チャンバ１０内の処理空間に生成されるドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布を径方向で多様かつ自在に制御することが可能であり、ひいてはドーナツ状プラズマが処理空間で四方（特に径方向）に拡散する結果として得られるサセプタ１２近傍のプラズマ密度分布を径方向で多様かつ自在に制御することが可能である。したがって、サセプタ１２近傍のプラズマ密度分布を径方向で均一化することも容易である。

この実施形態では、上記のような電磁界シミュレーションで得られた検証結果に基づいて、図１に示すように、フローティングコイル７０を流れるコイル電流（誘導電流）Ｉ_INDの電流値をコイル電流測定器８０で測定し、あるいはＲＦアンテナ５４に入力される直前の高周波電圧の波高値Ｖ_PPをＶ_PP検出器７８で測定し、それらの測定値ＳＩ_IND，ＳＶ_PPを容量制御部７６に与えるようにしている。さらには、図２に示すように、ＲＦアンテナ５４を流れるアンテナ電流（ＲＦ電流）Ｉ_RFの電流値（実効値）をＲＦ電流計８６で測定し、その測定値ＳＩ_RFを容量制御部７６に与えてもよい。コイル電流測定器８０は、一例として、電流センサ８２と、この電流センサ８２の出力信号に基づいてコイル電流Ｉ_INDの電流値（実効値）を演算するコイル電流測定回路８４とで構成される。

フローティングコイル７０のインダクタンスにはＲＦアンテナ５４との相互インダクタンスだけでなくプラズマとの相互インダクタンスも含まれるため、プロセスパラメータ（圧力、ＲＦパワー等）の値が変わると、プラズマからの影響でフローティングコイル７０のインピーダンスが変わり、図３に示すような特性においてＢ（コイル電流極大）の容量ポジションあるいはＣ（Ｖ_PP極小）の容量ポジションが不定に変動することがある。しかし、上記のようなコイル電流モニタ部、ＲＦアンテナ電流モニタ部および／またはＶ_PPモニタ部を備えることで、プロセスパラメータの設定値が変更されても、Ｂの容量ポジションあるいはＣの容量ポジションを随時同定することもできる。

容量制御部７６は、好ましくはマイクロコンピュータを含み、たとえば図３に示すような電流比Ｉ_IND／Ｉ_RFまたはＶ_PPのコイル容量依存特性をテーブルメモリにマッピングしておくことも可能であり、主制御部７５から送られてくる容量設定値（目標値）あるいはプロセスレシピまたはプロセスパラメータ等の情報に基づいて、さらには上記電流モニタ部またはＶ_PPモニタ部を用いたフィードバック制御等により、当該プロセスに最も適した可変コンデンサ７４の容量ポジションを選択し、あるいは動的に可変することができる。

上述した電磁界シミュレーションで示されたように、フローティングコイル７０に可変コンデンサ７４が備わっていない場合（ギャップＧがコイル導体で短絡されている場合）、フローティングコイル７０内にはＲＦアンテナ５４を流れるアンテナ電流Ｉ_RFよりも小さい一定の比率（上記の例では約６０％）で誘導電流Ｉ_INDが流れる。しかし、フローティングコイル７０に可変コンデンサ７４が備わっている場合は、可変コンデンサ７４の静電容量に応じて、フローティングコイル７０内に流れる誘導電流Ｉ_INDの電流値が広範囲に変化し、それによってフローティングコイル７０の直下付近でドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度が広範囲に変化する。

特に、上記Ａの容量ポジション（１００ｐＦ）から上記Ｂの容量ポジション（５００ｐＦ）までの区間では、可変コンデンサ７４の静電容量が大きくなるにしたがって誘導電流Ｉ_INDがアンテナ電流Ｉ_RFの約１０％から約８００％まで単調に増大し、それによってドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度がフローティングコイル７０の直下位置付近で略フラットな状態から局所的に高く隆起した状態まで著しく変化する。

また、上記Ｃの容量ポジション（７３０ｐＦ）から上記Ｄの容量ポジション（１４００ｐＦ）までの区間では、可変コンデンサ７４の静電容量が大きくなるにしたがって誘導電流Ｉ_INDがアンテナ電流Ｉ_RFの約３２０％から約１２０％まで単調に減少し、それによってドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度がフローティングコイル７０の直下位置付近で局所的に隆起した状態から局所的に陥没した状態まで著しく変化する。

さらに、注目すべきことは、フローティングコイル７０内で流れる誘導電流Ｉ_INDはＡの容量ポジションよりもＤの容量ポジションの方が１０倍以上大きいのにも拘わらず、図４の（Ａ），（Ｄ）の両プロファイルを対比するとわかるように、フローティングコイル７０の直下位置付近におけるドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度は、Ａの容量ポジションのときは略フラットなのに対して、Ｄの容量ポジションのときは局所的に大きく落ち込む。

上記のようなフローティングコイル７０の作用、特に可変コンデンサ７４の静電容量を可変したときの作用は、図５に示すようなシンプルなモデル（基本構成）について考察すると理解しやすい。図５において、ＲＦアンテナ５４およびフローティングコイル７０は、半径の異なる円環状単巻きコイルであり、隣接して同軸に配置されているものとする。

図５のモデルにおいて、高周波電源５６よりＲＦアンテナ５４に一定周波数ｆの高周波ＲＦ_Hを供給して、ＲＦアンテナ５４にアンテナ電流I_RFを流したとき、電磁誘導によりフローティングコイル７０内に生じる起電力つまり誘導起電力V_INDはファラデーの法則から次の式（１）で表わされる。
V_IND＝−dΦ／dt＝−iωMI_RF ・・・・（１）

ここで、ωは角周波数（ω＝２πｆ）、MはＲＦアンテナ５４とフローティングコイル７０との間の相互インダクタンスである。なお、上記の式（１）では、フローティングコイル７０とプラズマとの間の相互インダクタンスは相対的に小さいので無視している。

この誘導起電力Ｖ_INDによりフローティングコイル７０内で流れる電流（誘導電流）Ｉ_INDは、次の式（２）で表わされる。
I_IND＝V_IND／Z₇₀＝−iMωI_RF／{R₇₀＋i（L₇₀ω−1／C₇₄ω）} ・・・（２）

ここで、Z₇₀はフローティングコイル７０のインピーダンス、R₇₀はフローティングコイル７０の抵抗（プラズマに吸収されるＲＦパワーに起因する抵抗成分も含む）、L₇₀はフローティングコイル７０の自己インダクタンス、C₇₄は可変コンデンサ７４の静電容量である。

フローティングコイル７０の一般的な材質および構造、ならびに通常の使用形態では、｜R₇₀｜≦｜L₇₀ω−1／C₇₄ω｜であるから、誘導電流Ｉ_INDは次の近似式（３）で表わされる。
I_IND≒−MωI_RF／（L₇₀ω−1／C₇₄ω） ・・・・（３）

この式（３）は、可変コンデンサ７４の静電容量C₇₄に応じてフローティングコイル７０内で流れる誘導電流I_INDの向きが周回方向で変わることを意味する。

すなわち、フローティングコイル７０内で直列共振が起きるときの可変コンデンサ７４の静電容量C₇₄の値をC_Rとすると、C₇₄がC_Rよりも大きい場合は、L₇₀ω＞1／C₇₄ωとなって、つまりフローティングコイル７０内のリアクタンス（L₇₀ω−1／C₇₄ω）が正の値となって、フローティングコイル７０内には負極性（アンテナ電流I_RFと周回方向で逆向き）の誘導電流I_INDが流れる。しかし、C₇₄がC_Rよりも小さい場合は、L₇₀ω＜1／C₇₄ωとなって、つまりフローティングコイル７０内のリアクタンス（L₇₀ω−1／C₇₄ω）が負の値となって、フローティングコイル７０内には正極性（ＲＦアンテナ５４を流れる電流I_RFと周回方向で同じ向き）の誘導電流I_INDが流れる。この特性を図６のグラフ（プロット図）に示す。

図６のグラフにおいて、横軸は、可変コンデンサ７４の静電容量C₇₄であり、２０ｐＦから１０００ｐＦまで連続的に変化させている。縦軸は、誘導電流I_RFとアンテナ電流I_RFの比（I_IND／I_RF）であり、ＲＦアンテナ５４を流れるアンテナ電流I_RFに対して何倍の誘導電流I_INDがフローティングコイル７０内に流れるのかを表わしている。電流比（I_IND／I_RF）が正の値のときは、誘導電流I_RFが周回方向でアンテナ電流I_RFと同じ向きに流れる。反対に、電流比（I_IND／I_RF）が負の値のときは、誘導電流I_INDが周回方向でアンテナ電流I_RFと逆向きに流れる。なお、このグラフの計算例では、ｆ（ω／２π）＝１３．５６ＭＨｚ、M＝３５０ｎＨ、L₇₀＝５８０ｎＨとしている。この場合、フローティングコイル７０内で直列共振を起こす静電容量C₇₄の値Ｃ_Rは、L₇₀ω＝1／C_Rωの共振条件から、Ｃ_R≒２３０ｐＦである。

図６に示すように、可変コンデンサ７４の静電容量C₇₄が２０ｐＦのときは、誘導電流I_INDは零に近い正の値になる。C₇₄の値を２０ｐＦから増やしていくと、誘導電流I_INDは正の向き（アンテナ電流I_RFと同じ向き）で漸次的に増大し、やがてアンテナ電流I_RFを凌駕し、そこからは指数関数的に増大し、直列共振を起こす静電容量値C_Rの直前で最大になる。そして、C₇₄の値がC_Rを超えると、とたんに誘導電流I_INDが負の向き（アンテナ電流I_RFと逆向き）で大きな電流になる。さらにC₇₄の値を増やしていくと、誘導電流I_INDは負の向きを保ったまま対数関数的に小さくなり、最終的にはアンテナ電流I_RFよりも絶対値的に小さな値Ｉ_Sに漸近する。ここで、飽和値Ｉ_SはＩ_S≒MI_RF／L₇₀であり、上記の例（M＝３５０ｎＨ、L₇₀＝５８０ｎＨ）ではＩ_S≒０．６I_RFである。

図３および図４のシミュレーション結果は、図６の特性を当てはめると、理解しやすい。すなわち、上記Ａの容量ポジション（１００ｐＦ）から上記Ｂの容量ポジション（５００ｐＦ）までの区間は、図６において電流比（I_IND／I_RF）が正の値をとる区間に対応しており、誘導電流I_INDは周回方向でアンテナ電流I_RFと同じ向きに流れる。また、上記Ｃの容量ポジション（７３０ｐＦ）から上記Ｄの容量ポジション（１４００ｐＦ）までの区間は、図６において電流比（I_IND／I_RF）が負の値をとる区間に対応しており、誘導電流I_INDは周回方向でアンテナ電流I_RFと逆向きに流れる。

フローティングコイル７０の作用の中で特に重要な点は、可変コンデンサ７４の静電容量に応じて誘導電流I_INDの流れる向きが変わり、それによってチャンバ１０内で生成されるドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布に与える影響（作用効果）が全く違ってくることである。

すなわち、フローティングコイル７０内で誘導電流I_INDが周回方向でアンテナ電流I_RFと逆向きに流れるときは、そのコイル導体の直下位置付近で誘導磁界の強度ないしは誘導結合プラズマの密度を局所的に低減する作用効果が得られ、誘導電流I_INDの電流値が大きいほどそのプラズマ密度低減効果の度合いが増す。

これに対して、フローティングコイル７０内で誘導電流I_INDが周回方向でアンテナ電流I_RFと同じ向きに流れるときは、そのコイル導体の直下位置付近で誘導磁界の強度ないしは誘導結合プラズマの密度を局所的に増強する作用効果が得られ、誘導電流I_INDの電流値が大きいほどそのプラズマ密度増強効果の度合いが増す。

したがって、可変コンデンサ７４の静電容量を可変することにより、フローティングコイル７０を所定位置に固定した状態の下で、チャンバ１０内で生成されるドーナツ状プラズマ内のプラズマ密度分布を自在に制御し、ひいてはドーナツ状プラズマが処理空間で四方（特に径方向）に拡散する結果として得られるサセプタ１２近傍のプラズマ密度分布を径方向で任意または多様に制御することができる。

なお、上記のようにアンテナ電流I_RFと周回方向で同じ向きの誘導電流I_INDをフローティングコイル７０内で流すことにより、ＲＦアンテナ５４だけでなくフローティングコイル７０にも誘導結合プラズマの生成に積極的またはプラスに作用させる場合の効果として、ＲＦパワー供給効率を向上させる面もある。すなわち、誘導結合プラズマの生成にフローティングコイル７０をプラスに作用させる場合は、ＲＦアンテナ５４側の負担が軽くなり、ＲＦアンテナ５４に供給する高周波電流Ｉ_RFを低減することができる。それによって、高周波給電系統の各部（特に整合器５８、高周波給電導体６０等）で生じる高周波ＲＦ_Hのパワー損失を低減することができる。

上述した図５のモデルはＲＦアンテナ５４の径方向内側にフローティングコイル７０を配置しているが、図７に示すようにＲＦアンテナ５４の径方向外側にフローティングコイル７０を配置する構成でも作用は同じである。すなわち、相互インダクタンスＭが同じであれば、フローティングコイル７０がＲＦアンテナ５４の内側であっても外側であっても、フローティングコイル７０には同じ向きおよび同じ大きさの誘導電流Ｉ_INDが流れる。

もっとも、フローティングコイル７０がＲＦアンテナ５４から遠く離れていると、相互インダクタンスＭは小さくなり、フローティングコイル７０内に励起される誘導起電力Ｖ_INDが弱く（低く）なる。しかし、そのような場合でも、可変コンデンサ７４の静電容量Ｃ₇₄を調整してフローティングコイル７０内で直列共振の状態ないしはそれに近い状態をつくることにより、実用上十分な大きさの誘導電流Ｉ_INDを得ることは可能である。

ただし、フローティングコイル７０内で直列共振状態またはそれに近い状態が起きるときは、上記の近似式（３）は当てはまらず、次の近似式（４）が当てはまる。
I_IND≒−iMωI_RF／R₇₀ ・・・・（４）

この式（４）からわかるように、フローティングコイル７０内で直列共振状態またはそれに近い状態が起きる場合は、誘導電流Ｉ_INDがアンテナ電流I_RFに対して９０°前後の位相差をもつ。このような場合、相互インダクタンスＭが小さすぎると、つまり式（４）の係数（Mω／R₇₀ ）が小さすぎると、実用に適さない。したがって、この係数（Mω／R₇₀ ）が１より大きいこと、つまり次の条件式（５）が満たされることが必要である。
Mω ＞R₇₀ または ２πｆM ＞R₇₀ ・・・・（５）

ここで、右辺のR₇₀は上記のようにフローティングコイル７０の抵抗であり、そのコイル導体の抵抗Ｒ_70Cとプラズマ側のパワー吸収に相当する抵抗Ｒ_70Pとの和（Ｒ_70C＋Ｒ_70P）であるが、おおよそ前者（Ｒ_70C）が支配的であり、設計上は後者（Ｒ_70P）を無視できる。

理論的には、ＲＦアンテナ５４およびフローティングコイル７０が図５または図７のような円環状単巻きコイルであって、両者の半径がそれぞれａ，ｂ、両者間の距離がｄであるとすると、相互インダクタンスＭは次の式（６）で表わされる。

一例として、同一平面上に半径５０ｍｍのＲＦアンテナ５４と半径ｒのフローティングコイル７０を同軸に配置した場合、上記の式（６）より求められる相互インダクタンスＭと角周波数ωとの積Ｍωは図８に示すような特性でフローティングコイル７０の半径ｒに依存する。ただし、ｆ（ω／２π）＝１３．５６ＭＨｚとしている。

フローティングコイル７０の抵抗Ｒの典型的な値としてＲ＝１（Ω）と見積もると、図８からｒ＜約１５０ｍｍ、つまりフローティングコイル７０の半径ｒがＲＦアンテナ５４の半径（５０ｍｍ）の約３倍以内にあれば、Ｍω＞１つまり上記の条件式（５）が満たされる。

なお、図８の特性は、フローティングコイル７０が径方向においてＲＦアンテナ５４の外側にあることを仮定している。フローティングコイル７０が径方向においてＲＦアンテナ５４の内側にある場合は両者の関係が逆になり、アンテナ５４の半径（５０ｍｍ）がフローティングコイル７０の半径ｒの約３倍以下であれば、Ｍω＞１つまり上記の条件式（５）が成立する。見方を変えれば、フローティングコイル７０の半径ｒがＲＦアンテナ５４の半径の約１／３倍以上あれば、Ｍω＞１つまり上記の条件式（５）が満たされる。

［実施形態２］

次に、図９〜図１３につき、本発明の第２の実施形態を説明する。

図９にこの第２の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置の構成を示し、図１０にこの第２の実施形態におけるＲＦアンテナ５４およびフローティングコイル７０の配置構成（レイアウト）を示す。図中、上述した第１の実施形態の装置（図１）と同様の構成または機能を有する部分には同一の符号を附している。

この第２の実施形態においては、ＲＦアンテナ５４が、半径の異なる円環状の内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oを有している。これらの内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oは、高周波給電部に対して、つまり高周波電源３０からの給電導体６０側のノードＮ_Aと接地電位部材に至るアース線５５側のノードＮ_Bとの間で、接続導体（９０_i，９０_o），（９２_i，９２_o）を介して電気的に並列に接続され、誘電体窓５２の上で互いに径方向に間隔を開けてそれぞれ内側および外側に配置されている。フローティングコイル７０は、径方向において内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oの中間に配置される。

この第２の実施形態においては、内側コイル５４_i、外側コイル５４_oおよびフローティングコイル７０の三者が、互いに相似なコイル形状を有することと、いずれも誘電体窓５２の上に載って配置されることと、互いに同軸に配置されることが好ましい。また、フローティングコイル７０が内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oから等距離に配置されることが望ましい。

内側コイル５４_i、外側コイル５４_oおよびフローティングコイル７０の三者が互いに相似なコイル形状を有し、フローティングコイル７０が内側コイル５４_iと外側コイル５４_oの真ん中に同軸に配置される構成によれば、後述するようにＲＦアンテナ５４（内側コイル５４_i／外側コイル５４_o）におけるアンテナ内分配電流のバランス制御とフローティングコイル７０内で流れる誘導電流Ｉ_INDの向きおよび大きさ（電流値）の制御とをそれぞれ独立に行うことができる。

また、ＲＦアンテナ５４の内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oだけでなく、フローティングコイル７０も誘電体窓５２の上に載って配置される構成によれば、フローティングコイル７０も内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oと同様にチャンバ１０内のプラズマ生成空間に最も近い位置から最大の効率で誘導プラズマの生成に積極的に寄与することができる。

この第２の実施形態においては、ＲＦアンテナ５４内で内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oをそれぞれ流れるアンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoのバランス（比）を任意に調整するために、内側コイル５４_iとは並列に接続され、外側コイル５４_oとは直列に接続される可変コンデンサ９４を設け、主制御部７５の制御の下で容量制御部９６により可変コンデンサ９４の静電容量を可変できるようにしている。なお、可変コンデンサ９４を内側コイル５４_i側に（内側コイル５４_iと直列に接続して）設ける構成も可能である。

アンテナ室１５（図９）では、図１０に示すように、ＲＦアンテナ５４の上方に延びる接続導体（９０_i，９０_o），（９２_i，９２_o）は、誘電体窓５２から十分大きな距離を隔てて（相当高い位置で）横方向の分岐線または渡り線９０_m，９２_mを形成しており、ＲＦアンテナ５４およびフローティングコイル７０に対する電磁的な影響を少なくしている。

図１１Ａに、第２の実施形態において好適なＲＦアンテナ５４およびフローティングコイル７０のレイアウトおよび電気的接続構成を示す。なお、ＲＦアンテナ５４の内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oのいずれも、さらにはフローティングコイル７０も、単巻きのコイル構造に限定されず、複巻きコイルの形態を採ることもできる。たとえば、図１１Ｂに示すように、外側コイル５４_oおよびフローティングコイル７０をそれぞれ単巻き（１ターン）に形成し、内側コイル５４_iを２回巻き（２ターン）に形成してもよい。

本発明者は、この実施形態の誘導結合形プラズマエッチング装置について次のような実験を実施した。

すなわち、フローティングコイル７０内の可変コンデンサ７４およびＲＦアンテナ５４内の可変コンデンサ９４のそれぞれ静電容量Ｃ₇₄，Ｃ₉₄をパラメータとしてＣ₇₄＝２４ｐＦ〜１４９５ｐＦ、Ｃ₉₄＝１２６ｐＦ〜１３２１ｐＦの範囲でステップ的に可変し、ＲＦアンテナ５４に所定のパワーで高周波ＲＦ_Hを印加したときにＲＦアンテナ５４の内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oをそれぞれ流れるアンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoならびにフローティングコイル７０内で流れる誘導電流Ｉ_INDの電流値を計測するとともに、チャンバ１０内で電磁誘導により生成されるドーナツ状プラズマの内部（上面から５ｍｍの位置）の半径方向の電子密度分布（プラズマ密度分布に相当）を実測した。

この実験では、主なプロセス条件として、高周波ＲＦ_Hの周波数は１３．５６ＭＨｚ、ＲＦパワーは１５００Ｗ、チャンバ１０内の圧力は１００mTorr、処理ガスはＡｒとＯ₂の混合ガス、ガスの流量はＡｒ／Ｏ₂＝３００／３０sccmであった。また、ＲＦアンテナ５４（内側コイル５４_i／外側コイル５４_o）およびフローティングコイル７０の仕様として、図１１Ｂのレイアウトを採用し、内側コイル５４_i（２ターン）の半径は５０ｍｍ、外側コイル５４_o（１ターン）の半径は１５０ｍｍ、フローティングコイル７０（１ターン）の半径は１００ｍｍであった。

図１２および図１３に、この実験で得られた結果（データ）を示す。

図１２は、両可変コンデンサ７４，９４の静電容量（Ｃ₇₄，Ｃ₉₄）の各組み合わせに対して、アンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoおよび誘導電流Ｉ_INDの値を３本の棒グラフで表わしている。各ユニットの棒グラフにおいて、右側の棒グラフは内側コイル５４_iを流れるアンテナ内分配電流Ｉ_RFiの電流値を表わし、左側の棒グラフは外側コイル５４_oを流れるアンテナ内分配電流Ｉ_RFoの電流値を表わし、真ん中の棒グラフはフローティングコイル７０内で流れる誘導電流Ｉ_INDの電流値を表わしている。アンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoの棒グラフは、周回方向でアンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoの流れる向きを基準にしているので、常に正の値として示されている。誘導電流Ｉ_INDの棒グラフは、誘導電流Ｉ_INDがアンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoと周回方向で同じ向きに流れるときは正の値として示され、誘導電流Ｉ_INDがアンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoと周回方向で逆向きに流れるときは負の値として示されている。

図１３は、両可変コンデンサ７４，９４の静電容量（Ｃ₇₄，Ｃ₉₄）の各組み合わせに対して、チャンバ１０内で生成されるドーナツ状プラズマ内部（上面から５ｍｍの位置）の半径方向の電子密度分布（プラズマ密度分布に相当）を表わしている。各電子密度分布グラフにおいて横軸の右端の位置がチャンバ１０の中心軸上の位置（ｒ＝０ｍｍ）に対応している。

この実験において、可変コンデンサ９４の静電容量Ｃ₉₄の値を１７３ｐＦに固定して、可変コンデンサ７４の静電容量Ｃ₇₄の値を２４ｐＦ→２７ｐＦ→５８ｐＦ→１６５ｐＦと段階的に上げた場合に得られた棒グラフデータ（図１２）およびドーナツ状プラズマ内の電子密度（プラズマ密度）分布データ（図１３）については、次のように解析することができる。

すなわち、この場合は、図１２に示すように、内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oをそれぞれ流れるアンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoの電流値はそれぞれ１４．１Ａ〜１６．４Ａ，１６．０Ａ〜１８．３Ａでさほど変わらずに、フローティングコイル７０内で流れる誘導電流Ｉ_INDは正の値（Ｉ_RFi，Ｉ_RFoと同じ向き）で０．４Ａ→０．５Ａ→１．５Ａ→１２Ａと急激に増大する。そして、Ｃ₇₄の値が２０２ｐＦのときは、殆ど直列共振の状態またはその直前の状態になり、誘導電流Ｉ_INDは３９．３Ａまで増大する。このとき、アンテナ内分流電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoはむしろ減少して、それぞれ４．６Ａ，５．８Ａである。

この場合、ドーナツ状プラズマ内の電子密度（プラズマ密度）分布は、図１３に示すように、誘導電流Ｉ_INDが０．４Ａ〜１．５ＡのときはＲＦアンテナ５４の内側の領域（ｒ＝５０ｍｍ〜１００ｍｍ）で略フラットなプロファイルを示し、誘導電流Ｉ_INDが１２Ａになるとフローティングコイル７０の直下位置（ｒ＝１００ｍｍ）付近が局所的に隆起し、誘導電流Ｉ_INDが３９．３Ａになるとその隆起の度合いが著しく大きくなる。

このように、ＲＦアンテナ５４の内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oにそれぞれ約１４〜１６Ａ，約１６〜１８Ａのアンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoが流れる場合は、フローティングコイル７０内に周回方向で同じ向きに０．４〜１．５Ａという小さな（１／１０以下の）誘導電流Ｉ_INDが流れるときに、ドーナツ状プラズマ中の電子密度（プラズマ密度）分布が略フラットになることは、非常に興味深くかつ重要である。

これは、仮にフローティングコイル７０が無い場合でも、ＲＦアンテナ５４の内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_o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ため、両コイル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、両コイル５４_i，５４_oとは別の中間のコイル（フローティングコイル７０）内に少量（上記の例では０．４〜１．５Ａ程度）の電流を周回方向でアンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoと同じ向きに流すと、その中間コイル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化することになる。

別な見方をすれば、誘導結合プラズマの生成にフローティングコイル７０を積極的に参加または寄与させて、ドーナツ状プラズマ内の電子密度（プラズマ密度）分布を略フラットにするためには、つまりアンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoと同じ向きでその１／１０以下の誘導電流Ｉ_INDを得るには、直列共振を起こす値（２０２ｐＦ付近）よりも十分小さな領域（約１０ｐＦ〜８０ｐＦ）の静電容量を選定できるように可変コンデンサ７４を構成する必要がある。

次に、この実験において、可変コンデンサ９４の静電容量Ｃ₉₄の値を１７３ｐＦに固定して、可変コンデンサ７４の静電容量Ｃ₇₄の値を３６７ｐＦ→１４９５ｐＦと段階的に上げた場合に得られた棒グラフデータ（図１２）およびドーナツ状プラズマ内の電子密度（プラズマ密度）分布データ（図１３）については、次のように解析することができる。

この場合は、可変コンデンサ７４の静電容量Ｃ₉₄が直列共振を起こす値（２０２ｐＦ付近）を超えた領域内で変化するため、図１２に示すように、誘導電流Ｉ_INDのグラフは負の値を示す。つまり、フローティングコイル７０内の誘導電流Ｉ_INDは、周回方向でＲＦアンテナ５４内のコイル電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoと逆向きに流れる。そして、Ｃ₇₄の値が３６７ｐＦのときは、直列共振を起こす値（２０２ｐＦ付近）に近いため、誘導電流Ｉ_INDの電流値（絶対値）は１１．２Ａと比較的大きい。反面、Ｃ₇₄の値が１４９５ｐＦのときは、直列共振を起こす値（２０２ｐＦ付近）から相当遠いため、誘導電流Ｉ_INDの電流値（絶対値）は５．０Ａと比較的小さい。一方、内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oをそれぞれ流れるアンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoの電流値は、それぞれ１７．４Ａ〜１９．０Ａ，１９．４Ａ〜２０．１Ａであり、さほど変わらない。

この場合のドーナツ状プラズマ内の電子密度（プラズマ密度）分布は、図１３に示すように、Ｃ₇₄の値が３６７ｐＦのとき（誘導電流Ｉ_INDの電流値が−１１．２Ａのとき）はフローティングコイル７０の直下位置（ｒ＝１００ｍｍ）付近が局所的に落ち込み、Ｃ₇₄の値が１４９５ｐＦのとき（誘導電流Ｉ_INDの電流値が−５．０Ａのとき）はその落ち込みが一層顕著になる。これは、フローティングコイル７０内で流れる誘導電流Ｉ_INDの向きが周回方向で内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oをそれぞれ流れるアンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoとは逆向きであるため、フローティングコイル７０の直下位置付近で誘導磁界を打ち消して誘導結合プラズマの生成を妨げる方向に作用するためである。

次に、この実験において、フローティングコイル７０内の可変コンデンサ７４の静電容量Ｃ₇₄の値を２４ｐＦに固定して、ＲＦアンテナ５４内の可変コンデンサ９４の静電容量Ｃ₉₄の値を１２６ｐＦ→１７１ｐＦ→１７３ｐＦ→１８６ｐＦ→１３２１ｐＦと段階的に上げた場合に得られた棒グラフデータ（図１２）およびドーナツ状プラズマ内の電子密度（プラズマ密度）分布データ（図１３）については、次のように解析することができる。

この場合は、図１２に示すように、ＲＦアンテナ５４内で内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oをそれぞれ流れるアンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoのバランス（比）が大きく変化する。

すなわち、Ｃ₉₄＝１２６ｐＦのときは、Ｉ_RFi＝１．２Ａ，Ｉ_RFo＝３０．０Ａであり、Ｉ_RFi≦Ｉ_RFoのバランスになる。しかし、Ｃ₉₄＝１７１ｐＦのときは、Ｉ_RFi＝１５．７Ａ，Ｉ_RFo＝１８．２Ａであり、厳密にはＩ_RFi＜Ｉ_RFoではあるが、Ｉ_RFi≒Ｉ_RFoのバランスに近くなる。さらに、Ｃ₉₄＝１７３ｐＦのときは、Ｉ_RFi＝１６．４Ａ，Ｉ_RFo＝１８．３Ａとなり、Ｉ_RFi≒Ｉ_RFoのバランスに一層近くなる。

そして、Ｃ₉₄＝１８６ｐＦのときは、Ｉ_RFi＝１８．１Ａ，Ｉ_RFo＝１６．６Ａであり、両者の大小関係がＩ_RFi＞Ｉ_RFoと逆転して、Ｉ_RFi≒Ｉ_RFoのバランスに近い状態を保つ。さらに、Ｃ₉₄＝１３２１ｐＦのときは、Ｉ_RFi＝２７．１Ａ，Ｉ_RFo＝７．４Ａであり、はっきりとＩ_RFi≧Ｉ_RFoのバランスになる。

一方、Ｃ₉₄＝１２６ｐＦ〜１３２１ｐＦの変化に対して、フローティングコイル７０内に流れる誘導電流Ｉ_INDは、０．２Ａ〜０．６Ａの範囲内に止まっており、電流の向きを変えないのはもちろん、電流値もほとんど変わらない。

このように、この実施形態においては、フローティングコイル７０内に流れる誘導電流Ｉ_INDの向きおよび大きさの制御と、ＲＦアンテナ５４内のアンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoのバランス（比）の制御とを独立に行うことができる。

このような独立制御を行える主たる理由は、フローティングコイル７０と内側コイル５４_iとの間の相互インダクタンスをＭ_iとし、フローティングコイル７０と内側コイル５４_iとの間の相互インダクタンスをＭ_oとすると、Ｍ_i＝Ｍ_oの関係があるためである。

内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oにアンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoがそれぞれ流れるときに、フローティングコイル７０内に生じる誘導起電力Ｖ_INDは、重ね合わせの理により、内側コイル５４_iを内側のアンテナ内分配電流Ｉ_RFiが流れるときにフローティングコイル７０内に生じる誘導起電力と、外側コイル５４_oを外側のアンテナ内分配電流Ｉ_RFoが流れるときにフローティングコイル７０内に生じる誘導起電力とを足し合わせたものになる。ここで、それぞれの相互インダクタンスＭ_i，Ｍ_oが等しいとすれば、上記の式（１），（２），（３）より、フローティングコイル７０に生じる誘導起電力ひいては誘導電流は、アンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoの比（Ｉ_RF/Ｉ_RFo）には関係なく、それらの和（Ｉ_RFi＋Ｉ_RFo）に依存することがわかる。

この場合のドーナツ状プラズマ中の電子密度（プラズマ密度）分布は、図１３に示すように、Ｃ₉₄の値が１２６ｐＦのとき（Ｉ_RFi≦Ｉ_RFoのとき）は、外側コイル５４_oの直下位置（ｒ＝１５０ｍｍ）付近で局所的に盛り上がる。また、Ｃ₉₄の値が１７１ｐＦ，１７３ｐＦのとき（厳密にはＩ_RFi＜Ｉ_RFoの関係でＩ_RFi≒Ｉ_RFoのとき）は、ＲＦアンテナ５４の直下領域（ｒ＝５０ｍｍ〜１５０ｍｍ）で略フラットになる。Ｃ₉₄の値が１８６ｐＦのとき（厳密にはＩ_RFi＞Ｉ_RFoの関係でＩ_RFi≒Ｉ_RFoのとき）は、相対的に外側コイル５４_oの直下位置付近よりも内側コイル５４_iの直下位置付近の方が高くなる。そして、Ｃ₉₄の値が１３２１ｐＦのとき（Ｉ_RFi≧Ｉ_RFoのとき）は、内側コイル５４_iの直下位置（ｒ＝５０ｍｍ）付近で局所的に大きく盛り上がる。

このように、ＲＦアンテナ５４内の可変コンデンサ９４の静電容量Ｃ₉₄を可変することにより、アンテナ内分配電流Ｉ_RFi，Ｉ_RFoのバランスを任意に制御し、ひいては内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oのそれぞれの直下位置付近における誘導結合プラズマ密度のバランスを任意に制御することができる。

上述した実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置においては、一枚の半導体ウエハＷに対する単一または一連のプラズマ処理を行う中で、プロセス条件の変更、切り換えまたは変化に応じて、主制御部７５の制御の下でフローティングコイル７０の可変コンデンサ７４の静電容量を可変調整することが可能である。

このことにより、枚葉プラズマプロセスの全処理時間または全ステップを通じて、ＲＦアンテナ５４を流れる高周波のアンテナ電流Ｉ_RFによってアンテナ導体の周り（特にチャンバ１０内のプラズマ生成空間）に形成されるＲＦ磁界またはＲＦ電界の強度ひいては誘導結合プラズマの生成に対するフローティングコイル７０の関与の形態（増強作用／低減作用）または度合い（強弱）を任意のタイミングで自在かつ精細に調節することが可能である。これにより、サセプタ１２近傍のプラズマ密度を径方向で任意または多様に制御することが可能であり、サセプタ１２近傍のプラズマ密度分布を径方向で均一にすることも容易である。したがって、プラズマプロセスの均一性を容易に向上させることができる。

［ＲＦアンテナ／フローティングコイルのレイアウト変形例］

図１４〜図２２に、上記第２の実施形態における容量結合型プラズマエッチング装置（図９）に適用可能なＲＦアンテナ５４／フローティングコイル７０のレイアウトの変形例を幾つか示す。

図１４Ａおよび図１４Ｂは、ＲＦアンテナ５４が内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oを有する場合において、フローティングコイル７０を内側コイル５４_iの径方向内側に配置する構成例（図１４Ａ）および外側コイル５４_oの径方向外側に配置する構成例（図１４Ｂ）をそれぞれ示す。

図１４Ａの構成例では、フローティングコイル７０と外側コイル５４_iとの間の相互インダクタンスよりもフローティングコイル７０と内側コイル５４_iとの間の相互インダクタンスの方が格段に大きい。このため、フローティングコイル７０内に流れる誘導電流Ｉ_INDは、外側コイル５４_oを流れる電流ＩＲＦ_oよりも内側コイル５４_iを流れる電流Ｉ_RFiに多く依存する。

逆に、図１４Ｂの構成例では、フローティングコイル７０と内側コイル５４_iとの間の相互インダクタンスよりもフローティングコイル７０と外側コイル５４_iとの間の相互インダクタンスの方が格段に大きい。このため、フローティングコイル７０内に流れる誘導電流Ｉ_INDは、内側コイル５４_iを流れる電流Ｉ_RFiよりも外側コイル５４_oを流れる電流Ｉ_RFoに多く依存する。

図１５Ａ〜図１５Ｄに、コイル径の異なる複数（たとえば２つ）のフローティングコイル７０_i，７０_oを併設する構成例を示す。

図１５Ａに示すように、典型的には、径方向においてＲＦアンテナ５４を両側から挟むように、コイル径の小さい方の内側フローティングコイル７０_iをＲＦアンテナ５４の径方向内側に配置し、コイル径の大きい方の外側フローティングコイル７０_oをＲＦアンテナ５４の径方向外側に配置する構成が採られる。

もっとも、図１５Ｂに示すように、内側フローティングコイル７０_iおよび外側フローティングコイル７０_oの双方をＲＦアンテナ５４の内側に配置することも可能である。あるいは、図１５Ｃに示すように、内側フローティングコイル７０_iおよび外側フローティングコイル７０_oの双方をＲＦアンテナ５４の外側に配置することも可能である。

さらには、図１５Ｄに示すように、ＲＦアンテナ５４が内側コイル５４_iおよび外側コイル５４_oからなる場合において、内側フローティングコイル７０_iを内側コイル５４_iと外側コイル５４_oとの間に配置し、外側フローティングコイル７０_oを外側コイル５４_oの径方向外側に配置することも可能である。この一変形例として、図示省略するが、内側フローティングコイル７０_iを内側コイル５４_oの径方向内側に配置し、外側フローティングコイル７０_oを内側コイル５４_iと外側コイル５４_oとの間に配置することも可能である。

このように独立した複数のフローティングコイル７０_i，７０_oを併設する構成においては、各々のフローティングコイル７０_i，７０_oとＲＦアンテナ５４との間の相互インダクタンスは殆ど等しい場合もあれば相当異なる場合もある。いずれの場合でも、各々のフローティングコイル７０_i，７０_oに可変コンデンサ７４_i，７４_oが個別に設けられているので、それぞれの可変コンデンサ７４_i，７４_oの静電容量を可変制御することによって、フローティングコイル７０_i，７０_o内にそれぞれ流れる誘電電流Ｉ_INDi，Ｉ_INDoの向きおよび大きさ（電流値）を独立に制御することができる。

図１６に示すように、フローティングコイル７０を複巻き（たとえば２ターン）に構成することも可能である。複巻きコイルの場合は、コイル全体（全周）の抵抗Ｒ₇₀および自己インダクタンスＬ₇₀は増倍するため、そのぶん誘導電流Ｉ_INDが小さくなる。もっとも、コイルの長さが増倍しているので、コイル全体では単巻きと同等の起磁力（アンペアターン）が得られる。したがって、このような複巻きのフローティングコイル７０は、たとえば可変コンデンサ７４の耐性面から、フローティングコイル７０内で大きな誘導電流Ｉ_INDが流れるのを避けたい場合に有利である。

また、図１７に示すように、フローティングコイル７０を周回方向で分割（図示の例は２分割）する構成も可能である。この場合は、各々円弧状の分割コイル７０Ｌ，７０Ｒに可変コンデンサ７４_L，７４_Rが個別に設けられる。通常は、コイル一周で同じ向きに同じ大きさの電流が流れるように、つまり両分割コイル７０_L，７０_R内でそれぞれ流れる誘導電流Ｉ_INDL，Ｉ_INDRが同じ向きで同じ大きさになるように、それぞれ可変コンデンサ７４_L，７４_Rの静電容量が調整される。もっとも、このような分割方式のフローティングコイル７０においては、必要に応じて、たとえば方位角方向における装置構造の非対称性を補償するために、各分割コイル７０_L，７０_R内で流れる誘導電流Ｉ_INDL，Ｉ_INDRの向きまたは大きさを意図的に異ならせることも可能である。

図１８には、ＲＦアンテナ５４を構成するコイル（内側コイル５４_i／外側コイル５４_o）およびフローティングコイル７０の各々が空間的かつ電気的に並列な関係にある一対のスパイラルコイルからなる例を示す。

より詳細には、内側コイル５４_iは、周回方向で１８０°ずらして並進する一対のスパイラルコイル５４_ia，５４_ibからなる。これらのスパイラルコイル５４_ia，５４_ibは、高周波電源５６側のノードＮ_Aよりも下流側に設けられたノードＮ_Cとアース線５５側のノードＮ_Bよりも上流側に設けられたノードＮ_Dとの間で電気的に並列に接続されている。

外側コイル５４_oは、周回方向で１８０°ずらして並進する一対のスパイラルコイル５４_oa，５４_obからなる。これらのスパイラルコイル５４_oa，５４_obは高周波電源５６側のノードＮ_Aよりも下流側に設けられたノードＮ_Eとアース線５５側のノードＮ_Bよりも（さらには可変コンデンサ７４よりも）上流側に設けられたノードＮ_Fとの間で電気的に並列に接続されている。

また、フローティングコイル７０は、周回方向で１８０°ずらして並進する一対のスパイラルコイル７０_a，７０_bからなる。これらのスパイラルコイル７０_a，７０_bの閉じたループ内には可変コンデンサ７４_a，７４_bがそれぞれ設けられている。

なお、フローティングコイル７０を構成する各スパイラルコイルとＲＦアンテナ５４を構成する各スパイラルコイルとの間の相互インダクタンスに関係する距離間隔は、両スパイラルコイルの平均径の間の距離間隔で近似されてよい。

図１９は、フローティングコイル７０が径方向においてＲＦアンテナ５４を挟むようにその両側（ＲＦアンテナ５４の内側および外側）に跨って配置される構成例を示す。この構成例によれば、ＲＦアンテナ５４とフローティングコイル７０との間の相互インダクタンスを大きくすることができるだけでなく、フローティングコイル７０の直下位置付近における誘導結合プラズマ生成領域を径方向で分散ないし拡張することができる。

図２０は、フローティングコイル７０が、ＲＦアンテナ５４の真上に上部コイルセグメント７０_pを同軸に配置するとともに、ＲＦアンテナ５４と同一平面上（たとえば径方向外側）に下部コイルセグメント７０_qを同軸に配置し、両コイルセグメント７０_p，７０_qを電気的に直列接続する構成例を示す。

この構成例において、上部コイルセグメント７０_pは、ＲＦアンテナ５４との相互インダクタンスを可及的に大きくするように、ＲＦアンテナ５４と同じコイル径を有し、ＲＦアンテナ５４に限りなく接近して配置されるのが好ましい。一方、下部コイルセグメント７０_qは、ＲＦアンテナ５４との相互インダクタンスよりも直下のチャンバ１０内で生成される誘導結合プラズマの径方向分布特性を優先してよく、任意の口径を選定することができる。こうして、上部コイルセグメント７０_pは主に誘導起電力の発生に寄与し、下部コイルセグメント７０_qは主にプラズマ密度分布の制御に寄与する。このように、両コイルセグメント７０_p，７０_qに役割分担させることができる。

図２１および図２２は、ＲＦアンテナ５４およびフローティングコイル７０の形状に関する変形例を示す。本発明において、ＲＦアンテナ５４およびフローティングコイル７０のループ形状は円形に限るものではなく、被処理体の形状等に合わせて任意の形態を採りことが可能であり、たとえば図２１に示すような矩形または四角形、あるいは図２２に示すような扇型であってもよい。

また、図示省略するが、ＲＦアンテナ５４とフローティングコイル７０は必ずしも互いに相似形である必要はない。

［ＲＦアンテナ／フローティングコイルの配置構造に関する他の実施例］

上述した第１および第２の実施形態における誘導結合型プラズマエッチング装置では、チャンバ１０の天井に誘電体窓５２を水平に取り付け、この誘電体窓５２の上または上方にＲＦアンテナ５４およびフローティングコイル７０を配置した。しかし、本発明におけるＲＦアンテナおよびフローティングコイルの配置構造は上記実施形態に限定されるものではない。

たとえば、図２３Ａに示すように、ＲＦアンテナ５４およびフローティングコイル７０がチャンバ１０の縦方向にオフセットして（位置をずらして）チャンバ側壁の周囲に配置される構成も可能である。図示の構成例では、フローティングコイル７０がＲＦアンテナ５４の下方に配置される。チャンバ１０の側壁は、少なくともＲＦアンテナ５４およびフローティングコイル７０の位置する付近の部位が誘電体からなる。ＲＦアンテナ５４またはフローティングコイル７０は、複巻きの場合はヘリカル（螺旋）形状になる。

図２３Ａの構成例においては、チャンバ１０の周囲でＲＦアンテナ５４を高周波のアンテナ電流Ｉ_RFが流れると、そのアンテナ電流Ｉ_RFによって生成される磁界がチャンバ１０の側壁（誘電体窓）を貫通してチャンバ１０内のプラズマ生成空間を通過し、この磁界の時間的な変化によってプラズマ生成空間の方位角方向に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。一方、ＲＦアンテナ５４をアンテナ電流Ｉ_RFが流れることによって、フローティングコイル７０内には誘導電流Ｉ_INDが流れる。このアンテナ電流Ｉ_RFにより生成される磁界は、チャンバ１０の側壁（誘電体窓）を貫通してチャンバ１０内のプラズマ生成空間を通過する。誘導電流Ｉ_INDの流れる向きがアンテナ電流Ｉ_RFの向きと反対であれば誘導結合プラズマの生成は低減され、誘導電流Ｉ_INDの流れる向きがアンテナ電流Ｉ_RFの向きと同じであれば誘導結合プラズマの生成は増強される。

この実施例においても、フローティングコイル７０のループ内に可変コンデンサ７４を設けているので、この可変コンデンサ７４の静電容量を制御することにより、誘導電流Ｉ_INDをアンテナ電流Ｉ_RFと逆向きにすることも同じ向きにすることも可能であり、さらには誘導電流Ｉ_INDの大きさ（電流値）を調節することもできる。

図２３Ａの構成例は、チャンバ１０の側壁の周囲でフローティングコイル７０をＲＦアンテナ５４よりも下方に、つまりサセプタ１２に近づけて配置しているので、フローティングコイル７０ないし可変コンデンサ７４の作用の効き目を強くすることができる。しかし、フローティングコイル７０をＲＦアンテナ５４よりも上方に、つまりサセプタ１２から遠ざけて配置する構成も可能であり、たとえば図２３Ｂに示すように、フローティングコイル７０をチャンバ１０の天板（誘電体窓）５２の上に配置することも可能である。この場合、フローティングコイル７０は、円環状またはスパイラル状のコイル形態を採ることができる。

別の実施例として、図２３Ｃに示すように、チャンバ１０にドーム形状の天板（誘電体窓）５２が取り付けられる場合は、このドーム状誘電体窓５２の上に（好ましくは載置した状態で）ＲＦアンテナ５４およびフローティングコイル７０を配置する構成も可能である。

［フローティングコイル内に固定コンデンサを設ける実施例］

図２４に、フローティングコイル７０のループ内に固定コンデンサ９４を設ける実施例を示す。この実施例におけるフローティングコイル７０は、好ましくは円環状の単巻きコイルであり、ＲＦアンテナ５４に可及的に近接して配置される。また、図示の例ではフローティングコイル７０がＲＦアンテナ５４の径方向内側に配置されているが、ＲＦアンテナ５４の径方向外側に配置されてもよい。

この実施例において、フローティングコイル７０を誘導結合プラズマの生成に積極的に作用させる場合は、ＲＦアンテナ５４を流れるアンテナ電流Ｉ_RFと周回方向で同じ向きに適度な大きさ（たとえばＩ_RFの数倍）の誘導電流Ｉ_INDがフローティングコイル７０内で流れるように、固定コンデンサ９４の静電容量を選定する。すなわち、固定コンデンサ９４の静電容量は、フローティングコイル７０内で直列共振を起こす静電容量よりは小さくてその付近の値に選定される。これによって、フローティングコイル７０は、単巻き（１ターン）の円環状コイルであっても、誘導結合プラズマ生成のアシスト効果に関して複巻き（複数ターン）の円環状コイルあるいはスパイラルコイルと見掛け上同等の働きをすることができる。

このような固定コンデンサ９４付きの単巻き円環状のフローティングコイル７０は、製作（特にコンデンサの作り込み）が容易であり、ＲＦアンテナ５４周りの組み立てやメンテナンスにも有利である。また、フローティングコイル７０のループ内に結線箇所や接続用導体も無いので、パワーロスが少ないことや、電磁気的な作用面において周回方向の均一性がよいこと等の利点がある。

なお、上述した第１または第２の実施形態においてフローティングコイル７０内に設けられた可変コンデンサ７４を固定コンデンサ９４に置き換えることは勿論可能である。

［フローティングコイルの構造に関する実施例１］

次に、図２５〜図２８を参照して、本発明の誘導結合型プラズマ処理装置で用いるフローティングコイル７０の構造に関する実施例を説明する。

先ず、図２５〜図２９につき、フローティングコイル７０のコンデンサ（７４，９４）に市販品のコンデンサ素子を用いる場合の実施例を説明する。

図２５に示す実施例は、フローティングコイル７０に１つの切れ目Ｇを形成し、この場所に市販品の２端子型コンデンサ（７４，９４）を取り付ける。この実施例における特徴は、フローティングコイル７０のコイル導体とコンデンサ（７４，９４）のパッケージ本体の端子とを結ぶ接続端子１１２ａ，１１２ｂをコイル導体より上方（好ましくは垂直上方）に立てている構成にある。

上記のようにフローティングコイル７０に大きな誘導電流Ｉ_INDを流す場合は、大電流を流せる大きなサイズのコンデンサ（７４，９４）が用いられる。ところが、コンデンサ（７４，９４）のサイズが大きいと、切れ目Ｇのサイズも大きくなり、フローティングコイル７０のループ上で切れ目Ｇの箇所がフローティングコイル７０の電磁界的な作用上無視できない特異点になり得る。

この実施例では、上記のようにコンデンサ接続導体１１２ａ，１１２ｂを垂直上方に延ばしてコンデンサ本体をコイル導体よりも一段上方に（プラズマ側から一段遠く離して）配置するので、コンデンサ本体がプラズマ側から見え難い構造、つまりマスキングされる構造になっている。

図２６Ａおよび図２６Ｂに示す別の実施例では、フローティングコイル７０の切れ目Ｇをコイル周回方向に対して（またはコイル半径方向に対して）一定の角度（たとえば４５°）で斜めに形成している。そして、切れ目Ｇを介して相対向するコイル導体の両開放端部にそれぞれ設けられる一対のコンデンサ給電ポイント（コンデンサ接続導体１１２ａ，１１２ｂの基端の位置）１１４ａ，１１４ｂがコイル中心Ｏを通る半径方向の直線Ｆ上に位置するように構成している。かかる構成により、プラズマ側からは、切れ目Ｇの箇所が見え難くなって、フローティングコイル７０のコイル導体が周回方向であたかも連続しているように見える。

一変形例として、フローティングコイル７０の切れ目Ｇを、斜め一直線ではなく、図２６Ｃに示すような入れ子構造を可能とする斜め形状にすることも可能である。

図２７Ａに示す別の実施例では、フローティングコイル７０の切れ目Ｇがコイル導体をコイル半径方向に対して斜めに切りながら延びているだけでなく、縦方向（コイル軸方向）に対しても斜めに切りながら延びている構成が特徴的である。かかる構成により、プラズマ側からは切れ目Ｇの箇所が一層見え難くなり、周回方向におけるフローティングコイル７０のコイル導体の擬似的連続性が更に向上する。

なお、フローティングコイル７０のコイル導体の断面形状は任意であり、たとえば図２７Ｂに示すように三角、四角または円のいずれであってもよい。

図２８に、フローティングコイル７０の切れ目Ｇに起因する特異点の存在を解消または抑制するのに有効な別の実施例を示す。この実施例では、フローティングコイル７０上に周回方向に一定の間隔を置いて複数個たとえば３個のコンデンサ（７４，９４）を設けている。

元々、誘導結合型プラズマ処理装置は、ＲＦアンテナ直下では径方向に不均一に（ドーナツ状）にプラズマを生成し、それを拡散させてサセプタ側の基板上に均一なプラズマが得られるように設計されるものである。周回方向でドーナツ状プラズマ内のプラズ密度に不均一な箇所がある場合にも、当然に拡散による平滑化が起きるが、径方向に比べると周回方向では平滑化に必要な拡散距離が長いため、平滑化または均一化し難い傾向がある。

この点に関しては、図２８に示すように、不連続点を周回方向に一定間隔で複数設けると、平滑化に必要な拡散距離が短くなる。たとえば、図示のようにフローティングコイル７０に１２０°間隔で３個の切れ目Ｇを設けると、周回方向でプラズマの拡散に必要な距離は円周の１／３になり、平滑化ないし均一化しやすくなる。

図２９の実施例は、図２８の実施例の一変形例であり、フローティングコイル７０にダミーの切れ目Ｇ'を形成し、このダミーの切れ目Ｇ'にダミーのコンデンサ電極１１６およびダミーのコンデンサ接続導体１１８を設ける構成を特徴とする。ダミーの切れ目Ｇ'は、コンデンサ（７４，９４）を取り付けるための本来の切れ目Ｇと全く同じ構造でよく、全部の切れ目（Ｇ，Ｇ'）が周回方向で等間隔に配置されるように、本来の切れ目Ｇと混在して所定位置に１つまたは複数設けられる。ダミーのコンデンサ電極１１６は、一枚の導体板（たとえば銅板）で構成されてよい。ダミーのコンデンサ接続導体１１８も、本物のコンデンサ接続導体１１２ａ，１１２ｂと同様の材質および形状に作られてよい。

図２８の実施例ではフローティングコイル（７０，９０）に電気的に直列接続で複数のコンデンサ（７４，９４）を設けるのに対して、図２９の実施例は１個のコンデンサ（７４，９４）で済むという特徴がある。

［フローティングコイルの構造に関する実施例２］

次に、図３０〜図３６Ｂに、固定コンデンサ９４を構造体としてフローティングコイル７０に一体に作り込む実施例を示す。

図３０に示す実施例は、フローティングコイル７０の切れ目Ｇをそのまま固定コンデンサ９４の電極間ギャップとして利用する例である。この切れ目Ｇに誘電体のフィルム（図示せず）を挿入してもよい。

この実施例において、切れ目Ｇを介して向かい合うコイル導体の一対の開放端部はコンデンサ電極を構成する。このコンデンサ電極は、図３１に示すように上方（または横）に延びる拡張部１２０を一体に付けることで、電極面積を任意の大きさに調整することもできる。

また、上記のような突き合わせ型のコンデンサ構造の他にも、たとえば図３２に示すように、フローティングコイル７０において、切れ目Ｇに隣接する一方のコイル導体端部７０ｅを一方のコンデンサ電極としてその上に誘電体１２２を固着し、他方のコイル導体端部７０ｆにも接続する架橋導体板１２４を誘電体１２２の上面に当てて他方のコンデンサ電極とする。これによって、重ね合わせ型の固定コンデンサ９４が構成される。

図３３〜図３５に、可変コンデンサ７４を構造体としてフローティングコイル７０に一体に作り込む一実施例を示す。この実施例は、大まかには、図３２の固定コンデンサ９４において架橋導体板１２４をスライド可能な可動電極に置き換えるものである。

図３３に示すように、この実施例では、切れ目Ｇに隣接する一方のコイル導体端部７０ａの上には、同じ厚みを有する板状またはシート状の誘電体１２８および固定接点導体１３０が固着される。ここで、固定接点導体１３０は、誘電体１２８よりも切れ目Ｇから遠い位置に配置される。また、反対側で切れ目Ｇに隣接する他方のコイル導体端部７０ｂの上には、誘電体１２８および固定接点導体１３０と同じ厚みを有する板状またはシート状の固定接点導体１３２が固着される。可動電極１２６は、面一に並べられた固定接点導体１３０、誘電体１２８および固定接点導体１３２の上面を摺動してコイル周回方向に移動できるようになっている。なお、フローティングコイル７０の周回方向は、厳密には円弧であるが、局所的に切れ目Ｇの場所付近に限ってみれば、直線方向とみなしてよい。したがって、可動電極１２６が直線的に移動しても、フローティングコイル７０の上から横に外れることはない。

可動電極１２６を摺動させるためのスライド機構１３４は、たとえばボールネジ機構からなり、一定の位置で水平に延びる送りネジ１３６を回転駆動するためのステッピングモータ１３８と、送りネジ１３６と螺合するナット部（図示せず）を有し、送りネジ１３６の回転によってその軸方向に水平移動するスライダ本体１４０と、このスライダ本体１４０と可動電極１２６とを結合する圧縮コイルバネ１４２および鉛直方向で摺動可能に嵌合する一対の円筒体１４４，１４６とで構成されている。ここで、外側の円筒体１４４はスライダ本体１４０に固定され、内側の円筒体１４６は可動電極１２６に固定されている。圧縮コイルバネ１４２は、弾性力によって可動電極１２６を固定接点導体１３０、誘電体１２８および固定接点導体１３２に押し付ける。容量制御部７６は、ステッピングモータ１３８の回転方向および回転量を通じて可動電極１２６のスライド位置を制御する。

この実施例では、切れ目Ｇを挟む一対のコイル導体端部７０ｅ，７０ｆの間に、図３４のような等価回路で表される可変コンデンサ７４、第１のスイッチＳ₁および第２のスイッチＳ₂が作り込まれている。ここで、第１のスイッチＳ₁は可変コンデンサ７４と電気的に直列に接続される開閉器であり、第２のスイッチＳ₂は可変コンデンサ７４と電気的に並列に接続される開閉器である。

より詳細には、可変コンデンサ７４は、一方のコイル導体端部７０ａと誘電体１２８と可動電極１２６とスライド機構１３４とによって構成されている。第１および第２のスイッチＳ₁，Ｓ₂は、固定接点導体１３０，１３２と可動電極１２６とスライド機構１３４とによって構成されている。

ここで、図３５につき、この実施例における作用を説明する。

先ず、図３５の（ａ）に示すように、可動電極１２６を、片側のコイル導体端部７０ｂ上の固定接点導体１３２のみに接触し、反対側のコイル端部７０ｅ上の固定接点導体１３０および誘電体１２８のいずれとも接触しない位置に移動させる。この位置では、スイッチＳ₁，Ｓ₂のいずれも開（OFF）状態であり、フローティングコイル７０の切れ目Ｇは電気的に完全にオープン（遮断）状態になる。したがって、フローティングコイル７０には誘導電流にＩ_INDが一切流れず、実質的にフローティングコイル７０が無い場合と同じになる。

次に、図３５の（ｂ）に示すように、可動電極１２６を、片側のコイル導体端部７０ｆ上の固定接点導体１３２に接触し、反対側のコイル導体端部７０ｅ上では誘電体１２８には接触し、固定接点導体１３０には接触しない位置に移動させる。この位置では、スイッチＳ₂は開（OFF）状態のままで、スイッチＳ₁が閉（ON）状態になり、可変コンデンサ７４が有意のキャパシタンスをもって機能（通電）する。

この可変コンデンサ７４の静電容量は、可動電極１２６を固定接点導体１３２に向って移動させるほど大きくなり、図３５の（ｃ）に示すように可動電極１２６が誘電体１２８の上面全体を覆う位置まで移動させたときに最大になる。

そして、可動電極１２６を更に前進移動させて、図３５の（ｄ）に示すように固定接点導体１３０の上まで移動させると、両側の固定接点導体１３０，１３２同士が可動電極１２６を介して短絡し、スイッチＳ₁も閉（ON）状態になる。すなわち、切れ目Ｇが短絡状態になり、フローティングコイル７０はコイル導体の両端が閉じたリングになる。

なお、図３４のように可変コンデンサ７４（固定コンデンサ９４でも可能）と直列および／または並列にスイッチＳ₁，Ｓ₂を接続する構成は、市販品のコンデンサ素子を用いる実施例（図２５〜図２９）においても実現できる。また、直列接続のスイッチＳ₁は、フローティングコイル７０のループ内でコンデンサ７４（９４）とは別の切れ目に設けられてもよい。

図３６Ａおよび図３６Ｂに、可変コンデンサ７４を構造体としてフローティングコイル７０に一体に作り込む別の実施例を示す。

この実施例では、図３６Ａに示すように、フローティングコイル７０のコイル導体が、互いに同心円状（断面櫛歯状）に配置され、かつ底部で一体接続または分離された口径の異なる複数（たとえば３つ）の円筒状（正確には円弧状）板体１５０(1)，１５０(2)，１５０(3)で構成される。そして、コイル導体１５０(1)，１５０(2)，１５０(3)には周回方向で１箇所または等間隔の複数個所で切れ目Ｇが形成されるとともに、各切れ目Ｇの付近で周回方向に移動または変位可能な可動電極１５２が設けられる。

各々の可動電極１５２は、断面櫛歯状の円筒体１５０(1)，１５０(2)，１５０(3)と非接触で対向する断面櫛歯状の頂部で一体に接続された複数（たとえば４つ）の円弧状板体１５２(1)，１５２(2)，１５２(3) ，１５２(4)で構成されている。可動電極板１５２同士は水平支持棒１５４を介して一体的に結合され、中心点Ｏを通る垂直支持棒（図示せず）を介してモータ等の回転機構（図示せず）に接続されている。

可動電極１５２を図３６Ａに示す位置に移動させると、フローティングコイル７０のコイル導体１５０(1)，１５０(2)，１５０(3)は切れ目Ｇの箇所で周回方向に電気的に分断された状態となり、完全遮断状態（コイルが無いのと同じ状態）になる。

可動電極板１５２を図３６Ａの位置から図の反時計回りに少し移動させると、可動電極１５２は周回方向に切れ目Ｇを横断してその両側のコイル導体端部の双方とコンデンサを形成する。このように切れ目Ｇを周回方向で跨ぐ可動電極１５２の回転位置を調節することで、合成的なコンデンサのキャパシタンスを可変することができる。

［可変コンデンサの静電容量の制御に関する実施例］

図３７Ａ〜図３７Ｃに示す実施例は、フローティングコイル７０内に設けられる可変コンデンサ７４の静電容量を温度で可変制御する方式に係るものである。

この実施例では、図３７Ａおよび図３７Ｂに示すように、フローティングコイル７０の１つ（または複数）の切れ目Ｇに、温度によって誘電率が変化する感温性の材質たとえばポリアミド樹脂からなる誘電体１５６を挿入する。図３７Ｃに、この種の感温性誘電体においてその誘電率が温度に依存して変化する特性の一例を示す。

このような感温性の誘電体１５６に対して、たとえばレーザまたはランプ１５８より加熱用の光ビームを照射し、あるいはガスノズル１６０より冷却用のガスを噴射することにより、一定の温度−誘電率特性（図３７Ｃ）に基づいて誘電体１５６の誘電率を可変し、ひいては可変コンデンサ７４の静電容量を可変制御する。

一変形例として、図３８に示すように、可変コンデンサ７４の静電容量を湿度で可変制御する方式も可能である。この構成例では、フローティングコイル７０の１つ（または複数）の切れ目Ｇに、湿度によって誘電率が変化する感湿性の材質、たとえば架橋ポリイミド、セルロース・アセテート、ポリビニル・アルコール、ポリアクリル・アミドまたはポリビニル・ピロリドンからなる誘電体１６２を挿入する。このような感湿性の誘電体１６２に対して、たとえばレーザまたはランプ１６４より加熱または乾燥用の光ビームを照射し、あるいはガスノズル１６６より蒸気を噴射することにより、一定の湿度−誘電率特性（図示せず）に基づいて誘電体１６２の誘電率を可変し、ひいては可変コンデンサ７４の静電容量を可変制御する。乾燥手段として、光ビームに代えて乾燥ガスを使用することも可能である。

［フローティングコイルのレイアウト構造に関する他の実施例］

図３９〜図４３につき、フローティングコイルの巻線またはレイアウト構造に関する他の実施例を説明する。

フローティングコイル７０のコイル径がスパイラル状ＲＦアンテナ５４の内径と外径との中間にある場合は、図３９に示すように、フローティングコイル７０のコイル導体の上を跨いでＲＦアンテナ５４の内側部分と外側部分とを接続する高架接続導体１７０を設けてよい。なお、ＲＦアンテナ５４にたとえばコンデンサ１７２からなる終端回路を接続してもよい。

また、図４０Ａおよび図４０Ｂに示すように、スパイラル状のＲＦアンテナ５４に対してフローティングコイル７０が径方向で互い違いになるようなスパイラル形状を有する構成も可能である。

また、図４１に示すように、コイル径の異なる独立した２つのスパイラル状フローティングコイル７０Ａ，７０Ｂを同心状に並べて配置してもよい。

別の実施例として、図示省略するが、高さ位置の異なる独立した複数のフローティングコイル７０Ａ，７０Ｂ，・・・を同軸状に並べて配置することも可能である。

また、図４２に示すように、コイル径の異なる複数（たとえば２つ）のスパイラルフローティングコイル７０Ｃ，７０Ｄを可変または固定コンデンサ７４Ｃ（９０Ｃ）、７４Ｄ（９０Ｄ）を介して直列に接続し、全体として１つの複巻フローティングコイルとすることも可能である。さにらは、図示省略するが、コンデンサ７４Ｃ（９０Ｃ）、７４Ｄ（９０Ｄ）のいずれか一方を省いてその部分を短絡する構成も可能である。

また、図４３に示すように、１つまたは複数（図示の例は３つ）のフローティングコイル７０(1)，７０(2)，７０(3)のそれぞれのループ内に、固定コンデンサ９４(1)，９４(2)，９４(3)または可変コンデンサ７４(1)，７４(2)，７４(3)と開閉スイッチＳ(1)，Ｓ(2)，Ｓ(3)とを直列接続（または並列接続）で設ける構成も可能である。

［他の実施形態または変形例］

本発明におけるフローティングコイルには大きな誘導電流（時にはＲＦアンテナに流れる電流よりも大きな電流）が流れることもあり、フローティングコイルの発熱に留意することも大切である。

この観点から、図４４Ａに示すように、フローティングコイル７０の近傍に空冷ファンを設置して空冷式で冷却するコイル冷却部を好適に設けることができる。あるいは、図４４Ｂに示すように、フローティングコイル７０を中空の銅製チューブで構成し、その中に冷媒を供給してフローティングコイル７０の過熱を防止するコイル冷却部も好ましい。

図４５につき、本発明におけるフローティングコイルの二次的機能に関する一実施例を説明する。

この実施例は、誘導結合型プラズマエッチング装置より排出されるガス中に含まれる温室効果ガスをプラズマで分解処理するための誘導結合形プラズマ排ガス分解処理装置１９０を併設している。この誘導結合形プラズマ排ガス処理装置１９０は、たとえば石英またはアルミナからなる円筒状の反応容器または反応管１９２の周囲にヘリカル形のＲＦアンテナ１９４を備えている。

この実施例では、このＲＦアンテナ１９４をフローティングコイル７０の切れ目Ｇの間に設けられるコンデンサ(７４，９４)と電気的に直列接続に接続している。フローティングコイル７０に流れるコイル電流（誘導電流）Ｉ_INDは同時にＲＦアンテナ１９４にも流れ、反応管１９２内に誘導結合のプラズマを生成する。反応管１９２には、誘導結合型プラズマエッチング装置の排気ポート２２より排気管２４を介して排ガスが導入される。この種の排ガス中の代表的な温室効果ガスは、フッ素と炭素の化合物であるパーフルオロカーボン、フッ素と炭素と水素の化合物であるハイドロフルオロカーボン、ＮＦ₃，ＳＦ₆等であり、誘導結合による高周波放電のプラズマで分解し、環境負荷の低いガスに変換され、排気装置２６へ送られる。

反応管１９２には、排ガスの分解効率を向上させるための添加ガスたとえはＯ₂ガスも所定の流量または混合比で導入される。図示省略するが、反応容器１９２の外周にたとえば冷却水を通す水冷パイプを巻いて反応管１９２を温調してもよい。また、排ガス分解処理を更に促進するために、反応管１９２の周囲に別のヘリカル形ＲＦアンテナ（図示せず）を併設し、これに別個の独立した高周波電流を供給する構成も可能である。

この実施例においては、上記のように、誘導結合型プラズマエッチング装置のフローティングコイル７０と誘導結合型プラズマ排ガス分解処理装置１９０のＲＦアンテナ１９４とを電気的に直列に接続している。そして、誘導結合形プラズマエッチング装置において誘導結合型プラズマのプラズマ密度分布の制御のためにフローティングコイル７０に流れる誘導電流Ｉ_INDをＲＦアンテナ１９４にも流して、誘導結合型プラズマ排ガス分解処理装置１９０のプラズマ生成に再利用している。

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

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ＲＦ_Lを印加しない形態も可能である。一方で、複数のＲＦアンテナまたはアンテナ・セグメントを使用し、複数の高周波電源または高周波給電系統によりそれら複数ＲＦアンテナ（またはアンテナ・セグメント）にプラズマ生成用の高周波電力をそれぞれ個別に供給する方式のプラズマ装置にも本発明は適用可能である。

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

１０ チャンバ
１２ サセプタ
２６ 排気装置
５２ 誘電体窓
５４ ＲＦアンテナ
５４_i 内側コイル
５４_o 外側コイル
５５ アース線
５６ （プラズマ生成用）高周波電源
６６ 処理ガス供給源
７０ フローティングコイル
７２ 容量可変機構
７４ 可変コンデンサ
７５ 主制御部
９４ 可変コンデンサ
９６ 容量制御部

Claims (9)

1. 天井に誘電体窓を有する処理容器と、
   前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、
   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、処理ガスの高周波放電に適した一定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、
   電気的にフローティング状態に置かれ、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能な位置で、前記ＲＦアンテナよりも高い位置に配置されるフローティングコイルと、
   前記フローティングコイルのループ内に設けられるコンデンサと
   を有し、
   前記コンデンサは可変コンデンサであり、
   前記コンデンサの静電容量に応じて、前記フローティングコイル内に流れる誘導電流の向きまたは電流値が変化すると、前記処理容器内に生成されるドーナツ状プラズマにおいて前記フローティングコイルの直下付近のプラズマ密度が前記処理容器の径方向で広範囲に変化し、
   前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが同じであって、前記フローティングコイルの導体と重なる位置とその周辺部でプラズマ密度がなだらかになる第１のモードと、
   前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが同じであって、または前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが逆であって、前記フローティングコイルの導体と重なる位置でその周辺部よりもプラズマ密度が局所的に高くなる第２のモードと、
   前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが逆であって、前記フローティングコイルの導体と重なる位置でその周辺部よりもプラズマ密度が局所的に低くなる第３のモードと、
   を有する、プラズマ処理装置。
2. 前記第２のモードにおいて、前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが同じであるときは、前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが逆であるときよりも、前記フローティングコイルの導体と重なる位置でその周辺部よりもプラズマ密度が局所的に高くなる、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記フローティングコイルが、前記ＲＦアンテナと同軸に配置される、請求項１または請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記ＲＦアンテナがスパイラル状のコイルであり、径方向において前記フローティングコイルが前記ＲＦアンテナの外径より内側に配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記フローティングコイルが、径方向において前記ドーナツ状プラズマの中間部の真上に配置される、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記フローティングコイルが、径方向において前記ＲＦアンテナの内側または外側のいずれかに配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記フローティングコイルの抵抗をＲ、前記フローティングコイルと前記ＲＦアンテナとの間の相互インダクタンスをＭ、前記高周波の周波数をｆとすると、２πｆＭ＞Ｒである、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記フローティングコイルは、前記フローティングコイル内で流れる電流を、前記ＲＦアンテナを流れる電流の１／１０以下から２倍以上まで連続的またはステップ的に可変できる可変の静電容量を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
9. 誘電体窓を有する処理容器と、前記誘電体窓の上に配置されるコイル状のＲＦアンテナと、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、処理ガスの高周波放電に適した周波数の高周波電力を前記ＲＦアンテナに供給する高周波給電部とを有するプラズマ処理装置において前記被処理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、
   電気的にフローティング状態に置かれ、前記ＲＦアンテナと電磁誘導により結合可能でループ内に可変のコンデンサを設けたフローティングコイルを前記ＲＦアンテナより高い位置に配置し、
   前記コンデンサの静電容量を可変に制御して、前記フローティングコイル内に流れる誘導電流の向きまたは電流値を制御し、前記処理容器内に生成されるドーナツ状プラズマにおいて前記フローティングコイルの直下付近のプラズマ密度を前記処理容器の径方向で広範囲に変化させ、
   前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが同じであって、前記フローティングコイルの導体と重なる位置とその周辺部でプラズマ密度がなだらかになる第１のモードと、
   前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが同じであって、または前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが逆であって、前記フローティングコイルの導体と重なる位置でその周辺部よりもプラズマ密度が局所的に高くなる第２のモードと、前記フローティングコイルに流れる電流の向きと前記ＲＦアンテナに流れるアンテナ電流の向きが逆であって、前記フローティングコイルの導体と重なる位置でその周辺部よりもプラズマ密度が局所的に低くなる第３のモードとを有し、前記第１、第２および第３のモードのいずれかを適宜選択することで、前記被処理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。