(57)【要約】  複数の配管で形成されたプラズマ処理用シャワープレート３１であって、配管３１Ａ３は、配管に沿って配置された原料ガスに対し所定の気孔率を有し外側に対して凸状の多孔質材料部材４４と多孔質材料部材４４に対向して配置され多孔質材料部材４４とともに原料ガス流路４３を形成する金属部材４１とで形成されているプラズマ処理用シャワープレートが提供される。拡がりを持って原料ガスを放出できるノズル構造を実現できる。
2007055185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のガス流路と、前記第１のガス流路に連結して配置され処理用ガスに対する透過特性を有する多孔質材料部材を含む第２のガス流路とが内部に形成された配管が、隣接する配管の間に開口部を形成するように複数配置された構造のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項２】
前記第２のガス流路の断面が最小と成る切断面において、前記第２のガス流路は外側に向かって凸形状であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項３】
前記切断面における前記第２のガス流路の厚みは、中心部で厚く周辺に行くにしたがって減少することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。        
【請求項４】
中心部の前記第２のガス流路における前記多孔質材料部材の気孔率は、周辺部の前記第２のガス流路における多孔質材料部材の気孔率と異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項５】
前記配管は、その内部に冷媒ガスの流路が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項６】
所定のガスを流す第１のガス流路と、前記第１のガス流路に接続して外部に前記所定のガスを放出する第２のガス流路と、その内部に冷媒ガスを流通させる第３のガス流路とが内部に形成された配管が、隣接する配管の間に開口部を形成するように、複数配置された構造のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項７】
前記第１のガス流路は前記複数配置された配管内で連結され、かつ、前記第３のガス流路が前記第１のガス流路に平行して配置されていることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項８】
前記配管は，銅とタングステンを含む合金で形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項９】
前記銅とタングステンの合金は、銅が１０〜２０％、タングステンが９０〜８０％を含む合金であることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項１０】
前記多孔質材料部材は多数の金属細線で形成されていることを特徴とする請求項１〜５および８〜９のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項１１】
前記金属細線は銅―タングステン合金を含むことを特徴とする請求項１０記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項１２】
前記金属細線には、酸化イットリウム被膜が形成されていることを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項１３】
前記配管はその外面に、酸化イットリウム被膜がコーテイングされていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項１４】
前記配管は環状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項１５】
前記配管は格子状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１つに記載のプラズマ処理用シャワープレートを用いたプラズマ処理装置。
【請求項１７】
請求項１６において、前記プラズマ処理用シャワープレートを下段シャワープレートとして設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１８】
請求項１〜１５のいずれかに記載されたシャワープレートを用いて処理用ガスをプラズマ装置内に導入し、基板に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法。
【請求項１９】
請求項１８のプラズマ処理を工程の中に含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体や、半導体関連デバイスの製造装置、特にプラズマ処理装置の処理室で使用されるシャワープレート及びこの種シャワープレートを用いたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体乃至半導体関連デバイスの製造プロセスでは、基板表面への酸化膜、窒化膜、酸窒化膜を、それぞれ酸化、窒化、酸窒化作用によって、あるいは、ＣＶＤによって成膜させて形成するプロセスや、エッチングによってこれら膜を取り除くプロセスが種々の過程で実行される。汎用ＤＲＡＭなど大量に同一品種を製造する場合には、これらプロセスは、それぞれ固有のプロセスを実行する処理装置で行われるが、少量、多品種生産が行われるカスタムＬＳＩなどでは、高価な処理装置をプロセス毎に設置することはコスト面から制約があり、１つあるいは少ない処理装置で、複数のプロセスの実行ができる処理装置が必要になる。【０００３】
多機能のプロセスを行える処理装置として、プラズマによって励起された酸素ラジカル、窒素ラジカルによって基板表面と反応させ酸化膜、窒化膜、酸窒化膜を形成し、あるいは、これらラジカルとシラン（ＳｉＨ４）ガスを反応させて酸化膜、窒化膜を成膜する技術が知られている。【０００４】
特開２００２−２９９３３１号公報（特許文献）は、この種装置を開示している。同文献によれば、処理装置のチェンバ（処理室）に、プラズマ及びラジカル生成用のガスを処理室の下方に向けてほぼ一様に放出する誘電体製の上段シャワープレートと、反応性ガスを基板方向にほぼ一様に放出する小さな多数の開口を有するパイプを上段シャワープレートからのプラズマや励起ラジカルを通過させる多数の開口が形成されるように格子状に配列した下段シャワープレートと、上段シャワープレート上方から上段シャワープレートに向けてプラズマを生成するためのマイクロ波を放射するアンテナとが設けられている。そして、基板を酸化させて酸化膜を形成する場合には、上段シャワープレートからＡｒ，Ｋｒガスと酸素ガスを供給し、マイクロ波によってプラズマを生成し、そこで励起された酸素ラジカルを基板表面に曝して酸化膜を形成する。また、プラズマＣＶＤによって窒化膜を成膜する場合には、上段シャワープレートにＡｒ，Ｋｒガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスを供給してマイクロ波によってプラズマを生成し、そこで励起された窒素ラジカルと、下段シャワープレートから放出するシラン（ＳｉＨ４）ガスとを反応させて、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）を基板上に成膜する。【０００５】
リアクテイブイオンエッチングでは、上段シャワープレートから、Ａｒ，Ｋｒガスを導入して、マイクロ波でプラズマを作り、下段シャワープレートから反応性ガスであるＣｘＨｙガスを導入し基板にバイアス電圧を印加することにより基板上のシリコン酸化膜のエッチングを行うことができる。【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２９９３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のプラズマ処理装置に使用される下段シャワープレートは、複数の同一形状のノズルが所定の間隔で配置された配管を格子状に配列した構造をしている。配管内部は互いに接続され、供給される原料ガスの通路を形成している。そして、ノズルからの原料ガスの流量は、ノズルの出口に対応するノズル入口の原料ガスの圧力で決まる。各ノズル入口における原料ガスの圧力が一定である限り、ノズルの特性は同一であるから、シャワープレートの中心部と周辺部でほぼ均一な原料ガスがノズルから吹き出される。【０００８】
しかしながら、従来のシャワープレーは、ノズルの構造から原料ガスの流速が、数１００ｍ／秒から数ｋｍ／秒と大きくチェンバー内のガスフローパターンをコントロールするのが難しい。【０００９】
従来のシャワープレートは、また、原料ガスの吹き出しがノズルの真下に集中し、ノズル真下の周辺領域への拡がりが得られないため、横方向に拡がりを持たせて原料ガスを吹き出すには難点があった。【００１０】
また、下段シャワープレートは、プラズマ中のイオンと電子の再結合によって温度が上昇し、その形成材料が熱に弱いもののときは、機械的に劣化、変形したり、また、熱に強い材料でも温度上昇の不均一によって、たわみや変形が生じてしまうという欠点があった。【００１１】
したがって、本発明の目的は、原料ガスの流速を落としてガスフローパターンを制御することのできるプラズマ処理装置用シャワープレートを提供することにある。【００１２】
本発明の別の目的は、空間的に拡がりを持たせて原料ガスを噴出すことのできるノズルが形成されたプラズマ処理装置用シャワープレートを提供することにある。【００１３】
本発明の他の目的は、プラズマ中のイオンと電子の再結合によるシャワープレートの温度上昇を効果的に制御できるプラズマ処理装置用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】
【００１４】
本発明によれば、第１のガス流路と、前記第１のガス流路に連結して配置され処理用ガスに対する透過特性を有する多孔質材料部材を含む第２のガス流路とが内部に形成された配管が、隣接する配管の間に開口部を形成するように複数配置された構造のプラズマ処理装置用シャワープレートが得られる。【００１５】
前記第２のガス流路の断面が最小と成る切断面において、前記第２のガス流路は外側に向かって凸形状である。【００１６】
前記切断面における前記第２のガス流路の厚みは、中心部で厚く周辺に行くにしたがって減少する形状が望ましい。【００１７】
中心部の前記第２のガス流路における前記多孔質材料部材の気孔率は、周辺部の前記第２のガス流路における多孔質材料部材の気孔率と異ならせてもよい。【００１８】
望ましくは、前記配管は、その内部に冷媒ガスの流路が形成される。【００１９】
本発明によれば、所定のガスを流す第１のガス流路と、前記第１のガス流路に接続して外部に前記所定のガスを放出する第２のガス流路と、その内部に冷媒ガスを流通させる第３のガス流路とが内部に形成された配管が、隣接する配管の間に開口部を形成するように、複数配置された構造のプラズマ処理装置用シャワープレートが得られる。【００２０】
この場合、前記第１のガス流路は前記複数配置された配管内で連結され、かつ、前記第３のガス流路が前記第１のガス流路に平行して配置されていることが望ましい。【００２１】
前記配管は，好ましくは、銅とタングステンを含む合金で形成されている。【００２２】
この場合、前記銅とタングステンを含む合金は、銅が１０〜２０％、タングステンが９０〜８０％を含む合金であることが望ましい。【００２３】
上記した多孔質材料部材は多数の金属細線で形成される。【００２４】
この場合、前記金属細線は銅―タングステン合金を含むことが望ましい。【００２５】
前記金属細線には、酸化イットリウム被膜が形成されていることが望ましい。【００２６】
前記配管はその外面に、酸化イットリウム被膜がコーテイングするのが望ましい。【００２７】
前記配管は環状に配置してもよいし、格子状に配置してもよい。【００２８】
本発明によれば、上記した構造のプラズマ処理装置用シャワープレートを用いたプラズマ処理装置が得られる。【００２９】
前記プラズマ処理用シャワープレートは下段シャワープレートとして設けられる。【００３０】
本発明によれば、上記したシャワープレートを用いて処理用ガスをプラズマ装置内に導入し、基板に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法が得られる。【００３１】
更に、本発明によれば、上記したプラズマ処理を工程中に含む電子装置の製造方法が得られる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明のシャワープレートは、原料ガスの吹き出し口が多孔質材料で形成されているため、吹き出し口からの流速を落とすことができ制御されたガスフローパターンを作り出すことができる。【００３３】
本発明のシャワープレートは、配管に沿って形成され外側に対して凸状の多孔質材料部材を透して原料ガスを吹き出させる構造であるため、原料ガスの吹き出しを配管の方向に横方向に拡げて吹き出させることができる。それゆえに、基板表面に均一に原料ガスを到達させることができる。【００３４】
本発明は、また、配管内部に冷媒用流体通路が原料ガス流路に沿って形成されているので、プラズマ中の電子とイオンの再結合によるシャワープレートの温度上昇を制御できる。それによって、下段シャワープレートのたわみ、機械的変形を防止することが出来るし、下段シャワープレートの材料が熱に弱いものの場合（例えば、アルミ合金等）、熱による劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は本発明に関するプラズマ処理装置の概略図である。
【図２】図２は図１に示すプラズマ処理装置のスロット板の平面図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施例に関する下段シャワープレートの平面図である。
【図４】図４は図３の下段シャワープレートの環状配管の概略斜視図である。
【図５】図５（ａ）は図３の線ＡＡに沿って紙面に垂直な断面図、（ｂ）は個別配管の詳細断面図、（ｃ）は原料ガスの放出状態を示す断面図である。
【図６】図６は本発明の第２の実施例の下段シャワープレートの上側から見た平面図である。
【図７】図７は本発明の第２の実施例の下段シャワープレートの下側から見た平面図である。
【図８】図８は図６及び図７の線ＢＢに沿って紙面に垂直な断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０    マイクロ波プラズマ処理装置
１１    処理容器
１２    基板
１３    保持台
１４    上段シャワープレート
１４Ａ  ノズル開口部
１５    カバープレート
１７    アンテナ本体
２０    ラジアルラインスロットアンテナ
３１    下段シャワープレート
３１Ａ１，３１Ａ２，３１Ａ３，３１Ａ４  環状配管
３１Ｃ１，３１Ｃ２，３１Ｃ３，３１Ｃ４  開口部
３１Ｆ１，３１Ｆ２，３１Ｆ３，３１Ｆ４  連結配管
３１Ｈ  水平配管
３１Ｖ  垂直配管
４１    金属部材
４２    冷媒流路
４３    原料ガス流路
４４    多孔質材料部材
４５    酸化イットリウム膜
４６    第１の配管部材
４７    第２の配管部材
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に、本発明の実施の形態について述べる。【００３８】
図１は、本発明に係るシャワープレートが使用される半導体・平板ディスプレイ製造装置であるマイクロ波プラズマ処理装置１０の構成を示す。【００３９】
図１において、製造装置のプロセスチャンバは、CVDやRIE、酸化、窒化といった複数のプロセスが処理可能なマイクロ波励起プラズマプロセス用チャンバであり、処理用チャンバ（真空容器）１１内に，一様に吹き出し口が開いたセラミックス製上段ガス供給口を有する上段シャワープレート１４および下段から原料ガスを吹き出す連続ノズルを有する下段シャワープレート（処理ガス供給構造）３１が配置されている。【００４０】
処理容器（プロセスチェンバ）１１内には、被処理基板１２を静電チャックにより保持する好ましくは熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）により形成されたＡｌＮもしくはＡｌ2Ｏ3よりなる保持台１３が配置され、処理容器１１内には保持台１３を囲む空間１１Ａに等間隔に、すなわち保持台１３上の被処理基板１２に対して略軸対称な関係で少なくとも二箇所、好ましくは三箇所以上に排気ポート１１ａが形成されている。処理容器１１は、排気ポート１１ａを介して不等ピッチ不等傾角スクリューポンプにより、排気・減圧される。【００４１】
上段シャワープレート１４上には同様なＨＩＰ処理により形成された緻密なＡｌ2Ｏ3よりなるカバープレート１５が、シールリングを介して設けられている。シャワープレート１４のカバープレート１５と接する側にはノズル開口部１４Ａの各々に連通しプラズマ生成用ガス流路１４Ｂが形成されており、プラズマ生成用ガス流路１４Ｂはシャワープレート１４の内部に形成され、処理容器１１の外壁のプラズマ用入口１１ｐに連通する別のプラズマ生成用ガス流路１４Ｃに連通している。【００４２】
シャワープレート１４は処理容器１１の内壁に形成された張り出し部１１ｂにより保持されており、張り出し部１１ｂのうち、シャワープレート１４を保持する部分には異常放電を抑制するために丸み（図示せず）が形成されている。【００４３】
プラズマ用入口１１ｐに供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマ生成用ガスは、シャワープレート１４内部の流路１４Ｃおよび１４Ｂを順次通過した後、開口部１４Ａを介してシャワープレート１４直下の空間１１Ｂ中に一様に供給される。【００４４】
カバープレート１５の上には、カバープレート１５に密接して設けられ、多数のスロット１６ａ，１６ｂが形成されたディスク状のスロット板１６（図２参照）と、スロット板１６を保持するディスク状のアンテナ本体１７と、スロット板１６とアンテナ本体１７との間に挟持されたＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2あるいはＳｉ3Ｎ4の低損失誘電体材料よりなる遅相板１８とにより構成されたラジアルラインスロットアンテナ２０が設けられている。【００４５】
当該ラジアルスロットラインアンテナ２０は処理容器１１上にシールリング（図示せず）を介して装着されており、ラジアルラインスロットアンテナ２０には同軸導波管２１を介して外部のマイクロ波源（図示せず）より周波数が２.４５ＧＨｚあるいは８．３ＧＨｚのマイクロ波が供給される。【００４６】
供給されたマイクロ波はスロット板１６上のスロット１６ａ，１６ｂ（図２参照）からカバープレート１５およびシャワープレート１４を介して処理容器１１中に放射され、シャワープレート１４直下の空間１１Ｂにおいて、開口部１４Ａから供給されたプラズマ生成用ガス中にプラズマを励起する。その際、Ａｌ2Ｏ3により形成されたカバープレート１５およびシャワープレート１４は効率的なマイクロ波透過窓として作用する。【００４７】
同軸導波管２１のうち、外側の導波管２１Ａはディスク状のアンテナ本体１７に接続され、中心導体２１Ｂは、遅波板１８に形成された開口部を介してスロット板１６に接続されている。同軸導波管２１Ａに供給されたマイクロ波は、アンテナ本体１７とスロット板１６との間を径方向に進行しながら、スロット１６ａ，１６ｂより放射される。【００４８】
図２を参照すると、スロット１６ａは同心円状に配列されており、各々のスロット１６ａに対応して、これに直行するスロット１６ｂが同じく同心円状に形成されている。スロット１６ａ，１６ｂは、スロット板１６の半径方向に、遅相板１８により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で形成されており、その結果マイクロ波はスロット板１６から略平面波となって放射される。その際、スロット１６ａおよび１６ｂを相互の直交する関係で形成しているため、このようにして放射されたマイクロ波は、二つの直交する偏波成分を含む円偏波を形成する。【００４９】
再び図１を参照すると、マイクロ波プラズマ処理装置１０の処理容器１１内の上段シャワープレート１４と保持台１３上の被処理基板１２との間に配置された下段シャワープレート（処理ガス供給構造）３１は、処理容器１１の外壁に設けられた処理ガス注入口１１ｒから処理ガス（原料ガス）の供給を受け、これを多数の処理ガスノズル部に送る処理ガス通路を構成する配管を備えている。当該配管は、後述するような構成を有し、配管と配管との間には、複数の開口部が形成されている。下段シャワープレート３１と被処理基板１２との間の空間１１Ｃにおいて、所望の均一な基板処理がなされる。かかる基板処理には、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、プラズマ酸窒化処理、プラズマＣＶＤ処理等が含まれる。また、処理ガス供給構造３１から空間１１ＣにＣ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８またはＣ４Ｆ６などの解離しやすいフルオロカーボンガスや、Ｆ系あるいはＣｌ系等のエッチングガスを供給し、保持台１３に高周波電源１３Ａから高周波電圧を印加することにより、被処理基板１２に対して反応性イオンエッチングを行うことが可能である。【００５０】
図３を参照して本発明の下段シャワープレートについて説明する。図３は、上段シャワープレート側から見た下段シャワープレートの平面図である。下段シャワープレートは、同心状に配置された複数の環状配管３１Ａ１，３１Ａ２，３１Ａ３及び３１Ａ４を有する。これら配管は環状枠配管（ベース配管）３１Ｅにそれぞれ連結配管３１Ｆ１，３１Ｆ２，３１Ｆ３及び３１Ｆ４で接続されている。隣接する環状配管の間にはそれぞれ開口部３１Ｃ１，３１Ｃ２，３１Ｃ３及び３１Ｃ４が形成されている。これら開口部を通して、上段シャワープレートの下部空間１１Ｂで生成されたプラズマが下段シャワープレートの上側から下側に向けて拡散する。【００５１】
図４は、図３に示す環状配管３１Ａ３の概略斜視図で、環状配管３１Ａ３は、第１の配管部材４６と第２の配管部材４７から構成されている。そして、環状配管３１Ａ３の配管に沿って垂直な断面部４９を有する。【００５２】
図５（ｂ）を参照すると、図４に示した断面部４９の詳細が図示されている。環状配管３１Ａ３の第１の配管部材４６は、Ｃｕ−Ｗ（銅―タングステン）合金からなる環状合金である金属部材４１とその外面に形成された酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）薄膜４５とからなる。環状合金は、その内部に、第２の配管部材４７と共に、原料ガスの流路を構成する原料ガス流路４３とシャワープレートを冷却するための冷媒流路４２を有する。第２の配管部材４７は、多孔質材料部材４４で形成されている。多孔質材料部材４４は、外部に凸形状をなし、中心部の肉厚が厚く周辺に向かって薄くなっている。多孔質材料部材４４の外面は、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）薄膜が形成されている。【００５３】
図３に示された環状配管３１Ａ２，３１Ａ４も、環状配管３１Ａ３と同じような形状なのでその説明を省略する。中心部の環状配管３１Ａ１は、円筒状の第１の配管部材と、外面が球の１部をなしている第２の配管部材からなる。その中心軸に対して回転対称の形状をしている。中心軸を通る断面は、図５（ｂ）に示したものとほぼ類似の形状なのでその詳細は省略するが、内部に原料ガス流路と冷媒流路が形成されている。【００５４】
図５（ａ）は、図３の線ＡＡに沿って紙面に垂直な断面を示す。中心の配管３１Ａ１の両側に、環状配管３１Ａ２，３１Ａ３及び３１Ａ４が配置され、隣接する配管の間のスペースとして開口部３１Ｃ１、３１Ｃ２、３１Ｃ３及び３１Ｃ４が形成されている。図５（ａ）において、環状配管の３１Ａ２，３１Ａ３及び３１Ａ４詳細な断面は、図５（ｂ）に示す構造であるが、図５（ａ）では、簡略化して示してある。【００５５】
環状枠配管３１Ｅは、内部に原料ガス流路３１Ｅ１と冷媒ガス流路３１Ｅ２が形成されており、それぞれ連結配管３１Ｆ１、３１Ｆ２，３１Ｆ３及び３１Ｆ４によって環状配管３１Ａ１、３１Ａ２，３１Ａ３及び３１Ａ４の原料ガス流路４３及び冷媒ガス流路４２に接続されている。【００５６】
また、環状枠配管は、原料ガス供給口１１ｒ及び冷媒ガス供給口１１ｗに配管で接続されている。【００５７】
環状配管の第１の配管部材の材料は、熱伝導率の十分高いものが必要とされる。本実施例で用いるＣｕ―Ｗ合金はこれらを満たすように、１０〜２０％Ｃｕ、９０〜８０％Ｗの合金を用いる。この合金は、８０〜２００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率が得られる。また、この合金の熱膨張係数は７〜８×１０-６／Ｋで、Ｙ２Ｏ３の熱膨張係数７〜８×１０-６／Ｋとほとんど等しい。このためＣｕ−Ｗ合金の保護膜として厚いＹ２Ｏ３膜のコーコーテイングすることができる。酸化イットリウム膜は、プラズマ溶射によりほぼ２００μｍの厚さに形成される。このＹ２Ｏ３膜は原料ガスが透過できる気孔を有する。【００５８】
酸化イットリウム膜は、プラズマ溶射時にイットリア粉末原料の溶け込みが十分に行えるように、プラズマ溶射装置で原料の投入位置をプラズマ発生部に供給する構造とし、原料の溶融を十分に行う。【００５９】
多孔質材料部材４４としては、メタルフィルタにセラミックスをコーテイングしたもの使用することができる。具体的には、銅−タングステン合金の金属細線の１本１本に酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を被膜した素材で形成されるメタルフィルタ構造を有する。すなわちメタルフィルタの気孔の表面に酸化イットリウムが被膜されている。メタルフィルタの気孔率の選定によって原料ガスの吹き出し流速を制御できる。このような多孔質材料を用いることによって、原料ガスの流速を数１０ｃｍ／秒から数ｃｍ／秒に落とし、ガスフローパターンを制御できるようになる。【００６０】
また、図５（ｃ）に示すように、多孔質材料部材の厚みを中心部から周辺に向かって厚くすることによって原料ガスの吹き出しに拡がりを持たせることができる。このため、隣接する配管の原料ガス吹き出し口からの吹き出しガスの拡がりと１部で重なりをもたせることにより均一な分布の原料ガスを吹き出させることができる。【００６１】
また、多孔質材料の材質を変えることによって、各環状配管から吹き出す原料ガスの流量を変え原料ガス流量に分布を持たせることができる。例えば、図５（ａ）及び図３において、中心部の環状配管３１Ａ１と次の環状配管３１Ａ２の多孔質ガス吹き出し口からのガス流量Ｖ１を、環状配管３１Ａ３とその次の環状配管３１Ａ４の多孔質ガス吹き出し口のガス流量Ｖ２より大きくする。このために、多孔質材料の気孔率が環状配管３１Ａ１と３１Ａ２に対しては、環状配管３１Ａ３と３１Ａ４の気孔率より大きな材料を採用する。また、気孔率を変える代わりに環状配管３１Ａ１と３１Ａ２に対しては、環状配管３１Ａ３と３１Ａ４に対するものより多孔質材料の厚みを薄くするようにしてもよい。このようにして、気孔率を変化させ、あるいは多孔質材料の厚みを変化させてシャワープレートの中心部と周辺部で原料ガスの吹き出し流量を変え原料ガスの供給量を変えることができる。【００６２】
Ｃｕ―Ｗ合金の代わりに、Ａｌ合金の使用も可能である。しかし、Ａｌ合金の熱膨張係数は２３×１０-６／Ｋと極めて大きく、その表面保護膜となるＹ２Ｏ３膜にクラックが入る可能性がある。このため、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）や炭素（Ｃ）繊維にＡｌを含浸させるなどして、熱膨張係数をＣｕ―Ｗ合金並みに小さくする必要がある。その上で環状配管に細かい穴を開けるなど精密機械加工が行える材料でなければならない。【００６３】
図６及び図７は、本発明の下段シャワープレートの第２の実施例に関し、図７は、上段シャワープレート側から見た平面図、図７は被処理基板側から見た背面の平面図である。【００６４】
第２の実施例の第１の実施例との主たる相違は、第１の実施例では環状配管が同心状に配置されていたが、本実施例では、環状枠配管以外の配管が格子状に配列されている点である。【００６５】
図６及び図７を参照すると、原料ガス通路及び冷媒ガス流路を内部に有する環状枠配管３１Ｅに格子状に配列された配管が接続されている。格子状配管の水平方向には、互いに平行な複数の水平配管３１Ｈが配置されている。水平配管に垂直方向に互いに平行な複数の垂直配管３１Ｖが配置されている。水平配管及び垂直配管には、その内部に原料ガス流路及び冷媒ガス流路が形成され、これら流路は、環状枠配管３１Ｅのそれぞれ原料ガス流路及び冷媒ガス流路に接続されている。【００６６】
図８を参照すると、図６及び図７の線ＢＢに沿って紙面に垂直方向の断面が表示されている。この断面は第１の実施例における図５（ａ）に類似している。図８において、水平配管３１Ｈが等間隔に配列され、互いの水平配管の間はプラズマの流路となる開口部３１Ｃとなっている。水平配管３１Ｈは、内部に冷媒流路４２、原料ガス流路４３を有する第１の配管部材４６と、配管部材４６に対向して配管部材と共に原料ガス流路を形成する第２の配管部材４７とからなる。第２の配管部材は、外側に凸のかまぼこ状の多孔質材料部材４４からなる。これら第１の配管部材及び第２の配管部材の詳細は、第１の実施例に関する図５（ｂ）及び図５（ｃ）と同じでありその詳細説明は省略するが、要は、多孔質材料部材４４の気孔を通して原料ガスが放出される。この多孔質材料部材４４は中心部が厚く、周辺に向けて薄い形状であるため、原料ガスは、横方向に拡がりを持って放出される。本実施例の場合にも、多孔質材料部材として気孔率の異なる材料を選択して、空間的な配置をすれば、下段シャワープレート中心部と周辺部で、原料ガスの流量を異ならせることができる。また、気孔率の異なる材料を用いる代わりに、多孔質材料部材の厚みを下段シャワープレートの中心部と周辺部とで異ならせてもよい。【００６７】
図６及び図７の線ＣＣに沿っての断面も線ＢＢに沿っての断面とほぼ同じなのでその説明を省略する。なお、図７において参照数字４８は、外側に凸の第２の配管部材の凸部頂点を配管の長さ方向に結んだ稜線に対応する。【００６８】
上記実施例で説明したように、本発明の下段シャワープレートは、原料ガスの吹き出し口が多孔質材料部材で形成されているため、吹き出し口からの流速を落とすことができ制御されたガスフローパターンを作り出すことができる。【００６９】
上記実施例で説明したように、本発明の下段シャワープレートは、配管方向に沿ってノズルが連続的に連なって配列された構成であり、ノズルの連なり方向に対して横方向に拡がりを持って原料ガスを放出できるので、これを用いた半導体・液晶装置の製造装置は、基板に対してより制御された処理を行うことができる。【００７０】
本発明は、また、配管内部に冷媒用流体通路が原料ガス流路に沿って形成されているので、プラズマ中の電子とイオンの再結合によるシャワープレートの温度上昇を効果的に抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係るシャワープレートは、ＣＶＤ、ＲＩＥ等の処理を行う各種のプラズマ処理装置、半導体製造装置に適用できる。
【図１】
2007055185.tif 000003
【図２】
2007055185.tif 000004
【図３】
2007055185.tif 000005
【図４】
2007055185.tif 000006
【図５】
2007055185.tif 000007
【図６】
2007055185.tif 000008
【図７】
2007055185.tif 000009
【図８】
2007055185.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月24日(2008.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のガス流路と、前記第１のガス流路に連結して配置され処理用ガスに対する透過特性を有する多孔質材料部材を含む第２のガス流路とが内部に形成された配管が、隣接する配管の間に開口部を形成するように複数配置された構造のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項２】
前記第２のガス流路の断面が最小と成る切断面において、前記第２のガス流路は外側に向かって凸形状であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項３】
前記切断面における前記第２のガス流路の厚みは、中心部で厚く周辺に行くにしたがって減少することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項４】
中心部の前記第２のガス流路における前記多孔質材料部材の気孔率は、周辺部の前記第２のガス流路における多孔質材料部材の気孔率と異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項５】
前記配管は、その内部に冷媒ガスの流路が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項６】
所定のガスを流す第１のガス流路と、前記第１のガス流路に接続して外部に前記所定のガスを放出する第２のガス流路と、その内部に冷媒ガスを流通させる第３のガス流路とが内部に形成された配管が、隣接する配管の間に開口部を形成するように、複数配置された構造のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項７】
前記第１のガス流路は前記複数配置された配管内で連結され、かつ、前記第３のガス流路が前記第１のガス流路に平行して配置されていることを特徴とする請求項６記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項８】
前記配管は，銅とタングステンを含む合金で形成されていることを特徴とする請求項１〜３および６〜７のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項９】
前記銅とタングステンの合金は、銅が１０〜２０％、タングステンが９０〜８０％を含む合金であることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項１０】
前記多孔質材料部材は多数の金属細線で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項１１】
前記金属細線は銅―タングステン合金を含むことを特徴とする請求項１０記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項１２】
前記金属細線には、酸化イットリウム被膜が形成されていることを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項１３】
前記配管はその外面に、酸化イットリウム被膜がコーテイングされていることを特徴とする請求項１〜３および６〜７のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項１４】
前記配管は環状に配置されていることを特徴とする請求項１〜３および６〜７のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項１５】
前記配管は格子状に配置されていることを特徴とする請求項１〜３および６〜７のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置用シャワープレート。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１つに記載のプラズマ処理用シャワープレートを用いたプラズマ処理装置。
【請求項１７】
請求項１６において、前記プラズマ処理用シャワープレートを下段シャワープレートとして設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１８】
請求項１〜１５のいずれかに記載されたシャワープレートを用いて処理用ガスをプラズマ装置内に導入し、基板に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法。
【請求項１９】
請求項１８のプラズマ処理を工程の中に含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体や、半導体関連デバイスの製造装置、特にプラズマ処理装置の処理室で使用されるシャワープレート及びこの種シャワープレートを用いたプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体乃至半導体関連デバイスの製造プロセスでは、基板表面への酸化膜、窒化膜、酸窒化膜を、それぞれ酸化、窒化、酸窒化作用によって、あるいは、ＣＶＤによって成膜させて形成するプロセスや、エッチングによってこれら膜を取り除くプロセスが種々の過程で実行される。汎用ＤＲＡＭなど大量に同一品種を製造する場合には、これらプロセスは、それぞれ固有のプロセスを実行する処理装置で行われるが、少量、多品種生産が行われるカスタムＬＳＩなどでは、高価な処理装置をプロセス毎に設置することはコスト面から制約があり、１つあるいは少ない処理装置で、複数のプロセスの実行ができる処理装置が必要になる。
【０００３】
多機能のプロセスを行える処理装置として、プラズマによって励起された酸素ラジカル、窒素ラジカルによって基板表面と反応させ酸化膜、窒化膜、酸窒化膜を形成し、あるいは、これらラジカルとシラン（ＳｉＨ４）ガスを反応させて酸化膜、窒化膜を成膜する技術が知られている。
【０００４】
特開２００２−２９９３３１号公報（特許文献）は、この種装置を開示している。同文献によれば、処理装置のチェンバ（処理室）に、プラズマ及びラジカル生成用のガスを処理室の下方に向けてほぼ一様に放出する誘電体製の上段シャワープレートと、反応性ガスを基板方向にほぼ一様に放出する小さな多数の開口を有するパイプを上段シャワープレートからのプラズマや励起ラジカルを通過させる多数の開口が形成されるように格子状に配列した下段シャワープレートと、上段シャワープレート上方から上段シャワープレートに向けてプラズマを生成するためのマイクロ波を放射するアンテナとが設けられている。そして、基板を酸化させて酸化膜を形成する場合には、上段シャワープレートからＡｒ，Ｋｒガスと酸素ガスを供給し、マイクロ波によってプラズマを生成し、そこで励起された酸素ラジカルを基板表面に曝して酸化膜を形成する。また、プラズマＣＶＤによって窒化膜を成膜する場合には、上段シャワープレートにＡｒ，Ｋｒガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスを供給してマイクロ波によってプラズマを生成し、そこで励起された窒素ラジカルと、下段シャワープレートから放出するシラン（ＳｉＨ４）ガスとを反応させて、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）を基板上に成膜する。
【０００５】
リアクテイブイオンエッチングでは、上段シャワープレートから、Ａｒ，Ｋｒガスを導入して、マイクロ波でプラズマを作り、下段シャワープレートから反応性ガスであるＣｘＨｙガスを導入し基板にバイアス電圧を印加することにより基板上のシリコン酸化膜のエッチングを行うことができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２９９３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のプラズマ処理装置に使用される下段シャワープレートは、複数の同一形状のノズルが所定の間隔で配置された配管を格子状に配列した構造をしている。配管内部は互いに接続され、供給される原料ガスの通路を形成している。そして、ノズルからの原料ガスの流量は、ノズルの出口に対応するノズル入口の原料ガスの圧力で決まる。各ノズル入口における原料ガスの圧力が一定である限り、ノズルの特性は同一であるから、シャワープレートの中心部と周辺部でほぼ均一な原料ガスがノズルから吹き出される。
【０００８】
しかしながら、従来のシャワープレーは、ノズルの構造から原料ガスの流速が、数１００ｍ／秒から数ｋｍ／秒と大きくチェンバー内のガスフローパターンをコントロールするのが難しい。
【０００９】
従来のシャワープレートは、また、原料ガスの吹き出しがノズルの真下に集中し、ノズル真下の周辺領域への拡がりが得られないため、横方向に拡がりを持たせて原料ガスを吹き出すには難点があった。
【００１０】
また、下段シャワープレートは、プラズマ中のイオンと電子の再結合によって温度が上昇し、その形成材料が熱に弱いもののときは、機械的に劣化、変形したり、また、熱に強い材料でも温度上昇の不均一によって、たわみや変形が生じてしまうという欠点があった。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、原料ガスの流速を落としてガスフローパターンを制御することのできるプラズマ処理装置用シャワープレートを提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、空間的に拡がりを持たせて原料ガスを噴出すことのできるノズルが形成されたプラズマ処理装置用シャワープレートを提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、プラズマ中のイオンと電子の再結合によるシャワープレートの温度上昇を効果的に制御できるプラズマ処理装置用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】
【００１４】
本発明によれば、第１のガス流路と、前記第１のガス流路に連結して配置され処理用ガスに対する透過特性を有する多孔質材料部材を含む第２のガス流路とが内部に形成された配管が、隣接する配管の間に開口部を形成するように複数配置された構造のプラズマ処理装置用シャワープレートが得られる。
【００１５】
前記第２のガス流路の断面が最小と成る切断面において、前記第２のガス流路は外側に向かって凸形状である。
【００１６】
前記切断面における前記第２のガス流路の厚みは、中心部で厚く周辺に行くにしたがって減少する形状が望ましい。
【００１７】
中心部の前記第２のガス流路における前記多孔質材料部材の気孔率は、周辺部の前記第２のガス流路における多孔質材料部材の気孔率と異ならせてもよい。
【００１８】
望ましくは、前記配管は、その内部に冷媒ガスの流路が形成される。
【００１９】
本発明によれば、所定のガスを流す第１のガス流路と、前記第１のガス流路に接続して外部に前記所定のガスを放出する第２のガス流路と、その内部に冷媒ガスを流通させる第３のガス流路とが内部に形成された配管が、隣接する配管の間に開口部を形成するように、複数配置された構造のプラズマ処理装置用シャワープレートが得られる。
【００２０】
この場合、前記第１のガス流路は前記複数配置された配管内で連結され、かつ、前記第３のガス流路が前記第１のガス流路に平行して配置されていることが望ましい。
【００２１】
前記配管は，好ましくは、銅とタングステンを含む合金で形成されている。
【００２２】
この場合、前記銅とタングステンを含む合金は、銅が１０〜２０％、タングステンが９０〜８０％を含む合金であることが望ましい。
【００２３】
上記した多孔質材料部材は多数の金属細線で形成される。
【００２４】
この場合、前記金属細線は銅―タングステン合金を含むことが望ましい。
【００２５】
前記金属細線には、酸化イットリウム被膜が形成されていることが望ましい。
【００２６】
前記配管はその外面に、酸化イットリウム被膜がコーテイングするのが望ましい。
【００２７】
前記配管は環状に配置してもよいし、格子状に配置してもよい。
【００２８】
本発明によれば、上記した構造のプラズマ処理装置用シャワープレートを用いたプラズマ処理装置が得られる。
【００２９】
前記プラズマ処理用シャワープレートは下段シャワープレートとして設けられる。
【００３０】
本発明によれば、上記したシャワープレートを用いて処理用ガスをプラズマ装置内に導入し、基板に対するプラズマ処理を行うプラズマ処理方法が得られる。
【００３１】
更に、本発明によれば、上記したプラズマ処理を工程中に含む電子装置の製造方法が得られる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明のシャワープレートは、原料ガスの吹き出し口が多孔質材料で形成されているため、吹き出し口からの流速を落とすことができ制御されたガスフローパターンを作り出すことができる。
【００３３】
本発明のシャワープレートは、配管に沿って形成され外側に対して凸状の多孔質材料部材を透して原料ガスを吹き出させる構造であるため、原料ガスの吹き出しを配管の方向に横方向に拡げて吹き出させることができる。それゆえに、基板表面に均一に原料ガスを到達させることができる。
【００３４】
本発明は、また、配管内部に冷媒用流体通路が原料ガス流路に沿って形成されているので、プラズマ中の電子とイオンの再結合によるシャワープレートの温度上昇を制御できる。それによって、下段シャワープレートのたわみ、機械的変形を防止することが出来るし、下段シャワープレートの材料が熱に弱いものの場合（例えば、アルミ合金等）、熱による劣化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に、本発明の実施の形態について述べる。
【００３６】
図１は、本発明に係るシャワープレートが使用される半導体・平板ディスプレイ製造装置であるマイクロ波プラズマ処理装置１０の構成を示す。
【００３７】
図１において、製造装置のプロセスチャンバは、CVDやRIE、酸化、窒化といった複数のプロセスが処理可能なマイクロ波励起プラズマプロセス用チャンバであり、処理用チャンバ（真空容器）１１内に，一様に吹き出し口が開いたセラミックス製上段ガス供給口を有する上段シャワープレート１４および下段から原料ガスを吹き出す連続ノズルを有する下段シャワープレート（処理ガス供給構造）３１が配置されている。
【００３８】
処理容器（プロセスチェンバ）１１内には、被処理基板１２を静電チャックにより保持する好ましくは熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）により形成されたＡｌＮもしくはＡｌ2Ｏ3よりなる保持台１３が配置され、処理容器１１内には保持台１３を囲む空間１１Ａに等間隔に、すなわち保持台１３上の被処理基板１２に対して略軸対称な関係で少なくとも二箇所、好ましくは三箇所以上に排気ポート１１ａが形成されている。処理容器１１は、排気ポート１１ａを介して不等ピッチ不等傾角スクリューポンプにより、排気・減圧される。
【００３９】
上段シャワープレート１４上には同様なＨＩＰ処理により形成された緻密なＡｌ2Ｏ3よりなるカバープレート１５が、シールリングを介して設けられている。シャワープレート１４のカバープレート１５と接する側にはノズル開口部１４Ａの各々に連通しプラズマ生成用ガス流路１４Ｂが形成されており、プラズマ生成用ガス流路１４Ｂはシャワープレート１４の内部に形成され、処理容器１１の外壁のプラズマ用入口１１ｐに連通する別のプラズマ生成用ガス流路１４Ｃに連通している。
【００４０】
シャワープレート１４は処理容器１１の内壁に形成された張り出し部１１ｂにより保持されており、張り出し部１１ｂのうち、シャワープレート１４を保持する部分には異常放電を抑制するために丸み（図示せず）が形成されている。
【００４１】
プラズマ用入口１１ｐに供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマ生成用ガスは、シャワープレート１４内部の流路１４Ｃおよび１４Ｂを順次通過した後、開口部１４Ａを介してシャワープレート１４直下の空間１１Ｂ中に一様に供給される。
【００４２】
カバープレート１５の上には、カバープレート１５に密接して設けられ、多数のスロット１６ａ，１６ｂが形成されたディスク状のスロット板１６（図２参照）と、スロット板１６を保持するディスク状のアンテナ本体１７と、スロット板１６とアンテナ本体１７との間に挟持されたＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2あるいはＳｉ3Ｎ4の低損失誘電体材料よりなる遅相板１８とにより構成されたラジアルラインスロットアンテナ２０が設けられている。
【００４３】
当該ラジアルスロットラインアンテナ２０は処理容器１１上にシールリング（図示せず）を介して装着されており、ラジアルラインスロットアンテナ２０には同軸導波管２１を介して外部のマイクロ波源（図示せず）より周波数が２.４５ＧＨｚあるいは８．３ＧＨｚのマイクロ波が供給される。
【００４４】
供給されたマイクロ波はスロット板１６上のスロット１６ａ，１６ｂ（図２参照）からカバープレート１５およびシャワープレート１４を介して処理容器１１中に放射され、シャワープレート１４直下の空間１１Ｂにおいて、開口部１４Ａから供給されたプラズマ生成用ガス中にプラズマを励起する。その際、Ａｌ2Ｏ3により形成されたカバープレート１５およびシャワープレート１４は効率的なマイクロ波透過窓として作用する。
【００４５】
同軸導波管２１のうち、外側の導波管２１Ａはディスク状のアンテナ本体１７に接続され、中心導体２１Ｂは、遅相板１８に形成された開口部を介してスロット板１６に接続されている。同軸導波管２１Ａに供給されたマイクロ波は、アンテナ本体１７とスロット板１６との間を径方向に進行しながら、スロット１６ａ，１６ｂより放射される。
【００４６】
図２を参照すると、スロット１６ａは同心円状に配列されており、各々のスロット１６ａに対応して、これに直行するスロット１６ｂが同じく同心円状に形成されている。スロット１６ａ，１６ｂは、スロット板１６の半径方向に、遅相板１８により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で形成されており、その結果マイクロ波はスロット板１６から略平面波となって放射される。その際、スロット１６ａおよび１６ｂを相互の直交する関係で形成しているため、このようにして放射されたマイクロ波は、二つの直交する偏波成分を含む円偏波を形成する。
【００４７】
再び図１を参照すると、マイクロ波プラズマ処理装置１０の処理容器１１内の上段シャワープレート１４と保持台１３上の被処理基板１２との間に配置された下段シャワープレート（処理ガス供給構造）３１は、処理容器１１の外壁に設けられた処理ガス注入口１１ｒから処理ガス（原料ガス）の供給を受け、これを多数の処理ガスノズル部に送る処理ガス通路を構成する配管を備えている。当該配管は、後述するような構成を有し、配管と配管との間には、複数の開口部が形成されている。下段シャワープレート３１と被処理基板１２との間の空間１１Ｃにおいて、所望の均一な基板処理がなされる。かかる基板処理には、プラズマ酸化処理、プラズマ窒化処理、プラズマ酸窒化処理、プラズマＣＶＤ処理等が含まれる。また、処理ガス供給構造３１から空間１１ＣにＣ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８またはＣ４Ｆ６などの解離しやすいフルオロカーボンガスや、Ｆ系あるいはＣｌ系等のエッチングガスを供給し、保持台１３に高周波電源１３Ａから高周波電圧を印加することにより、被処理基板１２に対して反応性イオンエッチングを行うことが可能である。
【００４８】
図３を参照して本発明の下段シャワープレートについて説明する。図３は、上段シャワープレート側から見た下段シャワープレートの平面図である。下段シャワープレートは、同心状に配置された複数の環状配管３１Ａ１，３１Ａ２，３１Ａ３及び３１Ａ４を有する。これら配管は環状枠配管（ベース配管）３１Ｅにそれぞれ連結配管３１Ｆ１，３１Ｆ２，３１Ｆ３及び３１Ｆ４で接続されている。隣接する環状配管の間にはそれぞれ開口部３１Ｃ１，３１Ｃ２，３１Ｃ３及び３１Ｃ４が形成されている。これら開口部を通して、上段シャワープレートの下部空間１１Ｂで生成されたプラズマが下段シャワープレートの上側から下側に向けて拡散する。
【００４９】
図４は、図３に示す環状配管３１Ａ３の概略斜視図で、環状配管３１Ａ３は、第１の配管部材４６と第２の配管部材４７から構成されている。そして、環状配管３１Ａ３の配管に沿って垂直な断面部４９を有する。
【００５０】
図５（ｂ）を参照すると、図４に示した断面部４９の詳細が図示されている。環状配管３１Ａ３の第１の配管部材４６は、Ｃｕ−Ｗ（銅―タングステン）合金からなる環状合金である金属部材４１とその外面に形成された酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）薄膜４５とからなる。環状合金は、その内部に、第２の配管部材４７と共に、原料ガスの流路を構成する原料ガス流路４３とシャワープレートを冷却するための冷媒流路４２を有する。第２の配管部材４７は、多孔質材料部材４４で形成されている。多孔質材料部材４４は、外部に凸形状をなし、中心部の肉厚が厚く周辺に向かって薄くなっている。多孔質材料部材４４の外面は、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）薄膜が形成されている。
【００５１】
図３に示された環状配管３１Ａ２，３１Ａ４も、環状配管３１Ａ３と同じような形状なのでその説明を省略する。中心部の環状配管３１Ａ１は、円筒状の第１の配管部材と、外面が球の１部をなしている第２の配管部材からなる。その中心軸に対して回転対称の形状をしている。中心軸を通る断面は、図５（ｂ）に示したものとほぼ類似の形状なのでその詳細は省略するが、内部に原料ガス流路と冷媒流路が形成されている。
【００５２】
図５（ａ）は、図３の線ＡＡに沿って紙面に垂直な断面を示す。中心の配管３１Ａ１の両側に、環状配管３１Ａ２，３１Ａ３及び３１Ａ４が配置され、隣接する配管の間のスペースとして開口部３１Ｃ１、３１Ｃ２、３１Ｃ３及び３１Ｃ４が形成されている。図５（ａ）において、環状配管の３１Ａ２，３１Ａ３及び３１Ａ４詳細な断面は、図５（ｂ）に示す構造であるが、図５（ａ）では、簡略化して示してある。
【００５３】
環状枠配管３１Ｅは、内部に原料ガス流路３１Ｅ１と冷媒ガス流路３１Ｅ２が形成されており、それぞれ連結配管３１Ｆ１、３１Ｆ２，３１Ｆ３及び３１Ｆ４によって環状配管３１Ａ１、３１Ａ２，３１Ａ３及び３１Ａ４の原料ガス流路４３及び冷媒ガス流路４２に接続されている。
【００５４】
また、環状枠配管は、原料ガス供給口１１ｒ及び冷媒ガス供給口１１ｗに配管で接続されている。
【００５５】
環状配管の第１の配管部材の材料は、熱伝導率の十分高いものが必要とされる。本実施例で用いるＣｕ―Ｗ合金はこれらを満たすように、１０〜２０％Ｃｕ、９０〜８０％Ｗの合金を用いる。この合金は、８０〜２００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率が得られる。また、この合金の熱膨張係数は７〜８×１０-６／Ｋで、Ｙ２Ｏ３の熱膨張係数７〜８×１０-６／Ｋとほとんど等しい。このためＣｕ−Ｗ合金の保護膜として厚いＹ２Ｏ３膜のコーコーテイングすることができる。酸化イットリウム膜は、プラズマ溶射によりほぼ２００μｍの厚さに形成される。このＹ２Ｏ３膜は原料ガスが透過できる気孔を有する。
【００５６】
酸化イットリウム膜は、プラズマ溶射時にイットリア粉末原料の溶け込みが十分に行えるように、プラズマ溶射装置で原料の投入位置をプラズマ発生部に供給する構造とし、原料の溶融を十分に行う。
【００５７】
多孔質材料部材４４としては、メタルフィルタにセラミックスをコーテイングしたもの使用することができる。具体的には、銅−タングステン合金の金属細線の１本１本に酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を被膜した素材で形成されるメタルフィルタ構造を有する。すなわちメタルフィルタの気孔の表面に酸化イットリウムが被膜されている。メタルフィルタの気孔率の選定によって原料ガスの吹き出し流速を制御できる。このような多孔質材料を用いることによって、原料ガスの流速を数１０ｃｍ／秒から数ｃｍ／秒に落とし、ガスフローパターンを制御できるようになる。
【００５８】
また、図５（ｃ）に示すように、多孔質材料部材の厚みを中心部から周辺に向かって厚くすることによって原料ガスの吹き出しに拡がりを持たせることができる。このため、隣接する配管の原料ガス吹き出し口からの吹き出しガスの拡がりと１部で重なりをもたせることにより均一な分布の原料ガスを吹き出させることができる。
【００５９】
また、多孔質材料の材質を変えることによって、各環状配管から吹き出す原料ガスの流量を変え原料ガス流量に分布を持たせることができる。例えば、図５（ａ）及び図３において、中心部の環状配管３１Ａ１と次の環状配管３１Ａ２の多孔質ガス吹き出し口からのガス流量Ｖ１を、環状配管３１Ａ３とその次の環状配管３１Ａ４の多孔質ガス吹き出し口のガス流量Ｖ２より大きくする。このために、多孔質材料の気孔率が環状配管３１Ａ１と３１Ａ２に対しては、環状配管３１Ａ３と３１Ａ４の気孔率より大きな材料を採用する。また、気孔率を変える代わりに環状配管３１Ａ１と３１Ａ２に対しては、環状配管３１Ａ３と３１Ａ４に対するものより多孔質材料の厚みを薄くするようにしてもよい。このようにして、気孔率を変化させ、あるいは多孔質材料の厚みを変化させてシャワープレートの中心部と周辺部で原料ガスの吹き出し流量を変え原料ガスの供給量を変えることができる。
【００６０】
Ｃｕ―Ｗ合金の代わりに、Ａｌ合金の使用も可能である。しかし、Ａｌ合金の熱膨張係数は２３×１０-６／Ｋと極めて大きく、その表面保護膜となるＹ２Ｏ３膜にクラックが入る可能性がある。このため、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）や炭素（Ｃ）繊維にＡｌを含浸させるなどして、熱膨張係数をＣｕ―Ｗ合金並みに小さくする必要がある。その上で環状配管に細かい穴を開けるなど精密機械加工が行える材料でなければならない。
【００６１】
図６及び図７は、本発明の下段シャワープレートの第２の実施例に関し、図６は、上段シャワープレート側から見た平面図、図７は被処理基板側から見た背面の平面図である。
【００６２】
第２の実施例の第１の実施例との主たる相違は、第１の実施例では環状配管が同心状に配置されていたが、本実施例では、環状枠配管以外の配管が格子状に配列されている点である。
【００６３】
図６及び図７を参照すると、原料ガス通路及び冷媒ガス流路を内部に有する環状枠配管３１Ｅに格子状に配列された配管が接続されている。格子状配管の水平方向には、互いに平行な複数の水平配管３１Ｈが配置されている。水平配管に垂直方向に互いに平行な複数の垂直配管３１Ｖが配置されている。水平配管及び垂直配管には、その内部に原料ガス流路及び冷媒ガス流路が形成され、これら流路は、環状枠配管３１Ｅのそれぞれ原料ガス流路及び冷媒ガス流路に接続されている。
【００６４】
図８を参照すると、図６及び図７の線ＢＢに沿って紙面に垂直方向の断面が表示されている。この断面は第１の実施例における図５（ａ）に類似している。図８において、水平配管３１Ｈが等間隔に配列され、互いの水平配管の間はプラズマの流路となる開口部３１Ｃとなっている。水平配管３１Ｈは、内部に冷媒流路４２、原料ガス流路４３を有する第１の配管部材４６と、配管部材４６に対向して配管部材と共に原料ガス流路を形成する第２の配管部材４７とからなる。第２の配管部材は、外側に凸のかまぼこ状の多孔質材料部材４４からなる。これら第１の配管部材及び第２の配管部材の詳細は、第１の実施例に関する図５（ｂ）及び図５（ｃ）と同じでありその詳細説明は省略するが、要は、多孔質材料部材４４の気孔を通して原料ガスが放出される。この多孔質材料部材４４は中心部が厚く、周辺に向けて薄い形状であるため、原料ガスは、横方向に拡がりを持って放出される。本実施例の場合にも、多孔質材料部材として気孔率の異なる材料を選択して、空間的な配置をすれば、下段シャワープレート中心部と周辺部で、原料ガスの流量を異ならせることができる。また、気孔率の異なる材料を用いる代わりに、多孔質材料部材の厚みを下段シャワープレートの中心部と周辺部とで異ならせてもよい。
【００６５】
図６及び図７の線ＣＣに沿っての断面も線ＢＢに沿っての断面とほぼ同じなのでその説明を省略する。なお、図７において参照数字４８は、外側に凸の第２の配管部材の凸部頂点を配管の長さ方向に結んだ稜線に対応する。
【００６６】
上記実施例で説明したように、本発明の下段シャワープレートは、原料ガスの吹き出し口が多孔質材料部材で形成されているため、吹き出し口からの流速を落とすことができ制御されたガスフローパターンを作り出すことができる。
【００６７】
上記実施例で説明したように、本発明の下段シャワープレートは、配管方向に沿ってノズルが連続的に連なって配列された構成であり、ノズルの連なり方向に対して横方向に拡がりを持って原料ガスを放出できるので、これを用いた半導体・液晶装置の製造装置は、基板に対してより制御された処理を行うことができる。
【００６８】
本発明は、また、配管内部に冷媒用流体通路が原料ガス流路に沿って形成されているので、プラズマ中の電子とイオンの再結合によるシャワープレートの温度上昇を効果的に抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係るシャワープレートは、ＣＶＤ、ＲＩＥ等の処理を行う各種のプラズマ処理装置、半導体製造装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は本発明に関するプラズマ処理装置の概略図である。
【図２】図２は図１に示すプラズマ処理装置のスロット板の平面図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施例に関する下段シャワープレートの平面図である。
【図４】図４は図３の下段シャワープレートの環状配管の概略斜視図である。
【図５】図５（ａ）は図３の線ＡＡに沿って紙面に垂直な断面図、（ｂ）は個別配管の詳細断面図、（ｃ）は原料ガスの放出状態を示す断面図である。
【図６】図６は本発明の第２の実施例の下段シャワープレートの上側から見た平面図である。
【図７】図７は本発明の第２の実施例の下段シャワープレートの下側から見た平面図である。
【図８】図８は図６及び図７の線ＢＢに沿って紙面に垂直な断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０    マイクロ波プラズマ処理装置
１１    処理容器
１２    基板
１３    保持台
１４    上段シャワープレート
１４Ａ  ノズル開口部
１５    カバープレート
１７    アンテナ本体
２０    ラジアルラインスロットアンテナ
３１    下段シャワープレート
３１Ａ１，３１Ａ２，３１Ａ３，３１Ａ４  環状配管
３１Ｃ１，３１Ｃ２，３１Ｃ３，３１Ｃ４  開口部
３１Ｆ１，３１Ｆ２，３１Ｆ３，３１Ｆ４  連結配管
３１Ｈ  水平配管
３１Ｖ  垂直配管
４１    金属部材
４２    冷媒流路
４３    原料ガス流路
４４    多孔質材料部材
４５    酸化イットリウム膜
４６    第１の配管部材
４７    第２の配管部材
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
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【国際調査報告】
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