CN102376521A - 等离子体处理装置和等离子体控制方法 - Google Patents

等离子体处理装置和等离子体控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供等离子体处理装置和等离子体控制方法，能够任意地控制处理室内的等离子体分布，还能够使处理室内的等离子体密度均匀化，对基板实施均匀的等离子体处理。该等离子体处理装置包括：对晶片(W)实施规定的等离子体处理的能够进行真空排气的腔室(11)；在腔室(11)内载置晶片(W)的基座(12)；被设置成隔着处理空间(S)与基座(12)相对的上部电极板(30a)；对基座(12)和上部电极(30a)中的一个施加高频电力，以在处理空间(S)内产生等离子体的高频电源(20)；以及与处理空间(S)相对的内壁构成部件，在与处理空间(S)的周边部相对的上部电极(30a)设置有空心阴极(31a～31c)，设置有空心阴极(31a～31c)的上部电极(30a)与鞘电压调整用的直流电源(37)连接。

Description

等离子体处理装置和等离子体控制方法
技术领域
本发明涉及一种能够任意地控制处理室内的等离子体分布的等离子体处理装置和等离子体控制方法。
背景技术
已知一种等离子体处理装置，其在以半导体器件和液晶显示装置
(LCD)为代表的FPD(Flat Panel Display：平板显示器)的制造工艺中，对以玻璃基板为主的各种基板实施等离子体处理。根据等离子体的生成方法不同，等离子体处理装置大致可以分为电容耦合型等离子体处理装置和感应耦合型等离子体处理装置。
作为电容耦合型等离子体处理装置(以下称作“CCP处理装置”)的典型例子，例如在处理室(腔室)内设置2个电极板，2个电极中的一个电极板与高频电源连接，另一个电极板与接地电位连接。在这种CCP处理装置中，例如，从高频电源对一个电极板施加高频电力，在电极板相互间产生电场，由此在电极板相互间的处理空间内生成电子，通过高频电源所产生的电场来加速所生成的电子，使其与处理气体的气体粒子碰撞，生成电容耦合等离子体，利用所生成的等离子体对基板实施等离子体处理。
在CCP处理装置中，由于腔室周边部的等离子体扩散，其密度下降，因此，腔室中心部的等离子体密度呈现比周边部的等离子体密度高的倾向。因此，腔室内的等离子体密度变得不均匀，结果是，存在无法对基板实施均匀的等离子体处理这样的问题。
因此，例如提案有一种等离子体处理装置(例如参照专利文献1)，在处理室内的电极板设置空心阴极(hollow cathode)构造部，由此，实现处理室内的等离子体分布的均匀化，对基板实施均匀的等离子体处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-068716号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，即使是在处理室内设置有空心阴极构造部的等离子体处理装置，根据空心阴极构造部的形状例如槽、孔的大小和深度，所生成的等离子体密度和分布范围也大致唯一地确定，因此，存在无法主动地控制腔室内的等离子体密度，只能任其发展这样的问题。
本发明的目的在于，提供一种不仅能够任意地控制处理室内的等离子体分布，并且能够使处理室内的等离子体密度均匀化，对基板实施均匀的等离子体处理的等离子体处理装置和等离子体控制方法。
为了实现上述目的，本发明第1方面的离子体处理装置，其特征在于，包括：对基板实施规定的等离子体处理、并能够进行真空排气的处理室；在该处理室内载置上述基板的基板载置台；被设置成隔着处理空间与该基板载置台相对的相对电极；高频电源，对上述基板载置台和上述相对电极中的一个施加高频电力，以在上述处理空间内产生等离子体；和与上述处理空间相对的内壁构成部件，在上述内壁构成部件设置有与上述处理空间的周边部相对的空心阴极构造部，设置有该空心阴极构造部的内壁构成部件与鞘电压调整用电源连接。
本发明第2方面的等离子体处理装置，其特征在于：在第1方面所述的等离子体处理装置中，上述鞘电压调整用电源是直流电源。
本发明第3方面的等离子体处理装置，其特征在于：在第2方面所述的等离子体处理装置中，上述内壁构成部件由导体和半导体中的任一种构成。
本发明第4方面的等离子体处理装置，其特征在于：在第2方面或第3方面所述的等离子体处理装置中，上述直流电源对上述内壁构成部件施加直流电压，该直流电压是-50V至-1500V，并且与上述内壁构成部件的自偏置电压相比绝对值更大。
本发明第5方面的等离子体处理装置，其特征在于：在第1方面所述的等离子体处理装置中，上述鞘电压调整用电源是施加27MHz以下的高频电力的高频电源。
本发明第6方面的等离子体处理装置，其特征在于：在第5方面所述的等离子体处理装置中，上述内壁构成部件由导体、半导体、由电介质覆盖导体而形成的材料(部件)、以及由电介质覆盖半导体而形成的材料(部件)中的任一种构成。
本发明第7方面的等离子体处理装置，其特征在于：在第5方面或第6方面所述的等离子体处理装置中，上述高频电源对上述内壁构成部件施加0kW至5kW的高频电力。
本发明第8方面的等离子体处理装置，其特征在于：在第1方面至第7方面中任意一个方面所述的等离子体处理装置中，上述空心阴极构造部包括截面为凹状、并且呈圆环状的槽，与上述基板载置台呈同轴状地设置。
本发明第9方面的等离子体处理装置，其特征在于：在第8方面所述的等离子体处理装置中，上述空心阴极构造部包括多个上述槽，各自呈同心圆状并且与上述基板载置台呈同轴状地设置。
本发明第10方面的等离子体处理装置，其特征在于：在第8方面或第9方面所述的等离子体处理装置中，上述空心阴极构造部的截面中的凹形状部(凹状截面)的宽度是2mm至20mm。
本发明第11方面的等离子体处理装置，其特征在于：在第8方面至第10方面中任意一方面所述的等离子体处理装置中，上述空心阴极构造部的截面中的凹形状部的深度是2mm至20mm，纵横比(深宽比)是0.5至10。
本发明第12方面的等离子体处理装置，其特征在于：在第8方面至第11方面中任意一方面所述的等离子体处理装置中，上述空心阴极构造部构成为，越是与上述处理空间的周边部的外侧相对，截面中的凹形状部的宽度越宽或/和深度越深地形成。
本发明第13方面的等离子体处理装置，其特征在于：在第8方面至第12方面中任意一方面所述的等离子体处理装置中，上述空心阴极构造部的截面中的凹形状部的底部的角部呈圆角形状。
本发明第14方面的等离子体处理装置，其特征在于：在第1方面至第13方面中任意一方面所述的等离子体处理装置中，上述内壁构成部件是上部电极板。
为了解决上述课题，本发明第15方面的等离子体控制方法，用于控制等离子体处理装置中的处理空间内的等离子体分布，该等离子体处理装置构成为：在对基板实施规定的等离子体处理并能够进行真空排气的处理室的上述处理空间内配置上述基板，在上述处理空间内通过电容耦合来产生等离子体，利用该等离子体对上述基板实施规定的等离子体处理，上述等离子体控制方法的特征在于：在与上述处理空间的周边部相对的内壁构成部件设置有空心阴极构造部，对设置有该空心阴极构造部的内壁构成部件施加鞘电压调整用的电压，由此控制与上述空心阴极构造部对应的处理空间内的等离子体密度。
本发明第16方面的等离子体控制方法，其特征在于：在第15方面所述的等离子体控制方法中，上述鞘电压调整用的电压是直流电压。
本发明第17方面的等离子体控制方法，其特征在于：在第16方面所述的等离子体控制方法中，上述直流电压是-50V至-1500V，并且与上述内壁构成部件的自偏置电压相比绝对值更大。
本发明第18方面的等离子体控制方法，其特征在于：在权利要求15所述的等离子体控制方法，上述鞘电压调整用的电压是27MHz以下的高频电力。
本发明第19方面的等离子体控制方法，其特征在于：在第18方面所述的等离子体控制方法中，上述高频电力是0kW至5kW。
根据本发明，不仅能够任意地控制处理室内的等离子体分布，并且能够使处理室内的等离子体密度均匀化，对基板实施均匀的等离子体处理。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的概略结构的截面图。
图2是用于说明本发明的等离子体控制原理的图。
图3是表示本发明的第一实施方式中的鞘电压和鞘厚度的关系，图3(A)表示等离子体的离子浓度(Ne)是1e11/cm3的情况，图3(B)表示等离子体的离子浓度(Ne)是2e10/cm3的情况。
图4是表示本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的变形例的概略结构的截面图。
图5是表示本发明的第二实施方式的等离子体处理装置的概略结构的截面图。
图6是表示本发明的第二实施方式的等离子体处理装置的变形例的概略结构的截面图。
图7是表示本发明的第三实施方式的等离子体处理装置的主要部分的概略结构的截面图。
图8是表示本发明的第四实施方式的等离子体处理装置的主要部分的概略结构的截面图。
附图标记说明
10、40、50、60、70、80  等离子体处理装置
11  腔室(处理室)
12  基座(基板载置台)
18、20、36  高频电源
30、30a、30b  上部电极
31a～31f  空心阴极
37  直流电源
71a、71b、81a、81b  内壁构成部件
72、82  空心阴极
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的第一实施方式进行详细的说明。
图1是表示本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的概略结构的截面图。该等离子体处理装置，例如对半导体晶片(以下简称为“晶片”)实施蚀刻或成膜等规定的等离子体处理。
在图1中，等离子体处理装置10具有收纳基板(以下简称为“晶片”)W的处理室(腔室)11，在腔室11内配置有载置晶片W的圆柱状的基座12。由腔室11的内壁和基座12的侧面形成侧方排气通道13。在侧方排气通道13的中途配置有排气板14。
排气板14是具有多个贯通孔的板状部件，作为将腔室11的内部分成上部和下部的分隔板发挥功能。如后所述，在被排气板14所分隔的腔室11内部的上部空间15中产生等离子体。此外，在腔室11内部的下部空间(以下称作“排气室(歧管)”)16连接有将腔室11内的气体排出的排气管17。排气板14捕获或者反射在上部空间15中产生的等离子体，防止它向歧管16泄漏。
在排气管17连接有TMP(Turbo Molecular Pump，涡轮分子泵)和DP(Dry Pump，干泵)(图示均省略)，这些泵对腔室11内抽真空使其减压至规定压力。另外，腔室11内的压力被APC阀(图示省略)控制。
第一高频电源18经由第一匹配器19与腔室11内的基座12电连接，第一高频电源18将较低频率例如2MHz的偏置用高频电力施加于基座12。由此，基座12作为下部电极发挥功能。第一匹配器19降低来自基座12的高频电力的反射，使高频电力向基座12的施加效率为最大。
在基座12的上部配置有静电卡盘23，该静电卡盘23在内部具有静电电极板22。静电卡盘23具有台阶，例如采用陶瓷构成。
静电电极板22与直流电源24电连接，当对静电电极板22施加正的直流电压时，在晶片W的静电卡盘23一侧的面(以下称作“背面”)产生负电位，在静电电极板22和晶片W的背面之间产生电场，利用由该电场产生的库仑力或约翰逊-拉别克力((Johnson-Rahbek)，晶片W被静电卡盘23吸附保持。
此外，在静电卡盘23，按照包围所吸附保持的晶片W的方式，将聚焦环25载置到静电卡盘23的台阶的水平部。聚焦环25例如由硅(Si)和碳化硅(SiC)构成。
在基座12的内部例如设有沿着圆周方向延伸的环状的制冷剂流路26。从制冷设备(冷却装置)(图示省略)经由制冷剂用配管27向制冷剂流路26循环地供给低温的制冷剂，例如冷却水或Galden(ガルデン，清洁液)(注册商标)。被制冷剂冷却的基座12，隔着静电卡盘(ESC)23对晶片W和聚焦环25进行冷却。
在静电卡盘23的吸附保持有晶片W的部分(以下称作“吸附面”)，开设有多个传热气体供给孔28。传热气体供给孔28经由传热气体供给线29与传热气体供给部(图示省略)连接，传热气体供给部经由传热气体供给孔28，向吸附面和晶片W的背面的间隙供给作为传热气体的He气(氦气)。向吸附面和晶片W的背面的间隙被供给的He气将晶片W的热有效地传递给静电卡盘23。
在腔室11的顶部配置有作为相对电极的上部电极板30a，该上部电极板30a隔着上部空间15的处理空间S与基座12相对。
上部电极板30a是导体，例如由Si或金属构成，经由匹配器21与第二高频电源20电连接。第二高频电源20将较高的频率例如60MHz的等离子体生成用的高频电力施加于上部电极板30a。第二匹配器21与第一匹配器19同样，降低来自基座12的高频电力的反射，使高频电力对基座12的施加效率为最大。
在腔室11连结有向该腔室11的上部空间15供给处理气体的未在图中示出的处理气体供给单元。处理气体供给单元经由气体导入管(图示省略)与腔室11的上部空间15连接，向腔室11的上部空间15内供给处理气体。
在该等离子体处理装置10中，为了主动地控制空心阴极放电，任意地对处理空间S内的等离子体分布进行控制，在与处理空间S相对的作为腔室11的内壁构成部件的上部电极板30a的处理空间S一侧的面(以下称作“下表面”)设置有空心阴极构造部。空心阴极构造部包括截面为凹状、并且呈圆环状的槽31a～31c。截面为凹状、并且呈圆环状的槽31a～31c分别在上部电极板30a的与处理空间S的周边部相对的位置上呈同心圆状地设置，并且与基座12的中心轴例如呈同轴状地设置。
图中并未示出，但是上部电极板30a通过具有减少RF射出的功能的滤波器与直流电源37电连接，直流电源37对上部电极板30a施加例如负的直流电压(DC电压)作为鞘电压调整用的电压。另外，上部电极板30a的自偏置(偏压)电压(Vdc)例如是-100V～-300V左右，因此，施加绝对值在其以上的直流电压。
在这种构造的基板处理装置10中，从图中未示出的处理气体导入管向腔室11的上部空间15内导入处理气体，所导入的处理气体被从第二高频电源20经由匹配器21而施加于上部电极板30a的等离子体生成用的高频电力激励，成为等离子体。等离子体中的阳离子被第一高频电源18施加于基座12的偏置用的高频电源向着晶片W引入(吸引)，对晶片W实施例如等离子体蚀刻处理。
基板处理装置10所具备的控制部(图示省略)的CPU根据与等离子体蚀刻处理对应的程序，来控制基板处理装置10的各个结构部件的操作。
根据本实施方式，在与处理空间S的周边部对应的上部电极板30a的下表面，设置有作为空心阴极构造部的截面为凹状、并且呈圆环状的槽31a～31c，因此，根据空心阴极效应，处理空间S的周边部的等离子体密度变高，与处理空间S的中央部的等离子体密度为相同程度。从而，处理空间S内的等离子体密度变得均匀，能够对晶片W实施均匀的等离子体处理。
此外，根据本实施方式，选择设置截面为凹状、并且呈圆环状的槽31a～31c的腔室11的内壁构成部件及其部位，调整施加于设置有该截面为凹状、并且呈圆环状的槽31a～31c的内壁构成部件上的DC电压，能够任意地控制与截面为凹状、并且呈圆环状的槽31a～31c相对的处理空间S中的等离子体密度，而且能够控制整个处理空间S的等离子体密度。
在本实施方式中，空心阴极构造部是截面为凹状、并且呈圆环状的槽或孔(以下简称“槽”)及它们的组合，设置于上部电极板30a的下表面。
在等离子体处理装置10中，与处理空间S内的等离子体(图示省略)相对地，存在作为导体的例如由Si构成的上部电极板30a，等离子体的电位和上部电极板30a的电位不同，因此在上部电极板30a与等离子体之间产生鞘。鞘使阳离子朝着上部电极板30a加速，并且其相反的方法即朝着处理空间S加速电子。此处，在上部电极板30a的空心阴极构造部(以下简称“空心阴极”)31，沿着该空心阴极31的表面产生鞘Sh(图2(A))。鞘Sh在其厚度方向上加速阳离子或电子，因此电子集中在空心阴极31内，电子密度升高，其结果是，在空心阴极31内产生密度高的等离子体P。
此处，当改变施加于上述电极板30a的直流电压(DC电压)的功率时，空心阴极的偏置电位(偏压电位)(Vdc)发生变化，作为等离子体电位(Vpp)与偏置电位(Vdc)的差而求得的鞘电压发生变化。当鞘电压发生变化时，鞘Sh的厚度会发生变化，例如，在空心阴极31内，能够存在有等离子体P的区域发生变化。由此，空心阴极31内的等离子体的密度和存在区域发生变化，其结果是，处理空间S中的与空心阴极对应的部分的等离子体密度点式(点状)变化。因此，利用这一点，能够控制处理空间S中的等离子体密度。
在此情况下，鞘Sh的厚度与鞘电压大致成比例地增大，但是，当在有限的空间即空心阴极31内鞘Sh的厚度过厚时，等离子体P会被鞘Sh挤出(顶出)，而不能存在于空心阴极31内。因此，优选将鞘Sh的厚度调整为空心阴极31的宽度的1/2以下。另外，通过使空心阴极31的截面中的凹形状部的深度变浅或者使其开口宽度变窄，能够降低由空心阴极引起的等离子体密度增大效果。
图2是用来说明本发明的等离子体控制原理的图。
在图2(A)中，由于鞘Sh的厚度较薄，因此在空心阴极31内的比较大的区域内能够产生等离子体P，并且，所产生的等离子体P不会被鞘Sh从空心阴极31内挤出。
在图2(B)中，当对上部电极板30a施加高功率的DC电压时，鞘电压上升，空心阴极31内的鞘Sh的厚度变厚，等离子体P被鞘Sh从空心阴极31中挤出，与图2(A)所示的情况相比，鞘Sh内的等离子体P的密度和存在区域变小。
此外，在图2(C)中，当对上部电极板30a施加更高功率的DC电压时，沿着空心阴极31的壁面所形成的鞘Sh的厚度变厚，整个空心阴极31内被鞘Sh填满(填充)，因此空心阴极31内的全部等离子体P被鞘Sh挤出。即，无法产生等离子体P。从而，无法提高处理空间S中的与空心阴极31相对的部分的等离子体密度。即，当所施加的DC电压的功率为所需功率以上时，利用空心阴极放电提高等离子体密度的效果就会降低。
这样，在图1的等离子体处理装置10中，通过调整施加于上部电极板30a的DC电压，来调整空心阴极31a～31c的偏置电位(Vdc)，对该偏置电位(Vdc)和等离子体电位(Vpp)之差即鞘电压进行控制，由此控制鞘的厚度来生成等离子体，从而不仅能够点式控制与空心电极31a～31c相对的处理空间S内的等离子体密度，而且能够控制整个处理空间S的等离子体密度。
图3是表示图1的等离子体处理装置中的鞘电压和鞘厚度的关系的说明图，图3(A)表示等离子体的离子浓度(Ne)为1e11/cm3时的情况，图3(B)表示等离子体的离子浓度(Ne)为2e10/cm3时的情况。
在图3(A)中，在等离子体的电子浓度为1e11/cm3的情况下，随着鞘电压增加至500V、1000V和1500V，各电子温度(Te＝1eV～3eV)下的鞘厚度逐渐增加。
在图3(B)中，在等离子体的电子浓度为2e11/cm3的情况下，随着鞘电压增加至200V、400V、600V和800V，各电子温度(Te＝1eV～3eV)下的鞘厚度逐渐增加。
在图3中也可知，通过调整鞘电压，鞘的厚度会发生变化，由此能够控制等离子体密度。
在本实施方式中，施加于上部电极30a的直流电压例如是-50V至-1500V，并且其绝对值比在该上部电极30a产生的自偏置电压(Vdc)大。这是因为，当施加于上部电极30a的直流电压的绝对值是在该上部电极30a所产生的自偏置电压(Vdc)以下时，有可能不能发挥通过施加直流电压使电流流过的效果。如果施加于上部电极30a的直流电压比在该上部电极30a所产生的自偏置电压(Vdc)大，则能够改变空心阴极的孔中的鞘的宽度，并且能够调整空心阴极放电，从而能够提高等离子体分布的均匀控制性。
此外，当施加于上部电极30a的直流电压与-50V相比绝对值小时，施加直流电压的效果容易变得不充分，另一方面，当与-1500V相比绝对值大时，所需要的装置结构可能变得复杂且高价，变得不实用。在对上部电极30a不施加等离子体生成用的RF电源的情况下，自偏置电压(Vdc)小，因此作为鞘电压调整用的电压，施加-50V至-1500V的直流电压。
另外，施加于上部电极30a的直流电压的最佳范围，根据空心阴极的宽度或深度等发生变化，在将等离子体生成用的高频电力(RF)施加于上部电极的情况和施加于下部电极的情况下也发生变化，而且，还根据腔室内压力和处理气体的种类等发生变化。因此，根据各种条件来决定最佳施加电压。
在本实施方式中，空心阴极31a～31c的截面形状并非局限于矩形，也可以是截面呈U字形状，截面呈三角形状、其他形状以及它们的组合形状，只要是能够形成产生空心阴极放电的凹部的形状即可。空心阴极的截面形状、截面中的凹形状部的宽度和深度存在各种变化，能够任意地组合它们。
此外，在本实施方式中，圆环状的空心阴极31a～31c的截面形状在图1中的宽度方向上的尺寸(以下简称“宽度”)例如是2mm至20mm，优选是5mm至20mm。当空心阴极的宽度小于2mm时，空心阴极的凹部立即被鞘填满，等离子体被挤出，因此难以提高处理空间S内的等离子体密度。另一方面，当空心阴极的宽度大于20mm时，则难以确保产生空心阴极放电的凹部的数量，难以充分地发挥利用空心阴极提高等离子体密度的效果。
在本实施方式中，空心阴极31a～31c在图1中的深度方向上的尺寸(以下简称“深度”)例如是2mm至20mm，纵横比(aspect ratio)是0.5～10左右。当深度低于2mm时，则无法充分获得空心阴极效应，另一方面，当深度大于20mm时，则电极的成本有可能大幅增加。此外，当纵横比小于0.5时，效应降低，当大于10时，电极的加工费用有可能增加。
在本实施方式中，优选使空心阴极31a～31c的截面为凹状的槽的底部的角部成为圆角(圆弧)形状。由此，被鞘Sh加速的阳离子垂直且均等(均匀)地与空心阴极31a～31c的内壁面碰撞，利用溅射效应，能够防止沉积物的堆积。在对上部电极板30a施加DC电压的等离子体处理装置10中，所施加的DC电压经过处理空间S等流向接地，但是，当沉积物堆积于该路径的各个构成部件时，则无法再施加DC电压。从而，为了使沉积物不堆积在上部电极板30a的空心阴极31a～31c内，优选使空心阴极31a～31c的截面为凹状的槽的底部的角部成为圆角形状。
在本实施方式中，空心阴极31a～31c未必设置于上部电极板30a，也可以根据各腔室内构成部件的形状，或者在腔室内构成部件相互的抵接部，形成作为空心阴极类似形状的凹部。为了自由地控制等离子体密度，需要从鞘电压调整用的直流电源对形成有空心阴极类似形状的导电性的腔室内构成部件施加规定的DC电力。另外，作为腔室内构成部件，也能够使用由半导体构成的腔室内构成部件。
在本实施方式中，作为等离子体处理装置使用了上下部双频的等离子体处理装置，但是，本发明并非局限于此，也可以应用于下部双频的等离子体处理装置或者其他的装置。
下面，对第一实施方式中的变形例进行说明。
图4是表示本发明的第一实施方式的等离子体处理装置的变形例的概略结构的截面图。
在图4中，该等离子体处理装置40与图1的等离子体处理装置10的不同之处在于，取代对上部电极板30a施加DC电压的DC电源37，而是经由匹配器35连接高频电源36。
高频电源36将较低的例如27MHz以下且0kW至5kW的高频电力(RF)施加于上部电极板30a。这样，通过施加较低的高频电力，能够调整其功率，对空心阴极31a～31c的偏置电位(Vdc)进行调整，由此能够控制由等离子体电位(Vpp)和偏置电位(Vdc)之差定义的鞘电压，能够控制鞘的厚度和与空心阴极相对的处理空间S的等离子体密度。当施加的高频电力超过27MHz时，则仅仅形成薄的鞘，因此难以控制等离子体密度。
在本实施方式中，施加于上部电极板30a的高频电力被连续地施加，但是也能够脉冲式施加。通过脉冲式施加，能够断续(间歇)地改变空心阴极电极内的等离子体的强度，其结果是能够控制游离基的解离。
作为鞘电压调整用的电源，在应用高频电源36的图4的等离子体处理装置40中，作为上部电极板30a，例如使用导体或用电介质覆盖导体的电极板。即，作为上部电极板的构成部件，例如使用铝体材，例如使用由防蚀铝(alumite)、Y2O3涂层材、Si、SiC覆盖的部件。也能够使用半导体取代导体。
另外，对于本变形例中的腔室内构成部件，只要其高频电力施加部分具有导电性即可，则未必是导体。
下面，对本发明的第二实施方式的等离子体处理装置进行说明。
图5是表示本发明的第二实施方式的等离子体处理装置的概略结构的截面图。在图5中，该等离子体处理装置50与图1的等离子体处理装置10的不同之处在于，代替具有相同深度的空心阴极31a～31c的上部电极板30a，而设置有具备空心阴极31d～31f的上部电极板30b，空心阴极31d～31f的深度越靠周边部越深。
根据本实施方式，在与处理空间S的周边部对应的上部电极板30b，在周边部设置空心阴极31d～31f，由此与第一实施方式同样，能够增加处理空间S内的周边部的等离子体密度，从而能够使处理空间S内的等离子体密度变得均匀，能够对晶片W实施均匀的等离子体处理。
此外，根据本实施方式，通过使空心阴极越靠周边部其深度越深，能够在上部电极板30b的周边部、换言之处理空间S的周边部附近，提高由空心阴极产生的等离子体的密度，从而能够使处理空间S内的等离子体密度更加均匀。
在本实施方式中，空心阴极越靠周边部其深度越深，但是使空心阴极越靠周边部越扩展其宽度或者增加槽的密度，也能够获得同样的效果。此外，组合这些条件也非常有效。
下面，对本发明的第二实施方式的变形例进行说明。
图6是表示本发明的第二实施方式的等离子体处理装置的变形例的概略结构的截面图。
在图6中，该等离子体处理装置60与图5的等离子体处理装置50的不同之处在于，代替对上部电极板30b施加DC电压的DC电源37，经由匹配器35连接高频电源36。
高频电源36将较低的例如27MHz以下且0kW至5kW的高频电力(功率)(RF)施加于上部电极板30b。这样，通过施加较低的高频电力，能够调整其功率，并调整空心阴极31d～31f的偏置电位(Vdc)，由此能够控制由等离子体电位(Vpp)和偏置电位(Vdc)之差定义的鞘电压，能够控制鞘的厚度、以及与空心阴极31d～31f相对的处理空间S的等离子体密度。
此外，与第二实施方式同样，能够越靠处理空间S的周边部越提高等离子体密度，由此能够使处理空间S内的等离子体密度更加均匀，从而对晶片W实施均匀的等离子体处理。
在本实施方式中，空心阴极越靠周边部其深度越深，但是空心阴极越靠周边部越扩展其宽度，也能够获得同样的效果。
下面，对本发明的第三实施方式的等离子体处理装置进行说明。
图7是表示本发明的第三实施方式的等离子体处理装置的主要部分的概略结构的截面图。
在图7中，该等离子体处理装置70在腔室11的图1中左右两侧的侧壁面分别设置导体，例如由Si构成的内壁构成部件71a和71b，在该内壁构成部件71a和71b的图1中上下部分别设置有空心阴极72。
具有空心阴极72的内壁构成部件71a和71b，分别与所对应的DC电源37a和37b电连接。
根据本实施方式，能够提高腔室11的处理空间S的周边部的上下的等离子体密度，使处理空间S整体的等离子体密度均匀化。
即，当在腔室11的处理空间S内产生等离子体时，在与处理空间S相对的导体表面形成鞘。这种情况并非局限于上部电极板30的表面，在腔室11的内侧壁设置的内壁构成部件71a和71b的表面也同样。因此，在内壁构成部件71a和71b分别设置空心阴极72，从DC电源37a和37b施加DC电压，调整其功率，由此与上述各个实施方式同样，利用空心阴极72能够获得提高等离子体密度的效果，腔室11的处理空间S的周边部的上下处的等离子体密度得以提高，能够使处理空间S整体的等离子体密度变得均匀。
在本实施方式中，空心阴极72分别在图1中内壁构成部件71a和71b的上下各设置一个，但是，也可以分别各设置有多个。此外，在本实施方式中，对内壁构成部件71a和71b与基座12的基板载置面垂直的情况进行了说明，但是并非局限于此，内壁构成部件71a和71b也可以按照与基座12的基板载置面的延长线成规定角度地交叉的方式形成倾斜的倾斜侧壁面。
下面，对本发明的第四实施方式的等离子体处理装置进行说明。
图8是表示本发明的第四实施方式的等离子体处理装置的主要部分的概略结构的截面图。
在图8中，该等离子体处理装置80与图7的第三实施方式的等离子体处理装置70的不同之处在于，内壁构成部件81a和81b的空心阴极82越靠上端部和下端部其深度越深。
根据本实施方式，与第三实施方式同样，能够提高腔室11的处理空间S的周边部的上下的等离子体密度，使处理空间S整体的等离子体密度变得均匀。
此外，根据本实施方式，通过使空心阴极82越靠内壁构成部件81a和81b的上下周边部其深度越深，从而使得越靠处理空间S的上下周边部越提高由空心阴极产生的等离子体密度，由此能够使处理空间S内的等离子体密度更加均匀。
在上述实施方式中，实施等离子体处理的基板并非局限于半导体器件用晶片，也可以是用于包括LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)的FPD(Flat Panel Display，平板显示器)等的各种基板、光掩模、CD基板、印刷基板等。

Claims (19)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
对基板实施规定的等离子体处理、并能够进行真空排气的处理室；
在该处理室内载置所述基板的基板载置台；
被设置成隔着处理空间与该基板载置台相对的相对电极；
高频电源，对所述基板载置台和所述相对电极中的一个施加高频电力，以在所述处理空间内产生等离子体；和
与所述处理空间相对的内壁构成部件，
在所述内壁构成部件设置有与所述处理空间的周边部相对的空心阴极构造部，设置有该空心阴极构造部的内壁构成部件与鞘电压调整用电源连接。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述鞘电压调整用电源是直流电源。
3.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内壁构成部件由导体和半导体中的任一种构成。
4.如权利要求2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述直流电源对所述内壁构成部件施加直流电压，该直流电压是-50V至-1500V，并且与所述内壁构成部件的自偏置电压相比绝对值更大。
5.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述鞘电压调整用电源是施加27MHz以下的高频电力的高频电源。
6.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内壁构成部件由导体、半导体、由电介质覆盖导体而形成的材料、以及由电介质覆盖半导体而形成的材料中的任一种构成。
7.如权利要求5所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述高频电源对所述内壁构成部件施加0kW至5kW的高频电力。
8.如权利要求1至7中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述空心阴极构造部包括截面为凹状、并且呈圆环状的槽，与所述基板载置台呈同轴状地设置。
9.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述空心阴极构造部包括多个所述槽，各自呈同心圆状并且与所述基板载置台呈同轴状地设置。
10.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述空心阴极构造部的截面中的凹形状部的宽度是2mm至20mm。
11.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述空心阴极构造部的截面中的凹形状部的深度是2mm至20mm，纵横比是0.5至10。
12.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述空心阴极构造部构成为，越是与所述处理空间的周边部的外侧相对，截面中的凹形状部的宽度越宽或/和深度越深地形成。
13.如权利要求8所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述空心阴极构造部的截面中的凹形状部的底部的角部呈圆角形状。
14.如权利要求1至7中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述内壁构成部件是上部电极板。
15.一种等离子体控制方法，用于控制等离子体处理装置中的处理空间内的等离子体分布，该等离子体处理装置构成为：在对基板实施规定的等离子体处理并能够进行真空排气的处理室的所述处理空间内配置所述基板，在所述处理空间内通过电容耦合来产生等离子体，利用该等离子体对所述基板实施规定的等离子体处理，所述等离子体控制方法的特征在于：
在与所述处理空间的周边部相对的内壁构成部件设置有空心阴极构造部，对设置有该空心阴极构造部的内壁构成部件施加鞘电压调整用的电压，由此控制与所述空心阴极构造部对应的处理空间内的等离子体密度。
16.如权利要求15所述的等离子体控制方法，其特征在于：
所述鞘电压调整用的电压是直流电压。
17.如权利要求16所述的等离子体控制方法，其特征在于：
所述直流电压是-50V至-1500V，并且与所述内壁构成部件的自偏置电压相比绝对值更大。
18.如权利要求15所述的等离子体控制方法，其特征在于：
所述鞘电压调整用的电压是27MHz以下的高频电力。
19.如权利要求18所述的等离子体控制方法，其特征在于：
所述高频电力是0kW至5kW。
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