CN102737941B - 等离子体处理装置和等离子体处理方法 - Google Patents

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。在电感耦合型等离子体处理中有效且任意地控制在腔室内形成的环状等离子体内的等离子体密度分布。在该电感耦合型等离子体处理装置中，为了生成电感耦合等离子体而设置在介电窗(52)上的RF天线(54)在径向上被分割为内侧线圈(58)、中间线圈(60)和外侧线圈(62)。在设置在高频供电部(66)的高频传输路径上的第一节点NA与第二节点NB之间，对中间线圈(60)和外侧线圈(62)分别串联电连接可变的中间电容器(86)和外侧电容器(88)，对内侧线圈(58)不连接任何电抗元件。

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，特别是电感耦合型的等离子体处理装置和等离子体处理方法。

背景技术

半导体设备和FPD(Flat Panel Display)的制造工艺中的蚀刻、沉积、氧化、溅射等处理中，为了对处理气体以相对低温进行良好的反应而经常使用等离子体。以往，这种等离子体处理，较多使用MHz区域的高频放电产生的等离子体。高频放电产生的等离子体，作为更具体的(装置上的)等离子体生成方法，大致分为电容耦合型等离子体和电感耦合型等离子体。

一般而言，电感耦合型的等离子体处理装置，使处理容器的壁部的至少一部分(例如顶部)由介电窗构成，对设置在该电解质的介电窗之外的线圈形状的RF天线供给高频电力。处理容器构成为可减压的真空腔室，在腔室内的中央部配置被处理基板(例如半导体晶片、玻璃基板等)，将处理气体导入在介电窗与基板之间设定的处理空间。因流过RF天线的高频电流，在RF天线周围产生磁力线贯通介电窗通过腔室内的处理空间的高频的交流磁场，由于该交流磁场的时间性变化在处理空间内在方位角方向上产生感应电场。然后，通过该感应电场在方位角方向上被加速的电子与处理气体的分子和/或原子发生电离碰撞，生成环状(doughnut)的等离子体。

通过在腔室内设置较大的处理空间，上述环状的等离子体高效率地向四周(特别是半径方向)扩散，在基板上等离子体的密度很平均。但是，只使用通常的RF天线，基板上获得的等离子体密度的均匀性在一般的等离子体工艺中是不充分的。在等离子体工艺中，提高基板上的等离子体密度的均匀性或者控制性，会影响工艺的均匀性·再现性以及制造合格率，所以是最重要的课题之一。

电感耦合型的等离子体处理装置中，腔室内的介电窗附近生成的环状等离子体内的等离子体密度分布特性(分布图，profile)是重要的，该核心的等离子体密度分布的分布图影响扩散后的基板上获得的等离子体密度分布的特性(特别是均匀性)。

关于这一点，作为提高径向上的等离子体密度分布的均匀性的技术，提出了几种将RF天线分割为线圈径不同的多个圆环状线圈的方式。这种RF天线分割方式中，有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6164241号

发明内容

发明要解决的课题

上述现有的RF天线分割方式中，上述第一方式中，RF天线的线圈全长成为将全部线圈相加的较大的长度，RF天线内的电压降大到不可忽略，进而因波长效果易于在RF天线的RF输入端附近形成具有电流的波节部的驻波。因此，上述第一方式，不仅在径向，在环绕方向也难以获得等离子体密度分布的均匀性，本质上不适合需要大口径等离子体的等离子体工艺。

另一方面，上述第二方式，由于RF天线内的波长效果和电压降依赖于并联地分割的每个线圈自身的长度，所以天线内的电压降较小，并且对于抑制波长效果也是有利的，另一方面，难以任意地控制径向上的RF天线内的电流分布以及天线正下方的等离子体密度分布。

因此，采用上述第二方式的现有的等离子体处理装置，对构成RF天线的所有线圈附加(连接)阻抗调整用的可变电容器，调节各线圈中流过的RF电流的比。但是，可变电容器价格较高，在成本方面不优选对RF天线内的所有线圈配备可变电容器。此外，可变电容器数量较多时，相应地，调整对象的静电电容(参数)增多，调整作业变得繁琐。

另一方面，现有方式不能高效率地消除等离子体的密度在径向的中心部相对较高这样不所需的分布特性。特别是，在低压的工艺中，由于等离子体的扩散产生影响，等离子体密度在径向的中心部容易变得更高，其难以解决。此外，在大口径用的等离子体处理装置中，在内侧线圈与外侧线圈之间线圈径的差较大，所以等离子体密度在径向的中心部相对变高的倾向较强，现有方式难以高效率地达成等离子体密度分布的均匀化。

本发明解决了上述现有技术的问题，提供电感耦合型的等离子体处理装置和等离子体处理方法，其能够高效率地任意地控制环状等离子体内的等离子体密度分布，特别是对于低压下的等离子体或者大口径的等离子体高效率并且多样化地将径向上的等离子体密度分布控制为任意的分布特性(分布图)。

用于解决课题的方法

本发明的第一观点的等离子体处理装置，具备：具有介电窗的处理容器；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所需的等离子体处理，对上述处理容器内供给所需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电感耦合生成处理气体的等离子体，设置在上述介电窗外部的RF天线；对上述RF天线供给适合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，上述RF天线，具有在径向上隔开间隔分别配置在相对内侧、中间和外侧、且在设置在上述高频供电部的高频传输路径中的第一和第二节点之间并联电连接的内侧线圈、中间线圈和外侧线圈，在上述第一节点和上述第二节点之间，设置与上述中间线圈串联电连接的可变的中间电容器，和与上述外侧线圈串联电连接的可变的外侧电容器；上述内侧线圈与上述第一节点和上述第二节点之间不通过电抗元件地连接。

本发明的第二观点的等离子体处理装置，具备：具有介电窗的处理容器；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所需的等离子体处理，对上述处理容器内供给所需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电感耦合生成处理气体的等离子体，设置在上述介电窗外部的RF天线；对上述RF天线供给适合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，上述RF天线，具有在径向上隔开间隔分别配置在相对内侧、中间和外侧、且在设置在上述高频供电部的高频传输路径中的第一和第二节点之间并联电连接的内侧线圈、中间线圈和外侧线圈，在上述第一节点和上述第二节点之间，设置有与上述内侧线圈电连接的固定或者半固定的内侧电容器、与上述中间线圈串联电连接的可变的中间电容器、和与上述外侧线圈串联电连接的可变的外侧电容器。

本发明的第三观点的等离子体处理装置，具备：具有介电窗的处理容器；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所需的等离子体处理，对上述处理容器内供给所需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电感耦合生成处理气体的等离子体，设置在上述介电窗外部的RF天线；对上述RF天线供给适合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，上述RF天线，具有在径向上隔开间隔分别配置在相对内侧、中间和外侧、且在设置在上述高频供电部的高频传输路径中的第一和第二节点之间并联电连接的内侧线圈、中间线圈和外侧线圈，在上述第一节点和上述第二节点之间，设置有与上述内侧线圈电连接的固定或者半固定的内侧电感器、与上述中间线圈串联电连接的可变的中间电容器、和与上述外侧线圈串联电连接的可变的外侧电容器。

本发明的等离子体处理方法为在等离子体处理装置中对基板实施所需的等离子体处理的等离子体处理方法，该等离子体处理装置具备具有介电窗的处理容器、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所需的等离子体处理而对上述处理容器内供给所需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电感耦合生成处理气体的等离子体而设置在上述介电窗外部的RF天线、和对上述RF天线供给适合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，将上述RF天线分割为在径向隔开间隔分别配置在相对内侧、中间和外侧、且在设置在上述高频供电部的高频传输路径中的第一和第二节点之间并联电连接的内侧线圈、中间线圈和外侧线圈，在上述第一节点与上述第二节点之间，不设置与上述内侧电容器连接的电抗元件，设置与上述中间线圈串联电连接的可变的中间电容器和与上述外侧线圈串联电连接的可变的外侧电容器，对上述中间电容器和上述外侧电容器的静电电容进行选定或者可变控制，控制上述基板上的等离子体密度分布。

上述第一、第二、第三观点的等离子体处理装置或者上述等离子体处理方法中，从高频供电部对RF天线供给高频电力时，因分别流过RF天线的各部分即内侧线圈、中间线圈和外侧线圈的高频电流而在各线圈的周围发生RF磁场，在处理容器内形成用于处理气体的高频放电即生成环状等离子体的感应电场。生成的环状等离子体在处理容器内向四周扩散，在基板上等离子体密度被均匀化。

分别流过内侧线圈、中间线圈和外侧线圈的线圈电流在环绕方向上都为相同方向的情况下，环状等离子体内的等离子体密度在与各线圈对应的位置极大。该情况下，通过使中间电容器和外侧电容器的静电电容可变或者对其进行调整，采用使分别流过中间线圈和外侧线圈的中间线圈电流和外侧线圈电流对于流过内侧线圈的内侧线圈电流可变的方法，控制环状等离子体内的等离子体密度分布以及基板上的等离子体密度分布。

此外，通过调节中间电容器的静电电容或者外侧电容器的静电电容，还能够使中间线圈电流或者外侧线圈电流与其他的线圈电流逆向地流动。该情况下，能够在环状等离子体的与中间线圈或者外侧线圈对应的部分局部地降低等离子体密度，能够扩大基板上的等离子体密度分布控制的自由度。

本发明的第四观点的等离子体处理装置，具备：具有介电窗的处理容器；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所需的等离子体处理，对上述处理容器内供给所需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电感耦合生成处理气体的等离子体，设置在上述介电窗外部的RF天线；对上述RF天线供给适合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，上述RF天线，具有在径向上隔开间隔分别配置在相对内侧、中间和外侧、且在设置在上述高频供电部的高频传输路径中的第一和第二节点之间并联电连接的内侧线圈、中间线圈和外侧线圈，在上述第一节点与上述第二节点之间，设置与上述内侧线圈电连接的可变的内侧电容器、与上述中间线圈串联电连接的可变的中间电容器、和与上述外侧线圈串联电连接的固定或者半固定的外侧电容器。

在上述第四观点的等离子体处理装置中，从高频供电部对RF天线供给高频电力时，因分别流过RF天线的各部分即内侧线圈、中间线圈和外侧线圈的高频电流而在各线圈的周围发生RF磁场，在处理容器内形成用于处理气体的高频放电即生成环状等离子体的感应电场。生成的环状等离子体在处理容器内向四周扩散，在基板上等离子体密度被均匀化。

分别流过内侧线圈、中间线圈和外侧线圈的线圈电流在环绕方向上都为相同方向的情况下，环状等离子体内的等离子体密度在与各线圈对应的位置极大。该情况下，通过使中间电容器和内侧电容器的静电电容可变或者对其进行调整，采用使分别流过中间线圈和内侧线圈的中间线圈电流和内侧线圈电流对于流过外侧线圈的外侧线圈电流可变的方法，控制环状等离子体内的等离子体密度分布以及基板上的等离子体密度分布。

此外，通过调节中间电容器的静电电容，还能够使中间线圈电流与其他的线圈电流逆向地流动。该情况下，能够在环状等离子体的与中间线圈或者外侧线圈对应的部分局部地降低等离子体密度，能够扩大基板上的等离子体密度分布控制的自由度。

发明的效果

根据本发明的等离子体处理装置或者等离子体处理方法，通过上述结构和作用，能够高效率地控制环状等离子体内的等离子体密度分布，特别是对于低压下的等离子体或者大口径的等离子体高效率并且多样化地将径向的等离子体密度分布控制为任意的分布特性。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的电感耦合型等离子体处理装置的结构的纵截面图。

图2是表示实施方式中带有可变电容器的RF天线的布局结构和电连接结构的立体图。

图3表示图2的实施例的作用。

图4是表示从图2的RF天线省略所有电容器的情况下的电连接图和表示其作用的图。

图5A是表示实施方式中的一个实验中使用的带有可变电容器的RF天线的布局结构和电连接结构的图。

图5B是表示在上述实验中使中间电容器的静电电容可变地测定的线圈电流分布和电子密度分布的变化的图。

图6A是表示实施方式的一个变形例中带有可变电容器的RF天线的布局结构和电连接结构的图。

图6B是用于说明图6A的实施例的作用的图。

图7A是表示其他的实施例中带有可变电容器的RF天线的布局结构和电连接结构的图。

图7B是表示其他的实施例中带有可变电容器的RF天线的布局结构和电连接结构的图。

图8是表示其他的实施例中带有可变电容器的RF天线的布局结构和电连接结构的图。

图9是表示其他的实施例中带有可变电容器的RF天线的布局结构和电连接结构的图。

图10是表示其他的实施例中带有可变电容器的RF天线的布局结构和电连接结构的图。

图11是表示其他的实施例中带有可变电容器的RF天线的布局结构和电连接结构的图。

图12是表示其他的实施例中带有可变电容器的RF天线的布局结构和电连接结构的图。

符号说明

10  腔室

12  基座

26  排气装置

52  介电窗

54  RF天线

58  内侧线圈

60  中间线圈

62  外侧线圈

66  高频供电部

70  接接地线

72  等离子体生成用的高频电源

74  匹配器

80  处理气体供给源

84  主控制部

86  中间电容器

88  外侧电容器

90  电容可变部

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明优选的实施方式。

【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电感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天线的电感耦合型等离子体蚀刻装置，具有例如由铝或者不锈钢等金属制的圆筒形真空腔室(处理容器)10。腔室10被保护接地。

首先，说明该电感耦合型等离子体蚀刻装置中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，载置例如半导体晶片W作为被处理基板的圆板状的基座12作为兼用作高频电极的基板保持台水平地配置。该基座12例如由铝构成，被从腔室10的底部向垂直上方延伸的绝缘性的筒状支撑部14支撑。

在沿着绝缘性筒状支撑部14的外圈从腔室10的底部向垂直上方延伸的导电性的筒状支撑部16与腔室10的内壁之间形成环状的排气通路18，在该排气通路18的上部或者入口安装环状的挡板20，并且在底部设置排气口22。为了使腔室10内的气体的流动对于基座12上的半导体晶片W轴对称地均匀，优选在环绕方向上等间隔地设置多个排气口22的结构。在各排气口22上通过排气管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到所需的真空度。在腔室10的侧壁的外部，安装有开关半导体晶片W的搬入搬出口27的闸阀28。

在基座12上，通过匹配器32和供电棒34电连接有RF偏压用的高频电源30。该高频电源30，能够以可变的功率输出适合控制被导入半导体晶片W的离子的能量的一定频率(通常为13.56MHz以下)的高频RF_L。匹配器32收纳有用于使高频电源30一侧的阻抗与负载(主要是基座、等离子体、腔室)一侧的阻抗之间匹配的电抗可变的匹配电路。该匹配电路中包括自偏压生成用的隔直流电容器。

在基座12的上表面，设置用于以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的半径方向外侧设置有将半导体晶片W的周围环状地包围的聚焦环38。静电卡盘36将由导电膜形成的电极36a夹在一对绝缘膜36b、36c之间。在电极36a上通过开关42和包覆线43电连接有高压的直流电源40。通过从直流电源40施加的高压的直流电压，能够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，设置有例如在环绕方向上延伸的环状的制冷剂室或者制冷剂流路44。在该制冷剂室44中，从冷却装置(chiller unit)(未图示)经过配管46、48循环供给规定温度的制冷剂例如冷却水cw。利用冷却水cw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，来自导热气体供给部(未图示)的导热气体例如He气体，通过气体供给管50对静电卡盘36的上表面与半导体晶片W的背面之间供给。此外，为了半导体晶片W的装载/卸载，还设置有在垂直方向贯通基座12而可上下移动的升降销和其升降机构(未图示)等。

接着，说明该电感耦合型等离子体蚀刻装置中与等离子体生成相关的各部分的结构。

腔室10的顶部或者顶板从基座12隔开较大的距离间距地设置，作为该顶板例如气密地安装有由石英板组成的圆形的介电窗52。在该介电窗52上，与腔室10一体地设置有将用于在腔室10内生成电感耦合的等离子体的RF天线54从外部电磁屏蔽并收纳的天线室56。

RF天线54，具有与介电窗52平行、优选载置在介电窗52的上表面、在径向上隔开间隔地分别配置在内侧、中间和外侧的内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62。这些线圈58、60、62，相互同轴(更优选同心状)地配置，并且对于腔室10或者基座12也同轴地配置。

而且，在本发明中的“同轴”，是在具有轴对称的形状的多个物体间各中心轴线相互重合的位置关系，对于多个线圈间不仅包括各线圈面在轴方向上相互偏移的情况，还包括在同一个面上一致的情况(同心状的位置关系)。

内侧线圈58、中间线圈60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与到达接地电位部件的回流线70之间(两个节点N_A、N_B之间)并联电连接。此处，回流线70是接地电位的接地线，与保持为接地电位的接地电位部件(例如腔室10或者其他部件)电连接。

在接地线70一侧的节点N_B与中间线圈60和外侧线圈62之间，分别串联电连接(插入)有可变的电容器86、88。这些可变电容器86、88，在主控制部84的控制下通过电容可变部90在一定范围内分别独立并且任意地可变。以下，将节点N_A、N_B之间，与内侧线圈58串联连接的电容器称为“内侧电容器”，与中间线圈60串联连接的电容器称为“中间电容器”，与外侧线圈62串联连接的电容器称为“外侧电容器”。

高频供电部66，具有高频电源72和匹配器74。高频电源72，能够以可变功率输出适合通过电感耦合的高频放电进行的等离子体的生成的一定频率(通常为13.56MHz以上)的高频RF_H。匹配器74，收纳有用于使高频电源72一侧的阻抗与负载(主要是RF天线、等离子体)一侧的阻抗之间匹配的电抗可变的匹配电路。

用于对腔室10内的处理空间供给处理气体的处理气体供给部具有：在比介电窗52低一些的位置在腔室10的侧壁中(或者外部)设置的环状的歧管(分流器manifold)或者缓冲部76；在环绕方向上等间隔并且从缓冲部76面向等离子体生成空间的多个侧壁气体喷出孔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84，例如包括微型计算机，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、72、匹配器32、74、静电卡盘用的开关42、可变电容器86、88、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)等的各个动作和装置整体的动作(顺序)。

该电感耦合型等离子体蚀刻装置中，为了进行蚀刻，首先使闸阀28为开状态，将加工对象的半导体晶片W搬入腔室10内，载置到静电卡盘36上。然后，关闭闸阀28后，从处理气体供给源80经过气体供给管82、缓冲部76和侧壁气体喷出孔78将蚀刻气体(一般是混合气体)以规定的流量和流量比导入腔室10内，通过排气装置26使腔室10内的压强成为设定值。进而，使高频供电部66的高频电源72接通，以规定的RF功率输出等离子体生成用的高频RF_H，经过匹配器74、RF供电线68和回流线70对RF天线54的内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62供给高频RF_H的电流。另一方面，使高频电源30接通，以规定的RF功率输出离子导入控制用的高频RF_L，经过匹配器32和供电棒34对基座12施加该高频RF_L。此外，从导热气体供给部对静电卡盘36与半导体晶片W之间的接触界面供给导热气体(He气体)，并且使开关42接通，通过静电卡盘36的静电吸附力将导热气体封闭在上述接触界面。

在腔室10内，从侧壁气体喷出孔78喷出的蚀刻气体，扩散到介电窗52下方的处理空间扩散。因流过RF天线54的各线圈58、60、62的高频RF_H的电流而在这些线圈的周围产生的磁力线(磁通量)贯穿介电窗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。通过该感应电场而在方位角方向被加速的电子与蚀刻气体的分子和/或原子发生电离碰撞，生成环状的等离子体。

该环状等离子体的自由基(radical)和离子在宽广的处理空间向四周扩散，自由基各向同性地灌注、离子被直流偏压吸引地对半导体晶片W的上表面(被处理面)供给。这样，等离子体的活性种在半导体晶片W的被处理面上引起化学反应和物理反应，将被加工膜蚀刻为所需的图案。

此处“环状的等离子体”不严密地限于在腔室10的径向内侧(中心部)不产生等离子体而仅在径向外侧产生等离子体这样的严密的环状的等离子体，而是指腔室10的径向外侧的等离子体的体积或者密度比径向内侧大。此外，根据处理气体使用的气体的种类和腔室10内的压强的值等条件，也存在没有成为此处所说的“环状的等离子体”的情况。

该电感耦合型等离子体蚀刻装置，将RF天线54分割为线圈径不同的内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62，有效地抑制或者降低RF天线54内的波长效果和电位差(电压降)，进而通过除了内侧线圈58之外将中间线圈60和外侧线圈62与可变电容器86、88串联连接的结构，能够简单并且高效率地控制半导体晶片W上的等离子体密度分布。

【RF天线的基本的结构和作用】

图2和图3中，表示该电感耦合型等离子体蚀刻装置的RF天线54的布局和电连接(电路)的基本结构。

如图2所示，内侧线圈58，由夹着间隙或者裂缝G_i绕一周的半径固定的单圈圆环状线圈组成，位于径向上靠近腔室10的中心的位置。内侧线圈58的一个端部即RF入口端58in，经过向上方延伸的连接导体92和第一节点N_A与高频供电部66的RF供电线68连接。内侧线圈58的另一个端部即RF出口端58out，经过向上方延伸的连接导体94和第二节点N_B与接地线70连接。

中间线圈60，由夹着间隙或者裂缝G_m绕一周的半径固定的单圈圆环状线圈组成，位于径向上比内侧线圈58靠近外侧的腔室10的中间部。中间线圈60的一个端部即RF入口端60in，在径向上与内侧线圈58的RF入口端58in邻接，经过向上方延伸的连接导体96和第一节点N_A与高频供电部66的RF供电线68连接。中间线圈60的另一个端部即RF出口端60out，在径向上与内侧线圈58的RF出口部58out邻接，经过向上方延伸的连接导体98和第二节点N_B与接地线70连接。

外侧线圈62，由夹着间隙或者裂缝G_o绕一周的半径固定的单圈圆环状线圈组成，位于径向上比中间线圈60靠近外侧的接近腔室10的侧壁的位置。外侧线圈62的一个端部即RF入口端62in，在径向上与中间线圈的60的RF入口端60in邻接，经过向上方延伸的连接导体100和第一节点N_A与高频供电部66的RF供电线68连接。外侧线圈62的另一个端部即RF出口端62out，在径向上与中间线圈60的RF出口端60out邻接，经过向上方延伸的连接导体102和第二节点N_B与接地线70连接。

如图2所示，向RF天线54的上方延伸的连接导体92～102，在天线室56(图1)内与介电窗52隔开充分大的距离(在相当高的位置)形成横向的分支线或者搭接线，减少对于各线圈58、60、62的电磁的影响。

在上述那样的RF天线54内的线圈配置和接线结构中，从高频电源72通过RF供电线68、RF天线54和接地线70连接到接地电位部件的情况，更直接地从第一节点N_A到第二节点N_B连接构成RF天线54的各线圈58、60、62的高频分支传输路径的情况下，分别通过内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62时的方向均为图2中的逆时针，在环绕方向是相同的。

该实施方式的电感耦合型等离子体蚀刻装置中，由于从高频供电部66供给的高频的电流流过RF天线54内的各部分，所以在构成RF天线54的内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62的周围遵循安培定律产生环状分布的高频的交流磁场，在介电窗52之下相对内部深处(下方)的区域也形成在半径方向上横穿处理空间的磁力线。

此处，处理空间中的磁通密度的半径方向(水平)成分，在腔室10的中心和周边部分与高频电流的大小无关，总是零，其中间的某处最大。因高频的交流磁场而生成的方位角方向的感应电场的强度分布，也在径向上表现出与磁通密度同样的分布。即，在径向上，环状等离子体内的电子密度分布，宏观上与RF天线54内的电流分布大致对应。

该实施方式中的RF天线54，与从其中心或者内周端旋转至外周端的通常的螺旋线圈不同，由局部存在于天线的中心部分的圆环状的内侧线圈58、局部存在于天线的中间部分的圆环状的中间线圈60和局部存在于天线的周边部分的圆环状的外侧线圈62组成，RF天线54内的电流分布为与各线圈58、60、62的位置对应的同心圆状的分布。

此处，内侧线圈58中，在其环路内流过一样或者均匀的高频电流(以下称为“内侧线圈电流”。)I_i。中间线圈60中，在其环路内流过一样或者均匀的高频电流(以下称为“中间线圈电流”。)I_m。外侧线圈62中，在其环路内流过一样或者均匀的高频电流(以下称为“外侧线圈电流”。)I_o。

这样，在腔室10的介电窗52的下方(内侧)生成的环状等离子体中，如图3所示，在内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62的各正下方的位置附近电流密度(即等离子体密度)极大(最大)。这样，环状等离子体内的电流密度分布在径向上不是均匀的而是凹凸的分布特性。但是，由于在腔室10内的处理空间中等离子体向四周扩散，基座12的附近即基板W上等离子体的密度被平均化。

在该实施方式中，内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62均为圆环状线圈，在线圈环绕方向流过一样或者均匀的高频电流，因此在线圈环绕方向，总是不仅在环状等离子体内在基座12的附近即基板W上也能够获得大致均匀的等离子体密度分布。

此外，在径向上，通过如后所述将中间电容器86和外侧电容器88的静电电容C₈₆、C₈₈在规定的范围内可变或者选定为适当的值，能够调节分别流过内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62的电流I_i、I_m、I_o的平衡，自由地控制环状等离子体内的等离子体密度分布。由此，能够自由地控制基座12的附近即基板W上的等离子体密度分布，还能够以较高的精度容易地达成等离子体密度分布的均匀化。

在该实施方式中，RF天线54内的波长效果和电压降依赖于每个线圈58、60、62的长度。从而，通过以在各线圈58、60、62不会发生波长效果的方式选定各线圈的长度，能够全面解决RF天线54内的波长效果和电压降的问题。关于波长效果的防止，优选使各线圈58、60、62的长度比高频RF_H的1/4波长短。

与该线圈长度相关的未满1/4波长条件是线圈的直径越小、圈数越少，越容易满足。从而，在RF天线54内线圈径最小的内侧线圈58，容易使用多圈的结构。另一方面，线圈径最大的外侧线圈62，与多圈相比优选单圈。中间线圈60还依赖于半导体晶片W的口径、高频RF_H的频率等，通常与外侧线圈62同样地优选单圈。

【对RF天线附加的电容器的功能】

该实施方式的主要的特征在于，将RF天线54在径向并联地分割为线圈径不同的三个线圈58、60、62，并且使中间线圈60和外侧线圈62分别与可变的中间电容器86和外侧电容器88串联电连接，另一方面，对内侧线圈58不连接任何电抗元件(特别是电容器)的结构。

此处，考虑如图4所示对RF天线54的各处均不附加电容器的情况。该情况下，在内侧线圈58的正下方生成比中间线圈60和外侧线圈62的正下方显著浓密的等离子体。其理由如下所述。即，线圈导线的粗细(半径)为a、线圈径(半径)为r的单圈圆环状线圈的自感L如下式(1)所表示。

【式1】

$L=r{\mathrm{\μ}}_0(\log \frac{8r}{a}-2)......\left(1\right)$

其中，μ₀是真空的磁导率。此外，线圈径(半径)r是线圈内周的半径与线圈外周的半径的中间值。

根据上式(1)，自感L与线圈半径r大致线性地成比例。这样的圆环状线圈的阻抗Z，设高频的频率为f时，为Z＝2πfL，与自感L成比例。从而，设内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62的线圈半径为例如50mm、100mm、150mm时，在内侧线圈58中流过内侧线圈电流I_i，所述内侧线圈电流I_i为在中间线圈60中流过的中间线圈电流I_m的大约2倍、在外侧线圈62中流过的外侧线圈电流I_o的大约3倍。由圆环状线圈生成的等离子体的密度，虽然半径越小效率会有一定降低，但是基本不依赖于半径而是依赖于线圈电流的电流量。因此，在内侧线圈58的正下方生成比中间线圈60和外侧线圈62的正下方浓密数倍的等离子体。由此，基座12的附近即半导体晶片W上的等离子体密度分布，成为在径向的中心部突出地升高的分布特性。

但是，线圈具有正的电抗，电容器具有负的电抗。因而，将线圈与电容器连接时，电容器的负的电抗会抵消线圈的正的电抗，所以合成电抗比线圈的电抗低。因而，将内侧线圈58与电容器连接、增加内侧线圈电流I_i的电流量，不仅无助于等离子体密度分布的均匀化，还会起到相反效果。

这一点，在分别以N_i、N_m、N_o圈(turn)的螺旋状线圈构成各线圈58、60、62的情况下也是相同的。即，由于各线圈的电感与圈数(卷绕数)成比例，所以各阻抗也与圈数成比例。由此，分别流过内侧线圈58和外侧线圈62的线圈电流I_i、I_o的比为，I_i∶∶I_o＝r_o*N_o*N_i∶r_i*N_i*N_o＝r_o∶r_i。另一方面，在两个线圈58、62的正下方分别生成的等离子体的密度n_i、n_o由线圈电流×圈数确定。所以，在内侧线圈58和外侧线圈62的正下方生成的等离子体的密度n_i、n_o的比为，n_i∶n_o＝r_o*N_o*N_i∶r_i*N_i*N_o＝r_o∶r_i，该情况下也由半径的比确定。在内侧线圈58与中间线圈60之间也是相同的。这样，在内侧线圈58的正下方，生成总是比中间线圈60和外侧线圈62的正下方更浓的等离子体。

现实中，不能忽略从匹配器74的出口到该线圈的配线的阻抗。从匹配器74的出口到RF天线54的高度方向上配线的长度是固定的，因此可以假设配线的长度在内侧·中间·外侧之间为相同程度，配线阻抗在内侧·中间·外侧相等。这样，例如外侧线圈62和内侧线圈58分别具有75Ω、25Ω的阻抗的情况下，设配线阻抗为大约10Ω时，I_i∶I_o(75+10)∶(25+10)＝85∶35＝2.41∶1，仍然有2倍以上的差距。

在压强较高(通常为100mTorr以上)、等离子体的扩散的影响难以作用的情况下，在内侧和外侧为上述这样的平衡，而若压强变低、产生扩散的影响，则中心部的等离子体密度更加突出地升高。

这样，在任何条件下，在并联电连接的线圈径不同的多个线圈之间最内侧的线圈的正下方等离子体密度相对较高的法则成立。

该实施方式中，基于上述看法，通过在RF天线54的两个端子之间(第一和第二节点N_A、N_B)，对内侧线圈58不附加(连接)任何电容器，而在中间线圈60和外侧线圈62串联连接可变电容器86、88，对这些可变电容器86、88的静电电容C₈₆、C₈₈向降低合成电抗的方向调节，能够适当地增加分别流过中间线圈60和外侧线圈62的线圈电流I_m、I_o的电流量，而使线圈电流I_i、I_m、I_o成为大致相同的大小，或者使中间线圈电流I_m和/或外侧线圈电流I_o比内侧线圈电流I_i大。此处，可变电容器86、88引起的线圈电流I_m、I_o的增加量均流过中间线圈60和外侧线圈62，参与等离子体生成，所以不会发生高频功率的浪费。

通常，为了纠正在径向中心部等离子体密度突出地升高的分布特性，粗略而言，调节流过内侧线圈58的内侧线圈电流I_i与流过外侧线圈62的外侧线圈电流I_o的比(平衡)是有效的。在该实施方式中，为了调节两个线圈电流I_i、I_o的比，仅使外侧电容器88的静电电容C₈₈可变即可。

该情况下，优选在各种条件下使等离子体密度分布均匀化的基础上，使外侧线圈电流I_o与外侧线圈62的圈数n_o的积I_o*n_o的可变范围具有比内侧线圈电流I_i与内侧线圈58的圈数n_i的积I_i*n_i小的下限值和比其大的上限值。由于内侧线圈电流I_i和外侧线圈电流I_o的比，与内侧线圈58的阻抗(以下称为“内侧阻抗”)和外侧线圈62以及外侧电容器88的合成阻抗(以下称为“外侧合成阻抗”)的倒数的比成比例，所以设内侧阻抗(固定值)为Z_i、外侧合成阻抗(可变值)的最小值和最大值分别为Z_o(min)、Z_o(max)时，与该线圈电流×圈数相关的上述条件，能以如下方式表示。

【式2】

|N_o/Z_o(max)|＜|N_i/Z_i|＜|N_o/Z_o(min)|……(2)

进而，内侧阻抗Z_i和外侧合成阻抗Z_o，如果除去接线部则依赖于各个的平均线圈半径。虽然不能忽略接线部的影响，但是由于没有决定性的影响，也能够以如下方式表示上述条件。

【式3】

$\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{fr}}_o{\mathrm{\&mu;}}_o(\log \frac{{8r}_o}{a}-2)-\frac{1}{2\mathrm{\&pi;f}{N}_o{C}_{o\left(\max \right)}}}<\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{fr}}_i{\mathrm{\&mu;}}_o(\log \frac{{8r}_i}{a}-2)}<\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{fr}}_o{\mathrm{\&mu;}}_o(\log \frac{{8r}_o}{a}-2)-\frac{1}{2\mathrm{\&pi;f}{N}_o{C}_{o\left(\min \right)}}}......\left(3\right)$

此处，C_o(min)是在可调整范围中使外侧合成阻抗Z_o最小时外侧电容器88的静电电容C₈₈的值。C_o(max)是在可调整范围中使外侧合成阻抗Z_o最大时外侧电容器88的静电电容C₈₈的值。其中，C_o(min)、C_o(max)不一定要与C₈₈的可变范围的最小值和最大值一致。外侧合成阻抗Z_o成为最小是在外侧线圈62与外侧电容器88发生串联谐振时，C_o(min)是此时外侧电容器88的静电电容C₈₈的值。此外，外侧合成阻抗Z_o成为最大是使外侧电容器88的静电电容C₈₈从所述串联谐振点偏离到可变范围的上限或者下限时的其中一方，C_o(max)是此时外侧电容器88的静电电容C₈₈的值。

这样，在内侧线圈58不连接电容器，在外侧线圈62串联地连接外侧电容器88，使外侧电容器88的静电电容C₈₈可变，由此能够任意地调整内侧线圈电流I_i与外侧线圈电流I_o的比，并且任意地控制在RF天线54的正下方生成的环状等离子体内的等离子体密度分布的粗略的分布特性(特别是中心部和周边部的平衡)。

在该实施方式中，还在内侧线圈58与外侧线圈62之间配置中间线圈60，在该中间线圈60也串联地连接可变的中间电容器86。这是为了更加精细地控制环状等离子体内的等离子体密度分布(特别是中间部)，特别在生成低压下的等离子体或者大口径的等离子体的情况下是有用的。

代替设置中间线圈60，还可以考虑例如将外侧线圈62形成为螺旋状，而以外侧线圈62覆盖天线54的中间部的区域的结构。但是，该情况下，由于在外侧线圈62的所有区间流过相同的线圈电流I_o，所以等离子体密度在天线中间部的正下方相对容易变高，例如在径向上均匀的分布特性难以形成。

此外，在实际的工艺中，在天线中间部的正下方强制地降低环状等离子体内的等离子体密度还能够在径向整体获得所需的(例如平坦的(flat))分布特性。特别是，为了使周边部的等离子体密度提升至期望的水平而加强地增加外侧线圈电流I_o的电流量的情况下，易于变成这样的状况。

这样的情况下，能够使中间电容器86有效地发挥作用。即，为了中间线圈60和中间电容器86的合成电抗(以下称为“中间合成电抗”。)X_m成为负的值，使中间电容器86的静电电容C₈₆在比串联谐振点的值低的区域可变。由此，能够使中间线圈电流I_m在环绕方向上逆向并且以任意的电流量流动(特别是还能够从大致为0的状态略微增加)，由此能局部地自由控制中间线圈60的正下方的环状等离子体内的等离子体密度，进而能够自由地控制基座12的附近即半导体晶片W上径向整体的等离子体密度分布。

上述那样的中间电容器86的功能，用图5所示的实验确认。在该实验中，如图5A所示，在RF天线54中，使内侧线圈58以直径100mm形成2卷(圈)，使中间线圈60和外侧线圈62分别以直径200mm、300mm形成单圈(1圈)。作为主要的工艺条件，高频RF_H的频率为13.56MHz，RF功率为1500W，腔室10内的压强为100mTorr，处理气体为Ar与O₂的混合气体，气体的流量为Ar/O₂＝300/30sccm。

在该实验中，将外侧电容器88的静电电容C₈₈固定为560pF，而使中间电容器86的静电电容C₈₆在13pF、40pF、64pF中可变时，能够确认如图5B所示，中间线圈电流I_m变化为-0.4A、-5.0A、-11.2A，并且在中间线圈60的正下方附近能局部并且任意地降低电子密度(即等离子体密度)N_e。其中，内侧和外侧线圈电流I_i、I_o，在C₈₆＝13pF时分别为16.4A、18.3A，在C₈₆＝40pF时分别为17.4A、19.4A，在C₈₆＝40pF时分别为19.0A、20.1A。可知增加逆向流动的中间线圈电流I_m的电流量时，正向流动的内侧线圈电流I_i和外侧线圈电流I_o的电流量也随之有一定增加，而两个线圈电流I_i、I_o的比(平衡)几乎不变化。

作为该实施方式的RF天线54的其他功能，还能够使外侧电容器88的静电电容C₈₈在比串联谐振点的值低的区域中可变，从而使得外侧线圈62和外侧电容器88的合成电抗(以下称为“外侧合成电抗”。)X_o成为负的值，由此能使外侧线圈电流I_o逆向地流动。例如，在等离子体向径向外侧扩散过度而腔室10的内壁易于受到损害的情况下，通过使外侧线圈62中流过逆向的线圈电流I_o，将等离子体封闭在外侧线圈62的内侧，能够抑制腔室10内壁的损害。该功能，在例如在径向上隔开间隔地配置线圈径不同的多个中间线圈60的情况下，或者将外侧线圈62配置在比基座12靠近径向外侧的情况下特别有用。

此外，该实施方式中，能够通过使中间电容器86和外侧电容器88的静电电容C₈₆、C₈₈中至少一个接近发生串联谐振时的值，使流过内侧线圈58的内侧线圈电流I_i减少。此外，还能够通过使中间电容器86和外侧电容器88的静电电容C₈₆、C₈₈中至少一个远离发生串联谐振时的值，使内侧线圈电流I_i增大。即，在内侧线圈电流I_i、中间线圈电流I_m和外侧线圈电流I_o之间，存在I_i∶I_m∶I_o(1/Z_i)∶(1/Z_m)∶(1∶Z_n)的关系。因而，使C₈₆和/或C₈₈接近发生串联谐振时的值时，Z_m和/或Z_o越接近串联谐振其值越小，由此，I_m和/或I_o相对增大，I_i相对减小。此外，使C₈₆和/或C₈₈远离发生串联谐振时的值时，Z_m和/或Z_o越远离串联谐振其值越大，由此，I_m和/或I_o相对减小，I_i相对增大。

【与RF天线相关的其他实施例或者变形例】

在上述实施方式中，出于不需要在控制等离子体密度分布的基础上(特别是均匀化的基础上)，使内侧线圈电流I_i的电流量向增加的方向可变的观点，没有对内侧线圈58安装电容器。

但是，也存在积极地或者强制地控制内侧线圈电流I_i的电流量是有用的情况。例如，腔室10内的压强较低的情况下，存在等离子体易于在径向中心部聚集的倾向。对于该问题，通过如上所述使外侧电容器88的静电电容C₈₈可变地调整内侧线圈电流I_i与外侧线圈电流I_o的比大致能够应对，但也存在不能应对的情况。

于是，如图6A和图6B所示，在RF天线54中，在第一节点N_A和第二节点N_B之间与内侧线圈58串联电连接固定或者半固定的内侧电容器104。在该结构中，也能够使内侧电容器104的静电电容C104选定或者调整为适当的值，从而使得内侧线圈58与内侧电容器104的合成电抗(以下称为“内侧合成电抗”。)X_i成为期望的值。像这样设置固定或者半固定的内侧电容器104和可变的外侧电容器88的情况下，对于各线圈的圈数和外侧电容器88的静电电容C₈₈的可变控制也适用与上述同样的条件式(2)、(3)。

此外，虽然要将等离子体密度分布控制的自由度或者精度牺牲一定程度，但是为了降低成本也能够为如图7A和图7B所示在内侧电容器104使用可变电容器而在外侧电容器88使用固定或者半固定电容器的结构，或者为省略图示的在中间电容器86使用固定或者半固定电容器的结构，进而还能够为省略中间电容器86的结构。

像这样设置固定或者半固定的外侧电容器88和可变的内侧电容器104的情况下，优选在各种条件下使等离子体密度分布均匀化的基础上，使内侧线圈电流I_i与内侧线圈58的圈数n_i的积I_i*n_i的可变范围具有比外侧线圈电流I_o与外侧线圈62的圈数n_o的积I_o*n_o小的下限值和比其大的上限值。由于内侧线圈电流I_i和外侧线圈电流I_o的比与内侧线圈58和内侧电容器104的合成阻抗(内侧合成阻抗)同外侧线圈62和外侧电容器88的合成阻抗(外侧合成阻抗)的倒数的比成比例，所以设外侧阻抗(固定值)为Z_o、内侧合成阻抗(可变值)的最小值和最大值分别为Z_i(min)、Z_i(max)时，与该线圈电流×圈数相关的上述条件，以如下方式表示。

【式4】

|N_i/Z_i(max)|＜|N_o/Z_o|＜|N_i/Z_i(min)|……(4)

进而，内侧合成阻抗Z_i和外侧合成阻抗Z_o，如果除去接线部则依赖于各个的平均线圈半径。虽然不能忽略接线部的影响，但是由于没有决定性的影响，所以也能够以如下方式表示上述条件。

【式5】

$\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{fr}}_i{\mathrm{\&mu;}}_o(\log \frac{{8r}_i}{a}-2)-\frac{1}{2\mathrm{\&pi;f}{N}_i{C}_{i\left(\max \right)}}}<\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{fr}}_o{\mathrm{\&mu;}}_o(\log \frac{{8r}_o}{a}-2)}<\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{fr}}_i{\mathrm{\&mu;}}_o(\log \frac{{8r}_i}{a}-2)-\frac{1}{2\mathrm{\&pi;f}{N}_i{C}_{i\left(\min \right)}}}......\left(5\right)$

此处，C_i(min)是在可调整范围中使内侧合成阻抗Z_i最小时内侧电容器104的静电电容C₁₀₄的值。C_i(max)是在可调整范围中使内侧合成阻抗Z_i最大时内侧电容器104的静电电容的值。其中，C_i(min)、C_i(max)不一定要与C₁₀₄的可变范围的最小值和最大值一致。内侧合成阻抗Z_i成为最小是在内侧线圈58与内侧电容器104发生串联谐振时，C_i(min)是此时内侧电容器104的静电电容C₁₀₄的值。此外，内侧合成阻抗Z_i成为最大是使内侧电容器104的静电电容C₁₀₄从该串联谐振点偏离到可变范围的上限或者下限时的其中一方，C_i(max)是此时的内侧电容器104的静电电容C₁₀₄的值。

像这样，通过在内侧线圈58连接可变的内侧电容器104、在外侧线圈62串联地连接固定或者半固定的外侧电容器88、使内侧电容器104的静电电容C₁₀₄可变，能够任意地调整内侧线圈电流I_i与外侧线圈电流I_o的比，并且能任意地控制在RF天线54的正下方生成的环状等离子体内的等离子体密度分布的粗略的分布特性(特别是中心部和周边部的平衡)。

此外，作为变形例，为了积极地或者强制地减少内侧线圈电流I_i的电流量，还能够如图8所示，为在第一节点N_A与第二节点N_B之间与内侧线圈58串联电连接优选的可变的电感器106的结构。该情况下，还能够为将中间电容器86也替换为其他可变电感器的结构，或者为了降低成本而省略外侧电容器88的结构等。

构成该实施方式的RF天线54的各线圈58、60、62的环路形状不限于圆形，根据被处理体的形状等，例如也可以是图9所示那样的四边形。像这样线圈58、60、62的环路形状为多边形的情况下，也能够适当地采用在中间线圈60和外侧线圈62分别串联电连接可变的中间电容器86和外侧电容器88，另一方面在内侧线圈58不连接任何电容器的结构。

其中，2边的长度分别为a、b、线圈(绕组)的粗细为半径d的长方形线圈的电感L如下式(6)所示。

【式6】

$L=\frac{{\mathrm{\&mu;}}_0}{\mathrm{\&pi;}}\{-a\log (a+\sqrt{a^2+b^2})-b\log (b+\sqrt{a^2+b^2})+(a+b)\log \frac{2\mathrm{ab}}{d}+2\sqrt{a^2+b^2}-\frac{7}{4}(a+b)\}......\left(6\right)$

从该式(6)可知，长方形线圈的电感L大致与两个边a、b的长度成比例。由此，与圆形线圈的情况同样地，即使不对内侧线圈58设置电容器，也能够通过中间电容器86和外侧电容器88简便并且任意地控制等离子体密度分布。

图10中，表示了构成RF天线54的各线圈(内侧线圈58/中间线圈60/外侧线圈62)分别由具有空间上并列且电并联的关系的一对螺旋线圈组成的例子。波长效果问题不大的情况下，也可以使用这样的螺旋线圈。

图示的结构例中，内侧线圈58由在环绕方向上错开180°地并进的一对多圈(图示的例子中分别为2圈)的螺旋线圈58a、58b组成。这些螺旋线圈58a、58b，在比高频电源72一侧的节点N_A靠近下游一侧设置的节点N_C与比接地线70一侧的节点N_B靠近上游一侧设置的节点N_D之间并联电连接。

中间线圈60由在环绕方向上错开180°地并进的一对多圈(图示的例子中分别为2圈)的螺旋线圈60a、60b组成。这些螺旋线圈60a、60b，在比高频电源72一侧的节点N_A靠近下游一侧设置的节点N_E与比接地线一侧的节点N_B(进而比中间电容器86)靠近上游一侧设置的节点N_F之间并联电连接。

外侧线圈62由在环绕方向上错开180°地并进的一对多圈(图示的例子中分别为2圈)的螺旋线圈62a、62b组成。这些螺旋线圈62a、62b，在比高频电源72一侧的节点N_A靠近下游一侧设置的节点N_G与比接地线70一侧的节点N_B(进而比外侧电容器88)靠近上游一侧设置的节点N_H之间并联电连接。

像这样，使内侧线圈58、中间线圈60和外侧线圈62分别并联地分割为k_i、k_m、k_o个螺旋线圈的情况下，对RF天线54不安装任何电容器时，在各线圈58、60、62的正下方生成的等离子体的密度n_i、n_m、n_o的比，如以下的近似式(3)所示。

n_i∶n_m∶n_o≈(k_i/r_i)∶(k_m/r_i)∶(k_o/r_i)……(3)

因而，如图示的例子所示，分割数k_i、k_m、k_o相同(两个)的情况下，在内侧线圈58的正下方生成的等离子体即中心部的等离子体的密度相对较高。这样的情况下，最优选在内侧线圈58不连接电容器、而在中间线圈60和外侧线圈62分别串联连接可变的中间电容器86和外侧电容器88的结构。

此外，作为其他变形例，也能够如图11所示，为在高频电源72一侧的第一节点N_A与中间线圈60和外侧线圈62的RF入口端60in、62in之间分别连接中间电容器86和外侧电容器88的结构。像这样，在第一节点N_A与各线圈之间连接阻抗调整用的电容器或者电感器的结构，还能够应用于其他实施例或者变形例(图6A、图8、图9、图10)。

图12表示具备在RF天线54的终端侧即第二节点N_B与接地线70之间(或者接地线70上)与RF天线54内的所有线圈58、60、62串联电连接的出口侧的共用电容器108的结构。该出口侧(终端)的共用电容器108，通常为固定电容器，但也可以为可变电容器。

该出口侧(终端)共用电容器108，不仅具有调整RF天线54整体的阻抗的功能，还具有将RF天线54整体的电位从接地电位直流地抬升、抑制顶板或者介电窗52受到的离子溅射(ion sputter)的功能。

此处省略图示，还能够为以下结构：在RF天线54中，在内侧线圈58的径向内侧和/或外侧线圈62的径向外侧还配置其他线圈，将整体为4个以上的线圈在径向上隔开间隔地配置，且并联电连接。

上述实施方式的电感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，与等离子体生成没有直接关系的各部分的结构也能够进行各种变形。

例如，作为RF天线的基本形态，也可以为平面型以外的类型，例如圆顶型等。也能够为在处理气体供给部中从顶部对腔室10内导入处理气体的结构，还能够为不对基座12施加直流偏压控制用的高频RF_L的方式。

而且，本发明的电感耦合型的等离子体处理装置或者等离子体处理方法，不限于等离子体蚀刻的技术领域，还能够应用于等离子体CVD、等离子体氧化、等离子体氮化、溅射等其他等离子体工艺。此外，本发明的被处理基板不限于半导体晶片，还能够为平板显示器用的各种基板、光掩模、CD基板、印刷基板等。

Claims (17)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，具备：

具有介电窗的处理容器；

在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部；

为了对所述基板实施所需的等离子体处理，对所述处理容器内供给所需的处理气体的处理气体供给部；

为了在所述处理容器内通过电感耦合生成处理气体的等离子体，设置在所述介电窗外部的RF天线；和

对所述RF天线供给高频电力的高频供电部，所述高频电力的频率适合所述处理气体的高频放电，

所述RF天线具有内侧线圈、中间线圈和外侧线圈，所述内侧线圈、中间线圈和外侧线圈在径向上隔开间隔分别配置在相对内侧、中间和外侧，并且在设置于所述高频供电部的高频传输路径中的第一和第二节点之间并联电连接，

在所述第一节点和所述第二节点之间，设置与所述中间线圈串联电连接的可变的中间电容器、和与所述外侧线圈串联电连接的可变的外侧电容器，

所述内侧线圈不通过电抗元件地连接在所述第一节点和所述第二节点之间，从而由可变的所述中间电容器和可变的所述外侧电容器引起的线圈电流的增加量仅流过所述中间线圈和所述外侧线圈，

设所述内侧线圈和所述外侧线圈的圈数分别为N_i、N_o、所述内侧线圈的阻抗为Z_i、通过使所述外侧电容器的静电电容可变而获得的所述外侧线圈和所述外侧电容器的合成阻抗的最大值和最小值分别为Z_o(max)、Z_o(min)时，下述不等式成立：

|N_o/Z_o(max)|<|N_i/Z_i|<|N_o/Z_o(min)|。

2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述内侧线圈和所述外侧线圈分别为圆环状线圈，设它们的半径为r_i、r_o、两个线圈的线圈导线的粗细的半径为a、真空中的磁导率为μ₀，并且设所述外侧线圈与所述外侧电容器的合成阻抗成为最大值Z_o(max)和最小值Z_o(min)时的所述外侧电容器的静电电容分别为C_o(max)和C_o(min)时，下述不等式成立：

$\frac{1}{2{\mathrm{\&pi;fr}}_o{\mathrm{\&mu;}}_o(\log \frac{{8r}_o}{a}-2)-\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{fN}}_o{C}_{o\left(\max \right)}}}<\frac{1}{2{\mathrm{\&pi;fr}}_i{\mathrm{\&mu;}}_o(\log \frac{{8r}_i}{a}-2)}<\frac{1}{{2\mathrm{\&pi;fr}}_o{\mathrm{\&mu;}}_o(\log \frac{{8r}_o}{a}-2)-\frac{1}{2{\mathrm{\&pi;fN}}_o{C}_{o\left(\min \right)}}}.$

3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：

在所述内侧线圈、所述中间线圈和所述外侧线圈中，分别流过在环绕方向上方向相同的电流。

4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：

在所述中间线圈中流过与在所述内侧线圈中流动的电流在环绕方向上方向相反的电流。

5.如权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述中间电容器具有比与所述中间线圈发生串联谐振时的值小的值的静电电容。

6.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：

在所述外侧线圈中流过与在所述内侧线圈中流动的电流在环绕方向上方向相同的电流。

7.如权利要求6所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述外侧电容器具有比与所述外侧线圈发生串联谐振时的值大的值的静电电容。

8.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：

在所述外侧线圈中流过与在所述内侧线圈中流动的电流在环绕方向上方向相反的电流。

9.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于：

所述外侧电容器具有比与所述外侧线圈发生串联谐振时的值小的值的静电电容。

10.一种在等离子体处理装置中对基板实施所需的等离子体处理的等离子体处理方法，所述等离子体处理装置具备具有介电窗的处理容器、在所述处理容器内保持被处理基板的基板保持部、为了对所述基板实施所需的等离子体处理而对所述处理容器内供给所需的处理气体的处理气体供给部、为了在所述处理容器内通过电感耦合生成处理气体的等离子体而设置在所述介电窗外部的RF天线、和对所述RF天线供给适合所述处理气体的高频放电的频率的高频电力的高频供电部，所述等离子体处理方法的特征在于：

将所述RF天线分割为在径向隔开间隔分别配置在相对内侧、中间和外侧，并且在设置于所述高频供电部的高频传输路径中的第一和第二节点之间并联电连接的内侧线圈、中间线圈和外侧线圈，

在所述第一节点与所述第二节点之间，不设置与所述内侧线圈连接的电抗元件，设置与所述中间线圈串联电连接的可变的中间电容器和与所述外侧线圈串联电连接的可变的外侧电容器，从而由可变的所述中间电容器和可变的所述外侧电容器引起的线圈电流的增加量仅流过所述中间线圈和所述外侧线圈，

对所述中间电容器和所述外侧电容器的静电电容进行选定或者可变控制，来控制所述基板上的等离子体密度分布，

按照以下方式进行调整：通过使所述中间线圈和所述外侧线圈的各自的圈数与线圈电流的电流量的积的值，同所述内侧线圈的圈数与线圈电流的电流量的积的值一致，使所述处理基板上的等离子体密度在径向上变得均匀。

11.如权利要求10所述的等离子体处理方法，其特征在于：

通过使所述中间电容器和所述外侧电容器的静电电容中至少一个接近发生串联谐振时的值，使流过所述内侧线圈的电流减少。

12.如权利要求10所述的等离子体处理方法，其特征在于：

通过使所述中间电容器和所述外侧电容器的静电电容中至少一个远离发生串联谐振时的值，使流过所述内侧线圈的电流增大。

13.如权利要求10所述的等离子体处理方法，其特征在于：

调整所述中间电容器和所述外侧电容器的静电电容，使得所述被处理基板上的等离子体密度在径向上变得均匀。

14.如权利要求10所述的等离子体处理方法，其特征在于：

对所述中间电容器的静电电容在比与所述中间线圈发生串联谐振时的值小的范围内进行可变控制，使得在所述中间线圈中流过与在所述内侧线圈中流动的电流在环绕方向上方向相反的电流。

15.如权利要求10所述的等离子体处理方法，其特征在于：

对所述中间电容器的静电电容在比与所述中间线圈发生串联谐振时的值大的范围内进行可变控制，使得在所述中间线圈中流过与在所述内侧线圈中流动的电流在环绕方向上方向相同的电流。

16.如权利要求10所述的等离子体处理方法，其特征在于：

对所述外侧电容器的静电电容在比与所述外侧线圈发生串联谐振时的值小的范围内进行可变控制，使得在所述外侧线圈中流过与在所述内侧线圈中流动的电流在环绕方向上方向相反的电流。

17.如权利要求10所述的等离子体处理方法，其特征在于：

对所述外侧电容器的静电电容在比与所述外侧线圈发生串联谐振时的值大的范围内进行可变控制，使得在所述外侧线圈中流过与在所述内侧线圈中流动的电流在环绕方向上方向相同的电流。