CN104994676B - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电感耦合型等离子体处理装置，其完美地抑制RF天线内的波长效应，并且能够自如且精细地控制等离子体密度分布。在腔室(10)的顶部或电介质窗(52)上设有用于在腔室(10)内生成电感耦合等离子体的环状的RF天线(54)。该RF天线(54)由在空间上分别形成为半圆的圆弧状且相对于高频供电部(62)电并联连接的两个线圈段(84(1)、84(2))构成。另外，在电介质窗(52)上也设有与RF天线(54)通过电磁感应能够耦合的带有可变电容器(58)的环状浮置线圈(60)。可变电容器(58)在主控制部(80)的控制下，通过容量可变部(82)，在一定范围内可任意地变化。

Description

等离子体处理装置
本案是申请日为2012年3月30日，申请号为201210091871.X，发明名称为“等离子体处理装置”的申请的分案申请
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等离子体处理装置。
背景技术
在半导体器件、FPD(Flat Panel Display(平板显示器))的制造工艺的蚀刻、堆积、氧化、溅射等处理中，为了与处理气体在较低的温度下进行良好的反应，普遍利用等离子体。一直以来，这种等离子体处理大多使用MHz区域的高频放电而实现的等离子体。对于利用高频放电实现的等离子体，作为更具体的(装置的)等离子体生成法，电容耦合型等离子体和电感(感应)耦合型等离子体有较大区别。
通常，电感耦合型等离子体处理装置由电介质窗构成处理容器的壁部的至少一部分(例如顶部(天井部))，向设置于其电介质窗外的线圈状的RF天线供给高频电力。处理容器作为能够减压的真空腔室而构成，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)，向设定于电介质窗和基板之间的处理空间导入处理气体。通过在RF天线内流动的RF电流，在RF天线的周围产生如磁力线贯通电介质窗而穿过腔室内的处理空间那样的RF磁场，通过该RF磁场的时间变化，在处理空间内且在方位角方向上产生感应电场。而且，通过该感应电场，沿方位角方向加速的电子与处理气体的分子、原子发生电离碰撞，从而环状地生成等离子体。
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地四处(特别是沿半径方向)扩散，在基板上，等离子体的密度相当均匀。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普通的等离子体工艺中不充分。在电感耦合型等离子体处理装置中，使基板上的等离子体密度的均匀性提高的课题也左右等离子体工艺的均匀性、再现性进而制造利用率，因此成为最重要的课题之一。以前也提出有几个与此相关的技术。
其中，公知有使用单一的RF天线，且在该RF天线附近配置被动天线的技术方法(专利文献1)。该被动天线作为不从高频电源接收高频电力的供给的独立的线圈而构成，以相对于RF天线(感应性天线)产生的磁场而言，使被动天线的环内的磁场强度减小，并且使被动天线的环外附近的磁场强度增大的方式动作。由此，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会变更。
另外，公知有如下方式，即，为了提高径向的等离子体密度分布的均匀性，将RF天线在径向上分割为多个圆环状线圈，将这些圆环状线圈电并联地连接(电气上并联连接)(例如，专利文献2)。
专利文献1：日本特表2005－534150
专利文献2：美国专利第6164241号
上述专利文献1指出，通过被动天线的存在，会给RF天线(感应性天线)产生的磁场带来影响，由此，能够使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变更，但被动天线的作用相关的研究、验证不充分，不能利用被动天线来提升用于对等离子体密度分布进行自如且高精度地控制的具体装置构成的形象。
目前的等离子体工艺随着基板的大面积化和器件的微细化，需要更低压且高密度且大口径的等离子体，基板上的工艺的均匀性变成比以往任何时候都困难的课题。在这一点上，电感耦合型等离子体处理装置在接近RF天线的电介质窗的内侧环状地生成等离子体，使该环状的等离子体向基板四处扩散，但等离子体扩散的方式会因腔室内的压力而变化，基板上的等离子体密度分布易变。另外，环状等离子体内的等离子体密度分布也往往随着供给到RF天线的高频功率以及导入腔室内的处理气体的流量等而变化。因此，即使以工艺方案来变更工艺条件，如果不能以保持基板上的等离子体工艺的均匀性的方式对RF天线(感应性天线)产生的磁场加以修正，则也不能适应目前的等离子体处理装置所要求的多样且高度的工艺性能。
另外，在如上所述的现有RF天线分割方式中，从高频供电部供给到RF天线的RF电流相对多地流到RF天线内且在线圈直径小(即阻抗小)的内侧的线圈，只有相对少的一部分流到线圈直径大(即阻抗大)的外侧的线圈，在腔室内生成的等离子体的密度易在径方向的中心部高且在周边部低。因此，对RF天线内的各线圈附加(连接)阻抗调节用的电容器，来调节分配给各线圈的RF电流的分割比。
在这种情况下，当在高频供电部的回流线或接地线侧即RF天线的终端侧设置阻抗调节用的电容器时，能够对线圈的电位比接地电位高而引起的电介质窗通过来自等离子体的离子侵袭而损坏劣化的现象(溅射效应)进行抑制。但是，通过RF天线的线圈经由电容器被制成终端，短路共振线的长度等效地缩短，在线圈直径(线圈长)大的外侧线圈上且在RF输入端附近易形成电流的具有波节部的驻波(易产生所谓的波长效应)。当发生这种波长效应时，在环绕方向及径方向中的任一方向上，都难以得到等离子体密度分布的均匀性。
发明内容
本发明是鉴于如上所述的现有技术而开发的，其目的在于，提供一种电感耦合型等离子体处理装置，其能够完美地抑制RF天线内的波长效应，且利用设置为电浮置状态的线圈，自如且精细地控制等离子体密度分布。
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；基板保持部，其在所述处理容器内保持被处理基板；处理气体供给部，其向所述处理容器内供给所希望的处理气体，以对所述基板实施所希望的等离子体处理；RF天线，其具有在空间上在所述电介质窗外沿着规定形状和规定尺寸的环串联地配置且电并联地连接的多个线圈段，以在所述处理容器内通过电感耦合而生成处理气体的等离子体；高频供电部，其将适合所述处理气体的高频放电的频率的高频电力供给到所述RF天线；浮置线圈，其被设置为电浮置状态，被配置在与所述RF天线通过电磁感应能够耦合的位置且被配置于所述处理容器外；和电容器，其被设置于所述浮置线圈的环内。
在上述第一观点的等离子体处理装置中，当从高频供电部向RF天线供给高频电力时，通过在RF天线内流动的高频电流，在天线导体的周围产生RF磁场，且在处理容器内生成供处理气体的高频放电的感应电场。在此，RF天线由电并联地连接的多个线圈段构成，因此RF天线内的波长效应及电压下降依赖于线圈段的长度。因此，只要选定各线圈内的分割数或线圈段的长度即可，使得能够不在各个线圈段内发生波长效应，而且，电压下降不太大。关于RF天线内的磁动势，通过使构成各线圈的线圈段的自感大约相等，在线圈环绕方向上流动一致或均匀的高频电流，因此在环绕方向上，能够得到常均匀的等离子体密度分布。
另一方面，通过RF天线的各线圈段和浮置线圈之间的电磁感应，在浮置线圈内产生感应电动势而流动感应电流。在该浮置线圈内流动的感应电流也在处理容器内的等离子体生成空间内形成感应电场，消极(负)地或积极(正)地参与处理气体的高频放电或电感耦合等离子体的生成。
浮置线圈对在处理容器内通过电感耦合而生成的核心(core、磁心)等离子体(环状等离子体)的密度分布赋予的作用不仅依赖于RF天线和浮置线圈的相对位置关系，而且还因流到浮置线圈内的电流的大小及方向而较大地变化。
在浮置线圈内流动的电流的电流值及相位(方向)依赖于在浮置线圈的环内产生的感应电动势和环内的阻抗。在该等离子体处理装置中，通过设置于浮置线圈的环内的电容器的静电电容，来调节环内的阻抗特别是电抗，且控制环内的电流的大小及方向。
通过具备这种带有电容器的浮置线圈，能够在径方向上对环状等离子体内的等离子体密度分布进行任意或多样地控制。由此，能够在基板保持部上的基板附近，对等离子体密度分布进行任意且精细地控制，等离子体工艺的均匀性的提高也能够容易实现。
另外，本发明第二观点的等离子体处理装置包括：具有电介质窗的处理容器；基板保持部，其在所述处理容器内保持被处理基板；处理气体供给部，其向所述处理容器内供给所希望的处理气体，以对所述基板实施所希望的等离子体处理；内侧和外侧天线线圈，其在所述电介质窗外沿径方向隔开间隔地分别配置于内侧和外侧，以在所述处理容器内通过电感耦合而生成处理气体的等离子体；高频供电部，其将适合所述处理气体的高频放电的频率的高频电力供给到内侧和外侧天线线圈；浮置线圈，其被设置为电浮置状态，被配置在与内侧和外侧天线线圈中的至少一方通过电磁感应能够耦合的位置且被配置于所述处理容器外；和电容器，其被设置于所述浮置线圈的环内，其中，所述内侧天线线圈具有单一或串联连接的内侧线圈段，所述外侧天线线圈在环绕方向上被分割，而具有电并联连接的多个外侧线圈段。
在上述第二观点的等离子体处理装置中，当从高频供电部向RF天线供给高频电力时，通过分流而分别流动到RF天线的内侧天线线圈及外侧天线线圈的高频电流，在各自的线圈导体周围产生RF磁场，且在处理容器内生成供处理气体的高频放电的感应电场。在此，RF天线的各天线线圈由电并联连接的一或多个线圈段构成，因此RF天线内的波长效应及电压下降依赖于线圈段的长度。因此，只要选定各线圈内的分割数或线圈段的长度即可，使得其能够不在各个线圈段内发生波长效应，而且，电压下降不太大。关于RF天线内的磁动势，通过使构成各线圈的线圈段的自感大约相等，在线圈环绕方向上流动一致或均匀的高频电流，因此在环绕方向上，能够得到常均匀的等离子体密度分布。
另一方面，通过RF天线的各线圈段和浮置线圈之间的电磁感应，在浮置线圈内产生感应电动势而流动感应电流。在该浮置线圈内流动的感应电流也在处理容器内的等离子体生成空间内形成感应电场，消极(负)地或积极(正)地参与处理气体的高频放电或电感耦合等离子体的生成。
浮置线圈对在处理容器内通过电感耦合而生成的核心(core、磁心)等离子体(环状等离子体)的密度分布赋予的作用不仅依赖于RF天线和浮置线圈的相对位置关系，而且还因流到浮置线圈内的电流的大小及方向而较大地变化。
在浮置线圈内流动的电流的电流值及相位(方向)依赖于在浮置线圈的环内产生的感应电动势和环内的阻抗。在该等离子体处理装置中，通过设置于浮置线圈的环内的电容器的静电电容，来调节环内的阻抗特别是电抗，且控制环内的电流的大小及方向。
通过具备这种带有电容器的浮置线圈，能够在径方向上对环状等离子体内的等离子体密度分布进行任意或多样地控制。由此，能够在基板保持部上的基板附近，对等离子体密度分布进行任意且精细地控制，等离子体工艺的均匀性的提高也能够容易实现。
发明效果
根据本发明的等离子体处理装置，通过如上所述的构成和作用，在电感耦合型等离子体处理装置中，能够完美地抑制RF天线内的波长效应，且能够利用设置为电浮置状态的线圈，对等离子体密度分布进行自如且精细地控制。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的电感耦合型等离子体处理装置的构成的纵剖面图；
图2是表示图1的等离子体处理装置的RF天线及浮置线圈(floating coil)的配置构成(布局)及电气接线构成的立体图；
图3是表示图1的等离子体处理装置的RF天线及浮置线圈的配置构成(布局)及电气接线构成的大致平面图；
图4是表示用于对使浮置线圈内的可变电容器的静电电容可变时的作用进行说明的模型(基本构成)图；
图5是表示在使浮置线圈内的可变电容器的静电电容可变时天线电流和感应电流之比进行变化的特性图；
图6是表示图4的模型的一个变形例的图；
图7是表示在图4或图6的模型中互感和角频率的乘积依赖于浮置线圈的半径的特性图；
图8是表示本发明第二实施方式的电感耦合型等离子体处理装置的构成的纵剖面图；
图9是表示图8的等离子体处理装置的RF天线及浮置线圈的配置构成(布局)及电气接线构成的立体图；
图10是表示图8的等离子体处理装置的RF天线及浮置线圈的配置构成(布局)及电气接线构成的大致平面图；
图11是表示一个实施例的浮置线圈的构成的立体图；
图12A是表示一个实施例的浮置线圈的构成的立体图；
图12B是表示图12A的浮置线圈的缝隙的构成的平面图；
图12C是表示图12B的缝隙构造的一个变形例的局部放大平面图；
图13A是表示一个实施例的浮置线圈的构成的图；
图13B是表示浮置线圈的线圈导体的截面形状的剖面图；
图14是表示一个实施例的浮置线圈的构成的立体图；
图15是表示图14的浮置线圈的一个变形例的立体图；
图16是表示在浮置线圈上一体地制作可变电容器的一个实施例的局部剖面正面图；
图17是表示与电容器串联连接及/或并联连接地设置开关的构成的等效电路图；
图18是用于对图16的实施例的作用进行说明的主要部分的剖面图；
图19是表示RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
图20是表示RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
图21是表示RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
图22是表示RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
图23是表示RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
图24是表示RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
图25是表示RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
图26是表示RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
图27是表示RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
图28是表示RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
图29是表示RF天线及浮置线圈的布局相关的另一个实施例的图；
图30是表示三个系统的天线线圈相关的一个实施例的图；
图31是表示三个系统的天线线圈相关的另一个实施例的图；
图32是表示三个系统的天线线圈相关的一个实施例的图；
图33是表示三个系统的天线线圈相关的另一个实施例的图；
图34是表示三个系统的天线线圈相关的另一个实施例的图；
图35是表示在浮置线圈的环(loop)内设置固定电容器的一个实施例的图；
图36是表示在浮置线圈的环内设置固定电容器的另一个实施例的图；
图37是表示在浮置线圈的环内设置固定电容器的另一个实施例的图；
图38是表示在浮置线圈的环内设置固定电容器的另一个实施例的图；
图39是表示在浮置线圈的环内设置固定电容器的另一个实施例的图；
图40是表示在浮置线圈的环内设置固定电容器的另一个实施例的图；
图41是表示在浮置线圈的环内设置固定电容器的另一个实施例的图；
图42是表示在浮置线圈的环内设置固定电容器的另一个实施例的图；
图43是表示不在RF天线上设置阻抗调节部的实施例的图；
图44是表示不在RF天线上设置阻抗调节部的另一个实施例的图；
图45是表示不在RF天线上设置阻抗调节部的另一个实施例的图；
图46是表示不在RF天线上设置阻抗调节部的另一个实施例的图；
图47是表示在RF天线和高频供电部的匹配器之间设置有变压器的构成例的图。
符号说明
10 腔室
12 基座
26 排气装置
52 电介质窗
54 RF天线
54i、55i 内侧天线线圈
54o、55o 外侧天线线圈
55m 中间天线线圈
58、58i、58m、58o 可变电容器
62 高频供电部
64 (等离子体生成用)高频电源
76 处理气体供给源
80 主控制部
82 容量可变部
96、134 阻抗可变部(可变电容器)
150、150i、150o 固定电容器
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的最佳实施方式进行说明。
[实施方式1]
图1表示的是本发明第一实施方式的电感耦合型等离子体处理装置的构成。图2及图3表示的是该等离子体处理装置的RF天线及浮置线圈(floating coil)的配置构成(布局)及电气接线构成。
该电感耦合型等离子体处理装置作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而构成，例如，具有铝或不锈钢等金属制成的圆筒型真空腔室(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的构成进行说明。
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的圆板状的基座12，所述圆板状基座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，且被支承于从腔室10的底部向垂直上方延伸的绝缘性的筒状支承部14。
在沿绝缘性的筒状支承部14的外周而从腔室10的底部向垂直上方延伸的导电性的筒状支承部16和腔室10的内壁之间，形成有环状排气流路18，在该排气流路18的上部或入口安装有环状挡板20，并且在底部设置有排气口22。为了使腔室10内的气流形成为相对于基座12上的半导体晶片W轴对称地均匀，优选采用沿圆周方向等间隔地设置有多个排气口22的构成。各排气口22经由排气管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希望的真空度。在腔室10的侧壁的外面安装有对半导体晶片W的搬入搬出口27进行开关的门阀28。
在基座12上经由匹配器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能够以可变的功率将适合对导入到半导体晶片W的离子的能量进行控制的规定频率(通常13.56MHz以下)的高频RFL输出。匹配器32收纳有用于在高频电源30侧的阻抗和负荷(主要为基座、等离子体、腔室)侧的阻抗之间取得匹配的电抗可变的匹配电路。其匹配电路中包含自偏压生成用的阻塞电容器(blocking condense r、极间耦合电容器、隔流电容器)。
在基座12的上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地包围半导体晶片W的周围的聚焦环38。静电卡盘36将由导电膜构成的电极36a夹在一对绝缘膜36b、36c之间，在电极36a上经由开关42和被覆线43电连接有高压直流电源40。通过从直流电源40施加的高压直流电压，能够以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的内部设置有例如沿圆周方向延伸的环状的制冷剂室44。从冷却装置(未图示)经由配管46、48向该制冷剂室44循环供给规定温度的制冷剂例如冷却水cw。通过冷却水cw的温度，能够对静电卡盘36上的半导体晶片W的处理中的温度进行控制。与此相关，来自导热气体供给部(未图示)的导热气体例如He气经由气体供给管50供给到静电卡盘36的上面和半导体晶片W的背面之间。另外，为了半导体晶片W的装载/卸载，还可以设置有沿垂直方向将基座12贯通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(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构成进行说明。
腔室10的顶部或顶板从基座12隔开较大的距离间隔而设，作为该顶板，例如气密(气体密封)地安装有由石英板构成的圆形的电介质窗52。在该电介质窗52的上面，与腔室10一体地设置有天线室56，所述天线室56，与外部电磁屏蔽地收纳有用于在腔室10内生成电感耦合等离子体的环状RF天线54。该RF天线54的具体构成及作用后面进行说明。
为了在径方向(径向)上对在腔室10内的处理空间生成的电感耦合等离子体的密度分布进行可变控制，在天线室56内还设置有RF天线54和能够通过电磁感应而耦合的带有可变电容器58的环状的浮置线圈(floating coil)60。可变电容器58在主控制部80的控制下，通过容量可变部82而能够在一定范围内任意地变化。
高频供电部62具有高频电源64、匹配器66、高频供电线68和回流线70。高频供电线68将匹配器66的输出端子和RF天线54的RF入口端电连接。回流线70是接地电位的接地线，将RF天线54的RF出口端和电气地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。
高频电源64能够以可变的功率将适合电感耦合高频放电实现的等离子体生成的规定频率(通常为13.56MHz以上)的高频RFH输出。匹配器66收纳有用于在高频电源64侧的阻抗和负荷(主要为RF天线、等离子体)侧的阻抗之间取得匹配的电抗可变的匹配电路。
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在比电介质窗52稍低的位置具有：设置于腔室10的侧壁中(或外)的环状的总管(manifold、分流器、歧管)或者缓冲部72、沿圆周方向等间隔地从缓冲部72面向等离子体生成空间的多个侧壁气体喷出孔74、从处理气体供给源76延伸到缓冲部72的气体供给管78。处理气体供给源76包含流量控制器和开关阀(未图示)。
主控制部80包含例如微型计算机，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、64、匹配器32、66、静电卡盘用的开关42、处理气体供给源76、容量可变部82、冷却装置(未图示)、导热气体供给部(未图示)等各自的动作以及装置整体的动作(顺序)进行控制。
在该电感耦合型等离子体蚀刻装置中，为了进行蚀刻，首先，使门阀28成为开启状态，将作为加工对象的半导体晶片W搬入到腔室10内，并将其载置在静电卡盘36上。接着，关闭门阀28，之后，从处理气体供给源76经由气体供给管78、缓冲部72和侧壁气体喷出孔74，以规定的流量和流量比将蚀刻气体(通常为混合气体)导入到腔室10内，通过排气装置26，将腔室10内的压力成为设定值。另外，将高频供电部62的高频电源64接通，使等离子体生成用的高频RFH以规定的RF功率输出，并经由匹配器66、RF供电线68和回流线70，向RF天线54供给高频RFH的电流。另一方面，将高频电源30接通，使离子导入控制用的高频RFL以规定的RF功率输出，将该高频RFL经由匹配器32和供电棒34施加于基座12。另外，从导热气体供给部向静电卡盘36和半导体晶片W之间的接触界面供给导热气体(He气体)，并且将开关42接通，通过静电卡盘36的静电吸附力，将导热气体封闭于上述接触界面。
在腔室10内，从侧壁气体喷出孔74喷出的蚀刻气体向电介质窗52的下面的处理空间扩散。由在RF天线54的后述的各线圈段(coil segment)内流动的高频RFH的电流以及在浮置线圈60内流动的感应电流产生的磁力线(磁通)将电介质窗52贯通，并横穿腔室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，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碰撞，生成环状的等离子体。
该环状(doughnut、圆圈状)等离子体的自由基和离子在宽敞的处理空间内四处扩散，自由基各向同性地倾注，离子被直流偏压牵引而供给到半导体晶片W的上面(被处理面)。这样，在半导体晶片W的被处理面上，等离子体的活性物种带来化学反应和物理反应，被加工膜被蚀刻成所希望的图案。
在此，对于“环状的等离子体”的意思，与其严格地讲，其并不局限于等离子体不占据腔室10的径方向内侧(中心部)而仅占据径方向外侧那样的环状的等离子体，倒不如说是腔室10的径方向外侧的等离子体的体积或密度比径方向内侧大。另外，有时也因处理气体使用的气体的种类以及腔室10内的压力值等条件，不会成为在此所说的“环状的等离子体”。
该电感耦合型等离子体蚀刻装置将RF天线54制成如下所述的特殊空间的布局及电连接构成，并且主控制部80能够根据工艺方案设定的规定的工艺参数(例如，压力、RF功率、气体流量等)，通过容量可变部(电容可变部)82来改变设置于浮置线圈60的环内的可变电容器58的静电电容，以在径方向上对基座12附近的等离子体密度分布任意地控制。
[RF天线及浮置线圈的基本构成及作用]
图2和图3表示的是该等离子体处理装置的RF天线及浮置线圈的配置构成(布局)及电气接线构成。
RF天线54优选由在环绕方向上分割的多个(例如两个)线圈段(coil segment、线圈部分)84(1)、84(2)构成。这两个线圈段84(1)、84(2)在空间上分别形成为半圆的圆弧状，以填埋环绕方向的一周或其大部分的方式串联地配置。更详细而言，在RF天线54的一周的环内，第一线圈段84(1)的RF入口端84(1)(RF－In)和第二线圈段84(2)的RF出口端84(2)(RF－out)在环绕方向上隔着间隙G84相对向或邻接，第一线圈段84(1)的RF出口端84(1)(RF－out)和第二线圈段84(2)的RF入口端84(2)(RF－In)在环绕方向上经由另一间隙G84相对向或邻接。
而且，这两个线圈段84(1)、84(2)的各自的一端即RF入口端84(1)(RF－In)、84(2)(RF－In)经由向上方延伸的连接导体86(1)、86(2)和高频入口侧的节点NA与来自高频供电部62的RF供电线68电连接，各自的另一端即RF出口端84(1)(RF－out)、84(2)(RF－out)经由向上方延伸的连接导体88(1)、88(2)和高频出口侧的节点NB与接地线70电连接。在天线室56内，如上所述，RF天线54的向上方延伸的连接导体86(1)、86(2)、88(1)、88(2)从电介质窗52隔开充分大的距离(在相当高的位置)而形成有横方向的分支线或过渡线，减少对各线圈段84(1)、84(2)的电磁影响。
这样，在来自高频供电部62的RF供电线68和向接地电位部件的接地线70之间，或者在节点NA和节点NB之间，构成RF天线54两个线圈段84(1)、84(2)彼此相互电并联地连接(电气上并联连接)。而且，以分别在这两个线圈段84(1)、84(2)内流动的高频的天线电流的方向在环绕方向上相同的方式在节点NA和节点NB之间将RF天线54内的各部连接。
在该实施方式中，作为优选的一个方式，构成RF天线54的两个线圈段84(1)、84(2)具有大约相等的自感。通常，这两个线圈段84(1)、84(2)通过将线材、线径及线长制成相同，来满足自感同一性或近似性的必要条件。
浮置线圈60设置为电浮置状态，且配置于RF天线54的内侧。在此，本发明的电浮置状态是指电浮离或分离地远离电源及接地(接地电位)中的任一个的状态，是指全然或几乎不与周围的导体进行电荷或电流的交换，而是全部通过电磁感应而能够在该物体内流动电流的状态。
另外，对于浮置线圈60，作为基本构造，由两端夹着缝隙或间隙G60而敞开的单匝线圈(或多匝线圈)构成，在其缝隙G60设置有可变电容器58。浮置线圈60的线圈导体的材质优选为导电率高的金属，例如，实施了镀银的铜。
如后所述，可变电容器58既可以是例如可变电容器或变容二极管那样的市售的通用型式，或者，也可以是与浮置线圈60一体地制作的特别定购品或绝品制作品。容量可变部82典型地由机械驱动机构或电驱动电路对可变电容器58的静电电容进行可变控制。
在该实施方式中，RF天线54和浮置线圈60这两者优选具有彼此相似的环形状(图示的例为圆环形状)、均载置在电介质窗52上、彼此同轴地配置。
另外，在本发明中，“同轴”是指在具有轴对称形状的多个物体间，各自的中心轴线处于相互重合的位置关系，关于多个线圈间，不仅包含各自的线圈面在轴方向上相互偏移的情况，也包含在同一面上一致的情况(同心状的位置关系)。
在该实施方式的电感耦合型等离子体蚀刻装置中，通过从高频供电部62供给的高频的天线电流在RF天线54内的各部流动，并且在浮置线圈60内流动感应电流，根据安培定律，在构成RF天线54的线圈段84(1)、84(2)的周围产生环状分布的高频交流磁场，且在电介质窗52的下面且在较内侧(下方)的区域，形成沿半径方向横切处理空间的磁力线。
在此，处理空间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，与高频电流的大小无关，常为零，在其中间的某个地方极大。由高频交流磁场生成的方位角方向的感应电场的强度分布也在径方向上显示与磁通密度同样的分布。即，在径方向上，环状等离子体内的电子密度分布宏观上与RF天线54(线圈段84(1)、84(2))及浮置线圈60内的电流分布大致对应。
在此，在RF天线54内，如上所述，线圈段84(1)、84(2)具有大约相等的自感(即，大约相等的阻抗)，且电并联地连接。由此，在等离子体激励时，在第一线圈段84(1)的半周环和第二线圈段84(2)的半周环内，常流动相同大小的天线电流IRF，在RF天线54的整体即一周的环内流动均匀的天线电流IRF。另外，在浮置线圈60内，在其一周的环内，常流动相同大小的感应电流IIND。
因此，在腔室10的电介质窗52的下面(内侧)生成的环状等离子体中，在RF天线54(线圈段84(1)、84(2))及浮置线圈60的各自的正下方的位置附近，电流密度(即，等离子体密度)突出地变高(极大)。这样，环状等离子体内的电流密度分布不是在径方向上均匀，而是成为凹凸的曲线。但是，通过等离子体在腔室10内的处理空间内四处扩散，在基座12的附近即基板W上，等离子体的密度相当均匀。
在该实施方式中，在RF天线54(线圈段84(1)、84(2))及浮置线圈60中，由于一致或均匀的天线电流IRF及感应电流IIND在各自的环内流动，因此在环绕方向上，在环状等离子体内，常得在基座12的附近即基板W上，当然也到大致均匀的等离子体密度分布。
另外，在径方向上，通过在主控制部80的控制下，利用容量可变部82对可变电容器58的静电电容进行可变调节，能够对在浮置线圈60内流动的感应电流IIND的方向及电流量进行任意控制。由此，能够对在浮置线圈60的正下方附近生成的等离子体的密度进行任意控制，进而，能够在径方向上对作为环状等离子体在处理空间内四处(特别是径方向)扩散的结果而得到的基座12附近的等离子体密度分布进行任意或多样地控制。关于浮置线圈60的作用，在后面进行详细说明。
在该实施方式中，由于由电并联连接的多个线圈段84(1)、84(2)构成RF天线54，因此RF天线54内的波长效应及电压下降对每个线圈段84(1)、84(2)而言，都依赖于其长度。因此，通过以在各线圈段84(1)、84(2)内不发生波长效应，而且电压下降不太大的方式选定各自的线圈段84(1)、84(2)的长度，能够全部解决RF天线54内的波长效应及电压下降的问题。关于波长效应的防止，优选将各线圈段84(1)、84(2)的长度制成比高频RFH的1/4波长短(更优选充分短)。
这样，该实施方式的RF天线54不仅难以发生波长效应，而且在天线内产生的电位差(电压下降)小，因此通过RF天线54和等离子体的电容耦合，能够减小入射到电介质窗52的各部的离子冲击的不均。由此，也可得到能够降低电介质窗52的一部分出现局部或集中地被削减这种不希望的现象之类的效果。
浮置线圈60对等离子体生成的作用特别是在使可变电容器58的静电电容可变时的作用当对如图4所示的简单模型(基本构成)进行考察时，就会容易理解。在该实施方式中，由多个(两个)线圈段84(1)、84(2)构成的RF天线54关于生成电感耦合等离子体的作用，与如图所示的同一口径的圆环状单匝线圈[54]等效。
在图4的模型中，在从高频电源64向RF天线54供给规定频率f的高频RFH并在RF天线54内流动天线电流IRF时，根据法拉弟定律，通过电磁感应而在浮置线圈60内产生的电动势即感应电动势VIND用下式(1)表示。
式(1)
VIND＝-dΦ/dt＝-iωMIRF····(1)
在此，ω为角频率(ω＝2πf)，M为RF天线54和浮置线圈60之间的互感。另外，在上述的式(1)中，浮置线圈60和等离子体之间的互感相对较小，因此忽略不计。
通过该感应电动势VIND而在浮置线圈60内流动的电流(感应电流)IIND用下式(2)表示。
式(2)
IIND＝VIND/Z60＝-iMωIRF/{R60+i(L60ω-1/C58ω)}···(2)
在此，Z60为浮置线圈60的阻抗，R60为浮置线圈60的电阻(也包含等离子体吸收的功率引起的电阻成分)，L60为浮置线圈60的自感，而且，C58为可变电容器58的静电电容。
在浮置线圈60的通常的材质和构造、以及通常的使用方式中，由于︱R60︱≦︱L60ω－1/C58ω︱，因此感应电流IIND用下面的近似式(3)来表示。
式(3)
该式(3)的意思是在浮置线圈60内流动的感应电流IIND的方向在环绕方向上随着可变电容器58的静电电容C58而变。即，当设在浮置线圈60内发生串联共振时的可变电容器58的静电电容C58的值为CR时，在C58大于CR的情况下，成为L60ω＞1/C58ω，即，浮置线圈60内的电抗(L60ω－1/C58ω)为正值，在浮置线圈60内流动负极性(与天线电流IRF在环绕方向上反向)的感应电流IIND。但是，在C58小于CR的情况下，成为L60ω＜1/C58ω，即，浮置线圈60内的电抗(L60ω－1/C58ω)为负值，在浮置线圈60内流动正极性(与在RF天线54内流动的电流IRF在环绕方向上同向)的感应电流IIND。将该特性表示在图5的曲线(曲线图)图中。
在图5的曲线图中，横轴为可变电容器58的静电电容C58，从20pF连续变化到1000pF。纵轴为感应电流IIND和天线电流IRF之比(IIND/IRF)，表示相对于在RF天线54内流动的天线电流IRF而言几倍的感应电流IIND在浮置线圈60内流动。在电流比(IIND/IRF)为正值时，感应电流IIND在环绕方向上与天线电流IRF同向地流动，相反，在电流比(IIND/IRF)为负值时，感应电流IIND在环绕方向上与天线电流IRF反向地流动。另外，在该曲线图的计算例中，采用f(ω/2π)＝13.56MHz、M＝350nH、L60＝580nH。在这种情况下，根据L60ω＝1/CRω的共振条件，在浮置线圈60内发生串联共振的静电电容C58的值CR为
如图5所示，在可变电容器58的静电电容C58为20pF时，感应电流IIND为接近零的正值。当使C58的值从20pF增大时，感应电流IIND在正向上(与天线电流IRF同向)逐渐增大，不久就超过天线电流IRF，此后就指数函数地增大，在发生串联共振的静电电容值CR之前达到最大。而且，当C58的值超过CR时，正巧感应电流IIND就在负向(与天线电流IRF反向)上成为较大的电流，另外，当C58的值增大时，感应电流IIND在保持负向的状态下，对数函数地减小，最终在绝对值上逐渐接近比天线电流IRF小的值Is，在此，饱和值Is为在上述的例子(M＝350nH、L60＝580nH)中，
在浮置线圈60的作用中，特别重要的一点是，感应电流IIND流动的方向随着可变电容器58的静电电容C58的值而变，由此，给在腔室10内生成的环状等离子体内的等离子体密度分布所带来的影响(作用效果)完全不相同。
即，在感应电流IIND在浮置线圈60内且环绕方向上与天线电流IRF反向地流动时，在其线圈导体的正下方位置附近，可得到局部地降低感应磁场的强度或电感耦合等离子体的密度的作用效果，感应电流IIND的电流值越大，其等离子体密度降低效果的程度越增大。
与此相对，当感应电流IIND在浮置线圈60内且在环绕方向上与天线电流IRF同向地流动时，在其线圈导体的正下方位置附近，可得到局部地增强感应磁场的强度或电感耦合等离子体的密度的作用效果，感应电流IIND的电流值越大，其等离子体密度增强效果的程度越增大。
因此，通过使可变电容器58的静电电容C58可变，在将浮置线圈60固定于规定位置的状态下，能够自如地对在腔室10内生成的环状等离子体内的等离子体密度分布进行控制，进而，能够在径方向上对作为环状等离子体在处理空间四处(特别是径方向)扩散的结果而得到的基座12附近的等离子体密度分布进行任意或多样地控制。
另外，如上所述，通过使天线电流IRF和在环绕方向上同向的感应电流IIND在浮置线圈60内流动，不仅在RF天线54上，而且在浮置线圈60上，作为积极或正向地作用于电感耦合等离子体生成时的效果，也具有使RF功率供给效率提高的一面，即，在使浮置线圈60在增强电感耦合等离子体生成的方向上发挥作用的情况下，能够减轻RF天线54侧的负担，能够降低供给到RF天线54的高频电流IRF的电流量。由此，能够降低在高频供电系统的各部(特别是匹配器66、高频供电线68等)产生的高频RFH的功率损失。
上述的图4的模型在RF天线54的径方向内侧配置有浮置线圈60，但是如图6所示，在将浮置线圈60配置在RF天线54的径方向外侧的构成中，作用也相同。即，如果互感M相同，则无论浮置线圈60在RF天线54的内侧还是在外侧，都在浮置线圈60内流动同向及相同大小的感应电流IIND。
不过，当浮置线圈60远离RF天线54时，互感M就变小，在浮置线圈60内被激励的感应电动势VIND就减弱(降低)。但是，在这种情况下，也能够通过对可变电容器58的静电电容C58进行调节并在浮置线圈60内制作串联共振的状态或接近串联共振的状态，来得到实用上足够大小的感应电流IIND。
但是，在浮置线圈60内发生串联共振状态或接近串联共振的状态时，不适用上述的近似式(3)，而是适用下面的近似式(4)。
式(4)
由该式(4)可知，在浮置线圈60内发生串联共振状态或接近串联共振的状态的情况下，感应电流IIND相对于天线电流IRF具有90°左右的相位差。在这种情况下，当互感M过小时，即，当式(4)的系数(Mω/R60)过小时，不适合实用。因此，需要该系数(Mω/R60)大于1，即，需要满足下面的条件式(5)。
式(5)
Mω＞R60或者2πfM＞R6o····(5)
在此，如上所述，右边的R60为浮置线圈60的电阻，且是其线圈导体的电阻R60C和相当于等离子体侧的功率吸收的电阻R60P之和(R60C+R60P)，但大体上前者(R60C)起支配作用，在设计上，后者(R60P)可忽略不计。
在理论上，RF天线54及浮置线圈60为如图4或图6所示的圆环状单匝线圈，当设两者的半径分别为a、b，且设两者间的距离为d时，互感M用下面的式(6)表示。
(数学式1)
其中，
作为一个例子，在同一平面上同轴地配置有半径50mm的RF天线54和半径r的浮置线圈60的情况下，从上述的式(6)求出的互感M和角频率ω的乘积Mω在如图7所示的特性中，依赖于浮置线圈60的半径r。其中，采用f(ω/2π)＝13.56MHz。
当作为浮置线圈60的电阻R的典型值而估算为R＝1(Ω)时，由图7可知，如果r＜约150mm，即，浮置线圈60的半径r在RF天线54的半径(50mm)的约3倍以内，则Mω＞1，即，满足上述的条件式(5)。
另外，图7的特性假设浮置线圈60在径方向上位于RF天线54的外侧。在浮置线圈60在径方向上位于RF天线54的内侧的情况下，两者的关系相反，如果天线54的半径(50mm)在浮置线圈60的半径r的约3倍以下，则Mω＞1，即，上述的条件式(5)成立。换一种看法就是，如果浮置线圈60的半径r在RF天线54的半径的约1/3倍以上，则Mω＞1，即，满足上述的条件式(5)。
[实施方式2]
接着，基于图8～图10对本发明的第二实施方式进行说明。
图8表示的是该第二实施方式的电感耦合型等离子体蚀刻装置的构成，图9和图10表示的是该第二实施方式的RF天线54以及浮置线圈60的配置构成(布局)和电气接线构成。图中，在具有与上述的第一实施方式的装置(图1)同样的构成或功能的部分，附加同一符号。
在该第二实施方式中，RF天线54具有半径不同的圆环状的内侧天线线圈54i及外侧天线线圈54o。在此，外侧天线线圈54o具有相当于上述的第一实施方式的RF天线54的构成，即，具有空间地沿圆环状的一周环串联地配置且电并联地连接的多个例如两个线圈段84(1)、84(2)，在径方向上，位于靠近腔室10的侧壁。
内侧天线线圈54i由具有比浮置线圈60小的口径的单一的圆形线圈段90构成，与浮置线圈60及外侧天线线圈54o同轴地配置在同一平面上(电介质窗52的上面)。该内侧线圈段90单体地以填埋环绕方向的一周或其大部分的方式环状地延伸，其两端90(RF－In)、90(RF－out)在环绕方向上隔着内侧间隙G90相对向或邻接。内侧线圈段90的一端即RF入口端部90(RF－In)经由向上方延伸的连接导体92及高频入口侧的节点NA而与来自高频供电部62的RF供电线68连接。内侧线圈段90的另一端即RF出口端90(RF－out)经由向上方延伸的连接导体94及高频出口侧的节点Nc而与接地线70连接。而且，在节点NB和节点Nc之间，连接(插入)有作为阻抗调节部的可变电容器96。
作为一个例子，在被处理基板即半导体晶片W的口径为300mm的情况下，内侧天线线圈54i、浮置线圈60及外侧天线线圈54o的口径分别选定为100mm、200mm及300mm。
这样，根据内侧天线线圈54i(线圈段90)、外侧天线线圈54o(线圈段84(1)、84(2))及浮置线圈60这三者具有相互相似的线圈形状，且浮置线圈60与内侧天线线圈54i同轴地配置在外侧天线线圈54o的正中间的构成，如后所述，能够分别独立地进行RF天线54(内侧天线线圈54i/外侧天线线圈54o)的天线内分配电流的平衡的控制和在浮置线圈60内流动的感应电流IIND的方向及大小(电流量)的控制。
进行这种独立控制的主要理由是，当设浮置线圈60和内侧天线线圈54i之间的互感为Mi，且设浮置线圈60和外侧天线线圈54o之间的互感为Mo时，具有Mi＝Mo的关系。
在内侧天线线圈54i及外侧天线线圈54o内分别流动天线内分配电流IRFi、IRFo时，通过叠加的道理，浮置线圈60内产生的感应电动势VIND变成将在内侧天线线圈54i流动内侧的天线内分配电流IRFi时在浮置线圈60内产生的感应电动势和在外侧天线线圈54o内流动外侧的天线内分配电流IRFo时在浮置线圈60内产生的感应电动势加在一起的电动势。在此，如果设为各自的互感Mi、Mo相等，则由上述的式(1)、(2)、(3)可知，在浮置线圈60内产生的感应电动势进而感应电流IIND与天线内分配电流IRFi、IRFo之比(IRFi/IRFo)无关，而是依赖于两者之和(IRFi+IRFo)。
另外，浮置线圈60配置在内侧天线线圈54i和外侧天线线圈54o的中间(优选正中间)，即，接近配置于两天线线圈54i、54o中的任一方，因此能够增大互感Mi、Mo双方。
在该第二实施方式中，为了对在RF天线54内且在内侧和外侧天线线圈54i、54o内分别流动的天线电流IRFi、IRFo的平衡(比)进行任意调节，在节点NA和节点Nc之间设置与内侧天线线圈54i并联地连接且与外侧天线线圈54o串联地连接的可变电容器96，在主控制部80的控制下，通过容量控制部82，能够使可变电容器96的静电电容C96可变。
即，当设内侧天线线圈54i的阻抗为Zi，且设外侧天线线圈54o和可变电容器96的合成阻抗为Zo时，如下式(7)所示，天线内分配电流IRFi、IRFo的平衡(比)由两者的阻抗之比决定，不影响在浮置线圈6内流动的感应电流IIND。
式(7)
IRFi∶IRFo＝(1/Zi)∶(1/Zo)·····(7)
在该实施方式中，从高频供电部62供给到RF天线54的高频电流分开流到内侧天线线圈54i和外侧天线线圈54o。在此，通过使可变电容器96的静电电容C96可变，能够使外侧天线线圈54o及可变电容器96的合成阻抗Zo可变，进而能够调节内侧天线电流IRFi和外侧天线电流IRFo之间的分配比。
更详细而言，在内侧天线线圈54i内流动的内侧天线电流IRFi和在外侧天线线圈54o内流动的外侧天线电流IRFo通常在环绕方向上设定为同向。因此，只要在合成阻抗Zo的虚数成分即合成电抗Xo为正值的区域使可变电容器96的静电电容C96可变即可。在这种情况下，在Xo＞0的区域内，越减小C96的值，合成电抗Xo的值越小，外侧天线电流IRFo的电流量相对较大，相应地，内侧天线电流IRFi的电流量相对较小。相反，在Xo＞0的区域内，越增大C96的值，合成电抗Xo的值越大，外侧天线电流IRFo的电流量相对较小，相应地，内侧天线电流IRFi的电流量相对较大。
这样，在该实施方式的电感耦合型等离子体蚀刻装置中，通过使电容器96的静电电容C96可变，能够对在内侧天线线圈54i(线圈段90)内流动的内侧天线电流IRFi和在外侧天线线圈54o(线圈段84(1)、84(2))内流动的外侧天线电流IRFo的平衡进行任意控制，进而能够对内侧天线线圈54i及外侧天线线圈54o各自的正下方位置附近的电感耦合等离子体密度的平衡进行任意控制。另外，通过不影响两天线电流IRFi、IRFo的平衡地使电容器58的静电电容C58可变，能够对在中间的浮置线圈60内流动的感应电流IIND的电流量进行任意调节，进而能够对浮置线圈60的正下方位置附近的电感耦合等离子体密度的平衡进行任意控制。由此，能够更多样且精细地在径方向上对基座12附近的等离子体密度进行控制，也能够更高精度地将基座12附近的等离子体密度分布在径方向上进行均匀化。
另外，在该实施方式中，与高频供电部62的匹配器66直接连接的仅为内侧天线线圈54i(线圈段90)及外侧天线线圈54o(线圈段84(1)、84(2))，从匹配器66直接看到的负荷电阻仅为这此天线线圈54i(90)、54o(90、84(1)、84(2))的电阻成分。相当于浮置线圈60消耗的功率(也包含等离子体吸收的功率)的电阻成分结果是串联连接地加入天线线圈54i(90)、54o(84(1)、84(2))的电阻成分。这样，通过使用浮置线圈60，RF线圈54的外观上的负荷电阻成分增大，因此能够降低高频供电部62的高频电力的损失，提高等离子体生成效率。
另外，关于浮置线圈60的配置，在上述的实施方式中，将浮置线圈60与RF天线54配置在同一平面上(典型地，电介质窗52上)，以使浮置线圈60的效果(等离子体密度增强作用或等离子体密度降低作用)最大化。但是，有时也希望减弱浮置线圈60的效果。
例如，如图5所示，在浮置线圈60内流动反向的感应电流IIND的情况下，其电流值不为0，浮置线圈60的效果(等离子体密度降低作用)往往会过强。在这种情况下，通过将浮置线圈60配置为从顶板的电介质窗52(即，从等离子体区域)向上方离开例如10mm～20mm程度，能够适度地减弱浮置线圈60过强的效果。由此，在由可变电容器58调节感应电流IIND的电流量来调节等离子体密度分布时，能够恰好将变成平坦曲线那样的区域包含在电容器58的静电电容C58的可变范围内。
另外，即使是在浮置线圈60内流动正方向的感应电流IIND的情况，在可变电容器58的静电电容C58的可变范围的下限为较大的值的情况下，即使是正方向，也不能将感应电流IIND的电流值调节到接近0的值。在这种情况下，也优选采用使浮置线圈60从电介质窗52向上方离开而适度地减弱浮置线圈60的效果的技术方法。
这样，通过改变浮置线圈60的高度位置或与电介质窗的距离间隔，能够调节浮置线圈60的效果加减。因此，作为最佳的一个实施例，也可以具备使浮置线圈60的高度位置任意可变的机构。
[浮置线圈的构造相关的实施例1]
接着，对照图11～图15对本发明的电感耦合型等离子体处理装置中的浮置线圈60内的可变电容器58使用市售的电容器元件时的实施例进行说明。
图11所示的实施例在浮置线圈60上形成一个缝隙G60，在这种情况下，安装市售的双端子型电容器58，该实施例的特征在于，采用使将浮置线圈60的线圈导体和电容器58的封装体的端子连接的电容器连接导体100a、100b直立于线圈导体的更上方(优选垂直上方)的构成。
如上所述，在浮置线圈60内流动较大的感应电流IIND的情况下，使用使大电流流动的大尺寸的可变电容器58。可是，当电容器58的尺寸大时，缝隙G60的尺寸也增大，在浮置线圈60的环上，会出现在浮置线圈60的电磁场的作用上不能忽略缝隙G60的部位的异常点。
在该实施例中，如上所述，使电容器连接导体100a、100b向垂直上方延伸而将电容器主体配置在线圈导体的更上方一段(远离等离子体侧一段)，因此，变成不易从等离子体侧观察到电容器主体的构造，即，隐匿的构造。
在图12A及图12B所示的另一个实施例中，将浮置线圈60的缝隙G60形成为相对于线圈环绕方向(或相对于线圈半径方向)倾斜一定角度(例如45°)。而且构成为，分别设置于经由缝隙G60相对向的线圈导体的两敞开端部(开放端部)的一对电容器供电点(电容器连接导体100a、100b的基端位置)102a、102b，位于穿过线圈中心O的半径方向的直线F上。通过这样的构成，难以从等离子体侧观察到缝隙G60的部位，可看成是浮置线圈60的线圈导体在环绕方向上恰似连续。
作为一个变形例，也可以不将浮置线圈60的缝隙G60制成一条斜直线，而是制成可设为如图12C所示的嵌套(套匣)构造的斜形状。
在图13A所示的另一个实施例中，浮置线圈60的缝隙G60采用是如下所述的特征性的构成，即，不仅将线圈导体边相对于线圈半径方向倾斜地切割边延伸，而且也相对于纵方向(线圈轴方向)边倾斜地切割边延伸。通过这样的构成，更难以从等离子体侧看到缝隙G60的部位，环绕方向的浮置线圈60的线圈导体的模拟连续性进一步提高。
另外，浮置线圈60的线圈导体的截面形状为任意形状，例如，如图13B所示，也可以为三角、四角或圆中的任一种。
图14表示的是在消除或抑制浮置线圈60的缝隙G60引起的异常点的存在上有效的另一个实施例。在该实施例中，在浮置线圈60上沿环绕方向隔开一定间隔而设有多个例如三个可变电容器58。
原来，电感耦合型等离子体处理装置是以在RF天线的正下方沿径方向不均匀(环状)地生成等离子体，然后使等离子体扩散而在基座侧的基板上得到均匀的等离子体的方式设计的。在环绕方向上具有环状等离子体内的等离子体密度不均匀的部位的情况下，也理所当然地发生扩散实现的平滑化，但与径方向相比时，在环绕方向上，平滑化必要的扩散距离长，因此存在难以进行平滑化或均匀化的倾向。
关于这一点，如图14所示，当在环绕方向上以一定间隔(规定间隔)设置多个不连续点时，平滑化必要的扩散距离变短。例如，如图所示，当在浮置线圈60上以120°间隔设置三个缝隙G60时，在环绕方向上，等离子体的扩散必要的距离变成圆周的1/3，易于进行平滑化或均匀化。
图15的实施例是图14的实施例的一个变形例，以如下的构成为特征，即，在浮置线圈60上形成虚拟的缝隙G60′，在该虚拟的缝隙G60′内，设置虚拟的电容器电极104以及虚拟的电容器连接导体106。虚拟的缝隙G60′可以采用与用于安装可变电容器58的本来的缝隙G60完全相同的构造，以全部的缝隙(G60、G60′)在环绕方向上等间隔地配置的方式与本来的缝隙G60混杂而在规定位置设置一个或多个。虚拟的电容器电极104可以由一块导体板(例如，铜板)构成。虚拟的电容器连接导体106也可以制作成与真的电容器连接导体100a、100b同样的材质及形状。
在图14的实施例中，在浮置线圈60上电串联连接地设置有多个可变电容器58，与此相对，图15的实施例具有设置一个电容器58即可的这种特征。
[浮置线圈的构造相关的实施例2]
接着，参照图16～图18对将可变电容器58作为构造体而与浮置线圈60制作成一体的一个实施例进行说明。
如图16所示，在该实施例中，在与缝隙G60邻接的一线圈导体端部60a的上面固定具有相同厚度的板状或片状的电介质108及固定触点导体110。在此，固定触点导体110配置于比电介质108更远离缝隙G60的位置。另外，在相反侧，在与缝隙G60邻接的另一线圈导体端部60b的上面固定具有与电介质108及固定触点导体110相同的厚度的板状或片状的固定触点导体112。可动电极114能够在同一平面地并列着的固定触点导体110、电介质108及固定触点导体112的上面滑动而沿线圈环绕方向移动。另外，浮置线圈60的环绕方向严格的讲为圆弧，但如果局部地限定在缝隙G60的场所附近，则可以看作是直线方向。因此，即使可动电极114直线地移动，也不会从浮置线圈60的上面横向地脱离。
在容量可变部82中，用于使可动电极114滑动的滑动机构116由例如滚珠丝杠副机构构成，且由用于在一定位置(规定位置)对水平延伸的进给丝杠118进行旋转驱动的步进马达120、具有与进给丝杠118螺合的螺母部(未图示)且通过进给丝杠118的旋转而沿其轴方向水平移动的滑块主体122、将该滑块主体122和可动电极114耦合的压缩螺旋弹簧124及在铅垂方向上可滑动地嵌合的一对圆筒体126、128构成。在此，外侧的圆筒体126固定于滑块主体122，内侧的圆筒体128固定于可动电极114。压缩螺旋弹簧124通过弹力将可动电极114按压于固定触点导体110、电介质108及固定触点导体112。容量控制部130通过步进马达120的旋转方向及旋转量，对可动电极114的滑动位置进行控制。
在该实施例中，在夹着缝隙G60的一对线圈导体端部60a、60b之间制作有用如图17所示的等效电路表示的可变电容器58、第一开关S1及第二开关S2。在此，第一开关S1为与可变电容器58电串联连接的开关，第二开关S2为与可变电容器58电并联连接的开关。
更详细而言，可变电容器58由一线圈导体端部60a、电介质108、可动电极114和滑动机构116构成。第一及第二开关S1、S2由固定触点导体110、112、可动电极114和滑动机构116构成。
在此，基于图18对该实施例的作用进行说明。
首先，如图18(a)所示，使可动电极114移动到仅与一侧的线圈导体端部60b上的固定触点导体112接触且都不与相反侧的线圈端部60a上的固定触点导体110及电介质108接触的位置。在该位置，开关Sl、S2都为开(OFF)状态，浮置线圈60的缝隙G60为完全电敞开(断开)状态。因此，在浮置线圈60内流动的全都是感应电流IIND，与实质上没有浮置线圈60的情况相同。
接着，如图18(b)所示，使可动电极114移动到与一侧的线圈导体端部60b上的固定触点导体112接触且在相反侧的线圈导体端部60a上与电介质108接触而不与固定触点导体110接触的位置。在该位置，开关S2保持开(OFF)状态，开关S1为闭(ON)状态，可变电容器58具有有效的容量而发挥功能(通电)。
该可变电容器58的静电电容越使可动电极114向固定触点导体112移动越大，如图18(c)所示，在可动电极114移动到覆盖电介质108的上面整体的位置时，达到最大。
然后，使可动电极114进一步前进移动，如图18(d)所示，当移动到固定触点导体110的上面时，两侧的固定触点导体110、112彼此经由可动电极114而短路，开关Sl也变成闭(ON)状态。即，缝隙G60变成短路状态，浮置线圈60变成将线圈导体的两端封闭的环。
另外，如图17所示，将可变电容器58和开关Sl、S2串联及/或并联地连接的构成在使用市售的电容器元件的实施例(图11～图15)中也能够实现。另外，串联连接的开关Sl也可以在浮置线圈60的环内与可变电容器58设置在不同的缝隙。
[RF天线及浮置线圈的布局相关的其它实施例或变形例]
图19～图29表示的是RF天线54及浮置线圈60的布局相关的其它实施例或变形例。
在上述第二实施方式中，将浮置线圈60在径方向上配置在内侧天线线圈54i和外侧天线线圈54o之间(优选正中间)。作为另一个实施例，如图19所示，也可采用将浮置线圈60配置在内侧天线线圈54i的径方向内侧的构成，或者，如图20所示，采用将浮置线圈60配置在外侧天线线圈54o的径方向外侧的构成。
另外，也可以同轴地配置口径不同的多个浮置线圈。例如，如图21所示，也可以在内侧天线线圈54i的径方向内侧配置具有小尺寸口径的浮置线圈60i，且在内侧天线线圈54i和外侧天线线圈54o之间配置具有中尺寸口径的浮置线圈60m，且在外侧天线线圈54o的径方向外侧配置具有大尺寸口径的浮置线圈60o。在这种情况下，也在浮置线圈60i、60m、60o的环内分别设置个别的可变电容器58i、58m、58o。或者，如图22所示，也可采用在两个(内侧和外侧)天线线圈54i、54o之间配置口径不同的多个(例如，两个)浮置线圈60i、60o的构成。
关于附加于RF天线54的阻抗调节部，如图23所示，通过在高频入口侧的节点NA和高频出口侧的节点NC之间，不仅设置与外侧天线线圈54o串联连接的可变电容器96，而且设置与内侧天线线圈54i串联连接的固定电容器132，能够加大内侧和外侧天线电流IRFi、IRFo间的平衡调节的可变范围。如图24所示，也可以将固定电容器132替换为可变电容器134。
相反，如图25所示，也可采用在节点NA和节点NC之间设置与内侧天线线圈54i串联连接的可变电容器134，且全都不设置与外侧天线线圈54o串联连接的阻抗调节部的构成。或者，为了加大分别在内侧和外侧天线线圈54i、54o内流动的内侧和外侧天线电流IRFi、IRFo间的平衡调节的可变范围，如图26所示，也可在节点NA和节点NC之间设置与内侧天线线圈54i串联连接的可变电容器134，并且设置与外侧天线线圈54o串联连接的固定电容器136。
如图27所示，可优选在RF天线54的终端侧，即，在节点NC和接地线70之间(或者，在接地线70上)具备与RF天线54内的所有的线圈段90、84(1)、84(2)电串联连接的输出侧的共用阻抗调节部(例如，电容器)138。该输出侧(终端)的共用阻抗调节部138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)共用阻抗调节部138不仅具有对RF天线54整体的阻抗进行调节的功能，而且在使用电容器的情况下，还具有使RF天线54整体的电位从接地电位直流地上升而抑制顶板或电介质窗52蒙受的离子溅射的功能。这种共用阻抗调节部138也可应用于上述的其它实施例或变形例(图19～图26)。
如图28所示，也可将用于对分别在内侧和外侧天线线圈54i、54o内流动的内侧和外侧天线电流IRFi、IRFo间的平衡进行调节的阻抗调节部(可变电容器96)设置在高频入口侧的节点NA和节点ND之间。在此，节点NA为内侧和外侧天线线圈54i、54o间的节点，节点ND为线圈段84(1)、84(2)间的节点。
另外，如图29所示，为了防止环绕方向的等离子体密度分布的偏斜，可优选采用使内侧和外侧天线线圈54i、54o内的缝隙G90、G84及浮置线圈60内的缝隙G60的各自的位置在环绕方向上相互错开的构成。
[三个系统的天线线圈相关的实施例]
图30表示的是由口径不同的三个系统的天线线圈55i、55m、55o构成RF天线54的一个实施例。在该RF天线54中，具有最小口径的内侧天线线圈55i及具有中间口径的中间天线线圈55m分别具有与上述第二实施方式的内侧天线线圈54i及外侧天线线圈54o对应的构成。在该实施例中，具有最大口径的外侧的天线线圈55o由在环绕方向上分割的三个外侧线圈段140(1)、140(2)、140(3)构成。这三个系统的天线线圈55i、55m、55o优选具有相似的环形状(图示的例子为圆环形状)，且在同一平面上(电介质窗52上)同轴(同心状)地配置。
作为一个例子，在被处理基板即半导体晶片W的口径为300mm的情况下，内侧、中间及外侧天线线圈55i、55m、55o的口径分别选为100mm、300mm及500mm。
构成外侧天线线圈55o的三个外侧线圈段140(1)、140(2)、140(3)在空间上分别形成为约1/3周的圆弧状，整体上以填埋环绕方向的一周或其大部分的方式串联地配置。更详细而言，在外侧天线线圈55o的一周环内，第一外侧线圈段140(1)的RF入口端140(1)(RF－In)和第三外侧线圈段140(3)的RF出口端140(3)(RF－out)在环绕方向上隔着外侧间隙G140相对向或邻接，第一外侧线圈段140(1)的RF出口端140(1)(RF－out)和第二外侧线圈段140(2)的RF入口端140(2)(RF－In)在环绕方向上经由另外的外侧间隙G140相对向或邻接，第二外侧线圈段140(2)的RF出口端140(2)(RF－out)和第三外侧线圈段140(3)的RF入口端140(3)(RF－In)在环绕方向上经由另外的外侧间隙G140相对向或邻接。
这样，在高频供电部62的RF供电线68和接地线70之间或高频入口侧的节点NA和高频出口侧的节点NC之间，构成中间天线线圈55m的两个中间线圈段84(1)、84(2)彼此相互电并联地连接，并且构成外侧天线线圈55o的三个外侧线圈段140(1)、140(2)、140(3)彼此相互电并联地连接，另外，单体构成内侧天线线圈55i的内侧线圈段90也与那些中间线圈段84(1)、84(2)及外侧线圈段140(1)、140(2)、140(3)电并联连接。而且，以分别在中间线圈段84(1)、84(2)内流动的中间天线电流IRFm的方向在环绕方向上相同，且分别在外侧线圈段140(1)、140(2)、140(3)内流动的外侧天线电流IRFo的方向在环绕方向上全都相同的方式连接RF天线54内的各部。
在该实施例中，作为优选的一个方式，构成中间天线线圈55m的两个中间线圈段84(1)、84(2)具有大约相等的自感，构成外侧天线线圈55o的三个外侧线圈段140(1)、140(2)、140(3)具有大约相等的自感。由此，在中间天线线圈55m的一周环内即中间线圈段84(1)、84(2)内流动一致或均匀的中间天线电流IRFm，在外侧天线线圈55o的一周环内即外侧线圈段140(1)、140(2)、140(3)内流动一致或均匀的外侧天线电流IRFo。
在该实施例中，在RF天线54的线圈接线构造上具有重要特征。即，在将各自的高频传输路从高频供电部62的高频供电线68以类似于一笔画的方式(即不间断地、连续地)迂回到接地线70的情况下，成为穿过中间天线线圈55m时的方向(图30中，逆时针迂回)与穿过内侧天线线圈55i及外侧天线线圈55o时的方向(图30中，顺时针迂回)在环绕方向上相反这种构成。而且，在这种反方向接线下，可变电容器96的静电电容C96在规定的范围内可变或被选定，以使在中间天线线圈55m内流动的中间天线电流IRFm与在内侧和外侧天线线圈55i、55o内流动的内侧和外侧天线电流IRFi、IRFo在环绕方向上同向。
即，在由中间天线线圈55m和可变电容器96构成的串联电路发生串联共振时的静电电容也小的区域(两者的合成电抗即中间合成电抗Xm为负值的区域)，可变电容器96的静电电容C96可变或被选定。由此，在中间天线线圈55m内流动的中间天线电流IRFm与在内侧天线线圈55i及外侧天线线圈55o内分别流动的内侧天线电流IRFi及外侧天线电流IRFo在环绕方向上同向。并且，也可使中间天线电流IRFm的电流量从大致零逐渐增大，例如，可选定为内侧和外侧天线电流IRFi、IRFo的1/10以下。
而且，实验确认，通过这样将中间天线电流IRFm控制为比内侧和外侧天线电流IRFi、IRFo充分小的(例如，1/10以下的)电流量，能够将在腔室10内的正下方生成的环状等离子体内的等离子体密度良好地均匀化。
这是因为，在没有中间天线线圈55m的情况下，在内侧和外侧天线线圈55i、55o的各自的正下方位置附近生成的等离子体也在径方向上扩散，因此在两天线线圈55i、55o的中间的区域，等离子体也以相当的密度存在。因此，当使少量的电流IRFm在与两天线线圈55i、55o有别地位于其中间的中间天线线圈55m内而与在两天线线圈55i、55o内分别流动的电流IRFi、IRFo在环绕方向上同向地流动时，在中间天线线圈55m正下方位置附近，电感耦合等离子体的生成适当增强，径方向的等离子体密度的均匀性提高。
在该实施例中，如上所述，将中间天线线圈55反方向地接线，且使可变电容器96的静电电容C96在中间合成电抗Xm为负值的区域可变，以使其能够将在中间天线线圈55m内流动的中间天线电流IRFm的电流量控制为相当小的值。在这种情况下，在Xm＜0的区域内，越减小C96的值，中间合成电抗Xm的绝对值越大，中间天线电流IRFm的电流量越小(接近零)，相反，在Xm＜0的区域内，越增大C96的值，中间合成电抗Xm的绝对值越小，中间天线电流IRFm的电流量越大。
不过，也可根据需要，使可变电容器96的静电电容C96在中间合成电抗Xm为正值的区域可变。在这种情况下，在中间天线线圈55m内流动的中间天线电流IRFm与在内侧和外侧天线线圈55i、55o内分别流动的内侧和外侧天线电流IRFi、IRFo在环绕方向上反向。这在中间天线线圈55m的正下方附近有意识地降低等离子体密度时有效。
此外，在该实施例中，在内侧天线线圈55i和中间天线线圈55m之间(优选正中间)配置具有较小口径的内侧浮置线圈60i，且在中间天线线圈55m和外侧天线线圈55o之间(优选正中间)配置具有较大口径的外侧浮置线圈60o。这两个内侧和外侧浮置线圈60i、60o优选具有与天线线圈55i、55m、55o相似的环形状(图示的例子为圆环形状)，且同轴或同心状地配置。如上所述，在内侧、中间及外侧天线线圈55i、55m、55o的口径分别为100mm、300mm及500mm的情况下，浮置线圈60i、60o的口径分别选定为200mm、400mm。
在内侧和外侧浮置线圈60i、60o的环内设有可变电容器58i、58o。通过调节各可变电容器58i、58o的静电电容C58i，C58o，能够适度(通常，少量)地控制在各浮置线圈60i、60o内分别流动的感应电流IINDi、IINDo的电流量，从而能够对各浮置线圈60i、60o的正下方附近的等离子体密度进行微调节。由此，能够进一步提高径方向的等离子体密度分布控制的精度。
另外，在内侧浮置线圈60i中，由于主要产生来自内侧及中间天线线圈55i、55m的磁场的变化相应的感应电动势，因此在其环内流动的感应电流IINDi大多依赖于内侧及中间天线电流IRFi、IRFm。同样，在外侧浮置线圈60o的环内流动的感应电流IINDo大多依赖于中间及外侧天线电流IRFm、IRFo。这种浮置线圈的对两邻的天线线圈的依赖性或连动性如果从对这些两邻的天线线圈间的区域的等离子体密度的下降进行补充的浮置线圈的作用出发，与其说是妥当，不如说是优选的特性。
图31～图34表示的是几个该实施例的变形例。图31所示的构成例相当于在上述实施例(图30)中去掉了外侧浮置线圈60o的构成，将一个浮置线圈60配置在内侧天线线圈55i和中间天线线圈55m之间。虽然省略图示，但也可采用将一个浮置线圈60配置在中间天线线圈55m和外侧天线线圈55o之间的构成。
图32所示的构成例在上述实施例(图30)中，在外侧天线线圈55o的外侧进一步配置第四(最外周)的浮置线圈60p。图33的构成例在图32的构成例(图31)中，在口径大的外侧及最外周浮置线圈60o、60p的环内除设有可变电容器58o、58p以外，还分别设有固定电容器142、144。
图34的构成例在RF天线54中，将中间天线线圈55m相对于内侧天线线圈55i及外侧天线线圈55o同方向(顺方向)地接线。即，在将各自的高频传输路从高频入口侧的节点NA以一笔画的方式(即不间断地、连续地)迂回到高频出口侧的节点NC的情况下，采用穿过中间天线线圈55m时的方向与穿过内侧天线线圈55i及外侧天线线圈55o时的方向在环绕方向上相同(图34中，都顺时针迂回)那样的接线构造。
在这种情况下，在使可变电容器96的静电电容C96在中间合成电抗Xm为正的区域内可变时，能够使中间天线电流IRFm与内侧天线电流IRFi及外侧天线电流IRFo在环绕方向上同向且可变。即，在Xm＞0的区域内，越减小C96的值，中间合成电抗Xm的绝对值越小，中间天线电流IRFm越大。相反，在Xm＞0的区域内，越增大C96的值，中间合成电抗Xm的值越大，中间天线电流IRFm越小。不过，即使无限地增大C96的值，中间合成电抗Xm的值也不会下降到中间天线线圈55m的感应性电抗以下，因此不能尽可能地减小(接近零)中间天线电流IRFm的电流量。因此，在通常的使用方法中，难以将中间天线电流IRFm控制到内侧和外侧天线电流IRFi、IRFo的1/10以下的电流值。
另一方面，在该构成例中，也可以使可变电容器96的静电电容C96在中间合成电抗Xm为负的区域内可变。在这种情况下，中间天线电流IRFm流动的方向与内侧和外侧天线电流IRFi、IRFo流动的方向在环绕方向上相反。这在希望在中间天线线圈55m中的正下方附近有意识地降低等离子体密度的情况下有效。
由于在任一种情况下，都具备内侧和外侧浮置线圈60i、60o，因此通过适当调节可变电容器58i、58o、96、134的静电电容C58i、C58o、C96、C134，作为整体，能够对径方向的等离子体密度分布进行任意控制。
另外，虽省略图示，但上述两个系统的天线线圈的实施例(图19～图29)的阻抗调节用可变电容器(96、132、134、136)的连接方式及使用方式也能够全部应用于该三个系统的天线线圈的实施例。
[在浮置线圈内设置固定电容器的实施例]
图35表示的是在内侧和外侧浮置线圈60i、60o的环内分别设置固定电容器150i、150o的实施例。该实施例的内侧和外侧浮置线圈60i、60o优选为圆环状的单匝线圈，分别尽可能地接近RF天线54的内侧和外侧天线线圈54i、54o而配置。例如，在内侧和外侧天线线圈54i、54o的口径分别为100mm、300mm的情况下，浮置线圈60i、60o的口径分别选为80mm、320mm。
在该实施例中，在使浮置线圈60i、60o在电感耦合等离子体的生成上积极地发挥作用的情况下，选定固定电容器150i、150o的静电电容C150i、C150o，以使适度大小(例如，IRFi、IRFo的数倍)的内侧和外侧感应电流IINDi、IINDo与在内侧和外侧天线线圈54i、54o内分别流动的内侧和外侧天线电流IRFi、IRFo在环绕与向上同向地在浮置线圈60i、60o内流动。即，固定电容器150i、150o的静电电容C150i、C150o分别比在浮置线圈60i、60o内发生串联共振的静电电容小，并选定为其附近的值。由此，各浮置线圈60i、60o即使为单匝(一匝)的圆环状线圈，关于电感耦合等离子体生成的辅助效果，也能够发挥与多匝(多匝)的圆环状线圈或者螺线管在外观上同等的作用。
带有这种固定电容器150i、150o的单匝圆环状的浮置线圈60i、60o很容易制作(特别是电容器的制作)，在围绕RF天线54的装配及维护保养上也有利。另外，由于在浮置线圈60i、60o的环内也没有接线部位及连接用导体，因此具有功率损失小及在电磁作用面上环绕方向的均匀性良好等优点。
另外，在上述的第一实施方式的等离子体处理装置(图1)中，当然也可以将设置于浮置线圈60内的可变电容器58替换为固定电容器150。
图36～图43表示的是几个该实施例的变形例。如图36所示，在高频入口侧的节点NA和高频出口侧的节点NC之间，作为阻抗调节部，可优选设置与内侧天线线圈54i串联连接的可变电容器134。关于这一点，在图35的构成例中，在节点NA和节点NC之间，作为阻抗调节部，设置与外侧天线线圈54o串联连接的可变电容器96。
另外，如图37所示，可优选在高频出口侧的节点NC和接地线70之间(或接地线70上)设置输出侧的共用阻抗调节部(例如，电容器)138。
另外，如图38所示，为了增大在内侧和外侧天线线圈54i、54o内分别流动的内侧和外侧天线电流IRFi、IRFo间的平衡调节的可变范围，也可在节点NA和节点NC之间设置与外侧天线线圈54o串联连接的可变电容器96，并且设置与内侧天线线圈54i串联连接的固定电容器132。
如图39所示，为了降低方位角方向的等离子体密度分布的偏斜，可优选采用使分别设置于浮置线圈60i、60o的环内的固定电容器150i、150o的位置(即，缝隙的位置)在环绕方向上错开的构成。在这种情况下，如图40所示，通过在外侧浮置线圈60o的环内等间隔或点对称地设置多个(例如，两个)固定电容器150o，能够更高效地降低偏斜。
另外，如图41所示，为了提高径方向中间部的等离子体密度的控制性，也可在内侧和外侧天线线圈54i、54o之间(优选正中间)设置带有可变电容器58m的中间浮置线圈60m。
或者，如图42所示，也可在内侧浮置线圈60i的环内设置可变电容器58，且在外侧浮置线圈60o的环内设置固定电容器150o，以代替设置中间浮置线圈60m。
另外，设置于浮置线圈60的环内的固定电容器150既可以为市售的电容器，或者，也可以将浮置线圈60的缝隙G60直接用作固定电容器150的电极间间隙。在这种情况下，也可以将电介质薄膜插入缝隙G60。
[不在RF天线上设置阻抗调节部的实施例]
图43表示的是分别尽可能地接近RF天线54的内侧和外侧天线线圈54i、54o而设置带有可变电容器58i、58o的内侧和外侧浮置线圈60i、60o的构成。这在图35的构成例中，相当于将固定电容器150i、150o分别替换为可变电容器58i、58o的构成。在这样的构成中，能够调节可变电容器58i、58o的静电电容C58i、C58o，从而对在浮置线圈60i、60o内分别流动的内侧和外侧感应电流IINDi、IINDo的平衡进行控制。由此，不需要用于对在内侧和外侧天线线圈54i、54o内分别流动的内侧和外侧天线电流IRFi、IRFo的平衡进行控制的阻抗调节部(可变电容器96、134)。
另外，在该实施例中，如图44所示，也可在内侧和外侧天线线圈54i、54o之间(优选正中间)设置带有可变电容器58m的中间浮置线圈60m。
在上述实施方式中，在RF天线54内电并联地连接有多个(例如，内侧和外侧)天线线圈54i、54o。但是，如图45所示，也可采用将多个(内侧和外侧)天线线圈54i、54o电串联地连接的构成。在这种情况下，径方向的等离子体密度分布的控制主要是带有可变电容器58i、58o的内侧和外侧浮置线圈60i、60o负担。即，通过调节可变电容器58i、58o的静电电容C58i、C58o，能够对径方向的等离子体密度分布进行任意控制。另外，在该构成例中，RF天线54的全长变长，但在内侧天线线圈54i和外侧天线线圈54o之间，线圈段的数量(分割数)发生变化，因此波长效应被抑制。
另外，在该实施例中，如图46所示，通过在内侧和外侧天线线圈54i、54o之间(优选正中间)追加带有可变电容器58m的中间浮置线圈60m，在径方向的中间部，也能够任意且精细地控制等离子体密度。
[其它实施方式或变形例]
本发明的构成RF天线的线圈的环形状不局限于圆形，虽然省略了图示，但也可以为四角形或三角形等。另外，在构成各天线线圈(环)的多个线圈段之间，形状及自阻抗也可以稍有不同。
在本发明中，可附加于RF天线的阻抗调节部不局限于如上所述的固定电容器或可变电容器，例如，既可以为线圈或感应器，或者，既可以为包含电容器和感应器在内的阻抗调节部，也可以进一步包含电阻元件。
图47表示的是在高频供电部62的匹配器66和RF天线54之间设置变压器160的构成例。该变压器160的一次绕组与匹配器66的输出端子电连接，二次绕组与RF天线54的入口侧的第一节点NA电连接。作为变压器160的优选的一个方式，通过使一次绕组的匝数比二次绕组的匝数多，能够使从匹配器66流到变压器160的电流(一次电流)I1比从变压器160流到RF天线54的电流(二次电流)I2少。换一种看法就是，不增大一次电流I1的电流量，就能够增大供给到RF天线54的二次电流I2的电流量。另外，通过在变压器160的二次侧进行抽头转换，也能够使二次电流I2可变。
上述的实施方式的电感耦合型等离子体蚀刻装置的构成只是一个例子，当然，等离子体生成机构的各部的与等离子体生成无直接关系的各部的构成也可进行种种变形。
例如，作为RF天线的基本方式，也可为平面型以外的型式，例如，半球型等。在处理气体供给部，也可采用从顶部向腔室10内导入处理气体的构成，也可采用不对基座12附加直流偏压控制用的高频RFL的方式。
另外，本发明的电感耦合型等离子体处理装置或等离子体处理方法不局限于等离子体蚀刻的技术领域，也可应用于等离子体CVD、等离子体氧化、等离子体氮化、溅射等其它等离子体工艺。另外，本发明的被处理基板不局限于半导体晶片，也可为平板显示器用的各种基板及光掩模、CD基板、打印基板等。

Claims (30)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
具有电介质窗的处理容器；
基板保持部，其在所述处理容器内保持被处理基板；
处理气体供给部，其向所述处理容器内供给所希望的处理气体，以对所述基板实施所希望的等离子体处理；
内侧和外侧天线线圈，其在所述电介质窗外沿径方向隔开间隔地分别配置于内侧和外侧，以在所述处理容器内通过电感耦合而生成处理气体的等离子体；
高频供电部，其将适合所述处理气体的高频放电的频率的高频电力供给到内侧和外侧天线线圈；
浮置线圈，其被设置为电浮置状态，被配置在与内侧和外侧天线线圈中的至少一方通过电磁感应能够耦合的位置且被配置于所述处理容器外；和
电容器，其被设置于所述浮置线圈的环内，其中，
所述内侧天线线圈具有单一或串联连接的内侧线圈段，
所述外侧天线线圈在环绕方向上被分割，具有电并联连接的多个外侧线圈段。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧线圈段在环绕方向上至少绕一周。
3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧线圈段比所述高频的1/4波长短。
4.如权利要求1～3中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个外侧线圈段以整体上填埋环绕方向的一周或其大部分的方式在空间上串联配置。
5.如权利要求1～3中的任一项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段之间，各个所述外侧线圈段的高频入口端与另一所述外侧线圈段的高频出口端隔着外侧间隙而邻接，各个所述外侧线圈段的高频出口端与另一所述外侧线圈段的高频入口端隔着外侧间隙而邻接。
6.如权利要求1～3中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个外侧线圈段整体上沿环绕方向至少绕一周。
7.如权利要求1～3中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个外侧线圈段都比所述高频的1/4波长短。
8.如权利要求1～3中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个外侧线圈段具有大约相等的自感。
9.如权利要求1～3中的任一项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段内分别流动的电流的方向在环绕方向上全部相同。
10.如权利要求1～3中的任一项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段内分别流动的电流的电流量大致相同。
11.如权利要求1～3中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述内侧天线线圈内流动的电流的方向和在所述外侧天线线圈内流动的电流的方向在环绕方向上相同。
12.如权利要求1～3中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧天线线圈和所述外侧天线线圈在所述高频供电部侧的第一节点和接地电位侧的第二节点之间电并联地连接。
13.如权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述第一节点和所述第二节点之间，在所述内侧线圈段上电串联地连接有内侧阻抗调节部，所述多个外侧线圈段均没有电连接阻抗调节部。
14.如权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述第一节点和所述第二节点之间，在所述多个外侧线圈段上分别电串联地连接有多个外侧个别阻抗调节部，在所述内侧线圈段上没有电连接阻抗调节部。
15.如权利要求12所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述第一节点和所述第二节点之间，在所述内侧线圈段上电串联地连接有内侧阻抗调节部，在所述多个外侧线圈段上分别电串联地连接有多个外侧个别阻抗调节部。
16.如权利要求1～3中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述浮置线圈在径方向上被配置于所述内侧天线线圈和所述外侧天线线圈之间。
17.如权利要求16所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述浮置线圈被配置于所述内侧天线线圈和所述外侧天线线圈的正中间。
18.如权利要求1～3中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述浮置线圈在径方向上被配置于所述内侧天线线圈的内侧或所述外侧天线线圈的外侧。
19.如权利要求1～3中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内侧天线线圈、所述外侧天线线圈和所述浮置线圈同轴地配置。
20.如权利要求1～3中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述浮置线圈与所述内侧和外侧天线线圈被配置在同一平面上。
21.如权利要求1～3中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述浮置线圈被配置为相对于所述电介质窗比所述内侧和外侧天线线圈远。
22.如权利要求11所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述浮置线圈内流动与在所述内侧和外侧天线线圈内分别流动的电流在环绕方向上同向的电流。
23.如权利要求22所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述浮置线圈内的电容器具有比在所述浮置线圈内发生串联共振时的值小的值的静电电容。
24.如权利要求22所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述浮置线圈具有负值的电抗。
25.如权利要求11所述的等离子体处理装置，其特征在于：
在所述浮置线圈内流动与在所述内侧和外侧天线线圈内分别流动的电流在环绕方向上反向的电流。
26.如权利要求25所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述浮置线圈内的电容器具有比在所述浮置线圈内发生串联共振时的值大的值的静电电容。
27.如权利要求25所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述浮置线圈具有正值的电抗。
28.如权利要求22所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述浮置线圈内的电容器为可变电容器，在其静电电容的可变范围内包含有比在所述浮置线圈内发生串联共振时的值小的值。
29.如权利要求25所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述浮置线圈内的电容器为可变电容器，在其静电电容的可变范围内包含有比在所述浮置线圈内发生串联共振时的值大的值。
30.如权利要求1～3中的任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
同轴地设置有多个所述浮置线圈。
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