CN103209537A - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供等离子体处理装置，目的在于在电感耦合型的等离子体处理装置中改善方位角方向上的等离子体密度分布的均匀性。该电感耦合型的等离子体蚀刻装置在与RF天线（54）接近的电介质窗之下环形地生成电感耦合的等离子体，使该环形的等离子体在广阔的处理空间内分散，从而在基座（12）附近（即半导体晶片（W）上）使等离子体的密度均匀化。RF天线（54）具有线圈直径不同的多个单绕线圈（54（1）、54（2）、54（3））。各线圈（54（1）、54（2）、54（3））的高频供电点夹着非常小的切口而设置。

Description

等离子体处理装置
本申请是2010年10月27日提出的申请号为201010524932.8的同名申请的分案申请。
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，特别涉及电感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：平板显示器）的制造工艺中的蚀刻、沉积、氧化、溅射等处理中，为了使处理气体在比较低的温度下良好地进行反应，常利用等离子体。一直以来，在这种等离子体处理中，多使用由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按照具体（装置方面）的等离子体生成法可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，在电感耦合型的等离子体处理装置中，以处理容器的壁部的至少一部分（例如顶部）构成电介质的窗，对设置在该电介质窗外的线圈状的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有被处理基板（例如半导体晶片、玻璃基板等），处理气体被导入到设定在电介质窗与基板之间的处理空间内。利用在RF天线中流通的RF电流，在RF天线的周围产生RF磁场，该RF磁场的磁力线以贯穿电介质窗的方式通过腔室内的处理空间，利用该RF磁场的时间上的变化在处理空间内在方位角方向产生感应电场。然后，被该感应电场在方位角方向上加速的电子与处理气体的分子或原子发生电离碰撞，生成环形（doughnut）的等离子体。
由于在腔室内设置有较大的处理空间，上述环形的等离子体高效地向四周（尤其是径向）扩散，等离子体的密度在基板上相当均匀。不过，对于通常的由同心圆型线圈或螺旋型线圈构成的RF天线来说，因为在其环（loop）中包含与来自RF电源的RF供电线连接的RF输入输出端，所以必然只能采用非轴对称的天线结构，这成为在方位角方向上产生等离子体密度的不均匀性的主要原因。对于这一点，一直以来提出了下述技术：以串联连接的上下两级线圈构成RF天线，将设置在上级线圈的RF供电接线处（输入输出端）隐藏在下级线圈的背后以使其从等离子体侧看来在电磁上消失的技术（专利文献1、2）。
专利文献1：日本特表2003-517197
专利文献2：日本特表2004-537830
发明内容
不过，像上述以串联连接的上下两级线圈构成RF天线的现有技术中，存在RF天线结构复杂难以制作、线圈长度倍增导致阻抗的增大或波长效应的产生等问题。
本发明鉴于上述现有技术的问题点完成，提出一种电感耦合型的等离子体处理装置，在实质上维持RF天线的线圈长度的同时，使得RF天线的RF输入输出端从等离子体侧看来不成为电流环上的特异点，改善方位角方向上的等离子体密度分布的均匀性。
本发明的第一方面的等离子体处理装置包括：至少一部分由电介质窗构成的能够进行真空排气的处理容器；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希望的等离子体处理而向上述处理容器内供给所希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电感耦合生成处理气体的等离子体而设置在上述电介质窗外的RF天线；和向上述RF天线供给频率适合于上述处理气体的高频放电的高频电力的高频供电部，其中，上述RF天线具有在线圈周方向上存在间隙宽度较小的切口的单绕或复绕的线圈导体，在上述线圈导体的隔着上述切口相对的一对线圈端部，分别连接有来自上述高频供电部的一对高频供电线。
在电感耦合型的等离子体处理装置中，当通过高频供电部向RF天线供给高频电力时，由于在RF天线中流通的高频电力，在天线导体的周围产生RF磁场，在处理容器内生成用于处理气体的高频放电的感应电场，被该感应电场在方位角方向上加速的电子与处理气体的分子或原子发生电离碰撞，生成环形的等离子体。该环形等离子体的原子团或离子在广阔的处理空间内向四面扩散，使得原子团各向同性地降落、离子被自偏置牵引，从而供给到由基板保持部保持的被处理基板的上表面（被处理面）。基板上的处理的均匀性依赖于基板上的等离子体密度的均匀性。
在上述第一方面的等离子体处理装置中，根据上述结构，特别是，RF天线具有在线圈周方向上存在间隙宽度较小的切口（优选切口的间隙宽度为10mm以下，高频供电点的距离间隔为10mm以下）的单绕或复绕的线圈导体，在线圈导体的隔着切口相对的一对线圈端部分别连接有来自高频供电部的一对高频供电线，由此，RF天线的RF供电接线处从等离子体侧难以发现成（RF输入输出端）为电流环上的特异点，能够改善方位角方向上的等离子体密度分布。
本发明的第二方面的等离子体处理装置包括：至少一部分由电介质窗构成的能够进行真空排气的处理容器；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希望的等离子体处理而向上述处理容器内供给所希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电感耦合生成处理气体的等离子体而设置在上述电介质窗外的RF天线；和向上述RF天线供给频率适合于上述处理气体的高频放电的高频电力的高频供电部，其中，上述RF天线具有：相互接近地平行延伸、在线圈周方向的相同位置存在切口的第一和第二线圈导体；将上述第一和第二线圈导体各自的与上述切口邻接的一个线圈端部共同连接的第一连接导体；将上述第一和第二线圈导体各自的与上述切口邻接的另一个线圈端部共同连接的第二连接导体；从上述第一连接导体起在上述切口的间隙内延伸并与来自上述高频供电部的第一高频供电线连接的第三连接导体；和从上述第二连接导体起在上述切口的间隙内延伸并与来自上述高频供电部的第二高频供电线连接的第四连接导体。
在上述第二方面的等离子体处理装置中，根据上述结构，特别是，RF天线具有：相互接近地平行延伸、并在线圈周方向的相同位置存在切口的第一和第二线圈导体；将这些第一和第二线圈导体各自的与切口邻接的一个线圈端部共同连接的第一连接导体；将这些第一和第二线圈导体各自的与切口邻接的另一个线圈端部共同连接的第二连接导体；从第一连接导体起在切口的间隙内延伸，并与来自高频供电部的第一高频供电线连接的第三连接导体；和从第二连接导体起在上述切口的间隙内延伸，并与来自高频供电部的第二高频供电线连接的第四连接导体，由此，RF天线的RF供电接线处（RF输入输出端）从等离子体侧难以发现成为电流环上的特异点，能够改善方位角方向上的等离子体密度分布。
本发明的第三方面的等离子体处理装置包括：至少一部分由电介质窗构成的能够进行真空排气的处理容器；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希望的等离子体处理而向上述处理容器内供给所希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电感耦合生成处理气体的等离子体而设置在上述电介质窗外的RF天线；和向上述RF天线供给频率适合于上述处理气体的高频放电的高频电力的高频供电部，其中，上述RF天线具有在线圈周方向上以等间隔存在多个切口的单绕或复绕的线圈导体，在隔着上述多个切口之一相对的一对线圈端部，分别连接有来自上述高频供电部的一对高频供电线，在上述多个切口的余下各个切口，设置有跨越隔着该切口相对的一对线圈端部之间的桥接导体。
在上述第三方面的等离子体处理装置中，根据上述结构，特别是，RF天线具有在线圈周方向上以等间隔存在多个切口的单绕或复绕的线圈导体，在隔着多个切口之一相对的一对线圈端部，分别连接有来自高频供电部的一对高频供电线，在多个切口的余下各个切口，设置有跨越隔着该切口相对的一对线圈端部之间的桥接导体，由此，RF天线的RF供电接线处（RF输入输出端）从等离子体侧难以发现成为电流环上的特异点，能够改善方位角方向上的等离子体密度分布。
本发明的第四方面的等离子体处理装置包括：至少一部分由电介质窗构成的能够进行真空排气的处理容器；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希望的等离子体处理而向上述处理容器内供给所希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电感耦合生成处理气体的等离子体而设置在上述电介质窗外的RF天线；和向上述RF天线供给频率适合于上述处理气体的高频放电的高频电力的高频供电部，其中上述RF天线具有：在线圈周方向上存在切口的单绕或复绕的线圈导体；和从上述线圈导体的隔着上述切口相对的一对线圈端部向远离上述电介质窗的方向并相对于线圈周方向以一定角度倾斜地延伸的一对连接导体，上述一对连接导体分别与来自上述高频供电部的一对高频供电线连接。
在上述第四方面的等离子体处理装置中，根据上述结构，特别是，RF天线具有：在线圈周方向上存在切口的单绕或复绕的线圈导体；和从该线圈导体的隔着切口相对的一对线圈端部向远离电介质窗的方向并相对于线圈周方向以一定角度倾斜地延伸的一对连接导体，这一对连接导体分别与来自高频供电部的一对高频供电线连接，由此，RF天线的RF供电接线处（RF输入输出端）从等离子体侧难以发现成为电流环上的特异点，能够改善方位角方向上的等离子体密度分布。
本发明的第五方面的等离子体处理装置包括：在顶部具有电介质窗的能够进行真空排气的处理容器；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希望的等离子体处理而向上述处理容器内供给所希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电感耦合生成处理气体的等离子体而设置在上述电介质窗之上的RF天线；和向上述RF天线供给频率适合于上述处理气体的高频放电的高频电力的高频供电部，上述RF天线具有：在一定的平面上以螺旋状延伸的主线圈导体；和从上述主线圈导体的周边侧的线圈端部起相对于上述平面以一定的倾斜角上升并以螺旋状延伸的辅助线圈导体，上述主线圈导体的中心侧的线圈端部与来自上述高频供电部的一对高频供电线连接，上述辅助线圈导体的上端侧的线圈端部与来自上述高频供电部的另一高频供电线连接。
在上述第五方面的等离子体处理装置中，根据上述结构，特别是，RF天线具有：在一定的平面上以螺旋状延伸的主线圈导体；和从主线圈导体的周边侧的线圈端部起相对上述平面以一定的倾斜角上升并以螺旋状延伸的辅助线圈导体，主线圈导体的中心侧的线圈端部与来自高频供电部的一对高频供电线连接，辅助线圈导体的上端侧的线圈端部与来自高频供电部的另一高频供电线连接，由此，RF天线的RF供电接线处（RF输入输出端）从等离子体侧难以发现成为电流环上的特异点，能够改善方位角方向上的等离子体密度分布。
根据本发明的电感耦合型等离子体处理装置，通过上述结构，能够在实质上维持RF天线的线圈长度的同时，RF天线的RF输入输出端从等离子体侧不能发现成为电流环上的特异点，能够改善方位角方向上的等离子体密度分布的均匀性。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式中的电感耦合型等离子体蚀刻装置的结构的纵截面图。
图2是表示一实施例中的RF天线的线圈的基本结构的俯视图。
图3是表示针对图2的实施例通过电磁场模拟获得的环形等离子体内的电流密度的方位角分布特性的图表。
图4是用于说明在实施例中对高频供电点间的距离间隔进行各种选择的例子的俯视图。
图5是表示在图4的实施例中通过电磁场模拟获得的环形等离子体内的电流密度的方位角分布特性的图表。
图6是表示一实施例中的RF天线的线圈的结构的俯视图。
图7是表示图6的实施例中通过电磁场模拟获得的环形等离子体内的电流密度的方位角分布特性的图表。
图8A是表示一实施例中的RF天线的线圈的结构的俯视图。
图8B是表示RF天线的线圈的截面结构的图。
图9是表示一实施例中的RF天线的线圈的结构的俯视图。
图10是表示图9的实施例中通过电磁场模拟获得的环形等离子体内的电流密度的方位角分布特性的图表。
图11是表示图9的实施例的一变形例中的RF天线的线圈的结构的俯视图。
图12是表示图9的实施例的另一变形例中的RF天线的线圈的结构的俯视图。
图13是表示一实施例中的RF天线的线圈的结构的立体图。
图14是表示一实施例中的RF天线的线圈的结构的立体图。
图15是表示一实施例中的RF天线的线圈的结构的立体图。
图16A是表示一实施例中的RF天线的线圈的结构的立体图。
图16B是从不同的角度（方位）观察图16A的RF天线的线圈结构的立体图。
图17A是表示图16A和图16B的实施例中通过电磁场模拟获得的环形等离子体内的电流密度的方位角分布特性（r=80、120、170mm）的图表。
图17B是表示图16A和图16B的实施例中通过电磁场模拟获得的环形等离子体内的电流密度的方位角分布特性（r=230mm）的图表。
图18是表示比较例中的RF天线的线圈的结构的立体图。
图19A是表示图18的比较例中通过电磁场模拟获得的环形等离子体内的电流密度的方位角分布特性（r=80、120、170mm）的图表。
图19B是表示图18的比较例中通过电磁场模拟获得的环形等离子体内的电流密度的方位角分布特性（r=230mm）的图表。
图20是表示一实施例中的RF天线的线圈的结构的图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的最佳实施方式。
图1表示本发明的一实施方式中的电感耦合型等离子体蚀刻装置的结构。该电感耦合型等离子体蚀刻装置是使用平面线圈形的RF天线的类型，具有例如铝或不锈钢等金属制的圆筒型真空腔室（处理容器）10。腔室10安全接地。
首先，对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进行说明。
在腔室10内的下部中央，水平地配置有圆板状的基座12作为兼任高频电极的基板保持台，该基座12用于载置作为被处理基板的例如半导体晶片W。该基座12例如由铝形成，由从腔室10的底垂直向上方延伸的绝缘性的筒状支承部14支承。
在沿着绝缘性筒状支承部14的外周从腔室10的底垂直向上方延伸的导电性的筒状支承部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缓冲板20，并且底部设置有排气口22。为使腔室10内的气体的流动相对基座12上的半导体晶片W轴对称地均匀，优选采用在圆周方向上等间隔地设置多个排气口22的结构。各排气口22经由排气管24与排气装置26连接。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所希望的真空度。在腔室10的侧壁之外，安装有用于开闭半导体晶片W的搬入搬出口27的闸阀28。
基座12通过匹配器32和供电棒34与RF偏置用的高频电源30电连接。该高频电源30能够以可变的功率输出适于控制引入半导体晶片W的离子的能量的一定频率（13.56MHz以下）的高频RFL。匹配器32中收纳有电抗可变的匹配电路，该匹配电路用于在高频电源30侧的阻抗与负载（主要为基座、等离子体、腔室）侧的阻抗间实现匹配。该匹配电路中包含有自偏置生成用的级间耦合电容器。
在基座12的上表面，设置有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环状包围半导体晶片W的周围的聚焦环38。静电卡盘36是在一对绝缘膜36b、36c之间夹入由导电膜形成的电极36a而形成的，电极36a经由开关42和绝缘线43与高压的直流电源40电连接。能够通过由直流电源40施加的高压的直流电压，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，设置有例如在圆周方向上延伸的环状的制冷剂室44。对该制冷剂室44，从制冷单元（未图示）经由配管46、48循环供给规定温度的制冷剂例如冷却水。能够利用制冷剂的温度来控制静电卡盘36上的半导体晶片W的处理中的温度。与此相关的，来自导热气体供给部（未图示）的导热气体例如He气体，经由气体供给管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。另外，为了进行半导体晶片W的装载或卸载，还设置有在垂直方向贯穿基座12、并能够上下移动的升降销及其升降机构（未图示）等。
接着，对该电感耦合型等离子体蚀刻装置中与等离子体生成有关的各部分的结构进行说明。
腔室10的顶部或顶板与基座12隔开比较大的距离间隔而设置，在该顶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之上，与腔室10一体地设置有天线室56，该天线室56以在电磁上遮蔽外部的影响的方式收纳有用于在腔室10内生成电感耦合的等离子体的RF天线54。
该实施方式中的RF天线54，具有线圈直径不同的多个（图示的例子中为三个）圆环形（即半径在周方向上不变）单绕线圈54（1）、54（2）、54（3）。这些线圈54（1）、54（2）、54（3）水平地同心圆状安装在电介质窗52之上，与来自等离子体生成用的高频供电部56的一对高频供电线58、60并联连接。一般而言，各线圈54（1）、54（2）、54（3）也与腔室10或基座12同轴配置。
高频供电部56具有高频电源62和匹配器64。高频电源62能够以可变的功率输出适于利用高频放电进行等离子体的生成的一定频率（13.56MHz以上）的高频RFH。匹配器64收纳有电抗可变的匹配电路，该匹配电路用于在高频电源62侧的阻抗与负载（主要为RF天线、等离子体）侧的阻抗间实现匹配。
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：在比电介质窗52稍低的位置设置在腔室10的侧壁中（或外）的环状的总管或缓冲部66；在圆周方向上等间隔地从缓冲部66面对等离子体生成空间的多个侧壁气体吐出孔68；和从处理气体供给源70延伸到缓冲部66的气体供给管72。处理气体供给源70包含流量控制器和开闭阀（未图示）。
主控制部74例如包含微型计算机，对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、62，匹配器32、64，静电卡盘用的开关42，处理气体供给源70，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）进行控制。
在该电感耦合型等离子体蚀刻装置中，为进行蚀刻，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之上。然后，在关闭闸阀28后，经由气体供给管72、缓冲部66和侧壁气体吐出孔68，从处理气体供给源70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），利用排气装置26使腔室10内的压力为设定值。进而，将高频供电部56的高频电源62接通，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64、RF供电线58、60，对RF天线54的各线圈54（1）、54（2）、54（3）供给高频RFH的电流。另一方面，将高频电源30接通，以规定的RF功率输出离子引入控制用的高频RFL，经由匹配器32和供电棒34对基座12施加该高频RFL。另外，利用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，利用静电卡盘36的静电吸附力将导热气体关在上述接触界面中。
从侧壁气体吐出孔68吐出的蚀刻气体均匀地向电介质窗52之下的处理空间扩散。因流通在RF天线54的各线圈54（1）、54（2）、54（3）中的高频RFH的电流而在这些线圈的周围产生的磁力线（磁通量）贯穿电介质窗52，穿过腔室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上加速的电子与蚀刻气体的分子或原子发生电离碰撞，生成环形的等离子体。
该环形等离子体的原子团或离子在广阔的处理空间内向四面扩散，使得原子团各向同性地降落、离子被直流偏置牵引，从而供给到半导体晶片W的上表面（被处理面）。这样，等离子体的活性物质在半导体W的被处理面引起化学反应和物理反应，被加工膜被蚀刻成所希望的图案。
此处，“环形的等离子体”并不限定于在腔室10的径向内侧（中心部）不出现等离子体而仅在径向外侧出现等离子体的严格的环状的等离子体，而是指腔室10的径向外侧的等离子体的体积或密度比径向内侧大。另外，按照处理气体所使用的气体的种类或腔室10内的压力的值等条件的不同，也存在不形成此处所说的“环形的等离子体”的情况。
在该电感耦合型等离子体蚀刻装置中，为提高半导体晶片W上的等离子体处理特性（蚀刻率、选择比、蚀刻形状等）即蚀刻特性的方位角方向的均匀性，对构成RF天线54的各线圈54（n）（n=1、2、3）的结构实施特别的设计。
图2表示该实施方式中的RF天线54的线圈54（n）的基本结构。该线圈54（n）由在线圈周方向上具有切口80的圆环形线圈导体82构成。在该线圈导体82的隔着切口80相对的一对线圈端部82a、82b，以图中的RF-In、RF-Out为连接点或供电点分别连接有来自高频供电部56的一对高频供电线58、60。
该线圈54（n）的主要特征为，将切口80的间隙宽度g构成得极为狭窄（优选10mm以内）。
本发明者利用电磁场模拟对线圈54（n）的间隙宽度g与在腔室10内激发的电流的周方向（方位角方向）上的不均匀性的相关关系进行了验证。即，以线圈54（n）的间隙宽度g为参数，将参数的值选为5mm、10mm、15mm、20mm这四种，计算在腔室10内生成的环形等离子体中深度5mm的位置处半径120mm的圆周上激发的电流的密度（相当于等离子体密度）I，并以最大值（Imax）为1的方式进行归一化，进行绘图，得到图3所示的特性。
在该电磁场模拟中，假定如下模型：将线圈54（n）的内径（半径）和外径（半径）分别设定为110mm和130mm，令电介质窗（石英板）52的厚度为10mm，通过电感耦合在该电介质窗52的正下方隔着厚5mm的离子层生成表皮厚度相当于10mm的环形等离子体。该环形等离子体由圆盘形状的电阻元件模拟，该电阻元件的半径设定为250mm，电阻率设定为100Ωcm，等离子体生成用的高频RFH的频率为13.56MHz。线圈54（n）中RF供电点RF-In、RF-Out的距离间隔d设定为与间隙宽度g相当的值。
在图3中，电流密度I下降的地方（约90度的位置）与切口80的位置对应。如图所示，当切口80的间隙宽度g为15mm时电流密度I从最大值Imax下降约20%，当间隙宽度g为20mm时电流密度I从最大值Imax下降约23%，推断当间隙宽度g比20mm更大时电流密度I的下降更大。另一方面，当切口80的间隙宽度g为5mm、10mm时，电流密度I从最大值Imax下降一致，均停在约15%。
这样，在该电感耦合型等离子体蚀刻装置中，为了利用RF天线54的结构来改善在腔室10内生成的环形等离子体内的等离子体密度的方位角方向的均匀性，只要使构成RF天线54的线圈54（n）的切口80的间隙宽度g为10mm以内即可。
颇有意思的是，与切口80的间隙宽度g有关的上述条件（g≤10mm），对应于在腔室10内通过电感耦合生成的环形等离子体的趋肤深度δ的条件（δ≤10mm）。碰撞类的趋肤深度δc和无碰撞类的趋肤深度δp分别由式（1）、（2）给出。
δc=(2πm/ω)1/2c[(e2ne)/(ε0me)]-1/2…（1）
δp=c[(e2ne)/(ε0me)]-1/2…（2）
此处，πm是电子——中子惯性变换碰撞频率，ω是等离子体生成用高频的角频率，c是光速，e是电子电量，ne是电子密度，ε0是自由空间的介电常数，me是电子质量。
在该实施例的线圈54（n）中，不只是切口80的间隙宽度g，RF供电点RF-In、RF-Out的距离间隔d也是重要的因素。即，如图4所示，存在切口80的间隙宽度g很窄，但RF供电点间隔d较大的情况。
作为上述电磁场模拟的一环，本发明者选择[g=5mm，d=5mm]、[g=20mm，d=20mm]、[g=5mm，d=20mm]这三种参数，在其它条件与上述情况相同的条件下通过计算求取在环形等离子体内激发的电流密度I的方位角方向分布，并加以绘图，得到图5所示的结果。即，[g=5mm，d=20mm]的情况与[g=20mm，d=20mm]的情况几乎相同，对应于切口80的位置上的电流密度I的下降为约23%。
这样，为了利用RF天线54的结构来改善在腔室10内生成的环形等离子体内的等离子体密度的方位角方向的均匀性，不仅需要使线圈54（n）的切口80的间隙宽度g较窄（10mm以内），还需要使RF供电点RF-In、RF-Out的距离间隔d也窄到相同程度（10mm以内）。
图6表示线圈54（n）的更为合适的实施例。该实施例的特征为，线圈54（n）的切口80按照相对线圈周方向以规定的角度∮（例如∮=60°）倾斜延伸的方式形成。这种情况下，RF供电点RF-In、RF-Out优选为设定为在线圈周方向上相互重合的位置关系，即，圆形线圈54（n）的中心O与RF供电点RF-In、RF-Out三者在线圈半径方向排列在同一直线上。
若线圈54（n）的环形状还包含圆形以外（例如矩形）的情况，则当切口80相对线圈周方向倾斜地形成时，优选一个线圈端部82a上连接有一个高频供电线58的位置（RF供电点）RF-In与另一个线圈端部82b上连接有另一个高频供电线60的位置（RF供电点）RF-Out之间不存在线圈周方向上的间隙，最优选的是，两RF供电点RF-In、RF-Out处于在周方向上重合的位置关系。
作为上述电磁场模拟的一环，本发明者选择[g=5mm，∮=90°]、[g=5mm，∮=60°]这两种参数，在其它条件与上述情况相同的条件下通过计算求取在环形等离子体内激发的电流密度I的方位角方向分布，并加以绘图，得到图7所示的结果。
此处，[g=5mm，∮=60°]的条件相当于上述图6的实施例，[g=5mm，∮=90°]的条件相当于图2的实施例。即，图2所示的实施例中，线圈54（n）的切口80按照相对线圈周方向垂直地笔直延伸的方式形成，定义为∮=90°。
如图7所示，在线圈54（n）的切口80相对线圈周方向倾斜地形成的图6的实施例中，在与切口80的位置对应的地方，电流密度I非但没有下降反而增大，方位角方向上的电流密度I的偏差整体上非常小，改善至约4%。
在图6的实施例中，在与切口80的位置对应的地方，电流密度I比其它位置增大的原因是：由于两RF供电点RF-In、RF-Out设定为在线圈周方向上相互越过5mm的位置关系，因此在该区间上，刚从RF供电点RF-In进入的线圈电流与正要从RF供电点RF-Out流出的电流以相同的方向重合。因此，当两RF供电点RF-In、RF-Out设置在线圈周方向上相互重合的位置时，推测方位角方向上的电流密度I的偏差（不均匀性）会进一步减小。
图8A所示的其它实施例的特征为，线圈54（n）的切口80相对线圈周方向从线圈导体82的内周面向着外周面、并从线圈导体82的上表面向着下表面倾斜地延伸。根据该结构，从等离子体侧更加难以看到切口80的位置，线圈54（n）的线圈导体82在周方向上的的伪连续性进一步提高。
另外，线圈54（n）的线圈导体82的截面形状为任意的形状，可以例如图8B所示，为三角、四角或圆中的任一种。
图9表示对因线圈54（n）的切口造成的特异点的存在加以有效解除或抑制的其它实施例。该实施例中的线圈54（n）具有：相互接近地平行延伸，在线圈周方向的相同位置存在切口84的外侧和内侧的线圈导体86、88；将这些线圈导体86、88的与切口84邻接的各自的一侧（图的左侧）的线圈端部共同连接的第一连接导体90L；将这些线圈导体86、88的与切口84邻接的各自的另一侧（图的右侧）的线圈端部共同连接的第二连接导体90R；从第一连接导体90L起在切口84的间隙内延伸，与来自高频供电部56（图1）的一个高频供电线58（图1）连接的第三连接导体92L；从第一连接导体90L起在切口84的间隙内延伸，与来自高频供电部56（图1）的一个高频供电线58（图1）连接的第三连接导体92L；和从第二连接导体88起在切口84的间隙内延伸，与来自高频供电部56（图1）的另一个高频供电线60连接的第四连接导体92R。
例如，内侧的线圈导体88的内半径为108mm，外半径为113mm。外侧的线圈导体86的内半径为118mm，外半径为123mm。两线圈导体86、88在径向上隔开10mm的间隔，同心状配置。
此处优选的是，第三连接导体92L上连接有高频供电线58的RF供电点RF-In和第四连接导体92R上连接有高频供电线60的RF供电点RF-Out处于在周方向上重合的位置关系，即圆形线圈54（n）的中心O和RF供电点RF-In、RF-Out这三者在线圈半径方向上排列在同一直线N上。
作为上述电磁场模拟的一环，对于图9的实施例，本发明者在与上述情况相同的条件下通过计算求出在环形等离子体内激发的电流密度I的方位角方向分布，并加以绘图，得到图10所示的结果。如图所示，方位角方向上的电流密度I的偏差非常小，改善至不足2%。
作为该实施例的一变形例，如图11所示，能够将一个RF供电点RF-In与另一个RF供电点RF-Out设定为在线圈同方向上相互越过的位置关系。不过，这种情况下，因为刚从RF供电点RF-In进入的线圈电流与正要从RF供电点RF-Out流出的电流以相同的方向重合，所以与切口84对应的位置上，电流密度I存在比其它位置稍大的倾向。
作为该实施例的另一变形例，如图12所示，能够将一个RF供电点RF-In与另一个RF供电点RF-Out设定为在线圈同方向上隔着间隙分离的位置关系。不过，这种情况下，与切口84对应的位置上，电流密度I存在比其它位置稍为下降的倾向。
图13和图14表示在线圈54（n）内沿周方向等间隔地设置多个（图示例中为两个）切口80…的实施例。这种情况下，一个切口80是用于与高频供电线58、60连接的原本的切口，而余下的切口80’全是伪切口。在各伪切口80’，设置有跨越隔着该切口80’相对的一对线圈端部间的架桥型的连接导体92。
一般而言，在电感耦合型的情况下按照下述方式设计，即，在RF天线（线圈）的正下方生成径向不均匀（环形）的等离子体，其发生扩散从而在基座上或半导体晶片的正上方获得均匀的等离子体。在周方向（方位角方向）上，扩散的环形等离子体内的不均匀性也在半导体晶片的正上方被平滑化，但由于与径向相比平滑化所需要的距离较长（相当于圆周），所以存在难以平滑化的倾向。
关于这一点，像该实施例这样，若在线圈54（n）内沿周方向等间隔地设置多个不连续点（切口），则周方向上等离子体密度的平滑化所需要的扩散距离变短。例如，若不连续点（切口）有N（N为2以上的自然数）个，则扩散所需要的距离成为圆周的1/N，平滑化变得容易。
另外，如图14所示，线圈54（n）的线圈导体82也可以为纵型导体，切口80、80’也能够在纵方向延伸。
图15所示的实施例的特征是，具有从线圈54（n）的线圈导体82的隔着切口80相对的一对线圈端部82a、82b起相对线圈周方向以一定角度（优选45°～70°）倾斜并平行地向上方（远离电介质窗52的方向）延伸的一对连接导体94、96，一个连接导体94的前端部与一个高频供电线58连接，另一个连接导体96的前端部与一个高频供电线60连接。另外，切口80的间隙宽度优选10mm以下的尺寸。
图16A和图16B表示以螺旋型线圈构成RF天线54的情况的一实施例。另外，图16A和图16B表示改变角度（方位）观察同一结构的RF天线54的立体图。
在该实施例中，RF天线54包括：在平面（例如电介质窗52）上相位相互错开180度的螺旋状延伸的第一和第二主线圈导体100、102；和从这些第一和第二主线圈导体100、102的各自的周边侧的线圈端部100e、102e起，一边相互错开180度的相位相对该平面以一定的倾斜角β（例如β=1.5°～2.5°）上升一边螺旋状（图示的例子中为半旋转的螺旋）延伸的第一和第二辅助线圈导体104、106。第一和第二主线圈导体100、102各自的中心侧的线圈端部共同连接有来自高频供电部56（图1）的一个高频供电线58。另外，第一和第二辅助线圈导体104、106各自的上端侧的线圈端部104u、106u共同连接有来自高频供电部56（图1）的另一个高频供电线60（图1）。
一般来说，螺旋型线圈中采用下述结构，即，两高频供电点RF-In、RF-Out的位置位于线圈的中心部和外周端部，分离得较远，从等离子体侧看来线圈端部102e、104e突然终结。因此，在该实施例中，像上述那样通过使逐渐从等离子体侧远离的螺旋状延伸的辅助线圈导体104、106与线圈端部102e、104e连接，从而提高线圈外周部附近的等离子体密度分布的均匀性。
对于图16A（图16B）的实施例，本发明者实施与上述情况相同的电磁场模拟，对在半径r=8mm、120mm、170mm、230mm的圆周上激发的电流的密度（相当于等离子体密度）I进行计算，并加以绘图，得到如图17A和图17B所示的结果。另外，该电磁场模拟中，RF天线54的外径（半径）设定为230mm。
另外，作为比较例，如图18所示，对不在主线圈导体100、102的端部100e、102e连接辅助线圈导体104、106，而是直接设置另一个高频供电点RF-Out的结构，也实施同样的电磁场模拟，对半径r=8mm、120mm、170mm、230mm的圆周上激发的电流的密度（相当于等离子体密度）I进行计算，并加以绘图，得到图19A和图19B所示的结果。
虽然对于r=8mm、120mm、170mm处的偏向（偏差）来说，实施例与比较例之间没有差异（图16A、图19A），但在线圈外周部的r=230mm处的偏向（偏差）却显著不同，与比较例的100%相比，实施例中减少到37%（图16B、图19B）。
另外，在图16A（图16B）的实施例中，RF天线54由一对螺旋型主线圈导体100、102和一对螺旋型辅助线圈导体104、106构成。不过，也能够利用单个的螺旋型主线圈导体100和单个的螺旋型辅助线圈导体104构成RF天线54。
图20所示的实施例是关于线圈54（n）的结构的第一和第二实施例（图2～图8A）的发展型，具有在四方（a）、（b）、（c）、（d）的任一个方向上切口80的间隙都只在中心部的一处110a、110b、110c、110d直接通过的结构。根据该结构，从等离子体侧基本看不到切口80的地方，将周方向上的线圈54（n）的线圈导体82的伪连续性提高至极限。
上述实施方式中的电感耦合型等离子体蚀刻装置的结构只是一例，等离子体生成机构的各部分的结构当然可以有各种变形，与等离子体生成无直接关系的各部分的结构也可以有各种变形。
例如，作为RF天线的基本方式，也可以为平面型之外的类型例如穹顶型等。另外，在以一周内半径一定的同心圆形线圈构成RF天线的情况下，也能够采用在腔室的顶部以外的地方设置RF天线的类型，例如能够采用设置在腔室的侧壁之外的螺旋型。
在以线圈径长不同的多个单绕线圈54（1）、54（2）、54（3）构成RF天线54的情况下，也能够采用对各单绕线圈54（n）连接单独的高频供电部56（n）的结构。另外，也能够代替各单绕线圈54（n）使用复绕线圈。也能够与矩形的被处理基板对应地使用矩形的腔室结构、矩形的RF天线结构。
在处理气体供给部中能够采用从顶部向腔室10内导入处理气体的结构，也能够采用不对基座12施加直流偏置控制用的高频RFL的方式。
另外，本发明的电感耦合型的等离子体处理装置或等离子体处理方法，并不限定于等离子体蚀刻的技术领域，也能够适用于等离子体CVD、等离子体氧化、等离子体氮化、溅射等其它的等离子体处理中。另外，本发明的被处理基板并不限定于半导体晶片，也能够使用平板显示器用的各种基板、光掩膜、CD基板、印刷基板等。

Claims (5)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
在顶部具有电介质窗的能够进行真空排气的处理容器；
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所希望的处理气体的处理气体供给部，用于对所述基板实施所希望的等离子体处理；
设置在所述电介质窗之上的RF天线，用于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；和
向所述RF天线供给频率适合于所述处理气体的高频放电的高频电力的高频供电部，其中
所述RF天线具有：
在一定的平面上以螺旋状延伸的主线圈导体；和
从所述主线圈导体的周边侧的线圈端部起相对于所述平面以一定的倾斜角上升并以螺旋状延伸的辅助线圈导体，
所述主线圈导体的中心侧的线圈端部与来自所述高频供电部的一对高频供电线连接，
所述辅助线圈导体的上端侧的线圈端部与来自所述高频供电部的另一高频供电线连接。
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RF天线具有：
在所述平面上相互错开180度的相位，并以螺旋状延伸的第一主线圈导体和第二主线圈导体；和
从所述第一主线圈导体和第二主线圈导体的各自的周边侧的线圈端部起，以相互错开180度的相位的方式相对于所述平面以所述一定的倾斜角上升并以螺旋状延伸的第一辅助线圈导体和第二辅助线圈导体，其中
所述第一主线圈导体和第二主线圈导体各自的中心侧的线圈端部共同与来自所述高频供电部的一条高频供电线连接，
所述第一辅助线圈导体和第二辅助线圈导体各自的上端侧的线圈端部共同与来自所述高频供电部的另一条高频供电线连接。
3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
至少一条所述高频供电线连接有电容器。
4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在至少一条所述高频供电线与电接地的接地部件之间连接有电容器。
5.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述线圈导体的半径在周方向的一周内是一定的。
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