CN107403711B - 等离子体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种入射到配置在电极之上的被加工物的离子的能量的可调整范围广的等离子体处理装置。一实施方式的电容耦合型的等离子体处理装置包括变压器和阻抗调整电路。变压器包括一次线圈、第1二次线圈和第2二次线圈。一次线圈与高频电源经匹配器连接。第1二次线圈的一端与第1电极连接。第2二次线圈的一端与在其之上配置有被加工物的第2电极连接。阻抗调整电路设置在第1电极与第1二次线圈的另一端所连接的接地电位之间的串联电路、和第2电极与上述第2二次线圈的另一端所连接的接地电位之间的串联电路中的至少一者。

Description

等离子体处理装置
技术领域
本发明的实施方式涉及等离子体处理装置。
背景技术
在半导体器件等的电气器件的制造中，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在它们之间存在由腔室主体提供的腔室内的空间。在该等离子体处理装置中，对腔室供给气体，在上部电极和下部电极之间形成有高频电场。通过该高频电场激励气体，生成等离子体。通过来自该等离子体的离子和/或者自由基，进行被加工物的处理。
另外，作为电容耦合型的等离子体处理装置的一种，在专利文献1中记载有以将来自单一高频电源的高频分配到上部电极和下部电极的方式构成的等离子体处理装置。该等离子体处理装置包括变压器。变压器包括一次线圈和二次线圈。一次线圈与高频电源连接。二次线圈的一端与上部电极连接，另一端与下部电极连接。二次线圈具有有选择地与接地电位连接的多个抽头。在该等离子体处理装置中，通过改变与接地电位连接的抽头，调整供给到上部电极的高频电力和供给到下部电极的高频电力的比、即电力比。通过这样的电力比的调整，能够调整入射到配置在下部电极之上的被加工物的离子的能量。
另外，作为电容耦合型的等离子体处理装置的另一种，在专利文献2中记载有在下部电极和接地电位之间设置有具有可变阻抗的过滤器的等离子体处理装置。在该等离子体处理装置中，通过调整过滤器的阻抗，能够调整流入到下部电极的电流。通过这样的电流的调整，能够调整入射到配置在下部电极之上的被加工物的离子的能量。
现有技术文献
专利文献1：日本特开平4-48727号公报
专利文献2：日本特开2002-343768号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
在等离子体处理装置中，要求通过多种的能量的离子进行被加工物的处理。所以，在电容耦合型的等离子体处理装置中，要求入射到配置在电极之上的被加工物的离子的能量的可调整范围广。
用于解决技术课题的技术方案
在一个方式中，提供一种电容耦合型的等离子体处理装置。等离子体处理装置包括腔室主体、第1电极、第2电极、高频电源、匹配器、变压器和至少一个阻抗调整电路。腔室主体将其内部空间作为腔室提供。第1电极和第2电极设置成在它们之间存在腔室内的空间。匹配器为了阻抗匹配而与高频电源连接。变压器包括一次线圈、第1二次线圈和第2二次线圈。一次线圈经由匹配器与高频电源连接。第1二次线圈的一端与第1电极连接。第2二次线圈的一端与第2电极连接。至少一个阻抗调整电路具有可变的阻抗。至少一个阻抗调整电路设置在第1电极与第1二次线圈的另一端所连接的接地电位之间的串联电路、以及第2电极与上述第2二次线圈的另一端所连接的接地电位之间的串联电路中的至少一方。
变压器为了在负载变动时也稳定地提供电力，通常具有较大的阻抗。另一方面，阻抗调整电路的阻抗比较小。所以，根据该技术领域的技术常识，认为一起使用变压器和阻抗调整电路，也无法得到基于阻抗调整电路的阻抗调整的效果。但是，本申请发明者发现，从变压器的二次侧的输出观察到的接地电位侧的变压器的电抗非常小，因此，即使一起使用变压器和阻抗调整电路，也能够发挥阻抗调整电路的作用。根据一个方式的等离子体处理装置，通过变压器和阻抗调整电路，能够使第2电极的电位在正电位与负电位之间大幅地变化。所以，能够提供入射到配置在第2电极之上的被加工物的离子的能量的可调整的范围广的等离子体处理装置。
在一实施方式中，一次线圈、第1二次线圈和第2二次线圈同轴地设置。第1二次线圈的绕线以该第1二次线圈与一次线圈共有截面的方式围绕一次线圈的中心轴线卷绕。第2二次线圈的绕线以该第2二次线圈与一次线圈共有截面的方式围绕一次线圈的中心轴线卷绕。第1二次线圈和第2二次线圈由具有能够有选择地与接地电位连接的多个抽头的单线圈形成。
在一实施方式中，变压器还包括能够以其中心轴线为旋转轴线进行旋转的旋转轴。一次线圈围绕与中心轴线正交的第1轴线延伸。第1二次线圈围绕第2轴线延伸，并且由旋转轴支承。第2轴线在由一次线圈包围的区域内与中心轴线正交。第2二次线圈围绕第3轴线延伸，并且由旋转轴支承。第3轴线在由一次线圈包围的区域内与旋转轴的中心轴线正交且与第2轴线成规定的角度。
在一实施方式中，一次线圈、第1二次线圈和第2二次线圈同轴地设置。第1二次线圈的绕线以该第1二次线圈与一次线圈共有截面的方式围绕一次线圈的中心轴线卷绕。第2二次线圈的绕线以该第2二次线圈与一次线圈共有截面的方式围绕一次线圈的中心轴线卷绕。第1二次线圈和第2二次线圈由其中间被接地的单线圈形成。在一实施方式中，至少一个阻抗调整电路的阻抗被调整，使得第1二次线圈和第2二次线圈之中该至少一个阻抗调整电路所连接的二次线圈、该至少一个阻抗调整电路和等离子体侧的负载形成串联谐振。
在一实施方式中，至少一个阻抗调整电路具有设置在上述串联电路上的可变电容器。一实施方式中，至少一个阻抗调整电路具有设置在串联电路上的电感器。
在一实施方式中，等离子体和至少一个阻抗调整电路的阻抗比变压器的阻抗小。
在一实施方式中，至少一个阻抗调整电路不具有与接地电位连接的元件。
发明效果
如以上所说明，能够提供一种入射到配置在电极之上的被加工物的离子的能量的可调整范围广的等离子体处理装置。
附图说明
图1是表示一实施方式的等离子体处理装置的图。
图2是表示变压器的图。
图3是表示用于实验的等离子体处理装置10P的图。
图4是表示用于实验的另一等离子体处理装置10R的图。
图5(a)是表示使用等离子体处理装置10P求出的分配比例与上部电极14、下部电极16、腔室主体12各自的电流值的关系的图表，图5(b)是表示使用等离子体处理装置10P求出的分配比例与上部电极14、下部电极16各自的电位的关系的图表。
图6(a)是表示使用等离子体处理装置10R求出的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16、腔室主体12各自的电流值的关系的图表，图6(b)是表示使用等离子体处理装置10R求出的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16各自的电位的关系的图表。
图7(a)是表示使用等离子体处理装置10A求出的分配比例为0％时的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16、腔室主体12各自的电流值的关系的图表，图7(b)是表示使用等离子体处理装置10A求出的分配比例为0％时的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16各自的电位的关系的图表。
图8(a)是表示使用等离子体处理装置10A求出的分配比例为20％时的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16、腔室主体12各自的电流值的关系的图表，图8(b)是表示使用等离子体处理装置10A求出的分配比例为20％时的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16各自的电位的关系的图表。
图9(a)是表示使用等离子体处理装置10A求出的分配比例为40％时的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16、腔室主体12各自的电流值的关系的图表，图9(b)是表示使用等离子体处理装置10A求出的分配比例为40％时的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16各自的电位的关系的图表。
图10(a)是表示使用等离子体处理装置10A求出的分配比例为80％时的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16、腔室主体12各自的电流值的关系的图表，图10(b)是表示使用等离子体处理装置10A求出的分配比例为80％时的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16各自的电位的关系的图表。
图11是表示另一实施方式的等离子体处理装置的图。
图12是将图11所示的等离子体处理装置的变压器一部分截断表示的立体图。
图13是概略表示图12所示的变压器的三个线圈的图。
图14是表示另一实施方式的等离子体处理装置的图。
图15是表示另一实施方式的等离子体处理装置的图。
图16是表示另一实施方式的等离子体处理装置的图。
图17是表示图16所示的等离子体处理装置的变压器的图。
图18(a)是表示使用等离子体处理装置10E求出的可变电容器50a的标度值与腔室主体12、上部电极14和下部电极16各自的电流的关系的图表，图18(b)是表示使用等离子体处理装置10E求出的可变电容器50a的标度值与上部电极14和下部电极16各自的直流电位的图表。
附图标记说明
10A、10B、10C、10D、10E…等离子体处理装置；12…腔室主体；12c…腔室；14…上部电极；16…下部电极；18…高频电源；20…载置台；32…气体供给部；36…排气装置；38…匹配器；50、51…阻抗调整电路；100A、100B、100E…变压器；101A、101B、101E…一次线圈；102A、102B、102E…第1二次线圈；103A、103B、103E…第2二次线圈。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明各种实施方式。此外，在各附图中对相同或者相对应的部分标注相同的附图标记。
图1是表示一实施方式的等离子体处理装置的图。图1所示的等离子体处理装置10A是电容耦合型的等离子体处理装置。等离子体处理装置10A包括腔室主体12、作为第1电极的上部电极14、作为第2电极的下部电极16、高频电源18、匹配器38、阻抗调整电路50和变压器100A。
腔室主体12将其内部空间提供为腔室12c。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氧化铝膜、氧化钇膜等的陶瓷制的膜。腔室主体12具有大致筒状的侧壁部、与侧壁部的下端相连的底部和与侧壁部的上端相连的上端部。腔室主体12被接地。
在腔室主体12内设置有载置台20。载置台20包含下部电极16。另外，一实施方式中，载置台20还包含静电卡盘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。下部电极16具有大致圆盘形状，由铝等的导体形成。静电卡盘22设置在下部电极16上。静电卡盘22包括电介质膜和内置在该电介质膜内的电极。静电卡盘22的电极经由开关与电源连接。从该电源对静电卡盘22的电极施加电压，由此，静电卡盘22产生静电力。静电卡盘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。
上部电极14和下部电极16设置成在它们之间存在腔室12c内的空间。在一实施方式中，腔室主体12的上端部开口。上部电极14通过绝缘性的部件26支承在腔室主体12的上端部。上部电极14与绝缘性的部件26一起闭塞腔室主体12的上端部的开口。上部电极14包括顶板28和支承体30。顶板28面对腔室12c。该顶板28能够由硅、铝、或者石英等的材料构成。此外，在顶板28由铝形成的情况下，在其表面实施耐等离子体性的覆盖。在顶板28形成有多个气体排出孔28a。
支承体30将顶板28以可拆卸的方式支承。支承体30例如能够由铝这样的导体构成。在支承体30的内部形成有气体扩散室30a。在支承体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。多个气体源各自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，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能够将腔室12c的压力减压。
高频电源18产生向变压器100A的一次线圈101A供给的高频。高频电源18经由匹配器38与变压器100A的一次线圈101A连接。匹配器38具有用于使高频电源18的输出阻抗和负载侧的阻抗匹配的匹配电路。
变压器100A包括一次线圈101A、第1二次线圈102A和第2二次线圈103A。一次线圈101A的一端是端子101a，另一端是端子101b。端子101a经由匹配器38与高频电源18连接。端子101b经由接地电位与高频电源18连接。
第1二次线圈102A和第2二次线圈103A与一次线圈101A电磁耦合。第1二次线圈102A的一端是端子102a。端子102a与上部电极14电连接。另外，第2二次线圈103A的一端是端子103a。端子103a与下部电极16电连接。
在变压器100A中，第1二次线圈102A和第2二次线圈103A由单线圈形成。具体来说，变压器100A的二次侧具有单线圈，该单线圈具有多个抽头100t。多个抽头100t以有选择地与接地电位连接的方式构成。在变压器100A中，相对于以与接地电位连接的方式被选择的抽头，该单线圈的一侧成为第1二次线圈102A，另一侧的部分成为第2二次线圈103A。
在等离子体处理装置10A中，在端子103a和下部电极之间的串联电路设置有阻抗调整电路50。阻抗调整电路50能够具有可变电容器和/或者电感器。在等离子体处理装置10A中，阻抗调整电路50具有可变电容器50a和电感器50b。可变电容器50a和电感器50b在下部电极16和端子103a之间被串联连接。此外，阻抗调整电路50不具有与接地电位连接的元件。
在一实施方式中，变压器100A能够具有图2所示的构成。图2是表示一实施方式的变压器的图。在图2所示的实施方式中，一次线圈101A的绕线围绕中心轴线CX呈螺旋状卷绕。另外，变压器100A作为二次线圈具有单线圈104，该单线圈104具有多个抽头100t。一次线圈101A和单线圈104以共有截面的方式构成。例如，单线圈104的绕线与一次线圈101A的绕线围绕中心轴线CX交替且呈螺旋状地卷绕。如上所述，多个抽头100t中的被选择的抽头与接地电位连接。相对于所选择的抽头，单线圈104的一侧的部分成为第1二次线圈102A，另一侧的部分成为第2二次线圈103A。
在此，从变压器的二次侧的输出端子观看接地电位侧的电路的电抗X2能够以下式(1)的方式表示。在式(1)中，L1是一次线圈的电感，L2是二次线圈的电感、Rm是匹配器的电阻，Xm是匹配器的电抗，ω是高频的角频率，k是一次线圈和二次线圈的耦合系数。
【式1】
Rm和Xm是与等离子体负载的电抗和电阻分别同程度的值，与电抗L1ω相比充分小。所以，式(1)变形为如下式(2)的方式。
【式2】
X2≈L1ω(1-k2)…(2)
k是接近1的值，所以，根据(2)可知，电抗X2相当小。另外，在图2所示的实施方式的变压器100A中，k大致为1，所以，电抗X2大致成为0。所以，将变压器100A和阻抗调整电路50一起使用，也能够发挥阻抗调整电路50的作用。所以，根据等离子体处理装置10A，通过变压器100A和阻抗调整电路50，能够使下部电极16的电位在正的电位和负的电位之间大幅变化。其结果是，在等离子体处理装置10A中，向配置在下部电极16之上的被加工物W入射的离子的能量的可调整范围变广。
在此，对若干的实验结果进行说明。首先，如图3所示，准备从等离子体处理装置10A去除了阻抗调整电路50的等离子体处理装置10P。另外，如图4所示，准备从等离子体处理装置10A去除了变压器100A的等离子体处理装置10R。在等离子体处理装置10P和等离子体处理装置10R的两者中，将900sccm的氩气(Ar)气体供给到腔室12c，将腔室12c的压力设定在800mTorr(106.7Pa)，将高频电源18的高频频率、电力(功率)分别设定为450kHz、500W。在等离子体处理装置10P中，在各种分配比例的设定中，求取分配比例与上部电极14、下部电极16、腔室主体12各自的电流值的关系，以及分配比例与上部电极14、下部电极16各自的电位的关系。此外，分配比例是分配到第2二次线圈103A的电力相对于变压器100A的二次侧的总电力的比例(设定值)。在实验中，通过改变多个抽头100t中的与接地电位连接的抽头来设定分配比例。另外，在等离子体处理装置10R中，在下部电极16各种的电抗的设定中，求出下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16、腔室主体12各自的电流值的关系，以及下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16各自的电位的关系。此外，通过改变阻抗调整电路50的阻抗来设定下部电极16的电抗。
图5(a)表示使用等离子体处理装置10P求出的分配比例与上部电极14、下部电极16、腔室主体12各自的电流值的关系，图5(b)表示使用等离子体处理装置10P求出的分配比例与上部电极14、下部电极16各自的电位的关系。另外，图6(a)表示使用等离子体处理装置10R求出的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16、腔室主体12各自的电流值的关系，图6(b)表示使用等离子体处理装置10R求出的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16各自的电位的关系。
如图5(a)所示，在等离子体处理装置10P中，对下部电极16的电力的分配比例变大时，流入下部电极16的电流增大。当流入下部电极16的电流增大时，如图5(b)所示，下部电极16的电位成为负的电位。此外，当下部电极16的电位成为负的电位，并且比上部电极14的电位低时，离子向下部电极16被加速，所以，入射到被加工物W的离子的能量变高。
另外，如图6(a)所示，在等离子体处理装置10R中，在下部电极16的阻抗大的情况下，从上部电极14流入等离子体的电流几乎都流入腔室主体12。当下部电极16的阻抗为大约100Ω时，等离子体鞘的阻抗被抵消，流入下部电极16的电流成为最大。一起参照图6(a)和图6(b)时，流入下部电极16的电流增大时，下部电极16的电位变低。此外，当下部电极16的电位变低时，离子向下部电极16被加速，所以，入射到被加工物W的离子的能量变高。
对比图5(b)和图6(b)时，在等离子体处理装置10P中，能够使下部电极16的电位在比较低的电位的范围中调整。另一方面，在等离子体处理装置10R中，能够使下部电极16的电位在比较高的电位的范围中调整。即，确认根据变压器100A，能够使入射到被加工物W的离子的能量在比较高的能量的范围中调整。另一方面，根据阻抗调整电路50，能够使入射到被加工物W的离子的能量在比较低的能量的范围中调整。
另外，在等离子体处理装置10A中，将900sccm的氩气(Ar)气体供给到腔室12c，将腔室12c的压力设定为800mTorr(106.7Pa)，将高频电源18的高频的频率、电力(功率)分别设定为450kHz、500W。并且，在各种分配比例和各种下部电极16的电抗的设定中，求出上部电极14、下部电极16、腔室主体12各自的电流值，和与上部电极14、下部电极16各自的电位的关系。
图7(a)表示使用等离子体处理装置10A求出的分配比例为0％时的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16、腔室主体12各自的电流值的关系，图7(b)表示使用等离子体处理装置10A求出的分配比例为0％时的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16各自的电位的关系。图8(a)表示使用等离子体处理装置10A求出的分配比例为20％时的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16、腔室主体12各自的电流值的关系，图8(b)表示使用等离子体处理装置10A求出的分配比例为20％时的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16各自的电位的关系。图9(a)表示使用等离子体处理装置10A求出的分配比例为40％时的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16、腔室主体12各自的电流值的关系，图9(b)表示使用等离子体处理装置10A求出的分配比例为40％时的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16各自的电位的关系。图10(a)表示使用等离子体处理装置10A求出的分配比例为80％时的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16、腔室主体12各自的电流值的关系，图10(b)表示使用等离子体处理装置10A求出的分配比例为80％时的下部电极16的电抗与上部电极14、下部电极16各自的电位的关系。此外，分配比例为0％时，因为处于与等离子体处理装置10R同等的环境，所以，图6(a)和图7(a)相同，图6(b)和图7(b)相同。
如图7(a)、图8(a)、图9(a)和图10(a)所示，在等离子体处理装置10A中，随着分配比率变大，流向下部电极16的电流增大。另外，如图7(b)、图8(b)、图9(b)和图10(b)所示，随着分配比率变大，下部电极16的电位变低。另外，随着分配比率变大，下部电极16的电位变得比上部电极14的电位低。所以，确认了根据等离子体处理装置10A，通过基于变压器100A进行的电力的分配，能够在比较高的能量的范围调整入射到被加工物W的离子的能量。另外，如图7(b)和图8(b)所示，确认了通过下部电极16的阻抗的调整，能够将下部电极16的电位在比较高的电位的范围进行调整。所以，确认了根据等离子体处理装置10A，通过阻抗调整电路50的阻抗的调整，能够在比较低的能量的范围调整入射到被加工物W的离子的能量。所以，根据等离子体处理装置10A，入射到配置在下部电极16之上的被加工物W的离子的能量的能够调整的范围变广。
接着，参照图11，说明另一实施方式的等离子体处理装置。图11是表示另一实施方式的等离子体处理装置的图。以下，说明图11所示的等离子体处理装置10B与等离子体处理装置10A的不同之处，省略重复的说明。
等离子体处理装置10B不具有变压器100A而具有变压器100B。另外，等离子体处理装置10B还具有追加的阻抗调整电路51。阻抗调整电路51能够具有可变电容器和/或者电感器。在等离子体处理装置10B中，阻抗调整电路51具有可变电容器51a和电感器51b。可变电容器51a和电感器51b串联连接在上部电极14与变压器100B的端子102a之间。此外，阻抗调整电路51不具有与接地电位连接的元件。高频电源18经由匹配器38与变压器100B的端子101a连接。阻抗调整电路50连接在下部电极16和变压器100B的端子103a之间。变压器100B的端子102b和端子103b与接地电位连接。
图12是将图11所示的等离子体处理装置10B的变压器100B一部分截断表示的立体图。图13是概略地表示图12所示的变压器100B的三个线圈的图。图12和图13所示的变压器100B包括旋转轴112、一次线圈101B、第1二次线圈102B和第2二次线圈103B。第1二次线圈102B和第2二次线圈103B构成二次侧线圈对106。在一实施方式中，变压器100B还包括：支承部件122、124；支柱126；支承部件128、130；支承部件132、134；端子101a、101b；端子102a、102b和端子103a、103b。
旋转轴112呈大致圆柱状。旋转轴112围绕其中心轴线RX即以中心轴线RX为旋转轴线能够旋转地设置。在一实施方式中，旋转轴112由支承部件122和支承部件124能够旋转地支承。支承部件122和支承部件124是板状的部件，具有大致矩形的平面形状。支承部件122和支承部件124由绝缘体形成。支承部件122和支承部件124设置成与中心轴线RX交叉或者大致正交，以它们的板厚方向与中心轴线RX延伸的方向RD大致一致的方式沿着方向RD排列。在支承部件122的角部固定有支柱126的一端，在支承部件124的角部固定有支柱126的另一端。旋转轴112的一端部贯通支承部件122，从支承部件122突出。该旋转轴112的一端部与驱动机构(例如电动机)连接。
支承部件128和支承部件130为大致圆盘状的部件，由绝缘体形成。支承部件128和支承部件130设置成在支承部件122与支承部件124之间与中心轴线RX交叉或者大致正交，以它们的板厚方向与方向RD大致一致的方式沿方向RD排列。另外，支承部件132和支承部件134是大致圆盘状的部件，由绝缘体形成。支承部件132和支承部件134设置成在支承部件128与支承部件130之间与中心轴线RX交叉或者大致正交，以它们的板厚方向与方向RD大致一致的方式沿方向RD排列。旋转轴112贯通支承部件128、130、132、134各自的中心。支承部件128、130、132、134被固定在旋转轴112。
一次线圈101B围绕与中心轴线RX正交的第1轴线AX1延伸。在一实施方式中，第1轴线AX1在支承部件122与支承部件124的中间与中心轴线RX正交。一次线圈101B以交替地通过支承部件122的外侧和支承部件124的外侧的方式以第1轴线AX1为中心卷绕。
一次线圈101B的一端与端子101a连接。一实施方式中，端子101a设置在支承部件122的一面122a(变压器100B的向着外侧的面)。另外，一次线圈101B的另一端与端子101b连接。一实施方式中，端子101b设置在支承部件124的一面124a(变压器100B的向着外侧的面)。
第1二次线圈102B围绕第2轴线AX2延伸。第2轴线AX2在由一次线圈101B包围的区域内与中心轴线RX正交。在一实施方式中，第2轴线AX2在支承部件128与支承部件130的中间与中心轴线RX正交。第1二次线圈102B以交替通过支承部件128的外侧和支承部件130的外侧的方式以第2轴线AX2为中心卷绕。第1二次线圈102B经由支承部件128和支承部件130由旋转轴112支承。
第1二次线圈102B的一端与端子102a连接。另外，第1二次线圈102B的另一端与端子102b连接。在一实施方式中，端子102a和端子102b设置在支承部件122的一面122a。旋转轴112包括呈同轴状设置的第1导体和第2导体，第1二次线圈102B的一端与第1导体连接，第1二次线圈102B的另一端与第2导体连接。第1导体经由旋转连接器140内的滑环与端子102a连接。另外，第2导体经由旋转连接器140内的另一滑环与端子102b连接。
第2二次线圈103B围绕第3轴线AX3延伸。第3轴线AX3在由一次线圈101B包围的区域内与中心轴线RX正交。另外，第3轴线AX3与第2轴线AX2交叉。第3轴线AX3和第2轴线AX2在彼此之间形成规定的角度θp。角度θp不被限定，但是，例如是90度。在一实施方式中，第3轴线AX3在支承部件132与支承部件134的中间与中心轴线RX正交。第2二次线圈103B以交替通过支承部件132的外侧和支承部件134的外侧的方式以第3轴线AX3为中心卷绕。第2二次线圈103B经由支承部件132和支承部件134由旋转轴112支承。在该第2二次线圈103B和第1二次线圈102B之间确保绝缘距离。
第2二次线圈103B的一端与端子103a连接。另外，第2二次线圈103B的另一端与端子103b连接。一实施方式中，端子103a和端子103b设置在支承部件124的一面124a。旋转轴112包括呈同轴状设置的第3导体和第4导体，第2二次线圈103B的一端与第3导体连接，第2二次线圈103B的另一端与第4导体连接。第3导体经由设置在支承部件124的附近的另一旋转连接器的滑环与端子103a连接。另外，第4导体经由该另一旋转连接器内的另一滑环与端子103b连接。
在变压器100B中，对一次线圈101B供给来自高频电源18的高频时，一次线圈101B在与第1轴线AX1延伸的方向大致平行的方向上产生磁通。另外，通过调整二次侧线圈对106的旋转角度，贯通第1二次线圈102B的磁通的量和贯通第2二次线圈103B的磁通的量发生变化。在第1二次线圈102B产生与贯通该第1二次线圈102B的磁通的量相对应的感应电动势。另外，在第2二次线圈103B产生与贯通该第2二次线圈103B的磁通的量相对应的感应电动势。因此，根据变压器100B，能够调整分配到第1二次线圈102B的高频电力和分配到第2二次线圈103B的高频电力之比。根据具有该变压器100B的等离子体处理装置10B，与等离子体处理装置10A同样地，入射到配置在下部电极16之上的被加工物W的离子的能量的能够调整的范围变广。
接着，参照图14说明另一实施方式的等离子体处理装置。图14是表示另一实施方式的等离子体处理装置的图。以下，说明图14所示的等离子体处理装置10C与等离子体处理装置10A的不同之处，省略重复的说明。
在等离子体处理装置10C中，阻抗调整电路50连接在多个抽头100t与接地电位之间。像这样，阻抗调整电路50能够设置在下部电极16与变压器100A的二次侧的线圈所连接的接地电位之间的串联电路。
接着，参照图15说明另一实施方式的等离子体处理装置。图15是表示另一实施方式的等离子体处理装置的图。以下，说明图15所示的等离子体处理装置10D与等离子体处理装置10B的不同之处，省略重复的说明。
在等离子体处理装置10D中，阻抗调整电路50连接在端子103b与接地电位之间。另外，阻抗调整电路51连接在端子102b和另一接地电位之间。这样，第1二次线圈102B和第2二次线圈103B分别与接地电位连接时，在第1二次线圈102B与接地电位之间和第2二次线圈103B与接地电位之间可以分别地设置阻抗调整电路。
接着，参照图16和图17说明另一实施方式的等离子体处理装置。图16是表示另一实施方式的等离子体处理装置的图。图17是表示图16所示的等离子体处理装置的变压器的图。以下，说明图16所示的等离子体处理装置10E与等离子体处理装置10A的不同之处，省略重复的说明。
等离子体处理装置10E不具有变压器100A而具有变压器100E。变压器100E包括一次线圈101E、第1二次线圈102E和第2二次线圈103E。一次线圈101E是与一次线圈101A同样的线圈。一次线圈101E的一端是端子101a，经由匹配器38与高频电源18连接。一次线圈101E的另一端是端子101b，与高频电源18连接，被接地。
第1二次线圈102E和第2二次线圈103E与第1二次线圈102A和第2二次线圈103A同样由单线圈形成。该单线圈的中间的节点101n与端子101e连接。端子101e与接地电位连接。相对于节点101n单线圈的一侧的部分是第1二次线圈102E，相对于节点101n单线圈的另一侧的部分是第2二次线圈103E。第1二次线圈102E的一端是端子102a，经由阻抗调整电路50与上部电极14连接。另外，第2二次线圈103E的一端是端子103a，经由电容器60与下部电极16连接。在该变压器100E中，在单线圈的绕线中被接地的部位被固定。所以，第1二次线圈102E的匝数和第2二次线圈103E的匝数的比是一定的。
在此，在一次线圈连接有高频电源、在二次线圈连接有复阻抗Z2的负载时，一次线圈的电流值和二次线圈的电流值之比由以下的式(3)表示。在式(3)中，L1是一次线圈的自电感，L2是二次线圈的自电感，k是一次线圈和二次线圈之间的耦合系数，ω是高频的角频率。此外，复阻抗Z2是等离子体的阻抗和二次线圈与等离子体之间的供电电路的阻抗。
【式3】
以式(3)的分母变小的方式、即以在二次侧产生串联谐振的方式调整复阻抗Z2时，流通二次侧的电流的值变大。另一方面，以式(3)的分母变大的方式调整复阻抗Z2时，流通二次侧的电流的值变小。在变压器100E中，在二个次线圈中的一方的二次线圈流通的电流变大，分配到一方的二次线圈的高频电力增大时，分配到另一方的二次线圈的高频电力变小。因此，即使构成二个二次线圈的单线圈的接地部位被固定，通过基于阻抗调整电路50进行的阻抗的调整，也能够调整供给到上部电极14的高频电力和供给到下部电极16的高频电力。所以，根据等离子体处理装置10E，能够调整入射到下部电极16的离子的能量。
以下，说明为了等离子体处理装置10E的评价而进行的实验的结果。用于该实验的变压器100E的一次线圈101E是直径为42mm、匝数为27的线圈。另外，构成第1二次线圈102E和第2二次线圈103E的单线圈也是直径为42mm、匝数为27的线圈。该单线圈将第13匝与接地电位连接。而且，将600sccm的氩气(Ar)气体供给到腔室12c，将腔室12c的压力设定为800mTorr(106.7Pa)，将高频电源18的高频的频率、电力(功率)分别设定为13.56MHz、200W。并且，改变阻抗调整电路50的可变电容器50a的标度值(Dial value)，将阻抗调整电路50的阻抗设定为各种阻抗，来测定腔室主体12、上部电极14和下部电极16各自的电流，以及上部电极14和下部电极16各自的高频电压，以及上部电极14和下部电极16各自的直流电位。
图18(a)表示可变电容器50a的标度值与腔室主体12、上部电极14和下部电极16各自的电流的关系，图18(b)表示可变电容器50a的标度值与上部电极14和下部电极16各自的直流电位的关系。
在实验中所使用的阻抗调整电路50中，在可变电容器50a的标度值在8附近时，第1二次线圈102E的阻抗、阻抗调整电路50的阻抗和上部电极14的等离子体负载的阻抗成为串联谐振状态。即成为式(3)所示的分母为零的状态。在该串联谐振状态中，仅在上部电极14中流通电流，在下部电极16几乎不流通电流。在可变电容器50a的标度值比8小的状态下，式(3)的分母为正，在可变电容器50a的标度值比8大的状态下，式(3)的分母为负。因此，在使从上部电极14向下部电极16流通的电流的方向为同相位的方向时，在可变电容器50a的标度值比8小的状态下流通逆相位的电流，在可变电容器50a的标度值比8大的状态下流通同相位的电流。像这样，可以说通过阻抗调整电路50，能够调整向上部电极14和下部电极16供给的电力比。
如图18(a)所示，在将可变电容器50a的标度值设定为比8大的值时，上部电极14的电流值减少，下部电极16的电流值增大。另外，在可变电容器50a的标度值为比8大的值时，上部电极14的电流值和下部电极16的电流值成为大致相同，流通腔室主体12的电流成为最小。所以，当可变电容器50a的标度值设定为这样的值时，等离子体被关入上部电极14和下部电极16之间。所以，确认了通过可变电容器50a的调整，能够稳定地生成等离子体。
另外，如图18(b)所示，根据可变电容器50a的标度值，下部电极16的直流电位从负的电位直至正的电位大幅地变化。因此，确认了在等离子体处理装置10E中，入射到配置在下部电极16之上的被加工物的离子的能量的能够调整的范围广。
以上，对各种实施方式进行了说明，但是，不限于上述的实施方式，能够构成各种变形方式。例如，配置阻抗调整电路的部位不限于在上述实施方式中配置有该阻抗调整电路的部位。阻抗调整电路能够在上部电极14与第1二次线圈的另一端所连接的接地电位之间的串联电路、和下部电极16与第2二次线圈的另一端所连接的接地电位之间的串联电路中的一方或者双方适当地设置。

Claims (8)

1.一种电容耦合型的等离子体处理装置，其特征在于，包括：
形成腔室的腔室主体；
第1电极和第2电极，其以所述腔室内的空间存在于所述第1电极与所述第2电极之间的方式设置；
高频电源；
与所述高频电源连接的阻抗匹配用的匹配器；
变压器，其包括经由所述匹配器与所述高频电源连接的一次线圈、第1二次线圈和第2二次线圈，所述第1二次线圈的一端与所述第1电极连接，所述第2二次线圈的一端与所述第2电极连接；和
至少一个阻抗调整电路，其具有可变的阻抗，设置于所述第1电极与连接在所述第1二次线圈的另一端的接地电位之间的串联电路、和所述第2电极与连接在所述第2二次线圈的另一端的接地电位之间的串联电路中的至少一者，
所述至少一个阻抗调整电路不具有与接地电位连接的元件。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述一次线圈、所述第1二次线圈和所述第2二次线圈同轴地设置，
所述第1二次线圈的绕线以该第1二次线圈和所述一次线圈共有截面的方式围绕所述一次线圈的中心轴线卷绕，
所述第2二次线圈的绕线以该第2二次线圈和所述一次线圈共有截面的方式围绕所述中心轴线卷绕，
所述第1二次线圈和所述第2二次线圈由具有能够有选择地与接地电位连接的多个抽头的单线圈形成。
3.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述变压器还包括能够以其中心轴线为旋转轴线进行旋转的旋转轴，
所述一次线圈围绕与所述中心轴线正交的第1轴线延伸，
所述第1二次线圈围绕第2轴线延伸，并且由所述旋转轴支承，该第2轴线在由所述一次线圈包围的区域内与所述中心轴线正交，
所述第2二次线圈围绕第3轴线延伸，并且由所述旋转轴支承，该第3轴线在所述区域内与所述中心轴线正交且与所述第2轴线成规定的角度。
4.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述一次线圈、所述第1二次线圈和所述第2二次线圈同轴地设置，
所述第1二次线圈的绕线以该第1二次线圈和所述一次线圈共有截面的方式围绕所述一次线圈的中心轴线卷绕，
所述第2二次线圈的绕线以该第2二次线圈和所述一次线圈共有截面的方式围绕所述中心轴线卷绕，
所述第1二次线圈和所述第2二次线圈由其中间被接地的单线圈形成。
5.如权利要求1～4中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述至少一个阻抗调整电路具有设置在所述串联电路上的可变电容器。
6.如权利要求1～4中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述至少一个阻抗调整电路具有设置在所述串联电路上的电感器。
7.如权利要求1～4中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
等离子体和所述至少一个阻抗调整电路的阻抗比所述变压器的阻抗小。
8.如权利要求4所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述至少一个阻抗调整电路的阻抗被调整，使得所述第1二次线圈和所述第2二次线圈之中该至少一个阻抗调整电路所连接的二次线圈、该至少一个阻抗调整电路和等离子体侧的负载形成串联谐振。
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