CN107318212A - 变压器、等离子体处理装置和等离子体处理方法 - Google Patents

变压器、等离子体处理装置和等离子体处理方法 Download PDF

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Abstract

一种变压器、等离子体处理装置和等离子体处理方法。本发明提供一种变压器。一实施方式的变压器包括旋转轴、第一线圈、第二线圈和第三线圈。旋转轴构成为能够以其中心轴线为旋转轴线进行旋转。第一线圈是一次侧的线圈，围绕与旋转轴的中心轴线正交的第一轴线延伸。第二线圈是二次侧的线圈，围绕第二轴线延伸，由旋转轴支承。第二轴线在由第一线圈包围的区域内与旋转轴的中心轴线正交。第三线圈是二次侧的线圈，围绕第三轴线延伸，由旋转轴支承。第三轴线在由第一线圈包围的区域内与旋转轴的中心轴线正交且与第二轴线成规定的角度。由此，能够精细地控制两个输出高频的电力之比。

Description

变压器、等离子体处理装置和等离子体处理方法
技术领域
本发明的实施方式涉及变压器、等离子体处理装置和等离子体处理方法。
背景技术
在半导体器件等的电子器件的制造中，为了进行蚀刻、成膜等的处理，使用等离子体处理装置。作为等离子体处理装置的一种，已知有电容耦合型的等离子体处理装置。电容耦合型的等离子体处理装置一般包括腔室主体、上部电极和下部电极。上部电极和下部电极配置成使由腔室主体提供的腔室内的空间介于它们之间。在该等离子体处理装置中，腔室被供给气体，在上部电极和下部电极之间形成高频电场。通过该高频电场使气体激发，生成等离子体。通过来自该等离子体的离子和/或自由基，进行被加工物的处理。
作为电容耦合型的等离子体处理装置，已知使用两个高频电源的类型的等离子体处理装置和使用单一的高频电源的类型的等离子体处理装置。在前者也就是使用两个高频电源的类型的等离子体处理装置中，第一高频电源与上部电极或下部电极连接，第二高频电源与下部电极连接。第二高频电源产生具有比由第一高频电源产生的高频的频率低的频率的高频。
另一方面，在后者也就是使用单一的高频电源的类型的等离子体处理装置中，利用变压器。该变压器的一次侧的线圈与高频电源连接。二次侧的线圈的一端与上部电极连接，二次侧的线圈的另一端与下部电极连接。二次侧的线圈具有多个分接抽头。在该等离子体处理装置中，从多个分接抽头选择接地的分接抽头，由此，能够选择从二次侧的线圈的一端输出的第一高频的电力和从二次侧的线圈的另一端输出的第二高频的电力之比。这样的等离子体处理装置在专利文献1中有记载。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平4-48727号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
在专利文献1记载的变压器中，通过分接抽头的选择来选择二次侧的线圈的分割比。因此，第一高频的电力与第二高频的电力的可选择之比、即两个输出高频的可选择的电力比大地离散。因此，无法精细地控制两个输出高频的电力比。另外，在对一次侧的线圈供给高频的状态下，无法改变两个输出高频的电力比。并且，无法在同相位与反相位之间改变第一高频与第二高频之间的相位。
用于解决技术问题的技术方案
在第一方式中提供一种变压器。变压器包括旋转轴、第一线圈、第二线圈和第三线圈。旋转轴构成为能够以其中心轴线为旋转轴线进行旋转。第一线圈是一次侧的线圈，围绕与旋转轴的中心轴线正交的第一轴线延伸。第二线圈是二次侧的线圈，围绕第二轴线延伸，由旋转轴支承。第二轴线在由第一线圈包围的区域内与旋转轴的中心轴线正交。第三线圈是二次侧的线圈，围绕第三轴线延伸，由旋转轴支承。第三轴线在由第一线圈包围的区域内与旋转轴的中心轴线正交，且与第二轴线成规定的角度。
在第一方式的变压器中，当对一次侧的第一线圈供给高频时，在与第一轴线大致平行的方向上产生磁通。该磁通贯穿第二线圈，由此在第二线圈产生感应电动势，该磁通贯穿第三线圈，由此在第三线圈产生感应电动势。由此，从第二线圈输出第一高频，从第三线圈输出第二高频。贯穿第二线圈的磁通的量以及第一高频的电力，依赖于第一线圈与第二线圈所成的角度。另外，贯穿第三线圈的磁通的量以及第二高频的电力，依赖于第一线圈与第三线圈所成的角度。在该变压器中，使旋转轴旋转，由此能够使由第二线圈和第三线圈构成的二次侧线圈对旋转，能够精细地改变第一线圈与第二线圈所成的角度和第一线圈与第三线圈所成的角度之比。因此，能够精细地控制第一高频的电力与第二高频的电力之比即两个输出高频的电力之比。
另外，在第一方式的变压器中，能够不通过接地的分接抽头的变更、即接点的变更来变更两个输出高频的电力比，而通过旋转轴的旋转来变更两个输出高频的电力比。因此，在对一次侧的第一线圈供给高频的状态下，能够变更两个输出高频的电力比。
另外，在第一方式的变压器中，当二次侧线圈对的旋转方向的角度位置落在某角度范围内时，对于第二线圈，磁通从该第二线圈的一方侧贯穿到另一方侧，对于第三线圈，该磁通从该第三线圈的一方侧贯穿到另一方侧。此时，在第二线圈和第三线圈产生同向(同相位)的感应电动势。另外，二次侧线圈对的旋转方向的角度位置落在另一角度范围内时，对于第二线圈和第三线圈中的一方的线圈，磁通从该一方的线圈的一方侧贯穿到另一方侧，对于另一方的线圈，该磁通从该另一方的线圈的另一方侧贯穿到一方侧。此时，在第二线圈和第三线圈产生反向(反相位)的感应电动势。因此，根据该变压器，能够在同相位和反相位之间变更第一高频与第二高频之间的相位。
在一实施方式中，第一线圈具有比第二线圈的自感和第三线圈的自感大的自感。根据该实施方式，能够增大第二线圈的电流值与第一线圈的电流值之比和第三线圈的电流值与第一线圈的电流值之比。因此，能够对分别与二次侧的两个线圈连接的负载供给充足的电流。
在一实施方式中，第二线圈和第三线圈设置在第一线圈的内侧。即，以旋转的二次侧线圈对不与第一线圈干渉的方式，二次侧线圈对可以设置在第一线圈的内侧。根据该实施方式，能够增大第一线圈的尺寸，从而能够增大第一线圈的自感。因此，能够增大第二线圈的电流值与第一线圈的电流值之比和第三线圈的电流值与第一线圈的电流值之比。
在一实施方式中，第三线圈设置在第二线圈的内侧，具有比第二线圈的自感小的自感。第三线圈设置在第二线圈的内侧时，第三线圈的截面积比第二线圈的截面积小。因此，在第一线圈和第二线圈之间的耦合系数的最大值与第一线圈和第三线圈之间的耦合系数的最大值之间产生较大的差。根据该实施方式，第三线圈具有比第二线圈的自感小的自感，因此，能够减少第一线圈和第二线圈之间的耦合系数的最大值与第一线圈和第三线圈之间的耦合系数的最大值之间的差。
在一实施方式中，第二线圈的上述第二轴线和第三线圈的上述第三轴线所成的规定的角度是90度。根据该实施方式，能够极力减小第二线圈与第三线圈之间的相互电感，能够抑制第二线圈与第三线圈之间的相互干渉。结果，能够在第二线圈和第三线圈中有效地产生高频。另外，在第二线圈和第三线圈中的一方产生的感应电动势成为最大时，在第二线圈和第三线圈中的另一方产生的感应电动势成为最小。因此，两个输出高频的电力比的控制性变高。另外，能够增多第二线圈的匝数和第三线圈的匝数。
在一实施方式中，第二线圈和第三线圈以在它们之间确保绝缘距离的方式配置。另外，在一实施方式中，第一线圈的另一端、第二线圈的另一端和第三线圈的另一端相互电连接。
在第二方式中，提供一种电容耦合型的等离子体处理装置。该等离子体处理装置包括：提供腔室的腔室主体、作为上部电极的第一电极、作为下部电极的第二电极、高频电源以及上述第一方式和各实施方式中的任一变压器。高频电源与第一线圈电连接。第一电极与第二线圈的一端电连接。第二电极与第三线圈的一端电连接。
在第二方式的等离子体处理装置中，能够将基于来自高频电源的高频生成的两个高频即第一高频、第二高频分别供给到上部电极、下部电极。另外，通过调整二次侧线圈对的旋转方向的角度位置，能够调整第一高频的功率、第二高频的功率和第一高频与第二高频之间的相位。因此，能够调整入射到下部电极上的被加工物的离子的能量。
在第三方式中，提供一种电容耦合型的等离子体处理装置。该等离子体处理装置包括：提供腔室的腔室主体、上部电极、下部电极、高频电源以及上述第一方式和各实施方式中的任一变压器。上部电极包括与在铅垂方向延伸的腔室的中心线交叉的第一电极；和相对于中心线在辐射方向上设置在该第一电极的外侧的第二电极。高频电源与第一线圈电连接。第一电极与第二线圈的一端电连接。第二电极与第三线圈的一端电连接。
在第三方式的等离子体处理装置中，能够将基于来自高频电源的高频生成的两个高频即第一高频、第二高频分别供给到第一电极(第三方式中的“内侧电极”)、第二电极(第三方式中的“外侧电极”)。另外，以在两个二次侧的线圈(第二线圈和第三线圈)与腔室侧的两个电极(内侧电极和外侧电极)之间同方向地供给电流的方式设定二次侧线圈对的旋转方向的角度位置，能够调整等离子体密度的径向的分布。另一方面，以在两个二次侧的线圈与腔室侧的两个电极之间彼此反方向地供给电流的方式调整二次侧线圈对的旋转方向的角度位置，能够减少入射到下部电极上的被加工物的离子的能量。
在第四方式中，提供一种电容耦合型的等离子体处理装置。该等离子体处理装置包括：提供腔室的腔室主体、作为上部电极的第一电极、下部电极、设置在比上部电极靠近腔室主体的侧壁的位置的第二电极、高频电源以及上述第一方式和各实施方式中的任一变压器。高频电源与第一线圈电连接，第一电极与第二线圈的一端电连接，第二电极与第三线圈的一端电连接。
在第四方式的等离子体处理装置中，以在两个二次侧的线圈(第二线圈和第三线圈)与腔室侧的两个电极(第一电极即上部电极和第二电极)之间同方向地供给电流的方式设定二次侧线圈对的旋转方向的角度位置时，下部电极与等离子体之间的电位差变大，下部电极上的被加工物被照射能量较高的离子。另一方面，以在两个二次侧的线圈与腔室侧的两个电极之间彼此反方向地供给电流的方式调整二次侧线圈对的旋转方向的角度位置时，下部电极与等离子体之间的电位差变小，照射到下部电极上的被加工物的离子的能量变小。如上所述，根据第四方式的等离子体处理装置，不直接对下部电极供电，就能够调整照射到下部电极上的被加工物的离子的能量。
在第五方式中，提供一种电容耦合型的等离子体处理装置。该等离子体处理装置包括：提供第一处理空间的第一处理分区、提供第二处理空间的第二处理分区、以在它们之间存在第一处理空间内的空间的方式设置的第一上部电极和第一下部电极、以在它们之间存在第二处理空间内的空间的方式设置的第二上部电极和第二下部电极、高频电源以及上述第一方式和各实施方式中的任一变压器。高频电源与第一线圈电连接。作为第一上部电极和第一下部电极中的一者的第一电极与第二线圈的一端电连接。作为第二上部电极和第二下部电极中的一者的第二电极与第三线圈的一端电连接。
在第五方式的等离子体处理装置中，能够将基于来自高频电源的高频生成的两个高频分配到两个处理空间用的两个电极。
在一实施方式中，等离子体处理装置还包括分别连接于第一电极与第二线圈的一端之间、第二电极与第三线圈的一端之间的两个电容器。
在一实施方式中，等离子体处理装置还包括与第二线圈的一端和第三线圈的一端中的一者连接的传感器，该传感器为电流传感器或电压传感器。另外，在一实施方式中，等离子体处理装置包括与第二线圈的一端和第三线圈的一端中的另一者连接的其他的传感器，该其他的传感器为电流传感器或者电压传感器。
在第六方式中，提供一种电容耦合型的等离子体处理装置。该等离子体处理装置包括：提供第一处理空间的第一处理分区、提供第二处理空间的第二处理分区、以在它们之间存在第一处理空间内的空间的方式设置的第一上部电极和第一下部电极、以在它们之间存在第二腔室内的空间的方式设置的第二上部电极和第二下部电极、高频电源以及上述第一方式和各实施方式中的任一变压器。高频电源与第一线圈电连接。作为第一上部电极的第一电极与第二线圈的一端电连接。作为第二上部电极的第二电极与第二线圈的另一端电连接。作为第一下部电极的第三电极与第三线圈的一端电连接。作为第二下部电极的第四电极与第三线圈的另一端电连接。
在第二线圈的两端流动相同的电流，在第三线圈的两端流动相同的电流。因此，在第六方式的等离子体处理装置中，对第一处理空间用的第一上部电极和第二处理空间用的第二上部电极供给相同的电流值的电流。另外，对第一处理空间用的第一下部电极和第二处理空间用的第二下部电极供给相同的电流值的电流。因此，能够对两个处理空间各自的上部电极和下部电极供给大致相同条件的高频。即，能够抑制机械误差。另外，能够控制分别供给到第一上部电极和第一下部电极的两个高频各自的电力和该两个高频之间的相位，能够控制分别供给到第二上部电极和第二下部电极的两个高频各自的电力和该两个高频之间的相位。因此，能够调整照射到第一下部电极上的被加工物的离子的能量，能够调整照射到第二下部电极上的被加工物的离子的能量。
在第七方式中，提供一种电容耦合型的等离子体处理装置。该等离子体处理装置包括：提供第一处理空间的第一处理分区、提供第二处理空间的第二处理分区、以在它们之间存在第一处理空间内的空间的方式设置的第一上部电极和第一下部电极、以在它们之间存在第二腔室内的空间的方式设置的第二上部电极和第二下部电极、高频电源以及上述第一方式和各实施方式中的任一变压器。高频电源与第一线圈电连接。作为第一上部电极的第一电极与第二线圈的一端电连接。作为第一下部电极的第二电极与第二线圈的另一端电连接。作为第二上部电极的第三电极与第三线圈的一端电连接。作为第二下部电极的第四电极与第三线圈的另一端电连接。
在第二线圈的两端流动相同的电流，在第三线圈的两端流动相同的电流。因此，在第七方式的等离子体处理装置中，能够抑制在第一处理分区中流动的电流和在第二处理分区中流动的电流。因此，能够抑制等离子体向第一处理分区的扩散，能够在第一上部电极与第一下部电极之间封入等离子体，能够生成稳定的等离子体。另外，能够抑制等离子体向第二处理分区的扩散，能够在第二上部电极与第二下部电极之间封入等离子体，能够生成稳定的等离子体。
在一实施方式中，等离子体处理装置还包括分别连接于第一电极与第二线圈的一端之间、第二电极与第二线圈的另一端之间、第三电极与第三线圈的一端之间、第四电极与第三线圈的另一端之间的四个电容器。
在一实施方式中，等离子体处理装置还包括作为电流传感器或者电压传感器的多个传感器。多个传感器包括与第二线圈的一端和另一端中的一者以及第三线圈的一端和另一端中的一者分别连接的两个传感器。在另一实施方式中，多个传感器还包括与第二线圈的一端和另一端中的另一者以及第三线圈的一端和另一端中的另一者分别连接的其他的两个传感器。
在第八方式中，提供一种感应耦合型的等离子体处理装置。该等离子体处理装置包括：提供腔室的腔室主体；设置在腔室内的下部电极；设置在下部电极的上方的窗部件；设置在窗部件的上方，围绕沿铅垂方向延伸的腔室的中心线延伸的第一天线线圈；设置在窗部件的上方，围绕中心线延伸，设置在第一天线线圈的外侧的第二天线线圈；高频电源；以及上述第一方式和各实施方式中的任一变压器。高频电源与第一线圈电连接。第二线圈的一端和另一端分别与第一天线线圈的一端和另一端电连接。第三线圈的一端和另一端分别与第二天线线圈的一端和另一端电连接。
在第八方式的等离子体处理装置中，能够调整从第二线圈对第一天线线圈供给的高频的电力与从第三线圈对第二天线线圈供给的高频的电力之比。由第一天线线圈生成的变动磁场主要用于进行包含上述中心线的区域的等离子体密度的调整。另外，由第二天线线圈生成的变动磁场主要用于进行从上述中心线偏离的区域的等离子体密度的调整。因此，根据第八方式的等离子体处理装置，能够调整等离子体密度的径向的分布。
在一实施方式中，等离子体处理装置还包括多个电容器。多个电容器分别连接于第二线圈的一端与第一天线线圈的一端之间、第二线圈的另一端与第一天线线圈的另一端之间、第三线圈的一端与第二天线线圈的一端之间、第三线圈的另一端与第二天线线圈的另一端之间。
在第九方式中，提供一种感应耦合型的等离子体处理装置。该等离子体处理装置包括：提供腔室的腔室主体、设置在腔室内的下部电极、设置在下部电极的上方的窗部件、设置在窗部件的上方的天线线圈、高频电源以及上述第一方式和各实施方式中的任一变压器。高频电源与第一线圈电连接。第二线圈的一端和另一端分别与天线线圈的一端和另一端电连接。第三线圈的一端与下部电极电连接。
在第九方式的等离子体处理装置中，基于来自高频电源的高频生成的两个高频中的一者被供给到天线线圈，另一者被供给到下部电极。即，两个高频中的一者用于等离子体生成，另一者用于离子能量的控制。
在一实施方式中，第一线圈的自谐振频率是高频电源产生的高频的频率的2倍以上。根据该实施方式，能够抑制因二次侧的负载的变动导致的第一线圈的自谐振频率的较大的变动。
在一实施方式中，第二线圈具有比与该第二线圈连接的负载的负载阻抗大的自感，第三线圈具有比与该第三线圈连接的负载的负载阻抗大的自感。
在第十方式中，提供使用第二～第四方式以及第五方式及其实施方式中的任一等离子体处理装置的等离子体处理方法。在该等离子体处理方法所使用的等离子体处理装置中，第二线圈的另一端和第三线圈的另一端相互连接且接地。该等离子体处理方法包括：将包含第二线圈和第三线圈的二次侧线圈对的旋转方向的角度位置设定为第一角度位置的第一步骤；和将二次侧线圈对的旋转方向的角度位置设定为第二角度位置的第二步骤。第一步骤和第二步骤在对第一线圈供给有来自高频电源的高频的状态下交替地反复进行。
在原子层级的成膜或者原子层级的蚀刻中，要求交替变更入射到被加工物的离子的能量。在第十方式的等离子体处理方法中，通过交替变更包含第二线圈和第三线圈的二次侧线圈对的旋转方向的角度位置，在来自高频电源的高频被供给到第一线圈的状态下，能够交替地变更入射到被加工物的离子的能量。因此，能够改善原子层级的成膜、原子层级的蚀刻等的等离子体处理的生产能力。
发明效果
如以上说明的方式，能够精细地控制从变压器的二次侧输出的第一高频的电力与第二高频的电力之比。另外，在对一次侧的线圈供给高频的状态下，能够变更两个输出高频的电力比。并且，能够将第一高频和第二高频之间的相位在同相位与反相位之间变更。
附图说明
图1是将一实施方式的变压器一部分剖切表示的立体图。
图2是概略地表示一实施方式的变压器的三个线圈的图。
图3是概略地表示图1所示的变压器的平面图。
图4是概略地表示图1所示的变压器的平面图。
图5是概略地表示图1所示的变压器的平面图。
图6是概略地表示图1所示的变压器的平面图。
图7A是表示电力传递效率的图表。
图7B是表示输入电压和输出电压之比(Vout/Vin)的图表。
图8是表示阻抗特性的图表。
图9是表示第一实施方式的等离子体处理装置的图。
图10是表示第一实施方式的等离子体处理装置的图。
图11A是表示上部电极、下部电极和腔室主体各自中的电流值的图表。
图11B是表示上部电极和下部电极各自的直流电位的图表。
图12是表示与一实施方式的等离子体处理方法相关联的时序图的图。
图13是表示第二实施方式的等离子体处理装置的图。
图14是表示第三实施方式的等离子体处理装置的图。
图15是表示第四实施方式的等离子体处理装置的图。
图16是表示第五实施方式的等离子体处理装置的图。
图17是表示第六实施方式的等离子体处理装置的图。
图18是表示第七实施方式的等离子体处理装置的图。
图19是表示第八实施方式的等离子体处理装置的图。
图20是表示另一实施方式的等离子体处理装置的图。
图21是表示又一实施方式的等离子体处理装置的图。
图22是表示第一实施方式的变形例的等离子体处理装置的图。
附图标记说明
10…等离子体处理装置、12…腔室主体、12c…腔室、CL…中心线、14…上部电极、16…下部电极、18…高频电源、20…载置台、22…静电吸盘、32…气体供给部、36…排气装置、38…匹配器、60…控制部、100…变压器、102…旋转轴、RX…中心轴线、104…第一线圈、AX1…第一轴线、106…二次侧线圈对、108…第二线圈、AX2…第二轴线、110…第三线圈、AX3…第三轴线、140…驱动机构。
具体实施方式
以下，参照附图对各种实施方式进行详细说明。此外，在各图面中对相同或者相当的部分标注相同的附图标记。
图1是将一实施方式的变压器一部分剖切表示的立体图。图2是概略地表示一实施方式的变压器的三个线圈的图。图1和图2所示的变压器100包括旋转轴102、一次侧的第一线圈104和二次侧线圈对106。二次侧线圈对106包括第二线圈108和第三线圈110。在一实施方式中，变压器100还包括支承部件112、114、支柱116、支承部件118、120、支承部件122、124、端子124a、124b、端子128a、128b和端子130a、130b。
旋转轴102呈大致圆柱状。旋转轴102设置成能够绕其中心轴线RX即以中心轴线RX为旋转轴线进行旋转。在一实施方式中，旋转轴102由支承部件112和支承部件114可旋转地支承。支承部件112和支承部件114是板状的部件，具有大致矩形的平面形状。支承部件112和支承部件114由绝缘体形成。支承部件112和支承部件114设置成与中心轴线RX交差或者大致正交，以它们的板厚方向与中心轴线RX延伸的方向RD大致一致的方式排列在方向RD上。在支承部件112的角落部固定支柱116的一端，在支承部件114的角落部固定支柱116的另一端。旋转轴102的一端部贯穿支承部件112，从支承部件112突出。该旋转轴102的一端部与后述的驱动机构140(例如、电动机)连接。
支承部件118和支承部件120是大致圆盘状的部件，由绝缘体形成。支承部件118和支承部件120设置成在支承部件112和支承部件114之间与中心轴线RX交差或者大致正交，以它们的板厚方向与方向RD大致一致的方式排列在方向RD上。另外，支承部件122和支承部件124是大致圆盘状的部件，由绝缘体形成。支承部件122和支承部件124设置成在支承部件118和支承部件120之间与中心轴线RX交差或者大致正交，以它们的板厚方向与方向RD大致一致的方式排列在方向RD上。旋转轴102贯穿支承部件118、120、122、124各自的中心。支承部件118、120、122、124固定在旋转轴102。
第一线圈104围绕与中心轴线RX正交的第一轴线AX1延伸。在一实施方式中，第一轴线AX1在支承部件112和支承部件114的中间与中心轴线RX正交。第一线圈104以交替通过支承部件112的外侧和支承部件114的外侧的方式，以第一轴线AX1为中心被卷绕。
第一线圈104的一端104a与端子124a连接。在一实施方式中，端子124a设置在支承部件112的一面112a(朝向变压器100的外侧的面)。另外，第一线圈104的另一端104b与端子124b连接。在一实施方式中，端子124b设置在支承部件114的一面114a(朝向变压器100的外侧的面)。
第二线圈108围绕第二轴线AX2延伸。第二轴线AX2在由第一线圈104包围的区域内与中心轴线RX正交。在一实施方式中，第二轴线AX2在支承部件118和支承部件120的中间与中心轴线RX正交。第二线圈108以交替通过支承部件118的外侧和支承部件120的外侧的方式，以第二轴线AX2为中心被卷绕。第二线圈108经由支承部件118和支承部件120而被旋转轴102支承。
第二线圈108的一端108a与端子128a连接。另外，第二线圈108的另一端108b与端子128b连接。在一实施方式中，端子128a和端子128b设置在支承部件112的一面112a。旋转轴102包括呈同轴状设置的第一导体和第二导体，第二线圈108的一端108a与第一导体连接，第二线圈108的另一端108b与第二导体连接。第一导体经由旋转连接件130内的滑环与端子128a连接。另外，第二导体经由旋转连接件130内的另一滑环与端子128b连接。
第三线圈110围绕第三轴线AX3延伸。第三轴线AX3在由第一线圈104包围的区域内与中心轴线RX正交。另外，第三轴线AX3与第二轴线AX2交差。第三轴线AX3和第二轴线AX2彼此之间成规定的角度θp。角度θp没有限定，例如可以是90度。在一实施方式中，第三轴线AX3在支承部件122和支承部件124的中间与中心轴线RX正交。第三线圈110以交替通过支承部件122的外侧和支承部件124的外侧的方式，以第三轴线AX3为中心被卷绕。第三线圈110经由支承部件122和支承部件124被旋转轴102支承。该第三线圈110与第二线圈108之间确保绝缘距离。
第三线圈110的一端110a与端子130a连接。另外，第三线圈110的另一端110b与端子130b连接。在一实施方式中，端子130a和端子130b设置在支承部件114的一面114a。旋转轴102包含呈同轴状设置的第三导体和第四导体，第三线圈110的一端110a与第三导体连接，第三线圈110的另一端110b与第四导体连接。第三导体经由设置在支承部件114的附近的其它旋转连接件的滑环与端子130a连接。另外，第四导体经由该其它旋转连接件内的其它滑环与端子130b连接。
以下，参照图3～图6说明变压器100的两个输出高频的产生原理。图3～图6是概略地表示图1所示的变压器的平面图。图3～图6中概略地表示在沿中心轴线RX的方向上观看的第一线圈104、第二线圈108和第三线圈110。在图3～图6中，第一线圈104用矩形的图形表示。以下的说明中，将二次侧线圈对106的旋转方向的角度位置θr定义为第一轴线AX1与第二轴线AX2所成的角度。如图4所示，第一轴线AX1和第二轴线AX2一致时，角度位置θr是0度。另外，如图3所示，第二轴线AX2相对于第一轴线AX1顺时针地在0度至180度的范围内时，角度位置θr为负值。另外，如图5所示，第二轴线AX2相对于第一轴线AX1逆时针地在0度至180度的范围内时，角度位置θr为正值。
从高频电源对第一线圈104供给高频时，在与第一轴线AX1大致平行的方向上产生磁通MF。如图3所示，产生的磁通贯穿第二线圈108，在第二线圈108产生感应电动势。另外，产生的磁通贯穿第三线圈110，在第三线圈110产生感应电动势。由此，从第二线圈108输出第一高频，从第三线圈110输出第二高频。贯穿第二线圈108的磁通的量以及第一高频的电力，依赖于第一线圈104与第二线圈108所成的角度。另外，贯穿第三线圈110的磁通的量以及第二高频的电力，依赖于第一线圈104与第三线圈110所成的角度。在变压器100中，通过使旋转轴102旋转，能够使二次侧线圈对106旋转，从而能够精细地变更第一线圈104与第二线圈108所成的角度和第一线圈104与第三线圈110所成的角度之比。因此，能够精细地控制第一高频的电力与第二高频的电力之比、即两个输出高频的电力比。
另外，在变压器100中，无需通过接地的分接抽头的变更即接点的变更来变更两个输出高频的电力比，而通过旋转轴102的旋转，就能够变更两个输出高频的电力比。因此，即使在对一次侧的第一线圈104供给高频的状态下，也能够变更两个输出高频的电力比。
另外，在变压器100中，能够将第一高频与第二高频之间的相位在同相位与反相位之间变更。以下具体进行说明。在图3所示的状态下，角度位置θr例如是-20度。在该状态下，磁通在第二线圈108中从该第二线圈108的一方侧向另一方侧贯穿，该磁通在第三线圈110中从该第三线圈110的一方侧向另一方侧贯穿。因此，在第二线圈108的一端与另一端之间、第三线圈110的一端与另一端之间产生同方向(同相位)的感应电动势。
在图4所示的状态下，角度位置θr是0度。在该状态下，磁通仅贯穿第二线圈108。因此，仅在第二线圈108产生感应电动势，在第三线圈110不产生感应电动势。
在图5所示的状态下，角度位置θr例如是20度。在该状态下，磁通在第二线圈108中从该第二线圈108的一方侧向另一方侧贯穿，该磁通在第三线圈110中从该第三线圈110的另一方侧向一方侧贯穿。因此，在第二线圈108的一端与另一端之间产生的感应电动势和在第三线圈110的一端与另一端之间产生的感应电动势的方向成为反方向(反相位)。
在图6所示的状态下，角度位置θr是90度。在该状态下，磁通仅贯穿第三线圈110。因此，仅在第三线圈110产生感应电动势，在第二线圈108不产生感应电动势。
如上所述，根据变压器100，能够将第一高频与第二高频之间的相位在同相位与反相位之间变更。另外，能够将输出高频仅从第二线圈108和第三线圈110中的一者输出。
以下，说明在变压器100的性能提高中所期望的设计例。但是，变压器100并不限于以下说明的设计例。
在变压器中，期望一次侧的线圈的电流值和二次侧的线圈的电流值是大致相同等级。在此，一次侧的线圈与高频电源连接、二次侧的线圈与复阻抗Z2的负载连接的情况下，一次侧的线圈的电流值I1与二次侧的线圈的电流值I2之比(电流比)由以下的式(1)表示。在式(1)中，L1是一次侧的线圈的自感，L2是二次侧的线圈的自感，k是一次侧的线圈与二次侧的线圈之间的耦合系数，ω是高频的角频率。
在式(1)中，为了不依赖于负载的复阻抗Z2地增大电流比，需要以满足Z2<<L2ω的方式设定二次侧的线圈的大小和匝数。因此，在一实施方式中，第二线圈108使用具有比与其连接的负载的负载阻抗大的电感的线圈。另外，第三线圈110使用具有比与其连接的负载的负载阻抗比大的电感的线圈。
在二次侧的线圈满足Z2<<L2ω的情况下，电流比如式(1)所示，近似地成为耦合系数k和自感L1与自感L2之比的平方根的积。根据式(1)能够理解，通过使一次侧的线圈的自感L1比二次侧的线圈的自感L2大，能够增大电流比。在一实施方式的变压器100中，第一线圈104的自感设定为比第二线圈108的自感和第三线圈110的自感大的自感。由此，能够增大电流比。因此，能够对与二次侧的两个线圈即第二线圈108和第三线圈110连接的负载分别供给充足的电流。
在一实施方式中，第二线圈108和第三线圈110设置在第一线圈104的内侧。即，以旋转的二次侧线圈对106不与第一线圈104干渉的方式，二次侧线圈对106设置在第一线圈104的内侧。因此，第一线圈104的尺寸(截面积)比第二线圈108的尺寸(截面积)和第三线圈110的尺寸(截面积)大。因此，能够使第一线圈104的自感比第二线圈108的自感和第三线圈110的自感大。
接着，说明向变压器100的第一线圈104输入的高频的频率。线圈具有浮动电容成分，因此，具有并联谐振的频率、即自谐振频率。在并联谐振状态下，阻抗变得非常高。另外，一次侧的线圈受到2次侧的负载阻抗的影响。因此，在高频的频率为接近一次侧的线圈的自谐振频率的频率的情况下，即使是负载的稍微的变动，阻抗也较大地变动。其结果是，产生阻抗脱离在一次侧的线圈与高频电源之间设置的匹配器的匹配范围的情况。该情况能够通过利用产生具有一次侧的线圈的自谐振频率的1/2以下的频率的高频的高频电源而避免。因此，在后述的各种等离子体处理装置的实施方式中，作为与第一线圈104连接的高频电源，能够选择第一线圈104的自谐振频率为该高频电源产生的高频的频率2倍以上的高频电源。
接着，说明二次侧线圈对106的第二线圈108与第三线圈110所成的角度θp。在一实施方式中，第二线圈108与第三线圈110所成的角度θp设定为90度。由此，能够极力减小第二线圈108与第三线圈110之间的相互电感，能够抑制第二线圈108与第三线圈110之间的相互干渉。结果，能够在第二线圈108和第三线圈110高效地产生高频。另外，在第二线圈108和第三线圈110中的一者产生的感应电动势为最大时，在第二线圈108和第三线圈110中的另一者产生的感应电动势为最小。因此，两个输出高频的电力比的控制性变高。另外，也能够增多第二线圈108的匝数和第三线圈110的匝数。
接着，说明第二线圈108的自感和第三线圈110的自感。第一线圈104的电流值与第二线圈108的电流值之比(电流比的最大值)和第一线圈104的电流值与第三线圈110的电流值之比(电流比的最大值)，从匹配器的可变范围和匹配器的动作的观点出发，优选为大致相同。但是，在一实施方式中，第三线圈110设置在第二线圈108的内侧。因此，第三线圈110的尺寸(截面积)比第二线圈108的尺寸(截面积)小。因此，在第一线圈104和第二线圈108的耦合系数的最大值与第一线圈104和第三线圈110的耦合系数的最大值之间产生差。为了减少该差，在一实施方式中，以第三线圈110具有比第二线圈108的自感小的自感的方式构成变压器100。
以下，说明对变压器的实施例进行的评价。此外，本发明不限于实施例。在实施例中，第一线圈的截面具有11mm×19mm的尺寸，第二线圈的截面具有9mm×14mm的尺寸，第三线圈的截面具有9mm×9mm的尺寸。另外，第二线圈和第三线圈所成的角度θp是90度。另外，第一线圈的自感、第二线圈的自感、第三线圈的自感分别是76.1μH、30.1μH、33.4μH。
而且，将第一线圈的一端与网络分析仪的端口1连接，将第二线圈的一端与网络分析仪的端口2连接，使第三线圈的一端与50Ω的负载连接，使第一线圈的另一端、第二线圈的另一端和第三线圈的另一端接地。并且，将二次侧线圈对的旋转方向的角度位置θr设定为从-90度至90度之间的若干个角度，并且，测定从第一线圈向第二线圈的电力传递效率、第一线圈的输入电压与第二线圈的输出电压之比(Vout/Vin)。另外，将第一线圈的一端与网络分析仪的端口1连接，将第三线圈的一端与网络分析仪的端口2连接，使第二线圈的一端与50Ω的负载连接，使第一线圈的另一端、第二线圈的另一端和第三线圈的另一端接地。并且，将二次侧线圈对的旋转方向的角度位置θr设定为从-90度至90度之间的若干个角度，并且，测定从第一线圈向第三线圈的电力传递效率、第一线圈的输入电压与第三线圈的输出电压之比(Vout/Vin)。
图7A和图7B表示结果。在图7A的图表中，横轴表示角度位置θr，纵轴表示电力传递效率(％)。在图7A的图表中，由“线圈108”的凡例表示的绘图表示从第一线圈向第二线圈的电力传递效率，由“线圈110”的凡例表示的绘图表示从第一线圈向第三线圈的电力传递效率。在图7B的图表中，横轴表示角度位置θr，纵轴表示Vout/Vin。在图7B的图表中，由“线圈108”的凡例表示的绘图表示从第一线圈的输入电压与第二线圈的输出电压之比，由“线圈108”的凡例表示的绘图表示第一线圈的输入电压与第三线圈的输出电压之比。
从图7A的图表可以理解，能够确认根据实施例的变压器，通过调整二次侧线圈对的角度位置θr，能够精细地调整两个输出高频的电力比。另外，从图7B的图表可以理解，能够确认二次侧线圈对的角度位置θr设定为从0度至-90度之间的角度位置的情况下，在第二线圈和第三线圈产生同方向(同相位)的感应电动势，二次侧线圈对的角度位置θr设定为从0度至90度之间的角度位置的情况下，在第二线圈和第三线圈产生反方向(反相位)的感应电动势。因此，能够确认根据实施例的变压器，能够使两个输出高频的相位关系在同相位与反相位之间变更。
并且，将第一线圈的一端与网络分析仪的端口1连接，将第二线圈的一端和第三线圈的一端分别与50Ω的负载连接，将第一线圈的另一端、第二线圈的另一端和第三线圈的另一端接地。而且，测定输入侧的阻抗特性。图8表示结果。在图8的图表中，横轴表示频率，纵轴表示输入侧的阻抗。从图8的图表可以理解，在实施例的变压器中，与至大约1.3MHz为止的频率的增加相应的输入侧的阻抗的变化，在对数图表上为线形。这是通常的线圈的动作。另外，在实施例的变压器中，当频率超过大约1.3MHz时，输入侧的阻抗急剧变高，以2.7MHz的频率产生并联谐振。因此，能够确认：作为与第一线圈连接的高频电源，优选相对于该高频电源产生的高频的频率，第一线圈的自谐振频率为2倍以上的高频电源。此外，在与图7A和图7B相关的上述的评价中，使用450kHz的高频。
以下，说明具有变压器100的等离子体处理装置的若干的实施方式。
图9和图10是表示第一实施方式的等离子体处理装置的图。在图9中，在第一实施方式的等离子体处理装置中，将其腔室主体剖切表示。图10概略地表示图9所示的等离子体处理装置，表示变压器的第一～第三线圈。图9和图10所示的等离子体处理装置10是电容耦合型的等离子体处理装置，包括腔室主体12、上部电极14、下部电极16、高频电源18和变压器100。
腔室主体12的内部空间作为腔室12c提供。腔室主体12由铝等的金属形成。在腔室主体12的内壁面形成有耐等离子体性的覆盖层。耐等离子体性的覆盖层能够是阳极铝膜、氧化钇膜等的陶瓷制的膜。腔室主体12包括大致筒状的侧壁部、与侧壁部的下端连续的底部和与侧壁部的上端连续的上端部。该腔室主体12接地。
在腔室主体12内设置载置台20。载置台20包括下部电极16。另外，在一实施方式中，载置台20还包括静电吸盘22。该载置台20由从腔室主体12的底部延伸的绝缘性的支承体24支承。载置台20的下部电极16是第一实施方式中的第二电极。下部电极16具有大致圆盘形状，由铝等的导体形成。静电吸盘22设置在下部电极16上。静电吸盘22包括介电体膜和内置在该介电体膜内的电极。静电吸盘22的电极经由开关与电源连接。从该电源对静电吸盘22的电极施加电压，由此，静电吸盘22产生静电力。静电吸盘22通过该静电力吸附载置在其上的被加工物W，保持该被加工物W。
腔室主体12的上端部开口。上部电极14隔着绝缘性的部件26支承在腔室主体12的上端部。上部电极14与部件26一起打开和关闭腔室主体12的上端部的开口。上部电极14是第一实施方式中的第一电极。在上部电极14和下部电极16之间存在腔室12c内的空间。上部电极14包括顶板28和支承体30。顶板28与腔室12c相对。该顶板28能够由硅、铝或者石英等的材料构成。此外，顶板28由铝形成的情况下，在其表面实施耐等离子体性的覆盖层。在顶板28形成有多个气体排出孔28a。
支承体30可拆卸地支承顶板28。支承体30例如由铝等的导体形成。在支承体30的内部形成有气体扩散室30a。支承体30形成有连接气体扩散室30a和多个气体排出孔28a的多个孔30b。另外，气体扩散室30a与供给用于等离子体处理的气体的气体供给部32连接。气体供给部32包括多个气体源、质量流量控制器等的多个流量控制器和多个阀。多个气体源分别经由多个流量控制器中的对应的流量控制器和多个阀中的对应的阀与气体扩散室30a连接。该气体供给部32调整来自多个气体源中的所选择的气体源的气体的流量，并将该气体供给到气体扩散室30a。供给到气体扩散室30a的气体从多个气体排出孔28a供给到腔室12c。
在腔室主体12的侧壁部形成有用于被加工物的搬送的开口。该开口能够通过闸阀34打开和关闭。另外，腔室12c与排气装置36连接。通过该排气装置36使腔室12c的压力减少。
变压器100的旋转轴102与驱动机构140(例如电动机)连接。该驱动机构140产生使旋转轴102旋转的动力。通过旋转轴102的旋转，调整变压器100的二次侧线圈对106的角度位置θr。
变压器100的端子124a经由匹配器38与高频电源18连接。因此，第一线圈104的一端与高频电源18电连接。高频电源18产生向变压器100的一次侧的线圈(第一线圈104)供给的高频。该高频的频率在一实施方式中可以为第一线圈104的自谐振频率的1/2以下的频率。匹配器38具有用于使高频电源18的输出阻抗与负载侧的阻抗匹配的匹配电路。
变压器100的端子128a经由电容器40与上部电极14连接。因此，第二线圈108的一端与上部电极14连接。变压器100的端子130a经由电容器42与下部电极16连接。因此，第三线圈110的一端与下部电极16连接。变压器100的端子124b、端子128b和端子130b相互连接并接地。因此，第一线圈104的另一端、第二线圈108的另一端和第三线圈110的另一端相互连接并接地。
另外，等离子体处理装置10还包括控制部60。控制部60可以为具有处理器、存储器等的存储装置、显示器等的显示装置、键盘等的输入装置、数据输入输出装置等的组件的计算机装置。控制部60通过收纳在存储装置的控制程序和处理方案，控制等离子体处理装置10的各部。
在该等离子体处理装置10中进行等离子体处理时，被加工物W由静电吸盘22保持。另外，从气体供给部32对腔室12c供给气体。另外，通过排气装置36使腔室12c的压力减少。然后，供给到腔室12c内的气体被来自变压器100的输出高频激发。由此，在腔室12c生成等离子体。通过来自该等离子体中的自由基和/或者离子，对被加工物W进行处理。
在腔室12c中生成的等离子体的直流电位，比腔室主体12的直流电位、上部电极14的直流电位和下部电极16的直流电位高。如果下部电极16的直流电位比腔室主体12的直流电位和上部电极14的直流电位高，则入射到被加工物W的离子的能量变低。另一方面，如果下部电极16的直流电位比腔室主体12的直流电位和上部电极14的直流电位低，则入射到被加工物W的离子的能量变高。
在该等离子体处理装置10中，能够将基于来自高频电源18的高频生成的两个高频即第一高频、第二高频分别供给到上部电极14、下部电极16。另外，通过调整二次侧线圈对106的旋转方向的角度位置θr，能够调整第一高频的功率、第二高频的功率和第一高频与第二高频之间的相位。因此，能够调整入射到下部电极16上的被加工物W的离子的能量。例如，设定角度位置θr，使得与从上部电极14经由等离子体流入到下部电极16的电流(高频电流)反相位的电流(高频电流)供给到下部电极。由此，能够控制入射到下部电极16上的被加工物W的离子的能量。
以下，说明关于在等离子体处理装置10的上部电极14、下部电极16和腔室主体12各自中流过的电流、以及上部电极14和下部电极16各自的直流电位的评价结果。评价所使用的等离子体处理装置10的上部电极14与下部电极16之间的距离是19mm，等离子体处理装置10是能够处理具有300mm的直径的晶片的装置。另外，在该评价中，将腔室12c的压力设定为800mTorr(106.7Pa)，将从高频电源输入到第一线圈的高频的功率设定为1000W，将该高频的频率设定为450kHz。另外，对腔室12c供给40sccm的Ar气体、40sccm的O2气体。此外，使用上述实施例的变压器。在该评价中，将二次侧线圈对的角度位置θr设定在-45度～45度之间的若干个角度位置，并且测定上部电极14、下部电极16和腔室主体12各自中的电流值以及上部电极14和下部电极16各自的直流电位Vdc。
图11A表示角度位置θr与上部电极14、下部电极16和腔室主体12各自中的电流值的关系，图11B表示角度位置θr与上部电极14和下部电极16各自的直流电位Vdc的关系。图11A的图表中，由“上部电极”的凡例表示的绘图表示上部电极14中的电流值，由“下部电极”的凡例表示的绘图表示下部电极16中的电流值，由“腔室主体”的凡例表示的绘图表示腔室主体12中的电流值。另外，图11B的图表中，由“上部电极”的凡例表示的绘图表示上部电极14的直流电位，由“下部电极”的凡例表示的绘图表示绘图下部电极16的直流电位。此外，在以下的说明中，以从上部电极14经由等离子体流向下部电极16和腔室主体12的电流的方向为基准，进行图11A和图11B所示的评价结果的说明。
在角度位置θr为27度时，向上部电极14供给的第一高频的功率比向下部电极16供给的功率大，但是，来自上部电极14的电流的一部分流入到下部电极16，以与流入的电流同方向的电流流动的相位，将第二高频供给到下部电极16，所以这些电流相加。因此，在角度位置θr为27度时，如图11A所示，在上部电极14和下部电极16流过大致同等的电流值的电流。另外，在角度位置θr为27度时，如图11B所示，下部电极16的直流电位为绝对值大的负值。因此，确认出在角度位置θr为27度时，能够对下部电极16上的被加工物照射较高能量的离子。
当角度位置θr为0度时，不对下部电极16供给高频，但是来自上部电极14的电流部分流入到下部电极16。因此，如图11A所示，下部电极16的电流值不为零。另外，如图11B所示，下部电极16的直流电位为负的值。因此，确认出在角度位置θr20度时，入射到被加工物W的离子的能量不成为最小。
在角度位置θr为-25度时，如图11A所示，下部电极16被从第二线圈供给与从上部电极14流入到下部电极16的电流的电流值同等的电流值的电流，彼此电流相互抵消。另外，如图11B所示，下部电极16的直流电位为较大的正值。因此，确认出在角度位置θr为-25度时，入射到被加工物W的离子的能量大幅减少。从以上的说明可以理解，根据具有变压器100的等离子体处理装置10，能够精细地调整入射到下部电极16上的被加工物W的离子的能量。
以下，说明使用等离子体处理装置10的等离子体处理方法的实施方式。图12是表示与一实施方式的等离子体处理方法相关的时序的图。此外，该等离子体处理方法也能够在后述的若干的其它施方式的等离子体处理装置中实施。
如图12所示，该等离子体处理方法包括步骤ST1(第一步骤)和步骤ST2(第二步骤)。步骤ST1和步骤ST2交替地反复进行。在步骤ST1中，二次侧线圈对106的旋转方向的角度位置θr设定为第一角度位置。第一角度位置是入射到被加工物的离子的能量变得比较低的角度位置，例如是-25度。另外，在步骤ST1中，对腔室12c供给气体A和气体B。步骤ST1中的气体A的流量为第一流量(例如，50sccm)。步骤ST1中的气体B的流量为第二流量(例如，120sccm)。气体A没有限定，可以是氩气等的稀有气体。气体B没有限定，例如可以是成膜用的前驱体气体。前驱体气体例如可以是含硅气体。另外，在步骤ST1中，腔室12c的压力设定为比较高的第一压力(例如，2Torr(266.6Pa))。另外，高频电源18的高频的功率设定为第一功率(例如、1000W)。
在步骤ST1中，生成气体A和气体B的等离子体，等离子体中的离子和/或自由基被照射到被加工物。在步骤ST1中，角度位置θr设定为第一角度位置，因此，照射到被加工物的离子的能量比较低。因此，在气体B为前驱体气体的情况下，能够抑制形成在前驱体和被加工物上的膜的损害。
在步骤ST2中，二次侧线圈对106的旋转方向的角度位置θr设定为第二角度位置。第二角度位置是入射到被加工物的离子的能量比较高的角度位置，例如是27度。另外，在步骤ST2中，对腔室12c供给气体A。步骤ST2中的气体A的流量例如是上述的第一流量。步骤ST2中的气体B的流量是第三流量例如0sccm。另外，在步骤ST2中，腔室12c的压力设定为比较低的第二压力(例如，0.8Torr(106.7Pa))。另外，高频电源18的高频的功率设定为比第一功率高的第二功率(例如1200W)。
在步骤ST2中，生成气体A的等离子体，等离子体中的离子和/或者自由基被照射到被加工物。在步骤ST2中，角度位置θr设定为第二角度位置，所以被照射到被加工物的离子的能量比较高。因此，在气体B为前驱体气体的情况下，能够除去在步骤ST1中形成在被加工物上的过剩的前驱体和/或前驱体中的不要的成分。根据该等离子体处理方法，在气体B为前驱体气体的情况下，能够进行原子层级的成膜。此外，该等离子体处理方法不仅在原子层级的成膜中使用，也能够在其它的等离子体处理例如原子层级的蚀刻中使用。
另外，在该等离子体处理方法中，步骤间的转移时不需要停止从高频电源18对第一线圈104的高频供给。这是因为利用了变压器100，而不利用分接抽头的切换即不利用接点，通过角度位置θr的调整就能够变更第二线圈108中的第一高频的功率、第三线圈110中的第二高频的功率和它们之间的相位关系。因此，根据该等离子体处理方法，使步骤ST1和步骤ST2交替地反复进行的等离子体处理的生产能力变高。此外，该等离子体处理方法可以在包含步骤ST1和步骤ST2的循环中还包含其它步骤。
以下，说明第二实施方式的等离子体处理装置。图13是表示第二实施方式的等离子体处理装置的图。图13与图10同样是概略地表示第二实施方式的等离子体处理装置。以下，对第二实施方式的等离子体处理装置10A和等离子体处理装置10的不同点进行说明，省略与关于等离子体处理装置10的说明重复的说明。
等离子体处理装置10A包括上部电极14A。上部电极14A包括第一电极141(内侧电极)和第二电极142(外侧电极)。第一电极141与中心线CL交叉。第一电极141具有圆形的平面形状。第一电极141的中心线与中心线CL一致。此外，中心线CL是腔室12c的中心线，在铅垂方向延伸。第二电极142相对于中心线CL在辐射方向上设置在第一电极141的外侧。第二电极142具有围绕中心线CL延伸的环状的平面形状。
变压器100的端子128a经由电容器40A与第一电极141连接。因此，第二线圈108的一端与第一电极141连接。变压器100的端子130a经由电容器42A与第二电极142连接。因此，第三线圈110的一端与第二电极142连接。
在此，在与从上部电极14A流动到下部电极16的电流的方向同向上流动的电流为同相位的电流。在等离子体处理装置10A中，以对第一电极141和第二电极142分别供给同相位的电流的方式设定角度位置θr时，能够对中心线CL调整径向的等离子体密度的分布。另一方面，以在两个二次侧的线圈与腔室侧的两个电极之间相互反向地供给电流，即对第一电极141和第二电极142分别供给相互反相位的电流的方式设定角度位置θr时，电流在第一电极141与第二电极142之间流动。其结果是，流到下部电极16的电流减少。因此，能够减少入射到下部电极16上的被加工物W的离子的能量。
在该等离子体处理装置10A中，能够实施上述实施方式的等离子体处理方法。在等离子体处理装置10A中实施该等离子体处理方法的情况下，在步骤ST1中，以对第一电极141和第二电极142分别供给相互反相位的电流的方式设定角度位置θr。在步骤ST2中，以对第一电极141和第二电极142分别供给同相位的电流的方式设定角度位置θr。
以下，说明第三实施方式的等离子体处理装置。图14是表示第三实施方式的等离子体处理装置的图。图14与图10同样概略地表示第三实施方式的等离子体处理装置。以下，说明第三实施方式的等离子体处理装置10B与等离子体处理装置10的不同点，省略与关于等离子体处理装置10的说明重复的说明。
等离子体处理装置10B还包括电极62。电极62是第三实施方式中的第二电极。电极62设置在比上部电极14更靠腔室主体12的侧壁的附近。在一实施方式中，电极62设置在上部电极14与腔室主体12的侧壁之间，例如具有环状的平面形状。此外，电极62的铅垂方向上的配置位置为比载置台20更靠上方，且与上部电极14的配置位置大致相同水平或者比上部电极14的配置位置更靠下方的位置时，能够为任意的位置。
变压器100的端子130a经由电容器42B与电极62连接。因此，第三线圈110的一端与电极62连接。在等离子体处理装置10B中，下部电极16与电容器44B的一端连接，电容器44B的另一端接地。
在此，与从上部电极14流到下部电极16的电流的方向同向上流动的电流是同相位的电流。在等离子体处理装置10B中，以对上部电极14和电极62分别供给同相位的电流的方式设定角度位置θr时，电流流入到下部电极16和腔室主体12，所以下部电极16的电位变低。因此，对下部电极16上的被加工物照射能量比较高的离子。另一方面，以在两个二次侧的线圈与腔室侧的两个电极之间相互反向地供给电流，即对上部电极14和电极62分别供给相互反相位的电流的方式设定角度位置θr时，电流在上部电极14与电极62之间流动。其结果是，流到下部电极16的电流减少。因此，能够减少入射到下部电极16上的被加工物W的离子的能量。如上所述，根据等离子体处理装置10B，不对下部电极16直接供电，能够调整照射到下部电极16上的被加工物W的离子的能量。
在该等离子体处理装置10B中，也能够实施上述实施方式的等离子体处理方法。在等离子体处理装置10B中实施该等离子体处理方法的情况下，在步骤ST1中，以对上部电极14和电极62分别供给相互反相位的电流的方式设定角度位置θr。在步骤ST2中，以对上部电极14和电极62分别供给同相位的电流的方式设定角度位置θr。
以下，说明第四实施方式的等离子体处理装置。图15是表示第四实施方式的等离子体处理装置的图。图15与图10同样概略地表示第四实施方式的等离子体处理装置。以下，说明第四实施方式的等离子体处理装置10C和等离子体处理装置10的不同点，省略与关于等离子体处理装置10的说明重复的说明。
等离子体处理装置10C还包括：提供腔室12c2的腔室主体12C、上部电极14C、以及包含下部电极16C和静电吸盘22C的载置台20C。即，等离子体处理装置10C具有：提供第一腔室(第一处理空间)的第一腔室主体(第一处理分区)；和提供第二腔室(第二处理空间)的第二腔室主体(第二处理分区)。另外，等离子体处理装置10C具有第一上部电极和第一下部电极，设置成在它们之间存在第一腔室内的空间，还具有第二上部电极和第二下部电极，设置成在它们之间存在第二腔室内的空间。
腔室主体12C与腔室主体12同样构成，且接地。上部电极14C与上部电极14同样构成，关闭腔室主体12C的上端部的开口。载置台20C与载置台20同样构成，设置在由腔室主体12C提供的腔室内。下部电极16C、静电吸盘22C与下部电极16、静电吸盘22分别同样构成。此外，等离子体处理装置10C还包括：用于打开和关闭腔室主体12C的开口的闸阀；对腔室主体12C内供给气体的气体供给部；和对腔室主体12C内的腔室进行减压的排气装置。此外，第一处理空间和第二处理空间可以各自由相互分离的腔室主体12和腔室主体12C提供，但是也可以提供为作为由简易的分隔壁在一个腔室主体内划分的两个处理空间。在该情况下，为了进行第一处理空间和第二处理空间的减压，可以仅利用共通的1个系统的排气装置。
变压器100的端子130a经由电容器42C与上部电极14C连接。因此，第三线圈110的一端与上部电极14C连接。在等离子体处理装置10C中，下部电极16和下部电极16C与电容器44C的一端连接，电容器44C的另一端接地。
在等离子体处理装置10C中，能够将基于来自高频电源18的高频生成的两个高频分配到两个腔室用的两个电极(14、14C)。
以下，说明第五实施方式的等离子体处理装置。图16表示第五实施方式的等离子体处理装置的图。图16与图15同样概略地表示第五实施方式的等离子体处理装置。以下，说明第五实施方式的等离子体处理装置10D和等离子体处理装置10C的不同点，省略与关于等离子体处理装置10C的说明重复的说明。
在等离子体处理装置10D中，端子128a经由电容器40D与上部电极14C连接。端子128b经由电容器42D与上部电极14连接。端子130a经由电容器44D与下部电极16C连接。端子130b经由电容器46D与下部电极16连接。因此，第二线圈108的一端、第二线圈108的另一端、第三线圈110的一端、第三线圈110的另一端分别与上部电极14C、上部电极14、下部电极16C、下部电极16连接。
在第二线圈108的两端流动相同的电流，在第三线圈110的两端流动相同的电流。因此，在等离子体处理装置10中，对上部电极14和上部电极14C供给相同电流值的电流。另外，对下部电极16和下部电极16C供给相同电流值的电流。因此，能够对两个腔室各自的上部电极和下部电极供给大致相同条件的高频。即，能够抑制机械误差。另外，能够控制分别供给到上部电极14和下部电极16的两个高频各自的电力和该两个高频之间的相位，能够控制分别供给到上部电极14C和下部电极16C的两个高频各自的电力和两个高频之间的相位。因此，能够调整照射到下部电极16上的被加工物W的离子的能量，能够调整照射到下部电极16C上的被加工物W的离子的能量。
以下，说明第六实施方式的等离子体处理装置。图17是表示第六实施方式的等离子体处理装置的图。图17与图15同样概略地表示第六实施方式的等离子体处理装置。以下，说明第六实施方式的等离子体处理装置10E与等离子体处理装置10C的不同点，省略与关于等离子体处理装置10C的说明重复的说明。
在等离子体处理装置10E中，端子128a经由电容器40E与上部电极14连接。端子128b经由电容器42E与下部电极16连接。端子130a经由电容器44E与上部电极14C连接。端子130b经由电容器46E与下部电极16C连接。因此，第二线圈108的一端、第二线圈108的另一端、第三线圈110的一端、第三线圈110的另一端分别与上部电极14、下部电极16、上部电极14C、下部电极16C连接。
在第二线圈108的两端流动相同的电流，因此，在上部电极14和下部电极16分别流动相同的电流。当定义在与从上部电极14向下部电极16去的电流的方向同向上流动的电流为同相位的电流时，在上部电极14和下部电极16流动同相位的电流。另外，在第三线圈110的两端流动相同的电流，所以在上部电极14C和下部电极16C分别流动相同的电流。当定义在与从上部电极14C向下部电极16C去的电流的方向同向上流动的电流为同相位的电流时，在上部电极14C和下部电极16C流动相同的电流。因此，能够抑制在腔室主体12流动的电流和在腔室主体12C流动的电流。因此，在腔室主体12内，在上部电极14与下部电极16之间封入等离子体，在腔室主体12C内，在上部电极14C和下部电极16C之间封入等离子体。结果，能够在两个腔室中生成稳定的等离子体。
另外，在等离子体处理装置10E中，调节二次侧线圈对106的角度位置θr，能够调整向上部电极14和下部电极16供给的第一高频的功率和向上部电极14C和下部电极16C供给的第二高频的功率之比。例如，能够使第一高频的功率与第二高频的功率相等。或者，能够仅使第一高频和第二高频中的一方的功率为零。
以下，说明第七实施方式的等离子体处理装置。图18是表示第七实施方式的等离子体处理装置的图。图18与图9同样，在第七实施方式的等离子体处理装置中，将其腔室主体剖切表示。以下，说明第七实施方式的等离子体处理装置10F与等离子体处理装置10的不同点，省略与关于等离子体处理装置10的说明重复的说明。
等离子体处理装置10F是感应耦合型的等离子体处理装置。等离子体处理装置10F包括腔室主体12F。腔室主体12F与腔室主体12同样构成。腔室主体12F的上端部的开口由窗部件70关闭。窗部件70由石英等的介电体形成。在窗部件70上设置第一天线线圈72和第二天线线圈74。第一天线线圈72围绕由腔室主体12F提供腔室12c的中心线CL延伸。第二天线线圈74围绕中心线CL延伸，设置在第一天线线圈72的外侧。
变压器100的端子128a经由电容器40F与第一天线线圈72的一端连接，端子128b经由电容器42F与第一天线线圈72的另一端连接。端子130a经由电容器44F与第二天线线圈74的一端连接，端子130b经由电容器46F与第二天线线圈74的另一端连接。下部电极16与电容器48F的一端连接，电容器48F的另一端接地。
在等离子体处理装置10F中，能够调整从第二线圈108对第一天线线圈72供给的第一高频的电力和从第三线圈110对第二天线线圈74供给的第二高频的电力之比。由第一天线线圈72生成的变动磁场主要用于进行包含中心线CL的区域的等离子体密度的调整。另外，由第二天线线圈74生成的变动磁场主要用于进行从中心线CL偏离了的区域的等离子体密度的调整。因此，根据等离子体处理装置10F，能够调整腔室12c中的等离子体密度的径向的分布。
以下，说明第八实施方式的等离子体处理装置。图19是表示第八实施方式的等离子体处理装置的图。图19与图18同样在第八实施方式的等离子体处理装置中将其腔室主体剖切表示。以下，说明第八实施方式的等离子体处理装置10G与等离子体处理装置10F的不同点，省略与关于等离子体处理装置10F的说明重复的说明。
在等离子体处理装置10G中，在窗部件70上设置天线线圈72G。天线线圈72G围绕中心线CL延伸。变压器100的端子128a经由电容器40G与天线线圈72G的一端连接，端子128b经由电容器42G与天线线圈72G的另一端连接。端子130a经由电容器44G与下部电极16连接。端子128b和端子130b接地。
在等离子体处理装置10G中，基于来自高频电源18的高频生成的两个高频中的一者被供给到天线线圈72G，另一者被供给到下部电极16。即，两个高频中的一者用于等离子体生成，另一者用于离子能量的控制。
此外，如图20所示，端子130a不与下部电极16连接，而经由电容器44H与法拉第屏蔽件80连接。图20所示的等离子体处理装置10H中，法拉第屏蔽件80设置在天线线圈72G与窗部件70之间。另外，如图21所示，端子130a不与下部电极16连接，而经由电容器44J与另一电极82连接。图21所示的等离子体处理装置10J中，电极82设置在腔室12c内。在等离子体处理装置10H和等离子体处理装置10J中，也能够控制照射到被加工物W的离子的能量。
以下，参照图22。图22是表示第一实施方式的变形例的等离子体处理装置的图。图22所示的等离子体处理装置10中，端子128a即第二线圈108的一端与传感器90连接，端子130a即第三线圈110的一端与传感器92连接。传感器90和传感器92可以为电流传感器。
如上所述，照射到被加工物W的离子的能量，依赖于上部电极14的电流和下部电极16的电流。通过使用图22所示的等离子体处理装置10，能够一边变更变压器100的二次侧线圈对的角度位置θr，一边测定上部电极14的电流值和下部电极16的电流值。而且，能够导出以下关系：在下部电极16中流动的电流的值成为极小时的角度位置，离子能量成为最小，在下部电极16流动的电流的值成为极大时的角度位置，离子能量成为最大的关系。并且，在离子能量成为最小的角度位置与离子能量成为最大的角度位置之间的多个角度位置θr分别进行与实际的处理相同的处理，能够导出适合于处理的角度位置θr。能够将适合于如上述方式导出的处理的角度位置θr作为用于该处理的处理方案的一部分存储在控制部60的存储装置。
在等离子体处理装置10A和等离子体处理装置10B中，第二线圈108的一端与传感器90连接，第三线圈110的一端与传感器92连接。而且，如上所述，导出适合于处理的角度位置θr，作为用于该处理的处理方案的一部分存储在控制部60的存储装置。
另外，在等离子体处理装置10C中，第二线圈108的一端与传感器90连接，第三线圈110的一端与传感器92连接。另外，在等离子体处理装置10、等离子体处理装置10A、等离子体处理装置10B和等离子体处理装置10C各自中，基于由传感器90测定的电流值和由传感器92测定的电流值，来控制角度位置θr。具体来说，第一目标电流值和第二目标电流值预先存储在控制部60的存储装置。而且，以减少由传感器90测定的电流值与第一目标电流值的差以及由传感器92测定的电流值与第二目标电流值的差的方式，控制部60控制驱动机构140来调整角度位置θr。
此外，可以仅利用传感器90和传感器92的至少一方。另外，传感器90和传感器92可以是电压传感器。另外，在等离子体处理装置10D和等离子体处理装置10E的各自中，第二线圈108的一端和另一端的至少一方可以与传感器(电流传感器或者电压传感器)连接，并且，第三线圈110的一端和另一端的至少一方可以与传感器(电流传感器或者电压传感器)连接。而且，如上所述，导出适合于处理的角度位置θr，作为用于该处理的处理方案的一部分存储在控制部60的存储装置。另外，如上所述，可以以减少由传感器测定的电流值与目标电流值的差的方式，控制部60控制驱动机构140来调整角度位置θr。

Claims (26)

1.一种变压器，其特征在于，包括：
旋转轴，构成为能够以其中心轴线为旋转轴线进行旋转；
第一线圈，其是围绕与所述中心轴线正交的第一轴线延伸的一次侧的线圈；
第二线圈，其是围绕第二轴线延伸且由所述旋转轴支承的二次侧的线圈，该第二轴线在由所述第一线圈包围的区域内与所述中心轴线正交；和
第三线圈，其是围绕第三轴线延伸且由所述旋转轴支承的二次侧的线圈，该第三轴线在所述区域内与所述中心轴线正交且与所述第二轴线成规定的角度。
2.如权利要求1所述的变压器，其特征在于：
所述第一线圈具有比所述第二线圈的自感和所述第三线圈的自感大的自感。
3.如权利要求2所述的变压器，其特征在于：
所述第二线圈和所述第三线圈设置在所述第一线圈的内侧。
4.如权利要求1～3中任一项所述的变压器，其特征在于：
所述第三线圈设置在所述第二线圈的内侧，具有比所述第二线圈的自感小的自感。
5.如权利要求1～4中任一项所述的变压器，其特征在于：
所述规定的角度是90度。
6.如权利要求1～5中任一项所述的变压器，其特征在于：
所述第二线圈和所述第三线圈以在它们之间确保绝缘距离的方式配置。
7.如权利要求1～6中任一项所述的变压器，其特征在于：
所述第一线圈的另一端、所述第二线圈的另一端和所述第三线圈的另一端相互电连接。
8.一种电容耦合型的等离子体处理装置，其特征在于，包括：
提供腔室的腔室主体；
作为上部电极的第一电极；
作为下部电极的第二电极；
高频电源；和
权利要求1～6中任一项所述的变压器，
所述高频电源与所述第一线圈电连接，
所述第一电极与所述第二线圈的一端电连接，
所述第二电极与所述第三线圈的一端电连接。
9.一种电容耦合型的等离子体处理装置，其特征在于，包括：
提供腔室的腔室主体；
上部电极；
下部电极；
高频电源；和
权利要求1～6中任一项所述的变压器，
所述上部电极包括：
与在铅垂方向延伸的所述腔室的中心线交叉的第一电极；和
相对于所述中心线在辐射方向上设置在该第一电极的外侧的第二电极，
所述高频电源与所述第一线圈电连接，
所述第一电极与所述第二线圈的一端电连接，
所述第二电极与所述第三线圈的一端电连接。
10.一种电容耦合型的等离子体处理装置，其特征在于，包括：
提供腔室的腔室主体；
作为上部电极的第一电极；
下部电极；
设置在比所述上部电极靠近所述腔室主体的侧壁的位置的第二电极；
高频电源；和
权利要求1～6中任一项所述的变压器，
所述高频电源与所述第一线圈电连接，
所述第一电极与所述第二线圈的一端电连接，
所述第二电极与所述第三线圈的一端电连接。
11.如权利要求8～10中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
设定包含所述第二线圈和所述第三线圈的二次侧线圈对的旋转方向的角度位置，使得与从所述第一电极经由等离子体流入到所述第二电极的高频电流反相位的高频电流供给到该第二电极。
12.一种电容耦合型的等离子体处理装置，其特征在于：
提供第一处理空间的第一处理分区；
提供第二处理空间的第二处理分区；
第一上部电极和第一下部电极，设置成以在它们之间存在所述第一处理空间内的空间；
第二上部电极和第二下部电极，设置成在它们之间存在所述第二处理空间内的空间；
高频电源；和
权利要求1～6中任一项所述的变压器，
所述高频电源与所述第一线圈电连接，
作为所述第一上部电极和所述第一下部电极中的一者的第一电极与所述第二线圈的一端电连接，
作为所述第二上部电极和所述第二下部电极中的一者的第二电极与所述第三线圈的一端电连接。
13.如权利要求8～12中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
还包括分别连接于所述第一电极与所述第二线圈的所述一端之间、所述第二电极与所述第三线圈的所述一端之间的两个电容器。
14.如权利要求8～13中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
包括与所述第二线圈的所述一端和所述第三线圈的所述一端中的一者连接的传感器，该传感器为电流传感器或电压传感器。
15.如权利要求14所述的等离子体处理装置，其特征在于：
包括与所述第二线圈的所述一端和所述第三线圈的所述一端中的另一者连接的其他的传感器，该其他的传感器为电流传感器或者电压传感器。
16.一种电容耦合型的等离子体处理装置，其特征在于：
提供第一处理空间的第一处理分区；
提供第二处理空间的第二处理分区；
第一上部电极和第一下部电极，设置成在它们之间存在所述第一处理空间内的空间；
第二上部电极和第二下部电极，设置成在它们之间存在所述第二处理空间内的空间；
高频电源；和
权利要求1～6中任一项所述的变压器，
所述高频电源与所述第一线圈电连接，
作为所述第一上部电极的第一电极与所述第二线圈的一端电连接，
作为所述第二上部电极的第二电极与所述第二线圈的另一端电连接，
作为所述第一下部电极的第三电极与所述第三线圈的一端电连接，
作为所述第二下部电极的第四电极与所述第三线圈的另一端电连接。
17.一种电容耦合型的等离子体处理装置，其特征在于：
提供第一处理空间的第一处理分区；
提供第二处理空间的第二处理分区；
第一上部电极和第一下部电极，设置成在它们之间存在所述第一处理空间内的空间；
第二上部电极和第二下部电极，设置成在它们之间存在所述第二处理空间内的空间；
高频电源；和
权利要求1～6中任一项所述的变压器，
所述高频电源与所述第一线圈电连接，
作为所述第一上部电极的第一电极与所述第二线圈的一端电连接，
作为所述第一下部电极的第二电极与所述第二线圈的另一端电连接，
作为所述第二上部电极的第三电极与所述第三线圈的一端电连接，
作为所述第二下部电极的第四电极与所述第三线圈的另一端电连接。
18.如权利要求16或17所述的等离子体处理装置，其特征在于：
还包括分别连接于所述第一电极与所述第二线圈的所述一端之间、所述第二电极与所述第二线圈的所述另一端之间、所述第三电极与所述第三线圈的所述一端之间、所述第四电极与所述第三线圈的所述另一端之间的四个电容器。
19.如权利要求17～18中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
还包括作为电流传感器或电压传感器的多个传感器，
所述多个传感器包括与所述第二线圈的所述一端和所述另一端中的一者以及所述第三线圈的所述一端和所述另一端中的一者分别连接的两个传感器。
20.如权利要求19所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个传感器还包括与所述第二线圈的所述一端和所述另一端中的另一者以及所述第三线圈的所述一端和所述另一端中的另一者分别连接的其他的两个传感器。
21.一种电容耦合型的等离子体处理装置，其特征在于，包括：
提供腔室的腔室主体；
设置在所述腔室内的下部电极；
设置在所述下部电极的上方的窗部件；
设置在所述窗部件的上方，围绕沿铅垂方向延伸的所述腔室的中心线延伸的第一天线线圈；
设置在所述窗部件的上方，围绕所述中心线延伸，且设置在所述第一天线线圈的外侧的第二天线线圈；
高频电源；和
权利要求1～6中任一项所述的变压器，
所述高频电源与所述第一线圈电连接，
所述第二线圈的一端和另一端分别与所述第一天线线圈的一端和另一端电连接，
所述第三线圈的一端和另一端分别与所述第二天线线圈的一端和另一端电连接。
22.如权利要求21所述的等离子体处理装置，其特征在于：
还包括分别连接于所述第二线圈的所述一端与所述第一天线线圈的所述一端之间、所述第二线圈的所述另一端与所述第一天线线圈的所述另一端之间、所述第三线圈的所述一端与所述第二天线线圈的所述一端之间、所述第三线圈的所述另一端与所述第二天线线圈的所述另一端之间的多个电容器。
23.一种感应耦合型的等离子体处理装置，其特征在于，包括：
提供腔室的腔室主体；
设置在所述腔室内的下部电极；
设置在所述下部电极的上方的窗部件；
设置在所述窗部件的上方的天线线圈；
高频电源；和
权利要求1～6中任一项所述的变压器，
所述高频电源与所述第一线圈电连接，
所述第二线圈的一端和另一端分别与所述天线线圈的一端和另一端电连接，
所述第三线圈的一端与所述下部电极电连接。
24.如权利要求8～23中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第一线圈的自谐振频率是所述高频电源产生的高频的频率的2倍以上。
25.如权利要求8～24中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第二线圈具有比与该第二线圈连接的负载的负载阻抗大的自感，所述第三线圈具有比与该第三线圈连接的负载的负载阻抗大的自感。
26.一种使用权利要求8～10中任一项所述的等离子体处理装置的等离子体处理方法，其特征在于：
所述第二线圈的另一端和所述第三线圈的另一端相互连接且接地，
该等离子体处理方法包括：
将包含所述第二线圈和所述第三线圈的二次侧线圈对的旋转方向的角度位置设定为第一角度位置的第一步骤；和
将所述二次侧线圈对的旋转方向的角度位置设定为第二角度位置的第二步骤，
所述第一步骤和所述第二步骤在对所述第一线圈供给有来自所述高频电源的高频的状态下交替地反复进行。
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