TWI606757B - Plasma processing device - Google Patents

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Description

電漿處理裝置
本發明係關於一種對被處理基板施予電漿處理之技術，尤其是關於感應耦合型電漿處理裝置。
在半導體元件或FPD(Flat Panel Display)之製程中的蝕刻、沉積、氧化、濺鍍等處理中，為了能夠使處理氣體在較低溫下進行良好反應，大多會利用電漿。自以往，這類電漿處理中大多是藉由MHz區域之高頻放電來產生電漿。藉由高頻放電之電漿，就較具體(指裝置上)之電漿產生方法而言，可大致分為電容耦合型電漿和感應耦合型電漿。
一般而言，感應耦合型電漿處理裝置係以介電體窗構成處理容器壁部的至少一部位(例如頂部)，並將高頻電功率供應至設置於該介電體窗外之線圈狀的RF天線。處理容器係構成為可減壓之真空腔室，並於腔室內之中央部配置被處理基板(例如半導體晶圓、玻璃基板等)，然後再將處理氣體導入介電體窗與基板之間所設定之處理空間。藉由流過RF天線之RF電流，磁力線就會穿透介電體窗，而於RF天線周圍產生猶如通過腔室內的處理空間之RF磁場，藉由該RF磁場之與時變化作用，便會在處理空間內於方位角方向產生感應電場。然後，藉由該感應電場而朝向方位角加速之 電子就會與處理氣體之分子或原子作用引起電離衝撞現象，因而產生甜甜圈狀之電漿。
由於腔室內設有大型處理空間，因此前述甜甜圈狀電漿便會有效率地擴散至四處(尤其在半徑方向)，而在基板上，電漿之密度可說是相當均勻。然而，若僅是使用一般的RF天線，則基板上所獲得之電漿密度的均勻性對大多數之電漿製程而言是不足夠的。在感應耦合型電漿處理裝置中，提升基板上的電漿密度均勻性一事會左右電漿製程之均勻性、再現性，甚至是製造良率，故為最重要課題之一，目前為止已提出有幾種關於此之技術方案。
當中，已知有一種使用單一的RF天線，並將被動天線配置在該RF天線附近之技法(專利文獻1)。該被動天線係構成為不會從高頻電源接受高頻電功率的供應之獨立線圈，且針對RF天線(感應性天線)所產生的磁場，會作用來減少被動天線之迴圈內的磁場強度且同時地增加被動天線之迴圈外附近的磁場強度。藉此，腔室內的電漿產生區域中之RF電磁場的半徑方向分佈便會受到改變。
又，為了提高徑向上的電漿密度分佈均勻性，已知有將RF天線循徑向分段成複數圓環狀線圈，且電性地並聯連接該等圓環狀線圈之方式(例如專利文獻2)。
專利文獻1：日本特表2005-534150
專利文獻2：美國專利第6164241號
上述專利文獻1中雖揭示了藉由被動天線的存在來對RF天線(感應性天線)所產生之磁場造成影響，藉以改變腔室內的電漿產生區域中之RF電磁場的半徑方向分佈，但是，關於被動天線的作用之考察或驗證並不充分，而無法思及使用被動天線來自由且高精確度地控制電漿密度分佈之具體的裝置結構。
現今的電漿製程隨著基板的大面積化與元件的微細化，而需要更低壓、高密度且大口徑的電漿，並且基板上的製程均勻性亦較以往增加，而成為困難的課題。關於這一點，感應耦合型電漿處理裝置雖係在接近RF天線的介電體窗內側生成甜甜圈狀電漿，並使該甜甜圈狀電漿朝向基板四處擴散，但會因腔室內的壓力而導致電漿的擴散型態改變，使得基板上的電漿密度分佈容易改變。再者，亦有對應於被供應至RF天線之高頻功率或被導入至腔室內之處理氣體的流量等，而造成甜甜圈狀電漿內的電漿密度分佈改變之情況。於是，縱使是在製程配方中改變製程條件，若無法補正RF天線(感應性天線)所產生的磁場來確保基板上之電漿製程的均勻性，則仍無法對應於現今的電漿處理裝置所要求之多樣且高度的製程性能。
又，上述般習知的RF天線分段方式中，從高頻供電部被供應至RF天線之RF電流在RF天線內會相對較多地流過線圈徑較小(亦即阻抗較小)的內側線 圈，而相對地僅有少量流過線圈徑較大(亦即阻抗較大)的外側線圈，因而容易成為生成於腔室內之電漿的密度在徑向的中心部較高，而在周邊部較低。於是，便在RF天線內的各線圈附加(連接)阻抗調整用電容器，來調節被分配至各線圈之RF電流的分段比。
此情況下，若在高頻供電部的歸線或接地線側(亦即RF天線的終端側)設置有阻抗調整用電容器，便可抑制因線圈的電位高於接地電位而導致介電體窗因來自電漿的離子撞擊而損傷劣化之現象(濺鍍效果)。然而，會因RF天線的線圈係透過電容器而終結，導致短路共振線的長度等效地變短，並且線圈徑(線圈長)較大的外側線圈會容易有具有電流的波節部之駐波形成於RF輸入端附近(容易發生所謂的波長效應)。若發生上述波長效應，則在圓周方向及徑向上便皆會難以獲得均勻的電漿密度分佈。
本發明係鑑於上述習知技術的問題所發明者，而提供一種可充分抑制RF天線內的波長效應，且使用電性地置放在浮動狀態之線圈來自由且精細地控制電漿密度分佈之感應耦合型電漿處理裝置。
本發明第1觀點之電漿處理裝置具有：處理容器，係具有介電體窗；基板保持部，係在該處理容器內保持被處理基板；處理氣體供應部，係為了對該基 板施予所欲電漿處理，而對該處理容器內供應所欲處理氣體；RF天線，為了在該處理容器內藉由感應耦合來生成處理氣體的電漿，係設置在該介電體窗外，且在空間上係沿著特定形狀及特定尺寸的迴圈串聯配置，在電性上係具有並聯連接之複數線圈段；高頻供電部，係將適合該處理氣體的高頻放電之頻率的高頻電功率供應至該RF天線；浮動線圈，係電性地置放為浮動狀態，且於可與該RF天線藉由電磁感應而耦合之位置處配置在該處理容器外；以及電容器，係設置於該浮動線圈的迴圈內。
上述第1觀點之電漿處理裝置中，從高頻供電部對RF天線供應高頻電功率後，會因流過RF天線的高頻電流而在天線導體的周圍產生RF磁場，且在處理容器內生成有助於處理氣體的高頻放電之感應電場。此處，由於RF天線係由電性地並聯連接之複數線圈段所構成，因此RF天線內的波長效應或電壓降便會依存於線圈段的長度。於是，為了不在各個線圈段內引起波長效應，然後，為了不使電壓降過大，便只要選擇各線圈內的分段數或線圈段的長度即可。關於RF天線內的磁動勢，藉由使構成各線圈之線圈段的自電感大致相等，由於在線圈的圓周方向上會流有一樣或均勻的高頻電流，因此便可在圓周方向上經常地獲得均勻之電漿密度分佈。
另一方面，會因RF天線的各線圈段與浮動線圈 之間的電磁感應而在浮動線圈內產生感應電動勢且流有感應電流。在該浮動線圈內流動之感應電流亦會在處理容器內的電漿生成空間形成感應電場，而消極(負面)或積極(正面)地相關於處理氣體的高頻放電或感應耦合電漿的生成。
造成在處理容器內藉由感應耦合所生成之核心電漿(甜甜圈狀電漿)的密度分佈之浮動線圈的作用不僅依存於RF天線與浮動線圈的相對位置關係，而亦會因在浮動線圈內流動之電流的大小或方向而大大地改變。
在浮動線圈內流動之電流的電流值及相位(方向)係依存於浮動線圈的迴圈內所產生之感應電動勢與迴圈內的阻抗。此電漿處理裝置中，係藉由設置於浮動線圈的迴圈內之電容器的靜電容量來調整迴圈內的阻抗，尤其是電抗，且控制迴圈內的電流的大小或方向。
藉由具備有上述附有電容器的浮動線圈，便可在徑向上任意或多樣地控制甜甜圈狀電漿內的電漿密度分佈。藉此，便可在基板保持部上的基板附近任意且精細地控制電漿密度分佈，且亦可容易達成電漿製程均勻性的提升。
又，本發明第2觀點之電漿處理裝置具備有：處理容器，係具有介電體窗；基板保持部，係在該處理容器內保持被處理基板；處理氣體供應部，係為了對該基板施予所欲電漿處理，而對該處理容器內供應所 欲處理氣體；內側及外側天線線圈，為了在該處理容器內藉由感應耦合來生成處理氣體的電漿，在該介電體窗外係於徑向上相隔有間隔地分別配置在內側及外側；高頻供電部，係將頻率適合該處理氣體的高頻放電之高頻電功率供應至該內側及外側天線線圈；浮動線圈，係電性地置放為浮動狀態，且於可與該內側及外側天線線圈的至少其中一者藉由電磁感應而耦合之位置處配置在該處理容器外；以及電容器，係設置於該浮動線圈的迴圈內；其中該內側天線線圈係具有單一或串聯連接的內側線圈段，該外側天線線圈係具有循圓周方向分段且電性地並聯連接之複數外側線圈段。
上述第2觀點之電漿處理裝置中，從高頻供電部對RF天線供應高頻電功率後，會因分流而分別流過RF天線的內側天線線圈及外側天線線圈之高頻的天線電流而在各個線圈導體周圍產生RF磁場，且在處理容器內生成有助於處理氣體的高頻放電之感應電場。此處，由於RF天線的各天線線圈係由電性地並聯連接之1個或複數個線圈段所構成，因此RF天線內的波長效應或電壓降便會依存於線圈段的長度。於是，為了不在各個線圈段內引起波長效應，然後，為了不使電壓降過大，便只要選擇各線圈內的分段數或線圈段的長度即可。關於RF天線內的磁動勢，藉由使構成各線圈之線圈段的自電感大致相等，由於在線 圈的圓周方向上會流有一樣或均勻的高頻電流，因此便可在圓周方向上經常地獲得均勻之電漿密度分佈。
另一方面，會因RF天線的各線圈段與浮動線圈之間的電磁感應而在浮動線圈內產生感應電動勢且流有感應電流。在該浮動線圈內流動之感應電流亦會在處理容器內的電漿生成空間形成感應電場，而消極(負面)或積極(正面)地相關於處理氣體的高頻放電或感應耦合電漿的生成。
造成在處理容器內藉由感應耦合所生成之核心電漿(甜甜圈狀電漿)的密度分佈之浮動線圈的作用不僅依存於RF天線與浮動線圈的相對位置關係，而亦會因在浮動線圈內流動之電流的大小或方向而大大地改變。
在浮動線圈內流動之電流的電流值及相位(方向)係依存於浮動線圈的迴圈內所產生之感應電動勢與迴圈內的阻抗。此電漿處理裝置中，係藉由設置於浮動線圈的迴圈內之電容器的靜電容量來調整迴圈內的阻抗，尤其是電抗，且控制迴圈內的電流的大小或方向。
藉由具備有上述附有電容器的浮動線圈，便可在徑向上任意或多樣地控制甜甜圈狀電漿內的電漿密度分佈。藉此，便可在基板保持部上的基板附近任意且精細地控制電漿密度分佈，且亦可容易達成電漿製程均勻性的提升。
依據本發明之電漿處理裝置，藉由上述結構及作 用，便可在感應耦合型的電漿處理裝置中充分抑制RF天線內的波長效應，且使用電性地置放在浮動狀態之線圈來自由且精細地控制電漿密度分佈。
以下將根據附圖說明本發明之較佳實施型態。
[實施型態1]
圖1係顯示本發明第1實施型態之感應耦合型電漿處理裝置的結構。圖2及圖3係顯示此電漿處理裝置中RF天線及浮動線圈(floating coil)的配置結構(layout)及電性結線結構。
該感應耦合型電漿處理裝置係構成為使用平面線圈形RF天線之感應耦合型電漿蝕刻裝置，其具有例如鋁或不鏽鋼等之金屬製圓筒型真空腔室(處理容器)10。腔室10係經安全接地處理。
首先，就該感應耦合型電漿蝕刻裝置中無關於電漿產生之各部結構進行說明。
腔室10內之下部中央處係水平地配置有用以載置被處理基板(例如半導體晶圓W)之圓板狀載置台12，其係兼作為高頻電極之基板保持台。該載置台12係由例如鋁所構成，而由自腔室10底部延伸至垂直上方之絕緣性筒狀支撐部14所支撐。
沿著絕緣性筒狀支撐部14外圍而自腔室10底部延伸至垂直上方之導電性筒狀支撐部16與腔室10內 壁之間係形成有環狀排氣通道18，該排氣通道18之上部或入口處係安裝有環狀緩衝板20，且於底部設置有排氣埠22。為了使腔室10內之氣流相對於載置台12上之半導體晶圓而以其軸為中心均勻一致，以在圓周方向等間隔地設置複數個排氣埠22之結構為佳。各排氣埠22係透過排氣管24而連接有排氣裝置26。排氣裝置26係具有渦輪分子幫浦等之真空幫浦，可將腔室10內之電漿處理空間減壓至所欲真空度。在腔室10之側壁外則安裝有可開閉半導體晶圓W的搬出入口27之閘閥28。
載置台12係透過匹配器32及供電棒34而電連接有RF偏壓用高頻電源30。該高頻電源30能夠以可變功率輸出適於控制被吸引至半導體晶圓W的離子能量之特定頻率(通常為13.56MHz以下)的高頻RFL。匹配器32乃係收納有為了在高頻電源30側之阻抗與負載(主要為載置台、電漿、腔室)側之阻抗之間取得匹配之可變電抗的匹配電路。該匹配電路中包含了自偏壓生成用之阻隔電容器(Blocking Condenser)。
載置台12上面係設置有以靜電吸附力將半導體晶圓W保持之靜電夾具36，而在靜電夾具36之半徑方向外側則設置有環狀地包圍半導體晶圓W周圍之聚焦環38。靜電夾具36係將導電膜形成的電極36a夾入一對絕緣膜36b、36c之間所構成，而高壓直流電源40係透過開關42及包覆線43而電連接於電極36a。 藉由直流電源40所施加之高壓直流電壓，便能夠以靜電力來將半導體晶圓W吸住並保持在靜電夾具36上。
載置台12內部係設置有例如延伸於圓周方向之環狀冷媒室44。該冷媒室44係從冷凝器(未圖示)經由配管46、48而循環供應有特定溫度的冷媒(例如冷卻水cw)。藉冷卻水cw的溫度，便可控制靜電夾具36上之半導體晶圓W的處理中溫度。與此相關，來自傳熱氣體供應部(未圖示)之傳熱氣體(例如He氣體(氦氣))係經由氣體供應管50而供應至靜電夾具36上面與半導體晶圓W內面之間。又，為了半導體晶圓W之載入(Loading)/載出(Unloading)需要，亦設有在垂直方向貫穿載置台12並可上下移動之升降銷以及其升降機構(未圖示)等。
接著，就前述感應耦合型電漿蝕刻裝置之有關於電漿產生之各部結構進行說明。
腔室10之頂部或上蓋板係以比較大之距離間隔與載置台12隔開來設置，要作為此上蓋板例如有可氣密地安裝石英板所形成的圓形介電體窗52。該介電體窗52上係設置有與腔室10為一體成型，且能夠將用以在腔室10內產生感應耦合電漿的環狀RF天線54自外部電磁性地遮蔽並收納之天線室56。有關此RF天線54的具體結構及作用將說明於後。
為了在徑向上可變地控制腔室10內的處理空間所生成之感應耦合電漿的密度分佈，天線室56內亦設 置有附有可藉由電磁感應而與RF天線54耦合的可變電容器58之環狀浮動線圈60。可變電容器58係在主控制部80的控制下而藉由電容可變部82可在一定範圍內任意地變化。
高頻供電部62係具有高頻電源64、匹配器66、高頻供電線68及回路歸線70。高頻供電線68係電性連接匹配器66的輸出端子與RF天線54的RF入口端。回路歸線70為接地電位的接地線，係電性連接RF天線54的RF出口端與電性地保持在接地電位之接地電位組件(例如腔室10或其他組件)。
高頻電源64能夠以可變功率輸出適於藉由感應耦合高頻放電來產生電漿之特定頻率(通常為13.56MHz以上)的高頻RFH。匹配器66係收納有用以在高頻電源64側之阻抗與負載(主要為RF天線、電漿)側之阻抗之間取得匹配之可變電抗的匹配電路。
用以將處理氣體供應至腔室10內的處理空間之處理氣體供應部具有：在比介電體窗52稍低之位置處而設於腔室10側壁中(或外)之環狀多歧管(Manifold)或緩衝部72；在圓周方向等間隔地自緩衝部72面臨電漿產生空間之複數側壁氣體噴出孔74；以及從處理氣體供應源76延伸至緩衝部72之供應管78。處理氣體供應源76係包含有流量控制器以及開閉閥(未圖示)。
主控制部80係包含例如微電腦，來控制該電漿蝕 刻裝置內之各部，例如排氣裝置26、高頻電源30、64、匹配器32、66、靜電夾具用開關42、處理氣體供應源76、電容可變部82、冷凝器(未圖示)、傳熱氣體供應部(未圖示)等各個部件之動作以及裝置整體之動作(Sequence)。
於該感應耦合型電漿蝕刻裝置中，蝕刻的進行首先係使閘閥28為打開狀態，而將加工對象的半導體晶圓W搬入至腔室10內並載置於靜電夾具36上。接著，關閉閘閥28後，從處理氣體供應源76經由氣體供應管78、緩衝部72及側壁氣體噴出孔74而以特定的流量及流量比來將蝕刻氣體(一般來說為混合氣體)導入至腔室10內，並藉由排氣裝置26來使腔室10內壓力為設定值。進一步地，開啟高頻供電部62的高頻電源64而以特定的RF功率輸出電漿生成用高頻RFH，並透過匹配器66、RF供電線68及回路歸線70來將高頻RFH的電流供應至RF天線54。另一方面，開啟高頻電源30而以特定的RF功率輸出離子吸引控制用的高頻RFL，並透過匹配器32及供電棒34來對晶座12施加該高頻RFL。又，從傳熱氣體供應部將傳熱氣體(He氣)供應至靜電夾具36與半導體晶圓W之間的接觸界面，並開啟開關42而藉由靜電夾具36的靜電吸附力來將傳熱氣體封入該接觸界面。
於腔室10內，從側壁氣體噴出孔74噴出的蝕刻氣體會擴散至介電體窗52下的處理空間。藉由流過 RF天線54的後述各線圈段之高頻RFH的電流以及流過浮動線圈60之感應電流所產生的磁力線(磁束)會貫穿介電體窗52並橫跨腔室10內的處理空間(電漿產生空間)，而在處理空間內產生方位角方向的感應電場。因該感應電場而朝方位角方向加速的電子會與蝕刻氣體的分子或原子發生電離衝撞，而生成甜甜圈狀電漿。
該甜甜圈狀電漿的自由基或離子會在寬廣的處理空間朝四處擴散，自由基係以等向性落下之型態，而離子則會以受到直流偏壓的吸引之型態，被供應至半導體晶圓W的上面(被處理面)。如此地，電漿的活性物種便會在半導體晶圓W的被處理面引發化學反應與物理反應，而將被加工膜蝕刻成所欲圖案。
此處的「甜甜圈狀電漿」未限定於電漿並非豎立在腔室10的徑向內側(中心部)而是僅豎立在徑向外側般的緻密環狀電漿，而是指徑向外側的電漿體積或密度係較腔室10的徑向內側要大之意思。又，依處理氣體所使用之氣體的種類或腔室10內壓力值等條件，而亦會有無法成為此處所述「甜甜圈狀電漿」的情況。
該感應耦合型電漿蝕刻裝置係使得RF天線54為以下所說明般的特殊空間配置及電連接結構，並且為了能夠在徑向上任意控制載置台12附近的電漿密度分佈，主控制部80會對應於製程配方設定的特定製程參數(例如壓力、RF功率、氣體流量等)而藉由電容可變部82來使設置於浮動線圈60的迴圈內之可變電容 器58的靜電容量為可變。
[RF天線及浮動線圈的基本結構及作用]
圖2及圖3係顯示該電漿處理裝置中RF天線及浮動線圈的配置結構(layout)及電性結線結構。
RF天線54較佳地係由循圓周方向分段之複數(例如2個)線圈段84(1)、84(2)所構成。該等2個線圈段84(1)、84(2)在空間上係分別形成為半圓的圓弧狀，而埋置圓周方向的一圈或其大部分般地串聯配置。更詳細而言，在RF天線54的一圈迴圈內，第1線圈段84(1)的RF入口端84(1)(RF-In)與第2線圈段84(2)的RF出口端84(2)(RF-Out)係在圓周方向上介隔著間隙G84而相對向或鄰接，第1線圈段84(1)的RF出口端84(1)(RF-Out)與第2線圈段84(2)的RF入口端84(2)(RF-In))係在圓周方向上介隔著其他間隙G84而相對向或鄰接。
然後，該等線圈段84(1)、84(2)在電性上，分別的一端，亦即RF入口端84(1)(RF-In)、84(2)(RF-In)係透過朝上方延伸之連接導體86(1)、86(2)及高頻入口側的節點NA而連接於來自高頻供電部62的RF供電線68，而分別的另一端，亦即RF出口端84(1)(RF-Out)、84(2)(RFOut)係透過朝上方延伸之連接導體88(1)、88(2)及高頻出口側的節點NB而連接於接地線70。在天線室56內如上述般地RF天線54之朝向上方延伸的連接導體86(1)、86(2)、88(1)、88(2)係自介電體窗 52相隔著足夠大的距離(相當高之位置處)而形成有橫向的分歧線或傳遞線，因而對各線圈段84(1)、84(2)的電磁性影響較少。
如此地，在來自高頻供電部62的RF供電線68與對接地電位組件的接地線70之間，或節點NA與節點NB之間，則構成RF天線54之2個線圈段84(1)、84(2)彼此便會相互電性地並聯連接。然後，在節點NA與節點NB之間連結RF天線54內的各部，以使分別流過該等線圈段84(1)、84(2)之高頻天線電流的方向在圓周方向上為相同。
此實施型態中，作為一較佳型態，構成RF天線54之2個線圈段84(1)、84(2)係具有大致相等的自電感。通常，藉由使該等線圈段84(1)、84(2)的線材、線徑及線長相同，便可滿足自電感同一性或近似性的要件。
浮動線圈60係電性地置放為浮動狀態，且配置在RF天線54的內側。此處，本發明之電性的浮動狀態係指自電源及地面(接地電位)皆為電性地飄浮或分離之狀態，且與周圍的導體完全或幾乎未有電荷或電流的交流，而專門藉由電磁感應而在該物體流有電流之狀態。
又，浮動線圈60的基本構造係由兩端為斷開處或夾著間隙G60而開放之單圈線圈(或多圈線圈)所構成，該斷開處G60係設置有可變電容器58。浮動線圈 60之線圈導體的材質較佳為導電率高的金屬，例如施有銀鍍覆之銅。
可變電容器58可如後述般地為例如變容器或壓控變容器般之市售的汎用型，或一體地製作於浮動線圈60內之特製品或單品製作物。電容可變部82典型來說係藉由機械性驅動機構或電性的驅動電路來可變控制可變電容器58的靜電容量。
此實施型態中，較佳地，RF天線54與浮動線圈60兩者係具有相互相似的迴圈形狀(圖示之範例中為圓環狀)、皆載置而配置在介電體窗52，以及相互同軸地配置。
再者，本發明中所謂的「同軸」係指在形狀為軸對稱之複數物體之間，其各自的中心軸線為相互重疊之位置關係，關於複數線圈之間，其各自之線圈面不只是在軸向上相互錯開之情形，而亦包含在同一面上一致之情形(即同心狀之位置關係)。
此實施型態之感應耦合型電漿蝕刻裝置中，藉由從高頻供電部62所供應之高頻的天線電流流過RF天線54內各部件，且感應電流流過浮動線圈60內，則構成RF天線54之線圈段84(1)、84(2)周圍便會因安培定律而產生迴圈(loop)狀分佈之高頻率數的交流磁場，而在介電體窗52下，縱使是較內側(下方)區域處仍會形成有於半徑方向橫斷處理空間之磁力線。
此處，處理空間中之磁束密度的半徑方向(水平) 成分在腔室10中心與周邊部處係與高頻電流的大小無關而經常地為零，而在其中間的某處會成為極大。因高頻率數的交流磁場而產生之方位角方向的感應電場強度分佈亦顯示了與徑向之磁束密度相同的分佈。亦即，在徑向上，甜甜圈狀電漿內的電子密度分佈會大大地大致對應於RF天線54(線圈段84(1)、84(2))及浮動線圈60內之電流分佈。
此處，在RF天線54內，如上所述地，線圈段64(1)、64(2)係具有大致相等的自電感(即大致相等的阻抗)，且電性地並聯連接。藉此，當電漿激發時，便會在第1線圈段84(1)的半周迴圈與第2線圈段84(2)的半周迴圈經常流有相同大小的天線電流IRF，而在RF天線54的整體，即1圈的迴圈內流有均勻的天線電流IRF。又，在浮動線圈60內，會在其1圈的迴圈內經常流有相同大小的感應電流IIND。
於是，在腔室10的介電體窗52下(內側)所生成之甜甜圈狀電漿中，電流密度(亦即電漿密度)便會在RF天線54(線圈段84(1)、84(2))及浮動線圈60各自正下方之位置附近處突出而變高(成為極大)。如此地，甜甜圈狀電漿內的電流密度分佈便會在徑向上呈現非均勻，而是凹凸的樣態。但藉由使得電漿在腔室10內的處理空間中四處擴散，則晶座12附近(即基板W上)處的電漿密度便會相當均勻。
此實施型態中，由於RF天線54(線圈段84(1)、 84(2))及浮動線圈60中，一樣或均勻的天線電流IRF及感應電流IIND係在各自的迴圈內流動，因此於周圍方向上，便可在甜甜圈狀電漿內，甚至是晶座12附近(基板W上)亦可經常地獲得略均勻之電漿密度分佈。
又，在徑向上，藉由在主控制部80的控制下以電容可變部82來可變調整可變電容器58的靜電容量，便可任意控制在浮動線圈60內流動之感應電流IIND的方向及電流量。藉此，便可任意控制在浮動線圈60的正下方附近處所生成之電漿的密度，進而可在徑向上任意或多樣地控制載置台12附近的電漿密度分佈，而獲得甜甜圈狀電漿會在處理空間四處(特別是往徑向)擴散之結果。有關浮動線圈60的作用將於後詳細說明。
此實施型態中，由於係藉由電性地並聯連接之複數線圈段84(1)、84(2)而構成RF天線54，因此RF天線54內的波長效應或電壓降便會依各個線圈段84(1)、84(2)而依存於其長度。於是，為了不在各個線圈段84(1)、84(2)內引起波長效應，然後，為了不使電壓降過大，則藉由選擇各個線圈段84(1)、84(2)的長度，便可全部解決RF天線54內的波長效應或電壓降的問題。有關波長效應的防止，較佳地各線圈段84(1)、84(2)的長度係較高頻RFH的1/4波長要短(更佳為非常地短)。
如此地，此實施形態之RF天線54不僅不容易引 起波長效應，且天線內所產生之電位差(電壓降)亦小，因此便可減少因RF天線54與電漿之電容耦合而導致入射至介電體窗52各部的離子衝撃偏差。藉此，便亦可獲得能夠降低介電體窗52的一部分被局部或集中地削除之非期望現象之效果。
對於電漿生成之浮動線圈60的作用，特別是使可變電容器58的靜電容量為可變時的作用可藉由考察圖4所示之簡單的模型(基本結構)而容易理解。此實施型態中，複數個(2個)線圈段84(1)、84(2)所構成的RF天線54，關於生成感應耦合電漿的作用，係與圖示般相同口徑的圓環狀單圈線圈[54]為等效。
圖4的模型中，從高頻電源64對RF天線54供應特定頻率f的高頻RFH，而在RF天線54流有天線電流IRF時，藉由電磁感應而在浮動線圈60內產生的電動勢(亦即感應電動勢VIND)係由法拉第定律而以下式(1)來表示。
式(1)：VIND=-dΦ/dt=-iωMIRF。
此處，ω為角頻率(ω=2πf)，M為RF天線54與浮動線圈60之間的相互電感。此外，上述式(1)中由於浮動線圈60與電漿之間的相互電感相對來說較小，故忽視。
藉由該感應電動勢VIND而在浮動線圈60內流動的電流(感應電流)IIND係以下式(2)來表示。
式(2)：IIND=VIND/Z60=-iMωIRF/{R60+i(L60ω-1/C58ω)}
此處，Z60為浮動線圈60的阻抗，R60為浮動線圈60的電阻(亦包含被電漿吸收之功率所引起的電阻成分)，L60為浮動線圈70的自電感，然後C58為可變電容器58的靜電容量。
浮動線圈60的一般材質及構造，以及通常的使用型態中，由於|R60|≦|L60ω-1/C58ω|，因此感應電流IIND係以下面的近似式(3)來表示。
式(3)：IIND≒-MωIRF/(L60ω-1/C58ω)
此式(3)係指對應於可變電容器58的靜電容量C58而在浮動線圈60內流動之感應電流IIND的方向會在圓周方向上變化的意思。亦即，若使在浮動線圈60內引起串聯共振時可變電容器58的靜電容量C58的值為CR，則在C58大於CR的情況，便會成為L60ω>1/C58ω，亦即浮動線圈60內的電抗(L60ω-1/C58ω)會成為正的值，而在浮動線圈60內流有負極性(與天線電流IRF在圓周方向上為相反方向)的感應電流IIND。但在C58小於CR的情況，便會成為L60ω<1/C58ω，亦即浮動線圈60內的電抗(L60ω-1/C58ω)會成為負的值，而在浮動線圈60內流有正極性(與流過RF天線54之電流IRF在圓周方向上為相同方向)的感應電流IIND。將此特性顯示於圖5的圖表(曲線圖)。
在圖5之圖表中，橫軸為可變電容器58的靜電容量C58，係從20pF到1000pF連續地變化。縱軸為感 應電流IIND與天線電流IRF的比值(IIND/IRF)，係表示相對於流過RF天線54的天線電流IRF而有幾倍的感應電流IIND在浮動線圈60內流動。當電流比(IIND/IRF)為正的值時，感應電流IIND會在圓周方向上往相同於天線電流IRF的方向流動。相反地，當電流比(IIND/IRF)為負的值時，則感應電流IIND會在圓周方向上往相反於天線電流IRF的方向流動。此外，此圖表的計算例中，f(ω/2π)=13.56MHz，M=350nH，L60=580nH。此情況下，在浮動線圈60內引起串聯共振之靜電容量C58的值CR由L60ω=1/CRω的共振條件，便為CR≒230pF。
如圖5所示，當可變電容器58的靜電容量C58為20pF時，感應電流IIND會成為接近零之正的值。當C58的值從20pF逐漸增加時，感應電流IIND會往正的方向(與天線電流IRF為相同方向)逐漸增加，最後凌駕天線電流IRF，且從那時候開始呈現指數函數性地增加，而在引起串聯共振之靜電容量值CR的前一刻成為最大。然後，若C58的值超過CR，則感應電流IIND便會突然在負的方向(與天線電流IRF為相反方向)上成為大的電流。再者，若C58的值更增加，則感應電流IIND便會保持負的方向而呈現對數函數性地變小，最終地逐漸接近絕對值小於天線電流IRF之值IS。此處，飽和值IS為IS≒MIRF/L60，在上述例(M=350nH，L60=580nH)中為IS≒0.6IRF。
浮動線圈60的作用當中特別重要的一點為感應 電流IIND的流動方向會依可變電容器58的靜電容量C58的值而改變，藉此則對腔室10內所生成之甜甜圈狀電漿內的電漿密度分佈所造成的影響(作用效果)便會完全不同。
亦即，在浮動線圈60內當感應電流IIND於圓周方向上往相反於天線電流IRF的方向流動時，可在該線圈導體的正下方位置附近處獲得感應磁場的強度或感應耦合電漿的密度局部地降低之作用效果，若感應電流IIND的電流值愈大，則其電漿密度降低效果的程度愈高。
相對於此，在浮動線圈60內當感應電流IIND於圓周方向上往相同於天線電流IRF的方向流動時，則可在該線圈導體的正下方位置附近處獲得感應磁場的強度或感應耦合電漿的密度局部地增強之作用效果，若感應電流IIND的電流值愈大，則其電漿密度增強效果的程度愈高。
於是，藉由使可變電容器58的靜電容量C58為可變，便可於將浮動線圈60固定在特定位置處之狀態下，自由地控制腔室10內所生成之甜甜圈狀電漿內的電漿密度分佈，進而可在徑向上任意或多樣地控制載置台12附近的電漿密度分佈，而獲得甜甜圈狀電漿會在處理空間四處(特別是往徑向)擴散之結果。
再者，藉由如上所述地使得與天線電流IRF在圓周方向上為相同方向的感應電流IIND在浮動線圈60內流 動，則不僅是RF天線54，且浮動線圈60亦會具有積極或正面地作用於感應耦合電漿生成之情況的效果，且可提高RF功率供應效率。亦即，使浮動線圈60作用在增強感應耦合電漿生成之方向的情況，便可減少RF天線54側的負擔，從而降低供應至RF天線54之高頻電流IRF的電流量。藉此，便可降低在高頻供電系統的各部(特別是匹配器66、高頻供電導體68等)處所發生之高頻RFH的功率損失。
上述圖4的模型雖係將浮動線圈60配置在RF天線54的徑向內側，但如圖6所示般地將浮動線圈60配置在RF天線54的徑向外側之結構，其作用亦為相同。亦即，若相互電感M相同的話，則浮動線圈60不論是RF天線54的內側或外側，而亦會在浮動線圈60流有相同方向及相同大小的感應電流IIND。
基本上，若浮動線圈60愈遠離RF天線54，則相互電感M便會變小，導致在浮動線圈60內所激發之感應電動勢VIND變弱(變低)。但即便是上述般的情況，仍可藉由調整可變電容器58的靜電容量C58而在浮動線圈60內製造串聯共振的狀態或是接近其之狀態，來獲得實用上充分大小的感應電流IIND。
但在浮動線圈60內發生串聯共振狀態或接近其之狀態時，並不會成為上述近似式(3)，而是會成為以下的近似式(4)。
式(4)：IIND≒-iMωIRF/R60
由此式(4)可知，浮動線圈60內發生串聯共振狀態或接近其之狀態的情況，感應電流IIND會相對於天線電流IRF而具有90°左右的相位差。上述情況下，若相互電感M過小，亦即式(4)的係數(Mω/R60)過小，則在實用上便不適合。於是，便必須使該係數(Mω/R60)大於1，亦即滿足以下的條件式(5)。
式(5)：Mω>R60或2πfM>R60
此處，右邊的R60係如上所述般為浮動線圈60的電阻，雖為該線圈導體的電阻R60C與相當於電漿側的功率吸收之電阻R60P的和(R60C+R60P)，但大體上前者(R60C)佔主要，故在設計上可忽視後者(R60P)。
理論上，RF天線54及浮動線圈60係為圖4或圖6般的圓環狀單圈線圈，若兩者的半徑分別為a、b，兩者間的距離為d，則相互電感M可以下述式(6)來表示。
其中，
舉一例，在同一平面上將半徑50mm的RF天線54與半徑r的浮動線圈60同軸地配置之情況，由上述式(6)所求得之相互電感M與角頻率ω的乘積Mω便會以圖7所示之特性而依存於浮動線圈60的半徑r。其中f(ω/2π)=13.56MHz。
浮動線圈60之電阻R的典型值若預估為R=1(Ω)，則由圖7若r<約150mm，亦即浮動線圈60的半徑r為RF天線54之半徑(50mm)的約3倍以內，則Mω>1，亦即滿足上述條件式(5)。
此外，圖7的特性係假設浮動線圈60在徑向上位在RF天線54的外側。若浮動線圈60在徑向上位在RF天線54內側的情況，則兩者的關係便會成為相反，若天線54的半徑(50mm)為浮動線圈60之半徑r的約3倍以下，則Mω>1，亦即上述條件式(5)會成立。改變看法，若浮動線圈60的半徑r為RF天線54之半徑的大約1/3倍以上，則Mω>1，亦即滿足上述條件式(5)。
[實施型態2]
接下來，參照8~圖10來加以說明本發明第2實施型態。
圖8係顯示此第2實施型態之感應耦合型電漿蝕刻裝置的結構，圖9及圖10係顯示此第2實施型態之RF天線54及浮動線圈70的配置結構(layout)及電性結線結構。圖中，與上述第1實施型態之裝置(圖1)具有相同結構或功能的部分則賦予相同符號。
此第2實施型態中，RF天線54係具有半徑相異的圓環狀內側天線線圈54i及外側天線線圈54o。此處，外側天線線圈54o係相當於上述第1實施型態之RF天線54之結構，亦即空間上係沿著圓環狀的1圈迴圈而串聯配置，在電性上係具有並聯連接之複數(例如2個)線圈段84(1)、84(2)，而在徑向上則係位在上腔室10的側壁邊。
內側天線線圈54i係由口徑小於浮動線圈60的單一圓形線圈段90所構成，且與浮動線圈60及外側天線線圈54o在同一平面上(介電體窗52的上)為同軸配置。該內側線圈段90係以單體埋置圓周方向的一圈或其大部分般地環狀延伸，其兩端90(RF-In)、90(RF-out)係在圓周方向上介隔著內側間隙G90而相對向或鄰接。內側線圈段90的一端，亦即RF入口端部90(RF-In)係透過朝上方延伸之連接導體92及高頻入口側的節點NA而連接於來自高頻供電部62的RF供電線68。 內側線圈段90的另一端，亦即RF出口端90(RF-Out)係透過朝上方延伸之連接導體94及高頻出口側的節點NC而連接於接地線70。然後，節點NB與節點NC之間係連接(插入)有作為阻抗調整部之可變電容器96。
舉一例，當作為被處理基板之半導體晶圓W的口徑為300mm之情況，內側天線線圈54i，浮動線圈60及外側天線線圈54o的口徑係分別選擇為100mm、200mm及300mm。
如此地，依據內側天線線圈54i(線圈段90)、外側天線線圈54o(線圈段84(1)、84(2))及浮動線圈60三者係具有相互相似的線圈形狀，且浮動線圈60係同軸地配置在內側天線線圈54i與外側天線線圈54o的正中間之結構，則可如後述般地分別獨立進行RF天線54(內側天線線圈54i/外側天線線圈54o)中之天線內分配電流的均衡控制與在浮動線圈60內流動之感應電流IIND的方向及大小(電流量)的控制。
可進行上述般獨立控制的理由係因為若使浮動線圈60與內側天線線圈54i之間的相互電感為Mi，而浮動線圈60與外側天線線圈540之間的相互電感為Mo，則會有Mi=Mo的關係。
當天線內分配電流IRFi、IRFo分別流過時內側天線線圈54i及外側天線線圈54o，浮動線圈60內所產生之感應電動勢VIND會因重疊原理，而成為當內側的天 線內分配電流IRFi在內側天線線圈54i流動時浮動線圈60內所產生的感應電動勢與當外側的天線內分配電流IRFo在外側天線線圈54o流動時浮動線圈60內所產生的感應電動勢之加總。此處，當分別的相互電感Mi、Mo為相等時，由上述式(1)、(2)、(3)可得知浮動線圈60所產生之感應電動勢，甚至感應電流IIND係與天線內分配電流IRFi、IRFo的比(IRF/IRFo)無關，而是依存於該等的和(IRFi+IRFo)。
又，浮動線圈60由於係配置在內側天線線圈54i與外側天線線圈54o的中間(較佳為正中間)，亦即皆很靠近兩天線線圈54i、54o，因此可增大相互電感Mi、Mo兩者。
此第2實施型態中，為了在RF天線54內任意調整分別流過內側及外側天線線圈54i、54o之天線電流IRFi、IRFo的均衡(比)，係在節點NA與節點NC之間設置有與內側天線線圈54i為並聯連接，但與外側天線線圈54o為串聯連接之可變電容器96，如此便可在主控制部80的控制下以容量控制部82來使可變電容器96的靜電容量C96為可變。
亦即，若使內側天線線圈54i的阻抗為Zi，而外側天線線圈54o與可變電容器96的合成阻抗為Zo，則天線內分配電流IRFi、IRFo的均衡(比)便會如以下的式(7)般決定該等阻抗的比，而不會影響在浮動線圈60內流動之感應電流IIND。
式(7)：IRFi：IRFo=(1/Zi)：(1/Zo)。
此實施型態中，從高頻供電部62被供應至RF天線54之高頻電流會分流至內側天線線圈54i與外側天線線圈54o。此處，藉由使可變電容器96的靜電容量C96為可變，便可使外側天線線圈54o及可變電容器96的合成阻抗Zo為可變，進而調節內側天線電流IRFi與外側天線電流IRFo之間的分配比。
更詳細來說，流過內側天線線圈54i之內側天線電流IRFi與流過外側天線線圈54o之外側天線電流IRFo通常在圓周方向上係設定為相同方向。因此，只要在合成阻抗Zo的虛數成分(即合成電抗Xo)成為正的值之區域內使外側電容器96的靜電容量C96為可變即可。 此情況下，若在Xo>0的區域內使C96的值愈小，則合成電抗Xo的值便會愈小，且外側天線電流IRFo的電流量會相對地變大，而內側天線電流IRFi的電流量則會相對地變小。相反地，若在Xo>0的區域內使C96的值愈大，則合成電抗Xo的值便會愈大，且外側天線電流IRFo的電流量會相對地變小，而內側天線電流IRFi的電流量則會相對地變大。
如此地，此實施型態之感應耦合型電漿蝕刻裝置中，藉由使電容器96的靜電容量C96為可變，便可任意控制在內側天線線圈54i(線圈段90)流動之內側天線電流IRFi與在外側天線線圈54o(線圈段84(1)、84(2))流動之外側天線電流IRFo的均衡，進而任意控制內側 天線線圈54i及外側天線線圈54o分別的正下方位置附近處之感應耦合電漿密度的均衡。再者，不會影響兩天線電流IRFi、IRFo的均衡，藉由使電容器58的靜電容量C58為可變，便可任意調節在中間的浮動線圈60流動之感應電流IIND的電流量，進而任意控制浮動線圈60的正下方位置附近處之感應耦合電漿密度的均衡。藉此，便可在徑向上更加多樣且精細地控制載置台12附近的電漿密度，且亦可在徑向上更加高精確度地進行載置台12附近的電漿密度分佈之均勻化。
又，此實施型態中，直接連接於高頻供電部62的匹配器66者僅有內側天線線圈54i(線圈段90)及外側天線線圈54o(線圈段84(1)、84(2))，因此可從匹配器66直接見到的負荷電阻便僅有該等天線線圈54i(90)、54o(90、84(1)、84(2))的電阻成分。相當於在浮動線圈60被消耗的功率(亦包含被電漿吸收的功率)之電阻成分，結果來說便會是以串聯連接而加到天線線圈54i、54o(90、84(1)、84(2))的電阻成分。如此地，藉由使用浮動線圈60，由於RF線圈54之外觀上的負荷電阻成分會增加，因此可降低高頻供電部62之高頻電功率的損失，從而提高電漿生成效率。
此外，關於浮動線圈60的配置，上述實施型態中，為了使浮動線圈60的效果(電漿密度增強作用或電漿密度降低作用)最大化，係將浮動線圈60配置在與RF天線54相同的平面上(典型來說為介電體窗52 上)。但亦有期望減弱浮動線圈60的效果之情況。
例如，由圖5可知，當浮動線圈60流有相反方向的感應電流IIND時，其電流值不會成為0，而是有可能浮動線圈60的效果(電漿密度降低作用)過強。上述情況藉由將浮動線圈60從頂板的介電體窗52(亦即從電漿區域)遠離例如10mm~20mm左右而配置在上方，便可適當地減弱浮動線圈60的過強效果。藉此，當藉由可變電容器58來調整感應電流IIND的電流量以調整電漿密度分佈時，便可使成為剛好平坦的圖形般之區域包含於電容器58之靜電容量C58的可變範圍。
又，縱使浮動線圈60係流有正方向的感應電流IIND之情況，當可變電容器58之靜電容量C58的可變範圍下限為較大值之情況，縱使為正方向而仍會無法將感應電流IIND的電流值調整至接近0之值。上述情況下，較佳亦可採用使浮動線圈60從介電體窗52遠離而位在上方，來適當地減弱浮動線圈60的效果之技法。
如此地，藉由改變浮動線圈60的高度位置或與介電體窗之距離間隔，便可調節浮動線圈60的效果程度。於是，作為一較佳實施例，亦可具備有可任意改變浮動線圈60的高度位置之機構。
[關於浮動線圈的構造之實施例1]
接下來，參照圖11~圖15來針對本發明感應耦合型電漿處理裝置中之浮動線圈60內的可變電容器58 係使用市售品的電容器元件之情況的實施例加以說明。
圖11所示之實施例係於浮動線圈60形成有1個斷開處G60，且在該部位安裝有市售品的2端子型電容器58。此實施例的特徵為連結浮動線圈60的線圈導體與電容器58的外殼本體的端子之連接端子100a、100b係較線圈導體而直立於上方(較佳為垂直上方)之結構。
如上所述般地於浮動線圈60流有大感應電流IIND的情況係使用流有大電流之大尺寸的可變電容器58。然而，當電容器58的尺寸較大時，則斷開處G60的尺寸亦會變大，導致在浮動線圈60的迴圈上，斷開處G60的部位有可能成為浮動線圈60的電磁場作用上無法忽視之特異點。
此實施例由於係如上所述般地使電容器連接導體100a、100b朝垂直上方延伸，且將電容器本體配置在較線圈導體要更上方(從電漿側遠離一段距離)，因此便成為難以從電漿側見到電容器本體之構造，亦即成為受到遮蔽之構造。
圖12A及圖12B所示之其他實施例係使浮動線圈60的斷開處G60相對於線圈圓周方向(或相對於線圈半徑方向)以一定的角度(例如45°)斜向地形成。然後，係構成為分別設置在透過斷開處G60而相對向之線圈導體的兩開放端部之一對電容器供電點(電容器連接 導體100a、100b的基端的位置)102a、102b會位在通過線圈中心O之半徑方向的直線F上。藉由此結構，則從電漿側便會更加難以見到斷開處G60的部位，而浮動線圈60的線圈導體則會在圓周方向上看似好像連續般。
作為一變形例，亦可使浮動線圈60的斷開處G60非為斜向的一直線，而是如圖12C所示之可嵌入構造的斜向形狀。
圖13A所示之其他實施例中，浮動線圈60之斷開處G60的特徵為其係構成為將線圈導體不僅是相對於線圈半徑方向斜向地斷開且延伸，且相對於縱向方向(線圈軸向)亦斜向地斷開且延伸。藉由此結構，則從電漿側便會加難以見到斷開處G60的部位，而更加提高圓周方向上之浮動線圈60的線圈導體的擬似連續性。
此外，浮動線圈60之線圈導體的剖面形狀可為任意形狀，例如圖13B所示般的三角形、四方形或圓形。
圖14係顯示能夠有效地消除或抑制浮動線圈60的斷開處G60所引起之特異點的存在之其他實施例。此實施例係在圓周方向上相隔一定的間隔而於浮動線圈60設置有複數個(例如3個)可變電容器58。
原本，感應耦合型電漿處理裝置係為了能夠在RF天線的正下方處使電漿不均勻(甜甜圈狀)地生成在徑向上，並使其擴散而在晶座側的基板上獲得均勻電漿 所設計。若在圓周方向上甜甜圈狀電漿內的電漿密度有不均勻部位之情況，則當然亦會發生擴散造成的平滑化，但相較於徑向由於圓周方向上的平滑化所需擴散距離較長，因此會有不容易平滑化或均勻化之傾向。
關於這一點，如圖14所示，若將不連續點在圓周方向上以一定間隔複數設置，則平滑化所需的擴散距離便會變短。例如，若如圖示般地於浮動線圈60以120°的間隔設置3個斷開處G60，則圓周方向上之電漿擴散所需距離便會是圓周的1/3，而變得較易平滑化或均勻化。
圖15之實施例為圖14之實施例的一變形例，其結構的特徵係於浮動線圈60形成有虛擬的斷開處G60'，並於該虛擬的斷開處G60'設置有虛擬的電容器電極104及虛擬的電容器連接導體106。虛擬的斷開處G60'可與為了安裝可變電容器58之原本的斷開處G60為完全相同的構造，以全部的斷開處(G60、G60')會在圓周方向上等間隔地配置之方式，與原本的斷開處G60混合而在特定位置處設置為1個或複數個。虛擬的電容器電極104可以一片導體板(例如銅板)來構成。虛擬的電容器連接導體106亦可以和真正的電容器連接導體100a、100b同樣之材質及形狀來製作。
相對於圖14的實施例係於浮動線圈60以電性串聯連接而設置有複數個可變電容器58，圖15之實施例的特徵為僅有1個電容器58。
[關於浮動線圈的構造之實施例2]
接下來，參照圖16~圖18，其係顯示以可變電容器58作為構造體而一體地製作於浮動線圈60之一實施例。
如圖16所示，此實施例係在鄰接於斷開處G60之一線圈導體端部60a上固著有具有相同厚度的板狀或片狀介電體108及固定接點導體110。此處，固定接點導體110係配置在較介電體108要遠離斷開處G60之位置處。又，在相反側鄰接於斷開處G60之另一線圈導體端部60b上係固著有具有與介電體108及固定接點導體110相同厚度的板狀或片狀固定接點導體112。可動電極114係可在並排於相同的面上之固定接點導體110、介電體108及固定接點導體112的上面滑動且移動於線圈圓周方向。此外，浮動線圈60的圓周方向嚴格來說雖為圓弧，但若僅局部地觀看斷開處G60的部位附近，則亦可視為直線方向。於是，縱使可動電極114直線地移動，而仍不會從浮動線圈60上橫向地偏移。
電容可變部82中，用以使可動電極114滑動之滑動機構116係由：由例如滾珠螺桿機構所構成，且在特定位置處旋轉驅動水平延伸的傳送螺絲118之步進馬達120、具有螺合於傳送螺絲118之螺帽部(未圖示)，且藉由傳送螺絲118的旋轉而朝其軸向水平移動之滑動本體122、結合該滑動本體122與可動電極114 之壓縮線圈彈簧124、以及在鉛直方向上可滑動地嵌合之一對圓筒體126、128所構成。此處，外側的圓筒體126係被固定在滑動本體122，而內側的圓筒體128則被固定在可動電極114。壓縮線圈彈簧124係藉由彈力來將可動電極114朝向固定接點導體110、介電體108及固定接點導體112按壓。容量控制部130係透過步進馬達120的旋轉方向及旋轉量來控制可動電極114的滑動位置。
此實施例係在夾著斷開處G60之一對線圈導體端部60e、60f之間製作有圖17般以等效電路所表示之可變電容器58，第1開關S1及第2開關S2。此處，第1開關S1係與可變電容器58電性地串聯連接之開閉器，第2開關S2係與可變電容器58電性地並聯連接之開閉器。
更詳細來說，可變電容器58係由一側的線圈導體端部60a、介電體108、可動電極114及滑動機構116所構成。第1及第2開關S1、S2係由固定接點導體110、112、可動電極114及滑動機構116所構成。
此處，參照圖18來加以說明此實施例的作用。
首先，如圖18(a)所示，使可動電極114移動至僅與單側線圈導體端部60b上的固定接點導體112接觸，而皆未與相反側之線圈端部60a上的固定接點導體110及介電體108接觸之位置處。於該位置處，開關S1、S2皆係為打開(OFF)狀態，於是浮動線圈60的 斷開處G60在電性上便會成為完全開放(阻隔)之狀態。於是，浮動線圈60便完全不會流有感應電流IIND，而和實質上不具有浮動線圈60的情況相同。
接下來，如圖18(b)所示，使可動電極114移動至會與單側線圈導體端部60b上的固定接點導體112接觸，且在相反側的線圈導體端部60a上會與介電體108接觸，但不會與固定接點導體110接觸之位置處。於該位置處，開關S2係仍為打開(OFF)狀態，而開關S1則成為關閉(ON)狀態，於是可變電容器58便會具有有意義的電容而作用(通電)。
該可變電容器58的靜電電容會隨著可動電極114愈朝向固定接點導體112移動而愈大，如圖18(c)所示，當可動電極114移動至覆蓋介電體108的上面整體之位置處時會成為最大。
然後，使可動電極114更加前進移動，而如圖18(d)所示般地移動至固定接點導體110上後，兩側的固定接點導體110、112彼此便會透過可動電極114而短路，使得開關S1亦成為關閉(ON)狀態。亦即，斷開處G60會成為短路狀態，使得浮動線圈60成為線圈導體的兩端封閉之環。
此外，如圖17所示般將開關S1、S2串聯及/或並聯地連接於可變電容器58之結構亦可在使用市售品的電容器元件之實施例(圖11~圖15)中實現。又，串聯連接的開關S1亦可在浮動線圈60的迴圈內設置有 不同於可變電容器58之別的斷開處。
[關於RF天線及浮動線圈的配置之其他實施例或變形例]
圖19~圖29係顯示關於RF天線54及浮動線圈60的配置之其他實施例或變形例。
上述第2實施型態係在徑向上將浮動線圈60配置於內側天線線圈54i與外側天線線圈54o之間(較佳為正中間)。作為其他實施例，亦可如圖19所示般地將浮動線圈60配置在內側天線線圈54i的徑向內側之結構，或是如圖20所示般地將浮動線圈60配置在外側天線線圈54o的徑向外側之結構。
再者，亦可將口徑不同的複數浮動線圈同軸地配置。例如圖21所示，亦可為內側天線線圈54i的徑向內側係配置有具有小尺寸口徑的浮動線圈60i，內側天線線圈54i與外側天線線圈54o之間係配置有具有中尺寸口徑的浮動線圈60m，而外側天線線圈54o的徑向外側則配置有具有大尺寸口徑的浮動線圈60o。此情況下亦可於浮動線圈60i、60m、60o的迴圈內分別設置有個別的可變電容器58i、58m、58o。或是，亦可如圖22所示般，在2個(內側及外側)天線線圈54i、54o之間配置有口徑不同的複數(例如2個)浮動線圈60i、60o之構成。
關於附加在RF天線54之阻抗調整部，如圖23所示，藉由在高頻入口側的節點NA與高頻出口側的節 點NC之間不光是設置有與外側天線線圈54o串聯連接的可變電容器96，而亦設置有與內側天線線圈54i串聯連接的固定電容器132，便可擴大內側及外側天線電流IRFi、IRFo間均衡調整的可變範圍。如圖24所示，亦可將固定電容器132置換為可變電容器134。
相反地，如圖25所示，亦可為在節點NA與節點NC之間設置有與內側天線線圈54i串聯連接的可變電容器134，但完全未設置有與外側天線線圈54o串聯連接的阻抗調整部之結構。或是，為了擴大分別流過內側及外側天線線圈54i、54o之內側及外側天線電流IRFi、IRFo間均衡調整的可變範圍，亦可如圖26所示般地於節點NA與節點NC之間設置有與內側天線線圈54i串聯連接的可變電容器134，且設置有與外側天線線圈54o串聯連接的固定電容器136。
如圖27所示，在RF天線54的終端側，亦即節點NC與接地線70之間(或接地線70上)較佳係具備有與RF天線54內的所有線圈段90、84(1)、84(2)電性串聯連接之輸出側的共通阻抗調整部(例如電容器)138。該輸出側(終端)的共通阻抗調整部138通常雖可為固定電容器，但亦可為可變電容器。
該輸出側(終端)共通阻抗調整部138不僅具有調整RF天線54整體的阻抗之功能，而當使用電容器的情況亦具有將RF天線54整體的電位從接地電位直流地提升，來抑制頂板或介電體窗52遭受的離子濺鍍之 功能。上述共通阻抗調整部138亦可適用於上述其他實施例或變形例(圖19~圖26)。
如圖28所示，亦可將用以調整分別流過內側及外側天線線圈54i、54o之內側及外側天線電流IRFi、IRFo間的均衡之阻抗調整部(可變電容器96)設置在高頻入口側的節點NA與節點ND之間。此處，節點NA係內側及外側天線線圈54i、54o間的節點，節點ND係線圈段84(1)、84(2)間的節點。
又，如圖29所示，為了防止圓周方向上的電漿密度分佈不均勻，較佳可採用內側及外側天線線圈54i、54o內的斷開處G90、G84及浮動線圈60內的斷開處G60分別的位置係在圓周方向上相互錯開之結構。
[關於3系統的天線線圈之實施例]
圖30係顯示藉由口徑相異之3系統的天線線圈55i、55m、55o來構成RF天線54之一實施例。此RF天線54中，具有最小口徑之內側天線線圈55i及具有中間口徑之中間天線線圈55m係分別具有對應於上述第2實施型態的內側天線線圈54i及外側天線線圈54o之結構。此實施例中，具有最大口徑之外側的天線線圈55o係由循圓周方向分段之3個外側線圈段140(1)、140(2)、140(3)所構成。該等3系統的天線線圈55i、55m、55o較佳係具有相似的迴圈形狀(圖示之範例中為圓環狀)，且在同一平面上(介電體窗52上)配置為同軸(同心狀)。
舉一例，當作為被處理基板之半導體晶圓W的口 徑為300mm之情況，內側、中間及外側天線線圈55i、55m、55o的口徑係分別選擇為100mm、300mm及500mm。
構成外側天線線圈55o之3個外側線圈段140(1)、140(2)、140(3)在空間上係分別形成為大約1/3圈的圓弧狀，整體來說係埋置圓周方向的一圈或其大部分般地串聯配置。更詳細而言，在外側天線線圈140的一圈迴圈內，第1外側線圈段140(1)的RF入口端140(1)(RF-In)與第3外側線圈段140(3)的RF出口端140(3)(RF-Out)係在圓周方向上介隔著外側間隙G140而相對向或鄰接，第1外側線圈段140(1)的RF出口端140(1)(RF-Out)與第2外側線圈段140(2)的RF入口端140(2)(RF-In)係在圓周方向上介隔著其他外側間隙G140而相對向或鄰接，第2外側線圈段140(2)的RF出口端140(2)(RF-Out)與第3外側線圈段140(3)的RF入口端140(3)(RF-In))係在圓周方向上介隔著其他外側間隙G140而相對向或鄰接。
如此地，在高頻供電部62的RF供電線68與接地線70之間，或高頻入口側的節點NA與高頻出口側的節點NC之間，則構成中間天線線圈55m之2個中間線圈段84(1)、84(2)彼此便會相互電性地並聯連接，且構成外側天線線圈140之3個外側線圈段140(1)、140(2)、140(3)彼此會相互電性地並聯連接，再者，以單體構成內側天線線圈55i之內側線圈段90亦會與該 等中間線圈段84(1)、84(2)及外側線圈段140(1)、140(2)、140(3)電性地並聯連接。然後，連結RF天線54內的各部，以使分別流過中間線圈段84(1)、84(2)之中間天線電流IRFm的方向在圓周方向上相同，而分別流過外側線圈段140(1)、140(2)、140(3)之外側天線電流IRFo的方向則會在圓周方向上全部相同。
此實施型態中，作為一較佳型態，構成中間天線線圈55m之2個中間線圈段84(1)、84(2)係具有大致相等的自電感，構成外側天線線圈54o之3個外側線圈段140(1)、140(2)、140(3)係具有大致相等的自電感。藉此，中間天線線圈55m的一周迴圈內，亦即中間線圈段84(1)、84(2)便會流有一樣或均勻的中間天線電流IRFm，而外側天線線圈55o的一周迴圈內，亦即外側線圈段140(1)、140(2)、140(3)便會流有一樣或均勻的外側天線電流IRFo。
此實施例中，RF天線54的線圈結線構造具有重要特徵。亦即，其係構成為從高頻供電部62的高頻供電線68到接地線70以一筆劃來環繞各個高頻傳送路徑時，通過中間天線線圈55m時的方向(圖30中為逆時針方向)係與通過內側天線線圈55i及外側天線線圈55o時的方向(圖30中為順時針方向)在圓周方向上為相反。然後，在這類相反方向之結線下，係在特定範圍內可變地選擇可變電容器96的靜電容量C96，來使流過中間天線線圈55m之中間天線電流IRFm與分別流 過內側及外側天線線圈55i、55o之內側及外側天線電流IRFm、IRFo在周圍方向上為相同方向。
亦即，在較中間天線線圈55m與可變電容器96所構成之串聯電路引起串聯共振時的靜電容量要小之區域(該等合成電抗(即中間合成電抗Xm)成為負的值之區域)內，可變地選擇可變電容器96的靜電容量C96。藉此，則流過中間天線線圈55m之中間天線電流IRFm便會與分別流過內側天線線圈55i及外側天線線圈55o之內側天線電流IRFi及外側天線電流IRFo在圓周方向上為相同方向。而且，亦可使中間天線電流IRFm的電流量從接近零慢慢增大，例如可選擇為內側及外側天線電流IRFi、IRFo的1/10以下。
然後，已由實驗確認了藉由如上所述地將中間天線電流IRFm控制為相較於內側及外側天線電流IRFi、IRFo為非常小(例如1/10以下)的電流量，便可良好地使腔室10內的正下方所生成之甜甜圈狀電漿內的電漿密度均勻。
此係因為縱使無中間天線線圈55m的情況，由於內側及外側天線線圈55i、55o分別的正下方位置附近處所生成之電漿會在徑向上擴散，因此電漿亦會以相當的密度存在於兩天線線圈55i、55o的中間區域。於是，使少量的電流IRFm在非為兩天線線圈55i、55o而是位在其中間的中間天線線圈55m朝向與分別在兩天線線圈55i、55o流動之電流IRFi、IRFo在圓周方向上為 相同方向流動時，則在中間天線線圈55m的正下方位置附近處，感應耦合電漿的生成便會適當程度地增強，而提高徑向上的電漿密度均勻性。
此實施例中，為了能夠將流過中間天線線圈55m之中間天線電流IRFm的電流量控制為相當小的值，係如上所述般地將中間天線線圈55朝相反方向結線，並使可變電容器96的靜電容量C96在中間合成電抗Xm會成為負的值之區域內為可變。此情況下，若在Xm<0的區域內使C96的值愈小，則中間合成電抗Xm的絕對值便會愈大，而中間天線電流IRFm的電流量則會愈小(接近零)。相反地，若在Xm<0的區域內使C96的值愈大，則中間合成電抗Xm的絕對值便會愈小，而中間天線電流IRFm的電流量則會愈大。
基本上，亦可依需要來使可變電容器96的靜電容量C96在中間合成電抗Xm會成為正的值之區域內為可變。此情況下，在中間天線線圈55m內流動之中間天線電流IRFm便會與分別在內側及外側天線線圈55i、55o內流動之內側及外側天線電流IRFi、IRFo在圓周方向上為相反方向。此係有助於有意圖地在中間天線線圈55m的正下方附近處降低電漿密度之情況。
再者，此實施例中，係在內側天線線圈55i與中間天線線圈55m之間(較佳為正中間)配置有具有較小口徑的內側浮動線圈60i，而在中間天線線圈55m與外側天線線圈55o之間(較佳為正中間)配置有具有較大口 徑的外側浮動線圈60o。該等內側及外側浮動線圈60i、60o較佳係具有與天線線圈55i、55m、55o相似的迴圈形狀(圖示之範例中為圓環狀)，且配置為同軸或同心狀。如上所述般當內側、中間及外側天線線圈55i、55m、55o的口徑分別為100mm、300mm及500mm時，浮動線圈60i、60o的口徑係分別選擇為200mm、400mm。
內側及外側浮動線圈60i、60o的迴圈內係設置有可變電容器58i、58o。藉由調節各可變電容器58i、58o的靜電容量C58i、C58o，便可適當地控制(通常係控制為較少)分別流過各浮動線圈60i、60o之感應電流IINDi、IINDo的電流量，來微調各浮動線圈60i、60o的正下方附近處之電漿密度。藉此，便可更加提高徑向上之電漿密度分佈控制的精確度。
此外，內側浮動線圈60i中，由於主要會產生對應於來自內側及中間天線線圈55i、55m的磁場變化之感應電動勢，因此在該迴圈內流動之感應電流IINDi便會大多依存於內側及中間天線電流IRFi、IRFm。同樣地，在外側浮動線圈60o的迴圈內流動之感應電流IINDo則會大多依存於中間及外側天線電流IRFm、IRFo。上述相對於浮動線圈兩旁的天線線圈之依存性或連動性，從修補該等兩旁的天線線圈間區域處之電漿密度降低之浮動線圈的作用來看，可說不是問題，反而是期望的特性。
圖31~圖34係顯示幾個此實施例的變形例。圖31所示之結構例係相當於在上述實施例(圖30)中刪除了外側浮動線圈60o之結構，而將1個浮動線圈60配置在內側天線線圈55i與中間天線線圈55m之間。雖省略圖示，亦可為將1個浮動線圈60配置在中間天線線圈55m與外側天線線圈55o之間之結構。
圖32所示之結構例係在上述實施例(圖30)中的外側天線線圈55o外側處再配置第4(最外周)浮動線圈60p。圖33的結構例係在圖32之結構例(圖31)中之口徑較大的外側及最外周浮動線圈60o、60p的迴圈內，除了可變電容器58o、58p以外另分別設置有固定電容器142、144。
圖34的結構例係在RF天線54中，相對於內側天線線圈55i及外側天線線圈55o而將中間天線線圈58m以相同方向(順時針方向)來結線。亦即，從高頻入口側的節點NA到高頻出口側的節點NC以一筆劃來環繞各個高頻傳送路徑時，通過中間天線線圈55i時的方向係與通過內側天線線圈55i及外側天線線圈55o時的方向在圓周方向上為相同(圖34中皆為順時針方向)般的結線構造。
此情況下，使可變電容器96的靜電容量C96在中間合成電抗Xm會成為正之區域內為可變時，可使中間天線電流IRFm在與內側天線電流IRFi及外側天線電流IRFo於圓周方向上為相同方向上為可變。亦即，若在 Xm>0的區域內使C96的值愈小，則中間合成電抗Xm的值便會愈小，而中間天線電流IRFm則會增大。相反地，若在Xm>0的區域內使C96的值愈大，則中間合成電抗Xm的值便會愈大，而中間天線電流IRFm則會減少。基本上，縱使C96的值無限制地增大，由於中間合成電抗Xm的值不會低於中間天線線圈54m的感應性電抗以下，因此會無法盡可能地減少中間天線電流IRFm的電流量(接近零)。於是，通常的使用方法便會難以將中間天線電流IRFm控制為內側及外側天線電流IRFi、IRFo之1/10以下的電流值。
另一方面，此結構例中，亦可使可變電容器96的靜電容量C96在中間合成電抗Xm會成為負之區域為可變。此情況下，中間天線電流IRFm的流動方向係與內側及外側電天線電流IRFi、IRFo的流動方向在圓周方向上為相反。此係有助於有意圖地在中間天線線圈54m中的正下方附近處降低電漿密度之情況。
上述任一情況下，由於亦具備有內側及外側浮動線圈60i、60o，因此藉由適當地調整可變電容器58i、58o、96、134的靜電容量C58i、C58o、C96、C134，則整體來說便可任意控制徑向上的電漿密度分佈。
又，雖省略圖示，上述2系統的天線線圈的實施例(圖19~圖29)中之阻抗調整用可變電容器(96、132、134、136)的連接型態及使用型態亦可全部適用於此3系統的天線線圈的實施例。
[於浮動線圈內設置有固定電容器之實施例]
圖35係顯示於內側及外側浮動線圈60i、60o的迴圈內分別設置有固定電容器150i、150o之實施例。此實施例中的內側及外側浮動線圈60i、60o較佳為圓環狀單圈線圈，且分別盡可能地接近RF天線54的內側及外側天線線圈54i、54o來配置。例如，當內側及外側天線線圈54i、54o的口徑分別為100mm、300mm之情況，浮動線圈60i、60o的口徑係分別選擇為80mm、320mm。
此實施例中，使浮動線圈60i、60o積極地作用於感應耦合電漿生成的情況，是以適當大小(例如IRFi、IRFo的數倍)的內側及外側感應電流IINDi、IINDo會朝向與分別流過內側及外側天線線圈54i、54o之內側及外側天線電流IRFi、IRFo在圓周方向上為相同方向而分別在浮動線圈60i、60o內流動之方式，來選擇固定電容器150i、150o的靜電容量C150i、C150o。亦即，固定電容器150i、150o的靜電容量C150i、C150o係較在浮動線圈60i、60o內分別引起串聯共振之靜電容量較小而選擇為其附近的值。藉此，則縱使各浮動線圈60i、60o為單圈(1圈)的圓環狀線圈，關於感應耦合電漿生成的輔助效果，而仍可發揮與多圈(複數圈)的圓環狀線圈或螺旋線圈看似相同的作用。
上述附有固定電容器150i、150o的單圈圓環狀浮動線圈60i、60o係容易製作(特別是電容器的製作)，且 對於RF天線54周圍的組裝或維修保養亦有利。又，由於浮動線圈60i、60o的迴圈內不具結線部位或連接用導體，因此具有功率損失少，或在電磁性作用面上圓周方向的均勻性佳等之優點。
此外，上述第1實施型態之電漿處理裝置(圖1)中，當然亦可將設置於浮動線圈60內之可變電容器58置換為固定電容器150。
圖36~圖43係顯示幾個此實施例的變形例。如圖36所示，較佳可在高頻入口側的節點NA與高頻出口側的節點NC之間設置有與內側天線線圈54i串聯連接之可變電容器134來作為阻抗調整部。關於這一點，圖35的結構例係在節點NA與節點NC之間設置有與外側天線線圈54o串聯連接之可變電容器96來作為阻抗調整部。
再者，如圖37所示，較佳可在高頻出口側的節點NC與接地線70之間(或接地線70上)設置有輸出側的共通阻抗調整部(例如電容器)138。
又，如圖38所示，為了擴大分別流過內側及外側天線線圈54i、54o之內側及外側天線電流IRFi、IRFo間均衡調整的可變範圍，亦可在節點NA與節點NC之間設置有與外側天線線圈54o為串聯連接之可變電容器96，及與內側天線線圈54i為串聯連接之固定電容器132。
如圖39所示，為了降低方位角方向上的電漿密度 分佈不均勻，較佳可採用使得分別設置於浮動線圈60i、60o的迴圈內之固定電容器150i、150o的位置(亦即斷開處的位置)在圓周方向上錯開之結構。此情況下，如圖40所示，藉由在外側浮動線圈60o的迴圈內將複數(例如2個)固定電容器150o設置為等間隔或點對稱，便可更加有效地降低不均勻。
又，如圖41所示，為了提高徑向中間部處的電漿密度控制性，亦可在內側及外側天線線圈54i、54o之間(較佳為正中間)設置附有可變電容器58m的中間浮動線圈60m。
或是，亦可取代設置中間浮動線圈60m，而如圖42所示般地，在內側浮動線圈60i的迴圈內設置可變電容器58，且在外側天線線圈54o的迴圈內設置固定電容器150o。
此外，設置於浮動線圈60的迴圈內之固定電容器150可為市售的電容器，或是直接利用浮動線圈60的斷開處G60來作為固定電容器150的電極間間隙。此情況下，亦可在斷開處G60插入有介電體的膜。
[RF天線未設置有阻抗調整部之實施例]
圖43係顯示分別盡可能地接近RF天線54的內側及外側天線線圈54i、54o來配置附有可變電容器58i、58o的內側及外側浮動線圈60i、60o之結構。此係相當於將圖35的結構例中之固定電容器150i、150o分別置換為可變電容器58i、58o之結構。此結構中， 藉由調整可變電容器58i、58o的靜電容量C58i、C58o，便可控制分別在浮動線圈60i、60o內流動之內側及外側感應電流IINDi、IINDo的均衡。藉此，便不須用以控制分別在內側及外側天線線圈54i、54o內流動之內側及外側天線電流IRFi、IRFo的均衡之阻抗調整部(可變電容器96、134)。
再者，此實施例中，如圖44所示，亦可在內側及外側天線線圈54i、54o之間(較佳為正中間)設置附有可變電容器58m的中間浮動線圈60m。
上述實施型態中，係在RF天線54內將複數(例如內側及外側)天線線圈54i、54o電性地並聯連接。但亦可為如圖45所示般地，將該等複數(內側及外側)天線線圈54i、54o電性地串聯連接之結構。此情況下，徑向上之電漿密度分佈的控制主要係由附有可變電容器58i、58o的內側及外側浮動線圈60i、60o來擔任。亦即，藉由調整可變電容器58i、58o的靜電容量C58i、C58o，便可任意控制徑向上的電漿密度分佈。此外，此結構例中，RF天線54的全長雖會變長，但由於線圈段的數量(分段數)係在內側天線線圈54i與外側天線線圈54o之間變化，因此波長效應會受到抑制。
再者，此實施例中，如圖46所示，藉由在內側及外側天線線圈54i、54o之間(較佳為正中間)追加附有可變電容器58m的中間浮動線圈60m，則即便是徑向的中間部處，仍可任意且精細地控制電漿密度。
[其他實施型態或變形例]
構成本發明RF天線之線圈的迴圈形狀不限於圓形，雖省略圖示，但亦可為四方形或三角形等。又，亦可在構成各天線線圈(迴圈)的複數線圈段之間使得形狀或自阻抗些許不同。
本發明中，可附加在RF天線之阻抗調整部不限定上述固定電容器或可變電容器，可為例如線圈或感應體，或是包含有電容器與感應體者，甚且亦可包含有電阻元件。
圖47係顯示在高頻供電部62的匹配器66與RF天線54之間設置有變壓器160之結構例。此變壓器160的一次捲線係電連接至匹配器66的輸出端子，而二次捲線係電連接至RF天線54入口側的第1節點NA。作為變壓器160的較佳型態，藉由使一次捲線的圈數較二次捲線的圈數要多，便可使從匹配器66流至變壓器160之電流(一次電流)I1較從變壓器160流至RF天線54之電流(二次電流)I2要來得少。若以別的觀點，則可在不增加一次電流I1的電流量情況下，增加供應至RF天線54之二次電流I2的電流量。又，藉由在變壓器160的二次側進行型式切換，便亦可使二次電流I2為可變。
上述實施型態僅為感應耦合型電漿蝕刻裝置的一結構例，電漿產生機構的各部件當然可有各種變形，而與電漿產生無直接關係之各部件的構成亦可有各種 變形。
例如，RF天線的基本型態亦可為平面型以外的類型(例如圓頂型等)。可為於處理氣體供應部處而從上蓋板將處理氣體導入至腔室10內之結構，亦可為不對晶座12施加直流偏壓控制用的高頻RFL之型態。
此外，本發明之感應耦合型電漿處理裝置或電漿處理方法不限於電漿蝕刻的技術領域，而亦可適用於電漿CVD、電漿氧化、電漿氮化、濺鍍等其他的電漿製程。又，本發明之被處理基板不限於半導體晶圓，而亦可為平板顯示器用的各種基板或光罩、CD基板、印刷基板等。
10‧‧‧腔室
12‧‧‧晶座
26‧‧‧排氣裝置
52‧‧‧介電體窗
54‧‧‧RF天線
54i、55i‧‧‧內側天線線圈
54o、55o‧‧‧外側天線線圈
55m‧‧‧中間天線線圈
58、58i、58m、58o‧‧‧可變電容器
62‧‧‧高頻供電部
64‧‧‧(電漿生成用)高頻電源
76‧‧‧處理氣體供應源
80‧‧‧主控制部
82‧‧‧電容可變部
96、134‧‧‧阻抗可變部(可變電容器)
150、150i、150o‧‧‧固定電容器
圖1係顯示本發明第1實施型態之感應耦合型電漿處理裝置的結構之縱剖視圖。
圖2係顯示圖1之電漿處理裝置中之RF天線及浮動線圈的配置結構(layout)及電性結線結構之立體圖。
圖3係顯示圖1之電漿處理裝置中之RF天線及浮動線圈的配置結構(layout)及電性結線結構之概略俯視圖。
圖4係顯示用以說明使浮動線圈內之可變電容器的靜電容量為可變時的作用之模型(基本結構)之圖式。
圖5係顯示使浮動線圈內之可變電容器的靜電容量為可變時，天線電流與感應電流的比會改變之特性之圖式。
圖6係顯示圖4之模型的一變形例之圖式。
圖7係顯示圖4或圖6的模型中，相互電感與角頻率的乘積係依存於浮動線圈的半徑之特性之圖式。
圖8係顯示本發明第2實施型態之感應耦合型電漿處理裝置的結構之縱剖視圖。
圖9係顯示圖8之電漿處理裝置中之RF天線及浮動線圈的配置結構(layout)及電性結線結構之立體圖。
圖10係顯示圖8之電漿處理裝置中之RF天線及浮動線圈的配置結構(layout)及電性結線結構之概略俯視圖。
圖11係顯示一實施例之浮動線圈的結構之立體圖。
圖12A係顯示一實施例之浮動線圈的結構之立體圖。
圖12B係顯示圖12A之浮動線圈中的斷開處結構之俯視圖。
圖12C係顯示圖12B之斷開處構造的一變形例之部分放大俯視圖。
圖13A係顯示一實施例之浮動線圈的結構之圖式。
圖13B係顯示浮動線圈中之線圈導體的剖面形狀之剖視圖。
圖14係顯示一實施例之浮動線圈的結構之立體圖。
圖15係顯示圖14之浮動線圈的一變形例之立體圖。
圖16係顯示將可變電容器一體地製作於浮動線圈內之一實施例之部分剖面前視圖。
圖17係顯示和電容器為串聯連接及/或並聯連接之方式來設置開關之結構之等效電路圖。
圖18係顯示係用以說明圖16之實施例的作用之主要部分的剖視圖。
圖19係顯示關於RF天線及浮動線圈的配置之其他實施例之圖式。
圖20係顯示關於RF天線及浮動線圈的配置之其他實施例之圖式。
圖21係顯示關於RF天線及浮動線圈的配置之其他實施例之圖式。
圖22係顯示關於RF天線及浮動線圈的配置之其他實施例之圖式。
圖23係顯示關於RF天線及浮動線圈的配置之其他實施例之圖式。
圖24係顯示關於RF天線及浮動線圈的配置之其他實施例之圖式。
圖25係顯示關於RF天線及浮動線圈的配置之其他實施例之圖式。
圖26係顯示關於RF天線及浮動線圈的配置之其他實施例之圖式。
圖27係顯示關於RF天線及浮動線圈的配置之其他實施例之圖式。
圖28係顯示關於RF天線及浮動線圈的配置之其他實施例之圖式。
圖29係顯示關於RF天線及浮動線圈的配置之其他實施例之圖式。
圖30係顯示關於3系統的天線線圈之一實施例之圖式。
圖31係顯示關於3系統的天線線圈之其他實施例之圖式。
圖32係顯示關於3系統的天線線圈之一實施例之圖式。
圖33係顯示關於3系統的天線線圈之其他實施例之圖式。
圖34係顯示關於3系統的天線線圈之其他實施例之圖式。
圖35係顯示在浮動線圈的迴圈內設置有固定電容器之一實施例之圖式。
圖36係顯示在浮動線圈的迴圈內設置有固定電容器之其他實施例之圖式。
圖37係顯示在浮動線圈的迴圈內設置有固定電容器之其他實施例之圖式。
圖38係顯示在浮動線圈的迴圈內設置有固定電容器之其他實施例之圖式。
圖39係顯示在浮動線圈的迴圈內設置有固定電容器之其他實施例之圖式。
圖40係顯示在浮動線圈的迴圈內設置有固定電容器之其他實施例之圖式。
圖41係顯示在浮動線圈的迴圈內設置有固定電容器之其他實施例之圖式。
圖42係顯示在浮動線圈的迴圈內設置有固定電容器之其他實施例之圖式。
圖43係顯示RF天線未設置有阻抗調整部之實施例之圖式。
圖44係顯示RF天線未設置有阻抗調整部之其他實施例之圖式。
圖45係顯示RF天線未設置有阻抗調整部之其他實施例之圖式。
圖46係顯示RF天線未設置有阻抗調整部之其他實施例之圖式。
圖47係顯示在RF天線與高頻供電部的匹配器之間設置有變壓器之結構例之圖式。
10‧‧‧腔室
12‧‧‧載置台
14‧‧‧絕緣性筒狀支撐部
16‧‧‧導電性筒狀支撐部
18‧‧‧排氣通道
20‧‧‧緩衝板
22‧‧‧排氣埠
24‧‧‧排氣管
26‧‧‧排氣裝置
27‧‧‧搬出入口
28‧‧‧閘閥
30‧‧‧RF偏壓用高頻電源
32‧‧‧匹配器
34‧‧‧供電棒
36‧‧‧靜電夾具
36a‧‧‧電極
36b、36c‧‧‧絕緣膜
38‧‧‧聚焦環
40‧‧‧高壓直流電源
42‧‧‧開關
43‧‧‧包覆線
44‧‧‧冷媒室
46、48‧‧‧配管
50‧‧‧氣體供應管
52‧‧‧介電體窗
54‧‧‧RF天線
56‧‧‧天線室
58‧‧‧可變電容器
60‧‧‧浮動線圈
62‧‧‧高頻供電部
64‧‧‧(電漿生成用)高頻電源
66‧‧‧匹配器
68‧‧‧高頻供電線
70‧‧‧回路歸線
72‧‧‧緩衝部
74‧‧‧側壁氣體噴出孔
76‧‧‧處理氣體供應源
78‧‧‧供應管
80‧‧‧主控制部
82‧‧‧電容可變部
84(1)、84(2)‧‧‧線圈段
84(1)(RF-In)、84(2)(RF-In)‧‧‧RF入口端
84(1)(RF-Out)、84(2)(RF-Out)‧‧‧RF出口端
86(1)、86(2)、88(1)、88(2)‧‧‧連接導體
cw‧‧‧冷卻水
W‧‧‧半導體晶圓
NA‧‧‧第1節點
NB‧‧‧第2節點
RFH‧‧‧電漿產生用高頻
RFL‧‧‧離子吸引控制用高頻

Claims (33)

  1. 一種電漿處理裝置，其具有：處理容器，係具有介電體窗；基板保持部，係在該處理容器內保持被處理基板；處理氣體供應部，係為了對該基板施予所欲電漿處理，而對該處理容器內供應所欲處理氣體；RF天線，為了在該處理容器內藉由感應耦合來生成處理氣體的電漿而配置在該介電體窗外，具備有：於徑向上相隔有間隔地配置在內側之由單一線圈段所構成之內側天線線圈與配置於外側而具有電性地並聯連接之複數線圈段之外側天線線圈；第1可變電容器，係與該內側天線線圈並聯連接，且與該外側天線線圈串聯連接；高頻供電部，係將適合該處理氣體的高頻放電之頻率的高頻電功率供應至該RF天線；浮動線圈，係電性地置放為浮動狀態，且於可與該RF天線藉由電磁感應而耦合之位置處配置在該處理容器外；以及第2可變電容器，係設置於該浮動線圈的迴圈內；該內側天線線圈及該外側天線線圈係在該高頻供電部側的第1節點與接地電位側的第2節點之間電性地並聯連接； 該內側天線線圈、該外側天線線圈以及該浮動線圈這三者具有相互相似的線圈形狀，該浮動線圈係於該內側天線線圈與該外側天線線圈的正中間做同軸配置；藉由使得該第1可變電容器之靜電電容為可變，以對流經該內側天線線圈之內側天線電流與流經該外側天線線圈之外側天線電流之均衡做任意控制。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該外側天線線圈所具有之該複數線圈段整體來說係埋置該RF天線之迴圈的至少一圈或其大部分般地串聯配置。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電漿處理裝置，其中在該外側天線線圈所具有之該複數線圈段之間，各個該線圈段的高頻入口端係與其他該線圈段的高頻出口端介隔著間隙而相鄰接，各個該線圈段的高頻出口端係與其他該線圈段的高頻入口端介隔著間隙而相鄰接。
  4. 如申請專利範圍第3項之電漿處理裝置，其中該間隙係全部形成於該RF天線之迴圈的圓周方向。
  5. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該複數線圈段整體來說係在該RF天線的迴圈上至少環繞一圈。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中分別流過該外側天線線圈所具有之該複數線圈段之電 流的方向係沿著該RF天線的迴圈而為全部相同。
  7. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該RF天線的迴圈係與該介電體窗呈平行。
  8. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該RF天線的迴圈係與該基板保持部所保持的該基板為同軸。
  9. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該浮動線圈係配置在與該RF天線相同的平面上。
  10. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該浮動線圈係相對於該介電體窗而較該RF天線要遠離配置。
  11. 如申請專利範圍第6項之電漿處理裝置，其中該浮動線圈係流有與流過該RF天線之電流在圓周方向上為相同方向的電流。
  12. 如申請專利範圍第11項之電漿處理裝置，其中該浮動線圈內的第2可變電容器係具有較在該浮動線圈內引起串聯共振時的值要小值之靜電容量。
  13. 如申請專利範圍第11或12項之電漿處理裝置，其中該浮動線圈係具有負值的電抗。
  14. 如申請專利範圍第6項之電漿處理裝置，其中該浮動線圈係流有與流過該RF天線之電流在圓周方向上為相反方向的電流。
  15. 如申請專利範圍第14項之電漿處理裝置，其中該浮動線圈內的第2可變電容器係具有較在該浮動 線圈內引起串聯共振時的值要大值之靜電容量。
  16. 如申請專利範圍第14或15項之電漿處理裝置，其中該浮動線圈係具有正值的電抗。
  17. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該第2可變電容器之靜電容量的可變範圍係包含有較在該浮動線圈內引起串聯共振時的值要小之值。
  18. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該第2可變電容器之靜電容量的可變範圍係包含有較在該浮動線圈內引起串聯共振時的值要小之值與要大之值。
  19. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該第2可變電容器之靜電容量的可變範圍係包含有較在該浮動線圈內引起串聯共振時的值要大之值。
  20. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該浮動線圈係同軸地設置為複數個。
  21. 一種電漿處理裝置，其具備有：處理容器，係具有介電體窗；基板保持部，係在該處理容器內保持被處理基板；處理氣體供應部，係為了對該基板施予所欲電漿處理，而對該處理容器內供應所欲處理氣體；內側及外側天線線圈，為了在該處理容器內藉由感應耦合來生成處理氣體的電漿，在該介電體窗外係於徑向上相隔有間隔地分別配置在內側及外側； 第1可變電容器，係與該內側天線線圈並聯連接，且與該外側天線線圈串聯連接；高頻供電部，係將頻率適合該處理氣體的高頻放電之高頻電功率供應至該內側及外側天線線圈；浮動線圈，係電性地置放為浮動狀態，且於可與該內側及外側天線線圈的至少其中一者藉由電磁感應而耦合之位置處配置在該處理容器外；以及第2可變電容器，係設置於該浮動線圈的迴圈內；其中該內側天線線圈係具有單一或串聯連接的內側線圈段，該外側天線線圈係具有循圓周方向分段且電性地並聯連接之複數外側線圈段；該內側天線線圈及該外側天線線圈係在該高頻供電部側的第1節點與接地電位側的第2節點之間電性地並聯連接；該內側天線線圈、該外側天線線圈以及該浮動線圈這三者具有相互相似的線圈形狀，該浮動線圈係於徑向上配置在該內側天線線圈的內側或該外側天線線圈的外側；藉由使得該第1可變電容器之靜電電容為可變，以對流經該內側天線線圈之內側天線電流與流經該外側天線線圈之外側天線電流之均衡做任意控制。
  22. 如申請專利範圍第21項之電漿處理裝置，其中該內側線圈段係在圓周方向上至少環繞一圈。
  23. 如申請專利範圍第21項之電漿處理裝置，其中該複數外側線圈段整體來說在空間上係埋置圓周方向的一圈或其大部分般地串聯配置。
  24. 如申請專利範圍第21項之電漿處理裝置，其中在該複數外側線圈段之間，各個該外側線圈段的高頻入口端係與其他該外側線圈段的高頻出口端介隔著外側間隙而相鄰接，各個該外側線圈段的高頻出口端係與其他該外側線圈段的高頻入口端介隔著外側間隙而相鄰接。
  25. 如申請專利範圍第21項之電漿處理裝置，其中該複數外側線圈段整體來說係在圓周方向上至少環繞一圈。
  26. 如申請專利範圍第21項之電漿處理裝置，其中分別流過該複數外側線圈段之電流的方向係在圓周方向上為全部相同。
  27. 如申請專利範圍第21項之電漿處理裝置，其中流過該內側天線線圈之電流的方向與流過該外側天線線圈之電流的方向係在圓周方向上為相同。
  28. 如申請專利範圍第21項之電漿處理裝置，其中在該第1節點與該第2節點之間，該內側線圈段係電性地串聯連接有內側阻抗調整部，該複數外側線圈段皆未電連接有阻抗調整部。
  29. 如申請專利範圍第21項之電漿處理裝置，其中在該第1節點與該第2節點之間，該複數外側線圈 段係分別電性地串聯連接有複數外側個別阻抗調整部，該內側線圈段係未電連接有阻抗調整部。
  30. 如申請專利範圍第21項之電漿處理裝置，其中在該第1節點與該第2節點之間，該內側線圈段係電性地串聯連接有內側阻抗調整部，該複數外側線圈段係分別電性地串聯連接有複數外側個別阻抗調整部。
  31. 如申請專利範圍第21項之電漿處理裝置，其中該內側天線線圈、該外側天線線圈及該浮動線圈係配置為同軸。
  32. 如申請專利範圍第21項之電漿處理裝置，其中該浮動線圈係配置在與該內側天線線圈與該外側天線線圈相同的平面上。
  33. 如申請專利範圍第21項之電漿處理裝置，其中該浮動線圈係相對於該介電體窗而較該內側天線線圈與該外側天線線圈要遠離配置。
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