CN102076162B - 等离子处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种等离子处理装置。该装置对于从处理容器内的高频电极和其他电子构件进入到供电线、信号线等线路中来的高频噪声，能够将并联谐振频率任意错开地进行调整，从而能够高效且稳定可靠地阻断不同频率的高频噪声中的所有高频噪声。滤波器(102(1))在圆筒形的外导体(110)中，与该外导体(110)同轴地收容有线圈(104(1))，在线圈(104(1))与外导体(110)之间与该线圈(104(1))和外导体(110)同轴地设置有环状构件(122)。优选环状构件(122)是在与外导体(110)的轴线方向正交的平面上呈圆环状地延伸的板体，优选环状构件(122)由铜、铝等导体构成，且与外导体(110)电连接而与线圈(104(1))电绝缘。

Description

等离子处理装置
技术领域
本发明涉及一种使用高频对被处理体实施等离子处理的等离子处理装置，特别是涉及一种具有如下滤波器的等离子处理装置，该滤波器用于阻断从处理容器内的高频电极和其他电子构件进入到供电线、信号线等线路中来的高频噪声。
背景技术
在使用等离子体制造半导体器件或FPD(Flat PanelDisplay，平板显示器)的微细加工中，控制被处理基板(半导体晶圆、玻璃基板等)上的等离子体密度分布、以及控制基板的温度或温度分布是非常重要的。若未能适当地进行基板的温度控制，则无法确保基板表面的反应乃至工艺特性的均匀性，会降低半导体器件或显示器件的制造成品率。
通常，在等离子处理装置、特别是电容耦合型的等离子处理装置的腔室内，用于载置被处理基板的载置台或基座具有下述功能，即、用于对等离子空间施加高频的高频电极的功能、用于以静电吸附等方式保持基板的保持部的功能，以及通过传热将基板控制在规定温度的温度控制部的功能。在温度控制功能方面，人们希望能够对受来自等离子体、处理腔室的壁的辐射热的不均匀性影响的向基板的热量输入特性的分布以及受基板支承构造影响的热量分布进行适当地修正。
以往，多采用下述方式来控制基座的上表面温度(乃至基板的温度)，即、在基座或基座支承台的内部设置供制冷剂流动的制冷剂通路，将利用冷机(chiller)装置进行温度调节后的制冷剂循环供给到该制冷剂通路中(例如参照专利文献1)。但是，上述那样的冷机方式存在以下缺点：很难快速改变制冷剂的温度，温度控制的响应性差，因此不能高速地进行温度切换或升降温度。
在最近的等离子工艺、例如等离子蚀刻的领域中，针对被处理基板上的多层膜，人们谋求在单一腔室内利用多个步骤连续加工该多层膜，以此来代替以往的多室方式。在实现这种单室内的连续工艺的方面，越来越需求一种可使载置台高速地升温或降温的技术。基于该情况，人们开始重新关注下述加热方式，即、将通电后会发热的发热体装入在基座中，通过控制该发热体所产生的焦耳热来实现高速且精细地控制基座的温度乃至基板的温度。
但是，当同时使用从等离子控制的层面出发而使高频电源与基座(下部电极)相连接的下部高频施加方式以及从温度控制的层面出发而将发热体设置在基座中的上述那样的加热方式的情况下，一旦自该高频电源施加给基座的高频的一部分作为噪声经由发热体和加热供电线进入到加热电源中，则可能对加热电源的工作和性能产生不良影响。特别是，能够实现高速控制的加热电源使用SSR(Solid State Relay，固体继电器)等半导体开关元件来进行高灵敏度的开关控制或开启/关闭控制，因此当高频的噪声进入到该加热电源中时，容易引发误动作。
因此，惯例是：将用于使不期望的高频噪声衰减、或阻止该高频噪声的滤波器设置在加热供电线中。该种滤波器所谋求的基本性能在于，一边将来自加热电源的大电流高效地输送至基座的发热体，一边对经由发热体进入到供电线中来的高频噪声施加充分高的阻抗来阻止高频噪声通过供电线、即阻止高频噪声进入到加热电源中，从而保护加热电源不受高频噪声影响，并且，该种滤波器使处理腔室内的等离子体稳定化。
本发明人在专利文献2中提出了一种等离子处理装置，该装置将具有非常大的阻抗的空芯线圈设置在上述那样的滤波器的初级，并将该空芯线圈收容在配置于基座附近(通常为基座的下方)的导电性壳体内。
专利文献1：日本特开2006-286733
专利文献2：日本特开2008-198902
在上述专利文献2所公开的等离子处理装置中，在对基座(下部电极)施加单一频率的高频、特别是13.56MHz以下的高频的情况下，使用空芯线圈的上述结构的滤波器能够有效地发挥功能，能够在加热供电线中流动有30A以上的大加热电流的情况下，高效且稳定可靠地阻断13.56MHz以下的高频噪声。
但是，对于将适合于引导离子的比较低的频率(通常为13.56MHz以下)的高频和适合于产生等离子体的比较高的频率(通常为27MHz以上)的高频重叠后施加给基座的、所谓下部双频率施加方式来说，上述结构的滤波器很难稳定且可靠地阻断频率相对高的高频噪声。特别是，为了在低压力的条件获得高密度的等离子体而调高用于产生等离子体的高频的频率时，该用于产生等离子体的高频的频率越高、典型地达到60MHz以上时，滤波器相对于上述那样的高范围频率的阻抗特性越容易出现偏差而变得不稳定。这种滤波器特性的偏差也会影响等离子工艺的再现性以及可靠性，在量产型等离子处理装置中构成工艺性能的机械误差。
另外，以往的通常的滤波器采用将并联谐振频率不同的多个LC并联谐振电路串联地连接起来的结构，从而能够对多个频率中均施加高阻抗。但是，在该种的滤波器结构中，构成各LC并联谐振电路的线圈的自谐振以及相邻的LC并联谐振电路间的彼此干涉等会使阻抗特性复杂地变动，因此仍会成为使等离子工艺的再现性以及可靠性下降的原因。
本发明人为了解决上述以往技术中的问题，反复进行了许多实验以及潜心研究，最后提出了本发明。
发明内容
即、本发明提供一种等离子处理装置，该离子处理装置能够高效且稳定可靠地阻断从处理容器内的高频电极和其他电子构件进入到供电线、信号线等线路上的高频噪声，特别是能够高效且稳定可靠地阻断频率不同的多个高频噪声的所有噪声，从而能够提高等离子工艺的再现性以及可靠性。
另外，本发明还提供一种等离子处理装置，为了能够阻断从处理容器内的高频电极和其他电子构件进入到供电线、信号线等线路上的高频噪声，该装置具有滤波器，该滤波器的包含多重并联谐振的阻抗特性的稳定性和再现性较好、而且还能任意错开并联谐振频率地进行调整。
本发明的第一技术方案的等离子处理装置将高频电源与配置在用于进行等离子处理的处理容器内的高频电极电连接，且在将加热电源和设置在上述高频电极中的发热体电连接起来的供电线上设置有滤波器，该滤波器用于使经由上述发热体进入到该供电线中来的规定频率的高频噪声衰减或阻止该高频噪声，上述滤波器包括：一个空芯线圈，其构成上述供电线的一部分；筒形的外导体，其用于收容或包围上述空芯线圈，且与上述线圈成对地形成特性阻抗固定的分布常数线路(distributed constant circuit)，上述分布常数线路利用与上述空芯线圈的绕线长度相对应的有规律的多个频率构成并联谐振，该多个并联谐振频率中的一个频率与上述高频噪声的频率一致或相近，由此能够对上述高频噪声的频率施加足够高的阻抗。
在上述第一技术方案的等离子处理装置中，在供电线上的滤波器中，利用一个空心线圈、和用于收容或包围该空芯线圈的筒形的外导体形成分布常数线路。该分布常数线路利用与该空芯线圈的绕线长度相对应的有规律的多个频率构成并联谐振，示出了稳定性和再现性优异的阻抗特性。由此，通过使该多个并联谐振频率中的一个频率与作为阻断对象的高频噪声的频率一致或相近，能够对该高频噪声的频率施加足够高的阻抗。由此，不仅能够可靠地保护供电电路，还能提高等离子工艺的再现性和可靠性。
本发明的第二技术方案的等离子处理装置在用于进行等离子处理的处理容器内配置有用于保持被处理体的第一电极和与该第一电极相对的第二电极，且将用于输出第一高频的第一高频电源与上述第一电极电连接，并且将用于输出第二高频的第二高频电源与上述第一电极或上述第二电极电连接，该装置在将加热电源和设置在上述第一电极中的发热体电连接起来的供电线上设置有滤波器，该滤波器用于使经由上述发热体进入到该供电线中来的规定频率的高频噪声衰减或用于阻止该高频噪声，上述滤波器包括：一个空芯线圈，其构成上述供电线的一部分；筒形的外导体，其用于收容或包围上述空芯线圈，且与上述空芯线圈成对地形成特性阻抗固定的分布常数线路，上述分布常数线路利用与上述空芯线圈的绕线长度相对应的有规律的多个频率构成并联谐振，该多个并联谐振频率中的一个频率与上述高频噪声的频率一致或相近，由此能够对上述高频噪声的频率施加足够高的阻抗。
在上述第二技术方案的等离子处理装置中，在供电线上的滤波器中，利用一个空心线圈、和用于收容或包围该空芯线圈的筒形的外导体形成分布常数线路。该分布常数线路利用与该空芯线圈的绕线长度相对应的有规律的多个频率构成并联谐振，示出了稳定性和再现性优异的阻抗特性。由此，通过使该多个并联谐振频率中的一个频率与作为阻断对象的高频噪声的频率(典型的是第一或第二高频的频率)一致或相近，能够对该高频噪声的频率施加足够高的阻抗。由此，不仅能够可靠地保护供电电路，还能提高等离子工艺的再现性和可靠性。
另外，在优选的一技术方案中，第二高频主要用于在处理容器内产生处理气体的等离子体，第一高频主要用于将离子自等离子体引导至被保持在第一电极上的被处理体。
在另一优选的技术方案中，供电线包括分别与发热体的两端相连接的第一供电导线和第二供电导线，滤波器的线圈包括构成第一供电导线的一部分的第一线圈和构成第二供电导线的一部分的第二线圈。并且，在外导体的内侧，构成第一线圈的第一线圈导线和构成第二线圈的第二线圈导线一边并进、一边以大致相等的绕线长度卷绕成螺旋状。采用该结构，不仅能使2个滤波器共用1个外导体，还能够减少滤波器的RF(RadioFrequency，射频)电力损耗和该RF电力的偏差(机械误差)。当然，也可以采用将第一线圈和第二线圈卷绕在各自专用的线轴上而收容在不同的外导体中的结构。
本发明的第三技术方案的等离子处理装置将高频电源与配置在用于进行等离子处理的处理容器内的高频电极电连接，且在用于将加热电源和设置在上述高频电极的发热体电连接的供电线上设置有滤波器，该滤波器用于使经由上述发热体进入到该供电线中的规定频率的高频噪声衰减或阻止该高频噪声，上述滤波器包括：一个空芯线圈，其构成上述供电线的一部分；筒形的外导体，其用于收容或包围上述空芯线圈，且与上述线圈成对地形成特性阻抗固定的分布常数线路；并联谐振频率调节部，其用于将上述多个并联谐振频率中的至少一个频率错开地进行调整，该多个并联谐振频率中的一个频率与上述高频噪声的频率一致或相近，由此对上述高频噪声的频率施加足够高的阻抗。
本发明的第四技术方案的等离子处理装置在用于进行等离子处理的处理容器内配置有用于保持被处理体的第一电极和与该第一电极相对的第二电极，且将用于输出第一高频的第一高频电源与上述第一电极电连接，并且将用于输出第二高频的第二高频电源与上述第一电极或上述第二电极电连接，该装置在将加热电源和设置在上述第一电极中的发热体电连接的供电线上设置有滤波器，该滤波器用于使经由上述发热体进入到该供电线中来的规定频率的高频噪声衰减或用于阻止该高频噪声，上述滤波器包括：一个空芯线圈，其构成上述供电线的一部分；筒形的外导体，其用于收容或包围上述空芯线圈，且与上述空芯线圈成对地形成特性阻抗固定的分布常数线路；并联谐振频率调节部，其用于将上述多个并联谐振频率中的至少一个频率错开地进行调整，该多个并联谐振频率中的一个频率与上述高频噪声的频率一致或相近，由此对上述高频噪声的频率施加足够高的阻抗。
在上述第三或第四技术方案的等离子处理装置中，在设置于供电线上的滤波器中，利用一个空心线圈、和用于收容或包围该空芯线圈的筒形的外导体形成分布常数线路。该分布常数线路具有利用多个频率构成并联谐振的阻抗特性。通过并联谐振频率调节部的作用，能够使该多个并联谐振频率中的一个频率与作为阻断对象的高频噪声的频率一致或相近，从而能够对该高频噪声的频率施加足够高的阻抗。由此，不仅能够可靠地保护供电电路，还能提高等离子工艺的再现性和可靠性。
特性阻抗局部可变构件的一优选技术方案是，在外导体的内侧与线圈同轴地设置环状构件。优选该环状构件由导体构成，且与外导体或线圈的一方电连接，与另一方绝缘。当然，也可以利用电介体、例如树脂来构成该环状构件。
优选环状构件的结构是，在与外导体的轴线方向正交的平面上呈圆环状地延伸的板体。也优选该等离子处理装置具有用于在外导体的轴线方向上调节环状构件的相对于线圈的相对位置的环状构件位置调节部。
另外，作为优选的一技术方案，从处理容器侧观察，线圈可以设置在滤波器的初级，线圈的输出侧端子经由电容器与接地电位的导电性构件电连接。在该情况下，线圈的输出端侧的电容器在高频的频率范围内实际处于短路状态，将分布常数线路视作输出端短路线路。
本发明的第五技术方案的等离子处理装置利用高频电源将高频经由圆筒形的供电棒施加给用于进行等离子处理的处理容器内的高频电极，该装置包括：筒形的外导体，其用于包围上述供电棒，且与上述供电棒成对地形成分布常数线路；1个或多个特性阻抗局部可变构件，其配置在上述供电棒与上述外导体之间，该特性阻抗局部可变构件在各配置位置上使上述分布常数线路的特性阻抗产生局部性的变化，从而使上述分布常数线路的阻抗特性能够对可能自上述高频电极侧进入到上述供电棒中来的规定频率的高频噪声施加足够高的阻抗。
在上述第五技术方案的等离子处理装置中，在高频供电线上，在供电棒和外导体之间形成分布常数线路。该分布常数线路具有利用多个频率构成并联谐振的阻抗特性。通过使用并联谐振频率调节部，使该多个并联谐振频率中的一个频率与作为阻断对象的高频噪声的频率一致或相近，从而能够对该高频噪声的频率施加期望的足够高的阻抗。由此，不仅能够可靠地保护供电电路，还能提高等离子工艺的再现性和可靠性。
本发明的第六技术方案中的等离子处理装置具有电力系统或信号系统的外部电路，该外部电路经由线路与进行等离子处理的处理容器内的规定的电子构件电连接，利用设置于上述线路上的滤波器使自上述电子构件朝向上述外部电路并进入上述线路的具有规定频率的高频噪声衰减、或阻止该高频噪声，上述滤波器包括：第一导体，其构成上述线路的一个区间，且沿固定的轴线以同样的空间轮廓(profile)延伸；第二导体，其为筒形，用于收容或包围上述第一导体，且与上述第一导体成对地形成特性阻抗固定的分布常数线路，上述分布常数线路利用与上述第一或第二导体的长度相对应的有规律的多个频率构成并联谐振，该多个并联谐振频率中的一个频率与上述高频噪声的频率一致或相近，由此对上述高频噪声的频率施加足够高的阻抗。
在上述第六技术方案的等离子处理装置中，在将用于进行等离子处理的处理容器内的规定的电子构件与电力系统或信号系统的外部电路连接的线路上设置有滤波器，在该滤波器中利用第一导体及用于收容或包围该第一导体的筒形的第二导体形成分布常数线路。该分布常数线路利用与第一或第二导体的长度相对应的有规律的多个频率构成并联谐振，示出了稳定性和再现性优异的阻抗特性。由此，使该多个并联谐振频率中的一个频率与作为阻断对象的高频噪声的频率一致或相近，从而能够对该高频噪声的频率施加期望的足够高的阻抗。由此，不仅能够可靠地保护外部电路等，还能够提高等离子处理的再现性和可靠性。
本发明的第七技术方案中的等离子处理装置具有电力系统或信号系统的外部电路，该外部电路经由线路与进行等离子处理的处理容器内的规定的电子构件电连接，利用设置于上述线路上的滤波器使自上述电子构件朝向上述外部电路并进入上述线路的具有规定频率的高频噪声衰减、或阻止该高频噪声，上述滤波器包括：第一导体，其构成上述线路的一个区间，且沿固定的轴线以同样的空间轮廓延伸；第二导体，其为筒形，用于收容或包围上述第一导体，且与上述第一导体成对地形成特性阻抗固定的分布常数线路；并联谐振频率调节部，其用于将上述多个并联谐振频率中的至少一个频率错开地进行调节，该多个并联谐振频率中的一个频率与上述高频噪声的频率一致或相近，由此对上述高频噪声的频率施加足够高的阻抗。
在上述第七技术方案的等离子处理装置中，在将用于进行等离子处理的处理容器内的规定的电子构件与电力系统或信号系统的外部电路连接的线路上设置有滤波器，在该滤波器中利用第一导体及用于收容或包围该第一导体的筒形的第二导体形成分布常数线路。该分布常数线路具有利用多个频率构成并联谐振的阻抗特性。通过并联谐振频率调节部的作用，使该多个并联谐振频率中的一个频率与作为阻断对象的高频噪声的频率一致或相近，从而能够对该高频噪声的频率施加期望的足够高的阻抗。由此，不仅能够可靠地保护外部电路等，还能够提高等离子处理的再现性和可靠性。
采用本发明的等离子处理装置，能够利用上述那样的结构和作用高效且稳定可靠地阻断自处理容器内的高频电极和其他电子构件进入到供电线、信号线等线路中来的高频噪声，特别是能够高效且稳定可靠地阻断频率不同的多个高频噪声，从而能够提高等离子工艺的再现性和可靠性，此外通过任意地错开并联谐振频率地进行调整，还能进一步提高高频阻断功能。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的等离子处理装置的结构的纵剖视图。
图2是表示在实施方式中用于向基座的发热体供电的加热供电部的电路结构的图。
图3是表示实施方式中的发热体的结构例的图。
图4是表示第一实施例的滤波器单元的物理构造的纵剖视图。
图5是表示第一实施例的滤波器单元的物理构造的横剖视图。
图6是表示在实施方式中安装在共用的线轴上的两个个系统的空芯线圈的线圈绕线构造的立体图。
图7是表示实施方式中的线圈绕线构造的局部立体剖视图。
图8是表示分布常数线路上的高频的频率和波长之间的关系的曲线图。
图9是表示由第一实施例的两个滤波器单元试制品得到的阻抗特性的图。
图10是表示比较例的滤波器单元的构造的纵剖视图。
图11是表示由比较例的三个滤波器单元试制品得到的阻抗特性的图。
图12是表示实施方式中的滤波器单元的配置结构的概略俯视图。
图13是表示实施方式中的滤波器单元的配置结构的概略剖视图。
图14是表示实施例的滤波器单元中的开口部周围的结构的概略剖视图。
图15是表示第二实施例的滤波器单元的构造的横剖视图。
图16是将在第二实施例中沿轴线方向改变环状构件的位置而在各环状构件的位置处得到的多重并联谐振的各频率绘制成图表后得到的图。
图17是表示第三实施例的滤波器单元的构造的纵剖视图。
图18是表示用于证实第三实施例的作用效果的在频率比较低的低频区域中的阻抗特性的图。
图19是表示用于证实第三实施例的作用效果的在频率比较高的高频区域中的阻抗特性的图。
图20是表示另一实施例的滤波器单元的构造的纵剖视图。
图21是表示另一实施例的滤波器单元的构造的纵剖视图。
图22是表示另一实施例的滤波器单元的构造的纵剖视图。
图23A是表示另一实施例的滤波器单元的构造的横剖视图。
图23B是表示另一实施例的滤波器单元的构造的横剖视图。
图23C是表示另一实施例的滤波器单元的构造的横剖视图。
图24是表示将本发明应用于高频供电线的一实施例的图。
图25是表示另一实施例的滤波器单元的配置结构的概略俯视图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的优选实施方式。
图1表示本发明的一实施方式的等离子处理装置的结构。该等离子处理装置构成为下部双频施加方式的电容耦合型等离子蚀刻装置，其具有例如由铝或不锈钢等金属制成的圆筒形处理腔室(处理容器)10。处理腔室10是被保护接地的。
在处理腔室10内水平地配置有作为下部电极的圆板形的基座12，该基座12用于载置作为被处理体的例如半导体晶圆W。该基座12例如由铝制成，例如由陶瓷制成的自处理腔室10的底部向铅垂上方延伸的绝缘性筒状支承部14以不接地的方式支承该基座12。沿该绝缘性筒状支承部14的外周形成有环状的排气通路18，该环状的排气通路18位于自处理腔室10的底部向铅垂上方延伸的导电性的筒状支承部16与处理腔室10的内壁之间，在该排气通路18的底部设置有排气口20。排气装置24经由排气管22与该排气口20相连接。排气装置24具有涡轮分子泵等真空泵，能够将处理腔室10内的处理空间减压至期望的真空度。在处理腔室10的侧壁上安装有用于开闭半导体晶圆W的搬入搬出口的闸阀26。
第一高频电源28和第二高频电源30经由匹配单元32和供电棒34而与基座12电连接。这里，第一高频电源28主要输出用于产生等离子体的规定频率(通常为27MHz以上、优选为60MHz以上)的第一高频HF。另一方面，第二高频电源30主要输出用于将离子引导至基座12上的半导体晶圆W处的规定频率(通常为13.56MHz以下)的第二高频LF。在匹配单元32中收容有第一匹配器和第二匹配器(均未图示)，该第一匹配器用于在第一高频电源28与等离子体负载之间实现阻抗的匹配，该第二匹配器用于在第二高频电源30与等离子体负载之间实现阻抗的匹配。
供电棒34由具有规定外径的圆筒形或圆柱形的导体构成，该供电棒34的上端与基座12的下表面中心部相连接，该供电棒34的下端与匹配单元32内的上述第一匹配器的高频输出端子和第二匹配器的高频输出端子相连接。另外，在处理腔室10的底面与匹配单元32之间设置有包围供电棒34的周围的圆筒形的导体罩35。更详细而言，在处理腔室10的底面(下表面)上形成有圆形的开口部，该开口部具有比供电棒34的外径大一圈的规定口径，导体罩35的上端部与处理腔室的开口部相连接，并且导体罩35的下端部与上述匹配器的接地(回扫线)端子相连接。
基座12具有比半导体晶圆W大一圈的直径或口径。基座12的上表面被划分成晶圆载置部和在该晶圆载置部的外侧延伸的环状的周边部，该晶圆载置部即是基座12的上表面的与晶圆W大致相同形状(圆形)且大致相同尺寸的中心区域。在晶圆载置部上载置作为处理对象的半导体晶圆W。在环状周边部上安装有内径比半导体晶圆W的口径大的环状板材、即所谓的聚焦环(focus ring)36。依据半导体晶圆W的被蚀刻材料而利用例如Si、SiC、C、SiO2中的任意一种材质来构成该聚焦环36。
在基座12的上表面的晶圆载置部上设置有发热体40和晶圆吸附用的静电吸盘38。静电吸盘38将DC电极44封入在膜状或板状的电介体42中，该电介体42与基座12的上表面一体地形成或一体地固定在基座12的上表面上，DC电极44经由开关46、高电阻值的电阻48和DC高压线50与配置在处理腔室10的外部的外携式直流电源45电连接。通过将来自直流电源45的高压的直流电压施加给DC电极44，能够利用库仑力将半导体晶圆W吸附保持在静电吸盘38上。另外，DC高压线50是被覆线，其在圆筒体下部的供电棒34中通过、且自基座12的下方贯穿基座12而与静电卡盘38的DC电极44相连接。
发热体40由与静电卡盘38的DC电极44一起被封入在电介体42中的例如螺旋状的电阻发热线构成，在本实施方式中，如图3所示，在基座12的半径方向上发热体40被分割成内侧的发热线40(IN)和外侧的发热线40(OUT)。其中，内侧发热线40(IN)经由具有绝缘外皮的供电导体52(IN)、滤波器单元54(IN)和电缆56(IN)与配置在处理腔室10外部的专用的加热电源58(IN)电连接。外侧发热线40(OUT)经由具有绝缘外皮的供电导体52(OUT)、滤波器单元54(OUT)和电缆56(OUT)与同样是配置在处理腔室10的外部的专用的加热电源58(OUT)电连接。在上述各构件中，滤波器单元54(IN)、54(OUT)是本实施方式中的主要特征部分，其内部结构和作用详见后述。
在基座12的内部设置有例如沿圆周方向延伸的环状的制冷剂室或制冷剂通路60。利用冷机单元(未图示)将规定温度的制冷剂、例如冷却水经由制冷剂供给管循环供给到该制冷剂室60内。能够利用制冷剂的温度来控制基座12的温度，使该基座12的温度降低。并且，为了使半导体晶圆W与基座12热结合，将来自传热气体供给部(未图示)的传热气体、例如He气体经由气体供给管和基座12内部的气体通路62供给到静电卡盘38与半导体晶圆W的接触界面。
在处理腔室10的顶部与基座12平行且面对地设置有兼作上部电极的簇射头64。该簇射头64包括与基座12面对的电极板66和自该电极板66的背后(上方)可装卸地支承该电极板66的电极支承体68，在电极支承体68的内部设置有气体室70，在电极支承体68和电极板66中形成有许多自该气体室70贯穿到基座12侧的气体喷出孔72。电极板66与基座12之间的空间S形成为等离子产生空间或处理空间。自处理气体供给部74延伸出的气体供给管76与设置在气体室70的上部的气体导入口70a相连接。电极板66例如由Si、SiC或C构成，电极支承体68例如由被实施了铝阳极化处理的铝构成。
利用例如具有计算机的装置控制部(未图示)控制该等离子蚀刻装置内的各部分的各种动作和整个装置的动作(顺序)，该各部分例如是排气装置24、高频电源28、30、直流电源45的开关46、加热电源58(IN)、58(OUT)、冷机单元(未图示)、传热气体供给部(未图示)和处理气体供给部74等。
在该等离子蚀刻装置中，为了进行蚀刻处理，首先使闸阀26处于打开状态，将作为加工对象的半导体晶圆W搬入到处理腔室10内并载置在静电卡盘38上。然后，自处理气体供给部74以规定流量将蚀刻气体(通常是混合气体)导入到处理腔室10内，利用排气装置24将处理腔室10内的压力调整为设定值。然后，开启第一高频电源28和第二高频电源30而使这些高频电源分别以规定功率输出第一高频HF和第二高频LF，将这些高频HF、LF经由匹配单元32和供电棒34施加给基座(下部电极)12。另外，自传热气体供给部将传热气体(He气体)供给至静电卡盘38与半导体晶圆W之间的接触界面，并且开启静电卡盘用的开关46而利用静电吸附力将传热气体封闭在上述接触界面处。另一方面，开启加热电源58(IN)、58(OUT)，使内侧发热体40(IN)和外侧发热体40(OUT)产生各自独立的焦耳热，从而将基座12的上表面温度或温度分布控制在设定值。自簇射头64喷出的蚀刻气体在2个电极12、64之间因高频放电而等离子体化，利用由该等离子体产生的自由基、离子将半导体晶圆W的表面的被加工膜蚀刻成期望的图案。
在该电容耦合型等离子蚀刻装置中，通过将适合于产生等离子体的比较高的频率(优选为60MHz以上)的第一高频HF施加给基座12，能够使等离子体在优选的离解状态下高密度化，从而即使在压力更低的条件下也能形成高密度的等离子体。与此同时，通过将适合于引导离子的比较低的频率(13.56MHz以下)的第二高频LF施加给基座12，能够对基座12上的半导体晶圆W实施选择性高的各向异性的蚀刻处理。
另外，在该电容耦合型等离子蚀刻装置中，由于同时利用冷机冷却基座12以及利用加热器加热基座12，而且在基座12的半径方向中心部和边缘部单独地控制加热器的加热处理，因此能够高速地切换温度或者升降温度，并且还能任意或多样地控制温度分布的曲线。
接下来，根据图2～图17说明该等离子蚀刻装置中的主要特征部分、即滤波器单元54(IN)、54(OUT)内的结构和作用。
图2表示用于对设置在基座12中的发热体40供电的加热供电部的电路结构。在本实施方式中，使具有实际相同的电路结构的单独的加热供电部分别与发热体40的内侧发热线40(IN)和外侧发热线40(OUT)相连接，从而能够单独控制内侧发热线40(IN)和外侧发热线40(OUT)的发热量或发热温度。在下述说明中，说明与内侧发热线40(IN)相连接的加热供电部的结构和作用。与外侧发热线40(OUT)相连接的加热供电部的结构和作用也是完全相同的。
加热电源58(IN)例如是利用SSR进行工业频率的开关(开启/关闭)动作的交流输出型电源，其利用闭环电路与内侧发热体40(IN)相连接。更详细而言，加热电源58(IN)的一对输出端子中的第一输出端子经由第一供电线(电源线)100(1)与内侧发热线40(IN)的第一端子h1电连接，第二输出端子经由第二供电线(电源线)100(2)与内侧发热线40(IN)的第二端子h2电连接。
滤波器单元54(IN)具有设置在第一供电线100(1)的途中的第一滤波器102(1)和设置在第二供电线100(2)的途中的第二滤波器102(2)。2个滤波器102(1)、102(2)的电路结构实际上是相同的。
更详细而言，由线圈104(1)和电容器106(1)的串联电路构成滤波器102(1)，由线圈104(2)和电容器106(2)的串联电路构成滤波器102(2)。线圈104(1)、线圈104(2)的一方的端子或滤波器端子T(1)、T(2)经由一对供电导体52(IN)分别与内侧发热线40(IN)的端子h1，h2相连接，电容器106(1)连接在线圈104(1)的另一方端子与接地电位的导电性构件(例如处理腔室10)之间，电容器106(2)连接在线圈104(2)的另一方端子与接地电位的导电性构件(例如处理腔室10)之间。并且，线圈104(1)、104(2)与电容器106(1)、106(2)之间的连接点n(1)、n(2)经由电缆(双股电缆)56(IN)分别与加热电源58(IN)的第一、第二输出端子相连接。
在该种结构的加热供电部中，在正极性的循环中，自加热电源58(IN)输出的电流流过第一供电线100(1)，也就是流过电缆56(IN)、线圈104(1)及供电导体52(IN)而自一方的端子h1流入内侧发热线40(IN)中，内侧发热线40(IN)的各部分因通电而产生焦耳热，电流自另一方的端子h2流出后流过第二供电线100(2)，也就是流过供电导体52(IN)、线圈104(2)及电缆56(IN)而返回到加热电源58(IN)中。在负极性的循环中，电流在相同的电路中以与上述流动方向相反的方向流动。由于该加热器交流输出的电流是工频电流，因此线圈104(1)、104(2)的阻抗或该线圈104(1)、104(2)的电压下降量较小、可以忽略不计，并且经由电容器106(1)、106(2)而流向接地的泄漏电流也很少、可以忽略不计。
滤波器的实施例1
图4～图7表示第一实施例的滤波器单元54(IN)的物理构造。如图4和图5所示，滤波器单元54(IN)在例如由铝构成的圆筒形的外导体110中，与该外导体110同轴地收容有第一滤波器102(1)的线圈104(1)和第二滤波器102(2)的线圈104(2)，在滤波器端子T(1)、T(2)的相反一侧，在例如由铝构成的电容箱112中一并收容有第一滤波器102(1)的电容器106(1)和第二滤波器102(2)的电容器106(2)(参照图2)。外导体110通过螺纹固定与接地电位的导电性构件、例如处理腔室10相连接。
线圈104(1)、104(2)均由空芯线圈构成，其作为供电线起作用，用于使充分大(例如30A左右)的电流自加热电源58(IN)流入至内侧发热线40(IN)，除此之外，从防止发热(功率损耗)的观点出发，为了在不具有铁素体等磁芯的空芯的状态下获得非常大的阻抗，并且为了获得较长的线路长路，使线圈104(1)、104(2)具有较粗的线圈绕线和与以往常识相反的那样的较大的线圈尺寸(例如直径为22～45mm、长度为130～250mm)。
在本实施例中，线圈104(1)、104(2)彼此在圆筒形的外导体110中呈同心状地安装在由绝缘体、例如树脂构成的圆筒或圆柱状的线轴114上，该线轴114沿铅垂方向立设在电容箱112上。
这里，2个线圈104(1)、104(2)的彼此间的绕线构造是本发明的特征之处。即、如图6所示，分别构成2个线圈104(1)、104(2)的各线圈导线一边沿共用的线轴114的外周面与线轴的轴向重合地并进一边以相等的绕线长度呈螺旋状地卷绕在该线轴114上。如图7所示，优选2个线圈104(1)、104(2)的各线圈导线由截面积相同的薄板或铜扁线构成，为了防止两者之间发生短路，将其中一方的空芯线圈104(2)用绝缘层包覆、例如使用特氟隆(注册商标)制成的管116来包覆空芯线圈104(2)的线圈导线。
另外，如图4所示，线圈104(1)的下端(输出端)经由连接导体118(1)与电容箱112内的电容器106(1)(参照图2)相连接，线圈104(2)的下端(输出端)经由连接导体118(2)与电容箱112内的电容器106(2)(参照图2)相连接。
这样，安装在共用的线轴上的两个系统的线圈彼此具有相同的线圈直径和绕线长度。即、安装在共用的线轴114上的第一滤波器102(1)的线圈104(1)和第二滤波器102(2)的线圈104(2)由相同材质和相同尺寸(粗细、长度)的导线构成，且均具有被线轴114的外径所限定的线圈直径。并且，2个线圈104(1)、104(2)的各自的线圈导线在线轴的轴向上交替重合。
另一方面，第一滤波器102(1)的线圈104(1)和第二滤波器102(2)的线圈104(2)在电学上各自独立(且并列)，并且在线圈104(1)、104(2)与圆筒形的外导体110之间形成分布常数线路。
另外，在该实施例的滤波器单元54(IN)中，线轴114并不是必须的构件。即，绝缘体114不对两线圈104(1)、104(2)的电气功能或电磁作用产生任何影响。因此，如果两线圈104(1)、104(2)能够借助粘合剂或线轴以外的支承构件而被一体地稳定保持，则可以省去线轴114。
下面，说明在本发明的第一滤波器102(1)的线圈104(1)及第二滤波器102(2)的线圈104(2)与外导体110之间形成有分布常数线路的结构。
通常，在无损耗的情况下，传输线路的特性阻抗Zo由每单位长度的静电电容C、阻抗L根据Zo＝√(LC)来确定。另外，波长由下式得到：
λ＝2Π/(ω√(LC))           …(1)
在通常的分布常数线路(特别是同轴线路)中，线路的中心是棒状的圆筒导体，与此相比，本发明的不同点在于将圆筒状的线圈当作中心导体。每单位长度的阻抗L主要受由该圆筒状的线圈产生的阻抗控制。另一方面，每单位长度的静电电容由线圈表面和外导体所构成的电容器的静电电容C规定。因而，在本发明中，当设定每单位长度的阻抗L、静电电容C时，也可以认为形成了特性阻抗Zo＝√(LC)的分布常数线路。
从端子T侧观察具有该种分布常数线路的滤波器单元，端子T的相反侧在具有较大电容(例如5000pF)的电容器的作用下形成伪短路，因此获得以恒定的频率间隔重复较大的阻抗那样的频率-阻抗特性。在波长与分布常数线路长度相等时，能够获得该种阻抗特性。
在本发明的实施方式中，分布常数线路长度不是指线圈的绕线长度、而是线圈的全长s(参照图4)。于是，与采用棒状的圆筒导体作为中心导体的情况相比，通过采用线圈作为中心导体，能够大幅增加L且缩短λ，因此虽然线路长度较短(线圈尺寸长度s)，但却能得到波长的同等以上的有效长度，从而能够获得以比较短的频率间隔重复具有较大阻抗的那样的阻抗特性。
这里，优选线圈104(1)、104(2)与外导体110之间形成的分布常数线路的特性阻抗(特别是每单位长度的阻抗及电容)为是固定的。对于这点，在该实施例中，由于圆筒形的线圈104(1)、104(2)在圆筒形的外导体110中与其同轴配置，因此能够严格地满足该特性阻抗固定的条件。
当然，即使线圈104(1)、104(2)与外导体110之间的间隙(距离间隔)内存在少许凹凸，但只要在容许范围(一般为应阻断的高频的波长的1/4以下)内，也就实质地满足了特性阻抗固定的条件。
例如，作为该实施例的滤波器单元(54)的标准例，每单位长度的阻抗及电容分别为40μH、200pF时，根据上式(1)，分布常数线路上的高频的频率与波长具有图8所示的关系(特性)。根据该特性，例如高频的频率为80MHz时，其波长约为150mm。因此，线圈104(1)、104(2)与外导体110之间的间隙(距离间隔)内允许出现沿轴线方向或线路方向的不超过37.5mm的凹凸。
采用该结构，在第一滤波器102(1)中，能够构成多重并联谐振，且能够易于获得阻抗特性的稳定性和再现性均优异的滤波器特性。
关于该点，本发明人试制了多个上述那样的本实施例的滤波器单元54(IN)(参照图4～图7)。并且，将2个实施例试制品54(IN)A、54(IN)B分别单独地装入本实施方式的等离子蚀刻装置(参照图1)中，使用网络分析器在0～100MHz的范围内扫描频率，测量了从滤波器端子T(1)侧观察到的第一滤波器102(1)的阻抗。
实验结果是，滤波器单元54(IN)的实施例试制品54(IN)A获得了图9所示的那样的阻抗特性ZA，实施例试制品54(IN)B获得了图9所示的那样的阻抗特性ZB。如图9所示，一方的实施例试制品54(IN)A的阻抗特性ZA和另一方的实施例试制品54(IN)B的阻抗特性ZB几乎完全重合到无法分辨的程度。另外，多重并联谐振的特性具有规律且稳定，2个实施例试制品54(IN)A、54(IN)B的各并联谐振频率在大约为11.31MHz的位置、大约为40.68MHz的位置、大约为70.44MHz的位置、大约为93.9MHz的位置几乎完全一致。这样，可以确认阻抗特性的稳定性和再现性是非常优异的。
另一方面，作为比较例，发明人试制了多个具有如图10所示结构的滤波器54(IN)’。该滤波器单元54(IN)’在由导体板构成的外壳110’内并列配置有多个例如两个空芯线圈单体【104A(1)、104B(1)】、【104A(2)、104B(2)】。
这里，线圈104A(1)、104A(2)一边并进一边以相等的绕线长度呈螺旋状地卷绕在一方的线轴114A上，线圈104B(1)、104B(2)一边并进一边以相等的绕线长度呈螺旋状地卷绕在另一方的线轴114B上。并且，线轴114A侧的线圈104A(1)和线轴114B侧的线圈104B(1)设置于第一供电线100(1)的途中，经由连接导体105(1)’将线圈104A(1)和线圈104B(1)电连接起来。并且，线轴114B侧的线圈104A(2)和线轴114B侧的线圈104B(2)设置于第二供电线100(2)的途中，经由连接导体105(2)’将线圈104A(2)和线圈104B(2)电连接起来。
并且，将具有图10所示结构的滤波器单元的三个比较例试制品54(IN)’C、54(IN)’D、54(IN)’E分别单独地安装到图1所示的等离子蚀刻装置中，并利用与上述相同的网络分析器在0～100MHz范围内扫描频率，从而对各自的第一滤波器102(1)’测量从滤波器T(1)侧观察到的各频率的阻抗。
实验结果是，比较例试制品54(IN)’C获得了图11所示的那样的阻抗特性ZC，比较例试制品54(IN)’D获得了图11所示的那样的阻抗特性ZD，比较例试制品54(IN)’E获得了图11所示的那样的阻抗特性ZE。如图11所示，3个比较例试制品54(IN)’C、54(IN)’D、54(IN)’E的阻抗特性ZC、ZD、ZE在13.56MHz以下的低频区域内是大体一致的，但在13.56MHz以上的高频区域内变得不一致，而且不定地出现容易与并联谐振混淆的角状的异常增大或异常减少，稳定性和再现性不佳。
在上述比较例的滤波器单元54(IN)’中，例如在第一供电线100(1)上，在线轴114A侧的线圈104A(1)和外导体的外壳110’之间、以及在线轴114B侧的线圈104B(1)和外导体的外壳110’之间分别形成分布常数线路。但是，两线圈104A(1)、104B(1)是并排配置的，在将这些线圈连接起来的连接导体105(1)’处分布常数线路的空间曲线显著变化。
第二供电线100(2)上也是如此。即，在线轴114A侧的线圈104A(2)和外导体的外壳110’之间、以及在线轴114B侧的线圈104B(2)和外导体的外壳110’之间分别形成分布常数线路。但是，两线圈104A(2)、104B(2)是并排配置的，在将这些线圈连接起来的连接导体105(2)’处分布常数线路的空间曲线显著变化。
这样，对于上述比较例的滤波器单元54(IN)’来说，即使是相同结构及相同规格，每个滤波器单元54(IN)’C、54(IN)’D、54(IN)’E之间的并联谐振频率也不具有稳定性和规律性，容易产生偏差(机械误差)。因此，不能稳定且正确地利用阻抗特性中基于并联谐振而突出变高的角状部分的高阻抗。
这样，采用该实施例，在设置于供电线100(1)上的滤波器102(1)中，能够利用具有规律的多个频率构成多重并联谐振，且能够易于获得阻抗特性的稳定性和再现性均优异的滤波器特性，上述供电线100(1)用于将自加热电源58(IN)输出的大电流供给至组装在基座(下部电极)12中的发热线40(IN)。
因而，即使来自高频电源28、30的高频HF、LF的一部分作为高频噪声经由基座12和发热线40(IN)进入到第一供电线100(1)中来，由一个线圈104(1)构成的第一滤波器102(1)基于上述那样的规律性的多重并联谐振能够对两个频率的高频噪声均施加充分高的阻抗。例如，在将第二高频LF的频率选定为13.56MHz、将第一高频HF的频率选定为80MHz的情况下，根据图9的阻抗特性，对于第二高频LF(13.56MHz)的高频噪声能够施加1000Ω以上的恒定的高阻抗，对于第一高频HF(80MHz)的高频噪声能够施加100Ω以上的恒定的高阻抗，由此能够获得不存在机械误差的稳定的高频噪声阻断特性。
并且，换一种看法，由于获得无机械误差的稳定的高频噪声阻断特性，从而能够使用有规律的多重并联谐振特性，与以往的产品相比能够使空芯线圈的阻抗(即线圈长度)大幅减小。由此，与以往的装置中在滤波器单元内收容有多个空芯线圈的情况相比，在该实施方式的等离子处理装置中在滤波器单元内仅收容一个空芯线圈即可。而且，即使仅有一个空芯线圈，也能够获得与电气串联的多个空芯线圈相比机械误差小且稳定的高频噪声阻断特性。
这样，采用本实施例的滤波器102(1)，能够可靠地防止高频噪声进入到加热电源58(IN)中，并且能够使在处理腔室10内利用高频放电产生的等离子体稳定化，从而能够提高等离子工艺的再现性和可靠性。另外，设置在第二供电线100(2)上的第二滤波器102(2)也具有与上述第一滤波器102(1)相同的结构，能够起到相同的作用效果。
另外，在滤波器102(1)中，与线圈104(1)的输出端侧相连接的电容器106(1)在高频的频率区域内实际上为短路状态，将分布常数线路120(1)视作输出端短路线路。另外，通过改变线圈104(1)的绕线长度(线路长度)，能够任意地调整滤波器102(1)的阻抗特性、特别是多重并联谐振的谐振频率。即、多重并联谐振的频率依存于线路长度而进行变化的输出端短路线路的特性适用于滤波器102(1)的分布常数线路120(1)。因而，通过比上述实施例试制品的绕线长度长地设定线圈104(1)的绕线长度，能够对各并联谐振频率进行调整，使各并联谐振频率向变低的方向变化。另外，相反通过比上述实验试制品的绕线长度短地设定线圈104(1)的绕线长度，能够对各并联谐振频率进行调整，使各并联谐振频率向升高的方向变化。
并且，如上所述，该实施例的滤波器单元54(IN)在圆筒形的外壳或外导体110中收容有所需的全部器件(第一及第二滤波器102(1)、102(2)的线圈104(1)、104(2))。另一侧的滤波器单元54(OUT)也是同样的。由此，在该实施方式的等离子处理装置中，如图12所示，能够使两滤波器单元54(IN)、54(OUT)相对于基座12内的内侧发热线40(IN)及外侧发热线40(OUT)在方位角方向上隔开均等的距离间隔(180°间隔)地配置，能够减小滤波器单元54(IN)、54(OUT)对装置内的电磁分布(例如腔室10内的等离子密度分布等)产生的影响的偏差。
另外，如图25所示，作为其它实施例，将发热体在半径方向分割成四个系统40A、40B、40C、40D的情况下，能够使各自对应的滤波器单元54A、54B、54C、54D在方位角方向上隔开均等的距离间隔(90°间隔)地配置，与上述同样地获得了防止发生偏差的效果。
并且，如图13所示，具有以下优点：两滤波器单元54(IN)、54(OUT)的占用空间小，因此设置于基座12的背后的其它用力系统或可动系统的布局设计变得十分轻松。
另外，如图4所示，在使入口即开口110a附近的静电容量减小上，优选形成于圆筒形外导体110的一个端面的供滤波器端子T(1)、T(2)通过的开口110a具有与线圈104(1)、104(2)的外径J104相同或比线圈104(1)、104(2)的外径J104更大的口径(内径)。
如图14所示，开口110a的口径J110比线圈104(1)、104(2)的外径J104小的情况下，为了减小入口的静电容量，必须将线圈104(1)、104(2)与开口110a之间的在轴线方向上的间隔距离K设置得足够(例如20mm以上)大，导致滤波器54(IN)的全长变大。
另外，开口110a为外导体110的开口部，如图4所示，虽然利用树脂等电介体密封开口110a，但对于电磁来说有没有该电介体都是一样的。
滤波器的实施例2
图10表示第二实施例的滤波器单元54(IN)的物理构造。该第二实施例的主要特征在于，具有用于在上述第一实施例的滤波器单元54(IN)中将并联谐振频率任意地错开而进行调整的并联谐振频率调节部。下面，在第二实施例中，也对第一滤波器102(1)的结构和第一分布常数线路120(1)的作用进行说明。第二滤波器102(2)的结构和第二分布常数线路120(2)的作用也是完全相同的。
该并联谐振频率调节部的基本结构是，设置有使分布常数线路120(1)的特性阻抗在线路的途中产生局部性变化的特性阻抗局部可变构件，优选如图10所示，在线圈104(1)与外导体110之间与该线圈104(1)和外导体110同轴地设置有环状构件122。
优选该环状构件122构成为在与外导体110的轴线方向正交的平面上呈圆环状延伸的板体，优选环状构件122由铜、铝等导体构成，且与外导体110电连接而与线圈104(1)电绝缘。当然，也可以采用环状构件122与线圈104(1)电连接而与外导体110电绝缘的结构。另外，也可以由树脂等电介体构成环状构件122，在该情况下环状构件122可以与外导体110和线圈104(1)均接触。另外，可以将环状构件122固定地配置在恒定的位置上，但优选能够在轴线方向上改变环状构件122的配置位置。
由导体或电介体构成的环状的阻抗局部可变构件122改变同轴线路的C，从而能够局部地改变特性阻抗√(LC)。当特性阻抗局部地自Z0变化到Z1时，在该变化的界面发生反射。因此，形成了串联结合的3个同轴线路(长度S1-特性阻抗Z0，长度S2-特性阻抗Z1、长度S3-特性阻抗Z0)，其结果，具有能够改变由频率、长度与波长的关系而决定的串联·并联谐振的频率的效果。
利用该环状构件122使分布常数线路120(1)的空间曲线产生的变化能够起到后述的本发明的效果，在此基础上，该变化需要超过一定程度，最好能产生当换算成特性阻抗Z0时为10％以上的变化。
本发明人试制了具有上述那样的本实施例的结构(参照图15)的滤波器单元54(IN)。作为该实施例试制品的主要规格，外导体110的内径(半径)为28.125mm，线圈104(1)的外径(半径)为21.25mm、长度为134mm，环状构件122与线圈104(1)的分开间隔D为3.75mm、宽度M为5mm。并且，在该实施例试制品的滤波器单元54(IN)中，一边沿轴线方向改变环状构件122的位置，一边利用网络分析器获取各个位置上的从滤波器端子T(1)侧观察到的第一滤波器102(1)的阻抗特性，测量了该阻抗特性的多重并联谐振的各频率(并联谐振频率)而绘制出了图表，获得了图16所示那样的实验结果。
在图16中，不依存于环状构件的位置的恒定值的并联谐振频率F1(约为17.5MHz)、F2(约为68.75MHz)、F3(约为116.25MHz)、F4(约为155.00MHz)是利用将本实施例的滤波器单元54(IN)(参照图15)中的环状构件122卸除后形成的结构(参照图4)而获得的比较基准值。
如图16所示，得知采用本实施例，各并联谐振频率随着环状构件122的位置(约10mm的位置～约132mm的位置)的改变而上下变动(移动)。并且，此外还应注意到，各并联谐振频率在各自的固有周期内独立地上下变动(改变)。
更详细而言，第一并联谐振频率在输入端侧(环状构件位于10mm的位置附近)、在小于比较基准值F1的方向上发生最大程度的变化，在中心位置附近(75mm的位置附近)改变量大致为零，越靠近输出端侧，在高于比较基准值F1的方向上改变量越大。当然，第一并联谐振频率的移动量(绝对值)相比其他并联谐振频率的移动量(绝对值)小很多。
另外，在将环状构件122配置在中心位置、即1/2位置附近(75mm的位置附近)时，第二并联谐振频率的低于比较基准值F2的下降改变量最大。
在将环状构件122配置在1/2位置附近(75mm的位置附近)时，第三并联谐振频率的上升改变量最大，在将环状构件122配置在1/3位置附近(45mm的位置附近)或2/3位置附近(120mm的位置附近)时，第三并联谐振频率的下降改变量最大。
在将环状构件122配置在1/4位置附近(30mm的位置附近)、1/2位置附近(75mm的位置附近)或3/4位置附近(135mm的位置附近)时，第四并联谐振频率的低于比较基准值F4的下降改变量最大，在将环状构件122配置在3/8位置附近(60mm的位置附近)或5/8位置附近(100mm的位置附近)时，第四并联谐振频率的上升改变量最大。
因而，例如在将等离子体产生用的第一高频HF的频率选定为80MHz的情况下，通过将环状构件122配置在30mm的位置附近，能够将第二并联谐振频率自比较基准值F2(约为68.75MHz)向上错开地调整为72～75MHz左右，由此能够对80MHz的高频噪声施加充分高的阻抗。
当然，由于存在离子引导用的第二高频LF的频率为13.56MHz以下的这一绝对性限制，因此对于第二高频LF的频率，通常优先将第一并联谐振频率调整到最佳。如上所述，通过增加线圈104(1)的绕线长度，能够将第一并联谐振频率调整到期望的较低的值(例如12MHz左右)。并且，在该情况下，当为了对等离子体产生用的第一高频HF的频率施加期望的充分高的阻抗而需要将第二、第三或第四并联谐振频率中的一个自比较基准值(F2、F3、F4)适当错开地进行调整时，如上所述将环状构件122的配置位置调整到最佳位置即可。
该第二实施例只在第一实施例的滤波器的结构的基础上添加了一定形状、尺寸、材质的环状构件122，能够将多重并联谐振的各并联谐振频率任意错开地进行调整，并且能够与第一实施例同样地获得阻抗特性的稳定性和再现性均优异的滤波器特性。
滤波器的实施例3
图17表示第三实施例的滤波器单元54(IN)的物理构造。该第三实施例是上述第二实施例的一变形例，特征在于1个滤波器102(1)具有多个、例如两个环状构件122的结构。这些多个环状构件122、122的形状、尺寸、材质可以不同，但通常是相同的。
本发明人试制了具有本实施例的结构(参照图17)的滤波器单元54(IN)，与上述实施例的方法相同地使用网络分析器测量了该滤波器单元54(IN)的阻抗特性，与上述第一、第二实施例的试制品进行了比较。
实验结果如图18和图19所示。在图18和图19中，阻抗特性ZN是未在滤波器单元54(IN)内设置环状构件122的第一实施例(参照图4)的试制品。在该阻抗特性ZN中，第一并联谐振频率如图18所示约为16.8MHz，第三并联谐振频率如图19所示约为117MHz。
阻抗特性Z45是在滤波器单元54(IN)内将1个环状构件122配置在45mm的位置上的第二实施例(参照图15)的试制品。在该阻抗特性Z45中，第一并联谐振频率如图18所示约为16.4MHz，第三并联谐振频率如图19所示约为108MHz。这符合图11所示的特性。即、如图16所示，在将环状构件配置在45mm的位置上的情况下，第一并联谐振频率向稍低于比较基准值F1的方向改变，第三并联谐振频率向低于比较基准值F3较多的方向改变。
阻抗特性Z110是在滤波器单元54(IN)内将1个环状构件122配置在110mm的位置上的第二实施例(参照图15)的试制品。在该阻抗特性Z110中，第一并联谐振频率如图13所示约为17.2MHz，第三并联谐振频率如图18所示约为107MHz。这也符合图16所示的特性。即、如图16所示，在将环状构件配置在110mm的位置上的情况下，第一并联谐振频率向稍高于比较基准值F1的方向改变，第三并联谐振频率向低于比较基准值F3较多的方向改变。
阻抗特性Z45、100是在滤波器单元54(IN)内将2个环状构件122分别配置在45mm、110mm的位置上的本实施例(参照图17)的试制品。在该阻抗特性Z45、110中，第一并联谐振频率如图18所示约为16.9MHz，第三并联谐振频率如图19所示约为98MHz。
这样，采用本实施例，能够获得将1个环状构件122单独地配置在45mm的位置或110mm的位置上的第二实施例(参照图15)的试制品的阻抗特性Z45、110的加合效果。即、对于第一并联谐振频率来说，通过求和阻抗特性Z45和阻抗特性Z110，能够使低于比较基准值F1的下降移动量和高于比较基准值F1的上升移动量彼此抵消，从而能够获得接近于比较基准值F1的值。另外，对于第三并联谐振频率来说，通过求和阻抗特性Z45和阻抗特性Z110，能够叠加低于比较基准值F3的下降改变量，从而能够获得大约2倍的下降改变量。由此，能够对100MHz的频率施加大约300Ω以上的高阻抗。
这样，采用本实施例，为了能够对第二高频LF的频率(例如13.56MHz)施加期望的高阻抗，首先可以调整线圈104(1)的绕线长度，将第一并联谐振频率设定为最佳值。然后，在滤波器单元54(IN)内将2个环状构件122、122分别相对于中心位置(约75mm的位置)配置在大致对称的2个位置(例如45mm的位置、110mm的位置)上，从而基本不用移动第一并联谐振频率就能够使第三并联谐振频率沿一个方向较大幅度地移动，由此对阻断对象的频率(例如100MHz)施加充分高的恒定的高阻抗。
该第三实施例同样也是只在第一实施例的滤波器的结构的基础上添加了一定形状、尺寸、材质的多个环状构件122，能够在比第二实施例宽的范围内将多重并联谐振的各并联谐振频率任意错开地进行调整，并且能够与第一实施例同样地获得阻抗特性的稳定性和再现性均优异的滤波器特性。
滤波器的实施例(其他)
图15和图16表示滤波器单元54(IN)的其他实施例。
在图15的实施例中，将环状构件122固定在外导体110上，线圈104(1)、104(2)与外导体110之间能够进行轴线方向的相对移动或位移，且能够改变环状构件122相对于线圈104(1)、104(2)的位置。
在图16的实施例中，在轴线方向的任意位置改变线圈104(1)、104(2)的局部的直径，从而不用设置环状构件122就能使分布常数线路120(1)、120(2)的特性阻抗Z0产生局部性的变化。在本实施例中，也可以采用使线圈104(1)、104(2)与外导体110之间能够进行轴线方向的相对移动或位移的结构。
图17的实施例在滤波器单元54(IN)中，在轴线方向的期望位置上增大外导体110的局部的直径而形成环状的槽部(凹部)124，由此能够在该环状的槽部124的位置使分布常数线路120(1)、120(2)的特性阻抗Z0产生局部性的变化。
在上述实施例中，在1个外导体110中，构成第一滤波器102(1)的线圈104(1)的线圈导线和构成第二滤波器102(2)的线圈104(2)的线圈导线沿共用的线轴114的外周面如图6所示地一边在线轴的轴向上重合地并进一边以相等的绕线长度呈螺旋状地卷绕在线轴114的外周面上。采用该线圈绕线构造，能够在2个空芯线圈104(1)、104(2)之间使2个空芯线圈的自感彼此相等、且能够获得最大的互感。由此，能够降低滤波器单元54(IN)的RF电力损耗，此外还具有能够减小RF功率损耗的机械误差的优点。
当然，也可以将第一滤波器102(1)的线圈104(1)和第二滤波器102(2)的线圈104(2)分别卷绕在独立的线轴114上，并将该线圈104(1)和线圈104(2)以与外导体110同轴的方式收容在在不同的外导体110中。另外，如上所述，线轴114只是线圈支承装置之一，省去线轴114的结构也是可能的。
并且，在上述实施例的滤波器单元54(IN)、54(OUT)中，圆筒形的线圈104(1)、104(2)以同轴的方式收容在圆筒形的外导体110内，在线圈104(1)和外导体110之间形成的分布常数线路120(1)、以及在线圈104(2)和外导体110之间形成的分布常数线路120(2)为同轴线路。
但是，分布常数线路120(1)、120(2)只要具有固定的特性阻抗(特别是电感和电容)即可，并不必须是同轴线路。基本的必要条件如下，即，空芯线圈及筒形外导体的各自的横剖面的形状及尺寸沿分布常数线路是大致固定的，从而空芯线圈和筒形外导体之间的间隙沿分布常数线路是大致固定的。
因此，如图23A所示，即使线圈104(1)、104(2)以非同轴(偏心)的方式被收容在圆筒形的外导体110中也可。
或者，如图23B的(a)所示，横剖面为四边形的方筒形线圈104(1)、104(2)以非同轴(或者同轴)的方式被收容在横剖面为四边形的方筒状外导体110中的这种结构也是可能的。或者，如图23B的(b)所示，横剖面为五边形的方筒形线圈104(1)、104(2)以同轴(或者非同轴)的方式被收容在横剖面为五边形的方筒状外导体110中的这种结构也是可能的。
并且，如图23C所示，横剖面为圆形的圆筒形线圈104(1)、104(2)以同轴(或者非同轴)的方式被收容在横剖面为四边形的方筒状外导体110中的这种结构也是可能的。
供电棒的实施例
利用分布常数线路的多重并联谐振特性的本发明的高频滤波器的技巧也能应用于上述实施方式的等离子蚀刻装置(参照图1)中的用于将匹配单元32和基座(下部电极)12点连接的高频供电线(34、35)。
该高频供电线(34、35)的内导体的供电棒34和外导体的导体罩35彼此构成对地形成同轴线路的分布常数线路。因而，例如如图18所示，可以在轴线方向的规定位置在导体罩35的内壁上安装1个或多个环状构件122。在该情况下，环状构件122的功能(职责)在于，将来自匹配单元32的高频HF(RF)以较少的损耗高效地输送给基座12和等离子体负载，并且在自等离子体产生的高次谐波或互调失真的高次谐波进入到高频供电线(34、35)中来时，有效地阻断该高次谐波。
其他实施方式
上述实施方式涉及的是下述滤波器，即、在对处理腔室10内的基座12重叠地施加等离子体产生用的第一高频HF和离子引导用的第二高频RF的下部双频施加方式的电容耦合型等离子蚀刻装置中、在一对的加热供电线100(1)、100(2)上使2个频率的噪声减衰的滤波器，上述的一对加热供电线将装入在基座12中的发热体14和设置在处理腔室10的外部的加热电源58电连接起来。
但是，在下述的等离子蚀刻装置中也可以较佳地直接应用上述实施方式的滤波器，即、对上部电极64施加等离子体产生用的第一高频HF、对基座12施加离子引导用的第二高频RF的上下部双频施加方式的电容耦合型等离子蚀刻装置、或对基座12施加单一的高频的下部单频施加方式的电容耦合型等离子蚀刻装置。
另外，本发明绝不限定于加热供电线等电源线用的滤波器，也可以应用在下述滤波器中，即、将设置在处理腔室内的规定的电子构件和设置在处理腔室的外部的电力系统或信号系统的外部电路电连接起来的一对线路或一条线路上的任意的滤波器。阻断对象的高频噪声如上所述并不限定于等离子工艺中的高频噪声，也可以是自等离子体产生的高次谐波或互调失真的高次谐波。
本发明并不限定于电容耦合型等离子蚀刻装置，也可以应用在微波等离子蚀刻装置、电感耦合型等离子蚀刻装置、螺旋波等离子蚀刻装置中，此外还能应用在等离子CVD(化学气相沉淀)、等离子酸化、等离子氮化、溅射处理等的其他等离子处理装置中。另外，本发明的被处理基板并不限定于半导体晶圆，也可以是平板显示器用的各种基板、光掩膜、CD基板、印刷电路板等等。

Claims (7)

1.一种等离子处理装置，该装置将高频电源与配置在用于进行等离子处理的处理容器内的高频电极电连接，且在用于将加热电源和设置在上述高频电极的发热体电连接的供电线上设置有滤波器，该滤波器用于使经由上述发热体进入到该供电线中的规定频率的高频噪声衰减或阻止该高频噪声，
上述滤波器包括：
一个圆筒状的线圈，其构成上述供电线的一部分，并构成中心导体；
筒形的外导体，其用于收容或包围上述线圈，该外导体与上述线圈同轴配置，在该外导体和上述线圈之间形成间隙，且与上述线圈成对地形成特性阻抗固定的分布常数线路，
上述分布常数线路利用与上述线圈的卷绕长度相对应的有规律的多个频率构成并联谐振，该多个并联谐振频率中的一个频率与上述高频噪声的频率一致或相近，由此对上述高频噪声的频率施加足够高的阻抗，并且，通过规定上述分布常数线路的每单位长度的静电电容，使上述分布常数线路的特性阻抗固定。
2.根据权利要求1所述的等离子处理装置，
从上述处理容器内的处理空间侧观察，上述滤波器配置于上述高频电极的背后。
3.根据权利要求2所述的等离子处理装置，
并列设置多个上述发热体，且在方位角方向上隔开均等的距离间隔地配置有多个上述滤波器，该多个上述滤波器分别与多个上述发热体对应。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子处理装置，
上述供电线包括分别与上述发热体的两端相连接的第一供电导线和第二供电导线；
上述线圈包括构成上述第一供电导线的一部分的第一线圈单体、以及构成上述第二供电导线的一部分的第二线圈单体；
在上述外导体的内侧，分别构成上述第一线圈单体和第二线圈单体的第一线圈导线及第二线圈导线一边并进一边以大致相等的绕线长度卷绕成螺旋状。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子处理装置，
上述线圈及上述筒形外导体的各自的横剖面的形状及尺寸沿上述分布常数线路为大致固定。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子处理装置，
上述线圈和上述筒形外导体之间的上述间隙沿上述分布常数线路为大致固定。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的等离子处理装置，
在上述线圈和上述筒形外导体之间的空间内，沿上述分布常数线路不存在比上述高频噪声的波长的1/4大的凹凸。
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