WO2008010520A1

WO2008010520A1 - panneau de douche, SON PROCÉDÉ DE FABRICATION, appareil de traitement au plasma utilisant le panneau de douche, PROCÉDÉ de traitement au plasma, et procédé de fabrication de dispositif électronique

Info

Publication number: WO2008010520A1
Application number: PCT/JP2007/064191
Authority: WO
Inventors: Masahiro Okesaku; Tetsuya Goto; Tadahiro Ohmi; Kiyotaka Ishibashi
Original assignee: Tokyo Electron Limited; National University Corporation Tohoku University
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2008-01-24
Also published as: JP5463536B2; US20090311869A1; JP2008047883A; KR20090037466A; TWI411360B; TW200822814A; CN101491164A; KR101094979B1

Description

明細書

シャワープレート及びその製造方法、並びにそのシャワープレートを用いたプラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び電子装置の製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、プラズマ処理装置とくにマイクロ波プラズマ処理装置に使用するシャヮ一プレート及びその製造方法、並びにそのシャワープレートを用いたプラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び電子装置の製造方法に関する。

背景技術

[0002] プラズマ処理工程及びプラズマ処理装置は、近年のいわゆるディープサブミクロン素子あるいはディープサブクォーターミクロン素子と呼ばれる 0. l x m、あるいはそれ以下のゲート長を有する超微細化半導体装置の製造や、液晶表示装置を含む高解像度平面表示装置の製造にとって、不可欠の技術である。

[0003] 半導体装置や液晶表示装置の製造に使われるプラズマ処理装置としては、従来より様々なプラズマの励起方式が使われているが、とくに平行平板型高周波励起ブラズマ処理装置あるいは誘導結合型プラズマ処理装置が一般的である。しかしこれら従来のプラズマ処理装置は、プラズマ形成が不均一であり、電子密度の高い領域が限定されているため大きな処理速度、すなわちスループットで被処理基板全面にわたり均一なプロセスを行うのが困難である問題点を有している。この問題は、とくに大径の基板を処理する場合に深刻になる。し力もこれら従来のプラズマ処理装置では、電子温度が高いため被処理基板上に形成される半導体素子にダメージが生じ、また処理室壁のスパッタリングによる金属汚染が大きいなど、レ、くつかの本質的な問題を有している。このため、従来のプラズマ処理装置では、半導体装置や液晶表示装置のさらなる微細化及びさらなる生産性の向上に対する厳しい要求を満たすことが困難になりつつある。

[0004] これに対して、従来より直流磁場を用いずにマイクロ波電界により励起された高密度プラズマを使うマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている。例えば、均一なマイクロ波を発生するように配列された多数のスロットを有する平面状のアンテナ（ラジアルラインスロットアンテナ）から処理室内にマイクロ波を放射し、このマイクロ波電界により処理室内のガスを電離してプラズマを励起させる構成のプラズマ処理装置が提案されている (例えば特許文献 1を参照）。このような手法で励起されたマイクロ波ブラズマではアンテナ直下の広い領域にわたって高いプラズマ密度を実現でき、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能である。し力力、かる手法で形成されたマイク口波プラズマではマイクロ波によりプラズマを励起するため電子温度が低ぐ被処理基板のダメージや金属汚染を回避することができる。さらに大面積基板上にも均一なプラズマを容易に励起できるため、大口径半導体基板を使った半導体装置の製造ェ程や大型液晶表示装置の製造にも容易に対応できる。

[0005] これらのプラズマ処理装置においては、通常、処理室内にプラズマ励起用ガスを均一に供給するために、複数のガス放出孔を備えたシャワープレートが使用されている。し力、し、シャワープレートの使用によって、シャワープレート直下に形成されたプラズマがシャワープレートのガス放出孔に逆流することがある。ガス放出孔にプラズマが逆流すると、異常放電やガスの堆積が発生し、プラズマを励起するためのマイクロ波の伝送効率や歩留まりの劣化が発生してしまうという問題がある。

[0006] このプラズマのガス放出孔への逆流を防止するための手段として、シャワープレートの構造の改良が多く提案されてレ、る。

[0007] 例えば、特許文献 2には、ガス放出孔の孔径をシャワープレートの直下に形成されるプラズマのシース厚の 2倍より小さくすることが有効であることが開示されている。しかし、ガス放出孔の孔径を小さくするだけでは、プラズマの逆流を防止する手段としては不十分である。とくに、ダメージを低減し処理速度を高める目的のために、プラズマ密度を従来の 10¹²cm ³程度から 10¹³cm_³程度に高めようとすると、プラズマの逆流が顕著となり、ガス放出孔の孔径の制御だけではプラズマの逆流を防止することはできない。また、微細な孔径のガス放出孔をシャワープレート本体に孔加工により形成することは困難であり、加工性の問題もある。

[0008] また、特許文献 3には、通気性の多孔質セラミックス焼結体からなるシャワープレートを使用することも提案されている。これは、多孔質セラミックス焼結体を構成する多数の気孔の壁によりプラズマの逆流を防止しょうとするものである。しかし、この常温 · 常圧で焼結された一般的な多孔質セラミックス焼結体からなるシャワープレートは、気孔径が数 μ mから 20 μ m程度の大きさまでバラツキが大きぐまた最大結晶粒子径が 20 μ ΐη程度と大きくて組織が均一でないため、表面平坦性が悪ぐまた、プラズマに接する面を多孔質セラミックス焼結体とすると、実効表面積が増えてしまレ、、ブラズマの電子'イオンの再結合が増加してしまレ、、プラズマ励起の電力効率が悪いという問題点がある。また、この特許文献 3には、シャワープレート全体を多孔質セラミックス焼結体で構成する代わりに、緻密なアルミナからなるシャワープレートにガス放出用の開口部を形成し、この開口部に常温 ·常圧で焼結された一般的な多孔質セラミツタス焼結体を装着し、この多孔質セラミックス焼結体を介してガスを放出する構造も開示されている。しかし、この構造においてもプラズマに前記の常温 '常圧で焼結された多孔質セラミックス焼結体とほとんど同じ特性の一般的な多孔質セラミックス焼結体が接するので、表面平坦性の悪さから発生する上記の問題点は解消されない。

[0009] さらに、本願出願人は、先に、特許文献 4において、シャワープレートの構造面からではなくガス放出孔の直径寸法の調整によるプラズマの逆流を防止するための手段を提案した。すなわち、ガス放出孔の直径寸法を 0. ：!〜 0. 3mm未満とし、しかも、その直径寸法公差を ± 0. 002mm以内の精度とすることにより、プラズマの逆流を防止するとともに、ガスの放出量のバラツキをなくしたものである。

[0010] ところが、このシャワープレートを、プラズマ密度を 10¹³cm_³に高めた条件で実際にマイクロ波プラズマ処理装置で使用したところ、図 12に示すように、シャワープレート本体 400とカバープレート 401との間に形成されたプラズマ励起用ガスを充填する空間 402とそれに連通する縦孔 403にプラズマの逆流が原因と思われる薄茶色の変色部分が見られた。

特許文献 1 :特開平 9一 63793号公報

特許文献 2 :特開 2005— 33167号公報

特許文献 3：特開 2004— 39972号公報

特許文献 4 :国際公開第 06/112392号パンフレット

発明の開示

発明が解決しょうとする課題 [0011] 本発明が解決しょうとする課題は、プラズマの逆流の発生をより完全に防止でき、効率の良いプラズマ励起が可能なシャワープレートを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0012] 本発明者は、プラズマの逆流が、ガス放出孔の長さと孔径の比（長さ Z孔径、以下「アスペクト比」という。 )に影響を受けるのではなレ、かとの発想のもとに研究を重ねた結果、このアスペクト比を 20以上とすればプラズマの逆流を劇的に止めることが可能なことを明らかにするに至り、本発明を完成させた。

[0013] すなわち、本発明は、プラズマ処理装置の処理室に配置され、前記処理室にプラズマを発生させるためにプラズマ励起用ガスを放出する複数のガス放出孔を備えたシャワープレートにおいて、ガス放出孔のアスペクト比を 20以上とすることによって、プラズマの逆流を防止しょうとするものである。

[0014] 図 1は、ガス放出孔のアスペクト比とプラズマの逆流の関係を示す説明図である。プラズマ処理装置の処理室内の圧力が低くなると平均自由行程が長くなり、プラズマを構成する電子が直線的に進む距離が長くなる。このように、電子が直線的に進むと仮定すると、図 1に示すプラズマの進入可能角度 Θは、ガス放出孔 Aのアスペクト比によって一義的に決まる。すなわち、ガス放出孔 Aのアスペクト比を大きくすればプラズマの進入可能角度 Θが小さくなり、プラズマの逆流を防止することができることになる。本発明は、この発想のもとにガス放出孔 Aのアスペクト比の構成要件を明らかにしたものであり、上述のとおりガス放出孔 Aのアスペクト比を 20以上とすることにより、プラズマの逆流を劇的に止めることが可能となった。

[0015] 本発明で規定するようなアスペクト比を有する微細で細長いガス放出孔を、シャヮ一プレート本体にドリルその他の工具を用いて孔加工方法により形成することは困難であり、加工性の問題もある。そこで、本発明では、 1乃至複数のガス放出孔を設けたセラミックス部材をシャワープレートの複数の縦孔に装着する構成とした。すなわち、ガス放出孔をシャワープレートとは別体のセラミックス部材に形成し、このセラミックス部材をシャワープレートに開けた縦孔に装着する。このような構成とすることで、シャワープレートに孔加工によりガス放出孔を形成する場合に比べ、ガス放出孔の加ェ不良に伴うシャワープレートの歩留ロスがなくなり、本発明で規定するアスペクト比を有する微細で長いガス放出孔を容易に形成することができる。なお、ガス放出孔を設けたセラミックス部材は、射出成型や押し出し成型あるいは特殊な铸込成型法等により形成すること力 Sできる。

[0016] ガス放出孔の具体的な寸法としては、その孔径をシャワープレートの直下に形成されるプラズマのシース厚の 2倍以下とし、かつその長さを処理室における電子の平均自由行程より大きくすることが好ましい。

[0017] そして、上述した本発明のシャワープレートを用いて、プラズマ励起用ガスをプラズマ処理装置内に供給し、供給されたプラズマ励起用ガスをマイクロ波で励起してブラズマを発生させ、該プラズマを用いて酸化、窒化、酸窒化、 CVD、エッチング、ブラズマ照射等を基板に処理することができる。

[0018] また、 1孔以上のガス放出孔を有するセラミックス部材を縦孔に装着した本発明のシャワープレートは、原料粉末を成型して縦孔を加工形成したシャワープレートのダリーン体、脱脂体または仮焼結体の前記縦孔に、 1孔以上のガス放出孔を有するセラミックス部材のグリーン体、脱脂体、仮焼結体または焼結体を装入後、同時に焼結することによって製造できる。また、前記セラミックス部材と同時に多孔質ガス流通体のグリーン体、脱脂体、仮焼結体または焼結体を装入後、同時に焼結することによっても製造ができる。

発明の効果

[0019] 本発明によれば、シャワープレートの縦孔部分にプラズマが逆流することを防止でき、シャワープレート内部での異常放電やガスの堆積の発生を抑えることができるので、プラズマを励起するためのマイクロ波の伝送効率や歩留まりの劣化を防止することができる。

発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下、実施例に基づき本発明の実施の形態を説明する。

実施例 1

[0021] 図 2に、本発明の第一実施例を示す。図 2を参照すると、マイクロ波プラズマ処理装置が示されている。図示されたマイクロ波プラズマ処理装置は複数の排気ポート 101 を介して排気される処理室 102を有し、処理室 102中には被処理基板 103を保持する保持台 104が配置されている。処理室 102を均一に排気するため、処理室 102は保持台 104の周囲にリング状の空間を規定しており、複数の排気ポート 101は空間に連通するように等間隔で、すなわち、被処理基板 103に対して軸対称に配列されている。この排気ポート 101の配列により、処理室 102を排気ポート 101より均一に排気すること力 Sできる。

[0022] 処理室 102の上部には、保持台 104上の被処理基板 103に対応する位置に、処理室 102の外壁の一部として、直径が 408mm、比誘電率が 9. 8で、かつ低マイクロ波誘電損失 (誘電損失が 9 X 10— ⁴以下、より好ましくは 5 X 10— ⁴以下)である誘電体のアルミナからなり、多数（230個）の開口部、すなわち縦孔 105が形成された板状のシャワープレート 106力シール用の Oリング 107を介して取り付けられている。さらに、処理室 102には、シャワープレート 106の上面側、すなわち、シャワープレート 106 に対して保持台 104とは反対側に、アルミナからなるカバープレート 108が、別のシール用の〇リング 109を介して取り付けられている。

[0023] 図 3は、シャワープレート 106とカバープレート 108の配置を示す斜視模式図である。図 2及び図 3を参照すると、シャワープレート 106上面と、カバープレート 108との間には、プラズマ励起用ガス供給ポート 110から、シャワープレート 106内に開けられた連通するガス供給孔 111を介して供給されたプラズマ励起用ガスを充填する空間 11 2が形成されている。換言すると、カバープレート 108において、カバープレート 108 のシャワープレート 106側の面の、縦孔 105及びガス供給孔 111に対応する位置にそれぞれが繋がるように溝が設けられ、シャワープレート 106とカバープレート 108の間に空間 112が形成される。すなわち、縦孔 105は空間 112に連通するように配置されている。

[0024] 図 4に、縦孔 105の詳細を示す。図 4において、（a)は断面図、（b)、（c)は底面図である。縦孔 105は、処理室 102側に設けられた直径 2. 5mm、高さ lmmの第一の縦孔 105aと、さらにその先（ガス導入側）に設けられた直径 3mm、高さ 8mmの第二の縦孔 105bとからなり、この縦孔 105にセラミックス部材 113が装着されている。セラミックス部材 113は、アルミナ系セラミックスの押し出し成型品からなり、第一の縦孔 1 05aに装着される部分は外径 2. 5mm X長さ lmm、第二の縦孔 105bに装着される部分は外径 3mm X長さ 7mm、全長が 8mmであり、その内部に直径 0. 05mm X長さ 8mmのガス放出孔 113aが設けられている。すなわち、ガス放出孔 113aのァスぺタト比（長さ/孔径）は 8/0. 05 = 160である。ガス放出孔 113aの個数はとくに限定されなレ、。図 4 (b)、（c)には 7〜3個の例を示している力 S、より好ましくは個数をできる限り多くしてガス放出速度を遅くするのがよい。なお、この例のようにガス放出孔 113 aの直径を 0. 05mm程度まで小さくした場合は、セラミックス部材 113の外径は lmm 程度まで小さくすることもできる。

[0025] 図 5に、縦孔 105の他の例を示す。図 5において、（a)は断面図、（b)は底面図である。この例では、直径が 0. 2mmで長さが 8〜10mmのガス放出孔 113aを 1個のみ設けている。

[0026] 図 6に、縦孔 105のさらに他の例を示す。図 6において、（a)は断面図、（b)は底面図である。図 6において、縦孔 105は、処理室 102側から、直径 5mm、高さ 5mmの第一の縦孔 105aと、直径 10mm、高さ 10mmの第二の縦孔 105bからなり、この縦孔 105に、 6本の直径 0. 05mmのガス放出孔 113aが形成された、総高さ 8mmの円柱状のセラミックス部材 113が装着されている。

[0027] また、図 4〜図 6に示した縦孔 105においては、そのガス導入側の角部に、マイクロ波の電界が集中してプラズマ励起用ガスに着火してプラズマが自己発生するのを防止するために、面取り加工 115が施されている。この面取り加工は、 C面取り、より好ましくは R面取り加工とし、 C面取り後にその角部を R面取り加工することもできる。

[0028] さらに、図 6には、プラズマの逆流を防止する 2重安全対策のために、あるいはまた、プラズマ励起用ガスに着火してプラズマが自己発生する空間を無くすために、セラミックス部材 113のガス導入側に、ガス流通方向に連通した気孔を有する多孔質セラミックス焼結体 114を設けた例を示している。

[0029] 次に、図 2を参照してプラズマ励起用ガスの処理室への導入方法を示す。ガス導入ポート 110より導入されたプラズマ励起用ガスは、ガス供給孔 111及び空間 112を経由して縦孔 105へ導入され、その先端部分に設けられたセラミックス部材 113のガス放出孔 113aから処理室 102へ放出される。

[0030] シャワープレート 106の上面を覆うカバープレート 108の上面には、マイクロ波を放射するための、スリットが多数開いたラジアルラインスロットアンテナのスロット板 116、マイクロ波を径方向に伝播させるための遅波板 117、及びマイクロ波をアンテナへ導入するための同軸導波管 118が設置されている。また、遅波板 117は、スロット板 11 6と金属板 119により挟みこまれている。金属板 119には冷却用流路 120が設けられている。

[0031] このような構成において、スロット板 116から放射されたマイクロ波により、シャワープレート 106から供給されたプラズマ励起用ガスを電離させることで、シャワープレート 106の直下数ミリメートノレの領域で高密度プラズマが生成される。生成されたプラズマは拡散により被処理基板 103へ到達する。シャワープレート 106からは、プラズマ励起用ガスのほかに、積極的にラジカルを生成させるガスとして、酸素ガスやアンモユアガスを導入してもよい。

[0032] 図示されたプラズマ処理装置では、処理室 102中、シャワープレート 106と被処理基板 103との間にアルミニウムやステンレス等の導体からなる下段シャワープレート 1 21が配置されている。この下段シャワープレート 121は、プロセスガス供給ポート 122 から供給されるプロセスガスを処理室 102内の被処理基板 103へ導入するための複数のガス流路 121aを備え、プロセスガスはガス流路 121aの被処理基板 103に対応する面に形成された多数のノズル 121bにより、下段シャワープレート 121と被処理基板 103との間の空間に放出される。ここでプロセスガスとしては、 Plasma-Enhanced C hemical Vapor D印 osition(PECVD)プロセスの場合、シリコン系の薄膜形成を行う場合はシランガスゃジシランガス、低誘電率膜を形成する場合は C Fガスが導入され

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る。またプロセスガスとして有機金属ガスを導入した CVDも可能である。また、 Reactiv e Ion Etching(RIE)プロセスの場合、シリコン酸化膜エッチングの場合は C Fガスと酸

5 8 素ガス、金属膜やシリコンのエッチングの場合は塩素ガスや HBrガスが導入される。エッチングする際にイオンエネルギーが必要な場合には前記保持台 104内部に設置された電極に RF電源 123をコンデンサを介して接続して、 RF電力を印加することで自己バイアス電圧を被処理基板 103上に発生させる。流すプロセスガスのガス種は上記に限定されることなぐプロセスにより流すガス、圧力を設定する。

[0033] 下段シャワープレート 121には、 P 接するガス流路 121 aどうしの間に、下段シャヮ一プレート 121の上部でマイクロ波により励起されたプラズマを被処理基板 103と下段シャワープレート 121との間の空間に拡散により効率よく通過させるような大きさの開口部 121 cが形成されてレ、る。

[0034] また、高密度プラズマに晒されることでシャワープレート 106へ流れ込む熱流は、スロット板 116、遅波板 117、及び金属板 119を介して冷却用流路 120に流されている水等の冷媒により排熱される。

[0035] ここで、再度図 4を参照すると、図 4に示すアルミナ材料からなる円柱状のセラミックス部材 113に開けられた複数のガス放出孔 113aは、上述のとおり直径 0. 05mmである。この数値は、 10 cm の高密度プラズマのシース厚である 0. 04 x mの 2倍よりは小さレ、が、 10¹³cm ³の高密度プラズマのシース厚である 0. 01 z mの 2倍よりは大きい。

[0036] なお、プラズマに接している物体表面に形成されるシースの厚み dは次式で与えられる。

[数 1]

d = 0.606 ³"

V

ノここで、 Vはプラズマと物体の電位差（単位は V)、 Τは電子温度（単位は eV)であ

0 e

り、 λ は次式で与えられるデバィ長である。

D

[数 2]

[0038] 二で、 _ε は真空の透磁率、 kはボルツマン定数、 nはプラズマの電子密度である

[0039] 表 1に示すとおり、プラズマの電子密度が上昇するとデバィ長は減少するため、ブラズマの逆流を防ぐという観点からは、ガス放出孔 113aの孔径はより小さいことが望ましいといえる。 [表 1]

T_e= 2eV, V₀= 1 2V

さらに、ガス放出孔 113aの長さを電子が散乱されるまでの平均距離である平均自由行程より長くすることにより、プラズマの逆流を劇的に低減することが可能となる。表 2に、電子の平均自由行程を示す。平均自由行程は圧力に反比例し、 0. lTorrの時に 4mmとなっている。実際にはガス放出孔 113aのガス導入側は圧力が高いので平均自由行程は 4mmよりも短くなる力図 4においては、 0. 05mm径のガス放出孔 113aの長さを 8mmとして、平均自由行程よりも長い値としている。

[表 2]

Arガス雰囲気中における

電子の平均自由行程

A en (mm) =0. 4 P (Torr) [0041] ただし、平均自由行程はあくまで平均距離であるので、統計的にみるとさらに長い距離を散乱されずに進む電子が存在する可能性がある。よって、念のためプラズマの逆流をより完全に防ぐために、図 6に示したように、ガス放出孔 113aのガス導入側にガス流通方向に連通した気孔を有する多孔質セラミックス焼結体 114を設置してもよい。

[0042] 多孔質セラミックス焼結体 1 14の気孔径の大きさは、気孔の中にプラズマが逆流し、第二の縦孔 105bでの異常放電を抑制するために、シャワープレート 106直下に形成される高密度プラズマのシース厚の 2倍以下、望ましくはシース厚以下であることが好ましレ、。図 6における多孔質セラミックス焼結体 114の平均気孔径は 10 a m以下、より好ましくは 5 z m以下であり、 10¹³cm_³の高密度プラズマのシース厚である 10 μ mと同程度以下である。このようにすることによって、 10¹³cm_³の高密度プラズマに対しても、本シャワープレートを用いることができる。

[0043] 以上の構成を有するシャワープレート 106によって、縦孔 105のガス導入側にプラズマが逆流することを防止でき、シャワープレート 105内部での異常放電やガスの堆積の発生を抑えることができるので、プラズマを励起するためのマイクロ波の伝送効率や歩留まりの劣化を防止することができるようになった。また、プラズマに接する面の平坦度を阻害することがなぐ効率の良いプラズマ励起が可能となった。加えて、ガス放出孔 113aは、シャワープレート 105とは別体のセラミックス部材 113に押し出し成型法等により形成されるので、シャワープレートに孔加工によりガス放出孔を形成する場合に比べ、微細で長いガス放出孔を容易に形成することができるようになつた。

[0044] また、被処理基板 103へ均一にプラズマ励起用ガス供給を行なレ、、さらに下段シャワープレート 121力ノズノレ 121bを介してプロセスガスを被処理基板 103へ放出するようにした結果、下段シャワープレート 121に設けられたノズル 121bから被処理基板 103へ向力、うプロセスガスの流れが均一に形成され、プロセスガスがシャワープレート 106の上部へ戻る成分が少なくなつた。結果として、高密度プラズマに晒されることによる過剰解離によるプロセスガス分子の分解が減少し、かつプロセスガスが堆積性ガスであってもシャワープレート 106への堆積によるマイクロ波導入効率の劣化などが起こりづらくなつたため、クリーニング時間の短縮とプロセス安定性と再現性を高めて生産性を向上させるとともに、高品質な基板処理が可能となった。

[0045] なお、以上の実施例において、第一の縦孔 105a及び第二の縦孔 105bの個数、直径及び長さ、セラミックス部材 113に開けられるガス放出孔 113aの個数、直径及び長さ等は、本実施例の数値に限られることは無い。

実施例 2

[0046] 図 7に、本発明の第二実施例を示す。図 7を参照すると、マイクロ波プラズマ処理装置が示されている。第一実施例と重複する部分は同一の符号を付し説明を省略する

[0047] 本実施例においては、処理室 102の上部には、保持台 104上の被処理基板 103 に対応する位置に、処理室 102の外壁の一部として、比誘電率が 9. 8で、かつ低マイク口波誘電損失 (誘電損失が 9 X 10_⁴以下）である誘電体のアルミナからなるシャワープレート 200力シール用の〇リング 107を介して取り付けられている。また、処理室 102を構成する壁面 201において、シャワープレート 200の側面に対応する位置に、 2本のシール用の〇リング 202とシャワープレート 200の側面とにより囲まれたリング状空間 203が設けられている。リング状空間 203はプラズマ励起用ガスを導入するガス導入ポート 1 10と連通している。

[0048] 一方、シャワープレート 200の側面には横方向に直径 lmmの多数の横孔 204がシャワープレート 200の中心方向に向かって開けられている。同時に、この横孔 204と連通するように多数（230個）の縦孔 205が処理室 102へ連通して開けられている。

[0049] 図 8は、シャワープレート 200の上面からみた横孔 204と縦孔 205の配置を示す。

図 9は、横孔 204と縦孔 205の配置を示す斜視模式図である。また、図 10は、縦孔 2 05の他の詳細例を示す。縦孔 205は、処理室 102側に設けられた直径 10mm、深さ 8mmの第一の縦孔 205aと、さらにその先（ガス導入側）に設けられた直径 lmmの第二の縦孔 205bとからなり、横孔 204に連通している。さらに、第一の縦孔 205aには、処理室 102側からみてアルミナ押し出し成型品からなり複数の直径 0. 05mmのガス放出孔 113aが開けられた高さ 6mmのセラミックス部材 1 13と、直径 10mm、高さ 2m mの円柱状の、ガス流通方向に連通した気孔を有する多孔質セラミックス焼結体 114 が順番に装着されている。すなわち、本実施例におけるガス放出孔 113aのァスぺクト比（長さ/孔径）は 6/0· 05 = 120である。

[0050] 本実施例において、ガス導入ポート 110より導入されたプラズマ励起用ガスは、リング状空間 203へ導入され、さらには横孔 204、縦孔 205を介して、最終的には縦孔 2 05の先端部分に設けられたガス放出孔 113aから処理室 102へ導入される。

[0051] 以上の本実施例においても、第一実施例と同様の効果が得られる。

[0052] なお、本実施例において、第一の縦孔 205a及び第二の縦孔 205bの個数、直径及び長さ、セラミックス部材 113に開けられるガス放出孔 113aの個数、直径及び長さ等は、実施例の数値に限られることは無レ、。また、ガス放出孔 113aのガス導入側に設けた多孔質セラミックス焼結体は必ずしも必須構成要件とするものではない。

実施例 3

[0053] 図 11は、本発明のシャワープレートにおける縦孔の他の例を示す。上記第一実施例及び第二実施例に対応する構成には同一の符号を付して説明する。

[0054] 図 11の例では、第 2の縦孔 105b (または 205b)に直径が 0· 05mmのガス放出孔 113a'を 6本設けた直径が lmmで長さ 4mmのセラミックス部材 113 'を装着し、第 1 の縦孔 105a (または 205a)に外径が 7mmで高さが 2mmでし力直径が 0. 05mm のガス放出孔 113aを 61本設けたセラミックス部材 1 13を装着している。また、セラミツタス部材 113のガス導入側には直径が 5mmで深さが 0. 2mmの凹部 300が設けられており、 6本のガス放出孔 113a'から放出されたプラズマ励起用ガスがこの凹部 30 0に拡散充満した後、 61本のガス放出孔 113aから放出される。すなわち、 6本のガス放出孔 113a'のガス流通速度に対して、 61本のガス放出孔 113aから放出されるガス速度は約 1Z10に低減されることになる結果、プラズマ励起用ガスが処理室 102に向けてセラミックス部材 113の広い面から緩やかに放出されるので、乱流現象のない均一なプラズマが形成される。なお、セラミックス部材 113の代わりに、図 6で使われたような多孔質セラミックス焼結体 114を装着してもよレ、。

[0055] 以上の各実施例で説明した、セラミックス部材（113, 113 ' )を縦孔に装着したシャワープレートは以下の方法により製造できる。

[0056] (製造例 1) 平均粉末粒子径が 0. 6 /i mで純度が 99. 99%の Al O粉末 100質量部に対して

2 3

、押出成型用バインダー 5質量部と水分 15質量部とを配合し混練した後、所定の押出成型ノズルから押出して乾燥することにより、ガス放出孔の下孔 (焼結後にガス放出孔となる孔）が形成されたセラミックス部材用グリーン体を得た。

[0057] このセラミックス部材用グリーン体を 400〜600°Cで焼成した脱脂体、 600〜1200 °Cで焼成した仮焼結体、 1200〜約 1400°C (相対密度が 95%に達する焼結温度）で焼結した予備焼結体、さらには相対密度が 95%以上になるように焼結した焼結体を準備するとともに、それぞれの焼成温度 (焼結温度）における焼成収縮率と焼成後の寸法を測定しておく。なお、シャワープレートの焼結温度と同じ温度で焼結した場合の焼結収縮率を測定した結果、グリーン体に対して 18. 8%であった。

[0058] 一方、シャワープレート用材料として、平均粉末粒子径が 0. 6 μ mで純度が 99. 9 9%の Al O粉末に 3質量％のワックスを配合して得た平均粒子径 70 z mの噴霧乾

2 3

燥造粒粉体を 78〜： 147MPaの各種圧力でプレス成型した後、外径、厚み、横孔及び縦孔等を所定寸法に成形加工したシャワープレート用グリーン体を準備した。なお、このシャワープレート用グリーン体は、プレス成型圧力によって焼結収縮率が異なり、因みに 78MPaの場合は焼結収縮率が 19%で、 147MPaの場合は 16 · 2%であつに。

[0059] ここで、 78MPaの圧力でプレス成型したシャワープレート用グリーン体の縦孔（図 4 の第二の縦孔 105bに対応する内径寸法が 3. 7mm)に、前記セラミックス部材用ダリーン体（図 4の第 2の縦孔 105bに対応する外径寸法が 3 · 695mm)を装着して 150 0°Cの温度で同時焼結することにより、実施例 1の図 4で示したシャワープレートを得た。

[0060] このとき、第 2の縦孔 105bの焼結後の寸法は、計算上、内径 X ( 100% - 19%) = 3. 7 X 0. 81 = 2. 997mmとなり、同様にセラミックス咅才の第二の縦孑し 105bき分の外径寸法は、 3. 695 X 0. 812 = 3. 000mmとなる。この第二の縦孑 Ll 05bき分の前記内径寸法と外径寸法の差 0. 003mmが相互間の焼締め力として作用して、相互間の焼結結合力が生じる結果、強固な装着固定が確保される。

[0061] (製造例 2) 前記製造例 1で準備したのと同じシャワープレート用グリーン体と、 450°Cで焼成して焼成収縮がほとんど発生していない脱脂体とを準備し、それぞれの縦孔に、製造例 1で準備したセラミックス部材用の脱脂体、仮焼結体、予備焼結体及び焼結体を装着して同時焼結を行った。本製造例では前記製造例 1と同様に、実施例 1の図 4に示した第二の縦孔 105bに対応する内径寸法が 3. 7mmのシャワープレート用ダリーン体と脱脂体を用いるとともに、縦孔 105に装着するセラミックス部材の脱脂体、仮焼結体、予備焼結体及び焼結体の焼結収縮率と焼結後の寸法を予め測定しておき、これらのセラミックス部材の焼結後の第二の縦孔 105bに対応する部分の外径寸法が第二の縦孔 105bの内径寸法よりも 1 μ m以上大きくなる寸法に相当するセラミックス部材を用いる。これにより、その寸法差が焼締め力として作用し、この焼締め力に相当する焼結結合力が大きくなるほど装着境界層の結晶粒子が一体化した連続相を形成するようになる。

[0062] 因みに、第二の縦孔 105bに相当する焼結体の外径寸法が 3. 1mmのセラミックス部材を縦孔に装着して同時焼結することにより生じた 0. 103mm (100 μ m以上）の寸法差に相当する焼締め応力は、その大部分がシャワープレート側に、構成結晶粒子のディスロケーションや拡散焼結やわずかな塑性流動によって吸収され、一部分がセラミックス部材に吸収される結果、シャワープレート及びセラミックス部材の双方ともに引張応力や圧縮応力に起因する破損やクラックも発生することなく強固に装着できる。

[0063] (製造例 3)

前記製造例 1及び 2で準備し、また焼結寸法を調査した、プレス成型圧力 147MPa で成型したシャワープレート用グリーン体を 600〜： 1200°Cで焼成した仮焼結体の縦孔に、焼締め力が 1〜： 100 z mの寸法差に相当するセラミックス部材の仮焼結体あるいは焼結体を装着して実施例 1の図 4に示したシャワープレートを製造した。

[0064] また、シャワープレート用グリーン体を相対密度が 95〜97。/₀の範囲に焼成した予備焼結体の縦孔に、セラミックス部材の焼結体を装着して、温度 1450°C、不活性ガスの圧力 1500kg/cm²の雰囲気で HIP処理することにより、同時焼結された強固な装着を達成することもできる。 [0065] またさらに、シャワープレートの縦孔とセラミックス部材の寸法形状は、実施例 2の図 10に示したようなストレート形状、すなわちセラミックス部材の外径が円柱状となるように形成することにより、製造が簡単で装着及び同時焼結が容易となるので好都合である。

[0066] (製造例 4)

多孔質ガス流通体に関しては、平均粉末粒子径が 0. 6 z mで純度が 99. 99%の Al O粉末に 3質量％のワックスを配合して得た平均粒子径 70 x mの噴霧造粒粉体

2 3

を粉体の状態で 800°Cで焼成して仮焼結粉体を得た後、前記シャワープレート用の Al O粉末を 3質量％添加混合してプレス成型して得たグリーン体を焼結することに

2 3

より、連通した気孔によって形成されたガス流通経路における隘路の気孔径が 2 μ m 、誘電損失が 2. 5 X 10^_4、平均結晶粒子径が 1. 5 z m、最大結晶粒子径が 3 x m、気孔率が 40%、平均気孔径が 3 z m、最大気孔径が 5 x m、曲げ強さが 300MPaの多孔質ガス流通体用材料が得られる。

[0067] この多孔質ガス流通体用のグリーン体を 1200°C以上の温度で焼結した仮焼結体あるいは焼結体の外径と厚みを所定寸法に加工した後、超音波洗浄した材料を準備しておき、前記製造例：!〜 3と同様の方法で、シャワープレート用グリーン体または脱脂体の縦孔に装着して同時焼結することにより図 6及び図 10で示したようなシャワープレートを得ることができる。

産業上の利用可能性

[0068] 本発明のシャワープレートは、マイクロ波プラズマ処理装置のほ力平行平板型高周波励起プラズマ処理装置、誘導結合型プラズマ処理装置等、各種のプラズマ処理装置に利用可能である。

図面の簡単な説明

[0069] [図 1]ガス放出孔のアスペクト比とプラズマの逆流の関係を示す説明図である。

[図 2]本発明の第一実施例を示す。

[図 3]図 2に示したシャワープレートの横孔と縦孔の配置を示す。

[図 4]図 2に示したシャワープレートの縦孔の詳細を示す。

[図 5]縦孔の他の例を示す。園 6]縦孔のさらに他の例を示す。

[図 7]本発明の第二実施例を示す。

園 8]図 7に示したシャワープレートの上面からみた横孔と縦孔の配置を示す。

[図 9]図 7に示したシャワープレートとカバープレートの配置を示す

[図 10]図 7に示したシャワープレートの縦孔の詳細を示す。

[図 11]本発明のシャワープレートにおける縦孔の他の例を示す。

[図 12]従来のシャワープレートを示す。

符号の説明

101 排気ポート

102 処理室

103 被処理基板

104 保持台

105 縦孔

105a 第一の縦孔

105b 第二の縦孔

106 シャワープレート

107 シール用の Oリング

108 カバープレート

109 シール用の Oリング

110 ガス導入ポート

111 ガス供給孔

112 空間

113、 113 ' セラミックス部材

113a, 113a' ガス放出孑し

114 多孔質セラミックス焼結体（多孔質ガス流通体）

115 面取り加工

116 スロット板

117 遅波板 118 同軸導波管

119 金属板

120 冷却用流路

121 下段シャワープレート

121a ガス流路

121b ノズル

121c 開口部

122 プロセスガス供,給ポート

123 RF電源

200 シャワープレート

201 壁 t6

202 シール用の Oリング

203 リング状空間

204 横孔

205 縦孔

205a 第一の縦孔

205b 第二の縦孔

300 凹部

Claims

請求の範囲

[I] プラズマ処理装置に配置され、前記装置内にプラズマを発生させるためにプラズマ励起用ガスを放出する複数のガス放出孔を備えたシャワープレートにおいて、ガス放出孔は、シャワープレートに開けた複数の縦孔にそれぞれ装着したセラミックス部材に少なくとも 1孔以上設けられており、ガス放出孔の長さと孔径とのアスペクト比（長さ

/孔径）が 20以上であるシャワープレート。

[2] ガス放出孔の孔径がシャワープレートの直下に形成されるプラズマのシース厚の 2 倍以下で、しかも長さが前記処理室における電子の平均自由行程よりも長い請求項

1に記載のシャワープレート。

[3] 前記縦孔は、ガス導入側の端部が面取りされている請求項 1または請求項 2に記載のシャワープレート。

[4] 前記縦孔は長さ方向に径が異なる請求項 1から請求項 3のいずれかに記載のシャワープレート。

[5] 前記縦孔のガス導入側の径がガス放出側の径より大きい請求項 4に記載のシャヮ一プレート。

[6] 前記縦孔のガス導入側の径がガス放出側の径より小さい請求項 4に記載のシャヮ一プレート。

[7] 前記セラミックス部材は前記縦孔の径大部と径小部の両方にわたって装着されてレ、る請求項 4力も請求項 6のいずれかに記載のシャワープレート。

[8] 前記セラミックス部材のガス放出側の端面は、シャワープレートのガス放出側の面と略同一平面をなす請求項 1から請求項 7のいずれかに記載のシャワープレート。

[9] 前記セラミックス部材のガス導入側の端面は、前記縦孔の内部にある請求項 8に記載のシャワープレート。

[10] 前記セラミックス部材のガス導入側の端面よりガス導入側で、かつ前記縦孔の内部に多孔質セラミックス部材が装着されている請求項 9に記載のシャワープレート。

[II] ガス放出孔は各セラミックス部材に複数設けられている請求項 1から請求項 10のいずれかに記載のシャワープレート。

[12] 前記縦孔のガス導入側の径小部に第 1のセラミックス部材が装着されると共に、前記縦孔のガス放出側の径大部に第 2のセラミックス部材が装着されており、この第 2のセラミックス部材のガス導入側に凹部が設けられ、前記第 1のセラミックス部材のガス放出孔から放出されたプラズマ励起用ガスは、前記凹部に拡散充満した後、前記第 2のセラミックス部材のガス放出孔からプラズマ処理装置内に放出されるようになっており、前記第 2のセラミックス部材のガス放出孔の数が前記第 1のセラミックス部材のガス放出孔の数より多い請求項 6に記載のシャワープレート。

[13] 原料粉末を成型して縦孔を加工形成したシャワープレートのグリーン体、脱脂体または仮焼結体の前記縦孔に、 1孔以上のガス放出孔を有するセラミックス部材のダリーン体、脱脂体、仮焼結体または焼結体を装入後、同時に焼結するシャワープレートの製造方法。

[14] 請求項 1から請求項 12のいずれかに記載のシャワープレートを配置したプラズマ処理装置。

[15] 請求項 1から請求項 12のいずれかに記載のシャワープレートを用いてプラズマ励起用ガスをプラズマ処理装置内に供給し、供給されたプラズマ励起用ガスをマイクロ波で励起してプラズマを発生させ、該プラズマを用いて酸化、窒化、酸窒化、 CVD、エッチング、またはプラズマ照射を基板に対して施すプラズマ処理方法。

[16] 請求項 15に記載のプラズマ処理方法によって基板を処理する工程を含む電子装置の製造方法。