CN101877312B - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子体处理装置，其易于形成等离子体电位低且更加稳定的高密度的等离子体，并且能够更加简单且准确地控制等离子体处理的均匀性。该等离子体处理装置包括：在处理室(102)内载置晶片的载置台(110)；以与载置台相对的方式隔着板状电介质(104)配置的由内侧天线元件(142A)和外侧天线元件(142B)构成的平面状的高频天线(140)；和以覆盖高频天线的方式设置的屏蔽部件(160)，各天线部件构成为分别将其两端开放并且将中点或者中点附近接地，分别以来自不同的高频电源的高频的1/2波长谐振。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本发明涉及激励处理气体的等离子体对被处理基板实施规定的处理的等离子体处理装置。
背景技术
这种等离子体处理装置例如用于对半导体晶片、FPD(平板显示器)基板等的被处理基板进行蚀刻、灰化、等离子体蒸镀等的各种工艺处理。作为这种等离子体处理装置，例如构成为以下结构：在电介质的上部设置平面状的螺旋状线圈，将该螺旋状线圈的两端接地，两端以外的一部分与高频电源连接(例如参照专利文献1)。根据该结构，从高频电源对螺旋状线圈供给高频，通过以该高频的例如1/2波长(或者1/4波长)使其振动而感应驻波，使得在电介质的下部发生感应电场激励处理气体的等离子体。
【专利文献1】日本特开平7-296992号公报
【专利文献2】日本特开2007-142444号公报
但是，近年来伴随半导体元件的更加精细化、多层化的要求，在这样的工艺处理中，要求进行损伤更少的处理。例如在利用自由基进行工艺处理的情况下，要求促进基于该自由基的反应，并且极力降低离子损伤。即，由于过剩的离子引起在晶片的层间的材料混合、氧化物破坏、污染物质侵入、形状质地变化等的损伤，因此为了避免这些状况而进行了各种研究。另外，在高精度地规定选择比的蚀刻处理等中，优选避免具有低选择性的离子碰撞。公知这样的离子损伤例如通过尽可能激励电位低的等离子体而能够有效地抑制。
但是，如上述的等离子体处理装置那样，在将螺旋状线圈的两端接地的情况下，即使通过以高频的1/2波长(或者1/4波长)使其振动而感应驻波，螺旋状线圈上的电压成分必定成为正和负的任意一种，由于不会出现正和负的电压成分两者同时存在的情况，所以在螺旋状线圈上时常残留有电压成分。因此，由于等离子体中的电容耦合成分较多地发生，所以不能够避免离子损伤的发生。
另外，为了减低这样的等离子体中的电容耦合成分，只要减少残留在螺旋状线圈的电压成分即可，所以如在专利文献1中所记载，通过使用低电感的螺旋状线圈，能够降低等离子体中的电容耦合成分。但是，当使用低电感的螺旋状线圈时，被激励的磁场变弱，其结果是较强的感应耦合等离子体难以发生，等离子体密度也降低。
此外，在专利文献2中，在能够减压的纵长的反应容器的外侧设置有缠绕的螺旋状线圈，对该螺旋状线圈供给规定波长的高频使其以1/2波长模式等进行谐振从而感应驻波，在反应容器内使感应电场发生激励处理气体的等离子体。由此，通过波长调整电路调整电压波形，使得相位电压和逆相位电压以相位电压的切换点为界形成对称，以在该相位电压的切换电位为零的点，作为能够激励感应耦合等离子体的点。
但是，正因为是在纵方向上缠绕的螺旋状线圈的天线元件，所以能够通过波长调整电路调整波形使得相位电压和逆相位电压以相位电压的切换点为界形成对称。相对于此，对于平面状线圈的天线元件，与在纵方向上缠绕的螺旋状线圈的情况不同，在同一平面上随着从内侧端部向外侧端部其直径逐渐变大。因此，相位电压与逆相位电压在相位电压的切换点的内侧线路与外侧线路上电抗不同，所以不能按照以该点为界形成对称的方式调整波形。因此，这样的专利文献2的螺旋状线圈的情况的技术不能够保持原样地应用于平面状线圈的情况。
而且，伴随半导体元件的更加精细化、多层化的要求，当对被处理基板实施等离子体处理时，希望能够更加简单且准确地控制其中央部(中心部)和周边部(边缘部)的处理的均匀性。
发明内容
因此，本发明鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种等离子体处理装置，能够容易地形成等离子体电位低、且更加稳定的高密度的等离子体，并且能够更加简单且准确地控制对被处理基板的等离子体处理的均匀性。
为了解决上述课题，依据本发明的一个方面，提供一种等离子体处理装置，通过在减压的处理室内生成处理气体的感应耦合等离子体对被处理基板实施规定的等离子体处理，该等离子体处理装置的特征在于，包括：设置在上述处理室内、用于载置上述被处理基板的载置台；向上述处理室内导入上述处理气体的气体供给部；对上述处理室内进行排气减压的排气部；以与上述载置台相对的方式隔着板状电介质配置的平面状的高频天线；和以覆盖上述高频天线的方式设置的屏蔽部件，上述高频天线包括配置在上述板状电介质上的中央部的内侧天线元件和以包围其外周的方式配置在上述板状电介质上的周边部的外侧天线元件，这些天线元件分别按照如下方式构成：两端开放且中点或者其附近接地，并且分别以来自不同的高频电源的高频的1/2波长谐振。
依据上述的本发明，由于各天线元件按照如下方式构成：两端开放且中点或者其附近接地，并且分别以来自各自的高频电源的高频的1/2波长谐振，因而关于各天线元件上的电压成分，存在大小很微小的不同，必定同时存在正电压和负电压，所以它们相互抵消，作为各个天线元件整体电压成分变小。由此，能够使由各天线元件产生的等离子体中的电容耦合成分也减小，所以能够减低基于等离子体的离子损伤。
并且，由于高频天线分为内侧天线元件和外侧天线元件而构成，因此在由内侧天线元件产生的等离子体的外侧，由外侧天线元件产生的等离子体产生在大致同一平面。由于像这样在被处理基板上的中央部和周边部产生两个非常低电位的等离子体，因此能够使对被处理基板进行等离子体处理时的面内均匀性提高。另外，由于能够对各天线元件施加来自不同的高频电源的高频，所以能够通过改变高频的频率或功率，从而更加简单且准确地控制对被处理基板进行等离子体处理时的面内均匀性。
另外，优选上述屏蔽部件包括：以包围上述内侧天线元件的方式设置在上述各天线元件间的筒状的内侧屏蔽壁；以包围上述外侧天线元件的方式设置的筒状的外侧屏蔽壁；在上述内侧天线元件上以堵塞上述内侧屏蔽壁的开口的方式设置的内侧屏蔽板；和在上述外侧天线元件上以堵塞上述各屏蔽壁间的开口的方式设置的外侧屏蔽板，在上述各屏蔽板分别设置有用于分别调整与上述各天线元件的距离的屏蔽高度调整机构。
由此，通过调整各天线元件与各屏蔽板的距离，能够改变它们之间产生的寄生电容，所以能够不改变各天线元件的物理长度来调整各天线元件的谐振频率。另外，由于通过调整各天线元件与各屏蔽板之间的寄生电容能够调整各天线元件的电长度，所以能够使各天线元件的尺寸、形状等的自由度大幅扩大。另外，通过利用屏蔽高度调整机构调整各屏蔽板的高度这样简单的操作能够调整各天线元件的谐振频率。
另外，在上述高频天线设置有调整上述各天线元件与上述板状电介质的距离的天线高度调整机构。在该情况下，上述高频天线的高度调整机构，可以由使各天线元件一体地驱动来调整与上述板状电介质的距离的机构构成，另外也可以由使上述内侧天线元件驱动来调整与上述板状电介质的距离的机构和使上述外侧天线元件驱动来调整与上述板状电介质的距离的机构构成。
由此，由于能够改变各天线元件与由这些天线元件产生的各等离子体的距离，所以能够使各天线元件与各等离子体之间的电容耦合度变化，能够调整等离子体电势(plasma potential)。另外，通过利用天线高度调整机构调整各天线元件的高度这样的简单操作能够调整等离子体电势。
另外，该等离子体处理装置包括控制上述各高频电源的控制部，上述控制部使来自上述各高频电源的不同频率的高频施加到上述各天线元件。由此，能够改变基于由上述各天线元件产生的等离子体的处理气体的离解度，能够在被处理基板上的中央部和周边部产生不同密度和组成的等离子体。
另外，上述控制部使来自上述各高频电源的高频通过脉冲调制方式以规定的周期交替地施加于上述各天线元件。由此，当激励等离子体时，即便以低功率的高频也能够激励等离子体。另外，在该情况下，上述控制部优选在即将关断上述各高频电源的一方的高频输出之前使另一方的高频输出接通。由此，在一方的等离子体消失之前，能够激励另一方的等离子体。因此，能够易于激励等离子体，能够以更低的功率的高频激励等离子体。
另外，也可以构成为：在上述各高频电源的输出侧分别设置高频功率表，根据由这些高频功率表检测的反射波电力控制上述高度调整机构而调整上述各屏蔽板的高度，由此进行自动调整，使得上述各天线元件的谐振频率成为最佳。由此，能够更简单地将各天线元件的谐振频率调整为最佳频率。
另外，上述各天线元件优选为螺旋线圈状。在平面状且螺旋线圈状的天线元件的情况下，与在纵方向上缠绕的螺旋状线圈的情况不同，在同一平面上随着从内侧端部向外侧端部其直径逐渐变大。因此，当将天线元件的中点或者其附近作为接地点时，在从内侧端部至接地点的线路与从接地点至外侧端部的线路上电抗不同，所以天线元件上的电压波形，在从天线元件的接地点至其内侧的线路与从天线元件的接地点至其外侧的线路上并未形成严格地对称，两者的波形存在微小的差异。因此，在天线元件上残留有电压成分。在这样的情况下，依据本发明，通过调整高频天线的高度使例如天线元件与等离子体的距离变长，能够减小等离子体电位。由此，能够生成等离子体而使天线元件不受到残留的微小的电压成分的影响。
为了解决上述课题，依据本发明的另一个方面，提供一种等离子体处理装置，通过在被减压的处理室内生成处理气体的感应耦合等离子体，对被处理基板实施规定的等离子体处理，该等离子体处理装置的特征在于，包括：设置在上述处理室内、用于载置上述被处理基板的基座；对上述基座施加高频电力的基座用高频电源；向上述处理室内导入上述处理气体的气体供给部；对上述处理室内进行排气减压的排气部；以与上述载置台相对的方式隔着板状电介质配置的平面状的高频天线；和以覆盖上述高频天线的方式设置的屏蔽部件，上述高频天线包括配置在上述板状电介质上的中央部的内侧天线元件和以包围其外周的方式配置的外侧天线元件，这些天线元件分别按照如下方式构成：两端开放且中点或者其附近接地，并且分别以来自不同的高频电源的高频的1/2波长谐振。
依据这样的本发明，能够向处理室内导入处理气体，对各天线元件施加规定的高频电力，并且对基座施加偏压用的高频电力。这时，各天线元件分别将缠绕方向的长度的中点作为接地点(接地)，以1/2波长模式谐振，所以由这些天线元件产生的等离子体的电位非常低。因此，即使对基座施加偏压用的高频电力，几乎不发生由等离子体导致的电压变动。由此，能够进行独立性非常高的基座的偏压控制。
上述外侧天线元件，可以以包围上述内侧天线元件的外周的方式配置为同心状。另外，也可以设置多个上述外侧天线元件，上述各外侧天线元件以包围上述内侧天线元件的外周的方式相邻设置。并且，上述内侧天线元件和上述外侧天线元件的两方或者一方进一步分割为2个以上并配置为同心状。而且，在本说明书中，1mTorr为(10-3×101325/760)Pa。
依据本发明，由内侧天线元件和外侧天线元件构成高频天线，并且构成为：将各天线元件的两端开放且将中点或者其附近接地，以来自高频电源的高频的1/2波长谐振。由此能够降低等离子体电位，易于形成稳定的高密度的等离子体，并且能够更加简单且可靠地控制对被处理基板的等离子体处理的均匀性。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的等离子体处理装置的概略结构的纵截面图。
图2是表示图1所示的高频天线的平面图。
图3是示意性表示在使将中点作为接地点的内侧天线元件谐振的情况下的、瞬间地施加的电流和电压的图。
图4是示意性表示在使将中点作为接地点的外侧天线元件谐振的情况下的、瞬间地施加的电流和电压的图。
图5是表示实际地施加于内侧天线元件或者外侧天线元件的电流和电压的图。
图6是用于说明本实施方式的各天线元件的作用的立体图。
图7是表示比较例的图，是示意性表示使将端部作为接地点的内侧天线元件谐振的情况下的、瞬间地施加的电流和电压的图。
图8是用于说明屏蔽板和各天线的高度调整机构的部分截面图。
图9A是内侧屏蔽板的高度调整机构的作用说明图。
图9B是内侧屏蔽板的高度调整机构的作用说明图。
图10A是外侧屏蔽板的高度调整机构的作用说明图。
图10B是外侧屏蔽板的高度调整机构的作用说明图。
图11A是高频天线的高度调整机构的作用说明图。
图11B是高频天线的高度调整机构的作用说明图。
图12是表示高频天线的变形例的部分截面图。
图13是图12所示的高频天线的平面图。
图14A是图12所示的高频天线的高度调整机构的作用说明图。
图14B是图12所示的高频天线的高度调整机构的作用说明图。
图15是表示施加27MHz和60MHz的高频的情况下的处理气体的离解度的图，是表示规定自由基的自由基密度比的曲线图。
图16是表示施加27MHz和60MHz的高频的情况下的处理气体的离解度的图，是表示规定自由基的发光强度比的压力依赖的曲线图。
图17是表示施加27MHz和60MHz的高频的情况下的处理气体的离解度的图，是表示规定自由基的发光强度比的高频电力依赖的曲线图。
图18是表示通过脉冲调制方式施加40MHz和60MHz的高频的情况下的脉冲波形与合成波形的图。
图19表示本实施方式的等离子体处理装置的变形例的截面图。
图20表示等离子体和自偏压电压的关系的曲线图。
符号说明
100、101等离子体处理装置
102处理室
104板状电介质
110载置台
120气体供给部
121气体导入口
122气体供给源
123气体供给配管
124质量流量控制器
126开闭阀
130排气部
132排气管
134晶片搬入搬出口
136闸阀
140高频天线
142A内侧天线元件
142B外侧天线元件
144、144A、144B夹持体
146、146A、146B突出部
148、148A、148B调节器(致动器、actuator)
149、149A、149B驱动棒
150A、150B高频电源
160屏蔽部件
162A内侧屏蔽壁
162B外侧屏蔽壁
163A、163B孔
164A内侧屏蔽板
164B外侧屏蔽板
166A、166B支承体
168A、168B调节器
169A、169B驱动棒
200控制部
210操作部
220存储部
300载置台
312绝缘板
314基座支承台
316基座
320静电卡盘
322电极
324直流电源
326致冷剂室
328传热气体供给管线
330高频电源
332匹配器
CA、CB寄生电容
PA、PB等离子体
W晶片
具体实施方式
以下参照附图对本发明的优选的实施方式进行详细的说明。而且，在本说明书和附图中，对于实质上具有相同功能的结构要素，由于标注相同的符号而省略重复说明。
(等离子体处理装置的结构例)
首先，参照附图对本发明的实施方式的等离子体处理装置100的结构例进行说明。在此，举例说明感应耦合型的等离子体处理装置，其利用对平面状的高频天线施加高频电力而在处理室内激励的处理气体的等离子体，对被处理基板例如半导体晶片(以下简称为“晶片”)W实施规定的等离子体处理。
图1是表示本实施方式的等离子体处理装置100的概略结构的截面图，图2是从上方观察图1所示的高频天线140的俯视图。等离子体处理装置100具备金属制(例如铝制)的且形成为筒状(例如圆筒状)的处理室(腔室)102。并且，处理室102的形状并非限定于圆筒状。例如也可以是角筒状(例如箱状)。
在处理室102的底部设置有用于载置晶片W的载置台110。载置台110使用铝等成形为大致柱状(例如圆柱状)。并且，关于载置台110的形状也并非限定于圆柱状。例如也可以是角柱状(例如多角柱状)。并且，虽然未图示，但是在载置台110中也可以根据需要设置通过库伦力吸附保持晶片W的静电卡盘、加热器或致冷剂流路等的温度调整机构等各种功能。关于这样的载置台110的变形例的详细内容在后文中叙述。
在处理室102的顶棚部(顶部)，例如由石英玻璃或陶瓷等构成的板状电介质104以与载置台110相对的方式设置。具体而言，板状电介质104例如形成为圆板状，以闭塞在处理室102的顶棚部所形成的开口的方式被气密(气体密封)地安装。
在处理室102设置有供给用于处理晶片W的处理气体等的气体供给部120。气体供给部120例如按照图1所示的方式构成。即，在处理室102的侧壁部形成有气体导入口121，气体导入口121通过气体供给配管123与气体供给源122连接。在气体供给配管123的途中设置有控制处理气体的流量的流量控制器例如质量流量控制器124、开闭阀126。利用这样的气体供给部120，来自气体供给源122的处理气体通过质量流量控制器(MFC)124被控制为规定的流量，从气体导入口121供给到处理室102内。
在图1中为了使说明简单，以一个系统的气体管线来表现气体供给部120，但是气体供给部120并不限定于供给单一气体种类的处理气体的情况，也可以是供给多种处理气体。在该情况下，也可以设置多个气体供给源由多个系统的气体供给管线构成，在各个气体管线设置质量流量控制器。另外，在图1中举例表示按照从处理室102的侧壁部供给气体的方式构成气体供给部120的情况，但是并不限定于该方式。例如也可以构成为从处理室102的顶棚部供给气体的结构。在该情况下，例如在板状电介质104的例如中央部形成气体导入口，可以由此供给气体。
作为通过这样的气体供给部120供给到处理室102内的处理气体，例如在氧化膜的蚀刻时，能够使用含有Cl等的卤素类气体。具体而言，在对SiO2膜等的硅氧化膜进行蚀刻的情况下，将CHF3气体等作为处理气体使用。另外，在对HfO2、HfSiO2、ZrO2、ZrSiO4等的高电介质薄膜进行蚀刻的情况下，将BCl3气体作为处理气体使用，或者将BCl3气体和O2气体的混合气体作为处理气体使用。并且，在对聚硅膜进行蚀刻的情况下，将HBr气体和O2气体的混合气体等作为处理气体使用。
在处理室102的底部，通过排气管132连接有排出处理室102内的氛围气体的排气部130。排气部130例如由真空泵构成，能够将处理室102内减压至规定的压力。在处理室102的侧壁部形成有晶片搬入搬出口134，在晶片搬入搬出口134设置有闸阀136。例如当搬入晶片W时，打开闸阀136通过未图示的搬送臂等的搬送机构将晶片W载置在处理室102内的载置台110上，关闭闸阀136进行晶片W的处理。
在处理室102的顶棚部，在板状电介质104的上侧面(外侧面)配置有平面状的高频天线140、和覆盖高频天线140的屏蔽部件160。本实施方式的高频天线140，大致区分由配置在板状电介质104的中央部的内侧天线元件142A、和以包围其外周的方式配置的外侧天线元件142B构成。各天线元件142A、142B分别形成为由例如铜、铝、不锈钢等的导体构成的螺旋线圈状。
各天线元件142A、142B均被多个夹持体144夹持而成为一体。各夹持体144例如如图2所示形成为棒状，按照从内侧天线元件142A的中央附近向外侧天线元件142B的外侧伸出的方式将这些夹持体144配置为放射线状(辐射线状)。图2表示用3个夹持体144夹持各天线元件142A、142B的情况的具体例子。
本实施方式的屏蔽部件160，包括：以包围内侧天线元件142A的方式设置在各天线元件142A、142B之间的筒状的内侧屏蔽壁162A；和以包围外侧天线元件142B的方式设置的筒状的外侧屏蔽壁162B。由此，板状电介质104的上侧面被分为内侧屏蔽壁162A的内侧的中央部(中央区域)、和各屏蔽壁162A、162B之间的周边部(周边区域)。
在内侧天线元件142A上，以堵塞内侧屏蔽壁162A的开口的方式设置有圆板状的内侧屏蔽板164A。在外侧天线元件142B上，以堵塞各屏蔽壁162A、162B之间的开口的方式设置有环形板状的外侧屏蔽板164B。
此外，屏蔽部件160的形状并不限定于圆筒状。也可以将屏蔽部件160的形状形成为例如角筒状等其它形状，但是优选与处理室102的形状相匹配。在此，例如由于处理室102形成为大致圆筒状，因此与其相匹配屏蔽部件160也形成为大致圆筒状。另外，如果处理室102为大致角筒状，则优选屏蔽部件160也形成为大致角筒状。
各天线元件142A、142B各自与高频电源150A、150B分别连接。由此，能够对各天线元件142A、142B施加相同频率或者不同频率的高频。例如，从高频电源150A对内侧天线元件142A以规定的功率供给规定频率(例如40MHz)的高频时，通过在处理室102内形成的感应磁场，被导入到处理室102内的处理气体被激励，在晶片W的中央部生成环形的等离子体。
另外，当从高频电源150B对外侧天线元件142B以规定的功率供给规定频率(例如60MHz)的高频时，通过在处理室102内形成的感应磁场，被导入到处理室102内的处理气体被激励，在晶片W的周边部生成另外的环形(donut)的等离子体。
利用这些等离子体，对晶片实施灰化处理、蚀刻处理、成膜处理等规定的等离子体处理。从各高频电源150A、150B输出的高频并不限定于上述的频率。例如能够供给13.56MHz、27MHz、40MHz、60MHz等各种频率的高频。但是，需要与从高频电源150A、150B输出的高频相对应地调整各天线元件142A、142B的电长度。
此外，关于各天线元件142A、142B的具体的结构的详细内容在后文中叙述。内侧屏蔽板164A、外侧屏蔽板164B各自通过调节器(actuator、致动器)168A、168B而能够分别被调整高度。其详细情况在后文叙述。
在等离子体处理装置100连接有控制部(全体控制装置)200，通过该控制部200控制等离子体处理装置100的各部。另外，在控制部200连接有操作部210，该操作部210由用于管理员管理处理装置100而进行命令的输入操作等的键盘、将等离子体处理装置100的工作状况可视化进行显示的显示器等构成。
并且，控制部200连接有存储部220，在该存储部220中存储有用于通过控制部200的控制实现由等离子体处理装置100执行的各种处理的程序、为了执行程序所必须的方案数据等。
在存储部220，除存储有例如用于执行晶片W的工艺处理的多个工艺处理方案以外，还存储有用于进行处理室102内的清洁处理等必需的处理的方案等。这些方案包括控制等离子体处理装置100的各部的控制参数、设定参数等的多个参数值。例如，工艺处理方案具有例如处理气体的流量比、处理室102内的压力、施加到各天线元件142A、142B的高频的频率或功率等的参数值。
此外，这些方案可以存储在硬盘或者半导体存储器中，另外也可以以存储在CD-ROM、DVD等可移动性的、通过计算机可读取的存储介质中的状态而设置在存储部220的规定位置。
控制部200基于来自操作部210的指示等从存储部220读取所希望的工艺处理方案对各部进行控制，由此执行等离子体处理装置100中的所希望的处理。另外，能够通过来自操作部210的操作编辑方案。
(高频天线的结构例)
在此，参照附图说明本实施方式的高频天线140的具体的结构例。高频天线140，例如如图2所示，对于各天线元件142A、142B，构成为；能够形成以两端为自由端a、b(即，使两端a、b不接地(不为接地电位))并且以缠绕(卷绕)方向的长度的中点或者其附近(以下，简称为“中点”)为接地点(接地，即、接地电位)的1/2波长的驻波。
即，内侧天线元件142A，按照以从高频电源150A供给的规定频率(例如40MHz)为基准，以该基准频率的1/2波长进行谐振(以半波长模式谐振)的方式，设定长度、缠绕直径(卷绕直径)、缠绕间距(卷绕间距)、缠绕圈数(卷绕数)。例如内侧天线元件142A的电长度为，以基准频率的波长的1/2倍进行谐振的长度、即基准频率中的1波长的1/2倍长度。
另外，外侧天线元件142B，按照以从高频电源150B供给的规定频率(例如60MHz)为基准，以该基准频率的1/2波长进行谐振(以半波长模式谐振)的方式，设定长度、缠绕直径、缠绕间距、缠绕圈数。例如外侧天线元件142B的电长度为，以基准频率的波长的1/2倍进行谐振的长度、即基准频率中的1波长的1/2倍长度。
此外，各天线元件142A、142B分别可以以管状、线状、板状等任意的形状构成。各天线元件142A、142B分别在缠绕间距相同的情况下，具有导体间距离较大的一方能够获得较大的耐电压的优点。因此，各天线元件142A、142B的形状从耐电压的观点出发，与形成为厚度较大的管状相比，形成为厚度较小的板状能够获得较大的导体间距离，在这一方面较为有利。在希望各天线元件142A、142B的缠绕间距更狭窄的情况下，从耐电压的观点出发也是形成为板状较为有利。
在该情况下，供给来自各高频电源150A、150B的高频的供电点，可以在接地点的内侧也可以在接地点的外侧，例如优选阻抗为50Ω的点。供电点也可以可变。在该情况下，能够利用马达等自动地改变供电点。
以下说明这样的本实施方式的高频天线140的作用。从高频电源150A、150B对各天线元件142A、142B施加各自的基准频率的高频使其以半波长模式谐振。如此一来，如图3、图4所示在某瞬间施加到各天线元件142A、142B的电压V分别形成为如下所述波形：在中点(接地点)为零，在一个端部为正的峰值，在另一个端部为负的峰值。相对于此，施加到各天线元件142A、142B的电流1分别与电压波形相差90度相位，因此形成为在中点(接地点)为最大而在两个端部为零的波形。
这时，由于每当高频的正负循环时瞬时电容相互逆向增减，因此施加在各天线元件142A、142B的电压V和电流I的波形例如成为如图5所示。即，关于电压V，通过各天线元件142A、142B上产生的正负电压成分而相抵消从而形成平均电压变得非常小的半波长模式的驻波。相对于此，关于电流I，在各天线元件142A、142B上在中点(接地点)最强，形成仅基于正电流或者负电流的驻波。
通过这样的驻波，如图6所示，在构成各天线元件142A、142B的螺旋线圈的大致中央产生各自的具有最大强度的垂直磁场HA、HB，因此在处理室102内在大致同一平面内激励以该垂直磁场HA、HB为中心的圆形电场EA、EB。由此，各天线元件142A、142B各自的接地点的正下方分别产生环形的等离子体PA、PB。而且，由于施加于各天线元件142A、142B的平均电压非常小，所以电容耦合度非常弱，因此分别能够产生电位较低的等离子体。
在此，仅考虑内侧天线元件142A，针对将其接地点改变后的比较例与本实施方式的情况相比较进行说明。图7是表示将内侧天线元件142A的内侧端部a和外侧端部b的两者接地的情况的比较例。将其与内侧天线元件142A的中央被接地的情况(图3)进行比较。
如果如图7所示将内侧天线元件142A的内侧端部a和外侧端部b的两者接地，当在内侧端部a与外侧端部b以外的一部分连接有高频电源150A时，图3所示的电压V和电流I的波形变成相反波形。即，当从高频电源150A对内侧天线元件142A施加基准频率的高频以半波长模式振动时，在某瞬间如图7所示，施加于内侧天线元件142A的电压V形成在中点最大而在两端部a、b为零的波形。与此相对，施加于内侧天线元件142A的电流I，由于与电压波形相差90度相位，因此形成在中点为零而在一个端部为正峰值在另一个端部为负峰值的波形。
像这样，在将内侧天线元件142A的两端a、b接地(图7)的状态下，与将天线元件142A的中点接地的情况(图3)相同以半波长模式谐振时，以内侧天线元件142A的缠绕方向的长度的中点为界在内侧部和外侧部形成总是相反方向的磁场(参照图7所示的电流I的波形)。即，通过内侧天线元件142A在处理室102内激励的圆形电场为2个。而且，这2个圆形电场分别以施加于内侧天线元件142A的高频的周期交替地切换为右旋转、左旋转，它们的旋转方向总是相反。因此，这2个圆形电场彼此相互干涉，产生的等离子体有可能变得不稳定。
相对于此，以内侧天线元件142A的中点为接地点的情况(图3)下，通过该内侧天线元件142A在处理室102内激励的圆形电场为1个。因此，在以内侧天线元件142A的中点为接地点的情况下，比将两端部a、b作为接地点时能够形成更加稳定的等离子体。
另外，在将内侧天线元件142A的两端a、b接地的情况(图7)下，由于在谐振状态下的内侧天线元件142A上残留电压成分，因此在等离子体中较多地产生电容耦合成分。在这一方面，在将内侧天线元件142A的中点作为接地点的图3的情况下，如上所述由于在谐振状态下的内侧天线元件142A上的电压成分非常小，所以等离子体中难以产生电容耦合成分。因此，对于进行损伤较少的等离子体处理时，将内侧天线元件142A的中点作为接地点的情况(图3)是较为有利的。
为了减少这样的等离子体中的电容耦合成分，只要减少残留在内侧天线元件142A中的电压成分即可。因此，在将内侧天线元件142A的两端a、b接地的情况下(图7)，通过使天线元件自身为低阻抗，也能够减低等离子体中的电容耦合成分。但是，当成为低阻抗时，被激励的磁场变弱，其结果是难以产生较强的感应耦合等离子体。
相对于此，在将内侧天线元件142A的中点作为接地点的情况下(图3)，由于不必考虑减低等离子体中的电容耦合成分，所以能够使天线元件自身成为高阻抗。由于阻抗越高越能够形成高磁场，所以能够形成更强的感应耦合等离子体。因此，为了形成更高密度的等离子体，将内侧天线元件142A的中点作为接地点的情况(图3)较为有利。
以上，对于内侧天线元件142A进行了说明，将图4所示的外侧天线元件142B的中点作为接地点的情况与内侧天线元件142A的情况相同。即，通过外侧天线元件142B在处理室102内激励的圆形电场也为1个。因此，在将外侧天线元件142B的中点作为接地点的情况下，比将两端部a、b作为接地点时能够形成更加稳定的等离子体。
像这样，在本实施方式的高频天线140中，通过将各天线元件142A、142B的两端a、b作为自由端，并且将缠绕方向的长度的中点作为接地点(接地)，以1/2波长模式进行振动的这一非常简单的结构，能够容易地形成等离子体电位低，且更加稳定的高密度的等离子体。
但是，在本实施方式中，为了使各天线元件142A、142B以1/2波长模式谐振，如上所述需要使各天线元件142A、142B的电长度准确地与各自的基准频率的1/2倍的长度相一致。即，需要使各天线元件142A、142B的各自的谐振频率准确地相一致。
但是，准确地制作各天线元件142A、142B的物理长度并不容易。另外，各天线元件142A、142B的谐振频率不仅受其所具有的固有的电抗影响，也受到例如图8所示的各天线元件142A、142B与各屏蔽板164A、164B之间的寄生电容(杂散电容、stray capacity)CA、CB影响。因此，存在即使正确地制作各天线元件142A、142B的物理长度，由于安装误差等导致各天线元件142A、142B与各屏蔽板164A、164B的距离产生误差，而不能获得所设计的谐振频率的情况。
在这一方面，如上所述，在例如将内侧天线元件142A的端部作为接地点的情况下(图7)，在该接地点安装可变电容器，由此能够调整内侧天线元件142A的电长度。但是，在将内侧天线元件142A的中点作为接地点的情况下(图3)，即使在内侧天线元件142A的中点与接地之间连接可变电容器，电容器导致的损失变大，不仅优点丧失，而且如果插入可变电容器，则当其静电电容(C值)减小时，不满足与高频电源150A的匹配条件的可能性变高，相反当静电电容(C值)增大时，在可变电容器中流过较大电流，其自身耐力不足而发生损坏的可能性变高。
因此，在本实施方式中，使各屏蔽板164A、164B的高度为可调整，由此调整各天线元件142A、142B与各屏蔽板部件164A、164B之间的距离而使各自的寄生电容CA、CB变化，从而能够独立地调整各天线元件142A、142B的谐振频率。并且本实施方式中，使高频天线140的高度也可调整，由此调整等离子体与各天线元件142A、142B之间的距离，从而能够调整等离子体电势。
以下，参照附图详细说明这样的各屏蔽板164A、164B与高频天线140的高度调整结构。图8是图1所示的高频天线140的附近的结构的放大图。图9A、图9B是说明调整内侧屏蔽板164A的高度时的作用的图。图9A为降低内侧屏蔽板164A的高度的情况，图9B是提高内侧屏蔽板164A的高度的情况。
图10A、图10B是说明调整外侧屏蔽板164B的高度时的作用的图。图10A为降低外侧屏蔽板164B的高度的情况，图10B为提高外侧屏蔽板164B的高度的情况。图11A、图11B是用于说明调整高频天线140的高度时的作用的图。图11A表示降低高频天线140的高度的情况，图11B表示提高高频天线140的高度的情况。
首先，关于屏蔽高度调整机构的具体结构例进行说明。如图8所示，内侧屏蔽板164A构成为通过设置在处理室102的调节器(致动器)168A而沿着内侧屏蔽壁162A进行上下滑动驱动。例如由沿上下方向自由滑动地设置的支承体166A吊挂支承内侧屏蔽板164A。并且，例如由可上下对驱动棒169A进行驱动的马达构成调节器168A，通过驱动棒169A针对每一支承体166A使内侧屏蔽板164A上下驱动。在该情况下，内侧屏蔽板164A优选构成为总是与内侧屏蔽壁162A的内周接触的同时进行滑动。
另外，外侧屏蔽板164B构成为通过设置在处理室102的调节器(致动器)168B沿着内侧屏蔽壁162A和外侧屏蔽壁162B之间进行上下滑动驱动。例如由沿上下方向自由滑动地设置的支承体166B吊挂支承外侧屏蔽板164B。并且，例如由可上下对驱动棒169B进行驱动的马达构成调节器168B，通过驱动棒169B针对每一支承体166B使外侧屏蔽板164B上下驱动。在该情况下，外侧屏蔽板164B优选构成为总是与内侧屏蔽壁162A的外周和外侧屏蔽壁162B的内周接触的同时进行滑动。
此外，各支承体166A、166B分别由例如水平的支承板和在该支承板的下侧突出设置的吊挂部件构成，在吊挂部件的下端固定各屏蔽板164A、164B的上表面。
由此，通过各调节器168A、168B上下地驱动各屏蔽板164A、164B，从而能够分别地调整各屏蔽板164A、164B与各天线元件142A、142B之间的距离DA、DB。
具体而言，当调整内侧屏蔽板164A的高度时，例如使调节器168A驱动将内侧屏蔽板164A从图9A所示的位置升高至图9B所示的位置，内侧屏蔽板164A与内侧天线元件142A的距离DA变长。由此，由于寄生电容CA变小，所以能够进行调整使得内侧天线元件142A的电长度变长，与谐振频率相一致。
相反，如果降低内侧屏蔽板164A，则能够缩短内侧屏蔽板164A与内侧天线元件142A之间的距离DA。由此，由于寄生电容CA变大，所以能够进行调整使得内侧天线元件142A的电长度变短，与谐振频率相一致。
另外，当调整外侧屏蔽板164B的高度时，使调节器168B驱动将外侧屏蔽板164B从图10A所示的位置升高至图10B所示的位置，从而外侧屏蔽板164B与外侧天线元件142B的距离DB变长。由此，由于寄生电容CB变小，所以能够进行调整使外侧天线元件142B的电长度变长，与谐振频率相一致。
相反，如果降低外侧屏蔽板164B，则能够缩短外侧屏蔽板164B与外侧天线元件142B之间的距离DB。由此，由于寄生电容CB变大，所以能够进行调整使外侧天线元件142B的电长度变短，与谐振频率相一致。
此外，作为各屏蔽板164A、164B的高度调整机构，并不仅限于上述机构。例如调节器168A、168B分别可以为多个。另外，未必一定要设置调节器168A、168B，也可以手动地上下驱动各屏蔽板164A、164B。
像这样，依据本实施方式通过调整各屏蔽板164A、164B的高度，能够改变各天线元件142A、142B与各屏蔽板164A、164B之间的寄生电容CA、CB，所以不改变各天线元件142A、142B的物理长度，而能够调整各天线元件142A、142B的谐振频率。
而且，通过仅调整各屏蔽板164A、164B的高度这样的简单的操作，能够容易地调整各自的谐振频率，能够以所希望的频率进行谐振。例如，当进行使天线元件以27.12MHz的1/2波长谐振的试验时，仅进行10mm～100mm程度的屏蔽部件160的高度调整，能够在±5％～±10％的范围内调整谐振频率，其中，天线元件例如由最大外径为320mm、缠绕间距为20mm的螺旋线圈状的铜管构成。
另外，通过调整各天线元件142A、142B与各屏蔽板164A、164B之间的寄生电容CA、CB，能够调整各天线元件142A、142B的电长度，所以能够使各天线元件142A、142B的尺寸、形状等的自由度大幅度扩大。即，本实施方式的等离子体处理装置100中，能够使用各种尺寸、形状的天线元件。例如除了能够使用角型的天线元件之外，还能够使用椭圆形、其它形状的天线元件。
并且，由于各天线元件142A、142B的尺寸、形状等的自由度扩大，从而能够设计对应于必要的等离子体尺寸的天线元件。例如，能够根据晶片W的直径自由地设计各天线元件142A、142B的尺寸、形状。另外，通过使缠绕间距和谐振频率最佳化能够使对于各个等离子体尺寸的自由度大幅增加。
此外，通过使各屏蔽板164A、164B的高度能够调整，在各屏蔽板164A、164B的高度过低，与各天线元件142A、142B之间的距离太近的情况下，通过在各屏蔽板164A、164B与各天线元件142A、142B之间插入电介质，能够防止异常放电。
接着，关于天线高度调整机构的具体结构例进行说明。如图8所示，高频天线140通过设置在处理室102的调节器148使每个天线元件142A、142B上下地滑动驱动。例如在各夹持体144设置突出到其外侧并在上下方向上自由滑动的突出部146。在该情况下，突出部146从形成于外侧屏蔽壁162B的上下延伸的狭缝状的孔163B突出到其外侧。并且，例如由能够上下地驱动驱动棒149的马达构成调节器148，由驱动棒149使突出部146上下地驱动，从而每个夹持体144使各天线元件142A、142B上下地驱动。
此外，作为高频天线140的高度调整机构，并不限于上述的机构。例如调节器148也可以为多个。另外，调节器148未必一定要设置，也能够通过手动使高频天线140上下驱动。
依据这样的高频天线140的高度调整机构，通过调节器148的驱动棒149使高频天线140上下地驱动，由此能够调整高频天线140与板状电介质104的距离d1，和各天线元件142A、142B与各等离子体PA、PB的距离d2。
具体而言，使调节器148驱动将高频天线140从图11A所示的位置升高到图11B所示的位置，由此能够使各天线元件142A、142B与各等离子体PA、PB的距离d2变长。由此，能够将在处理室102内生成的各等离子体PA、PB与各天线元件142A、142B上的电压成分之间的电容耦合度减弱，所以能够使各等离子体PA、PB的电势减弱。
相反，如果降低高频天线140，能够缩短各天线元件142A、142B与各等离子体PA、PB的距离d2。由此，能够使在处理室102内产生的各等离子体PA、PB和各天线元件142A、142B上的电压成分之间的电容耦合度增强，所以能够增加各等离子体PA、PB的电势。
像这样，依据本实施方式，通过调整高频天线140的高度，能够改变天线元件142A、142B与各等离子体PA、PB的距离d2，所以能够调整等离子体电势。而且，通过仅调整高频天线140的高度这样简单的操作能够易于调整等离子体电势。因此，例如在需要高电势的等离子体的等离子体处理的情况下，只要降低高频天线140的高度，缩短各天线元件142A、142B与各等离子体PA、PB的距离d2即可。
另外，高频天线140与板状电介质104的距离d1优选能够调整为3cm以下自不必说，例如优选为3cm～5cm。依据本实施方式的高频天线140，能够非常高效率地激励起等离子体，所以即使将高频天线140与板状电介质104的距离d1较大地分离至例如4cm以上，也能够激励起等离子体。
但是，本实施方式的各天线元件142A、142B为平面的螺旋线圈状，所以在同一平面上随着从内侧端部a至外侧端部b其直径逐渐变大。因此当将各天线元件142A、142B的中点作为接地点时，从内侧端部a至接地点的线路和从接地点至外侧端部b的线路上电抗不同，所以上述的图5(图3、图4)所示的电压V的波形，从各天线元件142A、142B的中点至其内侧的线路和从各天线元件142A、142B的中点至其外侧的线路上并不是严格地形成对称，因此两者的波形存在微小的差异。因此在各天线元件142A、142B上残留有微小的电压成分。
在这样的情况下，依据本实施方式，通过调整高频天线140的高度使得各天线元件142A、142B与各等离子体PA、PB的距离变长，能够将等离子体电位减小至在实际使用中能够无视的程度。因此，能够不受到残留在各天线元件142A、142B的很少的电压成分的影响而生成等离子体。
如上所述的高频天线140和各屏蔽板164A、164B的高度调整分别通过由控制部200对调节器148、168A、168B进行控制而进行。在该情况下，高频天线140和各屏蔽板164A、164B的高度调整也可以通过操作员利用操作部210执行操作而进行，另外还可以通过控制部200的自动控制进行。
具体而言，在自动地进行各屏蔽板164A、164B的高度调整的情况下，例如可以在高频电源150A、150B的输出侧分别设置未图示的高频功率表(例如反射波功率表)，根据由各高频功率表检测的高频电力(例如按照反射波电力成为最小的方式)，控制调节器168A、168B，调整各屏蔽板164A、164B的高度，从而可以自动地调整各天线元件142A、142B的谐振频率。由此，按照与来自高频电源150A、150B的所希望的输出频率相符合来进行自动调整，以使各天线元件142A、142B的谐振频率成为最佳的谐振条件。
此外，图8所示的天线高度调整机构，举例说明按照整体地上下驱动各天线元件142A、142B的方式构成的情况，但是并非限定于此，也可以构成为分别地上下驱动各天线元件142A、142B的结构。
(高频天线的变形例)
在此，参照附图说明高频天线140的变形例。图12表示高频天线140的变形例的部分截面图，图13表示从上方观察图12所示的高频天线140的平面图。在此，举例说明分别支承各天线元件142A、142B，并分别地进行上下驱动的天线高度调整机构。
如图12、图13所示，通过夹持体144A、144B分别支承各天线元件142A、142B。而且，为了实现节省空间化、装置的小型化，优选夹持体144A、144B按照如图13所示分别呈放射线状地错开配置。
各天线元件142A、142B构成为通过设置于处理室102的调节器148A、148B分别上下滑动驱动。例如在各夹持体144A、144B设置有从其外侧突出并在上下方向上自由滑动的突出部146A、146B。在该情况下，突出部146A构成为从形成在各屏蔽壁162A、162B的上下延伸的狭缝状的孔163A、163B突出到其外侧。另外，突出部146B构成为从外侧屏蔽壁162B的狭缝状的孔163B突出到其外侧。
并且，例如调节器148A、148B由能够上下对驱动棒149A、149B进行驱动的马达构成，由驱动棒149A、149B上下地驱动突出部146A、146B，从而针对每个夹持体144A、144B分别地上下驱动各天线元件142A、142B。
此外，调节器148A、148B分别可以为多个。另外，未必一定要设置调节器148A、148B，也可以分别通过手动使各天线元件142A、142B上下驱动。
依据这样的高频天线140的高度调整机构，例如如图14A、图14B所示，通过调节器148A、148B的驱动棒149A、149B，分别使各天线元件142A、142B上下驱动，从而能够分别调整各天线元件142A、142B与板状电介质104的距离dA1、dB1、和各天线元件142A、142B与各等离子体PA、PB的距离dA2、dB2。由此，能够分别减弱或者增强在处理室102内产生的各等离子体PA、PB与各天线元件142A、142B上的电压成分之间的电容耦合度，所以，能够分别调整各等离子体PA、PB的电势。
这样的本实施方式的高频天线140，通过独立地设置内侧天线元件142A和外侧天线元件142B，在晶片W上的中央部(中心部)能够形成基于内侧天线元件142A的等离子体PA，在晶片W上的周边部(边缘部)能够形成基于外侧天线元件142B的等离子体PB。由此，能够提高对晶片W进行等离子体处理时的面内均匀性。
而且，能够分别从各个高频电源150A、150B对各天线元件142A、142B施加高频。因此，通过改变各高频的频率或功率，能够独立地控制各等离子体PA、PB的密度或组成，所以能够控制对晶片W进行等离子体处理时的面内均匀性。
另外，通过施加不同频率的高频，能够防止由这些高频所产生的等离子体PA、PB的相互干涉，并且能够改变处理气体的离解度。因此，通过改变施加于各天线元件142A、142B的高频的频率，能够在中央部和周边部产生不同自由基组成的稳定的等离子体。
在此，对使用C4F8气体和Ar气体作为处理气体并且对高频电源150A、150B分别施加27MHz、60MHz的高频而生成等离子体时的F*、CF*、CF2*、CF3*的自由基量进行测定，在图15～图17中表示所得试验结果。图15是表示改变处理室102内的压力使用IRLAS法测定自由基密度，将CF*/CF2*和CF3*/CF2*形成图表的图。图16是表示改变处理室102内的压力测定自由基的发光强度比，将CF2*/F*形成图表的图。图17是表示改变高频电源150A、150B的高频功率测定自由基的发光强度比，将CF2*/F*形成图表的图。
依据图15施加频率较高的高频时CF*/CF2*变大而CF3*/CF2*变小。另外，依据图16、图17，即使频率不同CF2*/F*也几乎没有改变。因此，在边缘部，关于CF2*/F*与在中央部为大致相同程度，但是与中央部相比形成相对于CF2*，CF*较多而CF3*较少的等离子体。
另外，来自各高频电源150A、150B的高频，可以通过脉冲调制方式以规定的周期交替地对各天线元件142A、142B施加。由此，能够以低功率激励等离子体。在该情况下，优选在即将要将各高频电源150A、150B的一方的高频输出关断之前将另一方的高频输出接通。具体而言，例如在图18中表示出从各高频电源150A、150B分别输出40MHz、60MHz的高频的情况下的各高频的脉冲波形和合成波形。
即，最初接通40MHz的高频输出，经过一定时间后在即将要关断之前将60MHz的高频输出接通。由此，当激励最初的等离子体时，通过40MHz的高频仅激励中央部的等离子体PA，之后通过60MHz的高频激励周边区域的等离子体PB。因此，能够用比同时激励两方的等离子体的情况下的功率更低的功率激励等离子体。
此后，在即将要关断60MHz的高频输出之前将40MHz的高频输出接通，在即将要关断40MHz的高频输出之前将60MHz的高频输出接通。通过在这样的时刻持续进行接通关断的脉冲调制，能够在一方的等离子体消失之前激励另一方的等离子体。因此，变得易于激励等离子体，能够以更低的功率激励等离子体。而且，由于易于激励等离子体，所以即使处理室102内的压力为10-4Torr以下的低压也能够激励等离子体。
另外，在本实施方式的高频天线140中即使不使用匹配器也能够将各天线元件142A、142B的谐振频率调整成为最佳频率。因此，在通过脉冲调制方式控制来自各高频电源150A、150B的高频输出的情况下，能够使用更短的脉冲。因此，依据本实施方式的高频天线140，在使用匹配器的现有的脉冲调制方式中未使用的短脉冲区域(例如几百Hz以上)中也能够使用。
(等离子体处理装置的变形例)
接着，对于本实施方式的等离子体处理装置的变形例进行说明。图19是表示等离子体处理装置的变形例的概略结构的图。图19所示的等离子体处理装置101为，代替图1所示的载置台110而设置有载置台300，该载置台300具备能够施加偏压用的高频电力的基座。在图19所示的等离子体处理装置101中，载置台300以外的结构与图1所示的等离子体处理装置100相同，因此省略详细的说明。
图19所示的载置台300具备圆柱状的基座支承台314和设置在该基座支承台314之上的基座316，其中基座支承台314隔着由陶瓷等形成的绝缘板312配置在处理室102的底部。
在基座316的上表面设置有通过静电力吸附保持晶片W的静电卡盘320。静电卡盘320通过由一对绝缘层或者绝缘片夹持由导电膜形成的电极322而构成，在电极322电连接有直流电源324。从直流电源324对电极322施加直流电压时，在静电卡盘320的上表面产生库伦力等的静电力，由此吸附保持晶片W。
在基座支承台314内形成有例如环状的致冷剂室326。构成为来自设置在外部的未图示的冷却单元的致冷剂(例如冷却水)被循环供给到致冷剂室326。通过该致冷剂的温度控制基座316上的晶片W的处理温度。
在基座支承台314内，来自未图示的导热气体供给机构的导热气体(例如He气体)通过导热气体供给管线328被供给到静电卡盘320的上表面与晶片W的背面之间。
在基座316，通过匹配器332电连接有高频电源330。从高频电源330对基座316供给偏压用的高频电力，由此能够将等离子体中的离子引入晶片W侧。高频电源330输出100kHz～13.56MHz范围内的频率，例如输出13.56MHz的高频电力(下部高频电力)。高频电源330的高频电力的功率例如能够在50W～10000W的范围内可变。
匹配器332是用于使高频电源330的内部(或者输出)阻抗与负载阻抗相匹配的部件，所以当在处理室102内产生等离子体时，发挥使高频电源330的内部阻抗和负载阻抗看起来一致的功能。
使用这样的等离子体处理装置101进行晶片W上的多晶硅的蚀刻时，例如将处理室102内的压力调整为规定的真空压力(例如3mTorr)，向处理室102内供给HBr气体和O2气体的混合气体作为处理气体。然后，从高频电源150A对内侧天线元件142A施加规定的高频(例如40MHz，300W)，并且从高频电源150B对外侧天线元件142B施加规定的高频(例如60MHz，700W)，从高频电源330对基座316施加规定的高频(例如13.56MHz，100W)。
这时，由于各天线元件142A、142B分别以缠绕方向的长度的中点作为接地点(接地)，以1/2波长模式进行谐振，所以，由此而产生的等离子体PA、PB的等离子体电位非常低。因此，即使产生等离子体PA、PB，在基座316产生的自偏压电压也几乎不发生变动。由此，能够进行独立性非常高的基座316的偏压控制。
在此，在未利用天线元件142A、142B产生等离子体PA、PB的情况下(等离子体PA、PB关断)和利用天线元件142A、142B产生等离子体PA、PB的情况下(等离子体PA、PB接通)，进行比较自偏压(selfbias)电压的试验，其结果如图20所示。在该试验中，将施加于基座316的频率13.56MHz的高频的功率固定为200W，处理室内压力在100mTorr～1000mTorr的范围内可变，检测在基座316产生的自偏压电压。
图20的黑四边形的曲线表示关于处理室内压力为100mTorr、200mTorr、500mTorr和1000mTorr的情况下，对各天线元件142A、142B未施加高频等离子体PA、PB关断的情况下检测出的自偏压电压而绘制的图。另外，黑圆圈的曲线表示在上述各压力时对各天线元件142A、142B分别以1000W的功率施加频率27.12MHz的高频、即合计以2000W的功率施加，检测等离子体PA、PB接通时的自偏压电压而绘制的图。
依据图20表示的试验结果，等离子体PA、PB关断的情况下的曲线(黑四边形)与等离子体PA、PB接通的情况下的曲线(黑圆圈)的错位(偏差)几乎不存在。即，可知尽管相对于施加于基座316的高频的功率(200W)以10倍的功率(合计2000W)的高频产生等离子体PA、PB，自偏压电压也几乎不发生变化。
相对于此，由于现有技术中基于等离子体的生成的自偏压电压的变动较大，所以预先考虑到该状况设定偏压用的高频。在这一方面，本实施方式的等离子体处理装置101中，能够不考虑自偏压电压的变动而设定偏压用的高频，并能够将基于该设定的偏压控制的效果准确地反映在等离子体处理中。
此外，载置台300并不限定于图1所示的结构，例如也可以构成为在绝缘板312与处理室102的底面之间设置铝制的波纹管，使用升降机构(未图示)使载置台300构成为升降。由此能够调整在处理室102内产生的等离子体PA、PB与晶片W的间隔。
以上，参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但是当然并非局限于本发明涉及的例子。对于本领域技术人员而言，应当了解在权利要求书所记载的范围内，能够想到各种变更例或者修正例，这些当然也属于本发明的技术范围。
例如，本实施方式的高频天线，以将1个内侧天线元件和1个外侧天线元件配置为同心状的结构为例进行说明，但是并非限定于此，也可以将内侧天线元件和外侧天线元件的两者或者一个进一步分割为2个以上而配置为同心状。在该情况下，对于已分割的天线元件的各个，优选构成为将两端开放并且将缠绕方向的长度的中点或其附近接地，分别以来自不同的高频电源的高频的1/2波长进行谐振的结构。并且，在已分割的天线元件之间也由筒状的屏蔽壁分隔，以闭塞已分割的各天线元件的上方的开口的方式设置屏蔽板。而且，优选已分割的各天线元件的屏蔽板也构成为分别能够调整高度。
另外，天线元件的配置未必一定限定于为同心状，例如也可以相邻设置。例如也可以将与内侧天线元件形成为同样的形状(螺旋形、角型等)的多个外侧天线以包围内侧天线元件的外周的方式相邻设置。在该情况下，优选不仅内侧天线元件，而且多个外侧天线元件的各个也构成为将两端开放而将缠绕方向的长度的中点或者其附近接地，分别以来自不同的高频电源的高频的1/2波长进行谐振的结构。
产业可利用性
本发明能够适用于激励处理气体的等离子体对被处理基板实施规定的处理的等离子体处理装置。

Claims (12)

1.一种等离子体处理装置，通过在减压的处理室内生成处理气体的感应耦合等离子体来对被处理基板实施规定的等离子体处理，该等离子体处理装置的特征在于，包括：
设置在所述处理室内、用于载置所述被处理基板的载置台；
向所述处理室内导入所述处理气体的气体供给部；
对所述处理室内进行排气减压的排气部；
以与所述载置台相对的方式隔着板状电介质配置的平面状的高频天线；
以覆盖所述高频天线的方式设置的屏蔽部件；和
控制部，
所述高频天线包括配置在所述板状电介质上的中央部的内侧天线元件和以包围其外周的方式配置在所述板状电介质上的周边部的外侧天线元件，这些天线元件分别按照如下方式构成：两端开放且中点或者其附近接地，并且分别以来自不同的高频电源的高频的1/2波长谐振，
所述控制部控制所述各高频电源，
所述控制部使来自所述各高频电源的不同频率的高频施加到所述各天线元件。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述屏蔽部件包括：
以包围所述内侧天线元件的方式设置在所述各天线元件间的筒状的内侧屏蔽壁；
以包围所述外侧天线元件的方式设置的筒状的外侧屏蔽壁；
在所述内侧天线元件上以堵塞所述内侧屏蔽壁的开口的方式设置的内侧屏蔽板；和
在所述外侧天线元件上以堵塞所述各屏蔽壁间的开口的方式设置的外侧屏蔽板，
在所述各屏蔽板分别设置有用于分别调整与所述各天线元件的距离的屏蔽高度调整机构。
3.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述高频天线设置有调整所述各天线元件与所述板状电介质的距离的天线高度调整机构。
4.如权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述天线高度调整机构，由使所述内侧天线元件驱动来调整与所述板状电介质的距离的机构和使所述外侧天线元件驱动来调整与所述板状电介质的距离的机构所构成。
5.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述控制部使来自所述各高频电源的高频通过脉冲调制方式以规定的周期交替地施加到所述各天线元件。
6.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述控制部在即将关断所述各高频电源的一方的高频输出之前使另一方的高频输出接通。
7.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述各高频电源的输出侧分别设置有高频功率表，根据由这些高频功率表检测的反射波电力控制所述高度调整机构以调整所述各屏蔽板的高度，由此进行自动调整使得所述各天线元件的谐振频率成为最佳。
8.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述各天线元件为螺旋线圈状。
9.一种等离子体处理装置，通过在被减压的处理室内生成处理气体的感应耦合等离子体来对被处理基板实施规定的等离子体处理，该等离子体处理装置的特征在于，包括：
设置在所述处理室内、用于载置所述被处理基板的基座；
对所述基座施加高频电力的基座用高频电源；
向所述处理室内导入所述处理气体的气体供给部；
对所述处理室内进行排气减压的排气部；
以与所述载置台相对的方式隔着板状电介质配置的平面状的高频天线；
以覆盖所述高频天线的方式设置的屏蔽部件；和
控制部，
所述高频天线包括配置在所述板状电介质上的中央部的内侧天线元件和以包围其外周的方式配置的外侧天线元件，这些天线元件分别按照如下方式构成：两端开放且中点或者其附近接地，并且分别以来自不同的高频电源的高频的1/2波长谐振，
所述控制部控制所述各高频电源，
所述控制部使来自所述各高频电源的不同频率的高频施加到所述各天线元件。
10.如权利要求1或9所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述外侧天线元件以包围所述内侧天线元件的外周的方式配置为同心状。
11.如权利要求1或9所述的等离子体处理装置，其特征在于：
设置多个所述外侧天线元件，所述各外侧天线元件以包围所述内侧天线元件的外周的方式相邻设置。
12.如权利要求1或9所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧天线元件和所述外侧天线元件的两方或者一方进一步分割为2个以上并配置为同心状。
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