(57)【要約】【課題】プラズマからラジカルのみを確実に選択的に通過させることができるラジカル選択装置を提供する。【解決手段】基板処理装置１０のチャンバ１１内において、載置台１２に載置されたウエハＷ及びプラズマジェネレータ１３の間に配置されるラジカルフィルタ１４は、上部シールドプレート１７と、プラズマジェネレータ１３との間に上部シールドプレート１７を介在させるように配置される下部シールドプレート１８とを備え、上部シールドプレート１７は当該上部シールドプレート１７を厚み方向に貫通する複数の上部貫通孔１７ａを有し、下部シールドプレート１８は当該下部シールドプレート１８を厚み方向に貫通する複数の下部貫通孔１８ａを有し、上部シールドプレート１７には負の直流電圧が印加され、下部シールドプレート１８には正の直流電圧が印加される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマからラジカルを選択的に通過させるラジカル選択装置であって、
第１の遮蔽板と、
プラズマソースとの間に前記第１の遮蔽板を介在させるように配置される第２の遮蔽板とを備え、
前記第１の遮蔽板は当該第１の遮蔽板を厚み方向に貫通する複数の第１の貫通孔を有し、
前記第２の遮蔽板は当該第２の遮蔽板を厚み方向に貫通する複数の第２の貫通孔を有し、
前記第１の遮蔽板には第１の直流電圧が印加され、前記第２の遮蔽板には第２の直流電圧が印加され、前記第１の直流電圧の極性と前記第２の直流電圧の極性とは異なることを特徴とするラジカル選択装置。
【請求項２】
前記第１の遮蔽板側から眺めたときに、前記第１の貫通孔を通して前記第２の貫通孔が見えないように、前記第１の遮蔽板及び前記第２の遮蔽板が配置されることを特徴とする請求項１記載のラジカル選択装置。
【請求項３】
前記第１の貫通孔の最大幅は、前記第１の遮蔽板の表面に発生するシースの厚さの２倍以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のラジカル選択装置。
【請求項４】
前記第１の直流電圧の極性と、前記第２の直流電圧の極性は変更することができることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のラジカル選択装置。
【請求項５】
前記第１の直流電圧の極性は負であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のラジカル選択装置。
【請求項６】
前記第１の遮蔽板は、高周波電力が供給される電極板と平行に配されて当該電極と平行平板電極をなすことを特徴とする請求項５記載のラジカル選択装置。
【請求項７】
前記プラズマソースと、プラズマ処理が施される基板との間の空間を囲むように配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のラジカル選択装置。
【請求項８】
プラズマ処理が施される基板を収容する収容室と、プラズマソースと、前記収容室内に配置されるプラズマからラジカルを選択的に通過させるラジカル選択装置とを備える基板処理装置であって、
前記ラジカル選択装置は、前記プラズマソース及び前記基板の間に介在する第１の遮蔽板と、前記プラズマソースとの間に前記第１の遮蔽板を介在させるように配置される第２の遮蔽板とを有し、
前記第１の遮蔽板は当該第１の遮蔽板を厚み方向に貫通する複数の第１の貫通孔を有し、
前記第２の遮蔽板は当該第２の遮蔽板を厚み方向に貫通する複数の第２の貫通孔を有し、
前記第１の遮蔽板には第１の直流電圧が印加され、前記第２の遮蔽板には第２の直流電圧が印加され、前記第１の直流電圧の極性と前記第２の直流電圧の極性とは異なることを特徴とする基板処理装置。
【請求項９】
プラズマ処理が施される基板を収容する収容室を備え、該収容室内に電極を兼ねる前記基板の載置台及び該載置台と対向し且つ高周波電源が接続される対向電極が配置される基板処理装置であって、
前記載置台及び前記対向電極の間の処理空間に面するように配置される第１の遮蔽板と、前記処理空間との間に前記第１の遮蔽板を介在させるように配置される第２の遮蔽板とを備え、
前記第１の遮蔽板は当該第１の遮蔽板を厚み方向に貫通する複数の第１の貫通孔を有し、
前記第２の遮蔽板は当該第２の遮蔽板を厚み方向に貫通する複数の第２の貫通孔を有し、
前記第１の遮蔽板には第１の直流電圧が印加されるとともに、前記第２の遮蔽板には第２の直流電圧が印加され、前記第１の直流電圧の極性と前記第２の直流電圧の極性とは異なり、
前記第１の遮蔽板には第１のインピーダンス調整回路が接続されるとともに、前記載置台には第２のインピーダンス調整回路が接続され、
前記高周波電源が供給する高周波電力に起因する高周波電流が前記処理空間を流れる際、前記第１のインピーダンス調整回路及び前記第２のインピーダンス調整回路は前記第１の遮蔽板へ向かう前記高周波電流及び前記載置台へ向かう前記高周波電流をそれぞれ制御することを特徴とする基板処理装置。
【請求項１０】
前記第１の遮蔽板及び前記第２の遮蔽板は前記処理空間を囲むように配置されることを特徴とする請求項９記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマからラジカルを選択的に通過させるラジカル選択装置及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラジカルを利用する成膜処理やドライエッチング処理等のプラズマ処理において陽イオンが基板へ到達すると、該陽イオンによって基板上の膜がスパッタされて損傷することがあるため、従来、プラズマからラジカルのみを選択的に透過させる手段が開発されている。このような手段としては、プラズマソースと基板の間に２枚のプレートを配置し、該２枚のプレートを重ねた状態で一方のプレートの貫通孔が他方のプレートの貫通孔と重ならないように各プレートの貫通孔が形成されるプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般に陽イオンは基板を載置するサセプタに生じるバイアス電圧によって引き寄せられるため、直線的に移動する一方、ラジカルは電気的に中性であるため、バイアス電圧によって引かれず、ランダム的に移動する。したがって、一方のプレートの貫通孔が他方のプレートの貫通孔と重ならない場合、一方のプレートの貫通孔を通過した陽イオンは他方のプレートに衝突して他方のプレートの貫通孔を通過できないが、一方のプレートの貫通孔を通過したラジカルは直線的に移動しないため、他方のプレートの貫通孔を通過する可能性があり、その結果、プラズマからラジカルを選択的に通過させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０８６４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年、ラジカルを用いたプラズマ処理の効率を向上させるために、プラズマソースにて密度の高いプラズマを生じさせると、陽イオンの密度も高くなるため、上述した２枚のプレートを通過する陽イオンの発生確率が高まり、基板上の膜が陽イオンによって損傷するおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、プラズマを閉じ込めてプラズマからラジカルのみを確実に選択的に通過させることができるラジカル選択装置及び基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１記載のラジカル選択装置は、プラズマからラジカルを選択的に通過させるラジカル選択装置であって、第１の遮蔽板と、プラズマソースとの間に前記第１の遮蔽板を介在させるように配置される第２の遮蔽板とを備え、前記第１の遮蔽板は当該第１の遮蔽板を厚み方向に貫通する複数の第１の貫通孔を有し、前記第２の遮蔽板は当該第２の遮蔽板を厚み方向に貫通する複数の第２の貫通孔を有し、前記第１の遮蔽板には第１の直流電圧が印加され、前記第２の遮蔽板には第２の直流電圧が印加され、前記第１の直流電圧の極性と前記第２の直流電圧の極性とは異なることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載のラジカル選択装置は、請求項１記載のラジカル選択装置において、前記第１の遮蔽板側から眺めたときに、前記第１の貫通孔を通して前記第２の貫通孔が見えないように、前記第１の遮蔽板及び前記第２の遮蔽板が配置されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載のラジカル選択装置は、請求項１又は２記載のラジカル選択装置において、前記第１の貫通孔の最大幅は、前記第１の遮蔽板の表面に発生するシースの厚さの２倍以下であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載のラジカル選択装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のラジカル選択装置において、前記第１の直流電圧の極性と、前記第２の直流電圧の極性は変更することができることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載のラジカル選択装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のラジカル選択装置において、前記第１の直流電圧の極性は負であることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載のラジカル選択装置は、請求項５記載のラジカル選択装置において、前記
第１の遮蔽板は、高周波電力が供給される電極板と平行に配されて当該電極と平行平板電
極をなすことを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載のラジカル選択装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のラジカル選択装置において、前記プラズマソースと、プラズマ処理が施される基板との間の空間を囲むように配置されることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項８記載の基板処理装置は、プラズマ処理が施される基板を収容する収容室と、プラズマソースと、前記収容室内に配置されるプラズマからラジカルを選択的に通過させるラジカル選択装置とを備える基板処理装置であって、前記ラジカル選択装置は、前記プラズマソース及び前記基板の間に介在する第１の遮蔽板と、前記プラズマソースとの間に前記第１の遮蔽板を介在させるように配置される第２の遮蔽板とを有し、前記第１の遮蔽板は当該第１の遮蔽板を厚み方向に貫通する複数の第１の貫通孔を有し、前記第２の遮蔽板は当該第２の遮蔽板を厚み方向に貫通する複数の第２の貫通孔を有し、前記第１の遮蔽板には第１の直流電圧が印加され、前記第２の遮蔽板には第２の直流電圧が印加され、前記第１の直流電圧の極性と前記第２の直流電圧の極性とは異なることを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項９記載の基板処理装置は、プラズマ処理が施される基板を収容する収容室を備え、該収容室内に電極を兼ねる前記基板の載置台及び該載置台と対向し且つ高周波電源が接続される対向電極が配置される基板処理装置であって、前記載置台及び前記対向電極の間の処理空間に面するように配置される第１の遮蔽板と、前記処理空間との間に前記第１の遮蔽板を介在させるように配置される第２の遮蔽板とを備え、前記第１の遮蔽板は当該第１の遮蔽板を厚み方向に貫通する複数の第１の貫通孔を有し、前記第２の遮蔽板は当該第２の遮蔽板を厚み方向に貫通する複数の第２の貫通孔を有し、前記第１の遮蔽板には第１の直流電圧が印加されるとともに、前記第２の遮蔽板には第２の直流電圧が印加され、前記第１の直流電圧の極性と前記第２の直流電圧の極性とは異なり、前記第１の遮蔽板には第１のインピーダンス調整回路が接続されるとともに、前記載置台には第２のインピーダンス調整回路が接続され、前記高周波電源が供給する高周波電力に起因する高周波電流が前記処理空間を流れる際、前記第１のインピーダンス調整回路及び前記第２のインピーダンス調整回路は前記第１の遮蔽板へ向かう前記高周波電流及び前記載置台へ向かう前記高周波電流をそれぞれ制御することを特徴とする。
【００１６】
請求項１０記載の基板処理装置は、請求項９記載の基板処理装置において、前記第１の遮蔽板及び前記第２の遮蔽板は前記処理空間を囲むように配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、第１の遮蔽板に印加される第１の直流電圧の極性と、プラズマソースとの間に第１の遮蔽板を介在させるように配置される第２の遮蔽板に印加される第２の直流電圧の極性とは異なる。例えば、第１の直流電圧の極性が負であって、第２の直流電圧の極性が正である場合、第１の遮蔽板における第１の貫通孔以外の部分と対向する陽イオンは第１の遮蔽板に引き込まれて電気的に中和され、第１の遮蔽板に留まり、第１の貫通孔と対向する陽イオンは第１の貫通孔を通過した後、第２の遮蔽板から反発力を受けるため、第２の貫通孔を通過しないとともに、第１の遮蔽板における第１の貫通孔以外の部分と対向する電子は第１の遮蔽板から反発力を受けて第１の遮蔽板から遠ざかり、第１の貫通孔と対向する電子は第１の貫通孔を通過した後、第２の遮蔽板に引き込まれて消失する。また、第１の直流電圧の極性が正であって、第２の直流電圧の極性が負である場合、第１の遮蔽板における第１の貫通孔以外の部分と対向する電子は第１の遮蔽板に引き込まれて消失し、第１の貫通孔と対向する電子は第１の貫通孔を通過した後、第２の遮蔽板から反発力を受けるため、第２の貫通孔を通過しないとともに、第１の遮蔽板における第１の貫通孔以外の部分と対向する陽イオンは第１の遮蔽板から反発力を受けて第１の遮蔽板から遠ざかり、第１の貫通孔と対向する陽イオンは第１の貫通孔を通過した後、第２の遮蔽板に引き込まれて電気的に中和され、第２の遮蔽板に留まる。したがって、プラズマ中の陽イオン、電子はラジカル選択装置を通過しない。一方、プラズマ中のラジカルは電気的に中性であるため、第１の遮蔽板や第２の遮蔽板に引き込まれることがなく、且つ第１の遮蔽板や第２の遮蔽板から反発力を受けることもない。その結果、プラズマを閉じ込めてプラズマからラジカルのみを確実に選択的に通過させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１における白抜きの矢印に沿ってラジカルフィルタを眺めた場合における上部貫通孔及び下部貫通孔の位置関係を示す部分拡大平面図である。
【図３】静電気力効果を説明するためのラジカルフィルタの部分拡大図であり、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は上部シールドプレートに負の直流電圧を印加し、下部シールドプレートに正の直流電圧を印加する場合を示す図であり、図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）は上部シールドプレートに正の直流電圧を印加し、下部シールドプレートに負の直流電圧を印加する場合を示す図である。
【図４】図１における上部シールドプレートの表面及び上部貫通孔の側面に発生するシースの様子を説明するためのラジカルフィルタの拡大部分断面図である。
【図５】上部シールドプレートと下部シールドプレートの間に進入したプラズマに作用するローレンツ力効果を説明するためのラジカルフィルタの部分拡大図であり、図５（Ａ）は上部シールドプレート及び下部シールドプレートの間におけるプラズマ中の陽イオンの動きを示す図であり、図５（Ｂ）は上部シールドプレート及び下部シールドプレートの間におけるプラズマ中の電子の動きを示す図である。
【図６】図１の基板処理装置の第１の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【図７】図１の基板処理装置の第２の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【図８】図１の基板処理装置の第３の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【図９】図１の基板処理装置の第４の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【図１０】図１の基板処理装置の第５の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【図１１】第４の変形例及び第５の変形例におけるＬＣ回路の変形例を示す図であり、図１１（Ａ）は並列型ＬＣ回路を示し、図１１（Ｂ）はπ型ＬＣ回路を示し、図１１（Ｃ）はＴ型ＬＣ回路を示す。
【図１２】図１の基板処理装置の第６の変形例の構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００２１】
図１において、基板処理装置１０は、基板としてのウエハＷを収容する、接地された円筒状のチャンバ１１（収容室）と、該チャンバ１１の底部に配置されてウエハＷを載置する載置台１２と、チャンバ１１の天井部に載置台１２と対向するように配置されるプラズマソースとしてのプラズマジェネレータ１３と、載置台１２及びプラズマ発生装置１３の間の処理空間Ｓに配置されるラジカルフィルタ１４（ラジカル選択装置）と、処理空間Ｓに向けて処理ガスを導入する不図示の処理ガス導入部と、処理空間Ｓを含むチャンバ１１の内部のガスを排気する排気管１５とを備える。
【００２２】
基板処理装置１０は、導入された処理ガスからプラズマジェネレータ１３によってプラズマを生じさせ、該プラズマ中のラジカルを利用してウエハＷ上へ結晶性の膜、例えば、ＧａＮエピタキシャル膜を成膜する。
【００２３】
プラズマジェネレータ１３は、互いに溝状空間を間に挟んで対峙する複数の導電体１３ａ，１３ｂからなる電極であり、第１の高周波電源１６ａに接続された複数の導電体１３ａと、第２の高周波電源１６ｂに接続され且つ各導電体１３ａの間に配置される複数の導電体１３ｂとを有する。第２の高周波電源１６ｂは、第１の高周波電源１６ａが供給する高周波電力とは逆位相の高周波電力を供給するので、隣接する導電体１３ａ，１３ｂのそれぞれに供給される高周波電力の位相は逆となり、導電体１３ａ及び導電体１３ｂの間には電界が生じ、該電界によって処理ガスからプラズマＰが生成される。その結果、プラズマジェネレータ１３では隣接する導電体１３ａ，１３ｂの間においてプラズマＰが生成される。
【００２４】
ラジカルフィルタ１４は、プラズマジェネレータ１３と対向するように配置される、導電体、例えば、アルミからなる上部シールドプレート１７（第１の遮蔽板）と、プラズマジェネレータ１３との間に上部シールドプレート１７を介在させるように配置される、導電体、例えば、アルミからなる下部シールドプレート１８（第２の遮蔽板）とを有する。
【００２５】
上部シールドプレート１７及び下部シールドプレート１８の、少なくともラジカルと接触しうる部分の表面は、セラミックス（例えば、アルミナ等）などの誘電性の材料でコーティングされていることが望ましい。これにより、表面に露出する導電体との接触によってラジカルが失活するのを防止することができる。上記コーティングには、溶射などの既存の方法を用いることが出来る。但し、後述するように、シールドプレートにおいてラジカルのみの選択的通過の実現に静電気力効果を用いる場合、上部のシールドプレート及び下部のシールドプレートには直流電圧を印加するので、コーティングの厚さを厚くし過ぎると電界が弱まり、静電気力効果が抑制されてしまう。したがって、静電気力効果を抑制しない程度の厚さに留めておく必要がある。
【００２６】
なお、本実施の形態では、上部シールドプレート１７及び下部シールドプレート１８が互いに平行に配置される。上部シールドプレート１７には、当該上部シールドプレート１７を厚み方向に貫通する多数の上部貫通孔１７ａ（第１の貫通孔）が形成され、下部シールドプレート１８には、当該下部シールドプレート１８を厚み方向に貫通する多数の下部貫通孔１８ａ（第２の貫通孔）が形成される。
【００２７】
また、上部シールドプレート１７には第１の直流電源１９ａが接続されて、該第１の直流電源１９ａは負の直流電圧を上部シールドプレート１７に印加する。下部シールドプレート１８には第２の直流電源１９ｂが接続されて、該第２の直流電源１９ｂは正の直流電圧を下部シールドプレート１８に印加する。
【００２８】
なお、上部シールドプレート１７及び下部シールドプレート１８への直流電圧の印加の形態はこれに限られず、上部シールドプレート１７へ印加される直流電圧の極性と下部シールドプレート１８へ印加される直流電圧の極性とが異なればよく、例えば、上部シールドプレート１７へ正の直流電圧が印加され、下部シールドプレート１８へ負の直流電圧が印加されてもよい。
【００２９】
図２は、図１における白抜きの矢印に沿ってラジカルフィルタを眺めた場合における上部貫通孔及び下部貫通孔の位置関係を示す部分拡大平面図である。
【００３０】
ラジカルフィルタ１４を上部シールドプレート１７側から眺めたとき、図２に示すように、上部貫通孔１７ａの位置が下部貫通孔１８ａの位置と重ならず、上部貫通孔１７ａを通して下部貫通孔１８ａを見ることができない。すなわち、上部貫通孔１７ａを上部シールドプレート１７に対してほぼ垂直に通過する粒子は確実に下部貫通孔１８ａへ衝突する。また、プラズマからはウエハＷ上の膜に損傷を与えるおそれがある紫外線などの光も発せられるが、ラジカルフィルタ１４では、上部貫通孔１７ａを通過する光が下部シールドプレート１８によって遮られる。
【００３１】
本実施の形態では、ラジカルフィルタ１４は以下に説明する３つの効果（静電気力効果、シース効果、ローレンツ力効果）によってプラズマＰからラジカルのみを選択的に通過させる。
【００３２】
まず、静電気力効果について図３（Ａ）乃至図３（Ｄ）を用いて説明する。
【００３３】
例えば、第１の直流電源１９ａが上部シールドプレート１７に負の直流電圧を印加し、第２の直流電源１９ｂが下部シールドプレート１８に正の直流電圧を印加する場合、上部シールドプレート１７の上部貫通孔１７ａ以外の部分と対向するプラズマＰ中の陽イオンＩの極性は上部シールドプレート１７に印加される直流電圧の極性と異なるため、当該陽イオンＩは静電気力によって上部シールドプレート１７へ引き込まれ、上部シールドプレート１７に接触すると当該上部シールドプレート１７に捕捉された後に電気的に中和されて上部シールドプレート１７に留まる。また、仮に、陽イオンＩが捕捉されずにシールドプレート１７の表面で跳ね返されたとしても、当該陽イオンＩは既に電気的に中和されて電荷を失っているので、電界から静電気力の作用を受けて再びウエハＷの方へ引き込まれることはなく、ウエハＷ上の膜に損傷を与えることも無い。また、上部貫通孔１７ａと対向する陽イオンＩの極性は下部シールドプレート１８に印加される直流電圧の極性と同じであるため、当該陽イオンＩはシールドプレート１７と衝突せずに上部貫通孔１７ａを通過した場合には、下部シールドプレート１８から静電気力による反発力を受けて上部シールドプレート１７へ向けて押し戻される。その結果、当該陽イオンＩは下部シールドプレート１８の下部貫通孔１８ａを通過しない（図３（Ａ））。
【００３４】
一方、上部シールドプレート１７の上部貫通孔１７ａ以外の部分と対向するプラズマＰ中の電子Ｅの極性は上部シールドプレート１７に印加される直流電圧の極性と同じであるため、当該電子Ｅは上部シールドプレート１７から静電気力による反発力を受けてプラズマジェネレータ１３へ向けて押し戻される。また、上部貫通孔１７ａと対向する電子Ｅの極性は下部シールドプレート１８に印加される直流電圧の極性と異なるため、当該電子Ｅは上部貫通孔１７ａを通過した後、静電気力によって下部シールドプレート１８へ引き込まれ、下部シールドプレート１８に接触すると電気的に中和されて消失する（図３（Ｂ））。
【００３５】
また、例えば、第１の直流電源１９ａが上部シールドプレート１７に正の直流電圧を印加し、第２の直流電源１９ｂが下部シールドプレート１８に負の直流電圧を印加する場合、上部シールドプレート１７の上部貫通孔１７ａ以外の部分と対向する陽イオンＩの極性は上部シールドプレート１７に印加される直流電圧の極性と同じであるため、当該陽イオンＩは上部シールドプレート１７から静電気力による反発力を受けてプラズマジェネレータ１３へ向けて押し戻される。また、上部貫通孔１７ａと対向する陽イオンＩの極性は下部シールドプレート１８に印加される直流電圧の極性と異なるため、当該陽イオンＩは上部貫通孔１７ａを通過した後、静電気力によって下部シールドプレート１８へ引き込まれ、下部シールドプレート１８に接触すると当該下部シールドプレート１８に捕捉された後に電気的に中和されて下部シールドプレート１８に留まる（図３（Ｃ））。
【００３６】
一方、上部シールドプレート１７の上部貫通孔１７ａ以外の部分と対向する電子Ｅの極性は上部シールドプレート１７に印加される直流電圧の極性と異なるため、当該電子Ｅは静電気力によって上部シールドプレート１７へ引き込まれ、上部シールドプレート１７に接触すると電気的に中和されて消失する。また、上部貫通孔１７ａと対向する電子Ｅの極性は下部シールドプレート１８に印加される直流電圧の極性と同じであるため、当該電子Ｅは上部貫通孔１７ａを通過した後、下部シールドプレート１８から静電気力による反発力を受けて上部シールドプレート１７へ向けて押し戻される。その結果、当該電子Ｅは下部シールドプレート１８の下部貫通孔１８ａを通過しない（図３（Ｄ））。
【００３７】
したがって、上部シールドプレート１７へ印加される直流電圧の極性と下部シールドプレート１８へ印加される直流電圧の極性とが異なれば、プラズマＰ中の陽イオンＩ、電子Ｅがラジカルフィルタ１４を通過するのを防止することができる。
【００３８】
一方、プラズマＰ中のラジカルは電気的に中性であるため、上部シールドプレート１７や下部シールドプレート１８に静電気力によって引き込まれることがなく、且つ上部シールドプレート１７や下部シールドプレート１８から静電気力による反発力を受けることもない。その結果、プラズマＰからラジカルのみを確実に選択的に通過させることができる。
【００３９】
次に、シース効果について図４を用いて説明する。
【００４０】
通常、プラズマに対向する物体の表面には電界を伴うシースが発生するため、上部シールドプレート１７を構成する導電体の表面にもシースが発生する。シースは空間電離層であり、シース中の電界により陽イオンを導電体に向かう方向に加速し、電子を導電体から遠ざかる方向に加速するが、導電体に負の電位を印加することによってシースをさらに厚くすることができる。シースとプラズマとの接合部では空間電位の勾配が急激に変わるが、通常、物体の表面からプラズマとの接合部までの間のシースの領域をシースの厚みとして考える。簡易的には、発光するプラズマと物体の表面との間の発光が著しく弱い領域をシースとみなす。
【００４１】
本実施の形態では、第１の直流電源１９ａから上部シールドプレート１７へ負の直流電圧を印加することによって上部シールドプレート１７の表面に発生するシースの厚さを増加させる。
【００４２】
図４は、図１における上部シールドプレートの表面及び上部貫通孔の側面に発生するシースの様子を説明するためのラジカルフィルタの拡大部分断面図である。
【００４３】
図４において、負の直流電圧が印加された上部シールドプレート１７の表面にはシース２０が発生する。シース２０は厳密には、プラズマジェネレータ１３が発生させたプラズマＰに起因して発生した部分２０ａと、上部シールドプレート１７に印加される負の直流電圧に起因して発生した部分２０ｂとからなる。部分２０ｂの厚さは印加される負の直流電圧の値に応じて変化するため、上部シールドプレート１７へ印加される負の直流電圧を調整することによってシース２０の厚さを制御することができる。
【００４４】
本実施の形態では、シース２０の厚さδが上部貫通孔１７ａの最大幅ｄの半分以上となるように、上部シールドプレート１７へ印加される負の直流電圧の値が調整される。これにより、上部貫通孔１７ａが、上部シールドプレート１７の表面に発生するシース２０、より具体的には、上部貫通孔１７ａの両側面に発生するシース２０で塞がれる。
【００４５】
ここで、上部貫通孔１７ａへ進入しようとする陽イオンＩはシース２０によって上部貫通孔１７ａの側壁へ向けて加速され、当該側面へ引き込まれる。また、上部貫通孔１７ａへ進入しようとする電子Ｅはシース２０によって上部シールドプレート１７から遠ざかるように加速され、上部貫通孔１７ａから押し戻される。
【００４６】
したがって、シース２０の厚さδを上部貫通孔１７ａの最大幅ｄの半分以上、換言すれば、上部貫通孔１７ａの最大幅ｄをシース２０の厚さの２倍以下にすれば、陽イオンＩ、電子Ｅが上部貫通孔１７ａを通過するのを防止することができる。
【００４７】
次に、ローレンツ力効果について図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を用いて説明する。 ローレンツ力効果は、上述した静電気力効果及びシース効果と作用形態が異なるが、ラジカルフィルタ１４を通り抜けて処理空間Ｓに進入しようとするプラズマを阻止する効果である。
【００４８】
ここで、粒子に作用するローレンツ力Ｆは、一般的に下記式（１）で表わされる。
Ｆ＝ｑ（Ｅ＋ｖ×Ｂ）  ・・・  （１）
ｑは電荷、Ｅは電界、ｖは粒子の速度、Ｂは磁界である。本実施の形態では磁場が存在しないため、電界に起因するローレンツ力のみが粒子に作用する。
【００４９】
ラジカルフィルタ１４では、上部シールドプレート１７及び下部シールドプレート１８へ極性が異なる直流電圧が印加されているため、上部シールドプレート１７及び下部シールドプレート１８の間には、上部シールドプレート１７及び下部シールドプレート１８に垂直な向きを有する電界（以下「垂直電界」という。）が発生する。ここで、上部貫通孔１７ａを通過して上部シールドプレート１７及び下部シールドプレート１８の間にプラズマが進入すると、プラズマ中で自由な方向に運動している陽イオン及び電子に垂直電界が作用してローレンツ力により、特定の方向に引っ張られる。このとき、陽イオンと電子では電荷が異なるため互いに反対の方向、すなわち、イオンＩは上部シールドプレート１７ａに引っ張られる一方、電子Ｅは下部シールドプレート１８ａに引っ張られてプラズマが分極する。分極したプラズマは両極性拡散が阻止される、すなわち、イオンＩや電子Ｅは上部シールドプレート１７及び下部シールドプレート１８の間に留まるため、上部シールドプレート１７及び下部シールドプレート１８の間で分極したプラズマは、もはや、下部プレート１８の下部貫通孔１８ａを透過して処理空間Ｓに進入することはない。
【００５０】
上述したように、本実施の形態では磁場が存在しないため、電界に起因するローレンツ力のみが粒子に作用する場合の効果を説明したが、垂直電界に直交し且つ上部シールドプレート１７などに平行な成分を有する磁場をさらに印加した場合には、プラズマ中の陽イオン及び電子は電界と磁場に直交し且つ上部シールドプレート１７等に平行な方向に、それぞれ逆の方向へドリフトするので、プラズマが下部シールドプレート１８の下部貫通孔１８ａを通過して処理空間Ｓに進入するのをより効果的に防ぐことが出来る。
【００５１】
一方、ラジカルは電気的に中性であるため、上部シールドプレート１７及び下部シールドプレート１８の電界に起因するローレンツ力を受けることもない。その結果、プラズマＰからラジカルのみを確実に選択的に通過させることができる。
【００５２】
本実施の形態に係るラジカルフィルタ１４によれば、上部シールドプレート１７へ負の直流電圧が印加され、下部シールドプレート１８へ正の直流電圧が印加されるため、上述した３つの効果（静電気力効果、シース効果、ローレンツ力効果）によって陽イオンＩや電子Ｅがラジカルフィルタ１４を通過するのを防止することができ、もって、プラズマＰをラジカルフィルタ１４の上部に閉じ込めてプラズマＰからラジカルのみを確実に選択的に通過させることができる。
【００５３】
また、プラズマＰは紫外線を発し、該紫外線がウエハＷ上に成膜されているＧａＮエピタキシャル膜に到達すると、該ＧａＮエピタキシャル膜を変質させることがあるが、ラジカルフィルタ１４では、当該ラジカルフィルタ１４を上部シールドプレート１７側から眺めたとき、上部シールドプレート１７の上部貫通孔１７ａを通して下部シールドプレート１８の下部貫通孔１８ａを見ることができないので、プラズマＰから発せられた紫外線はラジカルフィルタ１４を通過することがない。その結果、紫外線によってＧａＮエピタキシャル膜が変質するのを防止することができる。
【００５４】
上述したラジカルフィルタ１４では、上部シールドプレート１７及び下部シールドプレート１８へ極性が異なる直流電圧を印加したが、上部シールドプレート１７及び下部シールドプレート１８の間の電位差（以下、「プレート間電位差」という。）の絶対値は、プラズマジェネレータ１３の出力に応じて変化させるのが好ましい。
【００５５】
具体的には、導電体１３ａ，１３ｂに供給される高周波電力の値が大きいほど、プレート間電位差の絶対値を大きく設定する。導電体１３ａ，１３ｂに供給される高周波電力の値が大きいと、発生するプラズマＰの量が多くなり、陽イオンＩや電子Ｅの量も多くなって陽イオンＩや電子Ｅがラジカルフィルタ１４を通過する可能性が高まるが、プレート間電位差の絶対値が大きいと、上部シールドプレート１７及び下部シールドプレート１８の間に発生する電界が強くなり、上部シールドプレート１７及び下部シールドプレート１８の間に進入した陽イオンＩや電子Ｅに作用するローレンツ力が大きくなるとともに、陽イオンＩや電子Ｅのそれぞれに関して上部シールドプレート１７又は下部シールドプレート１８との電位差を大きくすることができるため、陽イオンＩや電子Ｅのそれぞれに作用する上部シールドプレート１７又は下部シールドプレート１８からの静電気力も大きくなる。すなわち、上述したローレンツ力効果や静電気力効果を有効に活用することができる。その結果、陽イオンＩや電子Ｅの量が多くなっても陽イオンＩや電子Ｅがラジカルフィルタ１４を通過するのを防止することができる。
【００５６】
例えば、本発明者は、後述する図６の基板処理装置２１において上部電極板２３に供給される高周波電力の値を３００Ｗに設定した場合、プレート間電位差の絶対値が５０Ｖ以下であれば、陽イオンＩや電子Ｅがラジカルフィルタ１４を通過するのを確認したが、プレート間電位差の絶対値が１００Ｖ以上であれば、陽イオンＩや電子Ｅがラジカルフィルタ１４を通過しないことを確認した。また、上部電極板２３に供給される高周波電力の値を６００Ｗに設定した場合、プレート間電位差の絶対値が１００Ｖ以下であれば、陽イオンＩや電子Ｅがラジカルフィルタ１４を通過するのを確認したが、プレート間電位差の絶対値が１５０Ｖ以上であれば、陽イオンＩや電子Ｅがラジカルフィルタ１４を通過しないことを確認した。さらに、上部電極板２３に供給される高周波電力の値を９００Ｗに設定した場合、プレート間電位差の絶対値が２５０Ｖ以下であれば、陽イオンＩや電子Ｅがラジカルフィルタ１４を通過するのを確認したが、プレート間電位差の絶対値が３００Ｖ以上であれば、陽イオンＩや電子Ｅがラジカルフィルタ１４を通過しないことを確認した。
【００５７】
また、プレート間電位差を大きくする際に、上部シールドプレート１７又は下部シールドプレート１８に印加される負の直流電圧の値を大きくすると、当該シールドプレートへ陽イオンＩが勢いよく引き込まれるため、当該シールドプレートがスパッタリングによって消耗したり、当該シールドプレートから２次電子が放出される。したがって、上部シールドプレート１７又は下部シールドプレート１８に印加される負の直流電圧の値は−数１０Ｖ程度に設定するのが好ましい。
【００５８】
上述した上部シールドプレート１７には負の直流電圧及び正の直流電圧のいずれも印加することができるが、負の直流電圧を印加するのが好ましい。これにより、上部シールドプレート１７の表面に発生するシースの厚さを大きくすることができ、上部貫通孔１７ａをシースによって確実に塞ぐことができる。すなわち、下部シールドプレート１８よりもウエハＷから遠い上部シールドプレート１７において陽イオンＩ及び電子Ｅの通過を防止することができるので、陽イオンＩ及び電子ＥがウエハＷに到達するのを確実に防止することができる。
【００５９】
また、上部シールドプレート１７及び下部シールドプレート１８に印加される直流電圧の極性を時間の経過に応じて変化させてもよい。これにより、陽イオンＩを引き込むシールドプレートを変更することができるので、陽イオンＩの引き込みに伴うスパッタリングによって一方のシールドプレートのみが消耗するのを防止することができ、もって、ラジカルフィルタ１４の寿命を長くすることができる。
【００６０】
以上、本発明について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００６１】
上述した基板処理装置１０では、プラズマソースとして複数の導電体１３ａ，１３ｂを有するプラズマジェネレータ１３が用いられたが、プラズマソースはこれに限られず、他のプラズマソース、例えば、平行平板電極を用いてもよい。
【００６２】
図６は、図１の基板処理装置の第１の変形例の構成を概略的に示す断面図であり、本変形例ではプラズマソースとして平行平板電極を用いる。
【００６３】
図６において、基板処理装置２１は、チャンバ１１の天井部において載置台１２と対向するように配置された、例えば、導電体からなる上部電極板２３を備え、該上部電極板２３は上部シールドプレート１７と平行に配置されるとともに、高周波電源２２が接続され、上部電極板２３へは高周波電力が供給される。ここで、上部シールドプレート１７には負の直流が印加されているため、上部電極板２３及び上部シールドプレート１７の間には電界が生じ、該電界によってプラズマＰが発生する。すなわち、上部電極板２３及び上部シールドプレート１７は平行平板電極をなす。これにより、基板処理装置２１にプラズマソースを設けるために上部電極板２３と平行に配置される他の電極板を新たに設ける必要が無くなり、基板処理装置２１の構成を簡素化することができる。
【００６４】
また、ラジカルフィルタ１４はプラズマジェネレータ１３及び載置台１２の間ではなく、図７に示すように、プラズマジェネレータ１３と、載置台１２に載置されたウエハＷとの間の処理空間Ｓを囲むように配置して該ラジカルフィルタ１４をプラズマ閉じ込め装置として機能させてもよい。ラジカルフィルタ１４は陽イオンＩや電子Ｅを通過させないため、陽イオンＩや電子Ｅを封じ込めることができる。したがって、処理空間Ｓを囲むように配置されたラジカルフィルタ１４は、処理空間Ｓに陽イオンＩを封じ込めて処理空間Ｓにおける陽イオンＩの密度を高めることができる。その結果、ウエハＷへ施されるプラズマ処理、例えば、ドライエッチング処理の効率を向上することができる。
【００６５】
さらに、図８に示すように、ラジカルフィルタ１４を載置台１２の側壁を囲むように配置して排気プレートとして機能させてもよい。これにより、処理空間Ｓから陽イオンＩや電子Ｅが排気管１５へ流入するのを防止することができ、もって、排気ポンプ等が陽イオンＩのスパッタリングによって消耗するのを防止することができる。
【００６６】
なお、図７及び図８におけるラジカルフィルタ１４を備えた基板処理装置の変形例においても、プラズマソースはプラズマジェネレータ１３に限らず、図６の基板処理装置と同様に、平行平板電極を用いたプラズマ発生装置やその他の方法を用いたプラズマ発生装置であってもよい。
【００６７】
例えば、図９に示すように、基板処理装置２６が、高周波電源２２が接続される上部電極板２３（対向電極）及び載置台１２からなる平行平板電極を備える場合、上部電極板２３及び載置台１２の間の処理空間Ｓを囲むように配置されたラジカルフィルタ２７を備えてもよい。
【００６８】
ラジカルフィルタ２７は、処理空間Ｓに面する円筒状の内側シールドプレート２８（第１の遮蔽板）と、処理空間Ｓとの間に内側シールドプレート２８を介在させるように配置される円筒状の外側シールドプレート２９（第２の遮蔽板）とを有し、内側シールドプレート２８及び外側シールドプレート２９はともに導電体、例えば、アルミからなる。
【００６９】
内側シールドプレート２８及び外側シールドプレート２９は同軸に配置され、内側シールドプレート２８には、当該内側シールドプレート２８を厚み方向に貫通する多数の内側貫通孔２８ａ（第１の貫通孔）が形成され、外側シールドプレート２９には、当該外側シールドプレート２９を厚み方向に貫通する多数の外側貫通孔２９ａ（第２の貫通孔）が形成される。
【００７０】
また、内側シールドプレート２８には第１の直流電源１９ａが接続されて、該第１の直流電源１９ａは負の直流電圧を内側シールドプレート２８に印加し、外側シールドプレート２９には第２の直流電源１９ｂが接続されて、該第２の直流電源１９ｂは正の直流電圧を外側シールドプレート２９に印加する。なお、内側シールドプレート２８へ正の直流電圧が印加され、外側シールドプレート２９へ負の直流電圧が印加されてもよい。
【００７１】
ラジカルフィルタ２７を内側シールドプレート２８側から眺めたとき、内側貫通孔２８ａの位置が外側貫通孔２９ａの位置と重ならず、内側貫通孔２８ａを通して外側貫通孔２９ａを見ることができない。
【００７２】
以上の構成により、ラジカルフィルタ２７は、ラジカルフィルタ１４と同様に、処理空間Ｓのプラズマからラジカルのみを選択的に通過させ、結果として陽イオンＩや電子Ｅを処理空間Ｓに封じ込めることにより、プラズマを処理空間Ｓに閉じ込める。
【００７３】
ところで、平行平板電極を用いたプラズマ発生装置をプラズマソースとして用いた場合、下部電極として機能する載置台と上部電極板の間の処理空間においてプラズマは均一に分布せず、通常、載置台に載置されたウエハの中心や上部電極板の中心に対向する部分、すなわち、処理空間の中心のプラズマ密度が高くなることが知られている。このような場合、ラジカルフィルタ２７をプラズマ密度分布制御装置として機能させることができる。プラズマ密度分布制御装置として機能するラジカルフィルタ２７では、内側シールドプレート２８へ第１のＬＣ回路３０（第１のインピーダンス調整回路）が第１の直流電源１９ａと並列に接続されて内側シールドプレート２８は第１のＬＣ回路３０を介して接地する。また、載置台１２には第２のＬＣ回路３１（第２のインピーダンス調整回路）が接続されて載置台１２は第２のＬＣ回路３１を介して接地する。
【００７４】
第１のＬＣ回路３０及び第２のＬＣ回路３１はそれぞれ直列に接続されたコイルＬと可変コンデンサＣからなり、可変コンデンサＣの容量を変化させることによって第１のＬＣ回路３０や第２のＬＣ回路３１のインピーダンスを調整する。
【００７５】
基板処理装置２６において処理空間Ｓに高周波電源２２から供給される高周波電力に起因するプラズマが発生する際、該処理空間Ｓには高周波電流が流れるが、内側シールドプレート２８及び載置台１２はそれぞれ第１のＬＣ回路３０及び第２のＬＣ回路３１を介して接地されているので、処理空間Ｓの高周波電流は内側シールドプレート２８へ向かう第１の高周波電流３２と、載置台１２へ向かう第２の高周波電流３３へ分流する。
【００７６】
このとき、第１の高周波電流３２の値は第１のＬＣ回路３０のインピーダンスによって左右され、第２の高周波電流３３の値は第２のＬＣ回路３１のインピーダンスによって左右される。また、プラズマ密度は高周波電流の値の大小に対応して増減するので、処理空間Ｓの周縁におけるプラズマ密度は第１の高周波電流３２によって左右され、処理空間Ｓの中心におけるプラズマ密度は第２の高周波電流３３によって左右される。したがって、第１のＬＣ回路３０及び第２のＬＣ回路３１のインピーダンスを調整することにより、第１の高周波電流３２及び第２の高周波電流３３を制御して処理空間Ｓにおけるプラズマ密度の分布を制御することができる。
【００７７】
基板処理装置２６では、第２の高周波電流３３よりも第１の高周波電流３２が大きくなるように第１のＬＣ回路３０及び第２のＬＣ回路３１のインピーダンスの比が調整されて処理空間Ｓにおけるプラズマ密度の分布が均一化される。
【００７８】
また、図１０に示すように、ラジカルフィルタ２７、すなわち、内側シールドプレート２８及び外側シールドプレート２９を載置台１２の側壁を囲むように配置して排気プレートとして機能させてもよい。この場合、内側シールドプレート２８及び外側シールドプレート２９は互いに重なるように配置された環状の導電体からなるが、ラジカルフィルタ２７は処理空間Ｓから陽イオンＩや電子Ｅが排気管１５へ流入するのを防止することができるとともに、第１のＬＣ回路３０及び第２のＬＣ回路３１のインピーダンスを調整することにより、第１の高周波電流３２や第１の高周波電流３２を制御して処理空間Ｓにおけるプラズマ密度の分布を制御することができる。
【００７９】
なお、第１のＬＣ回路３０や第２のＬＣ回路３１は、直列に接続されたコイルＬと可変コンデンサＣからなる直列型ＬＣ回路に限られず、例えば、コイルＬと可変コンデンサＣが並列に接続された並列型ＬＣ回路（図１１（Ａ）参照）、１つのコイルＬの両端のそれぞれに可変コンデンサＣが接続されたπ型ＬＣ回路（図１１（Ｂ）参照）、若しくは直列に接続された２つのコイルＬの中間点に可変コンデンサＣが接続されたＴ型ＬＣ回路（図１１（Ｃ）参照）であってもよい。
【００８０】
また、上述した基板処理装置１０では、３つの効果（静電気力効果、シース効果、ローレンツ力効果）を利用してラジカルフィルタ１４がプラズマＰからラジカルのみを選択的に通過させたが、上述した３つの効果のうち１つのみを利用してもラジカルのみを選択的に通過させることができるため、例えば、シース効果のみを利用する場合、図１２に示すように、ラジカルフィルタを導電体、例えば、アルミからなる１枚のシールドプレート２４で構成してもよい。
【００８１】
シールドプレート２４には、当該シールドプレート２４を厚み方向に貫通する多数の貫通孔２４ａが形成されるとともに、直流電源２５が接続されて、該直流電源２５は負の直流電圧をシールドプレート２４に印加する。このとき、シールドプレート２４の表面には厚いシースが生じるが、貫通孔２４ａの最大幅を当該シースの厚さの２倍以下にすれば、貫通孔２４ａは当該貫通孔２４ａの両側面に発生するシースで塞がれるため、陽イオンＩや電子Ｅが貫通孔２４ａを通過するのを防止することができる。その結果、１枚のシールドプレート２４で構成されるラジカルフィルタであっても、ラジカルのみを選択的に通過させることができる。
【００８２】
なお、上述した上部シールドプレート１７の上部貫通孔１７ａ、下部シールドプレート１８の下部貫通孔１８ａ及びシールドプレート２４の貫通孔２４ａの断面形状は特に限られず、円形、矩形等いずれの形状であってもよい。
【符号の説明】
【００８３】
Ｅ  電子
Ｉ  陽イオン
Ｐ  プラズマ
Ｗ  ウエハ
１０，２１，２６  基板処理装置
１１  チャンバ
１２  載置台
１３  プラズマジェネレータ
１４，２７  ラジカルフィルタ
１７  上部シールドプレート
１７ａ  上部貫通孔
１８  下部シールドプレート
１８ａ  下部貫通孔
１９ａ  第１の直流電源
１９ｂ  第２の直流電源
２０  シース
２８  内側シールドプレート
２９  外側シールドプレート
３０  第１のＬＣ回路
３１  第２の高周波電流
【図１】
2013084552.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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