WO2007145229A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Masahiro Okesaku
Tetsuya Goto
Tadahiro Ohmi
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Tokyo Electron Ltd
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    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
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    • H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow

Definitions

  • shower plate and manufacturing method thereof and plasma processing apparatus, plasma processing method and electronic device manufacturing method using the shower plate
  • the present invention relates to a plasma processing apparatus, in particular a shear plate used in a microwave plasma processing apparatus and a manufacturing method thereof, and a plasma processing apparatus, a plasma processing method and an electronic device manufacturing method using the shower plate. .
  • Plasma processing steps and plasma processing apparatuses are manufacturing ultra-miniaturized semiconductor devices having a gate length of 0.1 l ⁇ m or less, which are recently called so-called deep sub-micron devices or deep sub-quarter micron devices. It is an indispensable technology for manufacturing high-resolution flat panel display devices including liquid crystal display devices.
  • a microwave plasma processing apparatus that uses a high-density plasma excited by a microwave electric field without using a DC magnetic field has been proposed.
  • a planar antenna having a large number of slots arranged to generate uniform microwaves (radius) A plasma processing apparatus having a configuration in which microwaves are radiated from a (line-line slot antenna) into the processing chamber and the plasma is excited by ionizing the gas in the processing chamber by the microwave electric field has been proposed (for example, Patent Document 1 reference).
  • a microwave plasma excited by such a method can realize a plasma density that is wide and high directly under the antenna, and can perform uniform plasma processing in a short time.
  • the microwave plasma generated by such a method excites the plasma by microwaves, damage to the substrate to be processed and metal contamination can be avoided because the electron temperature is low. Furthermore, since uniform plasma can be easily excited even on a large-area substrate, it is possible to easily cope with a manufacturing process of a semiconductor device using a large-diameter semiconductor substrate and a large-sized liquid crystal display device.
  • a shower plate having a plurality of vertical holes is usually used as a gas discharge path in order to uniformly supply a plasma excitation gas into the processing chamber.
  • the plasma formed directly under the shower plate may flow back into the vertical holes of the shower plate.
  • abnormal discharge and gas deposition occur, which causes the problem of deterioration in the transmission efficiency and yield of microwaves for exciting the plasma.
  • Patent Document 2 discloses that it is effective to make the diameter of the gas discharge hole at the tip of the vertical hole smaller than twice the sheath thickness of the plasma formed immediately below the shower plate. Yes.
  • simply reducing the diameter of the gas discharge holes is not sufficient as a means for preventing the backflow of plasma.
  • in order damage was the purpose of increasing the reduced processing speed, when trying to increase the plasma density from the conventional 10 12 CM_ 3 about about 10 13 CM_ 3, plasma backflow becomes remarkable, diameter of the gas discharge hole Control of the plasma alone cannot prevent plasma backflow.
  • Patent Document 3 also proposes the use of a shower plate having a breathable porous ceramic sintered body strength. This is intended to prevent the backflow of plasma by the walls of a large number of pores constituting the porous ceramic sintered body.
  • the shower plate which is also a general porous ceramic sintered body sintered at normal temperature and pressure, has a large variation in pore size from several ⁇ m to several tens of ⁇ m.
  • the maximum crystal grain size is as large as about 20 m and the structure is not uniform, the surface flatness is poor, and if the surface in contact with the plasma is made of a porous ceramic sintered body, the effective surface area increases and the plasma is increased.
  • Patent Document 3 instead of configuring the entire shower plate with a porous ceramic sintered body, an opening for gas discharge is formed in a shower plate that also has a dense alumina force, and this opening has a room temperature.
  • a general porous ceramic sintered body sintered at normal pressure is mounted, and gas is released through the porous ceramic sintered body.
  • a general porous ceramic sintered body sintered at normal temperature and normal pressure is used, the above-mentioned problems caused by poor surface flatness cannot be solved.
  • the applicant of the present application has previously proposed a means for preventing the backflow of plasma by adjusting the diameter dimension of the gas discharge hole instead of from the structure surface of the shower plate in Patent Document 4. That is, by setting the diameter of the gas discharge hole to 0.1 to less than 0.3 mm and the tolerance of the diameter to within ⁇ 0.002 mm, the plasma backflow is prevented and the gas flow is prevented. This eliminates variation in the amount released.
  • the shower plate was used in the actual microwave plasma processing apparatus under conditions with increased plasma density 10 13 CM_ 3, ⁇ this as shown FIG. 21 ⁇ This, shower plates body 600 and the cover The plasma excitation gas formed between the plate 601 and the space 602 and the vertical hole 603 communicating with the space 602 and the plasma flow back into the vertical hole 603 or the plasma excitation gas ignited in the space 602 and the vertical hole 603. Possible pale brown discoloration.
  • Patent Document 1 JP-A-9-63793
  • Patent Document 2 JP 2005-33167 A
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-39972
  • Patent Document 4 Pamphlet of International Publication No. 06Z112392
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a shower plate capable of preventing plasma generation or plasma excitation gas ignition in the vertical hole portion more completely and enabling efficient plasma excitation. There is to do.
  • the present invention provides a shower plate that discharges a plasma excitation gas in order to generate plasma in a plasma processing apparatus, wherein a vertical hole serving as a discharge path of the plasma excitation gas has pores communicating in the gas flow direction.
  • a porous gas distribution body and a ceramic member having a plurality of gas discharge holes as appropriate are mounted, and the pore diameter of the bottleneck in the gas distribution path formed by the pores communicating with the porous gas distribution body is 10 ⁇ m.
  • the pore diameter of the bottleneck of the porous gas distribution body than 10 mu m as described above it can also prevent backflow of the plasma as an increased plasma density of about 10 13 CM_ 3 It becomes. That is, in this porous gas distribution body, although the gas flowability is ensured by the connected pores, the gas flow path is bent in a zigzag shape, and is 10 / zm or less, preferably 5 m or less. Kushiro is present. On the other hand, the electrons and ions that make up the plasma have straightness! Therefore, even if the plasma flows back to the porous gas distribution body, most of the plasma collides with the pore walls, and further, all of the plasma collides in the bottleneck part of 10 m or less of the pores. Backflow is prevented.
  • Patent Document 3 the use of a breathable porous ceramic sintered body as a porous gas flow medium having pores communicating in the gas flow direction in the shower plate itself is disclosed in Patent Document 3 above.
  • the general porous ceramic firing used in Patent Document 3 The aggregate has a maximum crystal particle size of 20 m or more, and the pore diameter of the bottleneck in the gas flow path formed by the communicating pores is well over 10 m, so the plasma density is about 10 13 cm- 3 Under elevated conditions, plasma backflow cannot be completely prevented.
  • a general porous ceramic sintered body having a relatively large crystal particle diameter has poor surface flatness, and therefore, due to the large effective surface area, the electron's ions in the plasma are regenerated. If the power efficiency of plasma excitation deteriorates, there is a problem.
  • porous ceramic sintered body having a high purity that does not contain impurities that increase dielectric loss and a ceramic sintered body having a fine crystal structure and a breathable porous ceramic sintered body.
  • excellent in terms of dielectric loss, strength, etc. for example, alumina-based sintered body containing high purity alumina and a small amount of grain growth inhibitor, YO and mullite, A1N
  • Sintered body SiO sintered body, mullite sintered body, SiN sintered body, SiAlON sintered body etc.
  • the pore size is preferably smaller than twice the thickness of the plasma sheath formed directly under the shower plate. Further, those having a fine crystal particle diameter, a uniform structure and no variation are preferable.
  • the dielectric loss of the porous ceramic sintered body made of alumina-based ceramics power 1 X 10_ 3 or less, more preferably 5 X 10 _ 4 or less, the tooth forces is also a maximum crystal grain diameter of 15 m or less, more preferably 10 m or less, but the average crystal particle size is 10 m or less, more preferably 5 m or less, and the porosity is in the range of 20 to 75%, and the average pore size is 10
  • the surface roughness (Ra) of the ground surface after removing the pores V should be 1.5 m or less. Can be adversely affected by the poor surface flatness of conventional porous ceramic sintered bodies and the increase in effective surface area. Can be eliminated.
  • the porous ceramic sintered body having the above-mentioned characteristics is
  • Such a porous gas distribution body can be disposed on the gas introduction side of the gas discharge hole provided on the gas discharge side of the vertical hole or on the tip of the vertical hole.
  • the porous gas flow body if the porous gas flow body is provided on the gas introduction side of the gas discharge hole, the porous gas flow body does not directly contact the plasma, and the flatness of the lower surface of the shower plate is obstructed. Therefore, it is possible to solve the problem of the power efficiency of plasma excitation due to the increase of recombination of plasma electrons and ions.
  • the characteristics such as the pressure and flow velocity of the plasma excitation gas for each vertical hole are made uniform. .
  • the flow rate of the plasma excitation gas for each gas discharge hole is constant and is discharged into the plasma processing apparatus with a wide surface force of the uniform plate.
  • uniform plasma can be efficiently generated directly under the shower plate.
  • a porous gas distribution body having a noffer effect (buffer effect) that equalizes various characteristics such as pressure and flow velocity of the plasma excitation gas on the gas introduction side of the gas discharge hole Discharge hole force Dispersion of the flow velocity and flow rate of the released gas can be eliminated, and the generated plasma can be made uniform.
  • the plasma can be prevented from flowing back to the gas introduction side of the vertical hole.
  • the gas introduction side of the porous gas flow body is continuously provided with a gas passage hole having a larger diameter than the gas discharge hole. It is preferable.
  • This gas passage hole serves as a path for guiding the plasma excitation gas to the porous gas distribution body side from the plasma excitation gas introduction path, which is also a horizontal hole provided in the shower plate, for example.
  • the plasma excitation gas can be easily guided to the porous gas distribution body side, and the overall gas conductivity is improved. I can make it.
  • the gas fluid resistance can be reduced, the gas supply pressure with less pressure loss can be set lower, which saves energy.
  • the porous gas flow body can be attached to at least the tip of the longitudinal hole.
  • the plasma excitation gas is released from the entire surface of the porous gas circulation body, so that the pressure of the released plasma excitation gas, Various characteristics such as flow velocity are made uniform.
  • the plasma excitation gas is evenly released without variation, and it becomes possible to generate V and uniform plasma without turbulent flow directly under the shower plate.
  • the shape of the porous gas flow member may be a parallel flat surface whose upper and lower surfaces are directed toward the inside of the plasma processing apparatus.
  • a convex spherical shell or a concave spherical shell is preferable.
  • the stress due to thermal expansion and contraction during use can be absorbed by deformation (stagnation), and cracking of the porous gas distribution body and the shower plate equipped with it can be prevented. can do.
  • the plasma excitation gas can be released in a wider range, so that more uniform plasma can be generated.
  • the outer periphery excluding the upper surface and the lower surface of the porous gas distribution body may be formed of a dense ceramic layer.
  • the outer periphery When installing the porous gas distribution body in the vertical hole of the shower plate, the outer periphery may collapse and the particles may fall off.
  • the outer periphery is collapsed by making the outer periphery a dense ceramic layer. As a result, workability is improved and contamination due to particle dropping can be prevented.
  • Such a porous gas distribution body can be attached to the end of the vertical hole of the shower plate by fitting or sintering.
  • the outer dimension of the porous gas distribution body is 0 to 0.002 mm relative to the inner dimension of the vertical hole of the shower plate. Fit by shrink fitting, cold fitting or press fitting.
  • both the porous gas distribution body and the shower plate can be mounted at the stage before sintering, and then sintered simultaneously. That is, for the porous gas distribution body, a shower is performed at the stage of the powder molded body obtained by molding the raw material powder of the porous gas distribution body and processing it into a predetermined shape, its degreased body, pre-sintered body or sintered body.
  • the porous gas circulation body is attached to the vertical holes of the shower plate, It is then sintered at the same time.
  • the molding conditions or the subsequent degreasing and pre-sintering conditions are adjusted so that the shrinkage ratios of the respective members at the time of simultaneous sintering are substantially the same and at least the clamping force acts on the porous gas distribution body.
  • the porous gas distribution body can be securely fixed to the vertical hole of the shower plate by mounting it at the stage before sintering and then simultaneously sintering it.
  • a ceramic member having a plurality of gas discharge holes may be mounted in a vertical hole formed in a shower plate. That is, the gas discharge hole is formed in a ceramic member separate from the shutter plate, and this ceramic member is mounted in a vertical hole opened in the shower plate.
  • a ceramic member having a gas discharge hole can be formed by injection molding, extrusion molding, special squeeze molding, or the like.
  • the hole diameter is not more than twice the thickness of the sheath of the plasma formed immediately below the shower plate, and the length thereof is larger than the mean free path of electrons in the processing chamber. Good.
  • the gas discharge side of each vertical hole is closed with the member.
  • the gas discharge side of the vertical hole is narrower than the gas introduction side, and the member is provided in the narrow portion and extends to the gas introduction side.
  • the gas of the member is disposed on the gas introduction side of the vertical hole.
  • a porous gas flow body can also be disposed so as to be in contact with the discharge hole.
  • the length of the gas discharge hole is longer than the mean free path of electrons in the plasma processing apparatus, and the hole diameter is not more than twice the thickness of the sheath of the plasma formed directly under the shower plate.
  • the pore diameter of the porous body is preferably less than or equal to the thickness of the plasma formed immediately below the shower plate.
  • the microwave electric field concentrates on the corner portion on the gas introduction side, so that the corner portion is chamfered.
  • plasma excitation gas is supplied into the plasma processing apparatus, and the supplied plasma excitation gas is excited by microwaves to generate plasma.
  • Oxidation, nitridation, oxynitridation, CVD, etching, plasma irradiation, or the like can be processed on the substrate using the plasma. The invention's effect
  • the present invention it is possible to prevent the plasma from flowing back into the vertical holes that are the discharge path of the plasma excitation gas in the shower plate, and to suppress the occurrence of abnormal discharge and gas accumulation inside the shower plate. Therefore, it is possible to prevent the microwave transmission efficiency and yield deterioration for exciting the plasma.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
  • a microwave plasma processing apparatus is shown.
  • the illustrated microwave plasma processing apparatus has a processing chamber 102 that is evacuated through a plurality of exhaust ports 101, and a holding table 104 that holds a substrate to be processed 103 is disposed in the processing chamber 102.
  • the processing chamber 102 A circumferentially ring-shaped space of the holding table 104 is defined, and the plurality of exhaust ports 101 are arranged at equal intervals so as to communicate with the space, that is, axially symmetric with respect to the substrate 103 to be processed. Due to the arrangement of the exhaust ports 101, the processing chamber 102 can be uniformly exhausted from the exhaust ports 101.
  • An upper portion of the processing chamber 102 has a diameter force of 08 mm and a relative dielectric constant of 9.8 as a part of the outer wall of the processing chamber 102 at a position corresponding to the substrate 103 to be processed on the holding table 104. and is attached et through the low microwave dielectric loss O-ring 106 of the shower plate 105 forces the seal made of a dielectric material of alumina is (dielectric loss 1 X 10_ 3 preferably 5 X 10_ 4 below from the following) .
  • a ring-shaped space 109 surrounded by two sealing O-rings 108 and the side surface of the shower plate 105 is provided at a position corresponding to the side surface of the shower plate 105 on the wall surface 107 constituting the processing chamber 102. It has been.
  • the ring-shaped space 109 communicates with a gas introduction port 110 for introducing plasma excitation gas.
  • a large number of lateral holes 111 having a diameter of 1 mm are opened in the lateral direction by directing force toward the center of the shower plate 105.
  • a large number (230 pieces) of vertical holes 112 are opened to communicate with the processing chamber 102 so as to communicate with the horizontal holes 111.
  • FIG. 2 shows the arrangement of the horizontal holes 111 and the vertical holes 112 as viewed from the upper surface of the shower plate 105.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing the arrangement of the horizontal holes 111 and the vertical holes 112.
  • FIG. 4 shows details of the longitudinal hole 112.
  • the vertical hole 112 includes a first vertical hole 112a having a diameter of 10 mm and a depth of 10 mm provided on the processing chamber 102 side, and a second vertical hole 112b having a diameter of 1 mm provided further (gas introduction side). And communicates with the lateral hole 111.
  • the first vertical hole 112a has a ceramic member 113 with a height of 5mm, which is made of an extruded product of alumina and also includes a plurality of gas discharge holes 113a with a diameter of 50 ⁇ m, and a diameter of 10mm.
  • a cylindrical ceramic sintered body 114 having a columnar shape with a height of 5 mm and having pores communicating in the gas flow direction is sequentially mounted.
  • the second vertical hole 112b on the gas introduction side of the porous ceramic sintered body 114 corresponds to a "gas passage hole" according to claim 5 of the present application.
  • a method for introducing the plasma excitation gas into the processing chamber will be described with reference to FIG.
  • the plasma excitation gas introduced from the gas introduction port 110 is introduced into the ring-shaped space 109. Through the hole 111 and the vertical hole 112, the gas is finally introduced into the processing chamber 102 from the gas discharge hole 113 a provided at the tip of the vertical hole 112.
  • a coaxial waveguide 117 is installed to introduce waves into the antenna.
  • the slow wave plate 116 is sandwiched between the slot plate 115 and the metal plate 118.
  • the metal plate 118 is provided with a cooling channel 119.
  • the plasma excitation gas supplied from the shower plate 105 is ionized by microwaves radiated from the slot plate 115, so that a high density is obtained in the region of several millimeters immediately below the shower plate 105. Plasma is generated. The generated plasma reaches the substrate 103 to be processed by diffusion. From the shower plate 105, in addition to the plasma excitation gas, oxygen gas or ammonia gas may be introduced as a gas that actively generates radicals.
  • a lower shower plate 120 having a conductive force such as aluminum or stainless steel is disposed between the shower plate 105 and the substrate to be processed 103 in the processing chamber 102.
  • the lower shower plate 120 includes a plurality of gas flow paths 120a for introducing a process gas, which is also supplied with a process gas supply port 121, into the substrate 103 to be processed in the processing chamber 102, and the process gas is a gas flow path 120a.
  • a large number of nozzles 120 b formed on the surface corresponding to the substrate to be processed 103 are discharged into the space between the lower shower plate 120 and the substrate to be processed 103.
  • silane gas or disilane gas is introduced when forming a silicon-based thin film
  • CF gas is introduced when forming a low dielectric constant film.
  • the CVD using organometallic gas as a process gas is also possible.
  • organometallic gas as a process gas
  • RIE reactive ion etching
  • silicon oxide film etching CF gas and acid
  • Chlorine gas or HBr gas is introduced for etching of elemental gas, metal film or silicon.
  • the RF power 122 is connected to the electrode installed inside the holding table 104 via a capacitor, and RF power is applied to process the self-noise voltage. Generated on the substrate 103.
  • Gas type of process gas to flow Sets the gas flow and pressure by a process that is not limited to the above.
  • the heat flow that flows into the shower plate 105 by being exposed to the high-density plasma is, for example, water flowing into the cooling flow path 119 via the slot plate 115, the slow wave plate 116, and the metal plate 118. Heat is exhausted by the refrigerant.
  • the plurality of gas discharge holes 113a opened in the cylindrical ceramic member 113 having the alumina material force in this embodiment has a diameter of 50 / zm.
  • This figure is smaller than twice the 40 m, which is the sheath thickness of 10 12 cm _3 high density plasma, but larger than twice the 10 ⁇ m, which is the sheath thickness of 10 13 c ⁇ 3 high density plasma .
  • the ceramic member 113 is a dielectric loss made of 99.95% or more high-purity Al 2 O.
  • V is the potential difference between the plasma and the object (unit is V)
  • T is the electron temperature (unit is eV).
  • ⁇ is the device length given by the following equation.
  • ⁇ is the magnetic permeability in vacuum
  • k is the Boltzmann constant
  • n is the electron density of the plasma
  • the device length decreases as the electron density of the plasma increases. From the viewpoint of preventing the backflow of the plasma, it can be said that the hole diameter of the gas discharge hole 113a is desirably smaller.
  • Table 2 shows the mean free path of electrons.
  • the mean free path is inversely proportional to the pressure and is 4 mm at 0.1 lTorr. Actually, the pressure on the gas inlet side of the gas discharge hole 113a is high, so the mean free path is shorter than 4mm. In this example, the length of the 50m diameter gas discharge hole 113a is 5mm and the mean free path is The value is longer than that.
  • the porous ceramic sintered body 114 having pores communicating in the gas flow direction is installed on the gas introduction side of the gas discharge hole 113 3a.
  • the size of the pore diameter is determined by the sheath thickness of the high-density plasma formed immediately below the shower plate 105 in order to suppress plasma from flowing back into the pores and suppressing abnormal discharge in the second vertical hole 112b. It is preferably 2 times or less, desirably less than the sheath thickness.
  • Bottleneck pores i.e. gas flow path of the multi-porous ceramic sintered body 114 in this embodiment is 10 mu m Ri der less, 10 13 cm_ 3 of a sheath thickness of high-density plasma 10 / zm and below the same extent is there. By doing so, 10 13 CM_ against 3 of the high-density plasma, it is possible to use the shower plate.
  • the shower plate 105 having the above configuration can prevent the plasma from flowing backward to the gas introduction side of the vertical hole 112, and can suppress the occurrence of abnormal discharge and gas accumulation inside the shower plate 105. As a result, the microwave transmission efficiency and the yield for plasma excitation can be prevented from deteriorating. In addition, efficient plasma excitation that does not hinder the flatness of the surface in contact with the plasma has become possible.
  • the gas discharge hole 113a is formed by extruding into a ceramic member 113 separate from the shower plate 105 by a molding method or the like, the gas discharge hole 113a is formed when the gas discharge hole is formed in the shower plate by a hole cover. Compared to this, it is easy to form fine and long gas discharge holes with a diameter of 0.1 mm or less. I was able to do it.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
  • a microwave plasma processing apparatus is shown.
  • the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
  • the relative permittivity is 9.8 as a part of the outer wall of the processing chamber 102 at a position corresponding to the target substrate 103 on the holding table 104 at the upper portion of the processing chamber 102.
  • Teima microphone port wave dielectric loss (dielectric loss 1 X 10_ 4 below) also becomes alumina force a is the dielectric openings, i.e. plate-shaped shower longitudinal hole 200 is formed in the large number (230 pieces) Plate 201 is attached through an O-ring 106 for force sealing.
  • a cover plate 202 made of alumina is provided on the upper surface side of the shower plate 201, that is, on the opposite side of the holding plate 104 with respect to the shower plate 201, and another O-ring 20 3 for sealing. It is attached via
  • FIG. 6 is a schematic perspective view showing the arrangement of the shower plate 201 and the cover plate 202.
  • the plasma excitation gas supply port 110 is opened in the shower plate 201 between the upper surface of the shower plate 201 and the cover plate 202.
  • a space 205 for filling the plasma excitation gas supplied through the gas supply hole 204 is formed.
  • the cover plate 202 is provided with grooves so as to be connected to the positions corresponding to the vertical holes 200 and the gas supply holes 204 on the surface of the cover plate 202 on the shower plate 201 side.
  • a space 205 is formed between them. That is, the vertical hole 200 is disposed so as to communicate with the space 205.
  • FIG. 7 shows details of the vertical hole 200.
  • 7A is a sectional view
  • FIG. 7B is a bottom view.
  • the vertical hole 200 consists of a first vertical hole 200a having a diameter of 5 mm and a height of 2 mm from the processing chamber 102 side and a second ⁇ ⁇ 200b force having a diameter of 10 to 20 mm and a height of 8 to 20 mm.
  • a cylindrical ceramic member 206 having six gas discharge holes 206a each having a diameter of 50 ⁇ m and a length of 8 mm made of alumina is formed in a part of the first and second vertical holes 200a and 200b. It is installed.
  • the microwave electric field is concentrated at the corner of the vertical hole 200 on the gas introduction side to cause discharge, and the plasma excitation gas is ignited to prevent plasma from self-generating and chamfering. 2 08 is given. This chamfering is C chamfering, more preferably R chamfering, and the corner can be R chamfered after C chamfering.
  • the shower plate 201 having the above-described configuration can prevent the plasma from flowing back to the gas introduction side of the vertical hole 200, and the gas for plasma excitation at the corner of the gas introduction side of the vertical hole 200 can also be prevented. No longer ignites.
  • FIG. 8 shows a preferable ideal structure of the ceramic member 206.
  • (A) is a cross-sectional view
  • (b) is a bottom view.
  • the diameter of the gas discharge holes 206a formed in the ceramic member 206 is preferably about 2 to 5 ⁇ m, and the interval is preferably about 10 to 20 ⁇ m.
  • the gas release side 206 a provided in the ceramic member 206 is in contact with the gas introduction side of the ceramic member 206 having the same dimensions as in FIG.
  • a porous ceramic sintered body 207 having pores communicating in the gas flow direction may be provided.
  • the space portion of the second vertical hole 200b on the gas introduction side of the porous ceramic sintered body 207 corresponds to the “gas passage hole” according to claim 5 of the present application.
  • the porous ceramic sintered body 207 shown in FIG. 9 of this example is an Al 2 O material having a purity of 99.9% or more, an average crystal particle diameter: L m, and a bending strength.
  • L m an average crystal particle diameter
  • lOOMPa For the force, a material having an average pore diameter of 3 ⁇ m, a porosity power of 5% and a thickness of 4 mm was used.
  • the number, diameter, and length of the first vertical hole 200a and the second vertical hole 200b, the number, diameter, length, and the like of the gas discharge hole 206a that is opened in the ceramic member 206 are as described in this embodiment. There is no limit to the number of.
  • FIG. 10 shows a third embodiment of the present invention.
  • a microwave plasma processing apparatus is shown.
  • the same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
  • the vertical hole 300 of the shower plate 301 in this embodiment has a structure as shown in FIG. That is, a gas discharge hole 300a having a diameter of 0.05 mm and a length of 0.5 mm is formed on the processing chamber 102 side where plasma is excited, and the gas introduction side of the gas discharge hole 300a is formed in a hole 300b having a diameter of lmm. It is connected.
  • chamfering 303 is applied to the corner portion on the gas introduction side of the hole 300b in order to avoid electric field concentration of the microphone mouth wave.
  • a porous ceramic sintered body 302 having a cylindrical shape with a height of 5 mm and pores communicating in the gas flow direction is attached to the bottom of the hole 300b having a diameter of llm.
  • the gas discharge hole 300a is directly opened in the shower plate made of alumina, so it is difficult to make the length 1 mm or more, and since it is shorter than the mean free path of electrons, the electrons flow backward, and as a result.
  • the plasma may be ignited in the space 205 and the vertical hole 300 and the ignition phenomenon may be continuously maintained.
  • a porous ceramic sintered body 302 having the same material characteristics as that used in the second embodiment is provided on the gas introduction side of the gas discharge hole 300a.
  • the numbers, diameters, lengths, and the like of the vertical holes 300, the gas discharge holes 300a, and the holes 300b are not limited to the numerical values in this embodiment.
  • FIG. 12 shows a fourth embodiment of the present invention.
  • a microwave plasma processing apparatus is shown. Portions that are the same as those in the first to third embodiments are given the same reference numerals and explanations thereof are omitted.
  • a large number of lateral holes 401 having a diameter of lmm are showered in the lateral direction.
  • the plate 400 is opened in the direction toward the center.
  • a large number (230) of vertical holes 402 are opened to communicate with the processing chamber 102 so as to communicate with the horizontal holes 401.
  • FIG. 13 shows the arrangement of the horizontal holes 401 and the vertical holes 402 as viewed from the upper surface of the shower plate 400.
  • FIG. 14 is a schematic perspective view showing the arrangement of the horizontal holes 401 and the vertical holes 402.
  • FIG. 15 shows details of the vertical hole 402.
  • the vertical hole 402 has a length of about 8 to 21 mm, a diameter of 3 mm or less (preferably 1 mm or less), and a cylindrical shape with a height of about 2 to 6 mm at its tip and a pore communicating with the gas flow direction.
  • a ceramic sintered body 403 is attached.
  • Porous ceramics sintered body becomes alumina material strength, pore diameter of the bottleneck in the gas flow path formed by the pores communicating with the 10 m or less, the dielectric loss 1 X 10_ 3 below, the average crystal grain child size 10 m or less, porosity of 20 to 75%, average pore diameter of 10 m or less, maximum pore diameter force S75 ⁇ m or less, and bending strength of 30 MPa or more are used.
  • the green body with the outer diameter, thickness, horizontal holes and vertical holes formed into the specified dimensions is sintered and relative A sintered material for shower plate having a density of 98% was obtained.
  • the spray-granulated powder was fired at 800 ° C in a powder state to obtain a temporarily sintered powder, and then the shower was performed.
  • the pore diameter of the bottleneck in the gas flow path formed by the connected pores is 2 m, and the dielectric loss is 2.5 X 10_ 4
  • a material for sintered ceramics was obtained.
  • the material for the porous ceramic sintered body the same green body as in Production Example 1 was obtained, a powder molded body obtained by processing the green body into a predetermined shape, and a degreased body obtained by firing this at 450 ° C. Further, a pre-sintered body fired at 600 ° C was prepared.
  • the green body for a shower plate has a sintering shrinkage rate that varies depending on the press molding pressure, and the sintering shrinkage rate is 19% at 78 MPa and 16.2% at 147 MPa.
  • the porous ceramic sintered body material changes its sintering shrinkage rate each time the porosity and pore diameter are changed, and also changes depending on the press molding pressure. Preliminarily investigate the sintering shrinkage for each characteristic setting of the sintered body
  • a powder molded body, degreased body or temporary sintered body of a porous ceramic sintered body having a sintering shrinkage rate equivalent to or slightly smaller than the sintering shrinkage rate of the green body for the shower plate described above is mounted in the vertical hole. And then simultaneously sintered. As a result, a sinter bonding force is generated between them, so that a strong mounting and fixing is ensured.
  • the green body for a shower plate was fired (pre-sintered) at 600-: LOOO ° C to obtain a pre-sintered body.
  • pre-sintered body some sintering shrinkage occurs in the pre-sintering stage, so the residual sintering shrinkage rate when the pre-sintered body is main-sintered becomes smaller as the pre-sintering temperature becomes higher. Become.
  • the porous ceramic sintered body material obtained by the same manufacturing method as in Production Example 1 and Production Example 2 uses a powder obtained by pre-sintering spray granulated powder. Dali for Sintering shrinkage is slightly smaller than that of the sintered body, and the sintering shrinkage is similar to that of the green body for shower plate, and the sintering shrinkage is similar to that of the shower plate material and porous ceramics. It is convenient to select a material for the sintered body.
  • the sintering shrinkage force of the green body for the shower plate prepared in Production Example 2 was calculated, and the dimensions after sintering of the vertical holes were calculated, and the green body, degreased body, and calcined porous ceramic material were obtained.
  • a porous ceramic material having a size after sintering of the sintered body and a size of the sintered body slightly larger (about 1 to 50 m) than the calculated size of the vertical hole after sintering is used for the vertical hole of the green body.
  • the ceramic members (113, 206, 404) to be mounted in the vertical holes of the shower plate are also sintered together with the shower plate in the same manner as described in the above manufacturing examples 1 to 3, It can be attached to the position.
  • the pore diameter of the porous ceramic sintered body 403 is desirably smaller from the viewpoint of preventing the back flow of the plasma. Specifically, it is preferable that the average pore diameter is not more than twice the plasma sheath thickness, and desirably not more than the sheath thickness. Further, the bottleneck of pores ie gas flow path of the porous ceramic sintered body 403 is less than 10 m, it is 10 13 10 m as much a sheath thickness of high-density plasma of CM_ 3 below. Thus Te cowpea to the, 10 13 CM_ against 3 of the high-density plasma, it is possible to use the shower plate
  • the shower plate 400 having the above-described configuration, it is possible to prevent the plasma from flowing backward to the gas introduction side of the vertical hole 402, and abnormal discharge and gas accumulation inside the shower plate 400 can be generated. As a result, it is possible to prevent the degradation of the transmission efficiency and yield of the microphone mouth wave for exciting the plasma.
  • the porous gas distribution body force mounted in the single vertical hole the plasma to be released
  • the pore diameter and the air permeability are small, and when using a porous gas distribution body within the range, release is required.
  • the thickness of the porous gas distribution body may be reduced to about 2-3 mm.
  • a ceramic member 404 having a plurality of gas flow holes 404a may be provided in contact with the gas introduction side of the porous ceramic sintered body 403.
  • Ceramic member 404 is extruded article of 99.95% or more high purity alumina (dielectric loss 1 X 10_ 3 or less), the diameter of the gas flow hole 40 4a has a diameter 50 m. This number is from 10 12 but smaller than twice the CM_ 3 high-density plasma sheet over scan a thickness 40 mu m, 10 13 2 ⁇ 10 / zm a sheath thickness of high-density plasma of CM_ 3 Is big.
  • the length of the gas circulation hole 404a is 5 mm.
  • the length of the gas flow hole 404a is preferably longer than the mean free path which is the mean distance until electrons are scattered.
  • the mean free path is inversely proportional to the pressure and is 4 mm at 0.1 lTorr.
  • the pressure on the gas inlet side of the gas circulation hole 404a is high, so that the mean free path is shorter than 4mm.
  • the length of the gas discharge hole 404a is 5mm and the value is longer than the mean free path. It is said.
  • another porous ceramic sintered body 403a is provided on the gas introduction side of the porous ceramic sintered body 403 instead of the ceramic member 404. It is also possible to prevent the backflow of plasma more reliably.
  • the porous ceramic sintered body 403a on the gas introduction side has a larger porosity and pore diameter than the porous ceramic sintered body 403 on the gas discharge side. (For example, average pore diameter: 10 to 30 m, porosity: 50 to 75%).
  • FIG. 17 shows another mounting example of the porous ceramic sintered body 403.
  • a large-diameter second vertical hole 402b is provided at the tip of the first vertical hole 402a, and the porous ceramic sintered body 403 is attached to the second vertical hole 402b.
  • a porous ceramics sintered body 403 is attached thereto.
  • a plurality of gas flow holes 4 similar to those described in FIG. 16 (a) are provided on the gas introduction side of the porous ceramic sintered body 403.
  • a ceramic member 404 in which 04a is opened is provided.
  • another porous ceramic sintered body may be provided on the gas introduction side of the porous ceramic sintered body 403, as in the example of FIG. 16 (b).
  • the shape of the porous ceramic sintered body 403 mounted in the second vertical hole 402b is formed so that the upper surface and the lower surface thereof are directed to the processing chamber 102 and are both concavely curved. It has a curved shape.
  • the shape of the porous ceramic sintered body 403 attached to the large-diameter second vertical hole 402b provided at the tip of the first vertical hole 402a has an upper surface and a lower surface. Both are directed to the processing chamber 102 and curved into a convex curved surface.
  • the porous ceramic sintered body 403 is mounted such that the lower end thereof does not protrude the lower surface force of the shower plate 400.
  • a porous ceramic sintered body 403 with a curved shape As shown in Fig. 17 (b) and Fig. 17 (c), the stress due to thermal expansion and contraction when using the shower plate 400 is deformed ( It can be absorbed by stagnation), and cracking of the porous gas distribution body 403 and the shower plate 400 equipped with the porous gas distribution body 403 can be prevented.
  • the plasma excitation gas when the convex surface is formed toward the processing chamber 2, the plasma excitation gas can be released in a wider range, so that more uniform plasma can be generated. It becomes.
  • a ceramic member having a plurality of gas flow holes formed on the gas introduction side of the porous ceramic sintered body 403 or another porous ceramic sintered body. A body may be provided.
  • the number, diameter, length, and the like of the vertical holes 112a are not limited to the numerical values in this embodiment.
  • FIG. 18 shows a fifth embodiment of the present invention.
  • a microwave plasma processing apparatus is shown. Portions that are the same as those in the first to fourth embodiments are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
  • the relative permittivity is 9.8 as a part of the outer wall of the processing chamber 102 at a position corresponding to the target substrate 103 on the holding table 104 at the upper portion of the processing chamber 102.
  • Teima microphone port wave dielectric loss (dielectric loss 1 X 10_ 4 below) also becomes alumina force a is dielectric, multi A number of (230) openings, that is, plate-like shower plates with vertical holes 500 formed 501 are attached through O-rings 106 for force sealing.
  • a cover plate 202 made of alumina is provided on the upper surface side of the shower plate 501, that is, on the side opposite to the holding base 10 4 with respect to the shower plate 501, and another O-ring 20 3 for sealing. It is attached via
  • FIG. 19 is a schematic perspective view showing the arrangement of the shower plate 501 and the cover plate 202.
  • the upper surface of the shower plate 501 and the cover plate 202 are connected via a gas supply hole 204 that is opened in the shower plate 501 from the plasma excitation gas supply port 110.
  • a space 205 for filling the plasma excitation gas supplied in this way is formed.
  • the cover plate 202 is provided with grooves so as to be connected to the positions corresponding to the vertical holes 500 and the gas supply holes 204 on the surface of the cover plate 202 on the shower plate 501 side.
  • a space 205 is formed between them. That is, the vertical hole 500 is arranged so as to communicate with the space 205.
  • FIG. 20 shows details of the vertical hole 500.
  • the vertical hole 500 is composed of a first vertical hole 500a having a diameter of 8 mm and a height of 3 mm and a second vertical hole 500b having a diameter of 10 mm and a height of 7 mm from the processing chamber 102 side.
  • a porous ceramic sintered body 502 having pores communicating in the gas flow direction is attached to the entire second vertical hole 500b by fitting.
  • the porous ceramic sintered body 502 has an outer periphery excluding an upper surface and a lower surface formed of a dense ceramic layer 502a, and the inside is a porous portion 502b.
  • the structure of the porous portion 502b is the same as that of the porous ceramic sintered body 403 of the fourth embodiment.
  • Dense ceramic layer 502a has the same characteristic value and shower plate 501, specifically, the dielectric loss 1 X 10_ 3 hereinafter, the relative density Al O purity 99.95% or more Made of over 98% material.
  • Such a porous ceramic sintered body 502 having the dense ceramic layer 502a on the outer periphery can be manufactured, for example, by the following method.
  • first vertical hole 500a and the second vertical hole 500b are not limited to the numerical values in this example.
  • the shower plate of the present invention can be used in various plasma processing apparatuses such as a microwave plasma processing apparatus, a parallel plate type high frequency excitation plasma processing apparatus, an inductively coupled plasma processing apparatus, and the like.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows the arrangement of horizontal holes and vertical holes as seen from the top surface of the shower plate shown in FIG.
  • FIG. 3 shows the arrangement of the horizontal and vertical holes of the shower plate shown in FIG.
  • FIG. 4 Shows details of the vertical holes in the shower plate shown in Fig. 1.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 Shows the arrangement of the shower plate and cover plate shown in Fig. 5.
  • FIG. 7 shows details of the vertical hole of the shower plate shown in FIG.
  • FIG. 8 shows a preferred ideal structure of a ceramic member to be installed in the vertical hole of the shower plate shown in FIG.
  • FIG. 9 shows an example in which a porous ceramic sintered body is provided in the vertical hole of the shower plate shown in FIG.
  • FIG. 10 shows a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 shows details of the vertical hole of the shower plate shown in FIG.
  • FIG. 12 shows a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 shows the arrangement of horizontal holes and vertical holes as seen from the top surface of the shower plate shown in FIG.
  • FIG. 14 shows the arrangement of the horizontal holes and vertical holes of the shower plate shown in FIG.
  • FIG. 15 shows details of the vertical hole of the shower plate shown in FIG.
  • FIG. 18 shows a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 shows details of the vertical hole of the shower plate shown in FIG.
  • FIG. 21 Shows a conventional shower plate.
  • Porous ceramic sintered body (porous gas flow body)

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Abstract

　プラズマの逆流の発生、若しくは縦孔部分でのプラズマ励起用ガスの着火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。プラズマ処理装置の処理室１０２に配置され、処理室１０２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シャワープレート１０５において、プラズマ励起用ガスの放出経路となる縦孔１１２に、ガス流通方向に連通した気孔を有する多孔質ガス流通体１１４を装着した。多孔質ガス流通体１１４の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を１０μｍ以下とした。

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] プラズマ処理工程およ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 ^ 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 、る力 とくに平行平板型高周波励起ブラ ズマ処理装置ある 、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 、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、い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 のさらなる微細化およびさらなる生産性の向上に対する厳 、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!、領域にわたって高!、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。しかもか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、ガス放出経路として複数の縦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縦孔に逆流することがある。縦孔にプラズマが 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] このプラズマの縦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 、る。
[0007] 例えば、特許文献 2には、縦孔先端の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 孔カ卩ェ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力 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。 [0009] 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力もなるシ ャワープレートは、その気孔径が数 μ mから数十 μ m程度の大きさまでバラツキが大 きぐさらに最大結晶粒子径が 20 m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 面積が増えてしまい、プラズマの電子'イオンの再結合が増加してしまい、プラズマ励 起の電力効率が悪いという問題点がある。ここで、上記特許文献 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、緻密なアルミナ力もなる 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ックス焼結体を装着し、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、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を使用するので、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。
[0010] 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. 1〜0. 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。
[0011] 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 21〖こ示すよう〖こ、シャワープレー ト本体 600とカバープレート 601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 602とそれに連通する縦孔 603にプラズマが逆流したため力、あるいは空間 60 2と縦穴 603の部分でプラズマ励起用ガスに着火したためとも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— 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 06Z112392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
[0012] 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、若しくは縦孔部分での プラズマ励起用ガスの着火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
[0013] 本発明は、プラズマ処理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 を放出するシャワープレートにおいて、プラズマ励起用ガスの放出経路となる縦孔に 、ガス流通方向に連通した気孔を有する多孔質ガス流通体及び適宜複数のガス放 出孔を有するセラミックス部材を装着し、さらにその多孔質ガス流通体の連通した気 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を 10 μ m以下としたこと によって、プラズマの逆流を防止すると共に、プラズマ励起用ガスをプラズマ処理装 置内にバラツキなくに放出し、均一なプラズマを生成することを可能とした。
[0014] また、ガス放出孔の長さをプラズマ処理装置内における電子の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を可能とした。
[0015] またさらには、シャワープレートに開けた縦孔のガス導入側の角部に面取り加工を 施すことにより、前記角部でのマイクロ波の電界集中に伴う放電、ひいてはプラズマ 励起用ガスの着火現象を防止することを可能とした。
[0016] 上述のように多孔質ガス流通体の隘路の気孔径を 10 μ m以下とすることで、プラズ マ密度を 1013cm_3程度に高めたとしてもプラズマの逆流を防止することが可能とな る。すなわち、この多孔質ガス流通体においては、連通した気孔によりガスの流通性 は確保されているものの、そのガス流通経路はジグザグ状に曲折し、しかも 10 /z m以 下、好ましくは 5 m以下の隘路が介在している。これに対して、プラズマを構成する 電子やイオンは直進性を有して！/ヽるので、プラズマが多孔質ガス流通体に逆流して きたとしても、大部分が気孔の壁に衝突し、さらには気孔の 10 m以下の隘路部で プラズマのすべてが衝突し、それ以上の逆流が阻止される。
[0017] ここで、シャワープレートに、ガス流通方向に連通した気孔を有する多孔質ガス流 通体として通気性の多孔質セラミックス焼結体を使用すること自体は、上記特許文献 3に開示されている。しかし、特許文献 3で使用される一般的な多孔質セラミックス焼 結体は、最大結晶粒子径が 20 m以上であり、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優に 10 mを超えるため、プラズマ密度を 1013 cm—3程度に高めた条件下ではプラズマの逆流を完全に防止することはできない。ま た、上述のように、結晶粒子径が比較的大きな一般的な多孔質セラミックス焼結体で は表面平坦性が悪ぐその実効表面積の多さに起因して、プラズマの電子'イオンの 再結合が増力!]してしま 、、プラズマ励起の電力効率が悪くなると 、う問題点がある。
[0018] これに対して、本発明では、プラズマ密度を 1013cm_3に高めた場合のプラズマの シース厚 0. Olmmの 2倍 (20 μ m)に対して、上述のように隘路の気孔径を 10 μ m 以下とすることで、確実にプラズマの逆流を防止すると共に、後述するように、結晶粒 子径が微細で、し力も高純度のセラミックス焼結体力 なる多孔質ガス流通体を使用 することで、表面平坦性を向上させることができ、プラズマの電子'イオンの再結合の 増加によるプラズマ励起の電力効率悪ィ匕の問題を解消できる。
[0019] すなわち、多孔質ガス流通体としては、誘電損失を大きくする不純物を含まない高 純度で、し力も微細結晶組織を有するセラミックス焼結体力 なる通気性の多孔質セ ラミックス焼結体が誘電損失、強度等の点から優れており、例えば、高純度アルミナ 及び微量の粒成長抑制剤や Y O及びムライト等を配合したアルミナ系焼結体、 A1N
2 3
焼結体、 SiO焼結体、ムライト焼結体、 SiN焼結体、 SiAlON焼結体等が挙げられ
2 4
る。その気孔径の大きさは、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好ましい。また、結晶粒子径が微細で組織が均一でバラッ キの無いものが好ましい。とくに、多孔質ガス流通体としては、アルミナ系セラミックス 力 なる多孔質セラミックス焼結体の誘電損失が 1 X 10_3以下、より好ましくは 5 X 10 _4以下で、し力も最大結晶粒子径が 15 m以下、より好ましくは 10 m以下で、しか も平均結晶粒子径が 10 m以下、より好ましくは 5 m以下であり、さらには、気孔率 が 20〜75%の範囲で、平均気孔径が 10 μ m以下かつ最大気孔径が 75 μ m以下 で、ガス流通経路の隘路の気孔径が 10 m以下の材料を用いる。さらには、多孔質 セラミックス焼結体の強度（曲げ強さ）を 30MPa以上とすることにより、気孔部分を除 V、た研削加工面の面粗度 (Ra)を 1. 5 m以下とすることが可能であることから、従 来の多孔質セラミックス焼結体の表面平坦性の悪さや実効表面積の増大に伴う弊害 を解消することができる。上述したような諸特性を有する多孔質セラミックス焼結体は
、一例として 99. 9%以上の高純度 Al O微粉末から比較的容易に製造することが
2 3
できる。このような多孔質セラミックス焼結体を使用することで、より確実にプラズマの 逆流を防止することができる。
[0020] このような多孔質ガス流通体は、縦孔のガス放出側に設けたガス放出孔のガス導入 側、あるいは縦孔の先端部に配置することができる。
[0021] ここで、多孔質ガス流通体をガス放出孔のガス導入側に設けると、多孔質ガス流通 体がプラズマと直接的に接することはなぐまた、シャワープレート下面の平坦度を阻 害することもないので、プラズマの電子'イオンの再結合の増加によるプラズマ励起の 電力効率悪ィ匕の問題を解消できる。プラズマ励起用ガスが、ガス放出孔に導入され る前に多孔質ガス流通体に導入されることで、各縦孔毎のプラズマ励起用ガスの圧 力、流速等の諸特性が均一化される。そして、その後、複数のガス放出孔から放出さ れるので、各ガス放出孔毎のプラズマ励起用ガス流量がバラツキなく一定で、シャヮ 一プレートの広い面力 均一な状態でプラズマ処理装置内に放出される。したがって 、シャワープレート直下に均一なプラズマを効率的に生成することができる。言い換え れば、ガス放出孔のガス導入側に、プラズマ励起用ガスの圧力、流速等の諸特性を 均一化させるノ ッファ効果 (緩衝効果)を有する多孔質ガス流通体を配置することで、 ガス放出孔力 放出するガスの流速および流量のバラツキを無くし、生成するプラズ マの均一化を図ることができる。そして、上述のようにシャワープレート直下に均一な プラズマを効率的に生成することができるという利点を有しつつ、ガス放出孔のガス 導入側に配置された微細結晶組織を有するセラミックス焼結体力ゝらなる多孔質ガス 流通体により、縦孔のガス導入側にプラズマが逆流することを防止できる。
[0022] 多孔質ガス流通体をガス放出孔のガス導入側に配置する場合、多孔質ガス流通体 のガス導入側には、ガス放出孔よりも孔径の大き 、ガス通過孔を連続して設けること が好ましい。このガス通過孔は、例えばシャワープレートに設けた横孔カもなるプラズ マ励起用ガスの導入経路から、プラズマ励起用ガスを多孔質ガス流通体側に導くた めの経路となり、その孔径をガス放出孔の孔径よりも大きくすることで、プラズマ励起 用ガスを容易に多孔質ガス流通体側に導くことができ、全体としてのガス導通率を上 げることができる。また、ガスの流体抵抗を低減できるので、圧力ロスが少なぐガスの 供給圧力を低めに設定でき、省エネルギーとなる。
[0023] 本発明にお 、ては、多孔質ガス流通体を縦孔の少なくとも先端部に装着するように することもできる。このように、多孔質ガス流通体を縦孔の少なくとも先端部に装着す ると、プラズマ励起用ガスが多孔質ガス流通体の全面力 放出されるので、放出され るプラズマ励起用ガスの圧力、流速等の諸特性が均一化される。これにより、プラズ マ励起用ガスがバラツキなく均一に放出され、シャワープレート直下に乱流現象のな V、均一なプラズマを生成することが可能となる。
[0024] またこの場合、多孔質ガス流通体の形状は、その上面及び下面が、プラズマ処理 装置内に向力つて平行平面でもよいが、共に凸曲面状または凹曲面状に湾曲した 形状、言い換えれば凸状球殻または凹状球殻の形状とすることが好ましい。このよう に湾曲した形状にすることで、使用時の熱膨張'収縮による応力を変形 (橈み）により 吸収することができ、多孔質ガス流通体及びそれを装着したシャワープレートの割れ 等を防止することができる。また、プラズマ処理装置内に向力つて凸曲面状とした場 合には、プラズマ励起用ガスをより広範囲に放出できるので、より均一なプラズマを生 成することが可能となる。
[0025] さらに、多孔質ガス流通体の上面及び下面を除く外周を、緻密質セラミックス層で 形成してもよい。多孔質ガス流通体はシャワープレートの縦孔に装着する際に、その 外周が崩れて粒子が脱落するおそれがあるので注意を要するが、その外周を緻密 質セラミックス層とすることで、外周が崩れに《なり作業性が向上すると共に、粒子脱 落によるコンタミを防止することが可能となる。
[0026] このような多孔質ガス流通体は、シャワープレートの縦孔の先端部に嵌合または焼 結結合により装着することができる。多孔質ガス流通体とシャワープレートを共に焼結 体の状態で嵌合させる場合には、多孔質ガス流通体の外寸法は、シャワープレート の縦孔の内寸法に対して 0〜一 0. 002mmの寸法として焼嵌め、冷やし嵌めまたは 圧入により嵌合させる。
[0027] あるいは、焼結したシャワープレートの縦孔内に、外周面に耐熱性のセラミックス用 接着剤を塗布した多孔質ガス流通体を装入後、 400°C以上の温度で焼成することに より、強固に接着した状態で装着することもできる。
[0028] また、多孔質ガス流通体とシャワープレートを共に焼結前の段階で装着して、その 後同時に焼結することもできる。すなわち、多孔質ガス流通体については、多孔質ガ ス流通体の原料粉末を成型して所定形状に加工した粉末成形体、その脱脂体また は仮焼結体あるいは焼結体の段階で、シャワープレートについては、シャワープレー トの原料粉末を成型して縦孔を加工形成したグリーン体、その脱脂体または仮焼結 体の段階で、多孔質ガス流通体をシャワープレートの縦孔に装着し、その後同時に 焼結する。この場合、同時焼結時の各部材の収縮率がほぼ同じで、少なくとも多孔 質ガス流通体に締め付け力が作用するように、成型条件あるいはその後の脱脂、仮 焼結の条件を調整する。このように、焼結前の段階で装着して、その後同時に焼結 することで、多孔質ガス流通体をシャワープレートの縦孔に確実に固定することが可 能となる。
[0029] さらに本発明では、複数のガス放出孔が開けられた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構成とすることもできる。すなわち、ガス放出孔をシャヮ 一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カロ ェによりガス放出孔を形成する場合に比べ、微細で長 ヽガス放出孔を容易に形成す ることができる。なお、ガス放出孔を開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等により形成することができる。ガス放出孔の寸法とし 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。このように微細で長いガス放出孔を設けることで、そのガス導入側に設けた多 孔質ガス流通体の効果と相まってより確実にプラズマの逆流を防止することができる
[0030] 各縦孔に上述のようなガス放出孔を設けた部材を装着する具体的態様としては、各 縦孔のガス放出側を前記部材で塞ぐようにすることが好ましい。この場合、縦孔のガ ス放出側をガス導入側よりも狭くし、前記部材を当該狭い部分に設けるとともにガス 導入側にも延在させることが好ましい。また、縦孔のガス導入側に、前記部材のガス 放出孔に接するように多孔質ガス流通体を配置することもできる。このような構成にお いて、ガス放出孔の長さはプラズマ処理装置内の電子の平均自由行程より長くし、そ の孔径は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、 多孔質流通体の気孔の孔径はシャワープレートの直下に形成されるプラズマのシー ス厚以下とすることが好まし 、。
[0031] またさらに、プラズマ励起用ガスのガス流路部分となるシャワープレートの縦孔部分 においては、ガス導入側の角部にマイクロ波の電界が集中するので、前記角部に面 取り加工を施すことで電界集中を防ぎ、プラズマの自己発生すなわちプラズマ励起 用ガスの着火現象を防止することができる。
[0032] 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。 発明の効果
[0033] 本発明によれば、シャワープレートのプラズマ励起用ガスの放出経路となる縦孔に 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。
[0034] 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しかもプラズマ励起用ガ スをバラツキなく均一に放出することができるので、均一で効率の良いプラズマ励起 が可能となる。
発明を実施するための最良の形態
[0035] 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
[0036] 図 1に、本発明の第一実施例を示す。図 1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の周隨こ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 気することができる。
[0037] 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、直径力 08mm、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 1 X 10_3以下より好ましくは 5 X 10_4以下)である誘電体の アルミナからなるシャワープレート 105力 シール用の Oリング 106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 107において、シャワープレート 105の 側面に対応する位置に、 2本のシール用の Oリング 108とシャワープレート 105の側 面とにより囲まれたリング状空間 109が設けられている。リング状空間 109はプラズマ 励起用ガスを導入するガス導入ポート 110と連通して 、る。
[0038] 一方、シャワープレート 105の側面には横方向に直径 lmmの多数の横孔 111がシ ャワープレート 105の中心方向に向力つて開けられている。同時に、この横孔 111と 連通するように多数（230個）の縦孔 112が処理室 102へ連通して開けられて 、る。
[0039] 図 2は、シャワープレート 105の上面からみた横孔 111と縦孔 112の配置を示す。
図 3は、横孔 111と縦孔 112の配置を示す斜視模式図である。また、図 4は、縦孔 11 2の詳細を示す。縦孔 112は、処理室 102側に設けられた直径 10mm、深さ 10mm の第一の縦孔 112a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 112bとからなり、横孔 111に連通している。さらに、第一の縦孔 112aには、処 理室 102側力もみてアルミナ押し出し成型品からなり複数の直径 50 μ mのガス放出 孔 113aが開けられた高さ 5mmのセラミックス部材 113と、直径 10mm、高さ 5mm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。
[0040] ここで、多孔質セラミックス焼結体 114のガス導入側の第二の縦孔 112bが本願の 請求項 5にいう「ガス通過孔」に対応する。
[0041] 図 1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、リング状空間 109へ導入され、さら〖こは横 孔 111、縦孔 112を介して、最終的には縦孔 112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。
[0042] シャワープレート 105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 115、マイクロ波を径方向に伝播させる ための遅波板 116、およびマイクロ波をアンテナへ導入するための同軸導波管 117 が設置されている。また、遅波板 116は、スロット板 115と金属板 118により挟みこま れて 、る。金属板 118には冷却用流路 119が設けられて 、る。
[0043] このような構成において、スロット板 115から放射されたマイクロ波により、シャワー プレート 105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 105の直下数ミリメートル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 105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 ニァガスを導入しても良!ヽ。
[0044] 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 105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力もなる下段シャワープレート 1 20が配置されている。この下段シャワープレート 120は、プロセスガス供給ポート 121 力も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 120aを備え、プロセスガスはガス流路 120a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 120bにより、下段シャワープレート 120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 Deposition(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
5 8
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 122をコンデンサを介して接続して、 RF電力を印加すること で自己ノ ィァ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。
[0045] 下段シャワープレート 120には、隣接するガス流路 120aどうしの間に、下段シャヮ 一プレート 120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 120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 120cが形成されて 、る。
[0046] 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 105へ流れ込む熱流は、ス ロット板 115、遅波板 116、及び金属板 118を介して冷却用流路 119に流されている 水等の冷媒により排熱される。
[0047] 図 4を参照すると、本実施例におけるアルミナ材料力 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、直径 50 /z mとしている。この数値は 、 1012cm_3の高密度プラズマのシース厚である 40 mの 2倍よりは小さいが、 1013c π 3の高密度プラズマのシース厚である 10 μ mの 2倍よりは大きい。
[0048] ここで、セラミックス部材 113は、 99. 95%以上の高純度 Al Oからなる誘電損失
2 3
が I X 10_3以下の材料で形成した。
[0049] 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 =
Figure imgf000014_0001
ここで、 Vはプラズマと物体の電位差（単位は V)、 T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]
Figure imgf000015_0001
[0051] ここで、 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
0 e
[0052] 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]
Te = 2eV, V0= 1 2V
Figure imgf000015_0002
[0053] 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 本実施例においては、 50 m径のガス放出 孔 113aの長さを 5mm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
Figure imgf000016_0001
Λ en (mm) =0. 4ZP (Torr)
[0054] 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ある。よって、本発明の一態様では、ガス放出孔 11 3a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を設置する。
[0055] 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 112bでの異常放電 を抑制するために、シャワープレート 105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い。本実施例における多 孔質セラミックス焼結体 114の気孔すなわちガス流通経路の隘路は 10 μ 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 /z 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。
[0056] 以上の構成を有するシャワープレート 105によって、縦孔 112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カ卩ェによりガス放出孔を形 成する場合に比べ、直径が 0. 1mm以下の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〖こなった。
[0057] 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 、、さらに下段シャ ワープレート 120からノズル 120b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 120に設けられたノズル 120b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 105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 105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。
[0058] なお、第一の縦孔 112aおよび第二の縦孔 112bの個数、直径および長さ、セラミツ タス部材 113に開けられるガス放出孔 113aの個数、直径および長さ等は、本実施例 の数値に限られることは無 、。
実施例 2
[0059] 図 5に、本発明の第二実施例を示す。図 5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
[0060] 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 1 X 10_4以下)である誘電体のアルミナ力もなり、多 数（230個）の開口部、すなわち縦孔 200が形成された板状のシャワープレート 201 力 シール用の Oリング 106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 201の上面側、すなわち、シャワープレート 201に対して保持台 10 4とは反対側に、アルミナからなるカバープレート 202が、別のシール用の Oリング 20 3を介して取り付けられて 、る。
[0061] 図 6は、シャワープレート 201とカバープレート 202の配置を示す斜視模式図である 。図 5及び図 6を参照すると、シャワープレート 201上面と、カバープレート 202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 201内に開けられた 連通するガス供給孔 204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 20 5が形成されている。換言すると、カバープレート 202において、カバープレート 202 のシャワープレート 201側の面の、縦孔 200およびガス供給孔 204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 201とカバープレート 202 の間に空間 205が形成される。すなわち、縦孔 200は空間 205に連通するように配 置されている。
[0062] 図 7に、縦孔 200の詳細を示す。図 7において（a)は断面図、（b)は底面図である。
縦孔 200は、処理室 102側から、直径 5mm、高さ 2mmの第一の縦孔 200aと、直径 10力ら 20mm、高さ 8力ら 20mmの第二の §孑し 200b力らなり、第一の ¾孑し 200aと 第二の縦孔 200bの一部には、アルミナからなる 6本の直径 50 μ m、長さ 8mmのガス 放出孔 206aが形成された円柱状のセラミックス部材 206が装着されている。また、縦 孔 200のガス導入側の角部には、マイクロ波の電界が集中して放電が起こり、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 2 08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。
[0063] 以上の構成を有するシャワープレート 201によって、縦孔 200のガス導入側へプラ ズマが逆流することを防止でき、しカゝも縦孔 200のガス導入側角部でのプラズマ励起 用ガスが着火する現象もなくなった。
[0064] 図 8にはセラミックス部材 206の好ましい理想的な構造を示す。同図（a)は断面図、
(b)は底面図である。同図に示すように、セラミックス部材 206に形成するガス放出孔 206aの孔径は 2〜5 μ m程度、その間隔は 10〜20 μ m程度が好ましい。
[0065] さらには、プラズマの逆流を確実に防ぐために、図 9に示すように、図 7と同じ寸法 のセラミックス部材 206のガス導入側に、セラミックス部材 206に設けたガス放出孔 20 6aに接するように、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 207を設けてもよい。ここで、多孔質セラミックス焼結体 207のガス導入側の第二の縦 孔 200bの空間部分が本願の請求項 5にいう「ガス通過孔」に対応する。
[0066] なお、本実施例の図 9に示す多孔質セラミックス焼結体 207としては、純度が 99. 9 5%以上の Al O材料で、平均結晶粒子径が: L mで、曲げ強度が lOOMPaで、し 力も平均気孔径が 3 μ mで気孔率力 5%で厚さが 4mmの材料を用いた。
[0067] 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。
[0068] なお、第一の縦孔 200aおよび第二の縦孔 200bの個数、直径および長さ、セラミツ タス部材 206に開けられるガス放出孔 206aの個数、直径および長さ等は、本実施例 の数値に限られることは無 、。
実施例 3
[0069] 図 10に、本発明の第三実施例を示す。図を参照すると、マイクロ波プラズマ処理装 置が示されている。第一および第二実施例と重複する部分は同一符号を付し説明を 省略する。本実施例におけるシャワープレート 301の縦孔 300は、図 11のような構造 をしている。すなわち、プラズマが励起される処理室 102側には、直径 0. 05mm,長 さ 0. 5mmのガス放出孔 300aが開けられており、ガス放出孔 300aのガス導入側は 直径 lmmの孔 300bに接続されている。また、孔 300bのガス導入側の角部には、マ イク口波の電界集中を避けるために、面取り加工 303を施している。そして、直径 lm mの孔 300bの底部に、高さ 5mm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 302が装着されている。本実施例においてガス放出孔 3 00aは、アルミナからなるシャワープレートに直接開けるので、長さ lmm以上とするの が困難であり、電子の平均自由行程よりも短いため、電子が逆流し、結果として空間 205及び縦孔 300でプラズマが着火されるとともに着火現象が継続保持されることが ある。これを防ぐために、ガス放出孔 300aのガス導入側に第二実施例に用いたのと 同じ材料特性の多孔質セラミックス焼結体 302を設けている。
[0070] 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。
[0071] なお、縦孔 300、ガス放出孔 300aおよび孔 300bの個数、直径および長さ等は、本 実施例の数値に限られることは無 、。
実施例 4
[0072] 図 12に、本発明の第四実施例を示す。図 12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。第一乃至第三実施例と重複する部分は同一符号を付し説 明を省略する。
[0073] シャワープレート 400の側面には横方向に直径 lmmの多数の横孔 401がシャワー プレート 400の中心方向に向力つて開けられている。同時に、この横孔 401と連通す るように多数（230個）の縦孔 402が処理室 102へ連通して開けられて 、る。
[0074] 図 13は、シャワープレート 400の上面からみた横孔 401と縦孔 402の配置を示す。
図 14は、横孔 401と縦孔 402の配置を示す斜視模式図である。また、図 15は、縦孔 402の詳細を示す。縦孔 402の長さは 8〜21mm程度、直径は 3mm以下（好ましく は lmm以下)であり、その先端部に、高さ 2〜6mm程度の円柱状でガス流通方向に 連通した気孔を有する多孔質セラミックス焼結体 403が装着されて 、る。多孔質セラ ミックス焼結体はアルミナ系材料力 なり、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 10 m以下、誘電損失が 1 X 10_3以下、平均結晶粒 子径が 10 m以下、気孔率が 20〜75%、平均気孔径が 10 m以下、最大気孔径 力 S75 μ m以下、曲げ強さが 30MPa以上のものを用いる。
[0075] この多孔質セラミックス焼結体 403を装着したシャワープレート 400の製造例を以下 に示す。
[0076] (製造例 1)
平均粉末粒子径が 0. 6 mで純度が 99. 99%の Al O粉末に 3質量％のワックス
2 3
を配合して得た平均粒子径 70 mの噴霧造粒粉体をプレス成型した後、外径、厚 み、横孔及び縦孔等を所定寸法に成形加工したグリーン体を焼結して相対密度が 9 8%のシャワープレート用焼結素材を得た。
[0077] 一方、多孔質セラミックス焼結体につ!、ては、前記噴霧造粒粉体を粉体の状態で 8 00°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
2 3
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 m、誘電損失が 2. 5 X 10_4、平均結晶粒子径が 1. 5 m、最大結晶粒子径が 3 μ m、気孔率が 40%、 平均気孔径が 3 μ m、最大気孔径が 5 μ m、曲げ強さが 300MPaの多孔質セラミック ス焼結体用材料を得た。
[0078] 前記シャワープレート用焼結素材の縦孔の内径を 3. 0±0. 001mmになるように 仕上げカ卩ェし、前記多孔質セラミックス焼結体用材料の厚みを 6mmになるようにカロ ェすると共に外径寸法を 3. 0〜3. 0-0. 003mmに仕上げカ卩ェした後、超音波洗 浄を行って、図 15に示すように縦孔 402に多孔質セラミックス焼結体 403を圧入によ り嵌合した。なお、嵌合代が小さ過ぎて圧入が困難な場合は、シャワープレートを 50 〜： L00°C程度に加熱しておくと圧入が容易になる。
[0079] (製造例 2)
前記製造例 1で得たのと同じ噴霧造粒粉体を 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。
[0080] 一方、多孔質セラミックス焼結体用材料としては、前記製造例 1と同じグリーン体を 得、これを所定形状に加工した粉末成形体と、これを 450°Cで焼成した脱脂体と、さ らに 600°Cで焼成した仮焼結体を準備した。
[0081] なお、前記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 %である。また、多孔質セラミックス焼結体用材料は、気孔率や気孔径を設定変更す る毎に焼結収縮率が変化し、またプレス成型圧力によっても焼結収縮率が変化する ので、多孔質セラミックス焼結体の特性設定毎にあら力じめ焼結収縮率を調べておく
[0082] 上述したシャワープレート用グリーン体の焼結収縮率と同等乃至わずかに小さな焼 結収縮率を有する多孔質セラミックス焼結体の粉末成形体、脱脂体または仮焼結体 を縦孔に装着した後、同時に焼結した。これにより、相互間に焼結結合力が生じるの で強固な装着固定が確保される。
[0083] (製造例 3)
前記製造例 1及び製造例 2と同じシャワープレート用グリーン体を 450°Cで焼成して 脱脂体を得た。なお、この脱脂体の焼結収縮率はグリーン体のそれと同一である。
[0084] また、シャワープレート用グリーン体を 600〜： LOOO°Cで焼成 (仮焼結）して仮焼結 体を得た。仮焼結体の場合は、仮焼結段階で若干の焼結収縮が発生するので、仮 焼結体を本焼結する際の残余の焼結収縮率は仮焼結温度が高くなる程小さくなる。
[0085] 一方、前記製造例 1及び製造例 2と同じ製法で得た多孔質セラミックス焼結体用材 料は、噴霧造粒粉体を仮焼結した粉体を使用しているので、シャワープレート用ダリ ーン体より焼結収縮率が若干小さぐシャワープレート用グリーン体の仮焼結体と焼 結収縮率が近似しており、焼結収縮率が同等のシャワープレート用材料と多孔質セ ラミックス焼結体用材料を選定するのには好都合である。
[0086] この製造例でも前記製造例 2と同様に、シャワープレート用材料と、その縦孔に装 着した多孔質セラミックス焼結体用材料とを同時に焼結することにより、相互間に焼 結結合力が生じるので強固な装着固定が確保される。
[0087] またさらに、製造例 2で準備したシャワープレート用グリーン体の焼結収縮率力 縦 孔の焼結後の寸法を算出しておき、多孔質セラミックス材料のグリーン体、脱脂体、 仮焼結体の焼結後の寸法及び焼結体の寸法が、前記縦孔の焼結後の算出寸法より も若干（1〜50 m程度）大きい多孔質セラミックス材料を、前記グリーン体の縦孔に セットして同時焼結することにより、相互間に焼結結合力が生じ、連続した結晶組織 を有する強固な装着固定が達成できる。
[0088] なお、シャワープレートの縦孔に装着するセラミックス部材（113, 206, 404)も、上 記製造例 1〜3で説明した方法と同様の方法により、シャワープレートと同時焼結して 所定の位置に装着することができる。
[0089] 上述のとおり、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、プラズ マの逆流を防ぐという観点からは、多孔質セラミックス焼結体 403の孔径はより小さい ことが望ましいといえる。具体的には、平均気孔径の大きさは、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い。また、多孔質セラミックス焼 結体 403の気孔すなわちガス流通経路の隘路は 10 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 mと同程度以下である。このようにすることによつ 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
[0090] 以上の構成を有するシャワープレート 400を使用することによって、その縦孔 402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 400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 イク口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。
[0091] ここで、少なくとも、単一縦孔に装着した多孔質ガス流通体力 放出されるプラズマ 励起用ガスが、局部的なムラがなく全面力 できる限り均一な流速、流量になるように するために、気孔径及び通気率が小さ 、範囲内の多孔質ガス流通体を用いる場合 は、放出されるプラズマ励起用ガスの流量を確保するために、多孔質ガス流通体の 厚みを 2〜3mm程度に薄くする場合がある。このような薄 、多孔質ガス流通体を用 いる場合や平均気孔径と隘路の気孔径が大きな多孔質ガス流通体を用いる場合に 、プラズマの逆流をより確実に防止するために、図 16 (a)に示すように、複数のガス 流通孔 404aが開けられたセラミックス部材 404を、多孔質セラミックス焼結体 403の ガス導入側に接するように設けてもよい。セラミックス部材 404は、 99. 95%以上の 高純度アルミナ (誘電損失が 1 X 10_3以下）の押し出し成型品であり、ガス流通孔 40 4aの孔径は直径 50 mとしている。この数値は、 1012cm_3の高密度プラズマのシ ース厚である 40 μ mの 2倍よりは小さいが、 1013cm_3の高密度プラズマのシース厚 である 10 /z mの 2倍よりは大きい。また、ガス流通孔 404aの長さは 5mmとしている。
[0092] このガス流通孔 404aの長さは、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が好ましい。上述のとおり、平均自由行程は圧力に反比例し、 0 . lTorrの時に 4mmとなる。実際にはガス流通孔 404a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 本実施例においては、ガス放出孔 404a の長さを 5mmとして、平均自由行程よりも長い値としている。
[0093] また、図 16 (b)に示すように、前記セラミックス部材 404の代わりに多孔質セラミック ス焼結体 403のガス導入側に、別の多孔質セラミックス焼結体 403aを設けることによ りプラズマの逆流をより確実に防止することもできる。この場合、プラズマ励起用ガス の圧損を小さくするために、ガス導入側の多孔質セラミックス焼結体 403aとしては、 ガス放出側の多孔質セラミックス焼結体 403よりも気孔率及び気孔径が大きいものを 使用する（例えば平均気孔径： 10〜30 m、気孔率： 50〜75%)。
[0094] 図 17は、多孔質セラミックス焼結体 403の他の装着例を示す。
[0095] 図 17 (a)の例は、第一の縦孔 402aの先端に大径の第二の縦孔 402bを設け、その 第二の縦孔 402bを多孔質セラミックス焼結体 403の装着部として、そこに多孔質セ ラミックス焼結体 403を装着したものである。また、図 17 (a)の例では、多孔質セラミツ タス焼結体 403のガス導入側に図 16 (a)で説明したのと同様の複数のガス流通孔 4 04aが開けられたセラミックス部材 404を設けている。これによつて、プラズマの逆流 をより確実に防止することもできる。なお、セラミックス部材 404に代えて、図 16 (b)の 例と同様に、多孔質セラミックス焼結体 403のガス導入側に別の多孔質セラミックス 焼結体を設けてもよい。
[0096] 図 17 (b)の例は、第二の縦孔 402bに装着する多孔質セラミックス焼結体 403の形 状を、その上面及び下面が処理室 102に向力つて共に凹曲面状に湾曲した形状とし たものである。また、図 17 (c)の例は、第一の縦孔 402aの先端に設けた大径の第二 の縦孔 402bに装着する多孔質セラミックス焼結体 403の形状を、その上面及び下面 が処理室 102に向力つて共に凸曲面状に湾曲した形状としたものである。ここで、多 孔質セラミックス焼結体 403は、その下端がシャワープレート 400の下面力も突出し な 、ように装着されて 、る。図 17 (b)及び図 17 (c)のように湾曲した形状の多孔質セ ラミックス焼結体 403を使用することで、シャワープレート 400の使用時の熱膨張 ·収 縮による応力を変形 (橈み）により吸収することができ、多孔質ガス流通体 403及びそ れを装着したシャワープレート 400の割れ等を防止することができる。また、図 17 (c) のように、処理室 2に向力 て凸曲面状とした場合には、プラズマ励起用ガスをより広 範囲に放出できるので、より均一なプラズマを生成することが可能となる。なお、図 17 (b)及び図 17 (c)の例においても、多孔質セラミックス焼結体 403のガス導入側に、 複数のガス流通孔が開けられたセラミックス部材または別の多孔質セラミックス焼結 体を設けてもよい。
[0097] 以上の実施例において、縦孔 112aの個数、直径および長さ等は、本実施例の数 値に限られることは無い。
実施例 5
[0098] 図 18に、本発明の第五実施例を示す。図 18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。第一乃至第四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。
[0099] 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 1 X 10_4以下)である誘電体のアルミナ力もなり、多 数（230個）の開口部、すなわち縦孔 500が形成された板状のシャワープレート 501 力 シール用の Oリング 106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 501の上面側、すなわち、シャワープレート 501に対して保持台 10 4とは反対側に、アルミナからなるカバープレート 202が、別のシール用の Oリング 20 3を介して取り付けられて 、る。
[0100] 図 19は、シャワープレート 501とカバープレート 202の配置を示す斜視模式図であ る。図 18及び図 19を参照すると、シャワープレート 501上面と、カバープレート 202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 501内に開けら れた連通するガス供給孔 204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 205が形成されている。換言すると、カバープレート 202において、カバープレート 202のシャワープレート 501側の面の、縦孔 500およびガス供給孔 204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 501とカバープレート 202の間に空間 205が形成される。すなわち、縦孔 500は空間 205に連通するよう に配置されている。
[0101] 図 20は、縦孔 500の詳細を示す。縦孔 500は、処理室 102側から、直径 8mm、高 さ 3mmの第一の縦孔 500aと、直径 10mm、高さ 7mmの第二の縦孔 500bからなり、 第一の縦孔 500aと第二の縦孔 500bの全体に、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 502が嵌合により装着されて 、る。多孔質セラミックス 焼結体 502は、その上面及び下面を除く外周が緻密質セラミックス層 502aで形成さ れており、内部が多孔質部 502bとなっている。多孔質部 502bの構成は、第四実施 例の多孔質セラミックス焼結体 403と同じである。緻密質セラミックス層 502aは、シャ ワープレート 501と同等の特性値を有しており、具体的には、誘電損失が 1 X 10_3以 下、 Al O純度が 99. 95%以上で相対密度が 98%以上の材料で形成した。
2 3
[0102] このような外周に緻密質セラミックス層 502aを有する多孔質セラミックス焼結体 502 は、例えば以下の方法により製造できる。
[0103] すなわち、多孔質ガス流通体用に調整した粉末を円筒状ゴム型に充填して冷間静 水圧プレス (CIP)成型した後、外周を加工した円柱状の成形体を、前記ゴム型よりも 一サイズ大きな円筒状ゴム型の中心にセットして、その外側に緻密質セラミックス用の 調整粉末を充填して、再度 CIP成型して得た成形体を所定温度で焼結することによ り、 2重構造の多孔質ガス流通体を得ることができる。なお、中心部の多孔質材料部 と外周の緻密質材料部の焼結収縮が同一となるように、各々の CIP成型条件を設定 することが肝要である。
[0104] 本実施例においても、第四実施例と同様の効果が得られる。
[0105] なお、第一の縦孔 500aおよび第二の縦孔 500bの個数、直径および長さ等は、本 実施例の数値に限られることは無 、。
産業上の利用可能性
[0106] 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
[0107] [図 1]本発明の第一実施例を示す。
[図 2]図 1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 3]図 1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 1に示したシャワープレートの縦孔の詳細を示す。
[図 5]本発明の第二実施例を示す。
[図 6]図 5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 7]図 5に示したシャワープレートの縦孔の詳細を示す。
[図 8]図 5に示したシャワープレートの縦孔に装着するセラミックス部材の好ましい理 想的な構造を示す。
[図 9]図 7に示したシャワープレートの縦孔に多孔質セラミックス焼結体を設けた例を 示す。
[図 10]本発明の第三実施例を示す。
[図 11]図 10に示したシャワープレートの縦孔の詳細を示す。
[図 12]本発明の第四実施例を示す。
[図 13]図 12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 14]図 12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 15]図 12に示したシャワープレートの縦孔の詳細を示す。
圆 16]シャワープレートの縦孔先端部に装着した多孔質セラミックス焼結体のガス導 入側に、ガス流通孔を有するセラミックス部材または他の多孔質セラミックス焼結体を 設けた例を示す。
圆 17]多孔質セラミックス焼結体の他の装着例を示す。
[図 18]本発明の第五実施例を示す。
[図 19]図 18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 20]図 18に示したシャワープレートの縦孔の詳細を示す。
[図 21]従来のシャワープレートを示す。
符号の説明
Figure imgf000027_0001
排気ポート
102 処理室
103 被処理基板
104 保持台
105 シャワープレート
106 シーノレ用の oリング
107 壁面
108 シーノレ用の oリング
109 リング状空間
110 ガス導入ポート
111 横孔
112 縦孔
112a 第一の縦孔
112b 第二の縦孔
113 セラミックス部材
113a ガス放出孔
114 多孔質セラミックス焼結体 (多孔質ガス流通体)
115 スロット板 116 遅波板
117 同軸導波管
118 金属板
119 冷却用流路
120 下段シャワープレート
120a ガス流路
120b ノズル
120c 開口部
121 プロセスガス供給ポート
122 RF電源
200 縦孔
200a 第一の縦孔
200b 第二の縦孔
201 シャワープレート
202 カバープレート
203 シーノレ用の Oリング
204 ガス供給孔
205 空間
206 セラミックス部材
206a ガス放出孔
207 多孔質セラミックス焼結体 (多孔質ガス流通体)
208 面取り加工
300 縦孔
300a ガス放出孔
300b 孑し
301 シャワープレート
302 多孔質セラミックス焼結体 (多孔質ガス流通体) 303 面取り加工 400 シャワープレート
401 横孔
402 縦孔
402a 第一の縦孔
402b 第二の縦孔
403 多孔質セラミックス焼結体 (多孔質ガス流通体) 404 セラミックス咅附
404a ガス流通孔
500 縦孔
501 シャワープレート
502 多孔質セラミックス焼結体 (多孔質ガス流通体) 502a 緻密質セラミックス層
502b 多孔質部

Claims

請求の範囲
[1] プラズマ処理装置に配置され、前記プラズマ処理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シャワープレートにお 、て、プラズマ励起用ガス の放出経路となる縦孔に、ガス流通方向に連通した気孔を有する多孔質ガス流通体 を装着し、前記多孔質ガス流通体の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 10 μ m以下であるシャワープレート。
[2] 前記多孔質ガス流通体がアルミナ系材料力 なり、誘電損失が 1 X 10_3以下、平 均結晶粒子径が 10 μ m以下、気孔率が 20〜75%の範囲、平均気孔径が 10 μ m以 下、最大気孔径が 75 m以下、曲げ強さが 30MPa以上である請求項 1に記載のシ ャワープレート。
[3] 前記縦孔のガス放出側にガス放出孔が設けられており、前記多孔質ガス流通体が 前記ガス放出孔のガス導入側に配置されている請求項 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倍以下である請求項 3に記載のシャワープレート。
[5] 前記多孔質ガス流通体のガス導入側に、前記ガス放出孔よりも孔径の大きいガス 通過孔を連続して設けた請求項 3または請求項 4のいずれかに記載のシャワープレ ート。
[6] 複数のガス放出孔が開けられたセラミックス部材をシャワープレートに開けた縦孔に 装着してなる請求項 3から請求項 5のいずれかに記載のシャワープレート。
[7] プラズマ処理装置に配置され、前記プラズマ処理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、ガス放出孔の長さが前記プラズマ処理装置内における電子の平均自由行 程よりも長いシャワープレート。
[8] ガス放出孔がシャワープレートに開けた縦孔のガス放出側に設けられており、前記 縦孔のガス導入側の角部に面取り加工を施した請求項 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] プラズマ処理装置用のシャワープレートであって、複数の縦孔を備え、各縦孔のガ ス放出側は複数のガス放出孔を設けた部材で塞がれ、各ガス放出孔の長さが前記 プラズマ処理装置内の電子の平均自由行程よりも長いシャワープレート。
[10] 前記縦孔の前記ガス放出側はガス導入側よりも狭ぐ前記部材は当該狭い部分に 設けられるとともにガス導入側にも延在している請求項 9に記載のシャワープレート。
[11] 前記部材はセラミックスの押出し成型品である請求項 9または請求項 10に記載のシ ャワープレート。
[12] 前記複数のガス放出孔に接するように前記縦孔のガス導入側に、ガス流通方向に 連通した気孔を有する多孔質ガス流通体を配置した請求項 9から請求項 11の 、ず れかに記載のシャワープレート。
[13] 前記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倍以下である請求項 9から請求項 11のいずれかに記載のシャワープレート。
[14] 前記多孔質ガス流通体の気孔の孔径がシャワープレートの直下に形成されるブラ ズマのシース厚以下である請求項 12に記載のシャワープレート。
[15] 前記多孔質ガス流通体が、前記縦孔の少なくとも先端部に、嵌合または焼結結合 することにより装着されている請求項 1または請求項 2に記載のシャワープレート。
[16] 多孔質ガス流通体の上面及び下面が、前記プラズマ処理装置内に向力つて、共に 凸曲面状または凹曲面状に湾曲している請求項 15に記載のシャワープレート。
[17] 多孔質ガス流通体の上面及び下面を除く外周が、緻密質セラミックス層で形成され ている請求項 15に記載のシャワープレート。
[18] 多孔質ガス流通体のガス導入側の縦孔に、ガス流通孔を開けたセラミックス部材ま たは前記多孔質ガス流通体よりも気孔率の大きい別の多孔質ガス流通体を装着した 請求項 15から請求項 17のいずれかに記載のシャワープレート。
[19] 請求項 1に記載のシャワープレートを製造するシャワープレートの製造方法にぉ ヽ て、シャワープレートの縦孔の内寸法に対して 0〜一 0. 002mmの外寸法を有する 多孔質ガス流通体を嵌合により装着するシャワープレートの製造方法。
[20] 請求項 1に記載のシャワープレートを製造するシャワープレートの製造方法にぉ ヽ て、多孔質ガス流通体の原料粉末を成型して所定形状に加工した粉末成形体、その 脱脂体または仮焼結体を、シャワープレートの原料粉末を成型して縦孔を加工形成 したグリーン体の縦孔に装着後、該グリーン体と同時に焼結するシャワープレートの 製造方法。
[21] 請求項 1に記載のシャワープレートを製造するシャワープレートの製造方法におい て、多孔質ガス流通体の原料粉末を成型して所定形状に加工した粉末成形体、その 脱脂体または仮焼結体を、シャワープレートの原料粉末を成型して縦孔を加工形成 したグリーン体の脱脂体の縦孔に装着後、該グリーン体の脱脂体と同時に焼結する シャワープレートの製造方法。
[22] 請求項 1に記載のシャワープレートを製造するシャワープレートの製造方法にぉ ヽ て、多孔質ガス流通体の原料粉末を成型して所定形状に加工した粉末成形体、その 脱脂体または仮焼結体を、シャワープレートの原料粉末を成型して縦孔を加工形成 したグリーン体の仮焼結体の縦孔に装着後、該グリーン体の仮焼結体と同時に焼結 するシャワープレートの製造方法。
[23] 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、複数のガス放出孔またはガス流通孔を有するセラミツ タ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 シャワープレートの製造方法。
[24] 請求項 1から請求項 18の 、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。
[25] 請求項 1から請求項 18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。
[26] 請求項 25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。
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