JP2008047869A - 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

Abstract

【課題】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。
【解決手段】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。
【選択図】図４

Description

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に関する。

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０．１μｍ、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。

半導体装置や液晶表示装置の製造に使われるプラズマ処理装置としては、従来より様々なプラズマの励起方式が使われているが、とくに平行平板型高周波励起プラズマ処理装置あるいは誘導結合型プラズマ処理装置が一般的である。しかしこれら従来のプラズマ処理装置は、プラズマ形成が不均一であり、電子密度の高い領域が限定されているため大きな処理速度、すなわちスループットで被処理基板全面にわたり均一なプロセスを行うのが困難である問題点を有している。この問題は、とくに大径の基板を処理する場合に深刻になる。しか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しい要求を満たすことが困難になりつつある。

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プラズマではアンテナ直下の広い領域にわたって高いプラズマ密度を実現でき、短時間で均一なプラズマ処理を行うことが可能である。しかもかかる手法で形成されたマイクロ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く、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工程や大型液晶表示装置の製造にも容易に対応できる。

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。しかし、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。

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いる。

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１０^１２ｃｍ^−３程度から１０^１３ｃｍ^−３程度に高めようとすると、プラズマの逆流が顕著となり、ガス放出孔の孔径の制御だけではプラズマの逆流を防止することはできない。また、微細な孔径のガス放出孔をシャワープレート本体に孔加工により形成することは困難であり、加工性の問題もある。

また、特許文献３には、通気性の多孔質セラミックス焼結体からなるシャワープレートを使用することも提案されている。これは、多孔質セラミックス焼結体を構成する多数の気孔の壁によりプラズマの逆流を防止しようとするものである。

しかし、この常温・常圧で焼結された一般的な多孔質セラミックス焼結体からなるシャワープレートは、その気孔径が数μｍから数十μｍ程度の大きさまでバラツキが大きく、さらに最大結晶粒子径が２０μｍ程度と大きくて組織が均一でないため、表面平坦性が悪く、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、緻密なアルミナからなるシャワープレートにガス放出用の開口部を形成し、この開口部に常温・常圧で焼結された一般的な多孔質セラミ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。

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。

ところが、このシャワープレートを、プラズマ密度を１０^１３ｃｍ^−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に示すように、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か、あるいは空間６０２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。
特開平９−６３７９３号公報 特開２００５−３３１６７号公報 特開２００４−３９９７２号公報 国際公開第０６／１１２３９２号パンフレット

本発明が解決しようとする課題は、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。

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１０μｍ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。

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。

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。

上述のように多孔質ガス流通体の隘路の気孔径を１０μｍ以下とすることで、プラズマ密度を１０^１３ｃｍ^−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１０μｍ以下、好ましくは５μｍ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いるので、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１０μｍ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。

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２０μｍ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１０μｍを超えるため、プラズマ密度を１０^１３ｃｍ^−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く、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加してしまい、プラズマ励起の電力効率が悪くなるという問題点がある。

これに対して、本発明では、プラズマ密度を１０^１３ｃｍ^−３に高めた場合のプラズマのシース厚０．０１ｍｍの２倍（２０μｍ）に対して、上述のように隘路の気孔径を１０μｍ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、しかも高純度のセラミックス焼結体から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化の問題を解消できる。

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、しかも微細結晶組織を有するセラミックス焼結体から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_２Ｏ_３及びムライト等を配合したアルミナ系焼結体、ＡｌＮ焼結体、ＳｉＯ_２焼結体、ムライト焼結体、ＳｉＮ_４焼結体、ＳｉＡｌＯＮ焼結体等が挙げられる。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ツ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からなる多孔質セラミックス焼結体の誘電損失が１×１０^−３以下、より好ましくは５×１０^−４以下で、しかも最大結晶粒子径が１５μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下で、しかも平均結晶粒子径が１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ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１０μｍ以下かつ最大気孔径が７５μｍ以下で、ガス流通経路の隘路の気孔径が１０μｍ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、気孔部分を除いた研削加工面の面粗度（Ｒａ）を１．５μｍ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_２Ｏ_３微粉末から比較的容易に製造することができる。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。

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。

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く、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化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、シャワープレートの広い面から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バッファ効果（緩衝効果）を有する多孔質ガス流通体を配置することで、ガス放出孔から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か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。

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い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から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、圧力ロスが少なく、ガスの供給圧力を低めに設定でき、省エネルギーとなる。

本発明においては、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から放出されるので、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い均一なプラズマを生成することが可能となる。

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かっ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（撓み）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かっ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。

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、外周が崩れにくく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。

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〜−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。

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℃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。

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。

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、ガス放出孔をシャワープレートとは別体のセラミックス部材に形成し、このセラミックス部材をシャワープレートに開けた縦孔に装着する。このような構成とすることで、シャワープレートに孔加工によりガス放出孔を形成する場合に比べ、微細で長いガス放出孔を容易に形成することができる。なお、ガス放出孔を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鋳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。

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い。

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。

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、プラズマ照射等を基板に処理することができる。

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。

また、プラズマに接する面の平坦度を阻害することがなく、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。

以下、実施例に基づき本発明の実施の形態を説明する。

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の周囲にリング状の空間を規定しており、複数の排気ポート１０１は空間に連通するように等間隔で、すなわち、被処理基板１０３に対して軸対称に配列されている。この排気ポート１０１の配列により、処理室１０２を排気ポート１０１より均一に排気することができる。

処理室１０２の上部には、保持台１０４上の被処理基板１０３に対応する位置に、処理室１０２の外壁の一部として、直径が４０８ｍｍ、比誘電率が９．８で、かつ低マイクロ波誘電損失（誘電損失が１×１０^−３以下より好ましくは５×１０^−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が、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と連通している。

一方、シャワープレート１０５の側面には横方向に直径１ｍｍの多数の横孔１１１がシャワープレート１０５の中心方向に向かって開けられている。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いる。

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１１２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１ｍｍ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側からみてアルミナ押し出し成型品からなり複数の直径５０μｍ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。

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。

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、さらには横孔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。

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ヘ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いる。金属板１１８には冷却用流路１１９が設けられている。

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アガスを導入しても良い。

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からなる下段シャワープレート１２０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から供給されるプロセスガスを処理室１０２内の被処理基板１０３へ導入するための複数のガス流路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 Chemical 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やジシランガス、低誘電率膜を形成する場合はＣ_５Ｆ_８ガスが導入される。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、Reactive 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_５Ｆ_８ガスと酸素ガス、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バイアス電圧を被処理基板１０３上に発生させる。流すプロセスガスのガス種は上記に限定されることなく、プロセスにより流すガス、圧力を設定する。

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、下段シャワープレート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が形成されている。

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。

図４を参照すると、本実施例におけるアルミナ材料からなる円柱状のセラミックス部材１１３に開けられた複数のガス放出孔１１３ａは、直径５０μｍとしている。この数値は、１０^１２ｃｍ^−３の高密度プラズマのシース厚である４０μｍの２倍よりは小さいが、１０^１３ｃｍ^−３の高密度プラズマのシース厚である１０μｍの２倍よりは大きい。

ここで、セラミックス部材１１３は、９９．９５％以上の高純度Ａｌ_２Ｏ_３からなる誘電損失が１×１０^−３以下の材料で形成した。

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。

ここで、Ｖ_０はプラズマと物体の電位差（単位はＶ）、Ｔ_ｅは電子温度（単位はｅＶ）であり、λ_Ｄは次式で与えられるデバイ長である。

ここで、ε_０は真空の透磁率、ｋはボルツマン定数、ｎ_ｅはプラズマの電子密度である。

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イ長は減少するため、プラズマの逆流を防ぐという観点からは、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。

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、０．１Ｔｏｒｒ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よりも短くなるが、本実施例においては、５０μｍ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。

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１１３ａのガス導入側にガス流通方向に連通した気孔を有する多孔質セラミックス焼結体１１４を設置する。

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１０μｍ以下であり、１０^１３ｃｍ^−３の高密度プラズマのシース厚である１０μｍと同程度以下である。このようにすることによって、１０^１３ｃｍ^−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。

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く、効率の良いプラズマ励起が可能となった。加えて、ガス放出孔１１３ａは、シャワープレート１０５とは別体のセラミックス部材１１３に押し出し成型法等により形成されるので、シャワープレートに孔加工によりガス放出孔を形成する場合に比べ、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になった。

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い、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へ向か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った。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ったため、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。

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、セラミックス部材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い。

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。

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、かつ低マイクロ波誘電損失（誘電損失が１×１０^−４以下）である誘電体のアルミナからなり、多数（２３０個）の開口部、すなわち縦孔２００が形成された板状のシャワープレート２０１が、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１０４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２０３を介して取り付けられている。

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。

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から２０ｍｍ、高さ８から２０ｍｍの第二の縦孔２００ｂからなり、第一の縦孔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５０μｍ、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２０８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。

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、しかも縦孔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。

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２〜５μｍ程度、その間隔は１０〜２０μｍ程度が好ましい。

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２０６ａ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。

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９９．９５％以上のＡｌ_２Ｏ_３材料で、平均結晶粒子径が１μｍで、曲げ強度が１００ＭＰａで、しかも平均気孔径が３μｍで気孔率が４５％で厚さが４ｍｍの材料を用いた。

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。

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、セラミックス部材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い。

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１ｍｍ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、マイクロ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１ｍｍ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３００ａ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１ｍｍ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。

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。

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い。

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。

シャワープレート４００の側面には横方向に直径１ｍｍの多数の横孔４０１がシャワープレート４００の中心方向に向かって開けられている。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いる。

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１ｍｍ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が装着されている。多孔質セラミックス焼結体はアルミナ系材料からなり、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１０μｍ以下、誘電損失が１×１０^−３以下、平均結晶粒子径が１０μｍ以下、気孔率が２０〜７５％、平均気孔径が１０μｍ以下、最大気孔径が７５μｍ以下、曲げ強さが３０ＭＰａ以上のものを用いる。

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。

（製造例１）
平均粉末粒子径が０．６μｍで純度が９９．９９％のＡｌ_２Ｏ_３粉末に３質量％のワックスを配合して得た平均粒子径７０μｍ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９８％のシャワープレート用焼結素材を得た。

一方、多孔質セラミックス焼結体については、前記噴霧造粒粉体を粉体の状態で８００℃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_２Ｏ_３粉末を３質量％添加混合してプレス成型して得たグリーン体を焼結することにより、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２μｍ、誘電損失が２．５×１０^−４、平均結晶粒子径が１．５μｍ、最大結晶粒子径が３μｍ、気孔率が４０％、平均気孔径が３μｍ、最大気孔径が５μｍ、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。

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加工し、前記多孔質セラミックス焼結体用材料の厚みを６ｍｍになるように加工すると共に外径寸法を３．０〜３．０−０．００３ｍｍに仕上げ加工した後、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５０〜１００℃程度に加熱しておくと圧入が容易になる。

（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。

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℃で焼成した脱脂体と、さらに６００℃で焼成した仮焼結体を準備した。

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かじめ焼結収縮率を調べておく。

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。

（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℃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。

また、シャワープレート用グリーン体を６００〜１０００℃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。

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グリーン体より焼結収縮率が若干小さく、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。

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。

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から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（１〜５０μｍ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。

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。

上述のとおり、プラズマの電子密度が上昇するとデバイ長は減少するため、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１０μｍ以下であり、１０^１３ｃｍ^−３の高密度プラズマのシース厚である１０μｍと同程度以下である。このようにすることによって、１０^１３ｃｍ^−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。

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。

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から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から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い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。このような薄い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１×１０^−３以下）の押し出し成型品であり、ガス流通孔４０４ａの孔径は直径５０μｍとしている。この数値は、１０^１２ｃｍ^−３の高密度プラズマのシース厚である４０μｍの２倍よりは小さいが、１０^１３ｃｍ^−３の高密度プラズマのシース厚である１０μｍ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。

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、０．１Ｔｏｒｒ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よりも短くなるが、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。

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：１０〜３０μｍ、気孔率：５０〜７５％）。

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。

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、多孔質セラミックス焼結体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４０４ａが開けられたセラミックス部材４０４を設けている。これによって、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。

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に向かっ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に向かっ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の下面から突出しないように装着されている。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（撓み）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に向かっ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。

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。

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。

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、かつ低マイクロ波誘電損失（誘電損失が１×１０^−４以下）である誘電体のアルミナからなり、多数（２３０個）の開口部、すなわち縦孔５００が形成された板状のシャワープレート５０１が、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１０４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２０３を介して取り付けられている。

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。

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いる。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１×１０^−３以下、Ａｌ_２Ｏ_３純度が９９．９５％以上で相対密度が９８％以上の材料で形成した。

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。

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。

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。

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い。

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か、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。

本発明の第一実施例を示す。 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１に示したシャワープレートの縦孔の詳細を示す。 本発明の第二実施例を示す。 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５に示したシャワープレートの縦孔の詳細を示す。 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。 本発明の第三実施例を示す。 図１０に示したシャワープレートの縦孔の詳細を示す。 本発明の第四実施例を示す。 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１２に示したシャワープレートの縦孔の詳細を示す。 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。 多孔質セラミックス焼結体の他の装着例を示す。 本発明の第五実施例を示す。 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１８に示したシャワープレートの縦孔の詳細を示す。 従来のシャワープレートを示す。

符号の説明

１０１ 排気ポート
１０２ 処理室
１０３ 被処理基板
１０４ 保持台
１０５ シャワープレート
１０６ シール用のＯリング
１０７ 壁面
１０８ シール用の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 シール用の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 孔
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 セラミックス部材
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 (26)

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１０μｍ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からなり、誘電損失が１×１０^−３以下、平均結晶粒子径が１０μｍ以下、気孔率が２０〜７５％の範囲、平均気孔径が１０μｍ以下、最大気孔径が７５μｍ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く、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のい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プ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かって、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おいて、シャワープレートの縦孔の内寸法に対して０〜−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ックス部材のグリーン体、脱脂体、仮焼結体または焼結体を装入後、同時に焼結するシャワープレートの製造方法。
24. 請求項１から請求項１８のいずれかに記載のシャワープレートを配置したプラズマ処理装置。
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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