(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に所定のプラズマ処理を施す真空排気可能な処理室と、
前記処理室内で前記基板が載置される下部電極としての基板載置台と、
前記基板載置台と処理空間を隔てて対向する対向電極と、
少なくとも前記対向電極に前記処理空間にプラズマを発生させるための高周波電力を印加する高周波電源と、
前記処理空間の外周部と対向するように前記処理室の側壁に配置され、シース電圧調整用の直流電源に接続された内壁構成部材とを有し、
前記内壁構成部材において前記対向電極及び前記基板載置台から近い位置には、前記処理空間の外周部の前記対向電極側及び前記基板載置台側の隅部でのプラズマ密度を増加させることができるように前記対向電極及び前記基板載置台の各電極面と平行に溝が形成され、
前記直流電源から前記内壁構成部材へ印加する電圧を制御して前記溝内におけるプラズマの存在領域を調整することにより前記処理空間の周辺部の前記対向電極側及び前記基板載置台側の隅部でのプラズマ密度が制御されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
基板に所定のプラズマ処理を施す真空排気可能な処理室内の下部電極と上部電極とに挟まれた処理空間内に前記基板を配置し、前記処理空間内で容量結合によって発生させたプラズマを用いて前記基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置における前記処理空間内のプラズマ分布を制御するプラズマ制御方法において、
前記処理空間の外周部と対向するように前記処理室の側壁に内壁構成部材を設けると共に、前記内壁構成部材において前記上部電極及び前記下部電極から近い位置に前記処理空間の外周部の前記対向電極側及び前記基板載置台側の隅部でのプラズマ密度を増加させることができるように前記上部電極及び前記下部電極の各電極面と平行に溝を形成したホローカソード構造部を設け、
前記ホローカソード構造部に印加するシース電圧調整用の直流電圧を制御して前記溝内におけるプラズマの存在領域を調整することにより、前記処理空間の周辺部の前記対向電極側及び前記基板載置台側の隅部におけるプラズマ密度を制御することを特徴とするプラズマ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理室内のプラズマ分布を任意に制御することができるプラズマ処理装置及びプラズマ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶表示装置（ＬＣＤ）をはじめとするＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造工程において、ガラス基板をはじめとする各種基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が知られている。プラズマ処理装置は、プラズマの生成方法の違いによって、容量結合型プラズマ処理装置と誘導結合型プラズマ処理装置とに大別される。
【０００３】
容量結合型プラズマ処理装置（以下、「ＣＣＰ処理装置」という。）の典型的なものとして、例えば、処理室（チャンバ）内に２枚の電極板を設け、２枚の電極のうち一方の電極板を高周波電源に接続し、他方の電極板をグランド電位に接続したものが知られている。このようなＣＣＰ処理装置においては、例えば、高周波電源から一方の電極板に高周波電力を印加して電極板相互間に電界を発生させ、これによって電極板相互間の処理空間内に電子を生成し、生成した電子を高周波電源による電界によって加速して処理ガスの気体粒子と衝突させて容量結合プラズマを生成し、生成したプラズマを用いて基板にプラズマ処理が施される。
【０００４】
ＣＣＰ処理装置においては、チャンバ周辺部のプラズマが拡散してその密度が低下するために、チャンバ中心部のプラズマ密度が周辺部のプラズマ密度よりも高くなる傾向がある。従って、チャンバ内のプラズマ密度が不均一となり、結果として、基板に均一なプラズマ処理を施すことができないという問題があった。
【０００５】
そこで、例えば、処理室内の電極板にホローカソード構造部を設け、これによって処理室内のプラズマ分布の均一化を図り、基板に対して均一なプラズマ処理を施すようにしたプラズマ処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−０６８７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、処理室内にホローカソード構造部を設けたプラズマ処理装置であっても、生成されるプラズマ密度や分布範囲はホローカソード構造部の形状、例えば、溝や穴の大きさ及び深さによってほぼ一義的に決まるため、チャンバ内のプラズマ密度を積極的に制御することができず、成り行きに委ねざるを得ないという問題がある。
【０００８】
本発明の課題は、処理室内のプラズマ分布を任意に制御することができ、処理室内のプラズマ密度を均一化して基板に対して均一なプラズマ処理を施すことができるプラズマ処理装置及びプラズマ制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記シース電圧調整用電源は直流電源であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記シース電圧調整用電源は２７ＭＨｚ以下の高周波電力を印加する高周波電源であることを特徴とする。
【００２７】
請求項１記載のプラズマ処理装置は、基板に所定のプラズマ処理を施す真空排気可能な処理室と、前記処理室内で前記基板が載置される下部電極としての基板載置台と、前記基板載置台と処理空間を隔てて対向する対向電極と、少なくとも前記対向電極に前記処理空間にプラズマを発生させるための高周波電力を印加する高周波電源と、前記処理空間の外周部と対向するように前記処理室の側壁に配置され、シース電圧調整用の直流電源に接続された内壁構成部材とを有し、前記内壁構成部材において前記対向電極及び前記基板載置台から近い位置には、前記処理空間の外周部の前記対向電極側及び前記基板載置台側の隅部でのプラズマ密度を増加させることができるように前記対向電極及び前記基板載置台の各電極面と平行に溝が形成され、前記直流電源から前記内壁構成部材へ印加する電圧を制御して前記溝内におけるプラズマの存在領域を調整することにより前記処理空間の周辺部の前記対向電極側及び前記基板載置台側の隅部でのプラズマ密度が制御されることを特徴とする。
請求項２記載のプラズマ処理方法は、基板に所定のプラズマ処理を施す真空排気可能な処理室内の下部電極と上部電極とに挟まれた処理空間内に前記基板を配置し、前記処理空間内で容量結合によって発生させたプラズマを用いて前記基板に所定のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置における前記処理空間内のプラズマ分布を制御するプラズマ制御方法において、前記処理空間の外周部と対向するように前記処理室の側壁に内壁構成部材を設けると共に、前記内壁構成部材において前記上部電極及び前記下部電極から近い位置に前記処理空間の外周部の前記対向電極側及び前記基板載置台側の隅部でのプラズマ密度を増加させることができるように前記上部電極及び前記下部電極の各電極面と平行に溝を形成したホローカソード構造部を設け、前記ホローカソード構造部に印加するシース電圧調整用の直流電圧を制御して前記溝内におけるプラズマの存在領域を調整することにより、前記処理空間の周辺部の前記対向電極側及び前記基板載置台側の隅部におけるプラズマ密度を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、処理室内のプラズマ分布を任意に制御することができ、処理室内のプラズマ密度を均一化して基板に対して均一なプラズマ処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明におけるプラズマ制御原理を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるシース電圧とシース厚さとの関係を示す図であって、図３（Ａ）は、プラズマのイオン濃度（Ｎｅ）が１ｅ１１／ｃｍ３の場合を示し、図３（Ｂ）は、プラズマのイオン濃度（Ｎｅ）が２ｅ１０／ｃｍ３の場合を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の変形例の概略構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の変形例の概略構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置の要部の概略構成を示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置の要部の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。このプラズマ処理装置は、例えば、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にエッチング又は成膜等の所定のプラズマ処理を施すものである。
【００３２】
図１において、プラズマ処理装置１０は、ガラス基板（以下、単に「基板」という。）Ｇを収容する処理室（チャンバ）１１を有し、チャンバ１１内にはウエハＷを載置する円柱状のサセプタ１２が配置されている。チャンバ１１の内壁とサセプタ１２の側面とによって側方排気路１３が形成される。側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置されている。
【００３３】
排気プレート１４は多数の貫通孔を有する板状部材であり、チャンバ１１の内部を上部と下部に仕切る仕切板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１内部の上部空間１５には、後述するようにプラズマが発生する。また、チャンバ１１内部の下部空間（以下、「排気室（マニホールド）」という。）１６にはチャンバ１１内のガスを排出する排気管１７が接続されている。排気プレート１４は上部空間１５に発生するプラズマを捕捉し、又は反射してマニホールド１６への漏洩を防止する。
【００３４】
排気管１７には、ＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（共に図示省略）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして所定圧力まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示省略）によって制御される。
【００３５】
チャンバ１１内のサセプタ１２には第１の高周波電源１８が第１の整合器１９を介して電気的に接続されており、第１の高周波電源１８は比較的低い周波数、例えば、２ＭＨｚのバイアス用の高周波電力をサセプタ１２に印加する。これにより、サセプタ１２は下部電極として機能する。第１の整合器１９は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への印加効率を最大にする。
【００３６】
サセプタ１２の上部には、静電電極板２２を内部に有する静電チャック２３が配置されている。静電チャック２３は段差を有し、例えばセラミックスで構成されている。
【００３７】
静電電極板２２には直流電源２４が電気的に接続されており、静電電極板２２に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２３側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２２及びウエハＷの裏面の間に電界が生じ、この電界に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷは静電チャック２３に吸着保持される。
【００３８】
また、静電チャック２３には、吸着保持されたウエハＷを囲むように、フォーカスリング２５が静電チャック２３の段差における水平部へ載置される。フォーカスリング２５は、例えば、シリコン（Ｓｉ）や炭化珪素（ＳｉＣ）によって構成される。
【００３９】
サセプタ１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒流路２６が設けられている。冷媒流路２６には、チラーユニット（図示省略）から冷媒用配管２７を介して低温の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）が循環供給される。冷媒によって冷却されたサセプタ１２は静電チャック（ＥＳＣ）２３を介してウエハＷ及びフォーカスリング２５を冷却する。
【００４０】
静電チャック２３におけるウエハＷが吸着保持されている部分（以下、「吸着面」という。）には、複数の伝熱ガス供給孔２８が開口している。伝熱ガス供給孔２８は、伝熱ガス供給ライン２９を介して伝熱ガス供給部（図示省略）に接続され、伝熱ガス供給部は伝熱ガスとしてのＨｅ（ヘリウム）ガスを、伝熱ガス供給孔２８を介して吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給する。吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給されたＨｅガスはウエハＷの熱を静電チャック２３に効果的に伝達する。
【００４１】
チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と上部空間１５の処理空間Ｓを介して対向するように対向電極としての上部電極板３０ａが配置されている。
【００４２】
上部電極板３０ａは、導電体である、例えばＳｉ又はメタルによって構成されており、整合器２１を介して第２の高周波電源２０に電気的に接続されている。第２の高周波電源２０は比較的高い高周波、例えば６０ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力を上部電極板３０ａに印加する。第２の整合器２１は、第１の整合器１９と同様、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への印加効率を最大にする。
【００４３】
チャンバ１１には、該チャンバ１１の上部空間１５に処理ガスを供給する図示省略した処理ガス供給手段が連結されている。処理ガス供給手段は、ガス導入管（図示省略）を介してチャンバ１１の上部空間１５に接続されており、チャンバ１１の上部空間１５内に処理ガスを供給する。
【００４４】
このプラズマ処理装置１０においては、ホローカソード放電を積極的に制御して、処理空間Ｓ内のプラズマ分布を任意に制御するために、処理空間Ｓに対向するチャンバ１１の内壁構成部材としての上部電極板３０ａの処理空間Ｓ側の面（以下、「下面」という。）にホローカソード構造部が設けられている。ホローカソード構造部は、断面凹状であって、かつ円環状の溝３１ａ〜３１ｃからなる。断面凹状かつ円環状の溝３１ａ〜３１ｃは、上部電極板３０ａにおける処理空間Ｓの周辺部に対向する位置にそれぞれ同心円状に設けられており、かつサセプタ１２の中心軸と、例えば同軸状に設けられている。
【００４５】
上部電極板３０ａは、図示はしていないが、ＲＦの流出を低減する機能を有するフィルターを通して直流電源３７に電気的に接続されており、直流電源３７は、上部電極板３０ａに、シース電圧調整用の電圧として、例えば負の直流電圧（ＤＣ電圧）を印加する。なお、上部電極板３０ａのセルフバイアス電圧（Ｖｄｃ）は、例えば−１００Ｖ〜−３００Ｖ程度であるために、絶対値がそれ以上の直流電圧が印加される。
【００４６】
このような構成の基板処理装置１０では、図示省略した処理ガス導入管から処理ガスがチャンバ１１の上部空間１５内に導入され、導入された処理ガスは、第２の高周波電源２０から整合器２１を介して上部電極板３０ａに印加されるプラズマ生成用の高周波電力によって励起されてプラズマとなる。プラズマ中の陽イオンは、第１の高周波電源１８がサセプタ１２に印加するバイアス用の高周波電源によってウエハＷに向けて引き込まれ、ウエハＷに、例えばプラズマエッチング処理を施す。
【００４７】
基板処理装置１０の各構成部材の動作は、基板処理装置１０が備える制御部（図示省略）のＣＰＵがプラズマエッチング処理に対応するプログラムに応じて制御する。
【００４８】
本実施の形態によれば、処理空間Ｓの周辺部に対応する上部電極板３０ａの下面にホローカソード構造部としての断面凹状、かつ円環状の溝３１ａ〜３１ｃが設けられているので、ホローカソード効果によって処理空間Ｓの周辺部におけるプラズマ密度が高くなって処理空間Ｓの中央部のプラズマ密度と同程度となる。従って、処理空間Ｓ内のプラズマ密度が均一化し、ウエハＷに対して均一なプラズマ処理を施すことができる。
【００４９】
また、本実施の形態によれば、断面凹状、かつ円環状の溝３１ａ〜３１ｃを設けるチャンバ１１の内壁構成部材及びその場所を選択し、該断面凹状、かつ円環状の溝３１ａ〜３１ｃが設けられた内壁構成部材に印加するＤＣ電圧を調整することによって、断面凹状、かつ円環状の溝３１ａ〜３１ｃに対向する処理空間Ｓにおけるプラズマ密度を任意に制御し、ひいては処理空間Ｓ全体のプラズマ密度を制御することができる。
【００５０】
本実施の形態において、ホローカソード構造部とは、断面凹状、かつ円環状の溝又は穴（以下、単に「溝」という。）やその組み合わせであって、上部電極板３０ａの下面に設けられたものをいう。
【００５１】
プラズマ処理装置１０においては、処理空間Ｓ内のプラズマ（図示省略）に対向して導電体として、例えばＳｉからなる上部電極板３０ａが存在し、プラズマの電位と上部電極板３０ａの電位とが異なるので、上部電極板３０ａとプラズマとの間にシースが発生する。シースは陽イオンを上部電極板３０ａに向けて加速すると共に、その逆方法すなわち処理空間Ｓに向けて電子を加速する。ここで、上部電極板３０ａにおけるホローカソード構造部（以下、単に「ホローカソード」という。）３１では、該ホローカソード３１の表面に沿ってシースＳｈが発生する（図２（Ａ））。シースＳｈはその厚み方向に陽イオンや電子を加速するので、ホローカソード３１内に電子が集中して電子密度が上昇し、結果として、ホローカソード３１内に密度の高いプラズマＰが生じる。
【００５２】
ここで、上部電極板３０ａに印加する直流電圧（ＤＣ電圧）のパワーを変化させると、ホローカソードにおけるバイアス電位（Ｖｄｃ）が変化し、プラズマ電位（Ｖｐｐ）とバイアス電位（Ｖｄｃ）の差として求められるシース電圧が変化する。シース電圧が変化するとシースＳｈの厚さが変化し、例えば、ホローカソード３１内においてプラズマＰが存在可能な領域が変化する。これにより、ホローカソード３１内におけるプラズマの密度や存在領域が変化し、結果として、処理空間Ｓにおけるホローカソードに対応する部分のプラズマ密度がスポット的変化する。従って、これを利用して処理空間Ｓにおけるプラズマ密度を制御することができる。
【００５３】
この場合、シースＳｈの厚さは、シース電圧にほぼ比例して大きくなるが、限られた空間であるホローカソード３１内でシースＳｈの厚さが厚くなりすぎると、プラズマＰがシースＳｈによって押し出されてホローカソード３１内に存在し得なくなる。従って、シースＳｈの厚さはホローカソード３１の幅の１／２以下になるように調整されるのが好ましい。なお、ホローカソード３１における断面凹状の深さを浅くするか又はその開口幅を狭くすることによって、ホローカソードによるプラズマ密度増大効果を小さくすることができる。
【００５４】
図２は、本発明におけるプラズマ制御原理を説明するための図である。
【００５５】
図２（Ａ）において、シースＳｈ厚さが薄いため、ホローカソード３１内の比較的広い領域内でプラズマＰが発生可能であり、さらに、発生したプラズマＰはシースＳｈによってホローカソード３１内から押し出されることがない。
【００５６】
図２（Ｂ）において、上部電極板３０ａに高いパワーのＤＣ電圧を印加すると、シース電圧が上昇してホローカソード３１内のシースＳｈ厚さが厚くなり、シースＳｈによってプラズマＰがホローカソード３１から押し出され、シースＳｈ内のプラズマＰの密度や存在領域が図２（Ａ）の場合よりも小さくなる。
【００５７】
また、図２（Ｃ）において、上部電極板３０ａにさらに高いパワーのＤＣ電圧を印加すると、ホローカソード３１の壁面に沿って形成されるシースＳｈの厚さが厚くなり、ホローカソード３１内が全てシースＳｈで満たされるため、ホローカソード３１内の全てのプラズマＰがシースＳｈによって押し出される。すなわち、プラズマＰが発生できない。従って、処理空間Ｓにおけるホローカソード３１に対向する部分のプラズマ密度を上昇させることができない。すなわち、印加させるＤＣ電圧のパワーが必要以上に高いとホローカソード放電によるプラズマ密度を向上させる効果は小さくなる。
【００５８】
このように、図１のプラズマ処理装置１０においては、上部電極板３０ａに印加するＤＣ電圧を調整することによってホローカソード３１ａ〜３１ｃにおけるバイアス電位（Ｖｄｃ）を調整し、このバイアス電位（Ｖｄｃ）とプラズマ電位（Ｖｐｐ）との差であるシース電圧を制御し、これによってシースの厚さを制御してプラズマを生成させることにより、ホローカソード３１ａ〜３１ｃに対向する処理空間Ｓ内のプラズマ密度をスポット的に制御することができ、ひいては処理空間Ｓ全体のプラズマ密度を制御することができる。
【００５９】
図３は、図１のプラズマ処理装置におけるシース電圧とシース厚さとの関係を示す説明図であって、図３（Ａ）は、プラズマのイオン濃度（Ｎｅ）が１ｅ１１／ｃｍ３の場合を示す図であり、図３（Ｂ）は、プラズマのイオン濃度（Ｎｅ）が２ｅ１０／ｃｍ３の場合を示す図である。
【００６０】
図３（Ａ）において、プラズマの電子濃度が１ｅ１１／ｃｍ３の場合、シース電圧が５００Ｖ、１０００Ｖ及び１５００Ｖと大きくなるに従って、各電子温度（Ｔｅ＝１ｅＶ〜３ｅＶ）におけるシース厚さが次第に上昇している。
【００６１】
また、図３（Ｂ）において、プラズマの電子濃度が２ｅ１１／ｃｍ３の場合、シース電圧が２００Ｖ、４００Ｖ、６００Ｖ及び８００Ｖと大きくなるに従って、各電子温度（Ｔｅ＝１ｅＶ〜３ｅＶ）におけるシース厚さが次第に上昇している。
【００６２】
図３においても、シース電圧を調整することによってシースの厚さが変化し、これによって、プラズマ密度を制御できることが分かる。
【００６３】
本実施の形態において、上部電極３０ａに印加する直流電圧は、例えば−５０Ｖ乃至−１５００Ｖであり、且つ当該上部電極３０ａに発生するセルフバイアス電圧（Ｖｄｃ）よりも絶対値が大きい電圧である。上部電極３０ａに印加する直流電圧の絶対値が、当該上部電極３０ａに発生するセルフバイアス電圧（Ｖｄｃ）以下であると、直流電圧を印加して電流を流す効果が発揮されない虞があるからである。上部電極３０ａに印加する直流電圧が、当該上部電極３０ａに発生するセルフバイアス電圧（Ｖｄｃ）よりも大きければ、ホローカソードの穴の中でシースの幅を変えることができ、ホローカソード放電が調整可能となって、プラズマ分布の均一制御性を向上させることができる。
【００６４】
また、上部電極３０ａに印加する直流電圧が−５０Ｖよりも絶対値で小さいと直流電圧を印加する効果が不十分になり易く、一方、−１５００Ｖよりも絶対値で大きいと、必要となる装置構成が複雑且つ高価となる虞があり実用的でない。上部電極３０ａにプラズマ生成用のＲＦ電源が印加されない場合はセルフバイアス電圧（Ｖｄｃ）が小さいために、シース電圧調整用の電圧として−５０Ｖ乃至−１５００Ｖの直流電圧が印加される。
【００６５】
なお、上部電極３０ａに印加する直流電圧の最適範囲は、ホローカソードの幅又は深さ等によって変化し、プラズマ生成用の高周波電力（ＲＦ）を上部電極に印加する場合と下部電極に印加する場合とでも変化し、更にはチャンバ内圧力や処理ガスの種類等によっても変化する。従って、各種条件に応じて最適印加電圧が決定される。
【００６６】
本実施の形態において、ホローカソード３１ａ〜３１ｃにおける断面形状は、矩形に限定されるものではなく、断面Ｕ字状、断面三角形状、その他の形状やその組み合わせであってもよく、ホローカソード放電が生じる凹部が形成できる形状であればよい。ホローカソードの断面形状、断面凹状の幅及び深さは、多くのバリエーションがあり、それらを任意に組み合わせることができる。
【００６７】
また、本実施の形態において、円環状のホローカソード３１ａ〜３１ｃにおける断面形状における図１中幅方向の寸法（以下、単に「幅」という）は、例えば２ｍｍ乃至２０ｍｍ、好ましくは５ｍｍ乃至２０ｍｍである。ホローカソードの幅が、２ｍｍよりも小さいとホローカソードの凹部がすぐにシースで満たされてプラズマが押し出されるので、処理空間Ｓ内のプラズマ密度を上昇させることが困難となる。一方、ホローカソードの幅が２０ｍｍよりも大きくなると、ホローカソード放電が生じる凹部の数を確保することが困難となって、ホローカソードによるプラズマ密度上昇効果を十分に発現することが困難となる。
【００６８】
本実施の形態において、ホローカソード３１ａ〜３１ｃの図１における深さ方向の寸法（以下、単に「深さ」という。）は、例えば２ｍｍ乃至２０ｍｍ、アスペクト比は、０．５〜１０程度である。深さが、２ｍｍよりも低いと、ホローカソード効果が十分に得られず、一方２０ｍｍよりも高くなると電極のコストが大幅に向上する虞がある。また、アスペクト比が０．５よりも小さいと効果が少なくなり、１０よりも大きいと電極の加工費用が増加する虞がある。
【００６９】
本実施の形態において、ホローカソード３１ａ〜３１ｃにおける断面凹状の溝の底部の角部をアール形状にすることが好ましい。これによって、シースＳｈによって加速される陽イオンがホローカソード３１ａ〜３１ｃの内壁面に対して垂直かつ均等に衝突し、スパッタ効果によってデポの堆積を防止することができる。上部電極板３０ａにＤＣ電圧を印加するプラズマ処理装置１０においては、印加したＤＣ電圧が処理空間Ｓ等を経てグランドに流れるが、その経路にあたる各構成部材にデポが堆積すると、ＤＣ電圧を印加できなくなる。従って、上部電極板３０ａのホローカソード３１ａ〜３１ｃ内にデポを堆積させないように、ホローカソード３１ａ〜３１ｃにおける断面凹状の溝の底部の角部をアール形状にすることが好ましい。
【００７０】
本実施の形態において、ホローカソード３１ａ〜３１ｃは、必ずしも上部電極板３０ａに設けられる必要はなく、各チャンバ内構成部材の形状により、またチャンバ内構成部材相互の当接部において、ホローカソード類似形状としての凹部が形成されたものであってもよい。プラズマ密度を自由に制御するためには、ホローカソード類似形状が形成された導電性のチャンバ内構成部材に、シース電圧調整用の直流電源から所定のＤＣ電力を印加させる必要がある。なお、チャンバ内構成部材として、半導体からなるチャンバ内構成部材を用いることもできる。
【００７１】
本実施の形態において、プラズマ処理装置として上下部２周波のプラズマ処理装置を用いたが、本発明は、これに限定されるものではなく、下部２周波のプラズマ処理装置又はその他の装置に対しても適用することができる。
【００７２】
次に、第１の実施の形態における変形例について説明する。
【００７３】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の変形例の概略構成を示す断面図である。
【００７４】
図４において、このプラズマ処理装置４０が、図１のプラズマ処理装置１０と異なるところは、上部電極板３０ａにＤＣ電圧を印加するＤＣ電源３７に代えて、整合器３５を介して高周波電源３６を接続させた点である。
【００７５】
高周波電源３６は比較的低い、例えば２７ＭＨｚ以下であって、０ｋＷ乃至５ｋＷの高周波電力（ＲＦ）を上部電極板３０ａに印加する。このように、比較的低い高周波電力を印加することにより、そのパワーを調整してホローカソード３１ａ〜３１ｃにおけるバイアス電位（Ｖｄｃ）を調整することができ、これによってプラズマ電位（Ｖｐｐ）とバイアス電位（Ｖｄｃ）との差で定義されるシース電圧を制御し、シースの厚さ、ひいてはホローカソードに対向する処理空間Ｓのプラズマ密度を制御することができる。印加する高周波電力が、２７ＭＨｚを超えると、薄いシースしか形成されないので、プラズマ密度を制御することが困難となる。
【００７６】
本実施の形態において、上部電極板３０ａに印加する高周波電力は連続的に印加されるが、パルス的に印加することもできる。パルス的に印加することによって、ホローカソード電極内のプラズマの強度を断続的に変化させ、結果としてラジカルの解離を制御することが可能となる。
【００７７】
シース電圧調整用の電源として、高周波電源３６を適用する図４のプラズマ処理装置４０においては、上部電極板３０ａとして、例えば導電体又は導電体を誘電体で被覆した電極板が用いられる。すなわち、上部電極板の構成部材として、例えばアルミのバルク材を、例えばアルマイト、Ｙ２Ｏ３コート材、Ｓｉ、ＳｉＣで覆った部材が用いられる。導電体の代わりに半導体を用いることもできる。
【００７８】
なお、本変形例におけるチャンバ内構成部材は、高周波電力印加部分が導電性を有するものであれば、必ずしも導電体でなくてもよい。
【００７９】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。
【００８０】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。図５において、このプラズマ処理装置５０が、図１のプラズマ処理装置１０と異なるところは、同じ深さのホローカソード３１ａ〜３１ｃを有する上部電極板３０ａに代えて、周辺部に設けられたホローカソードほどその深さを深くしたホローカソード３１ｄ〜３１ｆを有する上部電極板３０ｂを設けた点である。
【００８１】
本実施の形態によれば、処理空間Ｓの周辺部に対応する上部電極板３０ｂに周辺部にホローカソード３１ｄ〜３１ｆを設けたことにより、第１の実施の形態と同様、処理空間Ｓ内における周辺部におけるプラズマ密度を増加させることができ、これによって、処理空間Ｓ内のプラズマ密度を均一化してウエハＷに対して均一なプラズマ処理を施すことができる。
【００８２】
また、本実施の形態によれば、周辺部に設けられたホローカソードほどその深さを深くしたことによって、上部電極板３０の周辺部、換言すれば、処理空間Ｓの周辺部ほどホローカソードにより生じるプラズマの密度を高めることができ、これによって、処理空間Ｓ内のプラズマ密度をより均一化することができる。
【００８３】
本実施の形態において、周辺部におけるホローカソードほどその深さを深くしたが、周辺部のホローカソードほど幅を広くするか又は溝の密度を増加させても同様の効果が得られる。また、これらの条件を組み合わせることも有効である。
【００８４】
次に、本発明の第２の実施の形態における変形例について説明する。
【００８５】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の変形例の概略構成を示す断面図である。
【００８６】
図６において、このプラズマ処理装置６０が、図５のプラズマ処理装置５０と異なるところは、上部電極板３０ｂにＤＣ電圧を印加するＤＣ電源３７に代えて、整合器３５を介して高周波電源３６を接続させた点である。
【００８７】
高周波電源３６は比較的低い、例えば２７ＭＨｚ以下であって、０ｋＷ乃至５ｋＷの高周波電力（ＲＦ）を上部電極板３０ｂに印加する。このように、比較的低い高周波電力を印加することにより、そのパワーを調整してホローカソード３１ｄ〜３１ｆにおけるバイアス電位（Ｖｄｃ）を調整することができ、これによってプラズマ電位（Ｖｐｐ）とバイアス電位（Ｖｄｃ）との差で定義されるシース電圧を制御することができ、シースの厚さ、ひいてはホローカソード３１ｄ〜３１ｆに対向する処理空間Ｓのプラズマ密度を制御することができる。
【００８８】
また、第２の実施の形態と同様、処理空間Ｓの周辺部ほどプラズマ密度を高めることができ、これによって、処理空間Ｓ内のプラズマ密度をより均一化してウエハＷに対して均一なプローブ処理を施すことができる。
【００８９】
本実施の形態において、周辺部におけるホローカソードほどその深さを深くしたが、周辺部のホローカソードほど幅を広くしても同様の効果が得られる。
【００９０】
次に、本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。
【００９１】
図７は、本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置の要部の概略構成を示す断面図である。
【００９２】
図７において、このプラズマ処理装置７０は、チャンバ１１の図１中左右両側の側壁面にそれぞれ導電体、例えばＳｉからなる内壁構成部材７１ａ及び７１ｂを設け、該内壁構成部材７１ａ及び７１ｂの図１中、上下部に、それぞれホローカソード７２を設けたものである。
【００９３】
ホローカソード７２を有する内壁構成部材７１ａ及び７１ｂは、それぞれ対応するＤＣ電源７３ａ及び７３ｂに電気的に接続されている。
【００９４】
本実施の形態によれば、チャンバ１１の処理空間Ｓの周辺部の上下におけるプラズマ密度を高め、処理空間Ｓ全体としてのプラズマ密度を均一化することができる。
【００９５】
すなわち、チャンバ１１の処理空間Ｓ内でプラズマが発生すると、処理空間Ｓに対向する導電体表面にはシースが形成される。これは上部電極板３０の表面に限らず、チャンバ１１の内側壁に設けられた内壁構成部材７１ａ及び７１ｂの表面においても同様である。従って、内壁構成部材７１ａ及び７１ｂにそれぞれホローカソード７２を設け、ＤＣ電源３７ａ及び３７ｂからＤＣ電圧を印加してそのパワーを調整することによって、上記各実施の形態と同様、ホローカソード７２によるプラズマ密度上昇効果が得られ、チャンバ１１の処理空間Ｓの周辺部の上下におけるプラズマ密度が高まり、処理空間Ｓ全体としてのプラズマ密度を均一化することができる。
【００９６】
本実施の形態において、ホローカソード７２は、それぞれ図１中内壁構成部材７１ａ及び７１ｂの上下にそれぞれ１つ設けたが、それぞれ複数個ずつ設けることができる。また、本実施の形態においては、内壁構成部材７１ａ及び７１ｂがサセプタ１２における基板載置面と垂直の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、内壁構成部材７１ａ及び７１ｂは、サセプタ１２における基板載置面の延長線に対して所定角度で交叉するように傾斜した傾斜側壁面を形成するものであってもよい。
【００９７】
次に、本発明の第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置について説明する。
【００９８】
図８は、本発明の第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置の要部の概略構成を示す断面図である。
【００９９】
図８において、このプラズマ処理装置８０が、図７の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置７０と異なるところは、内壁構成部材８１ａ及び８１ｂにおけるホローカソード８２の深さを上端部及び下端部ほど深くした点である。
【０１００】
本実施の形態によっても、第３の実施の形態と同様、チャンバ１１の処理空間Ｓの周辺部の上下におけるプラズマ密度を高め、処理空間Ｓ全体としてのプラズマ密度を均一化することができる。
【０１０１】
また、本実施の形態によれば、ホローカソード８２の深さを内壁構成部材８１ａ及び８１ｂの上下の周辺部に設けられたホローカソードほどその深さを深くしたことによって、処理空間Ｓの上下の周辺部ほどホローカソードにより生じるプラズマ密度を高めることができ、これによって、処理空間Ｓ内のプラズマ密度をより均一化することができる。
【０１０２】
上述した実施の形態において、プラズマ処理が施される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤ（Liquid  Crystal  Display）を含むＦＰＤ（Flat  Panel  Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１０、４０、５０、６０、７０、８０  プラズマ処理装置
１１  チャンバ（処理室）
１２  サセプタ（基板載置台）
１８、２０、３６  高周波電源
３０、３０ａ、３０ｂ  上部電極
３１ａ〜３１ｆ  ホローカソード
３７  直流電源
７１ａ、７１ｂ、８１ａ、８１ｂ  内壁構成部材
７２、８２  ホローカソード
【図１】
0005702968.tif 000002
【図２】
0005702968.tif 000003
【図３】
0005702968.tif 000004
【図４】
0005702968.tif 000005
【図５】
0005702968.tif 000006
【図６】
0005702968.tif 000007
【図７】
0005702968.tif 000008
【図８】
0005702968.tif 000009