專利名稱：自由基選擇裝置和基板處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從等離子體中選擇性地使自由基通過的自由基選擇裝置和基板
處理裝置。
背景技術(shù)：
在利用自由基的成膜處理、干式蝕刻處理等的等離子體處理中，如果陽離子到達(dá)基板，則有時由于該陽離子而基板上的膜被濺射而損傷，因此，以往，開發(fā)出一種從等離子體中選擇性地僅使自由基通過的手段。作為這樣的手段，已知如下一種等離子體處理裝置在等離子體源與基板之間配置兩個板，形成各板的貫通孔使得在將這兩個板重疊的狀態(tài)下一個板的貫通孔與另一個板的貫通孔不重疊(例如參照專利文獻(xiàn)I)。一般，陽離子通過在載置基板的基座上產(chǎn)生的偏置電壓被吸引，因此直線地移動，另一方面，自由基是電中性的，因此不被偏置電壓吸引，而隨機(jī)地移動。因而，在一個板的貫通孔與另一個板的貫通孔不重疊的情況下，通過了一個板的貫通孔的陽離子碰撞到另一個板而無法通過另一個板的貫通孔，但通過了一個板的貫通孔的自由基不是直線地移動，因此，有可能通過另一個板的貫通孔，其結(jié)果，能夠從等離子體中選擇性地使自由基通過。專利文獻(xiàn)1:日本特開2006-086449號公報
發(fā)明內(nèi)容
_5] 發(fā)明要解決的問題然而，近年來，當(dāng)為了提高使用自由基的等離子體處理的效率而通過等離子體源產(chǎn)生高密度的等離子體時陽離子的密度也提高，因此，通過上述兩個板的陽離子的產(chǎn)生概率提高，基板上的膜有可能由于陽離子而損傷。本發(fā)明的目的在于提供一種自由基選擇裝置和基板處理裝置，其能夠封閉等離子體來可靠地從等離子體中選擇性地僅使自由基通過。用于解決問題的方案為了達(dá)到上述目的，發(fā)明I中記載的自由基選擇裝置是從等離子體中選擇性地僅使自由基通過的自由基選擇裝置，其特征在于，具備第一屏蔽板；以及第二屏蔽板，其被配置成使上述第一屏蔽板介于該第二屏蔽板與等離子體源之間，其中，上述第一屏蔽板具有在厚度方向上貫通該第一屏蔽板的多個第一貫通孔，上述第二屏蔽板具有在厚度方向上貫通該第二屏蔽板的多個第二貫通孔，向上述第一屏蔽板施加第一直流電壓，向上述第二屏蔽板施加第二直流電壓，上述第一直流電壓的極性與上述第二直流電壓的極性不同。發(fā)明2中記載的自由基選擇裝置的特征在于，在發(fā)明I中記載的自由基選擇裝置中，上述第一屏蔽板和上述第二屏蔽板被配置成當(dāng)從上述第一屏蔽板側(cè)觀察時通過上述第一貫通孔看不到上述第二貫通孔。發(fā)明3中記載的自由基選擇裝置的特征在于，在發(fā)明I或2中記載的自由基選擇裝置中，上述第一貫通孔的最大寬度是在上述第一屏蔽板的表面產(chǎn)生的鞘層的厚度的2倍以下。發(fā)明4中記載的自由基選擇裝置的特征在于，在發(fā)明廣3中的任一項記載的自由基選擇裝置中，能夠變更上述第一直流電壓的極性和上述第二直流電壓的極性。發(fā)明5中記載的自由基選擇裝置的特征在于，在發(fā)明廣3中的任一項記載的自由基選擇裝置中，上述第一直流電壓的極性為負(fù)。發(fā)明6中記載的自由基選擇裝置的特征在于，在發(fā)明5中記載的自由基選擇裝置中，上述第一屏蔽板與被供給高頻電力的電極板平行地配置，上述第一屏蔽板與該電極板一起形成平行平板電極。發(fā)明7中記載的自由基選擇裝置的特征在于，在發(fā)明廣5中的任一項記載的自由基選擇裝置中，上述自由基選擇裝置被配置成包圍上述等離子體源與被實施等離子體處理的基板之間的空間。 為了達(dá)到上述目的，發(fā)明8中記載的基板處理裝置具備容納室，其容納被實施等離子體處理的基板；等離子體源；以及自由基選擇裝置，其配置在上述容納室內(nèi)，從等離子體中選擇性地使自由基通過，該基板處理裝置的特征在于，上述自由基選擇裝置具備第一屏蔽板，其介于上述等離子體源與上述基板之間；以及第二屏蔽板，其被配置成使上述第一屏蔽板介于該第二屏蔽板與上述等離子體源之間，其中，上述第一屏蔽板具有在厚度方向上貫通該第一屏蔽板的多個第一貫通孔，上述第二屏蔽板具有在厚度方向上貫通該第二屏蔽板的多個第二貫通孔，向上述第一屏蔽板施加第一直流電壓，向上述第二屏蔽板施加第二直流電壓，上述第一直流電壓的極性與上述第二直流電壓的極性不同。為了達(dá)到上述目的，發(fā)明9中記載的基板處理裝置具備容納室，該容納室容納被實施等離子體處理的基板，在該容納室內(nèi)配置有兼作電極的上述基板的載置臺以及與該載置臺相對置且連接高頻電源的相向電極，該基板處理裝置的特征在于，還具備第一屏蔽板，其被配置成面向上述載置臺與上述相向電極之間的處理空間；以及第二屏蔽板，其被配置成使上述第一屏蔽板介于該第二屏蔽板與上述處理空間之間，其中，上述第一屏蔽板具有在厚度方向上貫通該第一屏蔽板的多個第一貫通孔，上述第二屏蔽板具有在厚度方向上貫通該第二屏蔽板的多個第二貫通孔，向上述第一屏蔽板施加第一直流電壓，并且向上述第二屏蔽板施加第二直流電壓，上述第一直流電壓的極性與上述第二直流電壓的極性不同，在上述第一屏蔽板上連接第一阻抗調(diào)整電路，并且在上述載置臺上連接第二阻抗調(diào)整電路，在因上述高頻電源所供給的高頻電力產(chǎn)生的高頻電流流過上述處理空間時，上述第一阻抗調(diào)整電路和上述第二阻抗調(diào)整電路分別對流向上述第一屏蔽板的上述高頻電流和流向上述載置臺的上述高頻電流進(jìn)行控制。發(fā)明10中記載的基板處理裝置的特征在于，在發(fā)明9中記載的基板處理裝置中，上述第一屏蔽板和上述第二屏蔽板被配置成包圍上述處理空間。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，向第一屏蔽板施加的第一直流電壓的極性與向第二屏蔽板施加的第二直流電壓的極性不同，該第二屏蔽板被配置成使第一屏蔽板介于該第二屏蔽板與等離子體源之間。例如，在第一直流電壓的極性為負(fù)、第二直流電壓的極性為正的情況下，與第一屏蔽板中的第一貫通孔以外的部分相向的陽離子被吸引到第一屏蔽板而被電中和，從而存留在第一屏蔽板，與第一貫通孔相向的陽離子在通過了第一貫通孔之后從第二屏蔽板受到排斥力，因此不通過第二貫通孔，并且與第一屏蔽板中的第一貫通孔以外的部分相向的電子從第一屏蔽板受到排斥力而遠(yuǎn)離第一屏蔽板，與第一貫通孔相向的電子在通過了第一貫通孔之后被吸引到第二屏蔽板而消失。另外，在第一直流電壓的極性為正、第二直流電壓的極性為負(fù)的情況下，與第一屏蔽板中的第一貫通孔以外的部分相向的電子被吸引到第一屏蔽板而消失，與第一貫通孔相向的電子在通過了第一貫通孔之后從第二屏蔽板受到排斥力，因此不通過第二貫通孔，并且與第一屏蔽板中的第一貫通孔以外的部分相向的陽離子從第一屏蔽板受到排斥力而遠(yuǎn)離第一屏蔽板，與第一貫通孔相向的陽離子在通過了第一貫通孔之后被吸引到第二屏蔽板而被電中和，從而存留在第二屏蔽板。因而，等離子體中的陽離子、電子不通過自由基選擇裝置。另一方面，等離子體中的自由基是電中性的，因此，不被第一屏蔽板、第二屏蔽板吸引，并且也不會從第一屏蔽板、第二屏蔽板受到排斥力。其結(jié)果，能夠封閉等離子體而可靠地從等離子體中選擇性地僅使自由基通過。
圖1是概要地表示本發(fā)明的實施方式所涉及的基板處理裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖2是表示沿著圖1中的空心箭頭觀察自由基過濾器的情況下的上部貫通孔和下部貫通孔的位置關(guān)系的局部放大俯視圖。圖3是用于說明靜電效應(yīng)的自由基過濾器的局部放大圖，圖3的㈧和圖3的⑶是表示向上部屏蔽板施加負(fù)的直流電壓并向下部屏蔽板施加正的直流電壓的情況的圖，圖3的(C)和圖3的(D)是表示向上部屏蔽板施加正的直流電壓并向下部屏蔽板施加負(fù)的直流電壓的情況的圖。圖4是用于說明在圖1中的上部屏蔽板的表面和上部貫通孔的側(cè)面產(chǎn)生的鞘層的樣子的自由基過濾器的放大局部剖面圖。圖5是用于說明作用于進(jìn)入到上部屏蔽板與下部屏蔽板之間的等離子體的洛倫茲力效應(yīng)的自由基過濾器的局部放大圖，圖5的(A)是表示上部屏蔽板與下部屏蔽板之間的等離子體中的陽離子的運動的圖，圖5的(B)是表示上部屏蔽板與下部屏蔽板之間的等離子體中的電子的運動的圖。圖6是概要地表示圖1的基板處理裝置的第一變形例的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖7是概要地表示圖1的基板處理裝置的第二變形例的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖8是概要地表示圖1的基板處理裝置的第三變形例的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖9是概要地表示圖1的基板處理裝置的第四變形例的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖10是概要地表示圖1的基板處理裝置的第五變形例的結(jié)構(gòu)的剖面圖。 圖11是表示第四變形例和第五變形例中的LC電路的變形例的圖，圖11的(A)表示并聯(lián)型LC電路，圖11的⑶表示型LC電路，圖11的(C)表示T型LC電路。圖12是概要地表示圖1的基板處理裝置的第六變形例的結(jié)構(gòu)的剖面圖。附圖標(biāo)記說明E :電子；1:陽離子；P :等離子體；W:晶圓;10、21、26 :基板處理裝置；11 :腔室；12 :載置臺；13 :等離子體產(chǎn)生器；14、27 自由基過濾器；17 :上部屏蔽板；17a :上部貫通孔；18 :下部屏蔽板；18a :下部貫通孔；19a :第一直流電源；19b :第二直流電源；20 :鞘層；28 :內(nèi)側(cè)屏蔽板；29 :外側(cè)屏蔽板；30 :第一 LC電路；31 :第二高頻電流 。
具體實施例方式下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。圖1是概要地表示本實施方式所涉及的基板處理裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。在圖1中，基板處理裝置10具備接地的圓筒狀的腔室11 (容納室)，其容納作為基板的晶圓W ;載置臺12，其配置在該腔室11的底部，載置晶圓W ;作為等離子體源的等離子體產(chǎn)生器13，其在腔室11的頂板部配置成與載置臺12相向；自由基過濾器14(自由基選擇裝置)，其配置在載置臺12與等離子體產(chǎn)生器13之間的處理空間S ;未圖示的處理氣體導(dǎo)入部，其向處理空間S導(dǎo)入處理氣體；以及排氣管15，其對包含處理空間S的腔室11的內(nèi)部的氣體進(jìn)行排氣?；逄幚硌b置10通過等離子體產(chǎn)生器13從導(dǎo)入的處理氣體產(chǎn)生等離子體，利用該等離子體中的自由基向晶圓W上形成結(jié)晶性的膜、例如GaN外延膜。等離子體產(chǎn)生器13是由在中間夾著槽狀空間地相互對峙的多個導(dǎo)電體13a、13b構(gòu)成的電極，具有連接到第一高頻電源16a的多個導(dǎo)電體13a以及連接到第二高頻電源16b且配置在各導(dǎo)電體13a之間的多個導(dǎo)電體13b。第二高頻電源16b供給與第一高頻電源16a所供給的高頻電力相反相位的高頻電力，因此，分別向鄰接的導(dǎo)電體13a、13b供給的高頻電力的相位相反，在導(dǎo)電體13a與導(dǎo)電體13b之間產(chǎn)生電場，通過該電場從處理氣體產(chǎn)生等離子體P。其結(jié)果，在等離子體產(chǎn)生器13中，在鄰接的導(dǎo)電體13a、13b之間生成等離子體P。
自由基過濾器14具有上部屏蔽板17(第一屏蔽板)，其被配置成與等離子體產(chǎn)生器13相向，由導(dǎo)電體例如鋁構(gòu)成；以及下部屏蔽板18 (第二屏蔽板)，其被配置成使上部屏蔽板17介于該下部屏蔽板18與等離子體產(chǎn)生器13之間，由導(dǎo)電體例如鋁構(gòu)成。優(yōu)選的是用陶瓷(例如氧化鋁等)等電介質(zhì)材料對上部屏蔽板17和下部屏蔽板18的至少可能與自由基接觸的部分的表面進(jìn)行涂層。由此，能夠防止自由基由于與暴露于表面的導(dǎo)電體的接觸而失活。在上述涂層中，能夠使用熱噴涂等現(xiàn)有的方法。但是，如下所述，在為了在屏蔽板中實現(xiàn)選擇性地僅使自由基通過而利用靜電效應(yīng)的情況下，向上部屏蔽板和下部屏蔽板施加直流電壓，因此，如果涂層的厚度過厚，則電場減弱，導(dǎo)致抑制靜電效應(yīng)。因而，需要將厚度限于不抑制靜電效應(yīng)的程度的厚度。此外，在本實施方式中，相互平行地配置上部屏蔽板17和下部屏蔽板18。在上部屏蔽板17上形成在厚度方向上貫通該上部屏蔽板17的多個上部貫通孔17a(第一貫通孔)，在下部屏蔽板18上形成在厚度方向上貫通該下部屏蔽板18的多個下部貫通孔18a (第二貫通孔)。另外，在上部屏蔽板17上連接第一直流電源19a，該第一直流電源19a向上部屏蔽板17施加負(fù)的直流電壓。在下部屏蔽板18上連接第二直流電源1%，該第二直流電源19b向下部屏蔽板18施加正的直流電壓。此外，向上部屏蔽板17和下部屏蔽板18施加直流電壓的方式不限于此，向上部屏蔽板17施加的直流電壓的極性與向下部屏蔽板18施加的直流電壓的極性可以不同，例如也可以向上部屏蔽板17施加正的直流電壓，向下部屏蔽板18施加負(fù)的直流電壓。圖2是表示沿著圖1中的空心箭頭觀察自由基過濾器的情況下的上部貫通孔和下部貫通孔的位置關(guān)系的局部放大俯視圖。在從上部屏蔽板17側(cè)觀察自由基過濾器14時，如圖2所示，上部貫通孔17a的位置與下部貫通孔18a的位置不重疊，無法通過上部貫通孔17a看到下部貫通孔18a。S卩，與上部屏蔽板17大致垂直地通過上部貫通孔17a的粒子可靠地與下部屏蔽板18碰撞。另外，從等離子體還產(chǎn)生有可能對晶圓W上的膜造成損傷的紫外線等光，但在自由基過濾器14中，通過下部屏蔽板18遮擋住通過上部貫通孔17a的光。在本實施方式中，自由基過濾器14通過以下說明的三種效應(yīng)(靜電效應(yīng)、鞘層效應(yīng)、洛倫茲力效應(yīng))從等離子體P中選擇性地僅使自由基通過。首先，使用圖3的(A廣圖3的⑶說明靜電效應(yīng)。例如，在第一直流電源19a向上部屏蔽板17施加負(fù)的直流電壓、第二直流電源19b向下部屏蔽板18施加正的直流電壓的情況下，與上部屏蔽板17的上部貫通孔17a以外的部分相向的等離子體P中的陽離子I的極性與向上部屏蔽板17施加的直流電壓的極性不同，因此，該陽離子I由于靜電力而被上部屏蔽板17吸引，在與上部屏蔽板17接觸時被該上部屏蔽板17捕獲后，被電中和，而存留在上部屏蔽板17。另外，即使陽離子I沒有被捕獲而在上部屏蔽板17的表面彈回，該陽離子I也已經(jīng)被電中和而失去電荷，因此，不會從電場受到靜電力的作用而再次向晶圓W的方向被吸引，對晶圓W上的膜也不會造成損傷。另外，與上部貫通孔17a相向的陽離子I的極性與向下部屏蔽板18施加的直流電壓的極性相同，因此，該陽離子I在不與屏蔽板17碰撞而通過了上部貫通孔17a的情況下，從下部屏蔽板18受到靜電力的排斥力而向上部屏蔽板17被推回。其結(jié)果，該陽離子I不通過下部屏蔽板18的下部貫通孔18a (圖3的(A))。另一方面，與上部屏蔽板17的上部貫通孔17a以外的部分相對的等離子體P中的電子E的極性與向上部屏蔽板17施加的直流電壓的極性相同，因此，該電子E從上部屏蔽板17受到靜電力的排斥力而向等離子體產(chǎn)生器13被推回。另外，與上部貫通孔17a相向的電子E的極性與向下部屏 蔽板18施加的直流電壓的極性不同，因此，該電子E在通過了上部貫通孔17a后，由于靜電力而被吸引到下部屏蔽板18，在與下部屏蔽板18接觸時被電中和而消失(圖3的(B))。另外，例如在第一直流電源19a向上部屏蔽板17施加正的直流電壓、第二直流電源19b向下部屏蔽板18施加負(fù)的直流電壓的情況下，與上部屏蔽板17的上部貫通孔17a以外的部分相向的陽離子I的極性與向上部屏蔽板17施加的直流電壓的極性相同，因此，該陽離子I從上部屏蔽板17受到靜電力的排斥力而向等離子體產(chǎn)生器13被推回。另外，與上部貫通孔17a相向的陽離子I的極性與向下部屏蔽板18施加的直流電壓的極性不同，因此，該陽離子I在通過了上部貫通孔17a后，由于靜電力而被吸引到下部屏蔽板18，在與下部屏蔽板18接觸時被該下部屏蔽板18捕獲后被電中和，從而存留在下部屏蔽板18 (圖3 的(C))。另一方面，與上部屏蔽板17的上部貫通孔17a以外的部分相向的電子E的極性與向上部屏蔽板17施加的直流電壓的極性不同，因此，該電子E由于靜電力而被吸引到上部屏蔽板17，在與上部屏蔽板17接觸時被電中和而消失。另外，與上部貫通孔17a相向的電子E的極性與向下部屏蔽板18施加的直流電壓的極性相同，因此，該電子E在通過了上部貫通孔17a后，從下部屏蔽板18受到靜電力的排斥力而向上部屏蔽板17被推回。其結(jié)果，該電子E不通過下部屏蔽板18的下部貫通孔18a (圖3的(D))。因而，如果向上部屏蔽板17施加的直流電壓的極性與向下部屏蔽板18施加的直流電壓的極性不同，則能夠防止等離子體P中的陽離子1、電子E通過自由基過濾器14。另一方面，等離子體P中的自由基是電中性的，因此，不會由于靜電力而被上部屏蔽板17、下部屏蔽板18吸引，并且也不會從上部屏蔽板17、下部屏蔽板18受到靜電力的排斥力。其結(jié)果，能夠可靠地從等離子體P中選擇性地僅使自由基通過。接著，使用圖4說明鞘層效應(yīng)。通常，在與等離子體相向的物體的表面產(chǎn)生伴隨著電場的鞘層，因此，在構(gòu)成上部屏蔽板17的導(dǎo)電體的表面也產(chǎn)生鞘層。鞘層是空間電離層，通過鞘層中的電場而使陽離子向朝著導(dǎo)電體的方向加速，使電子向遠(yuǎn)離導(dǎo)電體的方向加速，通過向?qū)щ婓w施加負(fù)電位，能夠進(jìn)一步加厚鞘層。在鞘層與等離子體的接合部，空間電位的梯度急劇變化，通常認(rèn)為從物體的表面到與等離子體的接合部之間的鞘層的區(qū)域是鞘層的厚度。簡單地說，將發(fā)光的等離子體與物體的表面之間的發(fā)光顯著減弱的區(qū)域視為鞘層。在本實施方式中，通過從第一直流電源19a向上部屏蔽板17施加負(fù)的直流電壓，來增加在上部屏蔽板17的表面產(chǎn)生的鞘層的厚度。圖4是用于說明在圖1中的上部屏蔽板的表面和上部貫通孔的側(cè)面產(chǎn)生的鞘層的樣子的自由基過濾器的放大局部剖面圖。在圖4中，在被施加了負(fù)的直流電壓的上部屏蔽板17的表面產(chǎn)生鞘層20。嚴(yán)格地說，鞘層20由因等離子體產(chǎn)生器13產(chǎn)生的等離子體P而產(chǎn)生的部分20a和因向上部屏蔽板17施加的負(fù) 的直流電壓而產(chǎn)生的部分20b構(gòu)成。部分20b的厚度隨著所施加的負(fù)的直流電壓的值而變化，因此，通過調(diào)整向上部屏蔽板17施加的負(fù)的直流電壓，能夠控制鞘層20的厚度。在本實施方式中，調(diào)整向上部屏蔽板17施加的負(fù)的直流電壓的值使得鞘層20的厚度S為上部貫通孔17a的最大寬度d的一半以上。由此，上部貫通孔17a被在上部屏蔽板17的表面產(chǎn)生的鞘層20塞住，更具體地說，被在上部貫通孔17a的兩側(cè)面產(chǎn)生的鞘層20
塞住O在此，要進(jìn)入上部貫通孔17a的陽離子I由于鞘層20而向上部貫通孔17a的側(cè)壁加速，被吸引到該側(cè)面。另外，要進(jìn)入上部貫通孔17a的電子E由于鞘層20而以遠(yuǎn)離上部屏蔽板17的方式加速，從上部貫通孔17a被推回。因而，如果將鞘層20的厚度δ設(shè)為上部貫通孔17a的最大寬度d的一半以上，換一種說法，將上部貫通孔17a的最大寬度d設(shè)為鞘層20的厚度的2倍以下，則能夠防止陽離子1、電子E通過上部貫通孔17a。接著，使用圖5的㈧和圖5的⑶說明洛倫茲力效應(yīng)。洛倫茲力效應(yīng)的作用方式與上述的靜電效應(yīng)和鞘層效應(yīng)不同，是一種阻止穿過自由基過濾器14而要進(jìn)入處理空間S的等離子體的效應(yīng)。在此，一般用下式(I)表示作用于粒子的洛倫茲力F。F=q (E+vXB) ... (I)q是電荷，E是電場，V是粒子的速度，B是磁場。在本實施方式中不存在磁場，因此只有因電場產(chǎn)生的洛倫茲力作用于粒子。
在自由基過濾器14中，向上部屏蔽板17和下部屏蔽板18施加極性不同的直流電壓，因此在上部屏蔽板17與下部屏蔽板18之間產(chǎn)生具有與上部屏蔽板17和下部屏蔽板18垂直的方向的電場(以下稱為“垂直電場”。)。在此，在等離子體通過上部貫通孔17a而進(jìn)入上部屏蔽板17與下部屏蔽板18之間時，垂直電場作用于等離子體中以自由的方向運動的陽離子和電子，由于洛倫茲力而向特定方向被牽引。此時，陽離子和電子由于電荷不同而向相反的方向被牽引，即，陽離子I向上部屏蔽板17被牽引，另一方面，電子E向下部屏蔽板18被牽引，等離子體極化。極化后的等離子體的兩極性擴(kuò)散被阻止，即，陽離子1、電子E存留在上部屏蔽板17與下部屏蔽板18之間，因此，在上部屏蔽板17與下部屏蔽板18之間極化后的等離子體已經(jīng)不會透過下部屏蔽板18的下部貫通孔18a進(jìn)入處理空間S。如上所述，在本實施方式中不存在磁場，因此，說明了只有因電場產(chǎn)生的洛倫茲力作用于粒子的情況下的效應(yīng)，但在進(jìn)一步施加與垂直電場垂直、且具有與上部屏蔽板17等平行的分量的磁場的情況下，等離子體中的陽離子和電子在與電場和磁場垂直、且與上部屏蔽板17等平行的方向上向分別相反的方向漂移，因此，能夠更有效地防止等離子體通過下部屏蔽板18的下部貫通孔18a進(jìn)入處理空間S。另一方面，自由基是電中性的，因此，也不會受到因上部屏蔽板17與下部屏蔽板18的電場產(chǎn)生的洛倫茲力。其結(jié)果，能夠可靠地從等離子體P中選擇性地僅使自由基通過。根據(jù)本實施方式所涉及的自由基過濾器14，向上部屏蔽板17施加負(fù)的直流電壓，向下部屏蔽板18施加正的直流電壓，因此，通過上述的三種效應(yīng)(靜電效應(yīng)、鞘層效應(yīng)、洛倫茲力效應(yīng))能夠防止陽離子1、電子E通過自由基過濾器14，由此，能夠?qū)⒌入x子體P封閉在自由基過濾器14的上部，可靠地從等離子體P中選擇性地僅使自由基通過。另外，等離子體P產(chǎn)生紫外線，如果該紫外線到達(dá)在晶圓W上形成的GaN外延膜，則有時使該GaN外延膜變質(zhì)，但是，在自由基過濾器14中，在從上部屏蔽板17側(cè)觀察該自由基過濾器14時，無法通 過上部屏蔽板17的上部貫通孔17a看到下部屏蔽板18的下部貫通孔18a，因此，從等離子體P產(chǎn)生的紫外線不會通過自由基過濾器14。其結(jié)果，能夠防止由于紫外線而GaN外延膜變質(zhì)。在上述自由基過濾器14中，向上部屏蔽板17和下部屏蔽板18施加了極性不同的直流電壓，但優(yōu)選的是使上部屏蔽板17與下部屏蔽板18之間的電位差(以下稱為“板間電位差”。)的絕對值隨著等離子體產(chǎn)生器13的輸出而變化。具體地說，向?qū)щ婓w13a、13b供給的高頻電力的值越大，將板間電位差的絕對值設(shè)定得越大。如果向?qū)щ婓w13a、13b供給的高頻電力的值大，則產(chǎn)生的等離子體P的量變多，陽離子1、電子E的量也變多，陽離子1、電子E通過自由基過濾器14的可能性變高，但是，如果板間電位差的絕對值大，則在上部屏蔽板17與下部屏蔽板18之間產(chǎn)生的電場增強(qiáng)，對進(jìn)入到上部屏蔽板17與下部屏蔽板18之間的陽離子1、電子E產(chǎn)生作用的洛倫茲力增大，并且能夠分別關(guān)于陽離子1、電子E增大與上部屏蔽板17或下部屏蔽板18之間的電位差，因此，分別作用于陽離子1、電子E的來自上部屏蔽板17或下部屏蔽板18的靜電力也變大。即，能夠有效地利用上述的洛倫茲力效應(yīng)、靜電效應(yīng)。其結(jié)果，即使陽離子1、電子E的量多，也能夠防止陽離子1、電子E通過自由基過濾器14。例如本發(fā)明人確認(rèn)了以下的情況在后述的圖6的基板處理裝置21中將向上部電極板23供給的高頻電力的值設(shè)定為300W的情況下，如果板間電位差的絕對值為50V以下，則陽離子1、電子E通過自由基過濾器14，但如果板間電位差的絕對值為100V以上，則陽離子1、電子E不通過自由基過濾器14。另外，確認(rèn)了以下的情況在將向上部電極板23供給的高頻電力的值設(shè)定為600W的情況下，如果板間電位差的絕對值為100V以下，則陽離子1、電子E通過自由基過濾器14，但如果板間電位差的絕對值為150V以上，則陽離子1、電子E不通過自由基過濾器14。并且，確認(rèn)了以下的情況在將向上部電極板23供給的高頻電力的值設(shè)定為900W的情況下，如果板間電位差的絕對值為250V以下，則陽離子1、電子E通過自由基過濾器14，但如果板間電位差的絕對值為300V以上，則陽離子1、電子E不通過自由基過濾器14。
另外，在增大板間電位差時，如果增大向上部屏蔽板17或下部屏蔽板18施加的負(fù)的直流電壓的值，則陽離子I被強(qiáng)力地吸引到該屏蔽板，因此，該屏蔽板由于濺射而消耗，或者從該屏蔽板釋放出二次電子。因而，優(yōu)選的是將向上部屏蔽板17或下部屏蔽板18施加的負(fù)的直流電壓的值設(shè)定為-幾十V左右。也能夠向上述上部屏蔽板17施加負(fù)的直流電壓和正的直流電壓中的任一個，但優(yōu)選的是施加負(fù)的直流電壓。由此，能夠增大在上部屏蔽板17的表面產(chǎn)生的鞘層的厚度，能夠通過鞘層可靠地塞住上部貫通孔17a。即，能夠在比下部屏蔽板18遠(yuǎn)離晶圓W的上部屏蔽板17中防止陽離子I和電子E的通過，因此，能夠可靠地防止陽離子I和電子E到達(dá)晶圓W。另外，也可以使向上部屏蔽板17和下部屏蔽板18施加的直流電壓的極性隨著時間的經(jīng)過而變化。由此，能夠變更吸引陽離子I的屏蔽板，因此，能夠防止由于伴隨著陽離子I的吸引的濺射而只有一方的屏蔽板消耗，由此，能夠延長自由基過濾器14的壽命。以上，使用上述實施方式說明了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于上述實施方式。在上述基板處理裝置10中，使用了具有多個導(dǎo)電體13a、13b的等離子體產(chǎn)生器13作為等離子體源，但等離子體源并不限于此，也可以使用其它等離子體源、例如平行平板電極。圖6是概要地表示圖1的基板處理裝置的第一變形例的結(jié)構(gòu)的剖面圖，在本變形例中，使用平行平板電極作為等離子體源。在圖6中，基板處理裝置21具備例如由導(dǎo)電體構(gòu)成的上部電極板23，該上部電極板23在腔室11的頂板部被配置成與載置臺12相向，該上部電極板23與上部屏蔽板17平行地配置，并且連接有高頻電源22，向上部電極板23供給高頻電力。在此，向上部屏蔽板17施加負(fù)的直流，因此，在上部電極板23與上部屏蔽板17之間產(chǎn)生電場，通過該電場產(chǎn)生等離子體P。即，上部電極板23和上部屏蔽板17形成平行平板電極。由此，不需要為了在基板處理裝置21中設(shè)置等離子體源而新設(shè)置與上部電極板23平行配置的其它電極板，能夠簡化基板處理裝置21的結(jié)構(gòu)。另外，自由基過濾器14也可以不處于等離子體產(chǎn)生器13與載置臺12之間，而如圖7所示，被配置成包圍等離子體產(chǎn)生器13與載置在載置臺12上的晶圓W之間的處理空間S，使該自由基過濾器14作為等離子體封閉裝置而發(fā)揮作用。自由基過濾器14不使陽離子1、電子E通過，因此，能夠封閉陽離子1、電子E。因而，被配置成包圍處理空間S的自由基過濾器14能夠?qū)㈥栯x子I封閉在處理空間S中來提高處理空間S中的陽離子I的密度。其結(jié)果，能夠提高對晶圓W施加的等離子體處理、例如干式蝕刻處理的效率。
并且，如圖8所示，也可以將自由基過濾器14配置成包圍載置臺12的側(cè)壁，來使自由基過濾器14作為排氣板而發(fā)揮作用。由此，能夠防止陽離子1、電子E從處理空間S流入到排氣管15，因此，能夠防止排氣泵等由于陽離子I的濺射而消耗。此外，在具備圖7和圖8中的自由基過濾器14的基板處理裝置的變形例中，等離子體源不限于等離子體產(chǎn)生器13，與圖6的基板處理裝置同樣地，也可以是使用了平行平板電極的等離子體產(chǎn)生裝置、使用了其它方法的等離子體產(chǎn)生裝置。 例如，如圖9所示，在基板處理裝置26具備由連接有高頻電源22的上部電極板23(相向電極)和載置臺12構(gòu)成的平行平板電極的情況下，也可以具備被配置成包圍上部電極板23與載置臺12之間的處理空間S的自由基過濾器27。自由基過濾器27具有圓筒狀的內(nèi)側(cè)屏蔽板28(第一屏蔽板)，其面向處理空間S ；以及圓筒狀的外側(cè)屏蔽板29 (第二屏蔽板)，其被配置成使內(nèi)側(cè)屏蔽板28介于該外側(cè)屏蔽板29與處理空間S之間，其中，內(nèi)側(cè)屏蔽板28和外側(cè)屏蔽板29都由導(dǎo)電體例如鋁構(gòu)成。內(nèi)側(cè)屏蔽板28和外側(cè)屏蔽板29同軸配置，在內(nèi)側(cè)屏蔽板28上形成在厚度方向上貫通該內(nèi)側(cè)屏蔽板28的多個內(nèi)側(cè)貫通孔28a(第一貫通孔)，在外側(cè)屏蔽板29上形成在厚度方向上貫通該外側(cè)屏蔽板29的多個外側(cè)貫通孔29a(第二貫通孔)。另外，在內(nèi)側(cè)屏蔽板28上連接有第一直流電源19a，該第一直流電源19a向內(nèi)側(cè)屏蔽板28施加負(fù)的直流電壓，在外側(cè)屏蔽板29上連接有第二直流電源1%，該第二直流電源19b向外側(cè)屏蔽板29施加正的直流電壓。此外，也可以向內(nèi)側(cè)屏蔽板28施加正的直流電壓，向外側(cè)屏蔽板29施加負(fù)的直流電壓。在從內(nèi)側(cè)屏蔽板28側(cè)觀察自由基過濾器27時，內(nèi)側(cè)貫通孔28a的位置與外側(cè)貫通孔29a的位置不重疊，無法通過內(nèi)側(cè)貫通孔28a看到外側(cè)貫通孔29a。根據(jù)以上的結(jié)構(gòu)，與自由基過濾器14同樣地，自由基過濾器27從處理空間S的等離子體中選擇性地僅使自由基通過，其結(jié)果，通過將陽離子1、電子E封閉在處理空間S中，來將等離子體封閉在處理空間S中。但是，已知在將使用了平行平板電極的等離子體產(chǎn)生裝置用作等離子體源的情況下，在作為下部電極發(fā)揮作用的載置臺與上部電極板之間的處理空間中，等離子體沒有均勻地分布，通常，與載置在載置臺上的晶圓的中心、上部電極板的中心相向的部分、即處理空間的中心的等離子體密度高。在這種情況下，能夠使自由基過濾器27作為等離子體密度分布控制裝置發(fā)揮作用。在作為等離子體密度分布控制裝置發(fā)揮作用的自由基過濾器27中，第一 LC電路30 (第一阻抗調(diào)整電路)與第一直流電源19a并聯(lián)連接地與內(nèi)側(cè)屏蔽板28相連接，內(nèi)側(cè)屏蔽板28經(jīng)由第一 LC電路30接地。另外，在載置臺12上連接有第二 LC電路31 (第二阻抗調(diào)整電路)，載置臺12經(jīng)由第二 LC電路31接地。第一 LC電路30和第二 LC電路31分別由串聯(lián)連接的線圈L和可變電容器C構(gòu)成，通過改變可變電容器C的容量，來調(diào)整第一 LC電路30、第二 LC電路31的阻抗。在基板處理裝置26中由于從高頻電源22向處理空間S供給的高頻電力而產(chǎn)生等離子體時，在該處理空間S中流過高頻電流，但是，內(nèi)側(cè)屏蔽板28和載置臺12分別經(jīng)由第一 LC電路30和第二 LC電路31接地，因此，處理空間S的高頻電流分流為流向內(nèi)側(cè)屏蔽板28的第一高頻電流32、流向載置臺12的第二高頻電流33。此時，第一高頻電流32的值由第一 LC電路30的阻抗決定，第二高頻電流33的值由第二 LC電路31的阻抗決定。另外，等離子體密度與高頻電流的值的大小對應(yīng)地增減，因此，處理空間S的周緣的等離子體密度由第一高頻電流32決定，處理空間S的中心的等離子體密度由第二高頻電流33決定。因而，通過調(diào)整第一 LC電路30和第二 LC電路31的阻抗，能夠控制第一高頻電流32和第二高頻電流33，從而能夠控制處理空間S中的等離子體密度的分布。在基板處理裝置26中，調(diào)整第一 LC電路30和第二 LC電路31的阻抗的比使得第一高頻電流32大于第二高頻電流33，處理空間S中的等離子體密度的分布變得均勻。另外，如圖10所示，也可以將自由基過濾器27、即內(nèi)側(cè)屏蔽板28和外側(cè)屏蔽板29配置成包圍載置臺12的側(cè)壁，來使自由基過濾器27作為排氣板發(fā)揮作用。在該情況下，內(nèi)側(cè)屏蔽板28和外側(cè)屏蔽板29由被配置成相互重疊的環(huán)狀的導(dǎo)電體構(gòu)成，自由基過濾器27能夠防止陽離子1、電子E從處理空間S流入到排氣管15，并且通過調(diào)整第一 LC電路30和第二 LC電路31的阻抗，能夠控制第一高頻電流32、第二高頻電流33，從而能夠控制處理空間S中的等離子體密度的分布。此外，第一 LC電路30、第二 LC電路31不限于由串聯(lián)連接的線圈L和可變電容器C構(gòu)成的串聯(lián)型LC電路，例如也可以是將線圈L和可變電容器C并聯(lián)連接而成的并聯(lián)型LC電路(參照圖11的(A))、將可變電容器C分別連接在一個線圈L的兩端的π型LC電路(參照圖11的(B))、或者將可變電容器C連接在串聯(lián)連接的兩個線圈L的中間點的T型LC電路(參照圖11的(C))。另外，在上述基板處理裝置10中，利用三種效應(yīng)(靜電效應(yīng)、鞘層效應(yīng)、洛倫茲力效應(yīng))，使自由基過濾器14從等離子體P中選擇性地僅使自由基通過，但也能夠僅利用上述三種效應(yīng)中的一種效應(yīng)來選擇性地僅使自由基通過，因此，例如在僅利用鞘層效應(yīng)的情況下，也可以如圖12所示，用由導(dǎo)電體例如鋁構(gòu)成的一個屏蔽板24構(gòu)成自由基過濾器。在屏蔽板24上，形成在厚度方向上貫通該屏蔽板24的多個貫通孔24a，并且連接直流電源25，該直流電源2 5向屏蔽板24施加負(fù)的直流電壓。此時，在屏蔽板24的表面產(chǎn)生厚的鞘層，如果將貫通孔24a的最大寬度設(shè)為該鞘層的厚度的2倍以下，則貫通孔24a被在該貫通孔24a的兩側(cè)面產(chǎn)生的鞘層塞住，因此，能夠防止陽離子1、電子E通過貫通孔24a。其結(jié)果，即使是由一個屏蔽板24構(gòu)成的自由基過濾器，也能夠選擇性地僅使自由基通過。另外，上述上部屏蔽板17的上部貫通孔17a、下部屏蔽板18的下部貫通孔18a以及屏蔽板24的貫通孔24a的截面形狀不特別限定，也可以是圓形、矩形等任意的形狀。
權(quán)利要求
1.一種自由基選擇裝置，從等離子體中選擇性地使自由基通過，其特征在于，具備 第一屏蔽板；以及 第二屏蔽板，其被配置成使上述第一屏蔽板介于該第二屏蔽板與等離子體源之間， 其中，上述第一屏蔽板具有在厚度方向上貫通該第一屏蔽板的多個第一貫通孔， 上述第二屏蔽板具有在厚度方向上貫通該第二屏蔽板的多個第二貫通孔， 向上述第一屏蔽板施加第一直流電壓，向上述第二屏蔽板施加第二直流電壓，上述第一直流電壓的極性與上述第二直流電壓的極性不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由基選擇裝置，其特征在于， 上述第一屏蔽板和上述第二屏蔽板被配置成當(dāng)從上述第一屏蔽板側(cè)觀察時通過上述第一貫通孔看不到上述第二貫通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自由基選擇裝置，其特征在于， 上述第一貫通孔的最大寬度是在上述第一屏蔽板的表面產(chǎn)生的鞘層的厚度的2倍以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求f3中的任一項所述的自由基選擇裝置，其特征在于， 能夠變更上述第一直流電壓的極性和上述第二直流電壓的極性。
5.根據(jù)權(quán)利要求f3中的任一項所述的自由基選擇裝置，其特征在于， 上述第一直流電壓的極性為負(fù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自由基選擇裝置，其特征在于， 上述第一屏蔽板與被供給高頻電力的電極板平行地配置，上述第一屏蔽板與該電極板一起形成平行平板電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1飛中的任一項所述的自由基選擇裝置，其特征在于， 上述自由基選擇裝置被配置成包圍上述等離子體源與被實施等離子體處理的基板之間的空間。
8.一種基板處理裝置，具備 容納室，其容納被實施等離子體處理的基板； 等離子體源；以及 自由基選擇裝置，其配置在上述容納室內(nèi)，從等離子體中選擇性地使自由基通過， 該基板處理裝置的特征在于， 上述自由基選擇裝置具備 第一屏蔽板，其介于上述等離子體源與上述基板之間；以及 第二屏蔽板，其被配置成使上述第一屏蔽板介于該第二屏蔽板與上述等離子體源之間， 其中，上述第一屏蔽板具有在厚度方向上貫通該第一屏蔽板的多個第一貫通孔， 上述第二屏蔽板具有在厚度方向上貫通該第二屏蔽板的多個第二貫通孔， 向上述第一屏蔽板施加第一直流電壓，向上述第二屏蔽板施加第二直流電壓，上述第一直流電壓的極性與上述第二直流電壓的極性不同。
9.一種基板處理裝置，具備容納室，該容納室容納被實施等離子體處理的基板，在該容納室內(nèi)配置有兼作電極的上述基板的載置臺以及與該載置臺相對置且連接高頻電源的相向電極，該基板處理裝置的特征在于，還具備第一屏蔽板，其被配置成面向上述載置臺與上述相向電極之間的處理空間；以及 第二屏蔽板，其被配置成使上述第一屏蔽板介于該第二屏蔽板與上述處理空間之間， 其中，上述第一屏蔽板具有在厚度方向上貫通該第一屏蔽板的多個第一貫通孔， 上述第二屏蔽板具有在厚度方向上貫通該第二屏蔽板的多個第二貫通孔， 向上述第一屏蔽板施加第一直流電壓，并且向上述第二屏蔽板施加第二直流電壓，上述第一直流電壓的極性與上述第二直流電壓的極性不同， 在上述第一屏蔽板上連接第一阻抗調(diào)整電路，并且在上述載置臺上連接第二阻抗調(diào)整電路， 在因上述高頻電源所供給的高頻電力產(chǎn)生的高頻電流流過上述處理空間時，上述第一阻抗調(diào)整電路和上述第二阻抗調(diào)整電路分別對流向上述第一屏蔽板的上述高頻電流和流向上述載置臺的上述高頻電流進(jìn)行控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基板處理裝置，其特征在于， 上述第一屏蔽板和上述第二屏蔽板被配置成包圍上述處理空間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠可靠地從等離子體中選擇性地僅使自由基通過的自由基選擇裝置和基板處理裝置。在基板處理裝置(10)的腔室(11)內(nèi)，配置在載置于載置臺(12)上的晶圓W與等離子體產(chǎn)生器(13)之間的自由基過濾器(14)具備上部屏蔽板(17)；下部屏蔽板(18)，其被配置成使上部屏蔽板(17)介于下部屏蔽板(18)與等離子體產(chǎn)生器(13)之間，上部屏蔽板(17)具有在厚度方向上貫通該上部屏蔽板(17)的多個上部貫通孔(17a)，下部屏蔽板(18)具有在厚度方向上貫通該下部屏蔽板(18)的多個下部貫通孔(18a)，向上部屏蔽板(17)施加負(fù)的直流電壓，向下部屏蔽板(18)施加正的直流電壓。
文檔編號H01L21/67GK103035468SQ20121037120
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者澤田郁夫 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社