CN102421239B - 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。在感应耦合型等离子体处理装置中，完全地抑制RF天线内的波长效果，并且既在周方向也在径向容易地实现均匀的等离子体处理。在腔室的顶壁部或电介质窗(52)上设置有用于在腔室内生成感应耦合的等离子体的RF天线(54)。该RF天线(54)具有圆环状的内侧线圈(58)和外侧线圈(62)。内侧线圈(58)包括单一的圆形线圈单元(60)。外侧线圈62包括在周方向被分割且整体上形成一圈的两个半圆形线圈单元(64(1))、(64(2))。各个线圈单元(60)、(64(1))、(64(2))与高频供电部(66)电并联连接。

Description

等离子体处理装置
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，特别涉及感应耦合型的等离子体处理装置。
背景技术
在半导体器件或FPD(Flat Panel Display)的制造工艺中的蚀刻、沉积、氧化、溅射等处理中，为了使处理气体以比较低的温度进行良好的反应，经常使用等离子体。一直以来，在这种等离子体处理中大多使用利用MHz区域的高频放电生成的等离子体。就利用高频放电射出的等离子体而言，作为更具体的(装置的)等离子体生成法，大致分为电容耦合型等离子体和感应耦合型等离子体。
感应耦合型等离子体处理装置一般由电介质的窗构成处理容器的壁部的至少一部分(例如顶壁部)，向设置在该电介质窗之外的线圈状的RF天线供给高频电力。处理容器构成为能够减压的真空腔室，在腔室内的中央部的配置被处理基板(例如半导体晶片、玻璃基板等)，向设定在电介质窗与基板之间的处理空间导入处理气体。通过在RF天线中流动的高频电流，使磁力线贯通电介质窗并在RF天线的周围产生通过腔室内的处理空间那样的高频波的交流磁场，根据该交流磁场的时间变化，在处理空间内，在方位角方向产生感应电场。然后，在方位角方向被该感应电场加速的电子与处理气体的分子和/或原子发生电离冲撞，生成环形的等离子体。
通过在腔室内设置大的处理空间，上述环形的等离子体有效地向四方(特别是半径向)扩散，在基板上方等离子体的密度非常均匀。但是，在仅使用通常的RF天线时，在基板上能够得到的等离子体密度的均匀型对大多等离子体处理而言并不充分。在等离子体处理工艺中，提高基板上的等离子体密度的均匀性或控制性也因为左右等离子体处理工艺的均匀性·再现性甚至制造成品率而成为最重要的问题之一。
在感应耦合型的等离子体处理装置中，在腔室内的电介质窗附近生成的环形等离子体内的等离子体密度分布特性(分布图)是重要的，其核心的等离子体密度分布的分布图左右在扩散后的基板上得到的等离子体密度分布的特性(特性的均匀性)。
关于这一点，作为提高周方向的等离子体密度分布的均匀性的技术，提出有若干将RF天线分割为线圈径不同的多个圆环状线圈的方式。在这种RF天线分割方式中，存在将多个圆环状线圈串联地连接的第一方式(例如专利文献1)和将多个圆环状线圈并联地连接的第二方式(例如专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第5800619号
专利文献2：美国专利第6288493号
发明内容
发明所要解决的问题
上述那样的现有的RF天线分割方式中的上述第一方式的RF天线的全部线圈长度为将全部的线圈相加的较大的长度，因此，RF天线内的电压下降大到不能无视的程度，进而，由于波长效果，在RF天线的RF输入端附近容易形成具有电流的波节部的驻波。因此，上述第一方式在径向当然难以得到、而且在周方向也难以得到等离子体密度分布的均匀性，不适用于需要大口径等离子体的等离子体处理。
另一方面，上述第二方式的由高频供电部供给到RF天线的RF电流在RF天线内在线圈径小的(即阻抗小的)内侧线圈相对地流动得多，在线圈径大的(即阻抗大的)外侧的线圈相对地只流动很少，在腔室内生成的等离子体的密度容易变得在径向的中心部高在周边部低。因此，上述第二方式在RF天线内的各线圈增加(连接)阻抗调整用的电容器，调节分配到各线圈的RF电流的分割比。
在这种情况下，如果在高频供电部的回线或地线一侧、即RF天线的终端一侧设置阻抗调整用的电容器，则线圈的电位变得比接地地位高，由此，能够抑制电介质窗由于来自等离子体的离子冲撞而损伤劣化的溅射效果。但是，RF天线的线圈经由电容器形成为终端，由此，短路谐振线的长度等价地变短，在线圈径(线圈长度)大的外侧线圈容易产生波长效果，遇到与上述第一方式相同的问题。
本发明是为了解决上述的现有技术的问题而完成的，提供能够完全地抑制RF天线内的波长效果，并且能够既在周方向也在径向容易地实现均匀的等离子体处理的感应耦合型的等离子体处理装置。
用于解决问题的方式
本发明的第一观点的等离子体处理装置包括：具有电介质的窗的处理容器；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向上述处理容器内供给期望的处理气体的处理气体供给部；为了在上述处理容器内通过感应耦合生成处理气体的等离子体而设置在上述电介质窗之外的RF天线；和向上述RF天线供给适合于上述处理气体的高频放电的频率的高频电力的高频供电部，其中，上述RF天线具有在空间上沿规定形状和规定尺寸的环串行配置，且电并联连接的多个线圈单元。
本发明的第二观点的等离子体处理装置包括：具有电介质的窗的处理容器；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向上述处理容器内供给期望的处理气体的处理气体供给部；为了在上述处理容器内通过感应耦合生成处理气体的等离子体而设置在上述电介质窗之外的RF天线；和向上述RF天线供给适合于上述处理气体的高频放电的频率的高频电力的高频供电部，其中，上述RF天线具有在径向形成间隔、分别配置在内侧和外侧的内侧线圈和外侧线圈，上述内侧线圈具有单一或串联连接的内侧线圈单元，上述外侧线圈具有在周方向被分割，且电并联连接的多个外侧线圈单元。
本发明的第三观点的等离子体处理装置包括：具有电介质的窗的处理容器；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向上述处理容器内供给期望的处理气体的处理气体供给部；为了在上述处理容器内通过感应耦合生成处理气体的等离子体而设置在上述电介质窗之外的RF天线；和向上述RF天线供给适合于上述处理气体的高频放电的频率的高频电力的高频供电部，其中，上述RF天线具有在径向形成间隔，且分别配置在内侧和外侧的内侧线圈和外侧线圈，
上述内侧线圈具有在周方向被分割、且电并联连接的多个内侧线圈单元，上述外侧线圈具有在周方向被分割、且电并联连接的多个外侧线圈单元。
在本发明的等离子体处理装置中，利用一个或多个线圈单元构成RF天线的各线圈，优选将构成外侧线圈的多个线圈单元电并联连接。由此，RF天线内的波长效果和电压下降依赖于线圈单元的长度。因此，按照不在各个线圈单元内引起波长效果的方式、而且按照电压下降不太大的方式，选定各线圈内的分割数或线圈单元的长度即可。关于RF天线内的磁动势，通过使构成各线圈的线圈单元的自感应系数大致相等，在线圈周方向会流动一样或均匀的高频电流，因此在周方向能够始终获得均匀的等离子体密度分布。此外，在径向，通过调节内侧线圈和外侧线圈的口径，能够获得两线圈间的磁动势的均衡，获得期望大的等离子体密度分布。
发明的效果
根据本发明的等离子体处理装置，通过上述的结构和作用，能够完全地抑制RF天线内的波长效果，并且能够既在周方向也在径向容易地实现均匀的等离子体处理。
附图说明
图1是表示本发明的一个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是表示实施方式的RF天线的基本的布局结构和电连接结构的立体图。
图2B是与图2A的结构对应的电连接图。
图3是表示比较例的RF天线的布局和电连接结构的图。
图4是对实施例的RF天线和比较例的天线产生的电位差(的呀下降)进行对比表示的图表。
图5A是表示对实施方式的RF天线附加阻抗调整部的一个结构例的立体图。
图5B是图5A的结构例(以阻抗调整部为电容器的情况)的电连接图。
图6是以图表表示在图5A和图5B的结构例中使可变电容器的静电电容能够变化的情况下的各外侧线圈单元与各外侧个别电容器的串联电路的阻抗和电流的值的图。
图7是表示在多步骤方式的等离子体处理工艺中根据图5A和图5B的结构例对外侧个别阻抗调整部(可变电容器)的静电电容有步骤地进行可变控制的方法的图。
图8A是表示对实施方式的RF天线附加阻抗调整部的另一个结构例的立体图。
图8B是图8A的结构例(使内侧个别阻抗调整部为可变电容器的情况)的电连接图。
图9A是表示对实施方式的RF天线附加阻抗调整部的再一个结构例的立体图。
图9B是图9A的结构例(使外侧阻抗调整部为可变电容器的情况)的电连接图。
图10A是表示对实施方式的RF天线附加阻抗调整部的再一个结构例的立体图。
图10B是图10A的结构例(使内侧个别阻抗调整部为固定电容器、使外侧个别阻抗调整部为固定电容器的情况)的电连接图。
图10C是图10A的结构例(使内侧个别阻抗调整部为可变电容器、使外侧个别阻抗调整部为可变电容器的情况)的电连接图。
图10D是图10A的结构例(使内侧个别阻抗调整部为可变电容器、使外侧个别阻抗调整部为固定电容器的情况)的电连接图。
图10E是图10A的结构例(使内侧个别阻抗调整部为固定电容器、使外侧个别阻抗调整部为可变电容器的情况)的电连接图。
图11A是表示对实施方式的RF天线附加阻抗调整部的再一个结构例的立体图。
图11B是图11A的结构例(使内侧个别阻抗调整部为固定电容器、使外侧共用阻抗调整部为可变电容器的情况)的电连接图。
图12是以图表表示在图11A和图11B的结构例中使外侧共用阻抗调整部(可变电容器)的静电电容变化的情况下的外侧线圈单元与外侧用阻抗调整部的串联电路的阻抗和电流的值的图。
图13是表示在多步骤方式的等离子体处理工艺中根据图11A和图11B的结构例对外侧共用阻抗调整部(可变电容器)的静电电容有步骤地进行可变控制的方法的图。
图14A是表示对实施方式的RF天线附加阻抗调整部的再一个结构例的立体图。
图14B是图14A的结构例(使内侧个别阻抗调整部为可变电容器、使外侧共用阻抗调整部为固定电容器的情况)的电连接图。
图14C是图14A的结构例(使内侧个别阻抗调整部为可变电容器、使外侧共用阻抗调整部为可变电容器的情况)的电连接图。
图14D是图14A的结构例(使内侧个别阻抗调整部为可变电容器、使外侧共用阻抗调整部为固定电容器的情况)的电连接图。
图14E是图14A的结构例(使内侧各别阻抗调整部为固定电容器、使外侧共用阻抗调整部为可变电容器的情况)的电连接图。
图15A是表示对实施方式的RF天线附加阻抗调整部的再一个结构例的立体图。
图15B是与图15A的结构例(使外侧共用阻抗调整部为可变电容器的情况)对应的电连接图。
图16A是表示对实施方式的RF天线附加阻抗调整部的再一个结构例的立体图。
图16B是与图16A的结构例(使内侧个别阻抗调整部为可变电容器的情况)对应的电连接图。
图17A是表示对实施方式的RF天线附加阻抗调整部的再一个结构例的立体图。
图17B是与图17A的结构例(使输出侧共用阻抗调整部为电容器的情况)对应的电连接图。
图18A是表示对实施方式的RF天线附加阻抗调整部的再一个结构例的立体图。
图18B是与图18A的结构例(使内侧个别阻抗调整部为固定电容器、使外侧个别阻抗调整部为固定电容器、使外侧共用阻抗调整部为固定电容器的情况)对应的电连接图。
图19A是表示对实施方式的RF天线附加阻抗调整部的再一个结构例的立体图。
图19B是与图19A的结构例(使内侧个别阻抗调整部为固定电容器、使外侧个别阻抗调整部为固定电容器的情况)对应的电连接图。
图19C是与图19A的结构例(使内侧个别阻抗调整部为可变电容器、使外侧个别阻抗调整部为可变电容器的情况)对应的电连接图。
图19D是与图19A的结构例(使内侧个别阻抗调整部为可变电容器、使外侧个别阻抗调整部为固定电容器的情况)对应的电连接图。
图19E是与图19A的结构例(使内侧个别阻抗调整部为固定电容器、使外侧个别阻抗调整部为可变电容器的情况)对应的电连接图。
图20是表示在实施方式的RF天线的线圈单元设置伪间隙用的突出部的结构例的立体图。
图21A是表示本发明的RF天线的一个结构例的立体图。
图21B是与图21A的结构例对应的电连接图。
图22是表示本发明的RF天线的另一个实施例的图。
图23A是表示本发明的RF天线的另一个实施例的图。
图23B是表示本发明的RF天线的另一个实施例的图。
图24是表示本发明的RF天线的另一个实施例的图。
图25是表示本发明的RF天线的另一个实施例的图。
图26是表示本发明的RF天线的另一个实施例的图。
图27是表示本发明的RF天线的另一个实施例的图。
图28是表示本发明的RF天线的另一个实施例的图。
图29是表示在本发明的RF天线与高频供电部的匹配器之间设置变压器的结构例的图。
符号说明
10    腔室
12    基座
26    排气装置
52    电介质窗
54    RF天线
58    内侧线圈
60    内侧线圈单元
62    外侧线圈
64(1)、64(2)    外侧线圈单元
66    高频供电部
72    高频电源
86    内侧个别阻抗调整部
88(1)、88(2)    外侧个别阻抗调整部
90    输出侧共用阻抗调整部
92    外侧共用阻抗调整部
具体实施方式
以下参照附图对本发明的最佳实施方式进行说明。
(装置整体的结构和作用)
图1表示本发明的一个实施方式的感应耦合型等离子体处理装置的结构。
该等离子体处理装置构成为使用平面线圈形的RF天线的感应耦合型等离子体蚀刻装置，例如具有铝或不锈钢等金属制的圆筒形真空腔室(处理容器)10。腔室10被安全接地。
首先，对该感应耦合型等离子体蚀刻装置中与等离子体生成无关的各部的结构进行说明。
在腔室10内的下部中央，水平地配置有载置被处理基板例如半导体晶片W的圆板状的基座12，该基座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，支承在从腔室10的底部垂直向上方延伸的绝缘性筒状支承部14上。
在沿绝缘性筒状支承部14的外周从腔室10的底部垂直向上方延伸的导电性筒状支承部16与腔室10的内壁之间形成有环状的排气路18，在该排气路18的上部或入口安装有环状的挡板20，并且在底部设置有排气口22。为了使腔室10内的气体的流动相对于基座12上的半导体晶片W轴对称地均匀地流动，优选将排气口22在圆周方向等间隔地设置多个。在各排气口22经排气管24连接有排气装置26。排气装置26具有涡轮分子泵等真空泵，能够将腔室10内的等离子体处理空间减压至期望的真空度。在腔室10的侧壁之外安装有开闭半导体晶片W的搬出搬入口27的闸阀28。
基座12经匹配器32和供电棒34与RF偏压用的高频电源30电连接。该高频电源30能够以可变的功率输出一定频率(通常为13.56MHz以下)的高频RFL，该高频RFL适合于对引入半导体晶片W的离子的能量进行控制。匹配器32收纳电抗可变的匹配电路，该匹配电路用于在高频电源30一侧的阻抗与负载(主要为基座、等离子体、腔室)一侧的阻抗之间进行匹配。在该匹配电路中包括自偏压生成用的极间耦合电容器。
在基座12的上表面设置有用于利用静电吸附力保持半导体晶片W的静电卡盘36，在静电卡盘36的半径向外侧设置有呈环状包围半导体晶片W的周围的聚焦环38。静电卡盘36是将由导电膜构成的电极36a夹入一对绝缘膜36b、36c之间而形成的部件，电极36a经开关42和被覆线43与高压的直流电源40电连接。通过由直流电源40施加的高压的直流电压，能够利用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的内部例如设置有沿圆周方向延伸的环状的制冷剂室44。在该制冷剂室44中，从冷却装置(未图示)经配管46、48循环供给规定温度的制冷剂例如冷却水cw。能够利用冷却水cw的温度控制静电卡盘36上的半导体晶片W的处理中的温度。与此关联，来自导热气体供给部(未图示)的导热气体例如He气体经气体供给管50供给到静电卡盘36的上表面与半导体晶片W的背面之间。此外，为了半导体晶片W的装载/卸载而设置有在垂直方向上贯通基座12、能够上下移动的升降销及其升降机构(未图示)等。
接着，对该感应耦合型等离子体蚀刻装置中与等离子体生成有关的各部的结构进行说明。
腔室10的顶壁部或顶板部从基座12隔开比较大的距离间隔而设置，作为该顶板部气密地安装有例如由石英板形成的圆形的电介质窗52。在该电介质窗52上，与腔室10一体地设置有天线室56，该天线室56从外部电磁屏蔽并收纳用于在腔室10内生成感应耦合的等离子体的RF天线54。
RF天线54具有与电介质窗52平行地、在径向形成间隔地分别配置在内侧和外侧的平面型的内侧线圈58和外侧线圈62。该实施方式的内侧线圈58和外侧线圈62具有圆环状的线圈形体，相互同轴地配置，并且相对于腔室10或基座12也同轴地配置。
另外，本发明中所谓的“同轴”是在具有轴对称的形状的多个物体间各自的中心轴线相互重合的位置关系，在多个线圈间，不仅包括各自的线圈面在轴方向相互偏置(off-set)的情况，而且包括在同一个面上一致的情况(同心状的位置关系)。
此外，内侧线圈58和外侧线圈62在来自等离子体生成用的高频供电部66的高频供电线68与连接至接地电位部件的回线70之间(两个节点NA、NB之间)电并联连接。此处，回线70为接地电位的地线，与被保持为接地电位的接地电位部件(例如腔室10或其它部件)电连接。
高频供电部66具有高频电源72和匹配器74。高频电源72能够以可变的功率输出适合于利用感应耦合的高频放电生成等离子体的一定频率(通常为13.56MHz以上)的高频RFH。匹配器74收纳电抗可变的匹配电路，该匹配电路用于在高频电源72一侧的阻抗与负载(主要为RF天线、等离子体)一侧的阻抗之间进行匹配。
用于向腔室10内的处理空间供给处理气体的处理气体供给部具有：环状的总管(manifold)或缓冲部76，其以比电介质窗52低若干的位置设置在腔室10的侧壁中(或外)；在圆周方向以等间隔从缓冲部76面对等离子体生成空间的多个的侧壁气体吐出孔78；和从处理气体供给源80延伸至缓冲部76的气体供给管82。处理气体供给源80包括流量控制器和开闭阀(未图示)。
主控制部86例如包括微型计算机，控制该等离子体蚀刻装置内的各部、例如排气装置26、高频电源30、72、匹配器32、74、静电卡盘用开关42、处理气体供给源80、冷却装置(未图示)、导热气体供给部(未图示)等各个部件的动作和装置整体的动作(序列)。
在该感应耦合型等离子体蚀刻装置中，为了进行蚀刻，首先使闸阀28为打开状态，将加工对象的半导体晶片W搬入腔室10内，载置在静电卡盘36上。然后，关闭闸阀28后，从处理气体供给源80经气体供给管82、缓冲部76和侧壁气体吐出孔78以规定的流量和流量比向腔室10内导入蚀刻气体(一般为混合气体)，通过排气装置26使腔室10内的压力为设定值。进而，将高频供电部66的高频电源72导通，以规定的RF功率输出等离子体生成用的高频RFH，经由匹配器74、RF供电线68和回线70，向RF天线54的内侧线圈58和外侧线圈62供给高频RFH的电流。另一方面，将高频电源30导通，以规定的RF功率输出引入控制用的高频RFL，将该高频RFL经匹配器32和供电棒34施加到基座12。此外，从导热气体供给部向静电卡盘36与半导体晶片W之间的接触界面供给导热气体(He气体)，并且将开关42导通，通过静电卡盘36的静电吸附力将导热气体封入上述接触界面。
在腔室10内，从侧壁气体吐出孔78吐出的蚀刻气体在电介质窗52下的处理空间扩散。通过在RF天线54的各线圈58、62中流动的高频RFH的电流，在这些线圈的周围产生的磁力线(磁通量)贯通电介质窗52，横穿腔室10内的处理空间(等离子体生成空间)，在处理空间内产生方位角方向的感应电场。被该感应电场在方位角方向加速的电子与蚀刻气体的分子和/或原子发生电离冲撞，生成环形的等离子体。
该环形的等离子体的自由基和/或离子在宽广的处理空间向四方扩散，自由基各向相同地降下，离子被直流偏压拉拽(吸引)，被供给到半导体晶片W的上表面(被处理面)。这样，在半导体晶片W的被处理面，等离子体的活性种引起化学反应和物理反应，被加工膜被蚀刻为期望的图案。
此处所谓的“环形的等离子体”并不限定为在腔室10的径向内侧(中心部)不产生等离子体起而仅在径向外侧产生等离子体那样的严格的环形的等离子体，而是指与腔室10的径向内侧相比径向外侧的等离子体的体积或密度大的情况。此外，根据用于处理气体的气体的种类或腔室10内的压力的值等条件，还存在不形成此处所谓的“环形的等离子体”的情况。
该感应耦合型等离子体蚀刻装置使RF天线54的内侧线圈58和外侧线圈62为以下说明的那样的特殊的空间上的布局和电连接结构，进而，适当地附加阻抗调整部，由此，有效地抑制或减小RF天线54内的波长效果和/或电位差(电压下降)，改善半导体晶片W上的等离子体处理特性即蚀刻特性(蚀刻率、选择比、蚀刻形状等)在周方向和径向的均匀性。
(RF天线的基本结构)
本实施方式的感应耦合型等离子体处理装置的主要特征在于RF天线54的内部的空间上的布局结构和电连接结构。
图2A和图2B表示本实施方式的RF天线54的布局和电连接(电路)的基本结构。
内侧线圈58优选包括单一的圆形线圈单元60，在径向上位于腔室10的靠中心的位置。以下将构成内侧线圈58的各个线圈单元称为“内侧线圈单元”。
该内侧线圈单元60按照以单体掩埋周方向的一周或其大部分的方式呈环形延伸，其两端60(RF-In)、60(RF-out)在周方向隔着内侧间隙Gi相对或相邻。另外，在本发明中，将在内侧线圈58的环上形成的间隙或切口称为内侧间隙。
内侧线圈单元60的一端、即RF入口端部60(RF-In)经由向上方延伸的连接导体61和第一节点NA与来自高频供电部66的RF供电线68连接。内侧线圈单元60的另一端、即RF出口端60(RF-Out)经由向上方延伸的连接导体63和第二节点NB与地线70连接。
外侧线圈62优选包括在周方向被分割的多个(例如两个)的线圈单元64(1)、64(2)，在径向位于腔室10的靠侧壁的位置。以下将构成外侧线圈62的各个线圈单元称为“外侧线圈单元”。
这两个外侧线圈单元64(1)、64(2)在空间上各个形成为半圆的圆弧状，按照掩埋周方向的一周或其大部分的方式串行地配置。更详细而言，在外侧线圈62的一周环内，第一外侧线圈单元64(1)的RF入口端64(1)(RF-In)与第二外侧线圈单元64(2)的RF出口端64(2)(RF-Out)在周方向隔着外侧间隙Go相对或相邻。第一外侧线圈单元64(1)的RF出口端64(1)(RF-Out)与第二外侧线圈单元64(2)的RF入口端64(2)(RF-In)在周方向隔着另一外侧间隙Go相对或相邻。另外，在本发明中，将在外侧线圈62的环上形成的间隙或切口称为外侧间隙。
而且，在这些外侧线圈单元64(1)、64(2)的各自的一端、即RF入口端64(1)(RF-In)、64(2)(RF-In)经由向上方延伸的连接导体65(1)、65(2)和第一节点NA与来自高频供电部66的RF供电线68连接。各自的另一端、即RF出口端64(1)(RF-Out)、64(2)(RF-Out)经由向上方延伸的连接导体67(1)、67(2)和第二节点NB与地线70连接。
这样，在来自高频供电部66的RF供电线68与连接至接地电位部件的地线70之间，或者在第一节点NA与第二节点NB之间，构成外侧线圈62的两个外侧线圈单元64(1)、64(2)彼此相互电并联连接，进而，以单体构成内侧线圈58的内侧线圈单元60也与这些外侧线圈单元64(1)、64(2)电并联连接。而且，在第一节点NA与第二节点NB之间，RF天线54内的各部相连接(连线)，使得分别在外侧线圈单元64(1)、64(2)中流动的高频电流的流向在轴方向上相同，并且在内侧线圈58中流动的高频电流与在外侧线圈62中流动的高频电流在周方向相同。
另外，如图1和图2所示，在天线室56(图1)内，向RF天线54的上方延伸的连接导体61、63、65(1)、65(2)、67(1)、67(2)从电介质窗52隔开非常大的距离(在相当高的位置)形成横方向的分支线或交叉线，减少对两个线圈58、62的电磁影响。
在本实施方式中，作为一个优选实施方式，构成外侧线圈62的两个外侧线圈单元64(1)、64(2)具有大致相等的自感应系数，进一步，构成内侧线圈58的内侧线圈单元60也具有与那些外侧线圈单元64(1)、64(2)大致相等的自感应系数。通常，那些线圈单元60、64(1)、64(2)通过使线材、线径和线长相同来满足自感应系数同一性或近似性。
在内侧线圈单元60和各个外侧线圈单元64(1)、64(2)的长度相等的情况下，内侧线圈58与外侧线圈62的口径(直径)比为1∶2。
在本实施方式的感应耦合型等离子体蚀刻装置中，从高频供电部66供给的高频电流在RF天线54内的各部流动，由此，在构成RF天线54的内侧线圈58和外侧线圈62的周围，产生根据安培定律呈环状分布的高频的交流磁场，在电介质窗52下，即使在比较里面(下方)的区域也形成在半径向横切处理空间的磁力线。
在此，处理空间的磁通量密度的半径向(水平)成分在腔室10的中心和周边部与高频电流的大小无关，总为零，在其中间的某一处为极大。通过高频的交流磁场生成的方位角方向的感应电场的强度分布在径向也显示与磁通量密度相同的分布。即，在径向，环形等离子体内的电子密度分布在宏观上与RF天线54内的电流分布大致对应。
本实施方式的RF天线54与从其中心或内周端盘旋至外周端的通常的螺旋形线圈不同，包括在天线的中心部局部存在的圆环状的内侧线圈58和在天线的周边部局部存在的圆环状的外侧线圈62，径向的RF天线54内的电流分布在两天线58、62所处的位置附近两极化。
此处，在RF天线54内，如上所述，构成外侧线圈62的外侧线圈单元64(1)、64(2)具有大致相等的自感应系数(即大致相等的阻抗)，且电并联连接。进一步地，构成内侧线圈58的内侧线圈单元60也具有与外侧线圈单元64(1)、64(2)大致相等的自感应系数(即大致相等的阻抗)，并且与外侧线圈单元64(1)、64(2)电并联连接。由此，在等离子体激励时，在内侧线圈58的环和外侧线圈62的环始终流动相同大小的高频电流。
因此，在于腔室10的电介质窗52之下(内侧)生成的环形等离子体中，在内侧线圈58和外侧线圈62的各自的正下方位置附近，电流密度(即等离子体密度)突出变高(成为极大)。这样，环形等离子体内的电流密度分布在径向不均匀而成为凹凸的分布。但是，在腔室10内的处理空间中，等离子体向四方扩散，由此，在基座12的附近、即基板W上，等离子体的密度非常均匀。
在本实施方式中，内侧线圈58和外侧线圈62均为圆环状线圈，在线圈周方向流动一样或均匀的高频电流，因此，在线圈周方向，在环形等离子体内当然在基座12的附近即基板W上方始终能够获得大致均匀的等离子体密度分布。
此外，在径向上，内侧线圈58和外侧线圈62的口径比(1∶2)保持为一定，并且对整个RF天线54的口径进行调整或进行最适化，由此能够调整基座12的附近即基板W上方的等离子体密度分布。
在本实施方式中，RF天线54内的各线圈(58，60)由一个或多个线圈单元构成。而且，在由多个线圈单元(64(1)，64(2))构成一个线圈(60)的情况下，将这多个线圈单元(64(1)，64(2))电并联连接。在这样的结构中，RF天线54内的波长效果和电压下降依赖于各个线圈单元(60，64(1)，64(2))中的每一个的长度。
因此，选定构成内侧线圈58的内侧线圈单元60和构成外侧线圈62的各个外侧线圈单元64(1)、64(2)的长度，使得在各个线圈单元(60，64(1)，64(2))内不产生波长效果，而且使得电压下降不太大，由此能够完全解决RF天线54内的波长效果和电压下降的问题。关于波长效果的防止，优选使各线圈单元(60，64(1)，64(2))的长度比高频RFH的1/4波长短(更优选充分短)。
关于本实施方式的RF天线内的减少电压下降的效果，如果对比图3所示的比较例则容易明白。该比较例的RF天线具有分别位于径向的内侧和外侧且同轴地配置的圆环状的内侧线圈58’和外侧线圈62’。在此，内侧线圈58’与实施方式的内侧线圈58完全相同，由单体的线圈单元60构成。但是，外侧线圈62’与实施方式的外侧线圈62不同，由具有线圈单元60的2倍的长度的单体线圈单元64’构成。而且，比较例的RF天线为了在内侧线圈58’和外侧线圈62’流动相同大小的电流，而将两个线圈串联连接。
在比较例的RF天线中，例如，当使等离子体激励时的内侧线圈58’(线圈单元60)的感应系数为400nH时，外侧线圈62’(线圈单元64’)的感应系数为800nH，整个RF天线的感应系数为1200nH。因此，如果在RF天线的各线圈流动20A的高频电流(频率13.56MHz)，则在RF天线内产生约2kV的电位差(电压下降)。
与此相对，在本实施方式的RF天线54中，当使等离子体激励时的内侧线圈58(线圈单元60)的感应系数为400nH时，外侧线圈62的外侧线圈单元64(1)、64(2)的感应系数也各为400nH，整个RF天线的感应系数为133nH。因此，当在RF天线54的各线圈流动20A的高频电流(频率13.56MHz)时，在RF天线54内(即各线圈单元内)产生的电位差(电压下降)为约680V，如图4所示，减少至约1/3。另外，在上述的比较计算中，为了便于说明和容易理解而无视RF天线内的电阻部分的阻抗。
这样，本实施方式的RF天线54不仅不易发生波长效果，而且在天线内产生的电位差(电压下降)小，因此能够减小因RF天线54与等离子体的电容耦合射入电介质窗52的离子冲击的不均。由此，获得能够减少电介质窗52的一部分局部地或集中地被削去的不令人满意的现象。
(对RF天线附加阻抗调整部的实施例)
下面，说明对本实施方式的RF天线54附加阻抗调整部的结构例。
在本实施方式的RF天线54中，作为附加阻抗调整部的一个优选的例子，能够采用如图5A和图5B所示的结构，即，在第一节点NA与第二节点NB之间，在构成内侧线圈58的内侧线圈单元60电串联连接个别阻抗调整部(例如电容器)86，并且在构成外侧线圈62的所有外侧线圈单元64(1)、64(2)分别电串联连接个别阻抗调整部(例如电容器)88(1)、88(2)。在这种情况下，优选各个别阻抗调整部86、88(1)、88(2)连接在各线圈单元60、64(1)、64(2)与第二节点NB之间(即高频出口一侧)。
通过这样在RF天线54内的各线圈单元60、64(1)、64(2)电串联连接个别阻抗调整部86、88(1)、88(2)，对各串联分支电路的阻抗进行调整，从而能够个别地调节在各线圈单元60、64(1)、64(2)中流动的高频电流。
更具体而言，能够在外侧线圈62内对分别在多个外侧线圈单元64(1)、64(2)中流动的高频电流进行调整(通常调整为相同的电流值)，还能够任意地调节在内侧线圈58中流动的高频电流与在外侧线圈62中流动的高频电流的均衡(比)。
此外，在本结构例中，使所有的线圈单元60、64(1)、64(2)分别经由包括电容器的阻抗调整部86、88(1)、88(2)形成为终端，因此内侧线圈58和外侧线圈62的电位变得比接地电位高，RF天线54与等离子体的电容耦合变弱，能够抑制电介质窗52由于来自等离子体的离子冲击而损伤劣化的溅射效果。另一方面，由于电容器86、88(1)、88(2)而短路谐振线的长度等价地变短，但是因为各线圈单元60、64(1)、64(2)的线路长度非常短，所以产生波长效果的可能性小。
此外，各线圈单元60、64(1)、64(2)的线路长度充分短，与此相应地，它们的自感应系数、即感应性电抗小，因此，与它们对抗或抵消的阻抗调整部(电容器)86、88(1)、88(2)的电容性电抗也小即可。即，能够通过静电电容大的终端侧的阻抗调整部(电容器)86、88(1)、88(2)对内侧线圈58和外侧线圈62间的电流分配(磁动势均衡)进行调整。
例如，当各线圈单元60、64(1)、64(2)的阻抗一样为400nH时，相对于13.56MHz的等离子体生成用高频RFH的各线圈单元的感应性电抗约为34Ω。此处，如果使个别阻抗调整部(电容器)86、88(1)、88(2)的静电电容器一样为400pF，则各个电容性电抗约为-30Ω，成为差额为4Ω的合成电抗。如果合成电抗是这样小的值，则阻抗调整部(电容器)86、88(1)、88(2)的静电电容的微妙的不均很可能引起电流的大的差异。
因此，如果使个别阻抗调整部(电容器)86、88(1)、88(2)的静电电容器一样为1000pF，则各个电容性电抗约为-12Ω，成为差额为22Ω的合成电抗。如果合成电抗大到如此程度，则即使在阻抗调整部(电容器)86、88(1)、88(2)的静电电容中存在百分之几的不均，也不会在流经各线圈单元60、64(1)、64(2)的电流间产生大的差异。这样，通过使用静电电容大的个别阻抗调整部(电容器)86、88(1)、88(2)，能够稳定地进行内侧线圈58和外侧线圈62间的电流分配(磁动势均衡)的调整。
在图5A和图5B所示的结构例中，能够在内侧个别阻抗调整部86或外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)的至少一方适当地使用可变电容器。例如，能够使与内侧线圈单元60连接的内侧个别阻抗调整部86为固定电容器，使分别与外侧线圈单元64(1)、64(2)连接的外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)的任一个均为可变电容器。或者也能够使内侧个别阻抗调整部86为可变电容器，使外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)的任一个均为固定电容器。或者也能够使内侧个别阻抗调整部86为可变电容器，使外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)的任一个均为可变电容器。
无论在哪种情况下，在构成一个(外侧)线圈62的多个外侧个别线圈单元64(1)、64(2)之间，不仅使电流的流向而且使电流值也相同的观点出发，在外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)，原则上不应采用仅使一个为可变电容器的方法，优选全部一律为可变电容器，或者全部一律为同一静电电容的固定电容器。
在图5A和图5B所示的结构例中，如果使等离子体生成用的高频RFH的频率为13.56MHz，使各线圈单元60、64(1)、64(2)的阻抗为400nH，则在使内侧个别阻抗调整部(电容器)86的静电电容为600pF(固定值)的情况下，在由内侧线圈单元60和内侧个别阻抗调整部(电容器)86构成的串联分支电路，合成电抗(实质上的合成阻抗)为14.5Ω(固定值)，流动11.7A的电流(固定值)。
另一方面，如果使外侧个别阻抗调整部(电容器)88(1)、88(2)的静电电容一样从450pF至1200pF阶段性地变化，则由各个外侧线圈单元64(1)、64(2)和各个外侧个别阻抗调整部(电容器)88(1)、88(2)构成的各串联分支电路的合成电抗(实质上的合成阻抗)和电流如变化为图6所示的值。
即，在使外侧个别阻抗调整部(电容器)88(1)、88(2)的静电电容为450pF的情况下，能够在外侧线圈62(外侧线圈单元64(1)、64(2))中流动内侧线圈58(内侧线圈单元60)的约2倍的电流(21.3A)。而且，如果使外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)的静电电容为600pF，则能够在外侧线圈62(外侧线圈单元64(1)、64(2))中流动与内侧线圈58(内侧线圈单元60)相等的电流(11.7A)。进一步地，如果使外侧个别阻抗调整部(电容器)88(1)、88(2)的静电电容为1200pF，则能够在外侧线圈62(外侧线圈单元64(1)、64(2))中流动内侧线圈58(内侧线圈单元60)的约1/2的电流(7.0A)。
这样，通过使在内侧线圈58和外侧线圈62中分别流动的电流的比能够变化来进行调整，能够调节两线圈58、62的磁动势的均衡，甚至能够多样且自由地控制基座12附近、即半导体晶片W上方的等离子体密度分布。
本实施方式的感应耦合型等离子体蚀刻装置对RF天线54附加上述那样的个别阻抗调整部86、88(1)、88(2)，由此，能够适当地应用于在对一个半导体晶片W进行的等离子体处理中伴随处理条件(压力、气体系统等)改变、变化或切换的应用，例如利用多个步骤对晶片表面的多层膜连续地进行加工的应用等中。
即，在多步骤方式的等离子体处理中，例如如图7所示，通过逐步骤地将外侧个别阻抗调整部(可变电容器)88(1)、88(2)的静电电容切换为最适合于当时的处理条件的值，能够通过全部步骤将基座12附近、即晶片W上的等离子体密度分布控制为期望的(例如始终大致平坦的)分布，能够无论在周方向还是在径向均提高等离子体处理的均匀性。
另外，在图5A和图5B所示的结构例中，在构成外侧线圈62的两个外侧线圈单元64(1)、64(2)分别个别地连接外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)，因此，通过使外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)的各自的阻抗微妙地不同，还能够修正在等离子体处理装置中常有的机械差异引起的周方向的偏差。
图8A(图8B)和图9(图9B)表示在本实施方式的RF天线54附近阻抗调整部的再一个结构例。
在图8A和图8B所示的结构例中，在第一节点NA与第二节点NB之间，构成内侧线圈58的内侧线圈单元60与内侧个别阻抗调整部(例如电容器)86连接，构成外侧线圈62的外侧线圈单元64(1)、64(2)都不与阻抗调整部连接。内侧个别阻抗调整部86优选为可变电容器，但是也可以为固定电容器。
在图9A和图9B所示的结构例中，在第一节点NA与第二节点NB之间，构成外侧线圈62的外侧线圈单元64(1)、64(2)分别与个别阻抗调整部(例如电容器)88(1)、88(2)电串联连接，构成内侧线圈58的内侧线圈单元60完全不与阻抗调整部连接。外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)优选为可变电容器，但是也可以为固定电容器。
从对分别在内侧线圈58和外侧线圈62中流动的高频电流的均衡(比)进行调整的功能看，还能够这样节省内侧个别阻抗调整部86和外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)的其中一方。不过，在构成一个(外侧)线圈62的多个(两个)线圈单元64(1)、64(2)之间，不仅使电流的流向而且使电流值相同的方式优选到可以说必须的程度，因此，在外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)，原则上不应采用仅两个线圈单元64(1)、64(2)的一个与个别阻抗调整部连接的结构，优选双方(全部)与可变电容器连接，或者双方(全部)与固定电容器连接。
此外，如图8A(图8B)和图9(图9B)所示，也可以在RF天线54的终端一侧、即第二节点NB与地线70之间(或地线70上)适当地设置与RF天线54内的所有线圈单元60、64(1)、64(2)电串联连接的输出侧共用阻抗调整部(例如电容器)90。该输出侧(终端)共用阻抗调整部90通常既可以为固定电容器，也可以为可变电容器。
该输出侧(终端)共用阻抗调整部90不仅具有调整RF天线54整体的阻抗的功能，而且具有，在使用电容器的情况下具有如下功能，即，将RF天线54整体的电位从接地电位以直流的方式提升、抑制顶板部或电介质窗52受到离子溅射的功能。
如图10A所示，该输出侧(终端)共用阻抗调整部90也能够应用于内测线圈单元60和外侧线圈单元64(1)、64(2)的所有线圈单元均与个别阻抗调整部86、88(1)、88(2)连接的结构。
在这种情况下，个别阻抗调整部86、88(1)、88(2)也可以如图10B所示那样全部为固定电容器。不过，也能够如图10C所示，使内侧个别阻抗调整部86为可变电容器，使外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)的双方为可变电容器。或者也能够如图10D所示，使内侧个别阻抗调整部86为可变电容器，使外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)的双方为固定电容器。或者也能够如图10E所示，使内侧个别阻抗调整部86为固定电容器，使外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)的双方为可变电容器。
图11A表示对本实施方式的RF天线54附加电容器的再一个结构例。在该结构例中，在第一节点NA与第二节点NB之间，构成内侧线圈58的内侧线圈单元60与内侧个别阻抗调整部86串联地连接，并且，构成外侧线圈62的外侧线圈单元64(1)、64(2)双方与外侧共用阻抗调整部92串联地连接。该外侧共用阻抗调整部92与内侧线圈单元60并联连接。
更详细而言，在第一节点NA与第二节点NB之间设置有第三节点NC。而且，在第一节点NA与第三节点NC之间并联地连接外侧线圈单元64(1)、64(2)，在第一节点NA与第二节点NB之间串联地连接内侧线圈单元60和内侧个别阻抗调整部86，在第三节点NC与第二节点NB之间连接外侧共用阻抗调整部92。
在这种情况下，作为一个方式，也能够如图11B所示，内侧个别阻抗调整部86为固定电容器，使外侧共用阻抗调整部92为可变电容器。而且，如图12和图13所示，通过使外侧共用阻抗调整部(电容器)92的静电电容(可变范围)为图5A的外侧个别阻抗调整部(电容器)88(1)、88(2)的静电电容(可变范围)的2倍，能够获得与图5A的结构例同等的调整功能。
这样，外侧共用阻抗调整部92具有在获得与内侧线圈58的电流均衡的基础上调整外侧线圈62(外侧线圈单元64(1)、64(2))的整体的阻抗的功能，并且在未设置输出侧(终端)共用阻抗调整部(电容器)90时兼具代替共用阻抗调整部(电容器)90的功能。
如图14A所示，也能够同时设置外侧共用阻抗调整部92和输出侧(终端)共用阻抗调整部90。在这种情况下，能够获得外侧共用阻抗调整部92的功能和输出侧(终端)共用阻抗调整部90的功能叠加的效果。
在该结构例中，也能够如图14B所示，使内侧个别阻抗调整部86为固定电容器，使外侧共用阻抗调整部92为固定电容器。或者也能够如图14C所示，使内侧个别阻抗调整部86为可变电容器，使外侧共用阻抗调整部92为可变电容器。此外，也能够如图14D所示，使内侧个别阻抗调整部86为可变电容器，使外侧共用阻抗调整部92为固定电容器。进一步，也能够如图14E所示，使内侧个别阻抗调整部86为固定电容器，使外侧共用阻抗调整部92为可变电容器。
此外，作为对RF天线54附加外侧共用阻抗调整部92的另一个结构例，也能够如图15A和图15B所示，外侧线圈62与外侧共用阻抗调整部(例如电容器)92连接，内侧线圈58完全不与阻抗调整部连接。
或者，也能够如图16A和图16B所示，内侧线圈58与内侧个别阻抗调整部(例如可变电容器)86连接，外侧线圈62完全不与阻抗调整部连接。或者，也能够如图17A和图17B所示，内侧线圈58和外侧线圈62的任一个均完全不与个别阻抗调整部或共用外侧(内侧)阻抗调整部连接。进一步，也能够如图18A和图18B所示，内侧线圈58(内侧线圈单元60)与内侧个别阻抗调整部(例如可变电容器)86连接，外侧线圈62(外侧线圈单元64(1)、64(2))与外侧个别阻抗调整部(例如固定电容器)88(1)、88(2)和外侧共用阻抗调整部(例如固定电容器)92连接。
图19A表示在高频入口一侧设置有与RF天线54内的各线圈单元60、64(1)、64(2)连接的个别阻抗调整部86、88(1)、88(2)的结构例。在这种情况下，为了将RF天线54的整体电位从接地电位以直流的方式提升(为了由此抑制顶板部或电介质窗52受到的离子溅射)，优选同时设置包括电容器的输出侧(终端)共用阻抗调整部90。
这样，在将个别阻抗调整部86、88(1)、88(2)设置在高频入口一侧的结构中，也能够优选如图19B所示那样使内侧个别阻抗调整部86为固定电容器，使外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)为固定电容器。或者，也能够如图19C所示，使内侧个别阻抗调整部86为可变电容器，使外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)为可变电容器。或者也能够如图19D所示，使内侧个别阻抗调整部86为可变电容器，使外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)为固定电容器。进一步，也能够如图19E所示，使内侧个别阻抗调整部86为固定电容器，使外侧个别阻抗调整部88(1)、88(2)为可变电容器。
另外，在本发明中，能够附加到RF天线的阻抗调整部并不仅限于上述那样的固定电容器或可变电容器，例如也可以为线圈或感应器，或者也可以为包括电容器和感应器的部件，进一步，还可以为电阻元件。
(关于RF天线的其他实施例或变形例)
图20表示如下的结构例：在RF天线54内的各线圈单元60、64(1)、64(2)，在其长度方向的中间部设置与电介质窗52的距离间隔局部较大、例如∏形状的突出部94、96(1)、96(2)。
在本实施方式的RF天线54中，如上所述，在内侧线圈58的一周环内，在内侧线圈单元60的两端的RF入口端60(RF-In)与RF出口端60(RF-Out)之间形成有间隙。此外，在外侧线圈62的一周环内，在第一外侧线圈单元64(1)的RF入口端64(1)(RF-In)与第二外侧线圈单元64(2)的RF出口端64(2)(RF-Out)之间形成有间隙，在第一外侧线圈单元64(1)的RF出口端64(1)(RF-Out)与第二外侧线圈单元64(2)的RF入口端64(2)(RF-In)之间形成有间隙。
如果在内侧线圈58和外侧线圈62的一周环内存在那样的间隙，则在该间隙部分的正下方不能对等离子体施加等离子体感应电动势，因此，电子密度变低，容易成为周方向的特异点。
例如在半径R的线圈存在一处周方向的特异点的情况下，在一周2πR的特性长度中发生密度的不均，在到达基板之前需要遍及该2πR的距离地进行扩散而获得平滑化。然而，假如在周方向存在n个(n≥2)特异点，则该特性长度缩短为2πR/n。
因此，在本结构例中，设置在各线圈单元60、64(1)、64(2)的中间部(优选正中间)的上述突出部94、96(1)、96(2)相对于等离子体形成伪间隙部，并成为与线圈单元端部的间隙等价的特异点。即，在线圈周方向增加特异点，具有使扩散后的等离子体密度分布更均匀地平滑的效果。
进一步，上述突出部94、96(1)、96(2)还具有对个线圈单元60、64(1)、64(2)的线圈长度进行调节的功能。即，通过对各突出部94、96(1)、96(2)的间隙宽度或宽度进行适当的调节，能够将各线圈单元60、64(1)、64(2)的口径(直径)保持为一定地调节线圈长度。由此，例如能够修正线圈单元60、64(1)、64(2)间的自感应系数的不均。
图21A(图21B)～图24表示在RF天线54内设置多匝线圈的结构例。
在图21A和图21B所示的结构例中，利用单体的内侧线圈单元60形成2匝(2圈)内侧线圈58，利用两个外侧线圈单元64(1)、64(2)形成单匝(1圈)外侧线圈62。多匝的内侧线圈58既可以如图21所示那样优选在纵向形成螺旋状，也可以在横向或径向形成蜗旋状。
在图22的结构例中，利用单体的内侧线圈单元60形成单匝(1圈)内侧线圈58，利用三个外侧线圈单元64(1)、64(2)、64(3)形成2匝(2圈)外侧线圈62。这种情况下，多匝的外侧线圈62也可以为螺旋状线圈或蜗旋状线圈的任一种。
在图23A的结构例中，利用单体的内侧线圈单元60形成2匝(2圈)内侧线圈58，利用三个外侧线圈单元64(1)、64(2)、64(3)形成2匝(2圈)外侧线圈62。在这种情况下，多匝的内侧线圈58和外侧线圈62也可以为螺旋状线圈或蜗旋状线圈的任一种。
如果使线圈60为蜗旋状，则蜗旋的起点和终点成为环上的特异点。在本发明中，通过发挥在蜗旋的途中存在切口(间隙)Go的优点，使所有的切口(间隙)Go成为特异点，能够在周方向的多处(例如3处)以等间隔设置特异点。这也具有使在线圈周方向扩散后的等离子体密封分布更均匀地平滑的效果。
此外，如图23B所示，在同一线圈(环)内相邻的两个线圈单元(64(1)与64(2))、(64(2)与64(3))、(64(3)与64(1))间的间隙(切口)Go并不仅限于设置在周方向的结构，例如也可以如图23B所示那样设置在与周方向正交的方向、即纵向或径向。在利用单体的内侧线圈单元60构成内侧线圈58的情况下，对形成在其两端的间隙Gi也同样适用。
在本发明的RF天线中，构成内侧线圈58的内侧线圈单元60的个数和构成外侧线圈62的外侧线圈单元64的个数均为任意，例如也能够如图22～图23B的结构例那样由三个外侧单元64(1)、64(2)、64(3)构成外侧线圈62。
或者，也能够如图24所示，由多个(例如2个)线圈单元60(1)、60(2)构成内侧线圈58。
此外，构成本发明的RF天线的线圈并不必须为多个，也能够如图25所示，利用一个线圈102构成。图25的线圈102被分割为两个线圈单元102(1)、102(2)，也能够分割为三个以上的线圈单元。
在上述实施方式中，在RF天线54内，将内侧线圈58与外侧线圈62电并联连接。但是，也能够如图26所示，将内侧线圈58与外侧线圈62电串联连接。
此外，构成本发明的RF天线的线圈单元并不需要全部为相同长度。例如，在上述实施方式的RF天线54中，构成内侧线圈58的内侧线圈单元60的长度与构成外侧线圈62的各个外侧线圈单元64(1)、64(2)的长度例如也可以按照1∶2或1∶0.8等关系(比)不同。在这种情况下，在内侧线圈58中流动的电流的大小与在外侧线圈62中流动的电流的大小按照规定的比不同，但是由此也能够在径向获得最适合于两个线圈的磁动势的均衡，能够获得期望的等离子体密度分布。
构成本发明的RF天线的线圈的环形并不仅限于圆形，例如也可以为如图27所示的四边形或如图28所示的三角形。此外，在构成各线圈(环)的多个线圈单元间，形状和自感应系数也可以多少不同。线圈或线圈单元的截面形状并不仅限于矩形，也可以为圆形、椭圆形等，不仅限于单线，也可以为绞合线。
图29表示在高频供电部66的匹配器74与RF天线54之间设置变压器100的结构例。该变压器100的初级绕组与匹配器74的输出端子电连接，次级绕组与RF天线54的入口一侧的第一节点NA电连接。作为变压器100的一个优选方式，能够通过使初级绕组的匝数比次级绕组的匝数多，使从匹配器74流向变压器100的电流(初级电流)I1比从变压器100流向RF天线54的电流(次级电流)I2少。换言之，能够不增加初级电流I1的电流量而增加向RF天线54供给的次级电流I2的电流量。此外，通过在变压器100的次级一侧进行分接头切换，也能够使次级电流I2变化。
上述实施方式的感应耦合型等离子体蚀刻装置的结构是一个例子，等离子体生成机构的各部当然能够进行各种变形，而且与等离子体生成没有直接关系的各部的结构也能够进行各种变形。
例如，作为RF天线的基本形态，还能够为平面型以外的类型例如圆顶型等。在处理气体供给部，也能够在腔室10内从顶壁部导入处理气体，还能够不对基座12施加直流偏压控制用的高频RFL。
进一步，本发明的感应耦合型等离子体处理装置和等离子体处理方法并不仅限于等离子体蚀刻技术领域，还能够在等离子体CVD、等离子体氧化、等离子体氮化、溅射等其它等离子体处理中应用。本发明的被处理基板并不仅限于半导体晶片，还能够为平板显示器用的各种基板、或光掩膜、CD基板、印刷基板等。

Claims (65)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
具有电介质的窗的处理容器；
在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部；
向所述处理容器内供给期望的处理气体，用于对所述基板实施期望的等离子体处理的处理气体供给部；
设置在所述电介质窗之外，用于在所述处理容器内通过感应耦合生成处理气体的等离子体的RF天线；和
高频供电部，其向所述RF天线供给适合于所述处理气体的高频放电的频率的高频电力，其中，
所述RF天线具有在空间上沿规定形状和规定尺寸的环串行配置、在该环的周方向上被分割且电并联连接的多个线圈单元，
所述环为圆形或多边形。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个线圈单元以整体上掩埋所述环的至少一周或其大部分的方式串行配置。
3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述多个线圈单元之间，各个所述线圈单元的高频入口端与其它所述线圈单元的高频出口端隔着间隙相邻，各个所述线圈单元的高频出口端与其它所述线圈单元的高频入口端隔着间隙相邻。
4.如权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述间隙全部在所述环的周方向上形成。
5.如权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述间隙的至少一个在与所述环的周方向正交的方向上形成。
6.如权利要求1～5中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个线圈单元整体上绕所述环至少一圈。
7.如权利要求1～5中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个线圈单元中的任一个线圈单元均短于所述高频的1/4波长。
8.如权利要求1～5中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个线圈单元具有大致相等的自感应系数。
9.如权利要求1～5中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
分别在所述多个线圈单元中流动的电流的流向沿所述环全部相同。
10.如权利要求1～5中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
分别在所述多个线圈单元中流动的电流的电流值大致相同。
11.如权利要求1～5中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
具有分别与所述多个线圈单元个别地电串联连接的多个个别阻抗调整部。
12.如权利要求11所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述个别阻抗调整部从所述高频供电部一侧看与所述线圈单元的高频出口一侧连接。
13.如权利要求11所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个个别阻抗调整部均为固定电容器。
14.如权利要求11所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个个别阻抗调整部均为可变电容器。
15.如权利要求11所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个个别阻抗调整部的至少一个为可变电容器。
16.如权利要求1～5中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
具有与所有所述多个线圈单元电串联连接的共用阻抗调整部。
17.如权利要求16所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述共用阻抗调整部的一个电极与所述多个线圈单元连接，另一个电极接地。
18.如权利要求1～5中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述环与所述电介质窗平行。
19.如权利要求1～5中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述环与被保持在所述基板保持部的所述基板同轴。
20.如权利要求1～5中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述高频供电部包括：
输出所述高频电力的高频电源；
用于在所述高频电源侧的阻抗与负载侧的阻抗之间进行匹配的匹配器；和
具有与所述匹配器的输出端子电连接的初级绕组和与所述RF天线电连接的次级绕组的变压器。
21.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
具有电介质的窗的处理容器；
在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部；
向所述处理容器内供给期望的处理气体，用于对所述基板实施期望的等离子体处理的处理气体供给部；
设置在所述电介质窗之外，用于在所述处理容器内通过感应耦合生成处理气体的等离子体的RF天线；和
高频供电部，其向所述RF天线供给适合于所述处理气体的高频放电的频率的高频电力，其中，
所述RF天线具有在径向隔开间隔并分别配置在内侧和外侧的内侧线圈和外侧线圈，
所述内侧线圈具有单一或串联连接的内侧线圈单元，
所述外侧线圈具有在周方向上被分割，且电并联连接的多个外侧线圈单元。
22.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧线圈单元的两端隔着内侧间隙彼此相邻。
23.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧线圈单元在周方向上形成至少一圈。
24.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧线圈单元比所述高频的1/4波长短。
25.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个外侧线圈单元以整体上掩埋周方向的一周或其大部分的方式在空间上串行配置。
26.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述多个外侧线圈单元之间，各个所述外侧线圈单元的高频入口端与其它所述外侧线圈单元的高频出口端隔着外侧间隙相邻，各个所述外侧线圈单元的高频出口端与其它所述外侧线圈单元的高频入口端隔着外侧间隙相邻。
27.如权利要求26所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述外侧间隙全部在所述外侧线圈的周方向上形成。
28.如权利要求26所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述外侧间隙的至少一个在与所述外侧线圈的周方向正交的方向上形成。
29.如权利要求26所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧线圈单元的两端隔着内侧间隙彼此相邻，
在周方向上，所述外侧线圈的所述外侧间隙被偏置，以使其与所述内侧线圈的所述内侧间隙不重合，并且也不隔着半周的间隔相对。
30.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个外侧线圈单元整体上在周方向上形成至少一圈。
31.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个外侧线圈单元中的任一个外侧线圈单元均比所述高频的1/4波长短。
32.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个外侧线圈单元具有大致相等的自感应系数。
33.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
分别在所述多个外侧线圈单元中流动的电流的流向在周方向上全部相同。
34.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
分别在所述多个外侧线圈单元中流动的电流的电流值大致相同。
35.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述内侧线圈中流动的电流的流向与在所述外侧线圈中流动的电流的流向在周方向上相同。
36.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧和外侧的所有线圈单元的自感应系数实质上相等。
37.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述内侧和外侧的所有线圈单元中流动相同流向的电流。
38.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述内侧和外侧的所有线圈单元中流动实质上相同的值的电流。
39.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧线圈和所述外侧线圈在所述高频供电部一侧的第一节点与接地电位一侧的第二节点之间电并联连接。
40.如权利要求39所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述第一节点与所述第二节点之间，所述内侧线圈单元与内侧阻抗调整部电串联连接，所述多个外侧线圈单元中的任一个外侧线圈单元均不与阻抗调整部电连接。
41.如权利要求39所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述第一节点与所述第二节点之间，所述多个外侧线圈单元分别与多个外侧个别阻抗调整部电串联连接，所述内侧线圈单元不与阻抗调整部电连接。
42.如权利要求39所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述第一节点与所述第二节点之间，所述内侧线圈单元与内侧阻抗调整部电串联连接，所述多个外侧线圈单元分别与多个外侧个别阻抗调整部电连接。
43.如权利要求40～42中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
各个所述阻抗调整部连接在与其所对应的所述线圈单元和所述第二节点之间。
44.如权利要求41或42所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个外侧个别阻抗调整部均为固定电容器。
45.如权利要求44所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个外侧个别阻抗调整部的静电电容全部相同。
46.如权利要求41或42所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个外侧个别阻抗调整部均为可变电容器。
47.如权利要求41或42所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个外侧个别阻抗调整部的至少一个为可变电容器。
48.如权利要求39所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述第一节点与所述第二节点之间具有外侧共用阻抗调整部，该外侧共用阻抗调整部与所有所述多个外侧线圈单元电串联连接，且与所述内侧线圈单元电并联连接。
49.如权利要求39所述的等离子体处理装置，其特征在于：
具有连接在所述第二节点与接地电位的部件之间的出口侧共用电容器。
50.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧线圈与所述外侧线圈电串联连接。
51.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
具有电介质的窗的处理容器；
在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部；
向所述处理容器内供给期望的处理气体，用于对所述基板实施期望的等离子体处理的处理气体供给部；
设置在所述电介质窗之外，用于在所述处理容器内通过感应耦合生成处理气体的等离子体的RF天线；和
高频供电部，其向所述RF天线供给适合于所述处理气体的高频放电的频率的高频电力，其中，
所述RF天线具有在径向上隔开间隔且分别配置在内侧和外侧的内侧线圈和外侧线圈，
所述内侧线圈具有在周方向上被分割且电并联连接的多个内侧线圈单元，
所述外侧线圈具有在周方向上被分割且电并联连接的多个外侧线圈单元。
52.如权利要求51所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个内侧线圈单元以整体上掩埋至少周方向的一周或其大部分的方式在空间上串行配置。
53.如权利要求51所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述多个内侧线圈单元之间，各个所述内侧线圈单元的高频入口端与其它所述内侧线圈单元的高频出口端隔着间隙相邻，各个所述内侧线圈单元的高频出口端与其它所述内侧线圈单元的高频入口端隔着间隙相邻。
54.如权利要求51～53中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个内侧线圈单元中的任一个内侧线圈单元均比所述高频的1/4波长短。
55.如权利要求51～53中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个内侧线圈单元具有大致相等的自感应系数。
56.如权利要求51～53中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
分别在所述多个内侧线圈单元中流动的电流的流向在周方向上全部相同。
57.如权利要求51～53中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
分别在所述多个内侧线圈单元中流动的电流的电流值大致相同。
58.如权利要求51～53中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述内侧线圈单元中流动的电流的流向与在所述外侧线圈中流动的电流的流向在周方向上相同。
59.如权利要求51～53中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧和外侧的所有线圈单元的自感应系数实质上相等。
60.如权利要求51～53中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述内侧和外侧的所有线圈单元中流动相同流向的电流。
61.如权利要求51～53中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述内侧和外侧的所有线圈单元中流动实质上相同的值的电流。
62.如权利要求51～53中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧线圈与所述外侧线圈电并联连接。
63.如权利要求51～53中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧线圈与所述外侧线圈电串联连接。
64.如权利要求51～53中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧线圈与所述外侧线圈相互同轴。
65.如权利要求51～53中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧线圈和所述外侧线圈与所述电介质窗平行。
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