CN102157325B - 等离子体处理装置和等离子体处理方法 - Google Patents

等离子体处理装置和等离子体处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种等离子体处理装置和等离子体处理方法。在感应耦合型等离子体工艺中，采用简单的补正线圈自由且精细地控制等离子体的密度分布。在该感应耦合型等离子体处理装置中，在与RF天线(54)接近的电介质窗(52)之下炸面饼圈状地产生感应耦合等离子体，使该炸面饼圈状的等离子体分散在大的处理空间内，在基座(12)附近(即半导体晶片W上)使等离子体的密度平均化。并且，使基座(12)附近的等离子体密度分布在径向上均匀化，由补正环(70)对RF天线(54)产生的RF磁场实施电磁场的补正，而且能够根据工艺条件由开关机构(110)改变补正线圈(70)的通电占空比。

Description

等离子体处理装置和等离子体处理方法
技术领域
本发明涉及对被处理基板实施等离子体处理的技术，特别是涉及感应耦合型等离子体处理装置和等离子体处理方法。
背景技术
在半导体设备和FPD(Flat Panel Display，平板显示器)的制造工艺中的蚀刻、堆叠、氧化、溅射等的处理中，为了在比较低的温度下进行良好的反应在处理气体中经常使用等离子体。在现有技术中，对于这种等离子体处理，多采用MHz区域的高频放电产生的等离子体。在高频放电产生的等离子体中，作为更具体的(装置的)等离子体产生方法，大致区分为电容耦合型等离子体和感应耦合型等离子体。
一般地，在感应耦合型等离子体处理装置中，由电介质的窗构成处理容器的壁部的至少一部分(例如顶部)，并对在该电介质窗以外设置的线圈状RF天线供给高频电力。处理容器构成为能够减压的真空腔腔室，在腔室内中央部配置被处理基板(例如半导体晶片、玻璃基板等)，将处理气体导入设置在电介质窗和基板之间的处理空间中。通过RF天线中流动的RF电流，磁力线贯通电介质窗而通过腔腔室内的处理空间的RF磁场在RF天线的周围产生，通过该RF磁场随时间的变化，在处理空间内沿方位角方向产生感应电场。并且，由该感应电场使沿方位角方向加速的电子与处理气体的分子或原子发生电离冲突，生成炸面饼圈状的等离子体。
通过在腔室内设置大的处理空间，使上述炸面饼圈状等离子体高效地向四方(特别是沿半径方向)扩散，从而使基板上的等离子体密度非常均匀。但是，仅使用通常的RF天线，在基板上得到的等离子体密度的均匀性在一般的等离子体工艺中是不足够的。另外，在感应耦合型等离子体处理装置中，由于提高基板上的等离子体密度的均匀性会影响等离子体工艺的均匀性/再现性，进而影响制造成品率，所以作为最重要的课题之一，在此之前已经提出了一些相关技术。
现有的代表性的等离子体密度均匀化技术是将RF天线分割为多段。关于该RF天线的分割方式，包括对各天线/段(セグメント)进行单独的高频电力供给的第一方式(例如专利文献1)，和由电容器等附加电路改变各天线/段的阻抗而控制由一个高频电源分别分配到所有天线/段的RF电力的分割比的第二方式(例如专利文献2)。
此外，还已知使用单一的RF天线并在该RF天线附近配置被动天线的方法(专利文献3)。该被动天线构成为不从高频电源接受高频电力供给的独立的线圈，并且对RF天线(感应性天线)产生的磁场，以使被动天线环内的磁场强度减少的同时使被动天线环外附近的磁场强度增加的方式动作。由此，在腔室内的等离子体产生区域中的RF电磁场的半径方向分布被改变。
专利文献
专利文献1  美国专利第5401350号
专利文献2  美国专利第5907221号
专利文献3  日本特表2005-534150
发明内容
但是，在上述这样的RF天线分割方式中，在上述第一方式中，不仅需要多个高频电源，还需要相同数量的整合器，高频供电部的复杂化和成本的显著增加成为较大瓶颈。此外，在上述第二方式中，对于各天线/段的阻抗，不仅其他天线/段、等离子体的阻抗也产生影响，所以不能仅由附加电路任意地确定分割比，因此控制性难，使用不多。
此外，虽然在如在上述专利文献3中公开的采用被动天线的现有方式中，表示了由于被动天线的存在而对RF天线(感应性天线)产生的磁场产生影响，由此能够改变腔室内等离子体产生区域中的RF电磁场的半径方向分布，但是与被动天线的作用相关的考察/验证不充分，不能够使采用被动天线自由且高精度地控制等离子体密度分布用的具体装置结构图像化。
现有技术中的等离子体工艺，随着基板的大面积化和器件的微细化，存在对在更低压下密度高且口径大的等离子体的需要，基板上的工艺的均匀性成为比以前更加困难的问题。
在这一点上，在感应耦合型等离子体处理装置中，在与RF天线接近的电介质窗的内侧产生炸面饼圈状的等离子体，该炸面饼圈状的等离子体朝向基板四处扩散，但是由于腔室内的压力，等离子体的扩散形态被改变，从而基板上的等离子体密度分布容易改变。因此，如果不能够对RF天线(感应性天线)产生的磁场进行补正，即使使在处理方案中的压力改变且保持基板上的等离子体密度的均匀性，也不能够适应目前的等离子体处理装置中要求的多样和高的处理性能。
鉴于如上所述的现有技术，本发明提供在不需要对等离子体产生用的RF天线和高频供电系统进行特别的细加工的情况下，能够采用简单的补正线圈自由且精细地控制等离子体的密度分布的感应耦合型等离子体处理装置和等离子体处理方法。
根据本发明的第一观点的等离子体处理装置，包括：具有电介质窗的处理容器，配置在上述电介质窗之外的线圈状RF天线，在上述处理容器内保持被处理基板的基板保持部，为了对上述基板实施期望的等离子体处理，而将期望的处理气体供给至上述处理容器内的处理气体供给部，为了在上述处理容器内通过感应耦合而产生处理气体的等离子体，将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至上述RF天线的高频供电部，为了控制上述处理容器内的上述基板上的等离子体密度分布，在能够通过电磁感应与上述RF天线耦合的位置、在上述处理容器之外配置的补正线圈，设置在上述补正线圈的环内的开关元件，和以期望的占空比，通过脉冲宽度调制对上述开关元件进行ON/OFF控制的开关控制部。
在根据上述第一观点的等离子体处理装置中，通过如上述那样的结构，特别是，根据包括上述补正线圈、上述开关元件和上述开关控制部的结构，当由高频供电部将高频电力供给至RF天线时，能够定型且稳定地得到补正线圈对通过流过RF天线的高频电流在天线导体周边产生的RF磁场的作用(局部地降低在与线圈导体重叠的位置边上通过感应耦合产生的核心的等离子体密度的效果)。进一步地，还可以大致线性地控制这样的补正线圈效果(局部地降低核心的等离子体的密度的效果)的程度。因此，能够在基板保持部上的基板的附近任意且精细地控制等离子体的密度分布，能够容易地实现等离子体工艺的均匀性的提高。
根据本发明的第二观点的一种等离子体处理装置，包括：具有电介质窗的处理容器，配置在上述电介质窗之外的线圈状RF天线，在上述处理容器内保持被处理基板的基板保持部，为了对上述基板实施期望的等离子体处理，将期望的处理气体供给至上述处理容器内的处理气体供给部，为了在上述处理容器内通过感应耦合而产生处理气体的等离子体，将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至上述RF天线的高频供电部，为了控制上述处理容器内的上述基板上的等离子体密度分布，在能够通过电磁感应而与上述RF天线耦合的位置、在上述处理容器之外配置的补正线圈，设置在上述补正线圈的环内的可变电阻，和将上述可变电阻的电阻值控制为期望值的电阻控制部。
在根据上述第二观点的等离子体处理装置中，通过如上所述的结构，特别是，通过包括上述补正线圈、上述可变电阻和上述电阻控制部的结构，当由高频供电部将高频电力供给至RF天线时，能够定型且稳定地发挥补正线圈对由流过RF天线的高频电流在天线导体周边产生的RF磁场的作用(局部地降低在与线圈导体重叠的位置边上由感应耦合产生的核心的等离子体密度的效果)。进一步地，还可以大致线性地控制这样的补正线圈效果(局部地降低核心的等离子体的密度的效果)的程度。因此，能够在基板保持部上的基板的附近任意且精细地控制等离子体的密度分布，能够容易地实现等离子体工艺的均匀性的提高。
根据本发明的第三观点的等离子体处理装置，包括：具有电介质窗的处理容器，配置在上述电介质窗之外的RF天线，在上述处理容器内保持被处理基板的基板保持部，为了对上述基板实施期望的等离子体处理，将期望的处理气体供给至上述处理容器内的处理气体供给部，为了在上述处理容器内通过感应耦合而产生处理气体的等离子体，将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至上述RF天线的高频供电部，为了控制上述处理容器内的上述基板上的等离子体密度分布，在能够通过电磁感应而与上述RF天线耦合的位置上、在上述处理容器之外配置的补正线圈，和设置在上述补正线圈的环内的开关器。
在根据上述第三观点的等离子体处理装置中，通过如上所述的结构，特别是，通过包括上述补正线圈和上述开关器的结构，当由高频供电部将高频电力供给至RF天线时，能够选择性地得到补正线圈对由流过RF天线的高频电流在天线导体周边产生的RF磁场的作用(局部地降低在与线圈导体重叠的位置边上由感应耦合产生的核心的等离子体密度的效果)。
根据本发明的第四观点的等离子体处理装置，包括：具有电介质窗的能够真空排气的处理容器，配置在上述电介质窗之外的RF天线，在上述处理容器内保持被处理基板的基板保持部，为了对上述基板实施期望的等离子体处理，将期望的处理气体供给至上述处理容器内的处理气体供给部，为了在上述处理容器内通过感应耦合而产生处理气体的等离子体，将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至上述RF天线的高频供电部，为了控制上述处理容器内的上述基板上的等离子体密度分布，在能够通过电磁感应而与上述RF天线耦合的位置、在上述处理容器之外配置的第一和第二补正线圈，和分别设置在上述第一和第二补正线圈的环内的第一和第二开关器。
在根据上述第四观点的等离子体处理装置中，通过如上所述的结构，特别是，通过包括上述第一和第二补正线圈以及上述第一和第二开关器的结构，当由高频供电部将高频电力供给至RF天线时，能够选择性地得到各补正线圈对由流过RF天线的高频电流在天线导体周边产生的RF磁场的作用(局部地降低在与线圈导体重叠的位置边上由感应耦合产生的核心的等离子体密度的效果)，进一步地能够通过第一补正线圈和第二补正线圈的组合，多样性地选择补正线圈整体的作用形态(分布图)。
根据本发明的第五观点的等离子体处理方法，其是在等离子体处理装置中对被处理基板实施期望的等离子体处理的等离子体处理方法，其中，该等离子体处理装置包括：具有电介质窗的处理容器；配置在上述电介质窗之外的线圈状RF天线；在上述处理容器内保持上述被处理基板的基板保持部；为了对上述基板实施期望的等离子体处理而将期望的处理气体供给至上述处理容器内的处理气体供给部；和为了在上述处理容器内通过感应耦合产生处理气体的等离子体而将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至上述RF天线的高频供电部；在上述处理容器之外与上述RF天线平行地配置能够通过电磁感应而与上述RF天线耦合的补正线圈，在上述补正线圈的环内设置开关器，控制上述开关器的开关状态而控制上述基板上的等离子体密度。
在根据上述第五观点的等离子体处理方法中，通过如上所述的方法，特别是，通过在处理容器外与RF天线平行地配置能够通过电磁感应而与RF天线耦合的补正线圈，在补正线圈的环内设置开关器，并且通过控制该开关器的开关(ON/OFF)状态，当由高频供电部将高频电力供给至RF天线时，能够定型且稳定地得到补正线圈对由流过RF天线的高频电流在天线导体周边产生的RF磁场的作用(局部地降低在与线圈导体重叠的位置边上由感应耦合产生的核心的等离子体密度的作用效果)。因此，能够在基板保持部上的基板附近任意地控制等离子体的密度分布，能够容易地实现等离子体工艺的均匀性的提高。
根据本发明的第六观点的一种等离子体处理方法，其是在等离子体处理装置中对被处理基板实施期望的等离子体处理的等离子体处理方法，其中，该等离子体处理装置包括：具有电介质窗的处理容器；配置在上述电介质窗之外的线圈状RF天线；在上述处理容器内保持上述被处理基板的基板保持部；为了对上述基板实施期望的等离子体处理而将期望的处理气体供给至上述处理容器内的处理气体供给部；和为了在上述处理容器内通过感应耦合产生处理气体的等离子体而将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至上述RF天线的高频供电部；在上述处理容器之外，与上述RF天线平行地配置能够通过电磁感应而与上述RF天线耦合的第一和第二补正线圈，在上述第一和第二补正线圈的环内分别设置第一和第二开关器，控制上述第一和第二开关器的各自的开关状态而控制上述基板上的等离子体密度。
在根据上述第六观点的等离子体处理方法中，通过如上所述的方法，特别是，通过在处理容器外与RF天线平行地配置能够通过电磁感应而与RF天线耦合的第一和第二补正线圈，在这些第一和第二补正线圈的环内设置第一和第二开关器，并且通过控制这些第一和第二开关器各自的开关(ON/OFF)状态，当由高频供电部将高频电力供给至RF天线时，能够定型且稳定地得到补正线圈对由流过RF天线的高频电流在天线导体周边产生的RF磁场的作用(局部地降低在与线圈导体重叠的位置边上由感应耦合产生的核心的等离子体密度的作用效果)。因此，能够在基板保持部上的基板附近任意地控制等离子体的密度分布，能够容易地实现等离子体工艺的均匀性的提高。
发明的效果
根据本发明的等离子体处理装置或等离子体处理方法，通过如上所述的结构和作用，能够在不需要对等离子体产生用的RF天线和高频供电部进行特别的细加工的情况下，采用简单的补正线圈自由且精细地控制等离子体的密度分布。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的感应耦合型等离子体处理装置的结构的纵向截面图。
图2A是表示螺旋形线圈状RF天线的一个例子的立体图。
图2B是表示同心圆线圈状RF天线的一个例子的立体图。
图3A是模式化地表示将完全无端型补正线圈远离RF天线配置时的电磁场的作用的一个例子的附图。
图3B是模式地表示将完全无端型补正线圈配置在RF天线附近时的电磁场的作用的一个例子的附图。
图4A是模式地表示将完全无端型补正线圈远离RF天线配置时的电磁场的作用的另一个例子的附图。
图4B是模式地表示将完全无端型补正线圈配置在RF天线附近时的电磁场的作用的另一个例子的附图。
图5是表示在改变完全无端型补正线圈和RF天线的间隔距离时，在电介质窗附近的处理空间中的电流密度分布变化的附图。
图6是表示第一实施方式的补正线圈和开关机构的一结构例的附图。
图7是表示上述开关机构的具体结构例的附图。
图8是表示由上述开关机构进行PWM控制的附图。
图9是阶段性地表示多层抗蚀剂法的步骤的附图。
图10是表示可变地控制由多层抗蚀剂法进行的多步骤的蚀刻工艺中的补正线圈的通电占空比的方法的附图。
图11是表示第二实施方式的感应耦合型等离子体蚀刻装置的结构的纵向截面图。
图12是表示根据第二实施方式的补正线圈和电阻可变机构的一结构例的附图。
图13是表示上述电阻可变机构的具体结构例的附图。
图14A是表示上述电阻可变机构中的一电阻位置的附图。
图14B是表示上述电阻可变机构中的另一电阻位置的附图。
图14C是表示上述电阻可变机构中的另一电阻位置的附图。
图15是表示第一实施方式的一变形例的补正线圈和开关机构的一结构例的附图。
图16是表示第二实施方式的一变形例的补正线圈和电阻可变机构的一结构例的附图。
图17A是表示图15或图16的结构例中的动作的一个例子的附图。
图17B是表示图15或图16的结构例中的动作的一个例子的附图。
图17C是表示图15或图16的结构例中的动作的一个例子的附图。
图18是表示根据第三实施方式的补正线圈和开关机构的一结构例的附图。
图19是表示在一变形例中的补正线圈和开关机构的一结构例的附图。
图20是表示控制在由多层抗蚀剂法进行的多步骤的蚀刻工艺中的单一型补正线圈中设置的开关器的开关状态的方法的附图。
图21是表示控制在由多层抗蚀剂法进行的多步骤的蚀刻处理中的双子型补正线圈中设置的两个开关器的开关状态的方法的附图。
图22是表示在其他实施方式中的补正线圈和切换开关电路网的附图。
图23是表示在其他实施方式中的补正线圈和切换开关电路网的附图。
图24A是表示由气冷方式冷却补正线圈的实施例的附图。
图24B是表示通过制冷剂冷却补正线圈的一实施例的附图。
符号说明
10  腔室
12  基座(サセプタ)
56  高频电源
66  处理气体供给源
70  补正线圈
110  开关机构
112  开关元件
120  电阻可变机构
122  可变电阻
124  电阻可变机构
150  开关机构
152、152A、152B、152C  开关器
具体实施方式
下面将参考附图说明本发明的优选实施方式。
第一实施方式
在图1～图10中说明了本发明的第一实施方式。
图1表示本发明第一实施方式的感应耦合型等离子体处理装置的结构。该感应耦合型等离子体处理装置构成为采用平面线圈形RF天线的等离子体蚀刻装置，具有例如由铝或不锈钢等金属制造的圆筒型真空腔室(处理容器)10。腔室10安全接地。
首先，说明该感应耦合型等离子体蚀刻装置中的与等离子体生成无关的各部分的结构。
在腔室10内的下部中央，水平地配置有载置作为被处理基板的例如半导体晶片W的圆板状基座12，作为兼作高频电极的基板保持台。该基座12例如由铝构成，由从腔室10底部垂直向上延伸的绝缘性筒状支持部14支持。
在沿绝缘性筒状支持部14的外周从腔室10底部垂直向上延伸的导电性筒状支持部16和腔室10内壁之间形成环状的排气通路18，在该排气通路18的上部或入口上安装环状的挡(baffle)板20，同时在底部设置排气口22。为了使腔室10内的气体流动对基座12上的半导体晶片W相对于轴(轴对象)是均匀的，优选构成为沿圆周方向等间隔地设置多个排气口22。
在各排气口22上经由排气管24连接排气装置26。排气装置26具有涡轮分子泵等真空泵，可以将腔室10内的等离子体处理空间减压到期望的真空度。在腔室10的侧壁外，安装使半导体晶片W的搬送出口27开闭的门阀28。
在基座12上，经由整合器32和供电棒34电连接RF天线用的高频电源30。该高频电源30构成为能够以可变的功率输出适于控制导入半导体晶片W中的离子的能量的一定频率(13.56MHz以下)的高频RFL。整合器32收纳用于在高频电源30侧的阻抗和负荷(主要是基座，等离子体，腔室)侧阻抗之间进行整合的电抗(リアクタンス)可变的整合电路。在该整合电路中包含产生自身偏置用的隔直流电容器。
在基座12的上表面，设置用于以静电吸引力保持半导体晶片W的静电卡盘36，在静电卡盘36的半径方向外侧设置环状包围半导体晶片W周围的聚焦环38。静电卡盘36将由导电膜构成的电极36a夹入在一对绝缘膜36b、36c之间，在电极36a上经由开关42和包线43电连接高压的直流电源40。通过由直流电源40施加的高压直流电压，能够由静电力将半导体晶片W吸附保持在静电卡盘36上。
在基座12的内部，设置例如沿圆周方向延伸的环状制冷剂室或制冷剂流通路径44。在该制冷剂室44中，由冷却单元(チラ一ユニツト，未图示)经由配管46、48循环供给规定温度的例如冷却水cw的制冷剂。通过制冷剂的温度，能够控制静电卡盘36上的半导体晶片W的处理中的温度。与此相关联地，将来自导热气体供给部(未图示)的例如He气体的导热气体经由气体供给管50供给到静电卡盘36的上表面和半导体晶片W的背面之间。此外，为了装载/卸载半导体晶片W，还设置沿垂直方向贯通基座12而能够上下移动的升降销及其升降机构(未图示)等。
接下来，说明该感应耦合型等离子体蚀刻装置中与产生等离子体相关的各部分的结构。
在腔室10的顶部，与基座12隔开较大距离间隔地气密性安装由例如石英板构成的圆形电介质窗52。在该电介质窗52上，通常与腔室10或基座12同轴地水平地配置线圈状的RF天线54。该RF天线54优选具有例如螺旋线圈(图2A)或在各一周内半径恒定的同心圆线圈(图2B)的形式，并且通过由绝缘体构成的天线固定部件(未图示)固定到电介质窗52之上。
在RF天线54的一端，经由整合器58和供电线60电连接等离子体生成用的高频电源56的输出端子。虽然图示省略，但是RF天线54的另一端经由接地线电连接到接地电位(グランド電位)上。
高频电源56构成为能够以可变的功率输出适于由高频放电产生等离子体的一定频率(13.56MHz以上)的高频RFH。整合器58收纳用于在高频电源56侧的阻抗和负荷(主要是RF天线，等离子体，补正线圈)侧阻抗之间进行整合的电抗可变的整合电路。
用于将处理气体供给到腔室10内的处理空间中的处理气体供给部，具有：在比电介质窗52低一些的位置上设置在腔室10的侧壁之中(或之外)的环状歧管(manifold)或缓冲器部62，沿圆周方向等间隔地从缓冲器部62面对等离子体生成空间的多个侧壁气体排出孔64，和从处理气体供给源66到缓冲器部62延伸的气体供给管68。处理气体供给源66包含流量控制器和开关阀(未图示)。
该感应耦合型等离子体蚀刻装置包括为了在径向上可变地控制在腔室10内的处理空间中产生的感应耦合等离子体的密度分布、而在设置于腔室10的顶板上的大气压空间的天线室内设置的通过电磁感应能够与RF天线54耦合的补正线圈70，和用于可变地控制在该补正线圈70中流动感应电流的通电的占空比的开关机构110。补正线圈70和开关机构110的结构和作用在后面进行详细地说明。
主控制部74例如包含微型计算机，控制该等离子体蚀刻装置内的各部分，例如排气装置26，高频电源30、56，整合器32、58，静电卡盘用开关42，处理气体供给源66，开关机构110，冷却单元(未图示)，导热气体供给部(未图示)等各个的动作和装置整体的动作(顺序)。
在该感应耦合型等离子体蚀刻装置中，为了进行蚀刻，首先，使门阀28为开状态而将加工对象半导体晶片W搬送到腔室10内，并载置在静电卡盘36上。并且，将门阀28关闭，从处理气体供给源66经由气体供给管68、缓冲器部62和侧壁气体排出孔64，以规定的流量和流量比将蚀刻气体(一般为混合气体)导入腔室10内，并且由排气装置26使腔室10内的压力为设定值。进一步地，使高频电源56为ON，从而以规定的RF功率输出等离子体生成用的高频RFH，并且经由整合器58和供电线60将该高频RFH电流供给到RF天线54。另一方面，使高频电源30为ON，从而以规定的RF功率输出离子导入控制用的高频RFL，并且经由整合器32和供电棒34将该高频RFL施加到基座12。此外，从导热气体供给部将导热气体(例如He气)供给到静电卡盘36和半导体晶片W之间的接触界面，并且使开关42为ON，从而通过静电卡盘36的静电吸引力而将导热气体封闭在上述接触界面上。
从侧壁气体排出孔64排出的蚀刻气体均匀地扩散到电介质窗52之下的处理空间中。通过流过RF天线54的高频RFH电流，在RF天线54周围产生磁力线贯通电介质窗52而通过腔室内等离子体生成空间的RF磁场，并且通过该RF磁场随时间的变化，沿处理空间的方位角方向产生RF感应电场。并且，由该感应电场使沿方位角方向加速的电子与蚀刻气体的分子和原子发生电离冲突，生成炸面饼圈状的等离子体。该炸面饼圈状等离子体的基(原子团)和离子在大处理空间内四处扩散，基各向同性地的流动，离子在直流偏置下被牵引，从而供给到半导体晶片W的上表面(被处理面)。这样，在晶片W的被处理面，等离子体的活性引起化学反应和物理反应，从而将被加工膜蚀刻为期望的图案。
在该感应耦合型等离子体蚀刻装置中，如上所述地，在与RF天线54接近的电介质窗52之下，炸面饼圈状地产生感应耦合的等离子体，使该炸面饼圈状的等离子体在大处理空间内分散，在基座12附近(即半导体晶片W上)使等离子体的密度平均化。在此，炸面饼圈状等离子体的密度取决于感应电场的强度，进而取决于供给到RF天线54上的高频RFH的功率(更准确地是流过RF天线54的电流)的大小。即，高频RFH的功率越高，炸面饼圈状等离子体的密度越高，并且通过等离子体的扩散而使在基座12附近的等离子体密度整体变高。另一方面，炸面饼圈状等离子体四处(特别是径向)扩散的形态主要取决于腔室10内的压力，压力越低，在腔室10中心部集中的等离子体越多，从而在基座12附近的等离子体密度分布在中心部有增加的倾向。此外，炸面饼圈状等离子体内的等离子体密度分布还根据供给到RF天线54上的高频RFH的功率和导入腔室10内的处理气体的流量等而变化。
在此，所谓的“炸面饼圈状的等离子体”不限于在腔室10的径向内侧(中心部)没有等离子体而仅在径向外侧具有等离子体的严格的环状等离子体，而是意味着腔室10的径向外侧比径向内侧的等离子体的体积或密度大。此外，根据用于处理气体的气体种类和腔室10内的压力值等条件，还存在不构成此处所说的“炸面饼圈状的等离子体”的情况。
在该等离子体蚀刻装置中，通过使基座12附近的等离子体密度分布在径向上均匀化之后，通过由补正环70对RF天线54产生的RF磁场进行电磁场的补正，同时根据工艺条件(腔室10内的压力等)由开关机构110使补正线圈70的通电占空比可变。
下面，说明作为该感应耦合型等离子体蚀刻装置中的主要特征部分的补正环70和开关机构110的结构和作用。
更详细地，如图6所示，补正线圈70由两端夹着适当间隙g而开放的圆环状单匝线圈(或多匝线圈)构成，相对于RF天线54同轴地配置以使线圈导体在径向上位于RF天线54的内周和外周之间(优选在其正中附近)，并且由绝缘性线圈保持部件(未图示)水平地保持在与RF天线54接近的一定高度的位置上。补正线圈70的材质优选是导电率高的例如铜系的金属。
并且，在本发明中，所谓的“同轴”是多个线圈或天线的各中心轴线相互重叠的位置关系，不仅包含各线圈表面或天线表面在轴向或纵向上相互偏移的情况，还包含在同一面上相一致的情况(同心状位置关系)。
在此，将补正线圈70中没有间隙g的结构称为完全无端型补正线圈70′，对该完全无端型补正线圈70′的高度位置改变的情况下的作用进行说明。
首先，如图3A所示，当将完全无端型补正线圈70′的高度位置设置在上限值附近时，由流过RF天线54的高频RFH电流在天线导体周围产生的RF磁场H不会受到完全无端型补正线圈70′的任何影响，从而形成沿半径方向通过电介质窗52之下的处理空间的环状磁力线。
在处理空间中的磁通量密度的半径方向(水平)成分Br在腔室10的中心(O)和周边部上与高频RFH电流大小没有关系，总是零，在半径方向上与RF天线54的内周和外周的正中间边(下面称为“天线中间部”)重叠的位置上最大，并且高频RFH电流越大，其最大值越高。由RF磁场H产生的方位角方向的感应电场的强度分布也与半径方向上的磁通量密度Br具有相同的分布图。这样，在电介质窗52附近与RF天线54同轴地形成炸面饼圈状等离子体。
并且，该炸面饼圈状等离子体向处理空间中四处(特别是沿半径方向)扩散。如上所述，虽然该扩散形态取决于腔室10内的压力，但是作为一个例子，如图3A所示，表示在基座12附近的径向上电子密度(等离子体密度)相对地在与天线中间部对应的位置上高(保持最大的状态)，在中心部和周边部降低的分布图的情况。
在这样的情况下，如图3B所示，例如将完全无端型补正线圈70′的高度位置降低到下限值附近时，如图所示，由流过RF天线54的高频RFH电流在天线导体周围产生的RF磁场H受到由完全无端型补正线圈70′的电磁感应的反作用的影响。该电磁感应的反作用是根据贯通完全无端型补正线圈70′的环内的磁力线(磁通量)的变化而产生相反的作用，在完全无端型补正线圈70′的环内产生感应电力而流动电流。
这样，通过完全无端型补正线圈70′的电磁感应的反作用，在完全无端型补正线圈70′的线圈导体(特别是天线中间部)的大致正下方的位置，电介质窗52附近的处理空间中的磁通量密度的半径方向(水平)成分Br局部地变弱，由此方位角方向的感应电场的强度也与磁通量密度Br相同地在与天线中间部对应的位置上局部地变弱。结果，在基座12附近，电子密度(等离子体密度)在径向上被适当地均匀化。
如图3A所示的等离子体扩散形态是一个例子，例如当压力低时，等离子体过度地集中在腔室10的中心部，如图4A所示，表示了在基座12附近的电子密度(等离子体密度)相对地在中心部为最大的山形分布图的情况。
即使在这样的情况下，如图4B所示，例如将完全无端型补正线圈70′降低到下限值附近时，如图所示，在与完全无端型补正线圈70′的线圈导体重叠的中间部的位置上，电介质窗52附近的处理空间中的磁通量密度的半径方向(水平)成分Br局部地变弱，由此等离子体向腔室中心部的集中变弱，并且在基座12附近的等离子体密度在径向上被适当地均匀化。
本发明的发明人通过电磁场模拟验证了如上所述的完全无端型补正线圈70′的作用。即，将完全无端型补正线圈70′对RF天线54的相对高度位置(距离间隔)作为参数，在5mm，10m，20mm，无限大(没有补正线圈)的四种情况中选择参数的值，求出炸面饼圈状等离子体内部(距离上表面5mm的位置)的半径方向的电流密度分布(相当于等离子体密度分布)之后，得到如图5所示的验证结果。
在该电磁场模拟中，将RF天线54的外径(半径)设定为250mm，将完全无端型补正线圈70′的内周半径和外周半径分别设定为100mm和130mm。在RF天线54的下方的腔室内处理空间中，通过感应耦合产生的炸面饼圈状等离子体由圆盘形状的电阻体模拟，该电阻体的直径设定为500mm，电阻率为100Ωcm，表皮厚度为10mm。等离子体生成用的高频RFH的频率为13.56MHz。
根据图5可知，在由电磁感应而与RF天线54耦合的高度位置上配置完全无端型补正线圈70′时，并且在炸面饼圈状等离子体内的等离子体密度在与补正线圈70的线圈导体重叠的位置(在图示的例子中是与天线中间部重叠的位置)附近局部地降低时，使完全无端型补正线圈70′接近RF天线54，其局部的降低程度大致线性变大。
在该实施方式的感应耦合型等离子体蚀刻装置(图1)中，代替采用如上所述的完全无端型补正线圈70′，如图6所示，使用由两端夹着适度的间隙g而开放的单匝线圈(或多匝线圈)构成的补正线圈70，在该补正线圈70的两开放端之间连接有开关元件112。
开关机构110具有通过脉冲宽度调制(PWM)以一定频率(例如1～100kHz)对该开关元件112进行ON/OFF控制或开关控制的开关控制电路114。
在图7中表示开关机构110的具体的一结构例。在该结构例中，作为开关元件112，将一对晶体管(例如IGBT或MOS晶体管)112A、112B相互反向地并联连接，与各晶体管112A、112B串联地连接反向偏置保护用的二极管116A、116B。
两晶体管112A、112B由来自开关控制电路114的PWM控制信号SW同时ON/OFF。在ON期间，在高频的前半周期中正向流过补正线圈70的正极性感应电流i+流过第一晶体管112A和第一二极管116A，在高频的后半个半周期中反向流过补正线圈70的负极性感应电流i-流过第二晶体管112B和第二二极管116B。
虽然图中省略，但是开关控制电路114例如具有产生上述一定频率的三角波信号的三角波产生电路，以与期望的占空比(一周期内的脉冲ON期间的比率)对应的可变电压电平产生电压信号的可变电压信号产生电路，将上述三角波信号和上述可变电压信号的各电压电平进行比较而产生与其大小关系对应的二值的PWM控制信号SW的比较器，和由PWM控制信号SW驱动两晶体管112A、112B的驱动电路。在此，期望的占空比由主控制部74通过规定的控制信号SD供给到开关控制电路114。
根据该实施方式，通过如上所述结构的开关机构110，在等离子体处理过程中由PWM控制来控制补正线圈70的通电占空比，如图8所示，可以在0％～100％的范围内任意可变地控制该通电占空比。
在此重要的是，通过如上所述的PWM控制，使在补正线圈70中流过感应电流i的通电占空比在0％～100％的范围内任意可变是与使上述完全无端型补正线圈70′的高度位置在上限位置附近的原始位置HP和与RF天线54接近的下限位置之间任意地可变的情况在功能上等效的。若以不同的角度来看，通过开关机构110，可以通过将补正线圈70固定到RF天线54附近的高度位置上，而在装置上实现图5的特性。由此，能够简单地实现等离子体密度分布控制的自由度和精度的提高。
因此，每当处理方案中的处理条件全部或一部分改变时，通过开关机构110可变地控制补正线圈70的通电占空比，从而可以任意并且精细地调节补正线圈70对由流过RF天线54的高频RFH电流在天线导体周围产生的RF磁场H的作用，即调节在与补正线圈70的线圈导体重叠的位置边上使炸面饼圈状等离子体内的等离子体密度局部地降低的效果的程度(强弱)。
在该实施方式中的感应耦合型等离子体蚀刻装置能够优选适用于例如由多个步骤连续地蚀刻加工基板表面的多层膜的应用中。下面，说明如图9所示的根据多层抗蚀剂法的本发明的实施例。
在图9中，在加工对象半导体晶片W的主表面上，在原本的被加工膜(例如栅极用Si膜)100上形成作为最下层(最终掩膜)的SiN层102，在其上形成作为中间层的有机膜(例如碳)104，在其上经由含有Si的反射防止膜(BARC)106形成最上层的光致抗蚀剂108。在SiN层102、有机膜104和反射防止膜106的成膜中采用CVD(化学真空沉积法)或旋压(spin on)产生的涂敷膜，在光致抗蚀剂108的图案化中采用光刻法。
最初，作为第一步骤的蚀刻工艺，如图9(A)所示，将图案化的光致抗蚀剂108作为掩膜，蚀刻含有Si的反射防止膜106。在这种情况下，采用CF4/O2的混合气体作为蚀刻气体，并且将腔室10内的压力设定地较低，例如10mTorr。
接下来，作为第二步骤的蚀刻工艺，如图9(B)所示，将光致抗蚀剂108和反射防止膜106作为掩膜，蚀刻加工有机膜104。在这种情况下，采用O2的单纯气体作为蚀刻气体，并且将腔室10内的压力设定地更低，例如5mTorr。
最后，作为第三步骤的蚀刻工艺，如图9(C)、(D)所示，将图案化的反射防止膜106和有机膜104作为掩膜，蚀刻加工SiN膜102。在这种情况下，采用CHF3/CF4/Ar/O2的混合气体作为蚀刻气体，并且将腔室10内的压力设定地较高，例如50mTorr。
在如上所述的多步骤的蚀刻工艺中，在每一步骤中切换全部或一部分的工艺条件(特别是腔室10内的压力)，由此改变处理空间内的炸面饼圈状等离子体的扩散形态。在此，在不使补正线圈70完全运行(通电)的情况下，在第一和第二步骤的工艺(压力10mTorr以下)中，如图4A所示，基座12附近的电子密度(等离子体密度)显现出相对地在中心部显著地增加的陡山形的分布，在第三步骤的工艺(压力50mTorr)中，显现出仅在中心部增加的缓和山形的分布。
根据该实施方式，例如在处理方案中，在通常的工艺条件(高频功率，压力，气体种类，气体流量等)中增加的条件中，或者与它们相关联的条件中，将补正线圈70的通电占空比设定为方案信息或工艺参数中的一个。并且，在执行如上所述的多步骤方式的蚀刻工艺时，主控制部74从存储器中读取表示通电占空比的数据，并且在每个步骤中通过开关机构110使补正线圈70的通电占空比符合设定值。
例如，在实施由如图9的多层抗蚀剂法进行的多步骤蚀刻处理的情况下，如图10所示，在每个步骤中切换补正线圈70的通电占空比，在第一步骤(10mTorr)中切换为较大的占空比D1，在第二步骤(5mTorr)中切换为更大的占空比D2，在第三步骤(50mTorr)中切换为较小的占空比D3。
此外，根据等离子体点火性的观点，在各步骤的处理开始之后，将补正线圈70的通电强制保持为OFF状态，从而使等离子体稳定确实地点火，并且在等离子体点火之后，使其符合设定值的通电占空比的方法也是有效的。
第二实施方式
接下来，参考图11～14，说明本发明的第二实施方式。
在图11中表示第二实施方式中的感应耦合型等离子体处理装置的结构。在图中，具有与上述第一实施方式的装置(图1)相同的结构或功能的部分给出相同的符号。
该第二实施方式的特征与上述第一实施方式相对比，代替开关机构110，构成为包括电阻可变机构120。
更详细地，补正线圈70由两端夹着适度的间隙g而开放的圆环状单匝线圈或多匝线圈构成，相对于RF天线54同轴地配置以使线圈导体在径向上位于RF天线54的内周和外周之间(优选在其正中附近)，并且由绝缘性线圈保持部件(未图示)水平地保持在与RF天线54接近的高度位置上。
如图12所示，电阻可变机构120具有连接在补正线圈70的两开放端上的可变电阻122，和将该可变电阻122的电阻值控制为期望值的电阻控制部124。
在图13中表示电阻可变机构120的具体结构例。在该结构例中的可变电阻122具有以塞在补正线圈70的两开放端之间的间隙g中的方式通过绝缘体126插入的电阻率高的金属系或碳系电阻体128，和在补正线圈70上将间隔一定距离间隔的两点间短路的交联型短路导体130。交联型短路导体130的材质优选是导电率高的例如铜系的金属。
电阻控制部124具有用于支持交联型短路导体130且使其在补正线圈70上滑动移动的滑动机构132，和通过该滑动机构132而使交联型短路导体130的位置符合期望的电阻位置的电阻位置控制部134。
更详细地，开关机构132由滚珠丝杠机构构成，具有用于使在一定位置上水平延伸的传送丝杠136转动的步进电动机138，和与传送丝杠136螺纹耦合的螺母部(未图示)，并且通过因搬送丝杠136的转动而沿其轴向水平移动的滑块主体140，与该滑块主体140和交联型短路导体130结合的压缩盘簧(コイルバネ)142和在铅直方向可滑动地嵌合的一对圆筒体144、146构成。在此，外侧的圆筒体144固定在滑块主体140上，内侧的圆筒体146固定在交联型短路导体130上。压缩盘簧142通过弹性力将交联型短路导体130按压在补正线圈70上。
电阻位置控制部134通过步进电动机138的转动方向和转动量控制交联型短路导体130的位置。交联型短路导体130的目标位置由主控制部74(图11)通过规定的控制信号SR供给至电阻位置控制部134。
在此，参考图13和图14A～14C，说明电阻可变机构120的作用。
首先，当将交联型短路导体130设置为图13中表示的位置时，补正线圈70的线圈导体的两端不经过电阻体128而由交联型短路导体130旁路并被短路。由此，可变电阻122的电阻值构成最低值(实质上为零)，并且由此补正线圈70的整体线圈电阻值构成最低值。
从图13的状态，使交联型短路导体130向图中的右方滑动移动，位置确定为图14A中表示的位置。在该位置上，交联型短路导体130的一端(右端)的接触部130R连接在线圈导体的一端(右端)部上，而另一端(左端)的接触部130L超过线圈导体的另一端(左端)而进入电阻体128的区间内。由此，可变电阻122的电阻值构成不为零的有意义的值，补正线圈70整体的线圈电阻值变得比图13时的高。
从图14A的状态，使交联型短路导体130进一步向图中的右方滑动移动时，电阻体128占补正线圈70的电流路径的区间长度增大，这样可变电阻122的电阻值变得更高，补正线圈70整体的线圈电阻值变得比图14A时的更高。
并且，如图14B所示，当使交联型短路导体130的左端的接触部130L移动到电阻体128的绝缘体126侧的另一端时，电阻体128占补正线圈70的电流路径的区间长度最大。由此，可变电阻122的电阻值最大，补正线圈70整体的线圈电阻值最大。
此外，从图14B的状态，使交联型短路导体130进一步向图中的右方滑动移动，如图14C所示，当使交联型短路导体130的左端的接触部130L越过绝缘体126而移动到右侧的线圈导体时，补正线圈70由绝缘体126在电气上切断，从而实质上构成两端开放的状态。若从其他角度理解，可变电阻122的电阻值变成无限大。
这样，在该实施方式中，由电阻可变机构120可变地控制可变电阻122的电阻值，如上所述，使补正线圈70整体的线圈电阻能够从等同于两端闭合的线圈的最小电阻值(图13)连续可变到包含电阻体128整个区间的最大电阻值(图14A，图14B)，进一步地构成为还能够选择等同于无补正线圈70的线圈切断状态(图14C)。
由此，当RF天线54中流过高频RFH电流时，能够在0％～100％的范围内任意可变地控制通过电磁感应而在补正线圈70中流动的电流的电流值(振幅值或尖端值)。在此，电流值100％相当于在线圈短路状态的位置(图13)上流动时的电流值，电流值0％相当于在线圈切断状态的位置(图14C)上流动时的电流值。
在此重要的是，通过如上所述的补正线圈70的电阻可变控制，使在补正线圈70中流动的电流的电流值在0％～100％的范围内任意可变是与使上述完全无端型补正线圈70′的高度位置在上限位置附近的原始位置HP和与RF天线54接近的下限位置之间任意地可变的情况在功能上等效的。若从其他角度理解，通过电阻可变机构120，能够通过将补正线圈70固定到RF天线54附近的高度位置上，而在装置上实现图5的特性，从而与上述第一实施方式相同地，能够更简单地实现等离子体密度分布控制的自由度和精度的提高。
因此，每当处理方案中的规定工艺参数的值改变时，通过电阻可变机构120可变地控制补正线圈70中流动的电流的振幅值，从而能够任意并且精细地调节补正线圈70对由流过RF天线54的高频RFH电流在天线导体周围产生的RF磁场H的作用，即调节在与补正线圈70的线圈导体重叠的位置边上使炸面饼圈状等离子体内的等离子体密度局部地降低的效果的程度(强弱)。由此，通过全部步骤，能够在径向上保持基座12附近的等离子体密度均匀，并且能够使多层抗蚀剂法中的蚀刻处理的均匀性提高。
例如，在实施由以图9的多层抗蚀剂法进行的多步骤蚀刻处理的情况下，虽然图中省略，但是优选在每个步骤中切换可变电阻122的电阻值(电阻位置)，在第一步骤(10mTorr)中切换为较低的电阻值(电阻位置)R1，在第二步骤(5mTorr)中切换为更低的电阻值(电阻位置)R2，在第三步骤(50mTorr)中切换为较高的电阻值(电阻位置)R3。
此外，根据等离子体点火性的观点，在各步骤的处理开始之后，将补正线圈70保持在电气切断的状态(图14C)，从而使等离子体稳定确实地点火，并且在等离子体点火之后，使可变电阻122符合预设定的电阻值(电阻位置)的方法是有效的。
变形例
在图15中表示上述第一实施方式中的补正线圈70和开关机构110的一变形例。在该实施方式中，同心圆状(或同轴状)地配置线圈直径不同的多个(例如两个)补正线圈70A、70B，在这些补正线圈70A、70B的环内分别设置开关元件112A、112B。并且，构成为由单独的开关控制电路114A、114B以任意通电占空比通过PWM控制分别独立地控制开关元件112A、112B的ON/OFF。
在图16中表示在上述第二实施方式中的补正线圈70和电阻可变机构120的一变形例。在该实施方式中，同心圆状(或同轴状)地配置线圈直径不同的多个(例如两个)补正线圈70A、70B，在这些补正线圈70A、70B的环内分别设置可变电阻122A、122B。并且，构成为由单独的电阻控制部124A、124B分别独立并且任意可变地控制可变电阻122A、122B的电阻值。
在图15的开关机构110中，以及在图16的电阻可变机构120中，都能够任意并且多种多样地选择两个补正线圈70A、70B中流动的感应电流的值(通电占空比或尖端值)的组合，并且能够更大地增大等离子体密度分布控制的自由度。
此外，如图17A所示，还能够将补正线圈70B保持在非动作(非通电)状态，而仅使补正线圈70A动作(通电)。或者，如图17B所示，能够将补正线圈70A保持在非动作(非通电)状态，而仅使补正线圈70B动作(通电)。此外，如图17C所示，还能够使两个补正线圈70A、70B同时动作(通电)。
第三实施方式
作为其他的实施方式，还可以构成为在上述第一实施方式中将开关机构110替换为如图18所示的开关机构150。该开关机构150具有经由导体连接到补正线圈70的两开放端的开关器152，基于来自主控制部74的指示切换控制开关器152的开关(ON/OFF)状态的开关控制电路154。
在该开关机构150中，当将开关器152切换为断开(OFF)状态时，由于补正线圈70中没有流动感应电流，所以等效于没有补正线圈70的情况。当将开关器152切换为闭合(ON)状态时，补正线圈70等效于两端闭合的线圈，当RF天线54中流动高频RFH电流时，在补正线圈70中流动感应电流。
如图19所示，还能够适用于将这样的开关机构150应用于同心圆状地配置多个补正线圈70A、70B的结构。即，同心圆状地配置线圈直径不同的多个(例如两个)补正线圈70A、70B，在这些补正线圈70A、70B中分别插入连接开关器152A、152B。并且，可以由单独的开关控制电路154A、154B分别独立地开关控制开关器152A、152B。虽然在这样的开关器方式中控制的自由度存在一定程度的限制，但是能够进行如图17A～17C的电流密度(炸面饼圈状等离子体的密度)分布的可变控制。
此外，在设置如上所述的开关机构150的情况下，能够优选采用在对一个被处理基板的等离子体处理中，根据工艺条件的变更、变化或切换，控制开关器150(152A、152B)的开关状态的方法。
例如，在以如上所述的多层抗蚀剂法进行的多步骤的蚀刻处理(图9)中，采用如图18的单一型补正线圈70(开关器152)的情况，如图20所示，在第一步骤将开关器152切换为断开(OFF)状态，在第二步骤将开关器152切换为闭合(ON)状态，在第三步骤将开关器152切换为断开(OFF)状态。
此外，采用如图19的双子型补正线圈70A、70B(开关器152A、152B)的情况，如图21所示，在第一步骤将开关器152A、152B共同切换为断开(OFF)状态，在第二步骤将开关器152A、152B共同切换为闭合(ON)状态，在第三步骤分别将开关器152A切换为断开(OFF)状态、将开关器152B切换为闭合(ON)状态。
此外，如图22所示，在沿纵向并列同轴状地配置多个(例如三个)补正线圈70A、70B、70C的结构中，能够采用与上述相同的开关器152A、152B、152C和开关控制电路154A、154B、154C(图示省略)。
作为与补正线圈70相关的其他实施例，如图23所示，还可以构成为选择性地切换将多个(例如三个)线圈导体70(1)、70(2)、70(3)分别作为单独的补正线圈运行的单独模式和作为电气串联连接的一个补正线圈运行的连接模式。
在图23中，各线圈导体70(1)、70(2)、70(3)由两端夹着适当间隙而开放的圆环状单匝线圈(或多匝线圈)构成，这些间隙能够通过三个切换开关160、162、164和一个开关166以多种模式电气连接。
第一切换开关160具有连接到最内侧的线圈导体70(1)一端上的第一固定接点160a，连接到该线圈导体70(1)另一端上的可动接点160b，和连接到相邻的中间线圈导体70(2)一端上的第二固定接点160c。
第二切换开关162具有连接到中间线圈导体70(2)一端上的第一固定接点162a，连接到该线圈导体70(2)另一端上的可动接点162b，和连接到外侧相邻的线圈导体70(3)一端上的第二固定接点162c。
第三切换开关164具有连接到外侧线圈导体70(3)一端上的第一固定接点164a，连接到该线圈导体70(3)另一端上的可动接点164b，和连接到开关166的可动接点166d上的第二固定接点164c。
开关166的固定接点166e连接到内侧线圈导体70(1)的一端。
在相关结构中，当选择上述单独模式时，将第一切换开关160的可动接点160b切换到第一固定接点160a，将第二切换开关162的可动接点162b切换到第一固定接点162a，将第三切换开关164的可动接点164b切换到第一固定接点164a，将开关166切换为断开状态。
当选择上述连接模式时，将第一切换开关160的可动接点160b切换到第二固定接点160c，将第二切换开关162的可动接点162b切换到第二固定接点162c，将第三切换开关164的可动接点164b切换到第二固定接点164c，将开关166切换为闭合状态。
作为该实施方式的一变形例，例如能够构成为在三个线圈导体70(1)、70(2)、70(3)中，选择任意两个线圈导体为连接模式而选择剩余的一个为单独模式的这样的开关电路网。
此外，在本发明的补正线圈中会流动大的感应电流(此时为在RF天线中流动的电流以上(比其更大)的电流)，要密切关注补正线圈的发热。
根据该观点，如图24A所示，能够通过在补正线圈70的附近设置气冷风扇，而设置以气冷方式冷却的线圈冷却部。或者，如图24B所示，还可以由中空的铜制管构成补正线圈70，并设置将制冷剂供给到其中而防止补正线圈70过热的线圈冷却部。
在上述实施方式中的感应耦合型等离子体蚀刻装置的结构是一个例子，不仅等离子体生成机构的各部分能够进行各种变形，而且与等离子体生成没有直接关系的各部分的结构也显然能够进行各种变形。
例如，虽然在上述实施方式中补正线圈70固定配置在一个区域中，但是也可以采用能够改变补正线圈70的位置的结构，特别是能够任意改变其高度位置的结构。
此外，在补正线圈70的电流路径或环内，除了上述开关元件112、电阻122或开关器152(152A、152B、152C)以外，例如还可以构成为设置了电容器(未图示)的结构。
此外，作为RF天线54和补正天线70的基本形态，能够构成为平面形状以外的类型，例如圆顶形(dome)等。进一步地，还能够为设置在腔室10的顶部以外的区域上的类型，例如能够为设置在腔室10的侧壁之外的螺旋形(helical)类型。
此外，也能够为以矩形的被处理基板为对象(する)的腔室结构，也能够为矩形的RF天线结构，矩形的补正线圈结构。
此外，在处理气体供给部中，还可以构成为从顶部将处理气体导入腔室10内，并且在基座12上不施加直流偏置控制用的高频RFL的方式也是可以的。另一方面，本发明还能够应用于使用多个RF天线或天线/段，并由多个高频电源或高频供电系统将等离子体生成用的高频功率分别单独地供给到这些多个RF天线(或天线/段)中的方式的等离子体装置。
进而，本发明的感应耦合型等离子体处理装置或等离子体处理方法不限于等离子体蚀刻的技术领域，也可以应用于等离子体CVD、等离子体氧化、等离子体氮化、溅射等的其他等离子体工艺中。此外，本发明中的被处理基板不限于半导体晶片，也能够为平板显示器用的各种基板、光掩膜、CD基板、或印刷基板等。

Claims (13)

1.一种等离子体处理装置，包括：
具有电介质窗的处理容器，
配置在所述电介质窗之外的线圈状RF天线，
在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部，
为了对所述基板实施期望的等离子体处理，而将期望的处理气体供给至所述处理容器内的处理气体供给部，
为了在所述处理容器内通过感应耦合而产生处理气体的等离子体，将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至所述RF天线的高频供电部，
为了局部地控制所述处理容器内的所述基板上的等离子体密度分布，在能够通过电磁感应与所述RF天线耦合的位置、在所述处理容器之外配置，不与所述高频供电部和RF天线连结的具有至少一个环和两个开放端的补正线圈，
设置在所述补正线圈的所述至少一个环内且与所述补正线圈的所述两个开放端连结的开关元件，和
以期望的占空比，通过脉冲宽度调制对所述开关元件进行ON/OFF控制，来控制对所述RF天线周边生成的RF磁场产生影响的所述补正线圈的作用的开关控制部，
所述补正线圈由两端闭合的单匝线圈或多匝线圈构成，相对于所述RF天线同轴地配置，具有在径向上使线圈导体位于所述RF天线的内周和外周之间的线圈直径，
通过电磁感应的反作用，线圈导体的大致正下方的位置，所述电介质窗附近的处理空间中的磁通量密度的半径方向成分局部地变弱。
2.一种等离子体处理装置，包括：
具有电介质窗的处理容器，
配置在所述电介质窗之外的线圈状RF天线，
在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部，
为了对所述基板实施期望的等离子体处理，将期望的处理气体供给至所述处理容器内的处理气体供给部，
为了在所述处理容器内通过感应耦合而产生处理气体的等离子体，将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至所述RF天线的高频供电部，
为了局部地控制所述处理容器内的所述基板上的等离子体密度分布，在能够通过电磁感应而与所述RF天线耦合的位置、在所述处理容器之外配置，不与所述高频供电部和RF天线连结的具有至少一个环和两个开放端的补正线圈，
设置在所述补正线圈的所述至少一个环内且与所述补正线圈的所述两个开放端连结的可变电阻，和
将所述可变电阻的电阻值控制为期望值，来控制对所述RF天线周边生成的RF磁场产生影响的所述补正线圈的作用的电阻控制部，
所述补正线圈由两端闭合的单匝线圈或多匝线圈构成，相对于所述RF天线同轴地配置，具有在径向上使线圈导体位于所述RF天线的内周和外周之间的线圈直径，
通过电磁感应的反作用，在线圈导体的大致正下方的位置，所述电介质窗附近的处理空间中的磁通量密度的半径方向成分局部地变弱。
3.一种等离子体处理装置，包括：
具有电介质窗的处理容器，
配置在所述电介质窗之外的RF天线，
在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部，
为了对所述基板实施期望的等离子体处理，将期望的处理气体供给至所述处理容器内的处理气体供给部，
为了在所述处理容器内通过感应耦合而产生处理气体的等离子体，将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至所述RF天线的高频供电部，
为了局部地控制所述处理容器内的所述基板上的等离子体密度分布，在能够通过电磁感应而与所述RF天线耦合的位置上、在所述处理容器之外配置，不与所述高频供电部和RF天线连结的具有至少一个环和两个开放端的补正线圈，
设置在所述补正线圈的所述至少一个环内且与所述补正线圈的所述两个开放端连结的开关器，和
通过对所述开关器的开关状态进行开关控制，来控制对所述RF天线周边生成的RF磁场产生影响的所述补正线圈的作用的开关控制电路，
所述补正线圈由两端闭合的单匝线圈或多匝线圈构成，相对于所述RF天线同轴地配置，具有在径向上使线圈导体位于所述RF天线的内周和外周之间的线圈直径，
通过电磁感应的反作用，在线圈导体的大致正下方的位置，所述电介质窗附近的处理空间中的磁通量密度的半径方向成分局部地变弱。
4.如权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述电介质窗构成所述处理容器的顶部，
所述RF天线配置在所述电介质窗之上，
所述补正线圈配置为与所述RF天线平行。
5.一种等离子体处理装置，包括：
具有电介质窗的能够真空排气的处理容器，
配置在所述电介质窗之外的RF天线，
在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部，
为了对所述基板实施期望的等离子体处理，将期望的处理气体供给至所述处理容器内的处理气体供给部，
为了在所述处理容器内通过感应耦合而产生处理气体的等离子体，将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至所述RF天线的高频供电部，
为了局部地控制所述处理容器内的所述基板上的等离子体密度分布，在能够通过电磁感应而与所述RF天线耦合的位置、在所述处理容器之外配置，不与所述高频供电部和RF天线连结且分别具有至少一个环和两个开放端的第一和第二补正线圈，
分别设置在所述第一和第二补正线圈的所述至少一个环内且分别与所述第一和第二补正线圈的所述两个开放端连结的第一和第二开关器，
通过对所述第一开关器的开关状态进行开关控制，来控制对所述RF天线周边生成的RF磁场产生影响的所述第一补正线圈的作用的第一开关控制电路，和
通过对所述第二开关器的开关状态进行开关控制，来控制对所述RF天线周边生成的RF磁场产生影响的所述第二补正线圈的作用的第二开关控制电路，
所述补正线圈由两端闭合的单匝线圈或多匝线圈构成，相对于所述RF天线同轴地配置，具有在径向上使线圈导体位于所述RF天线的内周和外周之间的线圈直径，
通过电磁感应的反作用，在线圈导体的大致正下方的位置，所述电介质窗附近的处理空间中的磁通量密度的半径方向成分局部地变弱。
6.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述电介质窗构成所述处理容器的顶部，
所述RF天线配置在所述电介质窗之上，
所述第一和第二补正线圈配置为与所述RF天线平行。
7.如权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第一和第二补正线圈配置为同心状。
8.如权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第一和第二补正线圈在不同的高度位置上同轴地配置。
9.如权利要求1～8中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：具有用于冷却所述补正线圈的线圈冷却部。
10.一种等离子体处理方法，其是在等离子体处理装置中对被处理基板实施期望的等离子体处理的等离子体处理方法，其中，该等离子体处理装置包括：具有电介质窗的处理容器；配置在所述电介质窗之外的线圈状RF天线；在所述处理容器内保持所述被处理基板的基板保持部；为了对所述基板实施期望的等离子体处理而将期望的处理气体供给至所述处理容器内的处理气体供给部；和为了在所述处理容器内通过感应耦合产生处理气体的等离子体而将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至所述RF天线的高频供电部；该等离子体处理方法的特征在于：
在所述处理容器之外，与所述RF天线平行且相对于所述RF天线同轴地配置补正线圈，该补正线圈能够通过电磁感应而与所述RF天线耦合，由两端闭合的单匝线圈或多匝线圈构成，具有至少一个环、两个开放端和在径向上使线圈导体位于所述RF天线的内周和外周之间的线圈直径，该补正线圈不与所述高频供电部和RF天线连结，
在所述补正线圈的所述至少一个环内设置开关器，该开关器与所述补正线圈的所述两个开放端连结，
控制所述开关器的开关状态而局部地控制所述基板上的等离子体密度并控制对所述RF天线周边生成的RF磁场产生影响的所述补正线圈的作用，
通过电磁感应的反作用，在线圈导体的大致正下方的位置，所述电介质窗附近的处理空间中的磁通量密度的半径方向成分局部地变弱。
11.如权利要求10所述的等离子体处理方法，其特征在于：
在对一片被处理基板的等离子体处理中，根据工艺条件的变更、变化或切换，控制所述开关器的开关状态。
12.一种等离子体处理方法，其是在等离子体处理装置中对被处理基板实施期望的等离子体处理的等离子体处理方法，其中，该等离子体处理装置包括：具有电介质窗的处理容器；配置在所述电介质窗之外的线圈状RF天线；在所述处理容器内保持所述被处理基板的基板保持部；为了对所述基板实施期望的等离子体处理而将期望的处理气体供给至所述处理容器内的处理气体供给部；和为了在所述处理容器内通过感应耦合产生处理气体的等离子体而将适合处理气体高频放电的频率的高频电力供给至所述RF天线的高频供电部；该等离子体处理方法的特征在于：
在所述处理容器之外，与所述RF天线平行地且相对于所述RF天线同轴配置第一和第二补正线圈，该第一和第二补正线圈能够通过电磁感应而与所述RF天线耦合，由两端闭合的单匝线圈或多匝线圈构成，分别具有至少一个环、两个开放端和在径向上使线圈导体位于所述RF天线的内周和外周之间的线圈直径，该第一和第二补正线圈不与所述高频供电部和RF天线连结，
在所述第一和第二补正线圈的所述至少一个环内分别设置第一和第二开关器，该第一和第二开关器分别与所述第一和第二补正线圈的所述两个开放端连结，
控制所述第一和第二开关器的各自的开关状态而局部地控制所述基板上的等离子体密度并控制对所述RF天线周边生成的RF磁场产生影响的所述第一和第二补正线圈的作用，
通过电磁感应的反作用，在线圈导体的大致正下方的位置，所述电介质窗附近的处理空间中的磁通量密度的半径方向成分局部地变弱。
13.如权利要求12所述的等离子体处理方法，其特征在于：
在对一个被处理基板的等离子体处理中，根据工艺条件的变更、变化或切换，控制所述第一和第二开关器的各自的开关状态。
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