(57)【要約】【課題】ガスの流れを良好にするプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】マイクロ波プラズマ処理装置１００には、噴射孔Ａを有する第１のガス供給管パーツ２８ａと、その下方に位置し、噴射孔Ｂを有する第２のガス供給管パーツ２８ｂと、各第１のガス供給管パーツ２８ａをその両端にて支持する第１の側壁と、噴射孔Ｂが基板に向かって開口するように、各第２のガス供給管パーツ２８ｂをその両端にてそれぞれ支持する第２の側壁と、第１および第２のバッファ空間４２ａ１，４２ｂ１をその一部に構成する第１および第２のガス通路４２ａ、４２ｂとを有する。アルゴンガスおよび酸素ガスは、第１のバッファ空間４２ａ１から各第１のガス供給管パーツ２８ａに通され、噴射孔Ａから処理室Ｕに供給される。シランガスは、第２のバッファ空間４２ａ２から各第２のガス供給管パーツ２８ｂへ通され、噴射孔Ｂから処理室Ｕに供給される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスをプラズマ化させ、被処理体をプラズマ処理する処理室を備えたプラズマ処理装置であって、
第１の噴射孔を複数有する複数本の第１のガス供給管パーツと、
前記複数の第１の噴射孔が被処理体と対向する前記処理室の天井面に向かって開口するように、各第１のガス供給管パーツを前記各第１のガス供給管パーツの両端にてそれぞれ支持する第１の壁と、
前記第１の壁の内部に設けられた第１のガス通路と、
第１のガスを前記第１のガス通路から前記複数本の第１のガス供給管パーツへ通し、前記複数の第１の噴射孔から前記処理室に供給する第１のガス供給手段と、
前記第１のガス供給管パーツより被処理体に近い位置に設けられ、第２の噴射孔を複数有する複数本の第２のガス供給管パーツと、
前記複数の第２の噴射孔が被処理体に向かって開口するように、各第２のガス供給管パーツを前記各第２のガス供給管パーツの両端にてそれぞれ支持する第２の壁と、
前記第２の壁の内部に設けられた第２のガス通路と、
第２のガスを前記第２のガス通路から前記複数本の第２のガス供給管パーツへ通し、前記複数の第２の噴射孔から前記処理室に供給する第２のガス供給手段とを備えたプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記第１のガス通路には、第１のバッファ空間が設けられ、
前記第１のガス供給手段は、前記第１のバッファ空間を介して前記複数本の第１のガス供給管パーツの両端から前記第１のガスを供給し、
前記第２のガス通路には、第２のバッファ空間が設けられ、
前記第２のガス供給手段は、前記第２のバッファ空間を介して前記複数本の第２のガス供給管パーツの両端から前記第２のガスを供給する請求項１に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記第１の壁および前記第２の壁は、金属から形成されている請求項１または請求項２のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記複数本の第１のガス供給管パーツおよび前記複数本の第２のガス供給管パーツは、非金属から形成されている請求項１〜３のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記複数本の第１のガス供給管パーツおよび前記複数本の第２のガス供給管パーツを形成する非金属は、誘電体である請求項４に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記複数の第１の噴射孔は、等間隔に設けられ、
前記複数の第２の噴射孔は、等間隔に設けられている請求項１〜５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記複数本の第１のガス供給管パーツは、互いに平行に設けられ、
前記複数本の第２のガス供給管パーツは、互いに平行であって、前記複数本の第１のガス供給管パーツに垂直に設けられている請求項１〜６のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記複数の第１の噴射孔および前記複数の第２の噴射孔は、
前記複数本の第１のガス供給管パーツと前記複数本の第２のガス供給管パーツとにより十字をなす部分にて反対側に向けて開口している請求項１〜７のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記複数の第２の噴射孔は、第２の多孔質体により塞がれている請求項１〜８のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記複数の第１の噴射孔は、第２の多孔質体により塞がれている請求項９に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記複数本の第１のガス供給管パーツおよび前記複数本の第２のガス供給管パーツは、
第１の多孔質体により形成され、前記複数の第１の噴射孔および前記複数の第２の噴射孔となる位置を除いてゾルゲル法により封止されている請求項１〜８のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記複数本の第１のガス供給管パーツおよび前記複数本の第２のガス供給管パーツは、
第１の多孔質体と、前記第１の多孔質体に隣接して前記複数の第１の噴射孔および前記複数の第２の噴射孔となる位置に設けられる第２の多孔質体と、により形成され、
前記第１の多孔質体および前記第２の多孔質体は、
前記複数の第１の噴射孔および前記複数の第２の噴射孔となる位置を除いてゾルゲル法により封止されている請求項１〜８のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記複数の第１の噴射孔のうち、隣接する噴射孔は、スリット状の開口で繋がり、
前記複数の第２の噴射孔のうち、隣接する噴射孔は、スリット状の開口で繋がっている請求項１２に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記スリット状の開口は、第３の多孔質体にて塞がれている請求項１３に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１５】
第１の多孔質体、第２の多孔質体および第３の多孔質体の順に気孔率が高い請求項１４に記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記第１の多孔質体の気孔率は、
前記複数本の第１のガス供給管パーツおよび前記複数本の第２のガス供給管パーツの内部にてプラズマが生じないように、予め所定の値に定められている請求項１１〜１５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記第２の多孔質体の気孔率は、
前記第２の多孔質体から噴き出されるガスの流速が音速以下になるように、予め所定の値に定められている請求項９、１０、１２〜１４のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記第３の多孔質体の気孔率は、
前記第３の多孔質体から噴き出されるガスの流速が音速以下になるように、予め所定の値に定められている請求項１４または請求項１５のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記第１のガスは、少なくとも不活性ガスを含み、前記第２のガスは、少なくとも反応性ガスを含む請求項１〜１８のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記第１のガスまたは前記第２のガスの少なくともいずれかは、複数のガスを混合した混合ガスであって、前記混合ガスが過剰反応する場合を除き、
前記第１のガスは、前記第２のガスよりも結合エネルギーが大きいガスである請求項１〜１９のいずれかに記載されたプラズマ処理装置。
【請求項２１】
ガスをプラズマ化することによって、被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置の使用方法であって、
複数本の第１のガス供給管パーツの両端から前記複数本の第１のガス供給管パーツに第１のガスを通し、
前記複数本の第１のガス供給管パーツに設けられ、被処理体と対向する処理室の天井面に向かって開口する第１の噴射孔から第１のガスを噴き出させ、
前記第１のガス供給管パーツより被処理体に近い位置に設けられた複数本の第２のガス供給管パーツの両端から前記複数本の第２のガス供給管パーツに第２のガスを通し、
前記複数本の第２のガス供給管パーツに設けられ、被処理体に向かって開口する第２の噴射孔から第２のガスを噴き出させるプラズマ処理装置の使用方法。
【請求項２２】
プラズマ処理装置に使用され、ガスを噴射する噴射孔を有するガス供給管パーツの製造方法であって、
ガス供給管パーツを第１の多孔質体にて成形し、
複数の噴射孔となる部分をマスクした後、ゾルゲル法により封止し、
前記マスクをガス供給管パーツから除去するガス供給管パーツの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスをプラズマ化させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置、プラズマ処理装置の使用方法およびガス供給管パーツの製造方法に関する。より詳細には、プラズマ処理装置へのガスの供給に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、処理室内の上段および下段にそれぞれ一体的に設けられた２系統のガスシャワーヘッドから複数種類の異なるガスをそれぞれ供給するプラズマ処理装置が提案されている（たとえば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
このうち、上段のガスシャワーヘッドは、たとえば、アルゴンガスなどのプラズマ励起ガスを処理室内に供給するために用いられる。一方、下段のガスシャワーヘッドは、たとえば、シランガスなどの処理ガスを処理室内に供給するために用いられる。このようにして異なるガスを処理室内の所望の位置にそれぞれ噴射する機構を設けることにより、プラズマが均一に生成され、被処理体上に均一かつ良質なプラズマ処理を施すことができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３１２３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ガスシャワーヘッドに設けられたガス穴の直径が０．１〜０．５ｍｍであると、ガスシャワーヘッドから噴き出されるガスの流速は、音速程度となる。この結果、異なるガスをガス種の性質に合わせて処理室内の所望の位置に噴射しても、噴射された各ガスの流速が非常に早いために、処理室内にて過剰に攪拌されてしまい、良好なプラズマ処理を行うことができない。
【０００６】
そこで、ガスの過剰な攪拌を抑制するために、ガス噴射孔を大きくすることも考えられる、しかし、その場合、ガス噴射孔の位置がガス供給源から遠いほどガス噴射孔から噴射されるガスの流量が少なくなり、プラズマが不均一に生成されるという問題が生じる。
【０００７】
上記問題を解消するために、本発明では、ガスの過剰な攪拌を抑制し、ガスの流れを良好にするプラズマ処理装置、プラズマ処理装置の使用方法およびガス供給管パーツの製造方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ガスをプラズマ化させ、被処理体をプラズマ処理する処理室を備えたプラズマ処理装置であって、第１の噴射孔を複数有する複数本の第１のガス供給管パーツと、上記複数の第１の噴射孔が被処理体と対向する上記処理室の天井面に向かって開口するように、各第１のガス供給管パーツを上記各第１のガス供給管パーツの両端にてそれぞれ支持する第１の壁と、上記第１の壁の内部に設けられた第１のガス通路と、第１のガスを上記第１のガス通路から上記複数本の第１のガス供給管パーツへ通し、上記複数の第１の噴射孔から上記処理室に供給する第１のガス供給手段と、上記第１のガス供給管パーツより被処理体に近い位置に設けられ、第２の噴射孔を複数有する複数本の第２のガス供給管パーツと、上記複数の第２の噴射孔が被処理体に向かって開口するように、各第２のガス供給管パーツを上記各第２のガス供給管パーツの両端にてそれぞれ支持する第２の壁と、上記第２の壁の内部に設けられた第２のガス通路と、第２のガスを上記第２のガス通路から上記複数本の第２のガス供給管パーツへ通し、上記複数の第２の噴射孔から上記処理室に供給する第２のガス供給手段とを備えたプラズマ処理装置が供給される。
【０００９】
これによれば、複数の第１の噴射孔が被処理体と対向する処理室の天井面に向かって開口している。よって、第１のガスは、天井面に向かって噴き出され、天井面に衝突して速度を落としながら、被処理体側に拡散していく。このようにして、第１のガスは、その速度を低下させながら、処理室内全体に万遍なく供給される。この結果、第１のガスが均一にプラズマ化され、生成されたプラズマにより、被処理体に向かって供給される第２のガスを均一にプラズマ化することができる。
【００１０】
また、かかる構成によれば、第１のガス供給管パーツおよび第２のガス供給管パーツは、別々に複数本設けられていて、一体的に形成されていない。これにより、ガス供給管パーツを損傷した場合にも、そのパーツのみを交換すればよいので、メンテナンスが容易な装置を利用者に提供することができる。
【００１１】
上記第１のガス通路には、第１のバッファ空間が設けられ、上記第１のガス供給手段は、上記第１のバッファ空間を介して上記複数本の第１のガス供給管パーツの両端から上記第１のガスを供給してもよい。また、上記第２のガス通路には、第２のバッファ空間が設けられ、上記第２のガス供給手段は、上記第２のバッファ空間を介して上記複数本の第２のガス供給管パーツの両端から上記第２のガスを供給してもよい。
【００１２】
これによれば、第１のガスは、第１のバッファ空間を通って第１のガス供給管パーツから処理室に供給される。また、第２のガスは、第２のバッファ空間を通って第２のガス供給管パーツから処理室に供給される。ここで、処理室内の圧力は数十ｍＴｏｒｒ〜数百ｍＴｏｒｒ程度、第１および第２のガス供給管パーツ内部の圧力は数Ｔｏｒｒ〜数十Ｔｏｒｒ程度、第１および第２のバッファ空間は数十〜数百Ｔｏｒｒ程度である。したがって、第１および第２のガスは、直ちに各ガス供給管パーツを通って各噴射孔から噴射されることなく、減速しながら第１および第２のバッファ空間全体に均一に広がり、一時的にバッファ空間内を滞留した後、各ガス供給管パーツ内部を通過して各噴射孔から処理室Ｕ内に導入される。
【００１３】
これによれば、ガスは、一時的にバッファ空間内を滞留している間に、低速および均一化した状態になり、その後、処理室内全体に万遍なく供給される。この結果、第１および第２のガスが過剰に攪拌されることなく、各ガスから均一にプラズマが生成され、均一に生成されたプラズマにより、被処理体上に均一かつ良質なプラズマ処理を施すことができる。
【００１４】
また、上記第１の壁および上記第２の壁は、金属から形成されていてもよい。これによれば、処理室内に供給されるエネルギーがマイクロ波の電界エネルギーである場合、マイクロ波は、金属を透過しない。よって、マイクロ波は、第１および第２のバッファ空間内に入り込むことができない。この結果、第１および第２のバッファ空間中でプラズマが生成されることはない。これにより、各バッファ空間内で異常放電が生じることによって、各バッファ空間近傍が焼損したり、各バッファ空間内にて各ガスが化学反応を起こすことにより各バッファ空間の内壁に反応生成物が付着することを回避することができる。
【００１５】
上記複数本の第１のガス供給管パーツおよび上記複数本の第２のガス供給管パーツは、非金属から形成されていてもよい。
【００１６】
特に、第１および第２のガス供給管パーツが誘電体から形成されている場合、各ガス供給管パーツが金属から形成されている場合に比べ、各ガス供給管パーツの表面に生じるシースの影響が少ない。このため、ガス供給管パーツの表面近傍の電磁界が乱れず、プラズマ生成の分布を歪めることがない。この結果、処理室内にてより均一なプラズマを生成することができる。また、ガスシャワーヘッドが金属から形成されていたときに生じていた問題、すなわち、ガス供給管が熱変形したり（たとえば、ガス供給管がプラズマの熱で折れたり、溶ける）、ガス供給管がプラズマ処理中に腐食するという問題を解消することができる。
【００１７】
上記複数の第１および上記複数の第２の噴射孔は、それぞれ等間隔に設けられていてもよい。これによれば、等間隔に配置された各噴射孔から、減速された各ガスが、等方向に均等に拡散される。これにより、均一に拡散された各ガスからより均一なプラズマを生成することができる。
【００１８】
上記複数本の第１のガス供給管パーツは、互いに平行に設けられ、上記複数本の第２のガス供給管パーツは、互いに平行であって、上記複数本の第１のガス供給管パーツに垂直に設けられていてもよい。
【００１９】
また、この場合、上記複数本の第１のガス供給管パーツと上記複数本の第２のガス供給管パーツとにより十字をなす部分にて反対側に向けて開口していてもよい。
【００２０】
上記複数の第２の噴射孔は、第２の多孔質体（ポーラス材）により塞がれていてもよい。さらに、上記複数の第１の噴射孔は、第２の多孔質体により塞がれていてもよい。
【００２１】
一般的に、中空のガス管を通るガスの流速Ｖは、ガスの流量Ｑおよびガス管の断面積Ａを用いて次式（１）のように表される。
Ｖ＝Ｑ／Ａ・・・（１）
【００２２】
ここで、処理容器内の圧力ｐが１Ｔｏｒｒ、処理容器内に噴射するガスの総流量Ｑが２．０×１０―３ｍ３／ｍｉｎ、ガス穴の総数が２２４００個の場合、ガス穴１個あたりのガス流量Ｑは１４８８．１ｍｍ３／ｓｅｃとなる。また、たとえば、噴射孔の直径が０.５ｍｍのとき、ガス穴１個の断面積Ａは、０．１９６３５ｍｍ２となる。
【００２３】
処理容器内の圧力ｐおよび体積ｖが一定であると仮定した場合、直径が０.５ｍｍのガスシャワーヘッドの噴射孔から噴射されるガスの流速Ｖ０は、式（１）を用いて次のように計算される。ただし、１ａｔｍ＝７６０Ｔｏｒｒとする。
Ｖ０＝１４８８．１×７６０／０．１９６３５＝５７６０ｍ／ｓ
【００２４】
一方、各第１および各第２の噴射孔が多孔質体により塞がれている場合のガスの流速について考える。処理容器内の圧力ｐおよび体積ｖが一定であると仮定した場合、多孔質体から噴射されるガスの流速Ｖｔは、式（１）を用いて次のように計算される。ただし、この場合、総断面積Ａは、多孔質体の噴き出し口の断面積と気孔率との積で求められ、多孔質体の噴き出し口の直径が３ｍｍ、気孔率が５０％のとき、総断面積Ａは、具体的には、３．５３４３ｍｍ２となる。よって、ガス流速Ｖｔは、次のようにして求められる。
Ｖｔ＝１４８８．１×７６０／３．５３４３＝３２０．２ｍ／ｓ
【００２５】
これらの計算結果によれば、直径が３ｍｍの多孔質体の噴き出し口から噴射されるガスの流速Ｖｔは、直径が０．５ｍｍのガス管の噴射孔から噴射されるガスの流速Ｖ０の１／２０程度と非常に小さくなり、音速以下となる。この結果、音速以下のガス流速Ｖｔにて多孔質体からガスを噴き出すことができる。これにより、各ガスの攪拌を効率的に抑え、各ガスから均一なプラズマを生成することができ、被処理体に良好なプラズマ処理を施すことができる。
【００２６】
上記複数本の第１のガス供給管パーツおよび上記複数本の第２のガス供給管パーツは、第１の多孔質体により形成され、上記複数の第１の噴射孔および上記複数の第２の噴射孔となる位置を除いてゾルゲル法により封止されていてもよい。
【００２７】
また、上記複数本の第１のガス供給管パーツおよび上記複数本の第２のガス供給管パーツは、第１の多孔質体と、上記第１の多孔質体に隣接して上記複数の第１の噴射孔および上記複数の第２の噴射孔となる位置に設けられる第２の多孔質体と、により形成され、上記第１の多孔質体および上記第２の多孔質体は、上記複数の第１の噴射孔および上記複数の第２の噴射孔となる位置を除いてゾルゲル法により封止されていてもよい。
【００２８】
このとき、上記第１の多孔質体の気孔率は、上記複数本の第１のガス供給管パーツおよび上記複数本の第２のガス供給管パーツの内部にてプラズマが生じないように、予め所定の値に定められていてもよい。
【００２９】
これによれば、第１および第２のガス供給管パーツ内は、多孔質体から形成されて、各ガス供給管パーツの内部にてプラズマが生じない。これにより、各ガス供給管パーツ内で異常放電が生じ、各各ガス供給管パーツが焼損したり、第１および第２のガス供給管パーツ内にて反応性ガスが化学反応を起こすことにより第１および第２のガス供給管パーツ内に反応生成物が付着することを回避することができる。
【００３０】
なお、第１の多孔質体の気孔率がとりえる所定の値とは、第１の多孔質体の平均気孔径が、第１の多孔質体を通過するガスのミーンフリーパス（平均自由工程）未満となる値である。たとえば、アルゴンガスのミーンフリーパスは、圧力が１ｍＴｏｒｒ、温度が室温のとき、７５ｍｍ程度であるから、第１の多孔質体内の圧力が１Ｔｏｒｒ、温度が室温のとき、第１の多孔質体内でのアルゴンガスのミーンフリーパスは、７５μｍ程度となる。ポーラス材の気孔率が、０．６未満であれば、第１の多孔質体内部の平均気孔径は７５μｍ未満となるため、アルゴンガスが第１の多孔質体の内部に入っても、そのほとんどは内壁に衝突してしまう。したがって、第１の多孔質体の気孔率が、０．６未満であれば、プラズマは、第１の多孔質体内部で生成されないと考えられる。
【００３１】
また、上記第２の多孔質体の気孔率は、上記第２の多孔質体から噴き出されるガスの流速が音速以下になるように、予め所定の値に定められていてもよい。
【００３２】
これによれば、第１および第２の噴射孔に設けられた第２の多孔質体にガスが通されるとき、第１および第２のガスは、音速以下まで減速する。これにより、第１および第２のガスを、その流速を音速以下に減速してから処理室内に噴射させることができる。これにより、各ガスの過剰な攪拌を抑えて各ガスからより均一なプラズマを生成することができる。
【００３３】
上記複数の第１の噴射孔のうち、隣接する噴射孔は、スリット状の開口で繋がり、上記複数の第２の噴射孔のうち、隣接する噴射孔は、スリット状の開口で繋がっていてもよい。
【００３４】
これによれば、第１および第２のガスは、第１および第２の噴射孔のみならず、スリット状の開口からも少しずつ漏れ出す。これにより、第１のガスが、処理室内全体に均等な間隔にて設けられた第１のガス供給管パーツ全体から処理室の天井面に向けて減速された状態で万遍なく噴き出されるとともに、第２のガスが、第１のガスが噴き出される方向と反対側（すなわち、被処理体側）に向けて減速された状態で万遍なく噴き出される。これにより、各ガスからより均一なプラズマを生成することができる。
【００３５】
上記スリット状の開口は、第３の多孔質体にて塞がれていてもよい。さらに、上記第３の多孔質体の気孔率は、上記第３の多孔質体から噴き出されるガスの流速が音速以下になるように、予め所定の値に定められることができる。これによれば、第３の多孔質体を通過して処理室内に供給される各ガスを音速以下まで減速させることにより、ガスの過剰な攪拌を抑制することができる。
【００３６】
各多孔質体は、第１の多孔質体、第２の多孔質体および第３の多孔質体の順に気孔率が高くなっていてもよい。これにより、各ガスが輸送されている間、各ガスを輸送する部材（たとえば、ガス供給管パーツなど）の内部にて、プラズマが生成されることを防止することができるとともに、充分に減速させた状態で各ガスを処理室内に供給させることができる。
【００３７】
上記第１のガスは、少なくとも不活性ガスを含み、上記第２のガスは、少なくとも反応性ガスを含んでいてもよい。これによれば、第１のガスは、不活性ガス、すなわち、非堆積性のガスであるため、処理室の天井面に向けて噴き出されても、反応生成物が天井面に付着することがない。これにより、天井面に堆積した反応生成物がパーティクルとなって、被処理体の表面に混入することを回避することができる。
【００３８】
上記第１のガスまたは上記第２のガスの少なくともいずれかは、複数のガスを混合した混合ガスであって、上記混合ガスが過剰反応する場合を除き、上記第１のガスは、上記第２のガスよりも結合エネルギーが大きいガスであってもよい。
【００３９】
これによれば、まず、結合エネルギーの大きい第１のガスが、入射直後の強いマイクロ波の電界エネルギーによってプラズマ化される。第１のガスがプラズマ着火した後、第１のガスより結合エネルギーの小さい第２のガスが、第１のガスが吹き出される位置より下方の位置に吹き出される。このとき、第１のガスおよび第２のガスは減速しながら別々の位置に吹き出されるので、各ガスが過剰に攪拌されて混ざり合うことはない。これにより、第２のガスは、第１のガスをプラズマ化するためにパワーを消費して弱められたマイクロ波の電界エネルギーによって、たとえば、良質の膜を形成するためのプリカーサー（前駆体）まで解離する（それ以上解離は進まない）。この結果、被処理体を精度よくプラズマ処理することができる。
【００４０】
ただし、上記第１のガスまたは上記第２のガスの少なくともいずれかが、複数のガスを混合した混合ガスであって、その混合ガスが過剰反応する場合などの特殊な場合には、第１のガスおよび第２のガスの結合エネルギーの大小関係に関わらず、過剰反応が起きないように各ガスの噴射位置が決定される。
【００４１】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、ガスをプラズマ化することによって、被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置の使用方法であって、第１のガスを複数本の第１のガス供給管パーツの両端から上記複数本の第１のガス供給管パーツに通し、その第１のガスを被処理体と対向する処理室の天井面に向かって開口する各第１のガス供給管パーツの第１の噴射孔から噴き出し、第２のガスを上記第１のガス供給管パーツより被処理体に近い位置に設けられた複数本の第２のガス供給管パーツの両端から上記複数本の第２のガス供給管パーツに通し、その第２のガスを被処理体に向かって開口する各第２のガス供給管パーツの第２の噴射孔から噴き出すプラズマ処理装置の使用方法が供給される。
【００４２】
これによれば、各ガス供給管パーツを流れ、各噴射孔から噴き出されるガスを減速させ、処理室内にてガスの流れを良好に保ち、各ガスの過剰な攪拌を抑えることにより、各ガスから均一なプラズマを生成することができる。
【００４３】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、プラズマ処理装置に使用され、ガスを噴射する噴射孔を有するガス供給管パーツの製造方法であって、ガス供給管パーツを第１の多孔質体にて成形し、複数の噴射孔となる部分をマスクした後、ゾルゲル法により封止し、上記マスクをガス供給管パーツから除去するプラズマ処理装置の製造方法が供給される。
【００４４】
これによれば、各ガスが輸送されている間、各ガスを輸送する部材（たとえば、ガス供給管パーツなど）の内部にて、プラズマが生成されることを防止することができるとともに、充分に減速させた状態で各ガスを処理室内に供給させることができる。
【発明の効果】
【００４５】
以上説明したように、本発明によれば、ガスの過剰な攪拌を抑制し、ガスの流れを良好にするプラズマ処理装置、プラズマ処理装置の使用方法およびガス供給管パーツの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
（第１実施形態）
以下に添付図面を参照しながら、本発明の第１実施形態にかかるプラズマ処理装置について、本装置を縦方向（ｙ軸に垂直な方向）に切断した断面図である図１、および、処理室の天井面を示した図２を参照しながら説明する。また、以下の説明では、本実施形態にかかるプラズマ処理装置としてマイクロ波プラズマ処理装置を用いた、ゲート酸化膜形成プロセスを例に挙げて説明する。
【００４７】
なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより重複説明を省略する。また、本明細書中１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ、１ｓｃｃｍは（１０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
【００４８】
（マイクロ波プラズマ処理装置の構成）
マイクロ波プラズマ処理装置１００は、処理容器１０と蓋体２０とを有している。処理容器１０は、その上部が開口された有底立方体形状を有している。処理容器１０と蓋体２０とは、蓋本体２１の下面外周部と処理容器１０の上面外周部との間に配設されたＯリング３２により密閉され、これにより、プラズマ処理を施す処理室Ｕが形成されている。処理容器１０および蓋体２０は、たとえば、アルミニウム等の金属からなり、電気的に接地されている。
【００４９】
処理容器１０には、その内部にてガラス基板（以下「基板」という）Ｇを載置するためのサセプタ１１（載置台）が設けられている。サセプタ１１は、たとえば窒化アルミニウムからなり、その内部には、給電部１１ａおよびヒータ１１ｂが設けられている。
【００５０】
給電部１１ａには、整合器１２ａ（たとえば、コンデンサ）を介して高周波電源１２ｂが接続されている。また、給電部１１ａには、コイル１３ａを介して高圧直流電源１３ｂが接続されている。整合器１２ａ、高周波電源１２ｂ、コイル１３ａおよび高圧直流電源１３ｂは、処理容器１０の外部に設けられている。また、高周波電源１２ｂおよび高圧直流電源１３ｂは、接地されている。
【００５１】
給電部１１ａは、高周波電源１２ｂから出力された高周波電力により処理容器１０の内部に所定のバイアス電圧を印加するようになっている。また、給電部１１ａは、高圧直流電源１３ｂから出力された直流電圧により基板Ｇを静電吸着するようになっている。
【００５２】
ヒータ１１ｂには、処理容器１０の外部に設けられた交流電源１４が接続されていて、交流電源１４から出力された交流電圧により基板Ｇを所定の温度に保持するようになっている。
【００５３】
処理容器１０の底面は筒状に開口され、その外部周縁にはベローズ１５の一端が装着されている。また、ベローズ１５の他端は昇降プレート１６に固着されている。このようにして、処理容器１０底面の開口部分は、ベローズ１５および昇降プレート１６により密閉されている。
【００５４】
サセプタ１１は、昇降プレート１６上に配設された筒体１７に支持されていて、昇降プレート１６および筒体１７と一体となって昇降し、これにより、サセプタ１１を処理プロセスに応じた高さに調整するようになっている。また、サセプタ１１の周囲には、処理室Ｕのガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板１８が設けられている。
【００５５】
処理容器１０の底部には、処理容器１０の外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）が備えられている。真空ポンプは、ガス排出管１９を介して処理容器１０内のガスを排出することにより、処理室Ｕを所望の真空度まで減圧する。
【００５６】
蓋体２０は、蓋本体２１、６本の導波管３３、スロットアンテナ３０、および、誘電体窓（複数枚の誘電体パーツ３１から構成）を有している。
【００５７】
６本の導波管３３は、その断面形状が矩形状であり、蓋本体２１の内部にて平行に並べて設けられている。各導波管３３の内部は、フッ素樹脂（たとえばテフロン（登録商標））、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、石英などの誘電部材３４で充填されていて、その誘電部材３４により、λｇ１＝λｃ／（ε１）１／２の式に従って各導波管３３の管内波長λｇ１が制御される。ここで、λｃは自由空間の波長、ε１は誘電部材３４の誘電率である。
【００５８】
各導波管３３は、上部にて開口し、その開口には、可動部３５が昇降自在に挿入されている。可動部３５は、アルミニウムなどの非磁性金属体である導電性材料から形成されている。
【００５９】
蓋本体２１の外部であって、各可動部３５の上面には、昇降機構３６がそれぞれ設けられている。昇降機構３６は、誘電部材３４の上面までを限度として、可動部３５を昇降移動させるようになっている。これにより、導波管３３は、その高さを任意に変えることができる。
【００６０】
各導波管３３下部のスロットアンテナ３０は、蓋本体２１の下方にて蓋本体２１に設けられたアンテナとして機能する。スロットアンテナ３０には、各導波管３３の下面にてスロット３７が設けられている。かかる構成により、処理室Ｕから天井面を見上げた図２に示したように、導波管３３毎に１３個、全部で７８個（＝１３×６）のスロット３７が、天井面全面にて等間隔に設けられている。
【００６１】
誘電体窓は、３９枚の誘電体パーツ３１から構成され、各誘電体パーツ３１はタイル状に形成されている。１３枚の誘電体パーツ３１は、１つのマイクロ波発生器４０に対してＹ分岐管４１を介して接続された２本の導波管３３を跨ぐように３列に設けられている。
【００６２】
各誘電体パーツ３１は、互いに隣接する２本の導波管３３（すなわち、Ｙ分岐管４１を介して同じマイクロ波発生器４０に接続された２本の導波管３３）の下面に設けられた２６個（＝１３個×２列）のスロット３７のうち、ｙ座標が同一となる２つのスロット３７を跨ぐようにそれぞれ取り付けられている。以上の構成により、スロットアンテナ３０の下面には、全部で３９枚（＝１３枚×３列）の誘電体パーツ３１が取り付けられる。
【００６３】
各誘電体パーツ３１は、石英ガラス、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、サファイア、ＳｉＮ、セラミックスなどの誘電材料を用いて形成されている。図１および図１の誘電体パーツ３１近傍を一部拡大した図３に示したように、各誘電体パーツ３１には、基板Ｇと対向する面にて凹凸が形成されている。このように、各誘電体パーツ３１に凹部または凸部の少なくともいずれかを設けることによって、表面波が、各誘電体パーツ３１の表面を伝播する際の電界エネルギーの損失を増加させ、これにより、表面波の伝播を抑止することができる。この結果、定在波の発生を抑制して、均一なプラズマを生成することができる。誘電体パーツ３１と梁２６との間は、Ｏリング５０により密閉され、これにより、プラズマ処理を施す処理室Ｕが気密に保持されている。
【００６４】
なお、各導波管３３の下面に形成されるスロット３７の個数は任意であり、たとえば、各導波管３３の下面にそれぞれ１２個ずつのスロット３７を設け、スロットアンテナ３０の下面に全部で３６枚（＝１２枚×３列）の誘電体パーツ３１を配設させてもよい。また、各誘電体パーツ３１の上面に設けるスロット３７の個数も２つに限られず、１つ、または、３つ以上であってもよい。
【００６５】
スロットアンテナ３０の下面には、図２に示したように、３９枚の誘電体パーツ３１を、１３枚×３列に配列させた状態で支持するための梁２６が格子状に形成されている。梁２６は、アルミニウムなどの非磁性金属体である導電性材料にて形成されている。
【００６６】
図１および図２に示したように、ｙ軸方向にて対向する処理容器１０の側壁１０ａ１（第１の壁に相当）には、その内部にて第１のガス通路４２ａが設けられている。第１のガス通路４２ａは、処理容器１０の両側壁１０ａ１の内部にてその一部が直方体の形状をした第１のバッファ空間４２ａ１を有している。
【００６７】
両側壁１０ａ１の第１のガス通路４２ａには、１６本の第１のガス供給管パーツ２８ａ（ガスパイプ）がその両端部にて連結されていて、互いに平行して等間隔に配置されている。すなわち、１６本の第１のガス供給管パーツ２８ａの両端は、両側壁１０ａ１の第１のバッファ空間４２ａ１に貫入していて、これにより、各第１のガス供給管パーツ２８ａと第１のガス通路４２ａとが連通する。各第１のガス供給管パーツ２８ａは、非金属から形成され、たとえば、アルミナなどの誘電体から形成されている。各第１のガス供給管パーツ２８ａには、処理室Ｕの天井部に向かって開口する噴射孔Ａ（第１の噴射孔に相当）が、等間隔に１６個設けられている。
【００６８】
ｘ軸方向にて対向する処理容器１０の側壁１０ｂ１（第２の壁に相当）には、その内部にて第２のガス通路４２ｂが設けられている。第２のガス通路４２ｂは、処理容器１０の両側壁１０ｂ１の内部にてその一部が直方体の形状をした第２のバッファ空間４２ｂ１を有している。
【００６９】
両側壁１０ｂ１の第２のガス通路４２ｂには、１６本の第２のガス供給管パーツ２８ｂ（ガスパイプ）がその両端部にて連結されていて、互いに平行して等間隔に配置されている。また、１６本の第２のガス供給管パーツ２８ｂは、１６本の第１のガス供給管パーツ２８ａより基板Ｇに近い位置にて互いに平行に、かつ、１６本の第１のガス供給管パーツ２８ａに対して垂直になるように等間隔に配置されている。各第２のガス供給管パーツ２８ｂの両端は、両側壁１０ｂ１の第２のバッファ空間４２ｂ１に貫入していて、これにより、１６本の第２のガス供給管パーツ２８ｂと第２のガス通路４２ｂとが連通する。各第２のガス供給管パーツ２８ｂは、非金属から形成され、たとえば、アルミナなどの誘電体から形成されている。
【００７０】
各第２のガス供給管パーツ２８ｂには、サセプタ１１に載置された基板Ｇに向かって開口する噴射孔Ｂ（第２の噴射孔に相当）が、等間隔に１６個設けられている。噴射孔Ａと噴射孔Ｂとは、第１のガス供給管パーツ２８ａと第２のガス供給管パーツ２８ｂとにより十字をなす部分にて上下に向かって（反対側に向けて）それぞれ開口している。
【００７１】
各バッファ空間４２ａ１、４２ｂ１に貫入している各ガス供給管パーツ２８と処理容器１０の内壁との間は、図３のＯリング５１により密閉され、これにより、プラズマ処理を施す処理室Ｕが気密に保持されている。
【００７２】
ガス供給源４３は、複数のバルブ４３ａ１、４３ａ３、４３ｂ１、４３ｂ３、４３ｂ５、４３ｂ７、複数のマスフローコントローラ４３ａ２、４３ｂ２、４３ｂ６、アルゴンガス供給源４３ａ４、酸素ガス供給源４３ｂ４およびシランガス供給源４３ｂ８から構成されている。
【００７３】
アルゴンガス供給源４３ａ４および酸素ガス供給源４３ｂ４には、第１のガス通路４２ａの第１のバッファ空間４２ａ１を介して第１のガス供給管パーツ２８ａが接続されている。アルゴンガス供給源４３ａ４および酸素ガス供給源４３ｂ４は、各バルブの開閉および各マスフローコントローラの開度をそれぞれ制御することにより、所望の濃度のアルゴンガスおよび酸素ガスを第１のガス供給管パーツ２８ａから天井面に向けて噴き出すようになっている。
【００７４】
このように、アルゴンガスおよび酸素ガスを、アルゴンガス供給源４３ａ４および酸素ガス供給源４３ｂ４から第１のガス通路４２ａを介して複数本の第１のガス供給管パーツ２８ａへ通し、複数の噴射孔Ａから処理室Ｕに供給する機構および動作は、第１のガスを第１のガス通路から複数本の第１のガス供給管パーツへ通し、複数の第１の噴射孔から処理室に供給する第１のガス供給手段の機能により実行される。
【００７５】
また、シランガス供給源４３ｂ８には、第２のガス通路４２ｂの第２のバッファ空間４２ｂ１を介して第２のガス供給管パーツ２８ｂが接続されている。シランガス供給源４３ｂ８は、各バルブの開閉および各マスフローコントローラの開度をそれぞれ制御することにより、所望の濃度のシランガスを第２のガス供給管パーツ２８ｂから基板Ｇに向けて噴き出すようになっている。
【００７６】
このように、シランガスを、シランガス供給源４３ｂ８から第２のガス通路４２ｂから複数本の第２のガス供給管パーツ２８ｂへ通し、複数の噴射孔Ｂから処理室Ｕに供給する機構および動作は、第２のガスを第２のガス通路から複数本の第２のガス供給管パーツへ通し、複数の第２の噴射孔から処理室に供給する第２のガス供給手段の機能により実行される。
【００７７】
冷却水配管４４には、マイクロ波プラズマ処理装置１００の外部に配置された冷却水供給源４５が接続されていて、冷却水供給源４５から供給された冷却水が冷却水配管４４内を循環して冷却水供給源４５に戻ることにより、蓋本体２１は、所望の温度に保たれるようになっている。
【００７８】
以上に説明した構成により、図２に示した３つのマイクロ波発生器４０から出力された、たとえば、２．４５ＧＨｚ×３のマイクロ波は、各Ｙ分岐管４１を経由して各導波管３３を伝播し、各スロット３７を通り、各誘電体パーツ３１を透過して処理室Ｕ内に入射されるようになっている。
【００７９】
（アルゴンガスおよび酸素ガスの供給）
つぎに、マイクロ波プラズマ処理装置１００を用いたプラズマの生成について説明する。図３および図４に示したように、アルゴンガスおよび酸素ガスは、第１のガス通路４２ａの第１のバッファ空間４２ａ１を介して１６本の第１のガス供給管パーツ２８ａの両端から中央へ向かって供給され、第１のガス供給管パーツ２８ａを通る間に、等間隔に設けられた多数の噴射孔Ａから、処理室Ｕの天井面に向かって上向きに噴き出される。
【００８０】
このようにして、天井面に向かって噴き出されたアルゴンガスおよび酸素ガスは、処理室Ｕの天井面に衝突して速度を落としながら、方向を変えて基板Ｇ側に拡散していく。このようにして、アルゴンガスおよび酸素ガスは、その速度を低下させながら、処理室内全体に万遍なく供給される。この結果、過剰に攪拌することなく、均一に拡散されたアルゴンガスおよび酸素ガスをマイクロ波の電界エネルギーにより均一にプラズマ化することができる。
【００８１】
なお、アルゴンガスおよび酸素ガスの混合ガスが、処理室Ｕの天井面に向けて噴き出されても、混合ガスは、不活性ガス、非堆積性のガスであるため、化学反応により反応生成物が天井面に付着することがない。これにより、天井面に堆積した反応生成物がパーティクルとなって、基板Ｇ上に形成されたゲート酸化膜を劣化させることを回避することができる。
【００８２】
（シランガスの供給）
このようにして、アルゴンガスおよび酸素ガスがプラズマ着火後、図３および図５に示したように、シランガスは、第２のガス通路４２ｂの第２のバッファ空間４２ｂ１を介して、１６本の第２のガス供給管パーツ２８ｂの両端から中央へ向かって供給され、第２のガス供給管パーツ２８ｂを通る間に、等間隔に設けられた多数の噴射孔Ｂから、基板Ｇに向かって下向きに噴き出される。
【００８３】
噴き出されたシランガスは、アルゴンガスおよび酸素ガスから均一に生成されたプラズマと、アルゴンガスおよび酸素ガスをプラズマ化するためにパワーを消費して弱められたマイクロ波の電界エネルギーによって、たとえば、良質の膜を形成するためのプリカーサー（前駆体）まで解離する（それ以上解離は進まない）。この結果、基板Ｇ上に均一かつ良質なゲート酸化膜を形成することができる。
【００８４】
（バッファ空間）
上述したように、第１のガス通路４２ａおよび第２のガス通路４２ｂには、第１のバッファ空間４２ａ１および第２のバッファ空間４２ｂ１がそれぞれ設けられている。これらにより、各ガスは、より低速な状態で均一に処理室内に噴き出される。そのメカニズムについて以下に説明する。
【００８５】
図４に示したように、アルゴンガスおよび酸素ガスは、第１のガス通路４２ａを通過して第１のバッファ空間４２ａ１の両端から第１のバッファ空間４２ａ１に入り込む。また、図５に示したように、シランガスは、第２のガス通路４２ｂを通過して第２のバッファ空間４２ｂ１の両端から第２のバッファ空間４２ｂ１に入り込む。
【００８６】
このとき、処理室内の圧力は数十ｍＴｏｒｒ〜数百ｍＴｏｒｒ程度、第１および第２のガス供給管パーツ内部の圧力は数Ｔｏｒｒ〜数十Ｔｏｒｒ程度、第１および第２のバッファ空間は数十〜数百Ｔｏｒｒ程度である。したがって、各ガスは、減速しながら第１および第２のバッファ空間４２ａ１，４２ｂ１の全体に均一に広がり、一時的に第１および第２のバッファ空間４２ａ１，４２ｂ１の空間内を滞留した後、第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂの内部を通過して噴射孔Ａ、Ｂから処理室Ｕ内に導入される。
【００８７】
この結果、一時的に第１および第２のバッファ空間４２ａ１，４２ｂ１の空間内を滞留している間に、各ガスは、減速するとともに均一化し、その後、方向の偏りもほとんどない状態で第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂを経由して処理室内全体に万遍なく供給される。この結果、各ガスが過剰に攪拌されることなく、処理室内に均一に拡散された各ガスから均一にプラズマが生成され、均一に生成されたプラズマにより、基板Ｇ上に均一かつ良質なゲート酸化膜を形成することができる。
【００８８】
また、このとき、第１および第２のバッファ空間４２ａ１，４２ｂ１が設けられている処理容器１０の側壁１０ａ１，１０ｂ１は、金属から形成されている。よって、処理室内に供給されるマイクロ波は、金属を透過しない。これにより、第１および第２のバッファ空間４２ａ１，４２ｂ１内にマイクロ波が入り込むことがない。この結果、第１および第２のバッファ空間４２ａ１，４２ｂ１中に滞留している各ガスが各バッファ空間４２ａ１，４２ｂ１内でプラズマ化することがない。これにより、各バッファ空間内で異常放電が生じ、各壁面が焼損したり、各バッファ空間４２ａ１，４２ｂ１内にて各ガスが化学反応を起こすことにより各バッファ空間４２ａ１，４２ｂ１内に反応生成物が付着することを回避することができる。
【００８９】
さらに、１６本の第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂは、すべて非金属（本実施形態では、アルミナ）から形成されている。これにより、第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂが金属から形成されていたときのように、第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂの表面に生じるシースの影響が少ないため、第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂの表面近傍の電磁界が乱れず、プラズマ生成の分布を歪めることがない。この結果、より均一なプラズマを生成することができる。また、ガス供給管パーツが金属から形成されていたときに生じていた問題、すなわち、ガス供給管パーツが熱変形したり（たとえば、ガス供給管パーツがプラズマの熱で折れたり、溶ける）、ガス供給管パーツがプラズマ処理中に腐食するという問題を解消することができる。
【００９０】
（ポーラス部材）
本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００では、さらに、第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂの各噴射孔Ａ，Ｂをポーラス材（多孔質体）にて塞ぐほうがよい。
【００９１】
図６（ａ）に示したように、第１のガス供給管パーツ２８ａの噴射孔Ａをポーラス材にて塞ぎ、図６（ｂ）に示したように、第２のガス供給管パーツ２８ｂの噴射孔Ｂをポーラス材にて塞ぐ場合、バルク材２８Ｂで構成された第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ，２８ｂに設けられた直径１〜３ｍｍの開口にポーラス材２８Ｐを詰めて、接着剤にてポーラス材２８Ｐをバルク材２８Ｂに固着する。
【００９２】
一般的に、中空のガス管を通るガスの流速Ｖは、ガスの流量Ｑおよびガス管の断面積Ａを用いて次式（１）のように表される。
Ｖ＝Ｑ／Ａ・・・（１）
【００９３】
ここで、処理容器内の圧力ｐが１Ｔｏｒｒ、処理容器内に噴射するガスの総流量Ｑが２．０×１０―３ｍ３／ｍｉｎ、ガス穴の総数が２２４００個の場合、ガス穴１個あたりのガス流量Ｑは１４８８．１ｍｍ３／ｓｅｃとなる。また、たとえば、噴射孔の直径が０.５ｍｍのとき、ガス穴１個の断面積Ａは、０．１９６３５ｍｍ２となる。
【００９４】
処理容器内の圧力ｐおよび体積ｖが一定であると仮定した場合、直径が０.５ｍｍのガスシャワーヘッドの噴射孔から噴射されるガスの流速Ｖ０は、式（１）を用いて次のように計算される。ただし、１ａｔｍ＝７６０Ｔｏｒｒとする。
Ｖ０＝１４８８．１×７６０／０．１９６３５＝５７６０ｍ／ｓ
【００９５】
一方、各第１および各第２の噴射孔がポーラス材により塞がれている場合のガスの流速を計算した図７を参照すると、処理容器内の圧力ｐおよび体積ｖが一定であると仮定した場合、ポーラス材から噴射されるガスの流速Ｖｔは、式（１）を用いて次のように計算される。ただし、この場合、総断面積Ａは、ポーラス材の噴き出し口の断面積と気孔率との積で求められ、ポーラス材の噴き出し口の直径が３ｍｍ、気孔率が５０％のとき、総断面積Ａは、噴き出し口の断面積×気孔率で表され、具体的には、３．５３４３ｍｍ２となる。よって、ガス流速Ｖｔは、次のようにして求められる。
Ｖｔ＝１４８８．１×７６０／３．５３４３＝３２０．２ｍ／ｓ
【００９６】
これらの計算結果によれば、直径が３ｍｍのポーラス材の噴き出し口から噴射されるガスの流速Ｖｔは、直径が０．５ｍｍのガス管の噴射孔から噴射されるガスの流速Ｖ０の１／２０程度と非常に小さくなり、音速以下となる。この結果、音速以下のガス流速Ｖｔにてポーラス材から各ガスを噴き出すことができる。これにより、各ガスの攪拌を効率的に抑え、各ガスから均一なプラズマを生成することができ、基板Ｇ上により均一かつ良質なゲート酸化膜を形成することができる。
【００９７】
なお、第１のガス供給管パーツ２８ａおよび第２のガス供給管パーツ２８ｂは、別々に複数本設けられていて、一体的に形成されていない。これにより、ガス供給管パーツを損傷した場合にも、そのパーツのみを交換すればよいので、メンテナンスが容易な装置を利用者に提供することができる。
【００９８】
（第２実施形態）
つぎに、第２実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００について説明する。第２実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００は、第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂ全体がポーラス材により形成されている点で、噴射孔の開口のみにポーラス材を使用した第１実施形態にかかる第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂと構成上相異する。よって、このように構成上相異する本実施形態にかかるガス供給管パーツ２８の製造方法を中心に本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００について、図８を参照しながら説明する。
【００９９】
（ポーラス材を充填させたガス供給管パーツ２８の製造方法）
（１）まず、ガス供給管パーツ２８となるポーラス材２８Ｐ（第１の多孔質体に相当）をシリンダ状に成型する。
（２）つぎに、噴射孔Ａ、Ｂとなる位置を直径１〜３ｍｍのマスク６０にてマスキングする。
（３）耐食性の高いＹ２Ｏ３ゾル６１をポーラス材２８Ｐに浸漬させ，ポーラス２８ＰをＹ２Ｏ３ゾル６１でコーティング（すなわち，ガス供給管パーツ２８を有機溶剤に分散させたゾル（コロイド溶液）で封孔）する。
（４）加熱により、コーティングしたＹ２Ｏ３ゾル６１をゲル化させる。これにより，ポーラス材２８Ｐ内のガラス部分（ＳｉＯ２）がＦ系ガスや塩素系ガスにより腐食されることを回避することができる。
（５）最後に、マスク６０を除去し、ガスの噴射孔Ａ、Ｂとなる位置を露出させる。これにより、ポーラス材２８Ｐを用いたガス供給管パーツ２８が完成する。
なお，（４）の封孔処理に用いる溶液は，Ｙ２Ｏ３ゾルに限られず，周期律表第３ａ族に属する元素から選択されたものを用いることができる。
【０１００】
ポーラス材２８Ｐの気孔率がとりえる値は、ポーラス材２８Ｐの平均気孔径が、ポーラス材２８Ｐを通過するガスのミーンフリーパス（平均自由工程）未満となる値である。たとえば、アルゴンガスのミーンフリーパスは、圧力が１ｍＴｏｒｒ、温度が室温のとき、７５ｍｍ程度であるから、ポーラス材２８Ｐ内部の圧力が１Ｔｏｒｒ、温度が室温のとき、ポーラス材２８Ｐ内でのアルゴンガスのミーンフリーパスは、７５μｍ程度となる。よって、ポーラス材２８Ｐの気孔率が、０．６未満であれば、ポーラス材２８Ｐ内部の平均気孔径は７５μｍ未満となるため、アルゴンガスがポーラス材２８Ｐの内部に入っても、そのほとんどは内壁に衝突してしまう。したがって、ポーラス材２８Ｐの気孔率が、０．６未満であれば、プラズマは、ポーラス材２８Ｐ内部で生成されないと考えられる。
【０１０１】
この結果、ポーラス材２８Ｐの気孔率がとりえる値は、ガスが音速以下（図７では、０．５以上）となり、かつ、ポーラス材２８Ｐ内部でプラズマが生成されない値（図７では、０．６以下）となる。これによれば、第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂ内は、ポーラス材２８Ｐにより充填されているため、各ガス供給管パーツの内部にてプラズマが生じない。これにより、各ガス供給管パーツ内で異常放電が生じ、各ガス供給管パーツが焼損したり、各ガス供給管パーツ内にて反応性ガスが化学反応を起こすことにより各ガス供給管パーツ内に反応生成物が付着することを回避することができる。
【０１０２】
以上、本実施形態によれば、各ガスの過剰な攪拌を抑えて、処理室内のガスの流れをより適正化することにより、より均一なプラズマを生成することができる。
【０１０３】
（第３実施形態）
つぎに、第３実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００について説明する。第３実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００は、第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂが２種類のポーラス材（第１および第２のポーラス材）により形成される点で、１種類のポーラス材のみを用いた第２実施形態にかかる第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂと構成上相違する。よって、このように構成上相異する本実施形態にかかるガス供給管パーツ２８の製造方法を中心に本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００について、図９を参照しながら説明する。
【０１０４】
（２種類のポーラス材を用いたガス供給管パーツ２８の製造方法）
（１）まず、ガス供給管パーツ２８となる第１のポーラス材２８Ｐ１をシリンダ状に成型する。噴射孔Ａ、Ｂとなる位置には、直径１〜３ｍｍの凹みが設けられる。
（２）つぎに、凹みに第２のポーラス材２８Ｐ２を埋め込む。第１のポーラス材２８Ｐ１と第２のポーラス材２８Ｐ２との間は、接着剤にて接合される。ここで、第１のポーラス材２８Ｐ１の気孔率は、第２のポーラス材２８Ｐ２の気孔率より大きい。
（３）第２のポーラス材２８Ｐ２が設けられた位置をマスク６０にてマスキングする。
（４）耐食性の高いＹ２Ｏ３ゾル６１をポーラス材に浸漬させ，ポーラス材をＹ２Ｏ３ゾル６１でコーティングした後、加熱により、コーティングしたＹ２Ｏ３ゾル６１をゲル化させる。
（５）最後に、マスク６０を除去し、ガスの噴射孔Ａ、Ｂとなる位置を露出させる。これにより、２種類のポーラス材（第１のポーラス材２８Ｐ１、第２のポーラス材２８Ｐ２）を用いたガス供給管パーツ２８が完成する。
【０１０５】
このようにして製造されたガス供給管パーツ２８を構成する第１のポーラス材２８Ｐ１の気孔率は、第２のポーラス材２８Ｐ２の気孔率より大きい。これにより、第１のポーラス材２８Ｐ１は、主に、ガス供給管パーツ２８内にてガスがプラズマ化しないように機能し、第２のポーラス材２８Ｐ２は、ガスが処理室に噴出されるときにガスの流速を低下させるように機能する。
【０１０６】
これにより、ガス供給管パーツ内で異常放電が生じ、ガス供給管パーツが焼損したり、各ガス供給管パーツ内にて反応性ガスが化学反応を起こすことにより各ガス供給管パーツ内に反応生成物が付着することを回避しながら、各ガスの流速を効果的に低下させて噴出させることができる。この結果、各ガスの過剰な攪拌を抑えて、処理室内のガスの流れをより適正化することにより、より均一なプラズマを生成することができる。
【０１０７】
（第４実施形態）
つぎに、第４実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００について説明する。第４実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００は、第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂが３種類のポーラス材により形成される点で、２種類のポーラス材を用いた第３実施形態にかかる第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂと構成上相違する。よって、上記構成上の相異点を中心に本実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００について、図１０を参照しながら説明する。
【０１０８】
図１０（ａ）は、格子状に設けられた第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂを基板側から見上げたときの各ガス供給管パーツの一部を拡大した図である。また、図１０（ｂ）は、第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂを天井面側から見下ろしたときの各ガス供給管パーツの一部を拡大した図である。
【０１０９】
図１０（ａ）（ｂ）に示されたように、本実施形態にかかる第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂの内部は、第３の実施形態と同様に、主に第１のポーラス材２８Ｐ１により構成されていて、噴射孔Ａ，Ｂの露出部分のみに第２のポーラス材２８Ｐ２が埋め込まれている。さらに、本実施形態では、隣接する噴射孔Ａおよび隣接する噴射孔Ｂの間は、スリット状の噴射孔Ｃ（開口）によりそれぞれ繋がっている。この噴射孔Ｃの露出部分には、第３のポーラス材２８Ｐ３が埋め込まれている。
【０１１０】
これによれば、各ガスは、噴射孔Ａ、Ｂのみならず、スリット状の噴射孔Ｃからも少しずつ漏れ出す。これにより、アルゴンガスおよび酸素ガスが、平行に設けられた１６本の第１のガス供給管パーツ２８ａ全体から処理室Ｕの天井面に向けて、減速された状態で万遍なく噴き出されるとともに、シランガスが、アルゴンガスおよび酸素ガスが噴き出される方向と反対側（すなわち、基板Ｇ側）に向けて減速された状態で万遍なく噴き出される。これにより、各ガスの過剰な攪拌を抑えて、各ガスからより均一なプラズマを生成することができる。
【０１１１】
なお、第１および第２のガス供給管パーツ２８ａ、２８ｂを構成する各ポーラス材は、第１のポーラス材２８Ｐ１、第２のポーラス材２８Ｐ２および第３のポーラス材２８Ｐ３の順に気孔率が高くなっていてもよい。これにより、主に、第１のポーラス材２８Ｐ１により各ガスの輸送時にプラズマが生成されることを防ぐことができるとともに、主に、第２のポーラス材２８Ｐ２および第３のポーラス材２８Ｐ３により各ガスを効果的に減速させてから、減速されたガスを噴射孔Ａ，Ｂ，Ｃから非常に均一な状態で処理室Ｕの内部に供給させることができる。
【０１１２】
（ガス種）
上段のガス噴射孔Ａから噴射されるガスは、少なくとも不活性ガスを含み、下段のガス噴射孔Ｂから噴射されるガスは、少なくとも反応性ガスを含む。また、一般的には、上段のガス噴射孔Ａから噴射されるガス（第１のガス）は、下段の（すなわち、ガス噴射孔Ａより下方に位置する）ガス噴射孔Ｂから噴射されるガス（第２のガス）よりも結合エネルギーが大きいガスであることが好ましい。
【０１１３】
これによれば、前述したように、まず、結合エネルギーの大きい第１のガスが、比較的強いマイクロ波の電界エネルギーによってプラズマ化される。つぎに、供給されたガスがプラズマ着火した後、第１のガスより結合エネルギーの小さい第２のガスが、ガス噴射孔Ａの位置および梁２６が突出した位置より下方に設置されたガス噴射孔Ｂから噴射される。これにより、第２のガスは、第１のガスをプラズマ化するためにパワーを消費して弱められたマイクロ波の電界エネルギーによって、良質の膜を形成するためのプリカーサー（前駆体）まで解離する。この結果、良質のゲート酸化膜を形成することができる。
【０１１４】
この原則に基づけば、ＯとＯとの分子結合エネルギーは、５．２（ｅＶ）、ＳｉとＨとの分子結合エネルギーは、３．２（ｅＶ）、Ａｒのイオン化エネルギーは、１５．７５９（ｅＶ）であることから、本来的には、結合エネルギーが大きいアルゴンガスを上段から噴射させ、結合エネルギーが小さいシランガスおよび酸素ガスの混合ガスを下段から噴射させるほうがよい。
【０１１５】
ただし、複数のガスとを混合すると、その混合ガスが過剰反応してしまうなどの特殊な場合には、第１のガスおよび第２のガスの結合エネルギーの大小関係に関わらず、過剰反応が起きないように各ガスの噴射位置が決定される。
【０１１６】
以上説明したように、本発明の各実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置１００によれば、ガスの過剰な攪拌を抑制し、ガスの流れを良好にして均一かつ良質なプラズマ処理を基板Ｇ上に施すことができる。
【０１１７】
なお、ガラス基板のサイズは、７２０ｍｍ×７２０ｍｍ以上であればよく、たとえば、Ｇ３基板サイズで７２０ｍｍ×７２０ｍｍ（チャンバ内の径：４００ｍｍ×５００ｍｍ）、Ｇ４．５基板サイズで７３０ｍｍ×９２０ｍｍ（チャンバ内の径：１０００ｍｍ×１１９０ｍｍ）、Ｇ５基板サイズで１１００ｍｍ×１３００ｍｍ（チャンバ内の径：１４７０ｍｍ×１５９０ｍｍ）である。上記大きさの処理室内に１〜８Ｗ／ｃｍ２のパワーのマイクロ波が供給される。
【０１１８】
上記実施形態において、各部の動作はお互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このように置き換えることにより、プラズマ処理装置の発明の実施形態を、プラズマ処理装置の使用方法の実施形態とすることができる。
【０１１９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１２０】
たとえば、本発明にかかるプラズマ処理装置は、上述したように多数の誘電体パーツを有するマイクロ波プラズマ処理装置（ＣＭＥＰ：Cellular Microwave Excitation Plasma）であってもよく、タイル状に分断されていない大面積の誘電体を有するマイクロ波プラズマ処理装置（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）であってもよい。ＳＷＰは，表面波の伝播を抑制させないマイクロ波プラズマ処理装置の一例であり，ＣＭＥＰは，表面波の伝播を抑制するマイクロ波プラズマ処理装置の一例である。
【０１２１】
また、上記実施形態では、大型ディスプレイ装置製造において大型のガラス基板を処理するためのマイクロ波プラズマ処理装置について説明したが、本発明は半導体装置製造用のマイクロ波プラズマ処理装置にも適用できる。
【０１２２】
さらに、本発明は、マイクロ波プラズマ処理装置のみならず、種々のプラズマ処理装置に使用することができ、そのプラズマの発生方法は、平行平板型、ＩＣＰ（Inductive Coupling Plasma）型、マグネトロン型、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）型、ヘリコン波型、表面波（ＳＷＰ，ＣＭＥＰ）型、ＲＬＳＡ（Radial
Line SlotAntenna）型であってもよい。
【０１２３】
また、本発明にかかるプラズマ処理装置では、成膜処理に限られず、拡散処理、エッチング処理、アッシング処理などのあらゆるプラズマ処理を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の各実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２】同実施形態にかかる処理容器の天井面を示した図である。
【図３】同実施形態にかかる誘電体窓近傍を拡大した断面図である。
【図４】アルゴンガスおよび酸素ガスの流れを示した図である。
【図５】シランガスの流れを示した図である。
【図６】本発明の第１実施形態にかかるガス供給管パーツの断面を示した図である。
【図７】ポーラス材内部でのガスの流速を計算した結果を示した図である。
【図８】第２実施形態にかかるガス供給管パーツの製造工程を示した図である。
【図９】第３実施形態にかかるガス供給管パーツの製造工程を示した図である。
【図１０】図１０（ａ）は、第４実施形態にかかるガス供給管パーツの一部を基板側から見上げた図であり、図１０（ｂ）は、同ガス供給管パーツの一部を天井側から見下ろした図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１０              処理容器
２０              蓋体
２１              蓋本体
２８ａ            第１のガス供給管パーツ
２８ｂ            第２のガス供給管パーツ
２８Ｐ            ポーラス材
２８Ｐ１          第１のポーラス材
２８Ｐ２          第２のポーラス材
２８Ｐ３          第３のポーラス材
３１              誘電体パーツ
４２ａ            第１のガス通路
４２ａ１          第１のバッファ空間
４２ｂ            第２のガス通路
４２ｂ１          第２のバッファ空間
１００            マイクロ波プラズマ処理装置
Ｕ                処理室
Ａ，Ｂ，Ｃ        噴射孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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