TWI630848B - Plasma processing device and plasma control method - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種可任意控制處理室內的電漿分佈，以使處理室內的電漿密度均勻化來對基板施予均勻的電漿處理之電漿處理裝置。該電漿處理裝置具有：對晶圓施予特定電漿處理之可真空排氣的腔室；於腔室內載置晶圓之晶座；與晶座隔著處理空間而呈對向設置之上部電極板；對晶座及上部電極的一側施加高頻電功率，以使電漿產生於處理空間內之高頻電源；以及，對向於處理空間之內壁構成組件；其中對向於處理空間周邊部之上部電極係設置有中空陰極，設有中空陰極之上部電極係連接於鞘層電壓調整用直流電源。

Description

電漿處理裝置及電漿控制方法
本發明關於一種可任意控制處理室內電漿分佈之電漿處理裝置及電漿控制方法。
以半導體元件或液晶顯示裝置(LCD)為首之FPD(Flat Panel Display)的製造步驟中，已知有對玻璃基板為首之各種基板施予電漿處理之電漿處理裝置。電漿處理裝置依電漿產生方法的不同，有電容耦合型電漿處理裝置與感應耦合型電漿處理裝置之大的區別。
電容耦合型電漿處理裝置(以下稱為「CCP處理裝置」)的典型例已知有例如於處理室(腔室)內設置2片電極板，並使2片電極中的其中一電極板連接於高頻電源，而使另一電極板連接於接地電位者。上述CCP處理裝置例如係從高頻電源來對其中一電極板施加高頻電功率，來使電場產生於電極板相互之間，藉以使電子產生於電極板相互間的處理空間內，並藉由高頻電源產生的電場來加速所生成之電子，使該電子與處理氣體的氣體粒子衝撞產生電容耦合電漿，而使用所生成之電漿來對基板施予電漿處理。
CCP處理裝置中，由於腔室周邊部的電漿會擴散導致其密度降低，因而便有腔室中心部的電漿密度高於周邊部的電漿密度之傾向。於是，腔室內的電漿密度便會變得不均勻，結果導致無法對基板施予均勻的電漿處理之問題。
於是，便提出有一種例如於處理室內的電極板設置中空陰極構造部，來藉以謀求處理室內電漿分佈的均勻化，以便能夠對基板施予均勻的電漿處理之電漿處理裝置(參酌例如專利文獻：日本特開2003-068716號公報)。
然而，即使是於處理室內設置有中空陰極構造部之電漿處理裝置，由於所生成之電漿密度或分佈範圍係大致決定於中空陰極構造部的形狀(例如溝槽或孔洞的大小尺寸及深度)，因而便有無法積極地控制腔室內的電漿密度而只能隨趨勢發展之問題。
本發明之課題係提供一種可任意控制處理室內電漿分佈以使處理室內的電漿密度均勻化來對基板施予均勻的電漿處理之電漿處理裝置及電漿控制方法。
為達成上述課題，申請專利範圍第1項之電漿處理裝置具有：可真空排氣的處理室，係對基板施予特定電漿處理；基板載置台，係於該處理室內載置該基板；對向電極，係與該基板載置台隔著處理空間而呈對向設置；高頻電源，係對該基板載置台及該對向電極的一側施加高頻電功率來使電漿產生於該處理空間內；及內壁構成組件，係對向於該處理空間；其中該內壁構成組件係設置有與該處理空間周邊部呈對向之中空陰極構造部，設有該中空陰極構造部之內壁構成組件係連接於鞘層電壓調整用電源。
申請專利範圍第2項之電漿處理裝置係基於申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該鞘層電壓調整用電源係直流電源。
申請專利範圍第3項之電漿處理裝置係基於申請專利範圍第2項之電漿處理裝置，其中該內壁構成組件係由導電體及半導體其中之一所構成。
申請專利範圍第4項之電漿處理裝置係基於申請專利範圍第2或3項之電漿處理裝置，其中該直流電源係對該內壁構成組件施加-50V至-1500V的直流電壓，且絕對值較該內壁構成組件的自偏壓要大之直流電壓。
申請專利範圍第5項之電漿處理裝置係基於申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該鞘層電壓調整用電源係施加27MHz以下的高頻電功率之高頻電源。
申請專利範圍第6項之電漿處理裝置係基於申請專利範圍第5項之電漿處理裝置，其中該內壁構成組件係由導電體、半導體、被覆有介電體之導電體及被覆有介電體之半導體其中之一所構成。
申請專利範圍第7項之電漿處理裝置係基於申請專利範圍第5或6項之電漿處理裝置，其中該高頻電源係對該內壁構成組件施加0kW至5kW的高頻電功率。
申請專利範圍第8項之電漿處理裝置係基於申請專利範圍第1至7項中任一項之電漿處理裝置，其中該中空陰極構造部係由截面呈凹狀且為圓環狀之溝槽所構成，而與該基板載置台為同軸狀地設置。
申請專利範圍第9項之電漿處理裝置係基於申請專利範圍第8項之電漿處理裝置，其中該中空陰極構造部係由複數該溝槽所構成，而分別為同心圓狀且與該基板載置台為同軸狀地設置。
申請專利範圍第10項之電漿處理裝置係基於申請專利範圍第8或9項之電漿處理裝置，其中該中空陰極構造部之凹狀截面的寬度為2mm至20mm。
申請專利範圍第11項之電漿處理裝置係基於申請專利範圍第8至10項中任一項之電漿處理裝置，其中該中空陰極構造部之凹狀截面的深度為2mm至20mm，深寬比為0.5至10。
申請專利範圍第12項之電漿處理裝置係基於申請專利範圍第8至11項中任一項之電漿處理裝置，其中該中空陰極構造部係形成為對向於該處理空間周邊部而愈靠近外側者，則凹狀截面的寬度便愈寬或/及深度愈深。
申請專利範圍第13項之電漿處理裝置係基於申請專利範圍第8至12項中任一項之電漿處理裝置，其中該中空陰極構造部之凹狀截面底部的角部係呈L形。
申請專利範圍第14項之電漿處理裝置係基於申請專利範圍第1至13項中任一項之電漿處理裝置，其中該內壁構成組件係上部電極板。
為解決上述課題，申請專利範圍第15項之電漿控制方法係能夠控制電漿處理裝置中之處理空間內的電漿分佈，該電漿處理裝置係將基板配置在可對該基板施予特定電漿處理之可真空排氣之處理室的處理空間內，而於該處理空間內藉由電容耦合來產生電漿，並使用該電漿來對該基板施予特定電漿處理，其特徵在於：對向於該處理空間周邊部之內壁構成組件係設置有中空陰極構造部，而將鞘層電壓調整用電壓施加在設有該中空陰極構造部之內壁構成組件，來控制對應於該中空陰極構造部之處理空間內的電漿密度。
申請專利範圍第16項之電漿控制方法係基於申請專利範圍第15項之電漿控制方法，其中該鞘層電壓調整用電壓為直流電壓。
申請專利範圍第17項之電漿控制方法係基於申請專利範圍第16項之電漿控制方法，其中該直流電壓係-50V至-1500V，且絕對值較該內壁構成組件的自偏壓要大之直流電壓。
申請專利範圍第18項之電漿控制方法係基於申請專利範圍第15項之電漿控制方法，其中該鞘層電壓調整用電壓為27MHz以下的高頻電功率。
申請專利範圍第19項之電漿控制方法係基於申請專利範圍第18項之電漿控制方法，其中該高頻電功率為0kW至5kW。
依據本發明，便可任意控制處理室內電漿分佈以使處理室內的電漿密度均勻化，來對基板施予均勻的電漿處理。
以下，針對本發明第1實施形態，參酌圖式來加以詳細說明。
圖1係顯示本發明第1實施形態之電漿處理裝置的概略結構之截面圖。該電漿處理裝置係對例如半導體晶圓(以下稱為「晶圓」)施予蝕刻或成膜等特定的電漿處理。
圖1中，電漿處理裝置10係具有能夠收納基板(以下稱為「晶圓」)W之處理室(腔室)11，腔室11內係配置有用以載置晶圓W之圓柱狀晶座12。腔室11的內壁與晶座12的側面形成了側邊排氣流路13。側邊排氣流路13中途則配置有排氣板14。
排氣板14係具有多個貫穿孔之板狀組件，而具有將腔室11內部分隔為上部與下部之分隔板功能。被排氣板14所區隔之腔室11內部的上部空間15會如後所述地產生有電漿。又，腔室11內部的下部空間(以下，稱為「排氣室(分歧管)」)16係連接有用以將腔室11內的氣體排出之排氣管17。排氣板14會捕集或反射產生於上部空間15之電漿而防止溢漏至分歧管16。
排氣管17係連接有TMP(Turbo Molecular Pump)及DP(Dry Pump)(皆省略圖示)，該等幫浦可將腔室11內真空抽氣以減壓至特定壓力。此外，腔室11內的壓力係受到APC閥(省略圖示)的控制。
腔室11內的晶座12係透過第1匹配器19而電連接有第1高頻電源18，第1高頻電源18係對晶座12施加較低頻率(例如2MHz)的偏壓用高頻電功率。藉此，晶座12便具有下部電極功能。第1匹配器19會減少來自晶座12之高頻電功率的反射，以使高頻電功率之對晶座12的施加效率成為最大。
晶座12上部係配置有內部具有靜電電極板22之靜電夾具23。靜電夾具23具有段差，係由例如陶瓷所構成。
靜電電極板22係電連接有直流電源24，對靜電電極板22施加正的直流電壓時，晶圓W之靜電夾具23側一面(以下稱為「內面」)會產生負電位而在靜電電極板22及晶圓W內面之間產生電場，藉由該電場所產生之庫倫力或強生-拉貝克力(Johnson-Rahbek)來將晶圓W吸附保持於靜電夾具23。
又，聚焦環25係圍繞靜電夾具23所吸附保持之晶圓W般地載置於靜電夾具23之段差中的水平部。聚焦環25係由例如矽(Si)或碳化矽(SiC)所構成。
晶座12內部係設置有例如延伸於圓周方向之環狀冷媒流道26。冷媒流道26係自冷卻單元(省略圖示)透過冷媒用配管27而循環供應有低溫的冷媒(例如冷卻水或GALDEN(註冊商標))。藉由冷媒所冷卻之晶座12係透過靜電夾具(ESC)23來冷卻晶圓W及聚焦環25。
靜電夾具23之吸附保持有晶圓W的部分(以下稱為「吸附面」)係開設有複數傳熱氣體供應孔28。傳熱氣體供應孔28係透過傳熱氣體供應管29而連接於傳熱氣體供應部(省略圖示)，傳熱氣體供應部會將作為傳熱氣體之He(氦)氣透過傳熱氣體供應孔28供應至吸附面及晶圓W內面的間隙。被供應至吸附面及晶圓W內面的間隙之He氣體便會將晶圓W的熱量有效地傳達至靜電夾具23。
腔室11的頂部係配置有隔著上部空間15的處理空間S而與晶座12呈對向之作為對向電極的上部電極板30a。
上部電極板30a係由導電體(例如Si或金屬)所構成，而透過匹配器21電連接於第2高頻電源20。第2高頻電源20係對上部電極板30a施加較高頻(例如60MHz)的電漿產生用高頻電功率。第2匹配器21係與第1匹配器19同樣地，會減少來自晶座12之高頻電功率的反射，以使高頻電功率之對晶座12的施加效率成為最大。
腔室11係連結有對該腔室11的上部空間15供應處理氣體之處理氣體供應機構(省略圖示)。處理氣體供應機構係透過氣體導入管(省略圖示)而連接於腔室11的上部空間15，來將處理氣體供應至腔室11的上部空間15內。
此電漿處理裝置10中，為了積極地控制中空陰極放電，以便能夠任意地控制處理空間S內之電漿分佈，便在對向於處理空間S的腔室11之作為內壁構成組件的上部電極板30a的處理空間S側一面(以下稱為「下面」)設置了中空陰極構造部。中空陰極構造部係由截面呈凹狀且為圓環狀之溝槽31a~31c所構成。截面呈凹狀且為圓環狀之溝槽31a~31c係分別同心圓狀地設置在對向於上部電極板30a之處理空間S周邊部之位置處，且與晶座12的中心軸為例如同軸狀地設置。
上部電極板30a雖未圖示，係透過具有減少RF流出功能之濾波器而電連接於直流電源37，直流電源37會對上部電極板30a施加作為鞘層電壓調整用電壓之例如負的直流電壓(DC電壓)。此外，由於上部電極板30a的自偏壓(Vdc)為例如-100V~-300V左右，故係施加絕對值大於上述範圍之直流電壓。
上述結構之基板處理裝置10係從處理氣體導入管(省略圖示)將處理氣體導入至腔室11的上部空間15內，被導入之處理氣體會藉由從第2高頻電源20透過匹配器21施加在上部電極板30a之電漿產生用高頻電功率而被激發成為電漿。電漿中的陽離子會因第1高頻電源18施加在晶座12之偏壓用高頻電源而朝向晶圓W被吸引過去，而對晶圓W施予例如電漿蝕刻處理。
基板處理裝置10之各構成組件的動作係藉由基板處理裝置10所具備之控制部(省略圖示)的CPU，依照對應於電漿蝕刻處理之程式來加以控制。
依據本實施形態，由於對應於處理空間S周邊部之上部電極板30a的下面係設置有作為中空陰極構造部之截面呈凹狀且為圓環狀之溝槽31a~31c，因此會因中空陰極效果使得處理空間S周邊部的電漿密度變高，而與處理空間S中央部的電漿密度為相同程度。於是，處理空間S內的電漿密度便會均勻化，而可對晶圓W施予均勻的電漿處理。
又，依據本實施形態，藉由選擇設置有截面呈凹狀且為圓環狀的溝槽31a~31c的腔室11之內壁構成組件及其地點，且調整施加在設置有截面呈凹狀且為圓環狀的溝槽31a~31c之該內壁構成組件的DC電壓，便可任意地控制對向於截面呈凹狀且為圓環狀之溝槽31a~31c的處理空間S中之電漿密度，進而控制處理空間S整體的電漿密度。
本實施形態中，中空陰極構造部係指截面呈凹狀且為圓環狀之溝槽、孔洞(以下稱為「溝槽」)或其組合，而設置於上部電極板30a的下面者。
電漿處理裝置10中，由於係存在有對向於處理空間S內電漿(省略圖示)之導電體(例如Si)所構成的上部電極板30a，而造成電漿的電位與上部電極板30a的電位不同，因此上部電極板30a與電漿之間便會產生有鞘層。鞘層會使得陽離子朝向上部電極板30a加速，且使得電子朝向其相反方向(即處理空間S)加速。此處，於上部電極板30a之中空陰極構造部(以下稱為「中空陰極」)31，鞘層Sh會沿著該中空陰極31表面產生(圖2(A))。由於鞘層Sh會使得陽離子或電子朝其厚度方向加速，因此電子便會集中在中空陰極31內導致電子密度上升，結果便會在中空陰極31內產生密度高的電漿P。
此時，若改變施加在上部電極板30a之直流電壓(DC電壓)的功率，則中空陰極的偏壓電位(Vdc)便會改變，而作為電漿電位(Vpp)與偏壓電位(Vdc)的差所求得之鞘層電壓便會改變。當鞘層電壓改變時，鞘層Sh的厚度便會改變，例如中空陰極31內電漿P可能存在的區域會改變。藉此，中空陰極31內的電漿密度或存在區域便會改變，結果導致處理空間S中對應於中空陰極之部分的電漿密度局部地改變。於是，便可利用此來控制處理空間S中的電漿密度。
此情況下，鞘層Sh的厚度雖會大致與鞘層電壓成比例地變大，但若鞘層Sh的厚度在有限空間(中空陰極31內)中變得過厚，則電漿P便會被鞘層Sh推出，而變得無法存在於中空陰極31內。於是，較佳係將鞘層Sh厚度調整為中空陰極31寬度的1/2以下。此外，藉由使得中空陰極31之凹狀截面的深度變淺或使得其開口寬度變窄，則可減少中空陰極造成的電漿密度增大效果。
圖2係用以說明本發明電漿控制原理之圖式。
圖2(A)中，由於鞘層Sh的厚度較薄，因此電漿P便有可能會產生於中空陰極31內之較廣區域內，再者，所產生之電漿P不會因鞘層Sh而自中空陰極31內被推出。
圖2(B)中，若對上部電極板30a施加高功率的DC電壓，則鞘層電壓便會上升，使得中空陰極31內的鞘層Sh厚度變厚，則電漿P便會因鞘層Sh而自中空陰極31被推出，而鞘層Sh內之電漿P密度或存在區域會較圖2(A)的情況要小。
又，圖2(C)中，若對上部電極板30a施加更高功率的DC電壓，由於沿著中空陰極31壁面所形成之鞘層Sh的厚度會變厚，使得中空陰極31內全部充滿了鞘層Sh，因此中空陰極31內的所有電漿P便會因鞘層Sh而被推出。亦即，會無法產生電漿P。於是，便會無法提昇處理空間S中對向於中空陰極31部分的電漿密度。亦即，若所施加之DC電壓的功率高於必要值，則利用中空陰極放電來提高電漿密度之效果便會減小。
如此地，圖1之電漿處理裝置10係藉由調整施加在上部電極板30a之DC電壓，來調整中空陰極31a~31c的偏壓電位(Vdc)，以控制該偏壓電位(Vdc)與電漿電位(Vpp)的差(即為鞘層電壓)，藉此來控制鞘層厚度而產生電漿，便可局部地控制對向於中空陰極31a~31c之處理空間S內的電漿密度，進而控制處理空間S整體的電漿密度。
圖3係顯示圖1之電漿處理裝置中鞘層電壓與鞘層厚度的關係之說明圖，圖3(A)係顯示電漿的離子濃度(Ne)為1e11/cm3情況之圖式，圖3(B)係顯示電漿的離子濃度(Ne)為2e10/cm3情況之圖式。
圖3(A)中，當電漿的電子濃度為1e11/cm3之情況，隨著鞘層電壓增加為500V、1000V及1500V，各電子溫度(Te=1eV~3eV)之鞘層厚度會逐漸上升。
又，圖3(B)中，當電漿的電子濃度為2e11/cm3之情況，隨著鞘層電壓增加為200V、400V、600V及800V，各電子溫度(Te=1eV~3eV)之鞘層厚度會逐漸上升。
由圖3亦可知藉由調整鞘層電壓，則鞘層厚度會改變，藉此可控制電漿密度。
本實施形態中，施加在上部電極30a之直流電壓係例如-50V至-1500V，且絕對值大於該上部電極30a所產生之自偏壓(Vdc)之電壓。其係因為若施加在上部電極30a之直流電壓的絕對值為該上部電極30a所產生之自偏壓(Vdc)以下，便會有無法發揮施加直流電壓來使得電流流通之效果之虞的緣故。若施加在上部電極30a之直流電壓大於該上部電極30a所產生之自偏壓(Vdc)，則可改變中空陰極孔洞中的鞘層寬度，從而可調中空陰極放電，而提高電漿分佈的均勻控制性。
又，若施加在上部電極30a之直流電壓小於-50V的絕對值，則施加直流電壓之效果便容易變得不充分，另一方面，若大於-1500V之絕對值，則會有所需裝置的結構變得複雜且價格變高之虞，而缺乏實用性。在未對上部電極30a施加電漿產生用RF電源的情況，由於自偏壓(Vdc)較小，因此便施加-50V至-1500V的直流電壓來作為鞘層電壓調整用電壓。
此外，施加在上部電極30a之直流電壓的最佳範圍會因中空陰極的寬度或深度等而改變，在對上部電極施加電漿產生用高頻電功率(RF)之情況與對下部電極施加電漿產生用高頻電功率(RF)之情況亦會改變，甚至亦會因腔室內壓力或處理氣體種類而改變。於是，便配合各種條件來決定最佳施加電壓。
本實施形態中，中空陰極31a~31c的截面形狀不限於矩形，截面形狀可為U字狀、三角形狀、其他形狀或其組合，只要是能夠形成有會產生中空陰極放電的凹部之形狀即可。中空陰極的截面形狀、凹狀截面的寬度及深度有多種樣態，可將該等任意組合。
又，本實施形態中，圓環狀中空陰極31a~31c之截面形狀在圖1中寬度方向的尺寸(以下稱為「寬度」)為例如2mm至20mm，較佳為5mm至20mm。若中空陰極的寬度小於2mm，由於中空陰極的凹部會立刻充滿鞘層而將電漿被推出，因此會難以提升處理空間S內的電漿密度。另一方面，若中空陰極的寬度大於20mm，則會難以確保產生中空陰極放電之凹部的數量，並會難以充分地發現利用中空陰極來提升電漿密度之效果。
本實施形態中，中空陰極31a~31c在圖1之深度方向的尺寸(以下稱為「深度」)為例如2mm至20mm，深寬比為0.5~10左右。當深度小於2mm時，會無法獲得充分的中空陰極效果，另一方面當大於20mm時，則會有電極成本大幅增加之虞。又，若深寬比小於0.5，則效果會減少，而若大於10時，則會有電極的加工費用增加之虞。
本實施形態中，較佳地係使中空陰極31a~31c之凹狀截面溝槽底部的角部為圓角形。藉此，因鞘層Sh而加速之陽離子便會垂直且均等地衝撞至中空陰極31a~31c的內壁面，從而可藉由濺鍍效果來防止沉積物的沉積。對上部電極板30a施加DC電壓之電漿處理裝置10中，所施加之DC電壓雖會通過處理空間S等而流至地面，但當沉積物沉積在其經過路徑上的各構成組件時，便會無法施加DC電壓。於是，為了不讓沉積物沉積在上部電極板30a的中空陰極31a~31c內，較佳地係使中空陰極31a~31c之凹狀截面溝槽底部的角部為圓角形。
本實施形態中，中空陰極31a~31c並非一定要設置於上部電極板30a，可依各腔室內構成組件的形狀，而在腔室內構成組件相互的抵接部處形成有類似中空陰極形狀之凹部。為了自由地控制電漿密度，便必須從鞘層電壓調整用直流電源來對形成為類似中空陰極形狀之導電性的腔室內構成組件施加特定的DC電功率。此外，腔室內構成組件亦可使用半導體所構成的腔室內構成組件。
本實施形態中，電漿處理裝置雖係使用上下部為2種頻率之電漿處理裝置，但本發明不限於此，而亦可適用於下部為2種頻率之電漿處理裝置或其他裝置。
接下來說明第1實施形態之變形例。
圖4係顯示本發明第1實施形態之電漿處理裝置變形例的概略結構之截面圖。
圖4中，該電漿處理裝置40與圖1之電漿處理裝置10的相異點為取代對上部電極板30a施加DC電壓之DC電源37，而係透過匹配器35連接有高頻電源36。
高頻電源36係對上部電極板30a施加較低(例如27MHz以下)且0kW至5kW的高頻電功率(RF)。如此地，藉由施加較低之高頻電功率，便可調整其功率來調整中空陰極31a~31c的偏壓電位(Vdc)，藉此便可控制以電漿電位(Vpp)與偏壓電位(Vdc)的差所定義之鞘層電壓、鞘層厚度，進而可控制對向於中空陰極之處理空間S的電漿密度。若所施加之高頻電功率超過27MHz，由於只能形成有薄的鞘層，因而會難以控制電漿密度。
本實施形態中，施加在上部電極板30a之高頻電功率雖係連續地施加，但亦可脈衝式地施加。藉由脈衝式地施加，則可間斷地改變中空陰極電極內之電漿強度，結果便可控制自由基的解離。
使用高頻電源36作為鞘層電壓調整用電源之圖4的電漿處理裝置40中，上部電極板30a係使用例如導電體或以介電體來被覆導電體之電極板。亦即，上部電極板的結構組件係使用以例如耐酸鋁、Y2O3塗佈材、Si、SiC來覆蓋例如鋁的塊狀材之組件。亦可取代導電體而使用半導體。
此外，本變形例之腔室內構成組件只要是高頻電功率施加部分具有導電性者，則非為導電體亦可。
接下來說明本發明第2實施形態之電漿處理裝置。
圖5係顯示本發明第2實施形態之電漿處理裝置的概略結構之截面圖。圖5中，該電漿處理裝置50與圖1之電漿處理裝置10的相異點為取代具有相同深度的中空陰極31a~31c之上部電極板30a，而係設置上部電極板30b，該上部電極板30b係具有愈接近周邊部所設置之中空陰極則其深度愈深的中空陰極31d~31f。
依據本實施形態，藉由於對應於處理空間S周邊部之上部電極板30b處，於周邊部設置有中空陰極31d~31f，便能與第1實施形態同樣地增加處理空間S內之周邊部處的電漿密度，藉此可使處理空間S內的電漿密度均勻化，來對晶圓W施予均勻的電漿處理。
又，依據本實施形態，藉由使得愈接近周邊部所設置之中空陰極則其深度愈深，便可提高愈接近上部電極板30b的周邊部(換言之，愈接近處理空間S的周邊部)之利用中空陰極所產生之電漿密度，藉此可使處理空間S內的電漿密度更加均勻化。
本實施形態中，雖係使中空陰極愈接近周邊部則其深度愈深，但使得中空陰極愈接近周邊部則寬度愈寬或增加溝槽的密度亦可獲得同樣的效果。又，將該等條件予以組合亦為有效的。
接下來說明本發明第2實施形態之變形例。
圖6係顯示本發明第2實施形態之電漿處理裝置變形例的概略結構之截面圖。
圖6中，該電漿處理裝置60與圖5之電漿處理裝置50的相異點為取代對上部電極板30b施加DC電壓之DC電源37，而係透過匹配器35連接有高頻電源36。
高頻電源36係對上部電極板30b施加較低(例如27MHz以下)且0kW至5kW的高頻電功率(RF)。如此地，藉由施加較低之高頻電功率，便可調整其功率來調整中空陰極31d~31f之偏壓電位(Vdc)，藉此可控制以電漿電位(Vpp)與偏壓電位(Vdc)的差所定義之鞘層電壓、鞘層厚度，進而可控制對向於中空陰極31d~31f之處理空間S的電漿密度。
又，與第2實施形態同樣地，可愈接近處理空間S的周邊部而提高電漿密度，藉此可使處理空間S內的電漿密度更加均勻化，來對晶圓W施予均勻的電漿處理。
本實施形態中，雖係使中空陰極愈接近周邊部則其深度愈深，但使得中空陰極愈接近周邊部則寬度愈寬亦可獲得同樣的效果。
接下來說明本發明第3實施形態之電漿處理裝置。
圖7係顯示本發明第3實施形態之電漿處理裝置主要部分的概略結構之截面圖。
圖7中，該電漿處理裝置70係於腔室11之圖1中左右兩側的側壁面分別設置有導電體(例如Si)所構成的內壁構成組件71a及71b，該內壁構成組件71a及71b係於圖1之上下部分別設置有中空陰極72。
具有中空陰極72之內壁構成組件71a及71b係分別電連接於相對應之DC電源37a及37b。
依據本實施形態，可提高腔室11之處理空間S周邊部上下的電漿密度，進而使處理空間S整體的電漿密度均勻化。
亦即，當腔室11之處理空間S內產生了電漿，便會在對向於處理空間S之導電體表面形成有鞘層。此不限於上部電極板30表面，在腔室11的內側壁所設置之內壁構成組件71a及71b表面亦是相同的。於是，藉由於內壁構成組件71a及71b分別設置有中空陰極72，並從DC電源37a及37b施加DC電壓來調整其功率，便可與上述各實施形態同樣地獲得利用中空陰極72來提升電漿密度之效果，從而可提高腔室11之處理空間S周邊部上下的電漿密度，進而使處理空間S整體的電漿密度均勻化。
本實施形態中，中空陰極72雖係分別於圖1之內壁構成組件71a及71b設置為上下各1個，但亦可分別設置為複數個。又，本實施形態中，內壁構成組件71a及71b雖已針對與晶座12之基板載置面呈垂直的情況加以說明，但不限於此，內壁構成組件71a及71b亦可為形成有相對於晶座12之基板載置面的延長線以特定角度呈交叉地傾斜之傾斜側壁面。
接下來說明，本發明第4實施形態之電漿處理裝置。
圖8係顯示本發明第4實施形態之電漿處理裝置主要部分的概略結構之截面圖。
圖8中，該電漿處理裝置80與圖7之第3實施形態之電漿處理裝置70的相異點為內壁構成組件81a及81b之中空陰極82係愈接近上端部及下端部則深度愈深。
藉由本實施形態，亦與第3實施形態同樣地，可提高腔室11之處理空間S周邊部上下的電漿密度，進而使處理空間S整體的電漿密度均勻化。
又，依據本實施形態，藉由使得中空陰極82的深度愈接近內壁構成組件81a及81b上下之周邊部所設置之中空陰極則其深度愈深，則愈接近處理空間S上下的周邊部，便可提高利用中空陰極所產生之電漿密度，藉此可使處理空間S內的電漿密度更加均勻化。
上述實施形態中，施有電漿處理之基板不限於半導體元件用晶圓，而亦可為包含LCD(Liquid Crystal Display)之FPD(Flat Panel Display)等所使用之各種基板，或遮罩、CD基板、印刷基板等。
P．．．電漿
S．．．處理空間
Sh．．．鞘層
W．．．基板(晶圓)
10、40、50、60、70、80．．．電漿處理裝置
11．．．腔室(處理室)
12．．．晶座(基板載置台)
13．．．側邊排氣流路
14．．．排氣板
15．．．上部空間
16．．．排氣室(分歧管)
17．．．排氣管
18．．．第1高頻電源
19．．．第1匹配器
20．．．第2高頻電源
21．．．匹配器
22．．．靜電電極板
23．．．靜電夾具
24．．．直流電源
25．．．聚焦環
26．．．冷媒流道
27．．．冷媒用配管
28．．．傳熱氣體供應孔
29．．．傳熱氣體供應管
30、30a、30b．．．上部電極
31．．．中空陰極構造部(中空陰極)
31a~31f．．．中空陰極
35．．．匹配器
36．．．高頻電源
37．．．直流電源
37a、37b．．．DC電源
71a、71b、81a、81b．．．內壁構成組件
72、82．．．中空陰極
圖1係顯示本發明第1實施形態之電漿處理裝置的概略結構之截面圖。
圖2係用以說明本發明之電漿控制原理之圖式。
圖3係顯示本發明第1實施形態中鞘層電壓與鞘層厚度的關係之圖式，圖3(A)係顯示電漿的離子濃度(Ne)為1e11/cm3之情況，圖3(B)係顯示電漿的離子濃度(Ne)為2e10/cm3之情況之圖式。
圖4係顯示本發明第1實施形態之電漿處理裝置變形例的概略結構之截面圖。
圖5係顯示本發明第2實施形態之電漿處理裝置的概略結構之截面圖。
圖6係顯示本發明第2實施形態之電漿處理裝置變形例的概略結構之截面圖。
圖7係顯示本發明第3實施形態之電漿處理裝置主要部分的概略結構之截面圖。
圖8係顯示本發明第4實施形態之電漿處理裝置主要部分的概略結構之截面圖。

Claims (15)

  1. 一種電漿處理裝置，其具有：可真空排氣的處理室，係對基板施予特定電漿處理；基板載置台，係於該處理室內載置該基板而作為下部電極；對向電極，係與該基板載置台隔著處理空間而對向；及高頻電源，係至少對該對向電極施加用以於該處理空間產生電漿之高頻電功率；其中該對向電極係設置有連接至鞘層電壓調整用電源而與該處理空間周邊部呈對向之中空陰極構造部；該中空陰極構造部係同軸狀地設有截面呈凹狀且為圓環狀之複數溝槽，且該複數溝槽中形成為對向於越靠該處理空間外側者，則該截面呈凹狀的寬度便愈寬或/及深度愈深；藉由控制自該鞘層電壓調整用電源對該中空陰極構造部所施加之電壓而調整該複數溝槽內之電漿存在區域，來控制該處理空間之周邊部的電漿密度；施加至該對向電極之直流電壓係-50V至-1500V，且絕對值較該對向電極的自偏壓要大之直流電壓； 該中空陰極構造部之凹狀截面底部的角部係呈圓角形。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該對向電極係由導電體及半導體其中之一所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿處理裝置，其中該鞘層電壓調整用電源係施加27MHz以下的高頻電功率之高頻電源。
  4. 如申請專利範圍第3項之電漿處理裝置，其中該對向電極係由導電體、半導體、被覆有介電體之導電體及被覆有介電體之半導體其中之一所構成。
  5. 如申請專利範圍第3項之電漿處理裝置，其中該高頻電源係對該對向電極施加0kW至5kW的高頻電功率。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之電漿處理裝置，其中該中空陰極構造部係由複數該溝槽所構成，而分別為同心圓狀且與該基板載置台為同軸狀地設置。
  7. 如申請專利範圍第6項之電漿處理裝置，其中該中空陰極構造部之凹狀截面的寬度為2mm至20mm。
  8. 如申請專利範圍第6項之電漿處理裝置，其中該中空陰極構造部之凹狀截面的深度為2mm至20mm，深寬比為0.5至10。
  9. 一種電漿控制方法，其能夠控制電漿處理裝置中之處理空間內的電漿分佈，該電漿處理裝置係將基板 配置在可對該基板施予特定電漿處理之可真空排氣處理室內的下部電極及上部電極所挾置的處理空間內，而使用於該處理空間內藉由電容耦合而產生之電漿來對該基板施予特定電漿處理，其特徵在於：該上部電極中對向於該處理空間周邊部之區域係設置有同軸狀地設有截面呈凹狀且為圓環狀之複數溝槽，且該複數溝槽中形成為對向於越靠該處理空間外側者，則該截面呈凹狀的寬度便愈寬或/及深度愈深之中空陰極構造部；藉由控制施加在設有該中空陰極構造部之該上部電極的鞘層電壓調整用電壓而調整該複數溝槽內之電漿存在區域，來控制該處理空間周邊部之電漿密度；施加至該上部電極之直流電壓係-50V至-1500V，且絕對值較該上部電極的自偏壓要大之直流電壓；該中空陰極構造部之凹狀截面底部的角部係呈圓角形。
  10. 如申請專利範圍第9項之電漿控制方法，其中該鞘層電壓調整用電壓為27MHz以下的高頻電功率。
  11. 如申請專利範圍第10項之電漿控制方法，其中該高頻電功率為0kW至5kW。
  12. 一種電漿處理裝置，具有： 可真空排氣的處理室，係對基板施予特定電漿處理；基板載置台，係於該處理室內載置該基板而作為下部電極；對向電極，係與該基板載置台隔著處理空間而對向；高頻電源，係至少對該對向電極施加用以於該處理空間產生電漿之高頻電功率；及內壁構成組件，係對向於該處理空間外周部而配置於該處理室側壁，並連接於鞘層電壓調整用之直流電源；其中該內壁構成組件中由該對向電極及該基板載置台所靠近之位置係以可增加該處理空間外周部之角落部電漿密度之方式而形成有平行於該對向電極及該基板載置台之各電極面的溝槽；藉由控制自該直流電源對中空陰極構造部所施加之電壓而調整該溝槽內之電漿存在區域，來控制該處理空間周邊部的角落部電漿密度；該中空陰極構造部係由複數該溝槽所構成，而分別為同心圓狀且與該基板載置台為同軸狀地設置；施加至該上部電極之直流電壓係-50V至-1500V，且絕對值較該上部電極的自偏壓要大之直流電壓； 該中空陰極構造部之凹狀截面底部的角部係呈圓角形。
  13. 如申請專利範圍第12項之電漿處理裝置，其中該內壁構成組件係形成有相對於該基板載置台之基板載置面的延長線以特定角度呈交叉地傾斜之傾斜側壁面。
  14. 一種電漿控制方法，其能夠控制電漿處理裝置中之處理空間內的電漿分佈，該電漿處理裝置係將基板配置在可對該基板施予特定電漿處理之可真空排氣處理室內的下部電極及上部電極所挾置的處理空間內，而使用於該處理空間內藉由電容耦合而產生之電漿來對該基板施予特定電漿處理，其特徵在於：以對向於該處理空間外周部之方式於該處理室側壁設置內壁構成組件，並且該內壁構成組件中由該上部電極及該下部電極所靠近之位置係以可增加該處理空間外周部之角落部電漿密度之方式而設置形成有平行於該上部電極及該下部電極之各電極面的溝槽之中空陰極構造部；藉由控制施加於該中空陰極構造部之鞘層電壓調整用之直流電壓而調整該溝槽內之電漿存在區域，來控制該處理空間周邊部的角落部電漿密度；該中空陰極構造部係由複數該溝槽所構成，而 分別為同心圓狀且與該基板載置台為同軸狀地設置；施加至該上部電極之直流電壓係-50V至-1500V，且絕對值較該上部電極的自偏壓要大之直流電壓；該中空陰極構造部之凹狀截面底部的角部係呈圓角形。
  15. 如申請專利範圍第14項之電漿控制方法，其中該內壁構成組件係形成有相對於該基板載置台之基板載置面的延長線以特定角度呈交叉地傾斜之傾斜側壁面。
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