(57)【要約】【課題】腐食性が極めて強い不活性ガスや水素及び酸素ガス等の高密度プラズマに完全な耐腐食性を有するとともに、水分を全く放出せず、しかも、安定した整流状態のガス放出が得られる無数のガス放出穴を有するＡｌ合金系材料のシャワープレートを提供すること。【解決手段】Ａｌ合金系材料の薄板に、溝の深さが０．０２〜０．５ｍｍで、横巾が０．０２〜１０ｍｍで、長さが３〜３０ｍｍで、無数の溝と溝との間隔が０．１乃至２ｍｍの範囲内の角状溝を形成し、次いで、表面粗さが０．１ｓ以内のＡｌ２Ｏ３保護膜を生成させたシートを積層してシャワープレートを形成した。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス放出用穴である穴寸法の縦巾が０．０２〜０．５ｍｍで横巾が０．０２〜１０ｍｍで、長さが３〜３０ｍｍで、穴と穴との間隔が０．１乃至２ｍｍの範囲で設けられており、しかも穴内面の表面粗さが０．１ｓ以内で、かつ、穴内面が緻密なＡｌ２Ｏ３保護膜を有するＡｌ合金系材料から成るシャワープレート。
【請求項２】
穴寸法の縦巾が０．０２〜０．５ｍｍで、横巾が０．０２〜１０ｍｍの溝を多数個有するＡｌ合金系材料のシートを複数枚積層することにより、長方形のガス放出穴を形成した請求項１に記載のシャワープレート。
【請求項３】
加圧プレス用金型の上型または円柱状のロールに加圧力によって転写した場合の横巾が０．０２〜１０ｍｍで深さ（縦巾に相当）が０．０２〜０．５ｍｍの角状突起を多数個設けておき、この上型または加圧用ロールによってＡｌ合金系材料の０．２〜１ｍｍ厚さの薄板に前記角状突起を加圧力によって転写した後、Ａｌ２Ｏ３保護膜を生成させ、次いで複数枚を密着状態に積層することにより、請求項１または２に記載した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。
【請求項４】
円柱状の加圧用ロールの軸心方向に角状溝形成用の角状突起を多数個設けておき、加圧用ロールよりも大径の円柱状ロールとの間に０．２〜１ｍｍ厚さからなる薄板をロール状に巻いたＡｌ合金系材料のシートを連続して送り込んでシートの横巾方向に角状溝を有するシートを作製した後、Ａｌ２Ｏ３保護膜を生成させておき、次いでこのシートをロール状に積層密着させることにより円板形状を有する請求項１または２に記載した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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化、窒化、酸窒化、ＣＶＤやエッチング等を行なう半導体製造装置のチャンバー内において、プラズマ励起ガスあるいは原料ガスが異常放電を起こさず、しかも、コンタミや反応生成物を発生させることなく、安定したガス流が得られる金属系のシャワープレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や液晶処理装置の製造に用いられるプラズマ処理装置は、様々なプラズマ励起方式が使われているが、プラズマ形成が不均一で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処理基板全面にわたり均一なプロセスを行なうのが困難な問題点を有していた。
【０００３】
このため、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。これらのマイクロ波プラズマ処理装置においては、処理室内にプラズマ励起ガスを均一に供給するためにガス放出孔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。しかしながら、シャワープレートの直下に形成される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ために、特許文献１では誘電体のＡｌ２Ｏ３で形成した多孔質材料、あるいは特許文献２では微細なガス放出孔によってプラズマの逆流を防止しようとするシャワープレートが提案されている。
【０００４】
ところで、これらの誘電体のＡｌ２Ｏ３からなるシャワープレートは、塩素他の不活性ガスや水素ガス、酸素ガス等の高活性で腐食性の強いガスの高密度プラズマに対して、完全な耐食性や水分を全く放出しないという要求特性については若干不満足の点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３９９７２号公報
【特許文献２】国際公開第０６／１１２３９２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、塩素ガス他の不活性ガスや水素ガス及び酸素ガスのような非常に強い活性を有し、かつ、腐食性が極めて強いガスの高密度プラズマに完全な耐腐食性を有するとともに、水分を全く放出しない緻密なＡｌ２Ｏ３保護膜を形成した微細なガス放出穴を無数保有するＡｌ合金系材料のシャワープレートを提供することにある。
【０００７】
更には、チャンバー内でコンタミや反応生成物を発生させないために、チャンバー内のガスの流れは乱流状態でなく、均一な層流（整流）状態にする必要があり、特にプラズマ励起ガスやラジカル生成ガスが均一な層流（整流）状態でチャンバー内に供給され、原料ガスがプラズマ励起領域に戻って分解解離することがない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】
【０００８】
（１）本発明のシャワープレートは、ガス放出用穴である穴寸法の縦巾が０．０２〜０．５ｍｍで横巾が０．０２〜１０ｍｍで、長さが３〜３０ｍｍで、穴と穴との間隔が０．１乃至２ｍｍの範囲で設けられており、しかも穴内面の表面粗さが０．１ｓ以内で、かつ、穴内面が緻密なＡｌ２Ｏ３保護膜を有するＡｌ合金系材料から成るものである。
【０００９】
（２）また、本発明のシャワープレートは、穴寸法の縦巾が０．０２〜０．５ｍｍで、横巾が０．０２〜１０ｍｍの溝を多数個有するＡｌ合金系材料のシートを複数枚積層することにより、長方形のガス放出穴を形成した（１）に記載したシャワープレートである。
【００１０】
更に、本発明によれば、加圧プレス用金型の上型または円柱状ロールの加圧力によって転写した場合の横巾が０．０２〜１０ｍｍで深さ（縦巾に相当）が０．０２〜０．５ｍｍの角状突起を多数個設けておき、この上型または加圧用ロールによってＡｌ合金系材料の０．２〜１ｍｍ厚さの薄板に前記角状突起を加圧力によって転写した後、Ａｌ２Ｏ３保護膜を生成させ、次いで複数枚を密着状態に積層することにより、（１）または（２）に記載したシャワープレートを製造することができる。
【００１１】
また更に、本発明によれば、円柱状の加圧用ロールの軸心方向に角状溝形成用の角状突起を多数個設けておき、加圧用ロールよりも大径の円柱状ロールとの間に０．２〜１ｍｍ厚さからなる薄板をロール状に巻いたＡｌ合金系材料のシートを連続して送り込んでシートの横巾方向に角状溝を有するシートを作製した後、Ａｌ２Ｏ３保護膜を生成させておき、次いでこのシートをロール状に積層密着させることにより円板形状を有する（１）または（２）に記載したシャワープレートを製造することができる。
【００１２】
更に、本発明におけるシャワープレートは、所定巾と深さの角状突起をローラーの軸心方向に多数個形成した円柱状のローラーに加圧力を作用させながら回転運動を与え、定盤または大径のローラーからなる回転定盤との間にＡｌ合金系材料の薄板のロール材を供給することにより、ロール材の横巾方向に多数の溝を有する長さの長いＡｌ合金系材料の薄板を得る。次いで、この多数の溝を有するＡｌ合金系材料の薄板（シート）をロール状に巻き取りながら積層密着させることにより、多数個の角状穴を有する円板状のシャワープレートを得ることができる。
【００１３】
次いで、ガス放出穴の縦巾や横巾や長さは、加圧成型用上型または加圧用ロールの角状突起の巾や深さ及び長さを変更することにより、ガス放出穴の穴端面形状が正方形や長方形あるいはスリット状と自由に設計することが可能であり、しかも、ガス放出穴の長さはＡｌ合金系材料の薄板の横巾寸法に相当することになるので、プラズマの逆流を起こさない（穴の長さ）／（穴の縦巾）の寸法比に調整することができる。
【００１４】
ガス放出孔が丸孔の場合は、孔の直径がＤで孔の長さをＬとした場合のアスペクト比Ｌ／Ｄは、一定の数値以上で異常放電が発生しないことが明らかにされており、本発明の穴の縦巾がほぼＤに該当するとみなすことができる。
【発明の効果】
【００１５】
１．Ａｌ合金系のシャワープレートに形成するガス放出用穴を、従来のドリル加工やパンチング加工方法によって形成する場合の穴加工工数に比較して、本発明の製造方法によれば数百分の１の工数でガス放出用穴を形成することができる。
【００１６】
２．本発明のガス放出用穴の内面は、表面粗さが０．１ｓ以下と非常に優れているので、ガスが層流（整流）状態でスムーズに流れる。
【００１７】
３．本発明のガス放出用穴は、穴形状が丸穴ではなく、長方形の形状に限定されるが、ドリル加工やパンチング加工法のように穴のコーナー部にかえりが発生しないので、かえり取り作業に要する工数の削減効果が大である。
【００１８】
４．本発明の製造方法によれば、ガス放出用穴の縦、横及び長さ寸法を自由に設計製作することができる。また、ガス放出用穴の長さ（Ｌ）方向に蛇行したような穴を形成することもできる。
【００１９】
５．ガス放出用穴の穴内面に形成するＡｌ２Ｏ３保護膜を、穴内全面に渡って均一で緻密に生成させたシャワープレートを得ることができる。
【００２０】
６．ガス放出用穴の縦巾に対して横巾を大きくして長方形やスリット形状にすることにより、穴面積を大きくすることができるので、放出ガスの流体抵抗が小さくて安定したガス流が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施例に用いる装置の斜視図を示す。
【図２】本発明の第１実施例によるシャワープレートの斜視図を示す。
【図３】本発明の第１実施例によるシャワープレートに用いる別態様の装置を斜視図で示す。
【図４】本発明の第２の実施例に用いる装置の斜視図を示す。
【図５】本発明の第２実施例のシャワープレートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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】
【００２３】
図１に、本発明の第一の実施例を示す。図１は加圧プレス用金型１の使用形態を示しており、上型２に横巾Ｗ、縦巾Ｈ及び長さＬからなる角状突起の突起と突起とを間隔ｔ毎に多数個設けておき、下定盤４にＡｌ合金系材料の薄板３をセットして、上型２によってＡｌ合金系材料の薄板３を加圧プレスすることにより、横巾Ｗ、縦巾Ｈ、長さＬからなる角状溝が間隔ｔ毎に多数個転写された厚みｄを有するＡｌ合金系材料の薄板１９が得られる。
【００２４】
次いで、図２に示しているように、角状溝が転写された厚みｄを有するＡｌ合金系材料の薄板１９にＡｌ２Ｏ３保護膜を生成させた薄板３０を、積層ケース８に複数枚積層状態に挿入して積層加圧プレート９によってボルト１０で加圧固定することにより、横巾Ｗ、縦巾Ｈ及び長さＬからなる角状溝６が形成されたシャワープレート本体部７を有するセット状態のシャワープレート５が得られる。
【００２５】
なお、図１に示す上型２及び定盤４は、いずれも硬度が高くて耐摩耗性を有する高強度の超硬質合金からなる材料で形成するとともに、Ａｌ合金系材料の薄板３と接触加工する面を表面粗さ０．０８ｓ以内に研磨したものを使用する。
【００２６】
また、図２の積層ケース８と積層加圧プレート９及びボルト１０は、いずれもＡｌ合金系材料の表面に緻密なＡｌ２Ｏ３保護膜を生成させた部材を使用している。
【実施例２】
【００２７】
図３において、角状溝を形成するための角状突起部１１を多数個有する超硬質合金製の加圧用ロール１２と円柱状の定盤用ローラー１３とを矢印方向に回転させながら、載置台１４の上からＡｌ合金系材料の薄板３を矢印方向に送り込み、加圧用ロール１２によって、Ａｌ合金系薄板３の横巾方向に角状溝を加圧転写させることにより、溝内面の表面粗さが０．０８ｓの精度を有するシートが得られた。
【００２８】
この角状溝を加圧転写した厚みがｄからなるＡｌ合金系材料の薄板１９を多数枚作製した後、全面に表面粗さが０．１ｓからなる緻密なＡｌ２Ｏ３保護膜を生成させ、次いで図２に示したように積層セットした状態のシャワープレート５を得ることができた。
【実施例３】
【００２９】
図４に示す略図の連続加工装置１５は、ロール状に巻かれたＡｌ合金系材料の薄板１８からなるシートに連続的に角状溝を形成加工するものである。
【００３０】
まず、超硬質合金製の円柱状ローラー１６の軸心方向に角状溝形成用の角状突起１１を複数箇所設けた円柱状ローラー１６と、円柱状ローラー１６より大径からなる対向する円柱状定盤用ローラー１７とを矢印方向に回転させながら、厚みｄを有するＡｌ合金系材料のシート１８を矢印方向に連続的に送り込み、かつ、円柱状ローラー１６から定盤用ローラー１７の方向に加圧力を作用させておくことにより、Ａｌ合金系材料のシート１８の横巾寸法Ｌ方向に角状溝を形成したＡｌ合金系材料のシート１９を製作しておく。
【００３１】
次いで、前記角状溝を形成したＡｌ合金系材料のシート１９に対して連続的にＡｌ２Ｏ３保護膜を生成させた加工済みのシートを、密着状態でロール状にロール芯材２２に巻き付けながら積層することにより、図５（ａ）（ｂ）で示すように長さ寸法がＬからなる直径が３５０ｍｍの円板状のシャワープレート本体部材２１を得た。
【００３２】
シャワープレート本体部材２１において、角状溝が転写されたＡｌ合金系材料のシートを積層することによって形成されたガス放出用穴６は、横巾Ｗが１ｍｍで縦巾Ｈが０．３ｍｍの寸法で形成されており、かつ、Ａｌ２Ｏ３保護膜を生成させた角状溝内面の面粗さをレーザー面粗さ測定機で１０箇所測定した結果、いずれも０．０９ｓ〜０．１０ｓの範囲内であることが判明した。
【００３３】
次いで、図５（ｂ）に示すように、シャワープレート本体部材２１を保持固定ケース２３に収納し、締付けボルト２５で固定用リング２４を締付け固定することにより、本発明の円板状のシャワープレートを得た。
【００３４】
なお、各実施例において使用した角状溝形成用の超硬質合金製の部材は、いずれも硬さがＨｖ１１００以上で、曲げ強さが２０００ＭＰａ以上の特性を有する炭化物、窒化物や硼化物あるいは、これらの２種以上を主成分とする材料を用いることができる。
【００３５】
本発明の実施例においては、ＷＣ−Ｃｏ系の超硬質合金を用い、Ａｌ合金系材料のシートを加工または接触する面、特に角状溝形成用の突起部を有する全面を表面粗さが０．０８ｓ以内、より好ましくは０．０５ｓ以内に研磨しておくことにより、加圧力によってＡｌ合金系材料に転写された角状溝内面の表面粗さは、０．１ｓ以内で形成することができ、かつ、Ａｌ２Ｏ３保護膜を生成させた面も０．１ｓ以内のスムーズな面を有するシャワープレートが得られる。
【００３６】
次に、本発明の長方形形状に形成されたガス放出用穴の製造方法として、更に詳細な説明を以下に示す。
【００３７】
まず、金属Ａｌ合金系材料からなる薄板材料に穴をあける方法として一般的に採用されているドリル加工法は、仮に、直径が０．２ｍｍの穴を厚み１０ｍｍのＡｌ板材に対して貫通穴を加工するのに、少なくとも一穴当たり約１８０秒の工数を要し、かつ、穴のコーナー部にかえりが発生するので、無数のガス放出穴を有するシャワープレートの製造方法としては、非現実的である。
【００３８】
一方、パンチング法によって、ガス放出孔を形成した場合においても、加工した穴のエッヂ部にかえりが形成されるので、かえり取り作業が必要となる。また、一穴当たりの穴あけに約０．５秒程度の工数を要するので、加工工数的にもシャワープレートの製造費用は多大なものとなる。また、パンチングで穴あけした穴内面の表面粗さは２μｍ以上の非常に粗いものとなる。
【００３９】
更に、ドリルによる微細穴加工上の問題点は、直径が０．１〜０．２ｍｍ程度のマイクロドリルの切れ味が劣化したり、加工中にドリルが折れ込む頻度が高いので、加工穴精度が悪くなったり、特に折れ込んだドリルの除去が非常に困難な作業となる欠点がある。
【００４０】
また更に、パンチング法においても、直径寸法の小さな工具が磨耗して、打ち抜きが困難となるとともに、無数のガス放出穴を形成する為には、数多くの工具を磨耗することになり、前記ドリル加工の場合と同様に、パンチング用工具が折れ込むトラブルが多くて、折れ込んだ工具の除去が非常に困難となる問題点を有している。
【００４１】
これに対し、本発明の場合、例えば、１０００個の角状溝を形成する加圧プレス用上型でプレス速度１回／秒で加圧プレスすることにより、角状溝形成加工済みのＡｌ合金系材料のシートを積層する工数をαと仮定すれば、ガス放出用穴の一穴当たりの加工工数は（１秒＋α）／１０００穴となり、非常な高能率であることが明らかである。
【００４２】
本発明の孔内面の表面粗さは、角状突起を形成した加圧プレス用上型あるいは加圧用ロールに形成した角状突起部を研磨加工しておくことにより、Ａｌ合金系材料の薄板に転写された溝からなる角状穴内面の表面粗さは０．１ｓ以内の優れた平滑面を有している。このことにより、ガス放出用穴内面に０．４〜１μｍ程度の厚さで生成させるＡｌ２Ｏ３保護膜は、Ａｌ合金系基材の溝内面の表面粗さに近い表面状態を維持するため、表面粗さが０．１ｓ以内の均一で緻密なＡｌ２Ｏ３保護膜となり、放出するガスが完全に均一で整流状態で流れるので、半導体基板に形成する膜が非常に均一でコンタミが極めて少ない半導体を得ることができ、更に、異常放電等も発生しないので、寿命の長いシャワープレートが得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
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の各種プラズマ処理装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  加圧プレス用金型
２  加圧プレス用金型の上型
３  Ａｌ合金系材料の薄板
４  下定盤
Ｗ  角状溝の横巾形成用の金型部分
ｔ  角状溝の間隔を示す金型部分
Ｈ  角状溝の縦巾形成用の金型部分
ｄ  Ａｌ合金系材料の薄板の厚み
Ｌ  Ａｌ合金系材料の薄板の横巾
５  セット状態のシャワープレート
６  角状溝
７  シャワープレート本体部
８  積層ケース
９  積層加圧プレート
１０  ボルト
１１  角状突起部
１２  加圧用ロール
１３  定盤用ローラー
１４  載置台
１５  連続加工装置
１６  円柱状ローラー
１７  円柱状定盤用ローラー
１８  Ａｌ合金系材料のシート
１９  角状溝を形成したＡｌ合金系材料のシート
２０  Ａｌ合金系材料シートの供給用架台
２１  （円板状）シャワープレート本体部材
２２  ロール芯材
２３  保持固定ケース
２４  固定用リング
２５  締付ボルト
３０  角状溝転写及びＡｌ２Ｏ３保護膜生成後のＡｌ合金系材料の薄板
【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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