CN101529563A - 一体烧结气体排出孔而成的簇射极板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一体烧结气体排出孔而成的簇射极板及其制造方法。为了防止等离子体的逆流，配置在簇射极板的纵孔内的气体排出孔构件(陶瓷构件或多孔质气体流通体)被无间隙地一体烧结结合，在使用簇射极板时不会自纵孔脱落、且自各纵孔排出的气体排出量无偏差，能够更完全地防止等离子体发生逆流，并可高效地激励等离子体的簇射极板。簇射极板(105)配置在等离子体处理装置的处理室(102)中，为了在处理室(102)中产生等离子体而排出等离子体激励用气体，其中，在形成为等离子体激励用气体的排出路径的许多个纵孔(105)内，一体烧结结合地配置具有多个直径为20μm～70μm的气体排出孔的陶瓷构件和/或具有最大气孔直径为75μm以下的沿气体流通方向连通的气孔的多孔质气体流通体。

Description

一体烧结气体排出孔而成的簇射极板及其制造方法

技术领域

本发明涉及使用在等离子体处理装置、特别是使用在微波等离子体处理装置中的簇射极板以及其制造方法、和使用了该簇射极板的等离子体处理装置、等离子体处理方法以及电子装置的制造方法。

背景技术

等离子体处理工序以及等离子体处理装置对于制造近年的被称作所谓的深亚微米元件或深亚四分之一微米元件的具有0.1μm、或0.1μm以下的栅极长的超微细化半导体装置、对于制造包含液晶显示装置的高分辨率平面显示装置是不可或缺的技术。

作为用于制造半导体装置、液晶显示装置的等离子体处理装置，  自以往就一直使用各种的等离子体激励方式，特别是通常使用平行平板型高频激励等离子体处理装置或电感耦合型等离子体处理装置。但是，由于上述以往的等离子体处理装置形成的等离子体不均匀，并且电子密度高的区域被限定，因此具有很难以较大的处理速度、即生产率对被处理基板整面进行均匀的处理的问题。该问题特别是在处理较大直径的基板的情况时较严重。而且在上述以往的等离子体处理装置中，存在因电子温度高而使形成在被处理基板上的半导体元件损坏、另外因飞溅到处理室壁上导致严重的金属污染等若干本质上的问题。因此在以往的等离子体处理装置中，一直难以满足进一步提高半导体装置、液晶显示装置的微细化以及提高生产率的严格要求。

针对上述问题，以往提出了不使用直流磁场、而是使用由微波电场激励的高密度等离子体的微波等离子体处理装置。例如，提出了如下结构的等离子体处理装置(例如参照专利文献1)：自具有为了产生均匀微波而排列的许多个隙缝的平面状天线(径向线缝隙天线)向处理室内放射微波，利用该微波电场电离处理室内的气体从而激励等离子体。利用由该方法激励了的微波等离子体能够遍及天线正下方的广阔区域地实现高等离子体密度，从而可以在短时间内进行均匀的等离子体处理。而且，由于用该方法形成的微波等离子体是利用微波激励等离子体，因此电子温度较低，能够避免被处理基板的损坏、金属污染。并且，由于还能够易于在大面积的基板上激励均匀的等离子体，因此也易于应对使用了大口径半导体基板的半导体装置的制造工序、制造大型液晶显示装置。

在上述等离子体处理装置中，通常，为了向处理室内均匀地供给等离子体激励用气体，使用具有多个纵孔为气体排出路径的簇射极板。但是，使用簇射极板有时会使形成在簇射极板正下方的等离子体在簇射极板的纵孔中发生逆流。当等离子体在纵孔发生逆流时，有发生异常放电、气体堆积、用于激励等离子体的微波的传输效率、成品率下降的问题。

作为用于防止该等离子体向纵孔逆流的方法，大多提出了改进簇射极板的构造。

例如，在专利文献2中公开了将纵孔前端的气体排出孔的孔径设成小于形成在簇射极板正下方的等离子体的鞘层(sheath)厚度的2倍是有效的。但是，只是减小气体排出孔的孔径不并能充分防止等离子体的逆流。特别是，在为了减少损坏、提高处理速度的目的而欲将等离子体密度从以往的10¹²cm^-3程度提高到10¹³cm^-3程度时，等离子体的逆流变得明显，因此只是控制气体排出孔的孔径并不能防止等离子体的逆流。另外，难于利用孔加工在簇射极板主体上形成微细孔径的气体排出孔，在加工性上也存在问题。

另外，在专利文献3中也提出了使用由透气性的多孔质陶瓷烧结体构成的簇射极板。该方法欲利用构成多孔质陶瓷烧结体的许多个气孔的壁来防止等离子体的逆流。

但是，由在常温、常压下烧结的普通的多孔质陶瓷烧结体构成的该簇射极板，其气孔直径的大小从几μm一直到几十μm程度有很大的偏差，并且在最大结晶粒子直径大到20μm左右，组织不均匀，因此存在表面平坦性差的问题，另外，在将与等离子体相接触的面设为多孔质陶瓷烧结体时，存在有效表面积增大、等离子体的电子、离子的再结合增加、等离子体激励的功率利用系数变低的问题。在此，上述专利文献3中还公开了如下构造：代替利用多孔质陶瓷烧结体来构成整个簇射极板，而是在由致密的氧化铝构成的簇射极板上形成气体排出用的开口部，在该开口部上安装在常温、常压下烧结的普通的多孔质陶瓷烧结体，借助该多孔质陶瓷烧结体排出气体。但是，由于该构造也是使用在常温、常压下烧结的普通的多孔质陶瓷烧结体，因此并不能解决因表面平坦性差而导致发生的上述问题。

此外，本申请的申请人首先在专利文献4中提出了通过调整气体排出孔的直径尺寸来防止等离子体的逆流的方法，而不是改进簇射极板的构造。即、将气体排出孔的直径尺寸设成0.1mm以上且小于0.3mm，而且将其直径尺寸的公差设成±0.002mm以内的精度，从而防止等离子体的逆流，并消除了气体排出量的偏差。

但是，在实际以等离子体密度增高为10¹³cm^-3的条件下在微波等离子体处理装置中使用该簇射极板时发现，如图10所示，因等离子体在空间402和与该空间402相连通的纵孔403中发生逆流而产生了淡茶色变色部分，该空间402形成于簇射极板主体400与盖板401之间，用于充填等离子体激励用气体。

为了解决以上的问题，本申请的申请人首先在专利文献5～7中提出了如下构造：在形成等离子体激励用气体的排出路径的簇射极板的纵孔内安装具有多个气体排出孔的陶瓷构件或具有在气体流通方向上连通的气孔的多孔质气体流通体的结构。

采用上述的在专利文献5～7中提出的簇射极板，即使在等离子体密度增高为10¹³cm^-3的条件下也能够防止等离子体的逆流。

可是，在由微波等离子体处理装置反复使用了该簇射极板后，有时产生了如下问题：安装在簇射极板的纵孔内的陶瓷构件、或多孔质气体流通体的一部分或全部自簇射极板的纵孔脱落。这是因在使用簇射极板时产生的热应力或热应变而造成簇射极板的纵孔与陶瓷构件或多孔质气体流通体之间的贴紧性降低。

专利文献1：日本特开平9-63793号公报

专利文献2：日本特开2005-33167号公报

专利文献3：日本特开2004-39972号公报

专利文献4：国际公开第06/112392号小册子

专利文献5：日本特愿2006-163357号

专利文献6：日本特愿2006-198762号

专利文献7：日本特愿2006-198754号

发明内容

本发明是对本申请的申请人首先在专利文献5～7中提出了的技术的改进，其课题在于提供一种如下的簇射极板：为了防止等离子体的逆流，配置在簇射极板的纵孔内的气体排出孔构件(陶瓷构件或多孔质气体流通体)被无间隙地一体烧结结合，在使用簇射极板时不会自纵孔脱落、且自各纵孔排出的气体排出量无偏差，能够更完全地防止等离子体发生逆流，并可高效地激励等离子体。

本发明是通过使陶瓷构件或多孔质气体流通体烧结结合于簇射极板的纵孔内而解决上述课题的。此外，在本发明中，将设于陶瓷构件的气体排出孔的直径设为20μm～70μm，优选将气体排出孔的长度与直径的长径比(长度/直径)设为20以上，并且将多孔质气体流通体的最大气孔直径设为75μm以下，而且，将气体流通路径中的狭路的气孔直径设为10μm以下，从而能够更完全地防止等离子体发生逆流。

即、本发明的簇射极板配置在等离子体处理装置中，并为了使上述装置内产生等离子体而排出等离子体激励用气体，其特征在于，陶瓷构件和/或多孔质气体流通体被一体地烧结结合在形成等离子体激励用气体的排出路径的许多个纵孔内，该陶瓷构件具有多个直径为20μm～70μm的气体排出孔，该多孔质气体流通体具有最大气孔直径为75μm以下的沿气体流通方向连通的气孔。

这样，通过使陶瓷构件或多孔质气体流通体无可形成气体流通路径那样的间隙地一体烧结结合在簇射极板的纵孔内，陶瓷构件或多孔质气体流通体被可靠地固定在簇射极板的纵孔中，即使在使用簇射极板时产生了热应力或热应变，也不会脱落，并且能使自各纵孔排出的气体排出量无偏差地成为恒定量。此外，通过将设于陶瓷构件的气体排出孔的直径设为20μm～70μm，将多孔质气体流通体的最大气孔直径设为75μm以下，而且将气体流通路径中的狭路的气孔直径设为10μm以下，从而能够更完全地防止等离子体发生逆流。

在本发明中使用的陶瓷构件和多孔质气体流通体优选由介电损耗在5×10^-3～1×10^-5的范围内的低介电损耗的陶瓷材料构成。例如，能举出配合有高纯度氧化铝以及微量的粒成长抑制剂、Y₂O₃以及富铝红柱石等的氧化铝系陶瓷材料、或由Al₂O₃和Y₂O₃的成分构成的材料、或含有作为Al₂O₃和Y₂O₃的化合物的石榴石成分的材料、还有AlN、SiO₂、富铝红柱石、Si₃N₄、SiAlON等。

此外，在本发明中，优选将陶瓷构件的气体排出孔的长度与直径的长径比(长度/直径)设为20以上。图9是表示气体排出孔的长径比与等离子体的逆流的关系的说明图。在等离子体处理装置的处理室内的压力降低时，平均自由行程变长，构成等离子体的电子直线行进的距离变长。这样，假定电子直线行进，如图9所示的等离子体能进入的角度θ仅由气体排出孔A的长径比决定。即、气体排出孔A的长径比越大等离子体能进入的角度θ越小，能够防止等离子体的逆流。而且，通过将气体排出孔A的长径比设为20以上，即使将等离子体密度增高为10¹³cm^-3程度，也能够使等离子体的逆流骤然停止。

此外，在本发明中，优选将由多孔质陶瓷构件的相连通的气孔形成的气体流通路径中的狭路的气孔直径设为10μm以下。该多孔质陶瓷构件的连通的气孔的最大气孔直径为75μm以下。这样通过将狭路的气孔直径设为10μm以下，即使将等离子体密度增高为10¹³cm^-3程度，也能够使等离子体的逆流骤然停止。即、在该多孔质气体流通体中，虽然利用相连通的气孔能够确保气体的流通性，但该气体流通路径弯曲成锯齿状，且夹设有10μm以下的狭路。对此，因为构成等离子体的电子、离子具有直线传播性，所以即使等离子体在多孔质气体流通体中发生逆流，大部分与气孔的壁发生碰撞，而且在气孔的10μm以下的狭路部中，全部的等离子体发生碰撞，从而能够阻止进一步的逆流。

如上所述，本发明的簇射极板是将陶瓷构件或多孔质气体流通体一体烧结结合在簇射极板的纵孔内而成的，能够在簇射极板烧结前的阶段将陶瓷构件或多孔质气体流通体安装在簇射极板的纵孔内，然后同时进行烧结，从而制造本发明的簇射极板。具体地说，关于陶瓷构件和多孔质气体流通体，是在对陶瓷构件和多孔质气体流通体的原料粉末进行成型而加工成规定形状后得到的粉末成形体、粉末成形体的脱脂体、预烧结体或烧结体的阶段，关于簇射极板，是在对簇射极板的原料粉末进行成型而加工形成了纵孔的生坯体、生坯体的脱脂体或预烧结体的阶段，将陶瓷构件和多孔质气体流通体安装在簇射极板的纵孔的至少前端部上，之后同时进行烧结。在该情况下，调整成型条件或之后的脱脂、预烧结及烧结的条件等使得簇射极板的纵孔内径与安装于该纵孔中的各构件的外径在同时进行烧结后的尺寸基本上相同，或纵孔内径的尺寸稍小。这样，通过在簇射极板烧结前的阶段安装陶瓷构件和多孔质气体流通体，并在之后同时进行烧结，能够可靠地将陶瓷构件和多孔质气体流通体无间隙一体地固定在簇射极板的纵孔中。

然后，采用该本发明的簇射极板，能够将等离子体激励用气体供给到等离子体处理装置内，利用微波激励所供给的等离子体激励用气体而产生等离子体，使用该等离子体对基板进行氧化、氮化、氧氮化、CVD、蚀刻、等离子体照射等处理。

采用本发明，为了防止等离子体的逆流，将配置在簇射极板的纵孔内的陶瓷构件或多孔质气体流通体无间隙地一体烧结结合，因此，自各纵孔排出的气体排出量无偏差、且在使用簇射极板时不会自纵孔脱落，能够可靠地防止等离子体在簇射极板的形成为等离子体激励用气体的排出路径的纵孔中发生逆流，能够抑制簇射极板内部发生异常放电、气体发生堆积，因此能够防止用于激励等离子体的微波的传输功率、成品率的下降。

附图说明

图1表示本发明的第一实施例。

图2表示图1所示的簇射极板的横孔和纵孔的配置。

图3表示图1所示的簇射极板的横孔和纵孔的配置。

图4表示纵孔的另一构成例。

图5表示纵孔的再一构成例。

图6表示本发明的第二实施例。

图7表示俯视图6所示的簇射极板的横孔和纵孔的配置。

图8表示图6所示的簇射极板和盖板的配置。

图9是表示气体排出孔的长径比与等离子体的逆流的关系的说明图。

图10表示以往的簇射极板。

附图标记说明

101、排气口；102、处理室；103、被处理基板；104、保持台；105、纵孔；105a、第一纵孔；105b、第二纵孔；106、簇射极板；107、密封用的O型密封圈；108、盖板；109、密封用的O型密封圈；110、气体导入口；111、气体供给孔；112、空间；113、陶瓷构件；113a、气体排出孔；114、多孔质陶瓷烧结体(多孔质气体流通体)；115、倒角加工；116、缝隙板；117、滞波板；118、同轴波导管；119、金属板；120、冷却用流路；121、下层簇射极板；121a、气体流路；121b、喷嘴；121c、开口部；122、处理气体供给口；123、RF电源；200、簇射极板；201、壁面；202、密封用的O型密封圈；203、环状空间；204、横孔；205、纵孔。

具体实施方式

下面，根据实施例说明本发明的实施方式。

实施例1

图1表示本发明的第一实施例。参照图1，表示微波等离子体处理装置。图示的微波等离子体处理装置具有借助多个排气口101进行排气的处理室102，在处理室102中配置有用于保持被处理基板103的保持台104。为了均匀地对处理室102内进行排气，处理室102在保持台104的周围规定出环状的空间，多个排气口101以与空间相连通的方式等间隔、即相对于被处理基板103轴对称地排列。利用该排气口101的排列，能够由排气口101均匀地对处理室102进行排气。

在处理室102的上部借助密封用的O型密封圈107在与保持台104上的被处理基板103对应的位置上，作为处理室102的外壁的一部分安装有作为直径是408mm、相对介电常数是9.8、且低微波介电损耗(介电损耗为1×10^-4以下)的电介质的由氧化铝构成的、形成有多个(230个)开口部即纵孔105的板状簇射极板106。而且，在处理室102中，在簇射极板106的上表面侧、即相对于簇射极板106与保持台104相反的一侧，借助另外的密封用的O型密封圈109安装有由氧化铝构成的盖板108。

图2是表示簇射极板106与盖板108的配置的立体示意图。参照图1和图2，在簇射极板106的上表面与盖板108之间形成有用于充填自等离子体激励用气体供给口110经由开设在簇射极板106内的连通的气体供给孔111而被供给的等离子体激励用气体的空间112。换言之，在盖板108中，在盖板108的簇射极板106一侧的面的、对应于纵孔105以及气体供给孔111的位置上以分别相连接的方式设有槽，从而在簇射极板106与盖板108之间形成有空间112。即、纵孔105以与空间112相连通的方式配置。

图3详细表示纵孔105。纵孔105的长度为8～21mm左右、直径为3mm以下(优选1mm以下)，在其前端部烧结结合有高2～6mm左右的圆柱状的、具有与气体流通方向相连通的气孔的多孔质陶瓷烧结体114。多孔质陶瓷烧结体例示如下：由氧化铝系材料构成，由相连通的气孔形成的气体流通路径中的狭路的气孔直径为10μm以下，介电损耗在5×10^-3～1×10^-5的范围内，平均结晶粒子直径为10μm以下、气孔率为20～75％、平均气孔直径为10μm以下、最大气孔直径为75μm以下、弯曲强度为30MPa以上。

以下表示对该多孔质陶瓷烧结体114进行烧结结合而得到的簇射极板106的制造例。

制造例1

对在平均粉末粒子直径为0.6μm且纯度为99.99％的Al₂O₃粉末中配合以质量％计3％的石蜡后得到的平均粒子直径70μm的喷雾造粒粉末以78～147MPa的各种压力进行压力成型之后，准备了将外径、厚度、横孔以及纵孔等成形加工成规定尺寸而形成的簇射极板用生坯体。

另一方面，关于多孔质陶瓷烧结体，准备了粉末成形体、脱脂体、预烧结体和烧结体，该粉末成形体是在粉末的状态以800℃烧结上述喷雾造粒粉末而获得预烧结粉末之后，添加混合以质量％计3％的上述簇射极板用Al₂O₃粉末进行压力成型而得到生坯体，将该生坯体加工成规定形状后得到的，该脱脂体是以450℃烧结该粉末成形体而成的、该预烧结体是以1000℃烧结而成的、该烧结体是以1450℃烧结而成的。

另外，上述簇射极板用生坯体的烧结收缩率因压力成型压力的不同而不同，在78MPa的情况下烧结收缩率是19％、在147MPa的情况下收缩率是16.2％。另外，多孔质陶瓷烧结体用材料的烧结收缩率在每次改变气孔率、气孔直径时都会发生变化，另外因压力成型压力的不同烧结收缩率也会发生变化，因此在每次设定多孔质陶瓷烧结体的特性时都要预先调查烧结收缩率、并测定烧结收缩后的尺寸。

根据上述簇射极板用生坯体的烧结收缩率来预先计算纵孔烧结后的内径尺寸，将烧结后的外径尺寸与该内径尺寸相同乃至比该内径尺寸最大大50μm的多孔质陶瓷烧结体的粉末成形体、脱脂体、预烧结体或烧结体安装在纵孔中后，同时烧结它们。从而，由于它们相互之间产生烧结内聚力，因此能够确保牢固地安装、固定。

由同时烧结后的多孔质陶瓷烧结体的相连通的气孔形成的气体流通路径中的狭路的气孔直径为2μm、介电损耗为2.5×10^-4、平均结晶粒子直径为1.5μm、最大结晶粒子直径为3μm、气孔率为40％、平均气孔直径为3μm、最大气孔直径为5μm、弯曲强度为300MPa。

制造例2

与上述制造例1相同地以450℃烧结簇射极板用生坯体，从而获得了脱脂体。另外，该脱脂体的烧结收缩率与生坯体的烧结收缩率相同。

另外，以600～1000℃烧结(预烧结)簇射极板用生坯体从而获得了预烧结体。在获得预烧结体的情况下，由于在预烧结阶段发生若干烧结收缩，因此在正式烧结预烧结体时预烧结温度越高，剩余的预烧结体的烧结收缩率越低。

另一方面，利用与上述制造例1相同的制法获得的多孔质陶瓷烧结体用材料使用的是对喷雾造粒粉末进行预烧结后得到的粉末，因此烧结收缩率比簇射极板用生坯体的烧结收缩率要小些，通过预先实际测量与簇射极板的烧结温度相同温度的外径尺寸，或预先根据收缩率计算外径尺寸，从而能够设计簇射极板用生坯体的纵孔的外径尺寸。

在该制造例中，也与上述制造例1同样地同时烧结簇射极板用材料和安装在该簇射极板的纵孔中的多孔质陶瓷烧结体用材料，从而因相互间产生烧结内聚力而能够确保牢固地安装、固定。

在此，形成在与等离子体相接触的物体表面上的鞘层的厚度d可用下式求得。

式1

$d=0.606{\mathrm{\λ}}_D{\left(\frac{2V_0}{T_e}\right)}^{3/4}$

在此，V₀是等离子体与物体的电位差(单位为V)，T_e是电子温度(单位为eV)，λ_D是可用下式求得的德拜长度。

式2

${\mathrm{\λ}}_D=\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{0}k{T}_e}{n_e{e}^2}}=7.43\×{10}^3\sqrt{\frac{T_e\left[\mathrm{eV}\right]}{n_e\left[m^{-3}\right]}}---\left[m\right]$

在此，ε₀是真空的导磁率，k是玻尔滋曼常数，n_e是等离子体的电子密度。

如表1所示，由于在等离子体的电子密度上升时德拜长度下降，因此从防止等离子体的逆流这一观点出发，可以说多孔质陶瓷气体烧结体114的孔径更小为佳。具体来说，平均气孔直径的大小优选为等离子体的鞘层厚度的2倍以下，最好为鞘层厚度以下。此外，本发明的多孔质陶瓷气体烧结体114的气孔即气体流通路径的狭路为10μm以下，与10¹³cm^-3的高密度等离子体的鞘层厚度即10μm相同或比其低。通过这样设置，对于10¹³cm^-3的高密度等离子体也能够使用本簇射极板。

表1

T_e＝2eV，V_o＝12V

等离子体密度(cm-3)	德拜长度(mm)	衬层厚度(mm)
			1013	0.003	0.01
1012	0.011	0.04
			1011	0.033	0.13
1010	0.105	0.41

接着，参照图1说明将等离子体激励用气体导入处理室的方法。由气体导入口110导入的等离子体激励用气体经由气体供给孔111和空间112被导入纵孔105，自烧结结合于纵孔105的前端部分上的多孔质陶瓷气体烧结体114排出到处理室102中。

在覆盖簇射极板106的上表面的盖板108的上表面设置有用于放射微波的、开设有许多个狭缝的径向线缝隙天线的缝隙板116、用于使微波沿径向传播的滞波板117和用于将微波导入天线的同轴波导管118。此外，滞波板117由缝隙板116和金属板119夹持。在金属板119上设有冷却用流路120。

在这样的结构中，利用自缝隙板116放射的微波使自簇射极板106供给的等离子体激励用气体电离，在簇射极板106的正下方数毫米的区域生成高密度等离子体。所生成的等离子体通过扩散到达被处理基板103。自簇射极板106除了导入等离子体激励用气体之外，作为积极地生成自由基的气体，也可以导入氧气、氨气。

在图示的等离子体处理装置中，在处理室102中、簇射极板106和被处理基板103之间配置有由铝、不锈钢等导体构成的下层簇射极板121。该下层簇射极板121具有用于将自处理气体供给口122供给的处理气体导向处理室102内的被处理基板103的多个气体流路121a，利用形成在与气体流路121a的被处理基板103对应的面上的许多个喷嘴121b、将处理气体排出到下层簇射极板121与被处理基板103之间的空间。在此，作为处理气体，在进行Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition(PECVD，等离子增强化学汽相淀积)处理的情况下，在形成硅系的薄膜的情况下，导入硅烷气体、二硅烷气体，在形成低介电常数膜的情况下，导入C₅F₈气体。另外，也可以进行导入了有机金属气体作为处理气体的CVD(化学汽相淀积)。另外，在进行Reactive Ion Etching(RIE，反应离子腐蚀)处理的情况下，在进行硅氧化膜蚀刻的情况下，导入C₅F₈气体和氧气为处理气体，在蚀刻金属膜、硅的情况下，导入氯气、HBr气体为处理气体。在进行蚀刻时，在需要离子能量的情况下，借助电容器使RF电源123与设在上述保持台104内部的电极相连接，施加RF电力，从而使被处理基板103上产生自偏压电压。流动的处理气体的气体种类并不限定于上述气体、而是根据处理来设定流动的气体、压力。

在下层簇射极板121上的相邻的气体流路121a彼此之间形成如下程度大小的开口部121c，即，该开口部121c的大小使在下层簇射极板121的上部利用微波激励的等离子体高效地通过并扩散到被处理基板103和下层簇射极板121之间的空间中。

另外，由于暴露在高密度等离子体中而流入簇射极板106的热流，可利用经由缝隙板116、滞波板117、以及金属板119流入冷却用流路120的水等的制冷剂进行排热。

在具有以上结构的等离子体处理装置中，通过使用上述的簇射极板106，烧结结合于该纵孔105中的多孔质陶瓷气体烧结体114在使用时不会脱落，由此能够可靠地防止等离子体向气体导入侧发生逆流，从而能够抑制簇射极板106内部发生异常放电、气体发生堆积，因此能够防止用于激励等离子体的微波的传输效率、成品率的下降。

另外，向被处理基板103均匀地供给等离子体激励用气体，并且自下层簇射极板121借助喷嘴121b将处理气体排向被处理基板103，结果能够均匀地形成自设在下层簇射极板121上的喷嘴121b朝向被处理基板103的处理气体的气流，处理气体返回到簇射极板106的上部的成分变少。结果因暴露在高密度等离子体中的过度解离所导致的处理气体分子的分解减少了，且即使处理气体是堆积性气体也难于发生因向簇射极板106的堆积而产生微波导入效率的降低等，因此能够缩短清洁时间、提高处理稳定性和再现性，从而提高生产率，并且可以进行高品质的基板处理。

图4表示纵孔105的另一构成例。图4中，(a)是剖视图，(b)、(c)是仰视图。在该例中，在纵孔105中烧结结合有陶瓷构件113。陶瓷构件113由氧化铝系陶瓷构成，外径为3.0mm、全长为8mm。而且，在陶瓷构件113的内部设有直径0.05mm×长8mm的气体排出孔113a。即、气体排出孔113a的长径比(长度/直径)为8/0.05＝160。气体排出孔113a的个数没有特别的限定。在图4的(b)、(c)中表示7～3个的例子，但更优选尽可能地增加个数，减缓气体排出速度。另外，在如该例那样使气体排出孔113a的直径缩小到0.05mm左右的情况下，也能够使陶瓷构件113的外径缩小到1mm左右。

此外，优选将气体排出孔113a的长度设为比电子发生散射之前的平均距离、即平均自由行程长的长度。表2表示电子的平均自由行程。平均自由行程与压力成反比，在0.1Torr时为4mm。实际上，由于气体排出孔113a的气体导入侧的压力较高，因此平均自由行程比4mm短，但在本实施例中，将气体排出孔113a的长度设成8mm，比平均自由行程长。

表2

Ar气气氛中的电子的平均自由行程

压力(P)(Torr)	平均自由行程(λen)(mm)
		10	0.04
1	0.4
		0.1	4

λen(mm)＝0.4/P(Torr)

另外，在图4所示的纵孔105中，为了防止微波的电场集中而等离子体激励用气体中着火从而使等离子体自生，对纵孔105的气体导入侧的角部实施倒角加工115。该倒角加工为直倒角加工、更优选圆倒角加工，也能够在直倒角加工之后对该角部进行圆倒角加工。

如该图4所示，烧结结合有气体排出孔113a的簇射极板106能够由与上述制造例1和2相同的方法制造。该制造例如下所示。

制造例3

关于陶瓷构件，首先，准备在平均粒子直径为0.6μm且纯度为99.99％的Al₂O₃粉末中加入了纤维素系的挤压成型用粘合剂4％和适量的水而成的混炼体，用在内径为16mm的模具喷嘴内配设有24个80μm的销的挤压用模具获得了挤压成型体。

在干燥上述挤压成型体后，以1500℃的温度对该干燥体和经过了450℃的脱脂工序的脱脂体进行烧结，结果可知，干燥体和脱脂体均成为外径尺寸为1.0mm且气体排出孔的直径为50μm的陶瓷构件，相对于模具尺寸的收缩率为37.5％。

另一方面，准备除了将喷雾造粒粉末的成型压力设定为147MPa之外、与上述制造例1中制作的簇射极板用生坯体完全相同的簇射极板用生坯体，制作了按纵孔的尺寸分内径为1.16mm、1.135mm和1.19mm的3种成形体。

因为该簇射极板用生坯体的烧结收缩率为16.2％，所以上述成形体的纵孔的内径分别成为0.972m m、0.951mm和0.997mm。而且，通过将上述外径尺寸为1m m且气体排出孔的直径为50μm的陶瓷构件安装在簇射极板用生坯体的纵孔内同时进行烧结，由于陶瓷构件与上述纵孔的直径尺寸差分别为0.028mm、0.049m m和0.003mm，造成纵孔的内径夹紧陶瓷构件的应力。

造成该夹紧应力的直径尺寸差由大至小为0.049mm(约50μm)、0.028mm(约30μm)和0.003mm(3μm)，在直径尺寸差为约50μm和30μm的情况下，一般认为陶瓷构件被压缩而压坏、或纵孔扩张而产生裂纹现象，但可推断如下：上述现象不可能发生，这是因为直径尺寸差被在同时进行烧结时的高温时刻的相互微小的热塑性和结晶粒界的滑移现象吸收的缘故。

此外，虽然纵孔内表面与陶瓷构件外表面的接合面被一体地烧结结合，局部存在2μm左右的间隙，但是未形成等离子体激励用气体的流通路径那样的间隙，获得了具有如下结晶构造的簇射极板：结晶粒子不形成接合晶界而是跨越接合晶界、结晶粒子连续存在的均质的结晶构造。

制造例4

用1100℃预烧结了的陶瓷构件代替上述1500℃烧结了的陶瓷构件。该预烧结了的陶瓷构件的外径为1.15mm，将其安装在纵孔内径成形加工成1.19mm的簇射极板用生坯体的纵孔内同时进行了烧结。通过该制造例也能获得与制造例3相同的效果。

制造例5

因为在制造例3中使用的陶瓷构件的挤压成型体的烧结收缩率较大，所以在挤压成型体的阶段，外径尺寸大于成形加工为簇射极板用生坯体的纵孔的内径尺寸，因此，无法安装到纵孔内。

可是，若使在制造例3中使用的挤压成型用粘合剂为2％，并配合0.5％的反絮凝剂，能够减少混炼体的水分量。此外，以1.5ton/cm²的柱塞式的挤压成型压力制作成的陶瓷构件的烧结收缩率相对于模具尺寸为28％，但在干燥挤压成型体的时刻，相对于模具尺寸收缩了10％，获得了外径尺寸为1.15mm的干燥体。即、该干燥体的烧结收缩率成为18％，获得了小于在制造例1中使用的以78MPa成型的簇射极板用生坯体的烧结收缩率为19％的结果。因而，能够将陶瓷构件在烧成前的挤压成型体(粉末成形体)的阶段安装到簇射极板用生坯体的纵孔中而进行同时烧结，当然也能够将挤压成型体(粉末成形体)的脱脂体、预烧结体和烧结体安装到簇射极板用生坯体的纵孔中而进行同时烧结。

另外，补充说明一下，通过上述那样地预先掌握簇射极板在各种成型压力下的烧结收缩率，并预先掌握陶瓷构件的各种混炼体、各成型压力下的烧结收缩率，能够将陶瓷构件的挤压成型体(粉末成形体)、挤压成型体(粉末成形体)的脱脂体、预烧结体或烧结体安装到簇射极板用生坯体、簇射极板用生坯体的脱脂体或预烧结体的纵孔中而进行同时烧结。由此，能够获得陶瓷构件和簇射极板的纵孔被一体烧结结合的、无间隙的簇射极板。

此外，在将高温1500℃烧结了的陶瓷构件安装到预烧结成相对密度96％的簇射极板的纵孔中，以温度1400℃、压力1500kg/cm²用HIP处理装置进行同时烧结的情况下，也能获得无间隙的一体烧结体。

另外，在制造例1～5中均使用了高纯度氧化铝系陶瓷材料，但若是介电损耗在5×10^-3～1×10^-5的范围内的低介电损耗陶瓷材料，能够使用配合有微量的粒成长抑制剂、Y₂O₃以及富铝红柱石等的氧化铝系陶瓷材料、或由Al₂O₃和Y₂O₃的成分构成的材料、或含有作为Al₂O₃和Y₂O₃的化合物的石榴石成分的材料、还有AlN、SiO₂、富铝红柱石、Si₃N₄、SiAlON等的陶瓷材料。

而且，对于簇射极板用陶瓷材料与气体排出孔构件(多孔质陶瓷烧结体和陶瓷构件)用陶瓷材料的组合没有特别的限定，但尽可能优选为相同材料成分系的陶瓷材料。

而且，将气体排出孔构件安装(插入)到纵孔内而进行一体烧结时，将相同材料成分的微小粉末涂敷在气体排出孔构件的外表面上，能够发挥与粘接剂相同的作用效果，并能够获得与在各制造例中获得的相同的结果。

图5表示纵孔105的再一构成例。

在图5的(a)中，为了实施防止等离子体逆流的两重安全对策，在多孔质陶瓷烧结体114的气体导入侧还配置陶瓷构件113，使多孔质陶瓷烧结体114和陶瓷构件113烧结结合在簇射极板106的纵孔105中。此外，在图5的(b)中，在多孔质陶瓷烧结体114的气体导入侧还配置另外的多孔质陶瓷烧结体114a，使多孔质陶瓷烧结体114和另外的多孔质陶瓷烧结体114a烧结结合在簇射极板106的纵孔105中。在该情况下，为了减小等离子体激励用气体的压力损失，作为气体导入侧的多孔质陶瓷烧结体114a，使用气孔率和气孔直径均大于气体排出侧的多孔质陶瓷烧结体114的多孔质陶瓷烧结体(例如，平均气孔直径：10～30μm、气孔率：50～75％)。

另外，在以上的实施例中，纵孔105的个数、直径和长度、开设于陶瓷构件113上的气体排出孔113a的个数、直径和长度等不限于本实施例的数值。

实施例2

图6表示本发明的第二实施例。参照图6，表示微波等离子体处理装置。对与第一实施例重复的部分标注相同的附图标记，省略说明。

在本实施例中，在处理室102的上部借助密封用的O型密封圈107在与保持台104上的被处理基板103对应的位置上、作为处理室102的外壁的一部分安装有作为相对介电常数是9.8、且低微波介电损耗(介电损耗在9×10^-4以下)的电介质的由氧化铝构成的簇射极板200。此外，在构成处理室102的壁面201上，在与簇射极板200的侧面对应的位置上设有由2个密封用的O型密封圈202和簇射极板200的侧面围起来的环状空间203。环状空间203与用于导入等离子体激励用气体的气体导入口110相连通。

另一方面，在簇射极板200的侧面上朝向簇射极板200的中心方向地横向开设有直径1mm的许多个横孔204。同时，以与该横孔204相连通的方式朝向处理室102连通地开设有许多个(230个)纵孔205。

图7表示俯视簇射极板200的横孔204和纵孔205的配置。图8是表示横孔204和纵孔205的配置的立体示意图。

在这样构成的簇射极板200中，也与上述第一实施例同样地，能够通过烧结结合将陶瓷构件或多孔质气体流通体设于该纵孔205内。

工业上可利用性

本发明的簇射极板除了可利用在微波等离子体处理装置中，还可利用在平行平板型高频激励等离子体处理装置、电感耦合型等离子体处理装置等各种等离子体处理装置中。

Claims (10)

1.一种簇射极板，该簇射极板配置于等离子体处理装置，为了在上述等离子体处理装置内产生等离子体而排出等离子体激励用气体，

在作为等离子体激励用气体的排出路径的多个纵孔内，设有陶瓷构件和/或多孔质气体流通体，该陶瓷构件具有多个直径为20μm～70μm的气体排出孔，该多孔质气体流通体具有最大气孔直径为75μm以下的沿气体流通方向连通的气孔，上述陶瓷构件和/或上述多孔质气体流通体被与上述簇射极板一体地烧结结合。

2.根据权利要求1所述的簇射极板，

上述簇射极板由陶瓷材料构成，且上述陶瓷构件和上述多孔质气体流通体由介电损耗在5×10^-3～1×10^-5的范围内的陶瓷材料构成。

3.根据权利要求1或2所述的簇射极板，

上述陶瓷构件的气体排出孔的长度与直径的长径比(长度/直径)为20以上。

4.根据权利要求1或2所述的簇射极板，

由上述多孔质气体流通体的连通的气孔形成的气体流通路径中的狭路的气孔直径为10μm以下。

5.一种簇射极板的制造方法，该制造方法用于制造权利要求1～4中任一项所述的簇射极板，

将对上述陶瓷构件的原料粉末进行成型而加工成规定形状后得到的粉末成形体、粉末成形体的脱脂体、预烧结体或烧结体和/或对多孔质气体流通体的原料粉末进行成型而加工成规定形状后得到的粉末成形体、粉末成形体的脱脂体、预烧结体或烧结体安装到对簇射极板的原料粉末进行成型而加工形成有纵孔的生坯体的纵孔内，之后将上述陶瓷构件的粉末成形体、粉末成形体的脱脂体、预烧结体或烧结体和/或上述多孔质气体流通体的粉末成形体、粉末成形体的脱脂体、预烧结体或烧结体与该生坯体同时进行烧结。

6.一种簇射极板的制造方法，该制造方法用于制造权利要求1～4中任一项所述的簇射极板，

将对上述陶瓷构件的原料粉末进行成型而加工成规定形状后得到的粉末成形体、粉末成形体的脱脂体、预烧结体或烧结体和/或对多孔质气体流通体的原料粉末进行成型而加工成规定形状后得到的粉末成形体、粉末成形体的脱脂体、预烧结体或烧结体安装到对簇射极板的原料粉末进行成型而加工形成有纵孔的生坯体的脱脂体的纵孔内，之后将上述陶瓷构件的粉末成形体、粉末成形体的脱脂体、预烧结体或烧结体和/或上述多孔质气体流通体的粉末成形体、粉末成形体的脱脂体、预烧结体或烧结体与该生坯体的脱脂体同时进行烧结。

7.一种簇射极板的制造方法，该制造方法用于制造权利要求1～4中任一项所述的簇射极板，

将对上述陶瓷构件的原料粉末进行成型而加工成规定形状后得到的粉末成形体、粉末成形体的脱脂体、预烧结体或烧结体和/或对多孔质气体流通体的原料粉末进行成型而加工成规定形状后得到的粉末成形体、粉末成形体的脱脂体、预烧结体或烧结体安装到对簇射极板的原料粉末进行成型而加工形成有纵孔的生坯体的预烧结体的纵孔内，之后将上述陶瓷构件的粉末成形体、粉末成形体的脱脂体、预烧结体或烧结体和/或上述多孔质气体流通体的粉末成形体、粉末成形体的脱脂体、预烧结体或烧结体与该生坯体的预烧结体同时烧结。

8.一种等离子体处理装置，

该等离子体处理装置配置有权利要求1～4中任一项所述的簇射极板。

9.一种等离子体处理方法，

使用权利要求1～4中任一项所述的簇射极板向等离子体处理装置内供给等离子体激励用气体，利用微波激励所供给的等离子体激励用气体从而产生等离子体，使用该等离子体对基板实施氧化、氮化、氧氮化、CVD、蚀刻、或等离子体照射。

10.一种电子装置的制造方法，

包含利用权利要求9所述的等离子体处理方法来处理基板的工序。

Images