JP4597792B2 - 処理ガス供給構造およびプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、被処理基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置と、当該プラズマ処理装置でプラズマ励起される処理ガスを処理空間に供給する処理ガス供給構造に関する。

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に近い、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おり、例えば、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、マイクロ波プラズマ処理装置などが用いられてきた。

これらのプラズマ処理装置の概略は、被処理基板のプラズマ処理を行うプラズマ処理室と、当該プラズマ処理室にプラズマを励起するプラズマ励起手段と、当該プラズマ処理室にプラズマ励起される処理ガスを供給する処理ガス供給構造とを有するようになっている。
ＷＯ ２００５／０４５９１３号公報

しかし、上記の処理ガス供給構造が前記処理室でプラズマに曝されると、当該処理ガス供給手段がダメージを受ける場合があった。例えば、従来は前記処理ガス供給手段がＡｌ（アルミニウム）などの金属により形成されている場合が多く、この場合には当該金属がプラズマに曝されることで、スパッタリングされたり、あるいは処理ガスが励起されて生成されたラジカルなどの活性種により、エッチングされる場合があった。

また、例えば処理ガスにフッ素を含むガスを用いた場合には、プラズマ励起により生成されたフッ素ラジカルやフッ素イオンが処理ガス供給構造を構成する金属と反応し、例えばＡｌｘＦｙなどのフッ化物が形成されて処理容器内のパーティクル発生の原因となる場合があった。

また、プラズマによって処理ガス供給構造の温度が上昇する場合には、処理ガス供給構造がＡｌなどの金属材料で形成されていると、処理ガス供給構造が変形・変質してしまう懸念が生じていた。

特に、プラズマ処理装置の構造や、基板処理の条件によっては、電界や磁界の強い領域に処理ガス供給構造を設けることが好ましい場合があり、この場合、特に熱による処理ガス供給構造へのダメージが懸念されていた。このため、処理ガス供給構造の設置される場所の自由度が制限される場合があった。

例えば、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の場合を例にとって、上記の処理ガス供給構造への熱のダメージの例について説明する。

例えば、上記のマイクロ波プラズマ処理装置の一例として、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）から処理容器内にマイクロ波を放射し、このマイクロ波電界により真空容器内のガスを電離してプラズマを励起させるように構成されたマイクロ波プラズマ処理装置が提案されている。

上記のマイクロ波プラズマ処理装置では、従来の平行平板型高周波励起プラズマ処理装置や、誘導結合型プラズマ処理装置に比べて以下の特長を有している。

まず、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るため、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。

この場合、マイクロ波の電界の強い領域に処理ガス供給構造を設置しようとした場合、電子温度が低いプラズマを用いた場合であっても当該処理ガス供給構造がマイクロ波の電界の影響を受けることは避けられない。

上記のマイクロ波プラズマ処理装置では、均一な基板処理を行うための構成の一例として、上記のアンテナと被処理基板の間に処理ガス供給構造が挿入される構造がとられる場合がある。この場合、基板処理の条件によってはより処理ガスの分解を効率的に行うために、処理ガス供給構造を当該アンテナ側に近い部分に設置することが好ましい場合がある。

しかし、当該アンテナ側に近い領域はマイクロ波の電界が強く、処理ガス供給構造がＡｌなどの金属により形成されている場合には、熱によるダメージ、例えば変形・変質などの問題を回避することは困難であった。

また、処理ガス供給部に冷却構造を付加することも考えられるが、この場合には処理ガス供給構造が大型化・複雑化し、さらにマイクロ波の透過率が低下してしまう問題があった。

そこで、本発明では、上記の問題を解決した処理ガス供給構造と、当該処理ガス供給構造を用いたプラズマ処理装置を提供することを統括的課題としている。

本発明の具体的な課題は、プラズマ励起される処理ガスをプラズマ処理室に供給する処理ガス供給構造であって、プラズマにより受けるダメージが抑制される処理ガス供給構造と、当該処理ガス供給構造を用いたプラズマ処理装置を提供することである。

本発明は、上記の課題を、
請求項１に記載したように、
処理ガスが供給されてプラズマ励起されることで被処理基板が処理されるプラズマ処理空間に、当該処理ガスを供給する処理ガス供給構造であって、
セラミック材料により形成され、前記プラズマ処理空間に設置される、前記処理ガスの通路を内部に有する複数の管状部と、
前記管状部に形成された、前記処理ガスを前記通路から前記プラズマ処理空間へ供給するガス穴と、を有し、
前記管状部は、互いに平行に設置される複数の第１の管状部と、互いに平行に設置されるとともに、該第１の管状部と直交するように設置される複数の第２の管状部と、を含むことを特徴とする処理ガス供給構造により、また、
請求項２に記載したように、
前記セラミック材料は、Ａｌ_２Ｏ_３またはＡｌＮのいずれかよりなることを特徴とする請求項１記載の処理ガス供給構造により、また、
請求項３に記載したように、
複数の前記第１の管状部と複数の前記第２の管状部とは、複数の該第１の管状部と複数の該第２の管状部とに前記処理ガスを供給する処理ガス供給手段より、個別に装脱着可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の処理ガス供給構造により、また、
請求項４に記載したように、
前記第１の管状部と前記第２の管状部とが積層されるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のうち、いずれか１項記載の処理ガス供給構造により、また、
請求項５に記載したように、
前記第１の管状部に形成された第１のガス穴は、前記被処理基板に面する側に形成され、前記第２の管状部に形成された第２のガス穴は、前記被処理基板に面する側の反対側に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のうち、いずれか１項記載の処理ガス供給構造により、また、
請求項６に記載したように、
前記第２のガス穴は、前記プラズマ処理空間にプラズマを励起するためのプラズマ励起手段に面するように形成されていることを特徴とする請求項５記載の処理ガス供給構造により、また、
請求項７に記載したように、
前記プラズマ励起手段は、マイクロ波によりプラズマ励起を行うことを特徴とする請求項６記載の処理ガス供給構造により、また、
請求項８に記載したように、
前記プラズマ励起手段は、ラジアルラインスロットアンテナを含むことを特徴とする請求項６または７記載の処理ガス供給構造により、また、
請求項９に記載したように、
被処理基板を内部空間に保持する処理容器と、
前記処理容器に処理ガスを供給する処理ガス供給構造と、
前記処理ガスをプラズマ励起するプラズマ励起手段と、を有するプラズマ処理装置であって、
前記処理ガス供給構造は、
セラミック材料により形成され、前記内部空間に設置される、前記処理ガスの通路を内部に有する複数の管状部と、
前記管状部に形成された、前記処理ガスを前記通路から前記内部空間へ供給するガス穴と、を有し、
前記管状部は、互いに平行に設置される複数の第１の管状部と、互いに平行に設置されるとともに、該第１の管状部と直交するように設置される複数の第２の管状部と、を含むことを特徴とするプラズマ処理装置により、また、
請求項１０に記載したように、
前記セラミック材料は、Ａｌ_２Ｏ_３またはＡｌＮのいずれかよりなることを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１１に記載したように、
複数の前記第１の管状部と複数の前記第２の管状部とに前記処理ガスを供給するガス供給溝を含む、処理ガス供給手段をさらに有し、複数の前記第１の管状部と複数の前記第２の管状部とが前記処理ガス供給手段より個別に装脱着可能に構成されていることを特徴とする請求項９または１０記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１２に記載したように、
前記第１の管状部と前記第２の管状部とが積層されるように構成されていることを特徴とする請求項９乃至１１のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１３に記載したように、
前記第１の管状部に形成された第１のガス穴は、前記被処理基板に面する側に形成され、前記第２の管状部に形成された第２のガス穴は、前記被処理基板に面する側の反対側に形成されていることを特徴とする請求項９乃至１２のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１４に記載したように、
前記第２のガス穴は、前記プラズマ励起手段に面するように形成されていることを特徴とする請求項１３記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１５に記載したように、
前記第１の管状部と前記第２の管状部からは、異なる処理ガスが前記内部空間に供給されるよう構成されていることを特徴とする請求項９乃至１４のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１６に記載したように、
前記第１の管状部からは前記被処理基板上に成膜される膜の原料となるガスが、前記第２の管状部からは当該膜の原料とならないガスが、それぞれ前記内部空間に供給されるよう構成されていることを特徴とする請求項１５記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１７に記載したように、
前記プラズマ励起手段は、マイクロ波によりプラズマ励起を行うことを特徴とする請求項９乃至１６のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置により、また、
請求項１８に記載したように、
前記プラズマ励起手段は、ラジアルラインスロットアンテナを含むことを特徴とする請求項９乃至１７のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置により、解決する。

本発明によれば、プラズマ励起される処理ガスをプラズマ処理室に供給する処理ガス供給構造であって、プラズマにより受けるダメージが抑制される処理ガス供給構造と、当該処理ガス供給構造を用いたプラズマ処理装置を提供することが可能となる。

次に、本発明の実施の形態に関して図面に基づき、説明する。

図１は本発明の実施例１によるプラズマ処理装置１０の構成を概略的に示したものであり、図２は、上記のプラズマ処理装置１０に用いられるアンテナのスロット板を示した平面図である。

図１を参照するに、前記プラズマ処理装置１０は、複数の排気ポート１１Ｃから内部を真空排気される処理容器（処理室）１１と、前記処理容器１１内に設けられ、被処理基板１２を保持する、図示しないヒータが埋設された保持台１３とを有する。

前記処理容器１１は、例えばＡｌを含む合金よりなり、内壁面には酸化処理により酸化アルミニウムよりなる保護膜が形成されている。また前記処理容器１１上の前記被処理基板１２に対向する部分には、例えばセラミックよりなるマイクロ波を透過するマイクロ波透過窓１７が設置されている。

前記マイクロ波透過窓１７はその周縁部に段差形状を有し、当該段差形状部が受け部品１６と係合するように構成されている。前記受け部品１６は、後述する処理ガス供給プレート５１を介して前記処理容器１１に設置され、前記被処理基板１２と前記マイクロ波透過窓１７が対向するように構成されている。また、前記マイクロ波透過窓１７と前記受け部品１６の係合部にはシールリング１６Ａが挿入され、前記処理空間１１内の気密が保持される構造となっている。同様に、前記処理ガス供給プレート５１と前記受け部品１６の間と、前記処理ガス供給プレート５１と前記処理容器１１の間には、シールリングＧが挿入され、前記処理空間１１内の気密が保持される構造となっている。

また、前記マイクロ波透過窓１７上には、ラジアルラインスロットアンテナ２５が設置されている。前記ラジアルラインスロットアンテナ２５は、前記マイクロ波透過窓１７に密接し、図２に示す多数のスロット１８ａ，１８ｂが形成されたディスク状のスロット板１８と、前記スロット板１８を保持するディスク状のアンテナ本体２２と、前記スロット板１８と前記アンテナ本体２２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１９とにより構成されている。

前記ラジアルスロットラインアンテナ２５は、前記処理容器１１上に前記受け部品１６、前記処理ガス供給プレート５１を介して装着されている。また、前記ラジアルラインスロットアンテナ２５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。

前記ラジアルラインスロットアンテナ２５に供給されたマイクロ波は前記スロット板１８のスロット１８ａ，１８ｂから前記マイクロ波透過窓１７を介して前記処理容器１１中に放射され、当該処理容器１１中に供給される、後述する処理ガスをプラズマ励起する。

前記同軸導波管２１のうち、外側の導波管２１Ａは前記ディスク状のアンテナ本体２２に接続され、中心導体２１Ｂは、前記遅波板１９に形成された開口部を介して前記スロット板１８に接続されている。そこで前記同軸導波管２１Ａに供給されたマイクロ波は、前記アンテナ本体２２とスロット板１８との間を径方向に進行しながら、前記スロット１８ａ，１８ｂより放射される。

図２は、スロット１８ａ，１８ｂが形成された前記スロット板１８を示した平面図である。図２を参照するに、前記スロット１８ａは同心円状に配列されており、各々のスロット１８ａに対応して、これに直行するスロット１８ｂが同じく同心円状に形成されている。前記スロット１８ａ，１８ｂは、前記スロット板１８の半径方向に、前記遅相板１９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前記スロット板１８から略平面波となって放射される。その際、前記スロット１８ａおよび１８ｂ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。

さらに図１のプラズマ処理装置１０では、前記アンテナ本体２２上に、冷却水通路２０Ａが形成された冷却ブロック２０が形成されており、前記冷却ブロック２０が前記冷却水通路２０Ａ中の冷却水により冷却されることにより、前記マイクロ波透過窓１７に蓄積された熱が、前記ラジアルラインスロットアンテナ２５を介して吸収される。

本実施例によるプラズマ処理装置１０では、前記マイクロ波透過窓１７（ラジアルラインスロットアンテナ２５）と、前記保持台１３上の被処理基板１２との間に、前記被処理基板１２に対面するように、処理ガス供給構造１５が設置されている。前記処理ガス供給構造１５は、前記受け部品１６と前記処理容器１１の間に設置される処理ガス供給プレート５１に、固定ブロック５２Ａ、５２Ｂ（図３以降で説明）で固定されて設置されている。

また、以降の文中では説明の便宜上、前記処理容器１１、前記受け部品１６、前記処理ガス供給プレート５１、および前記マイクロ波透過窓１７で画成される内部空間（プラズマ処理空間）のうち、前記処理ガス供給構造１５より上側（マイクロ波透過窓１７側）の空間を空間１１Ｂ、前記処理ガス供給構造１５より下側（被処理基板１２側）の空間を空間１１Ａと表記する。

前記処理ガス供給構造１５は、前記マイクロ波透過窓１７より供給されるマイクロ波によってプラズマ励起される処理ガスを、前記処理容器１１内部の内部空間（空間１１Ａ，１１Ｂ）に供給するための構造を有している。

前記処理ガスは、前記処理ガス供給プレート５１内部に形成されたガス供給溝を介して前記処理ガス供給構造１５に供給されるが、このような処理ガスの供給経路に関しては、本図では図示を省略しており、詳細は図３〜図５において図示し、後述する。

前記処理ガス供給構造１５は、直線状のパイプとして形成された管状部１５Ａと、該管状部１５Ａ上に積層された、該管状部１５Ａと同様の構造を有する管状部１５Ｂと、を有している。

前記管状部１５Ａは、内部に処理ガスの通路１５ａが形成され、該通路１５ａから前記内部空間に連通するガス穴１５ｂが形成されている。例えば、前記管状部１５Ａの外径、および内径は、それぞれ６ｍｍ、および３ｍｍ、前記ガス穴１５ｂの径は０．５ｍｍ、当該ガス穴１５ｂが形成されるピッチは、１５ｍｍで形成される。また、前記管状部１５Ａは複数設置され、複数の管状部１５Ａが互いに平行になるように設置されている。

また、前記管状部１５Ｂは、前記管状部１５Ａと直交するように複数設置されており、複数の前記管状部１５Ｂが互いに平行になるように設置されている。すなわち、前記管状部１５Ａと前記管状部１５Ｂが、平面視した場合に格子状となるように構成されている。前記管状部１５Ｂは、前記管状部１５Ａと同様の構造を有し、内部に処理ガスの通路１５ｃが形成され、該通路１５ｃから前記内部空間に連通するガス穴１５ｄが形成されている。

本実施例によるプラズマ処理装置においては、前記管状部１５Ａと前記管状部１５Ｂとが、セラミック材料により形成されていることが特徴となっている。そのため、従来の処理ガス供給構造に比べて、本実施例による処理ガス供給構造は、プラズマや熱によるダメージを受けにくく、安定で清浄な基板処理を行うことが可能となっている。

従来のプラズマ処理装置では、上記の処理ガス供給構造１５に相当する構造は金属で形成されることが大半であり、例えばＡｌまたはＡｌ合金が用いられることが一般的であった。しかし、ＡｌやＡｌ合金は、プラズマによりスパッタリングされる影響が大きく、ダメージを受けてしまう問題があった。このようなスパッタリング現象が発生すると、スパッタリングにより飛散した金属が基板処理の際の被処理基板の汚染源となる場合が生じていた。

また、例えば処理ガスにフッ素を含むガスを用いた場合には、プラズマ励起により生成されたフッ素ラジカルやフッ素イオンが処理ガス供給構造を構成する金属と反応し、例えばＡｌｘＦｙなどのフッ化物が形成されて処理容器内のパーティクル発生の原因となる場合があった。

一方、本実施例による処理ガス供給構造１５の場合、前記管状部１５Ａ、１５Ｂがセラミック材料により形成されているため、スパッタリングやフッ化物との反応の影響が飛躍的に抑制される。そのため、処理ガス供給構造が受けるダメージが抑制されると共に、パーティクルや汚染源の発生が抑制されて、安定で清浄な基板処理を行うことが可能となっている。

また、本実施例による処理ガス供給構造１５は、ＡｌやＡｌ合金などの金属材料に比べて温度が上昇した場合にも安定である特徴を有している。このため、プラズマが励起され、熱が発生する空間に設置されて用いられる場合に、熱による処理ガス供給構造の変形・変質の影響が抑制される。

特に、プラズマ処理装置の構造や、基板処理の条件によっては、電界や磁界の強い領域に処理ガス供給構造を設けることが好ましい場合があり、この場合、上記の処理ガス供給構造１５は、特に好ましい構造である。

例えば、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用いる上記のマイクロ波プラズマ処理装置１０の場合、処理ガスを効率的に分解しようとする場合、処理ガスの種類や処理条件によっては、マイクロ波透過窓１７の直下に前記処理ガス供給構造１５を設置することが好ましい場合がある。

この場合、マイクロ波の電界の強い領域に前記処理ガス供給構造１５が設置されることになり、発熱の影響が大きくなってしまい、ＡｌやＡｌ合金よりなる処理ガス供給構造を用いることが困難となっていた。

例えば、処理ガス供給構造に冷却構造を付加することも考えられるが、この場合には処理ガス供給構造が大型化・複雑化し、さらにマイクロ波の透過率が低下してしまう問題があった。

一方、本実施例による処理ガス供給構造１５は、セラミック材料により構成されているため、単純な構造で、マイクロ波の電界の強い領域であってプラズマ密度が高くイオンエネルギーが大きいような、例えば前記マイクロ波透過窓１７の直下にも設置することが可能である。

さらに、セラミック材料はＡｌやＡｌ合金などの金属材料に比べてマイクロ波の透過率が格段に高いため、供給されるマイクロ波の損失が少なくなる効果を奏する。例えば、従来のＡｌやＡｌ合金よりなる処理ガス供給構造では、格子状に処理ガス供給構造を形成する場合、格子の目を小さくするとマイクロ波の損失が格段に大きくなってしまう問題があった。そのため、処理ガス供給構造の形状によってはマイクロ波の供給の効率が低下してしまう場合が生じていた。

一方、本実施例による処理ガス供給構造１５は、セラミック材料により構成されているため、マイクロ波の損失が少なく、処理ガス供給構造を構成する場合に、例えば管状部の間隔を小さくする（格子の目を小さくする）ことが容易となり、処理ガス供給構造の設計の自由度が飛躍的に向上する。そのため、被処理基板上に、より均一に処理ガスを供給して、均一な基板処理を行うことができる。

また、前記管状部１５Ａ，１５Ｂを構成するセラミック材料の例としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮなどを用いることが可能である。これらの材料はスパッタリング耐性やラジカルによるエッチング耐性にすぐれ、高温化においても安定である特徴を有している。

また、上記のマイクロ波プラズマ処理装置１０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るため、広い面積に対して均一なプラズマ処理を行うことが可能であるとともに、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特徴を有している。

また、前記管状部１５Ａと、前記管状部１５Ｂからは、それぞれ独立に、異なる処理ガスが処理容器内に供給されるようにしてもよい。

図１には、前記管状部１５Ａに第１の処理ガスを供給する第１の処理ガス供給手段３０と、前記管状部１５Ｂに第２の処理ガスを供給する第２の処理ガス供給手段４０と、を示している。

前記第１の処理ガス供給手段３０は、前記通路１５ａに接続されるガスライン３１と、該ガスライン３１に接続される処理ガス供給源３２とを有している。また、前記ガスライン３１には、質量流量コントローラ３３とバルブ３４が設置され、前記バルブ３４が開放されることで前記質量流量コントローラ３３によって流量を制御された前記第１の処理ガスが、前記内部空間に供給される構造になっている。

同様に、前記第２の処理ガス供給手段４０は、前記通路１５ｃに接続されるガスライン４１と、該ガスライン４１に接続される処理ガス供給源４２とを有している。また、前記ガスライン４１には、質量流量コントローラ４３とバルブ４４が設置され、前記バルブ４４が開放されることで前記質量流量コントローラ４３によって流量を制御された前記第２の処理ガスが、前記内部空間に供給される構造になっている。

例えば、上記の構造では、前記内部空間に処理ガスを供給して成膜処理を行う場合、成膜に直接寄与する、成膜の原料となるガス（被処理基板上に形成される膜の原料となるガス、以下原料ガス）と、成膜に直接寄与しない、成膜の原料とならないガス（以下非原料ガス）とを、分離して供給することが可能な構造となっている。

また、図３は、前記処理ガス供給構造１５（前記管状部１５Ａ，１５Ｂ）を前記処理ガス供給プレート５１に固定した状態を示す平面図（前記マイクロ波透過窓１７側から見た図）である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

図３を参照するに、互いに平行になるように複数設置される前記管状部１５Ａは、その両端に固定ブロック５２Ａが取り付けられている。前記固定ブロック５２Ａがネジ５３Ａによって前記処理ガス供給プレート５１に固定されることにより、前記管状部１５Ａが前記処理ガス供給プレート５１に固定されている。このように、複数の前記管状部１５Ａは、それぞれ個別に（独立に）前記処理ガス供給プレート５１に対して装着および脱着（装脱着）が可能に構成されており、前記管状部１５Ａのメンテナンスが容易となっている。

同様に、前記管状部１５Ａに直交するように、互いに平行になるように複数設置される前記管状部１５Ｂは、その両端に固定ブロック５２Ｂが取り付けられている。前記固定ブロック５２Ｂがネジ５３Ｂによって前記処理ガス供給プレート５１に固定されることにより、前記管状部１５Ｂが前記処理ガス供給プレート５１に固定されている。このように、複数の前記管状部１５Ｂは、それぞれ個別に（独立に）前記処理ガス供給プレート５１に対して装着および脱着（装脱着）が可能に構成されており、前記管状部１５Ｂのメンテナンスが容易となっている。

また、前記処理ガス供給プレート５１には、前記ガスライン３１と連通し、該ガスライン３１から前記第１の処理ガスが供給される、第1の処理ガス供給溝５１Ａが形成されている。該第１の処理ガス供給溝５１Ａは、前記固定ブロック５２Ａに形成された溝部（図４で後述）を介して前記管状部１５Ａの前記通路１５ａに連通する構造になっている。この場合、複数の前記通路１５ａが、前記第１の処理ガス供給溝５１Ａにそれぞれ連通する構造になっている。また、前記第１の処理ガス供給溝５１Ａは、前記管状部１５Ａの両端側にそれぞれ形成され、それぞれ前記通路１５ａと連通するようになっている。

同様に、前記処理ガス供給プレート５１には、前記ガスライン４１と連通し、該ガスライン４１から前記第２の処理ガスが供給される、第２の処理ガス供給溝５１Ｂが形成されている。該第２の処理ガス供給溝５１Ｂは、前記固定ブロック５２Ｂに形成された溝部（図５で後述）を介して前記管状部１５Ｂの前記通路１５ｃに連通する構造になっている。この場合、複数の前記通路１５ｃが、前記第２の処理ガス供給溝５１Ｂにそれぞれ連通する構造になっている。また、前記第２の処理ガス供給溝５１Ｂは、前記管状部１５Ｂの両端側にそれぞれ形成され、それぞれ前記通路１５ｃと連通するようになっている。

さらに、前記処理ガス供給プレート５１には、前記処理ガス供給部１５（前記管状部１５Ａ，１５Ｂ）の周囲を囲むように、冷却水通路５４が形成され、冷却水導入口５５Ａから導入された冷却水が冷却水排出口５５Ｂから排出される構造になっている。この場合、前記冷却水通路５４において熱交換が行われ、冷却水によって前記処理ガス供給プレート５１が冷却され、さらに前記処理ガス供給構造１５が冷却される。

次に、前記固定ブロック５２Ａ，５２Ｂの構造について、図３のＡ−Ａ’断面図である図４、図３のＢ−Ｂ’断面図である図５に基づき、説明する。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図４を参照するに、前記管状部１５Ａは、その両端が前記固定ブロック５２Ａに挿入され、シールリングＧ１Ａによって挿入部分の気密性が保持されている。また、前記第１の処理ガス供給溝５１Ａと、前記通路１５ａとは、前記固定ブロック５２Ａに形成された溝部５６Ａにより、接続されている。また、前記固定ブロック５２Ａと前記処理ガス供給プレート５１の間には、処理ガスの供給経路の気密性を保持するシールリングＧ２Ａが挿入され、処理ガス供給プレート５１と管状部１５Ａを気密に連通している。

また、図５を参照するに、前記管状部１５Ｂは、その両端が前記固定ブロック５２Ｂに挿入され、シールリングＧ１Ｂによって挿入部分の気密性が保持されている。また、前記第２の処理ガス供給溝５１Ｂと、前記通路１５ｃとは、前記固定ブロック５２Ｂに形成された溝部５６Ｂにより、接続されている。また、前記固定ブロック５２Ｂと前記処理ガス供給プレート５１の間には、処理ガスの供給経路の気密性を保持するシールリングＧ２Ａが挿入され、処理ガス供給プレート５１と管状部１５Ｂを気密に連通している。

このような構成よりなる処理ガス供給構造１５においては、セラミックからなる管状部１５Ａ、１５Ｂそれ自体は冷却する必要はないが、シールリングＧ１Ａ、Ｇ２Ａ、Ｇ１Ｂ、Ｇ２Ｂは通常のＯリングで形成しているため、その温度は低く保つ必要がある。そのため、熱伝導性のよい金属からなる固定ブロック５２Ａ、５２Ｂと、熱伝導性のより金属からなる処理ガス供給プレート５１と、処理ガス供給プレート５１を流れる冷却水によって、シールリングの劣化を防止している。

また、上記の処理ガス供給構造では、前記ガス穴１５ｂ、１５ｄは、それぞれ前記管状部１５Ａ、１５Ｂの前記被処理基板１２に面する側に形成されているが、このような構造に限定されるものではなく、次に示すように構成することも可能である。

図６は本発明の実施例２によるプラズマ処理装置１０Ａの構成を概略的に示したものである。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。また、特に説明しない部分は、実施例１の場合と同様の構造とする。

図６を参照するに、本実施例によるプラズマ処理装置１０Ａでは、実施例１の前記管状部１５Ｂに相当する部分に管状部１５Ｄが設置され、処理ガス供給構造１５’を構成している。

前記管状部１５Ｄには処理ガスを供給するためのガス穴１５ｅが形成されているが、該ガス穴１５ｅは、前記管状部１５Ｄの前記被処理基板１２に面する側の反対側に形成されている。この場合、前記ガス穴１５ｅは、前記管状部１５Ｄの前記マイクロ波透過窓１７（またはラジアルラインスロットアンテナ２５）に面する側に形成されている。

この場合、前記ガス穴１５ｅから供給される処理ガス（第２の処理ガス）は、おもに前記空間１１Ｂにおいて拡散することになる。一方、前記ガス穴１５ｂから供給される処理ガス（第１の処理ガス）は、おもに空間１１Ａにおいて拡散する。

このため、前記第１の処理ガスを原料ガスとし、前記第２の処理ガスを非原料ガスとすると、原料ガスが前記空間１１Ｂに拡散することを抑制することができる。この場合、前記空間１１Ｂに拡散する非原料ガスによって、原料ガスが前記空間１１Ｂに拡散することが抑制される。

例えば、原料ガスが前記空間１１Ｂに拡散すると、前記マイクロ波透過窓１７などに成膜が生じてしまう。このため、例えば前記マイクロ波透過窓１７に付着した膜がパーティクルの発生源となる場合があり、またマイクロ波透過の特性が変化してしまう場合があった。

本実施例ではこのようなパーティクルの発生や、マイクロ波の透過特性の変動を防止し、安定で清浄な基板処理（成膜処理）を行うことが可能となっている。また、例えば原料ガス（第１の処理ガス）の例としては、シラン（ＳｉＨ_４）系のガスがあり、モノシラン、ジシラン、モノメチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、などを用いることができる。

一方、非原料ガス（第２の処理ガス）としては、Ａｒ、Ｈｅなどの不活性ガスなどを用いることができる。

また、前記管状部１５Ａに形成されるガス穴の方向（位置）については、上記に限定されるものではなく、様々に形成することができる。

例えば、図７Ａ〜図７Ｃは、管状部１５Ａの断面図を示したものであり、該管状部１５Ａに形成されるガス穴の方向（位置）を様々に変更した例である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

まず、図７Ａは、上記の図１、図６にそれぞれ示したマイクロ波プラズマ処理装置１０、１０Ａにおいて、前記ガス穴１５ｂが形成される位置を示す図である。この場合、前記ガス穴１５ｂは、前記被処理基板１２の法線方向に向かって開口するように形成されている。

また、図７Ｂでは、前記管状部１５Ａに形成された前記ガス穴１５ｆは、前記被処理基板１２の法線方向に対して斜めに形成されている。この場合、原料ガスが被処理基板上で拡散する状態が変化し、原料ガスの被処理基板上での滞留時間を変更することができる。

また、図７Ｃに示すように、当該法線方向に対して斜めに形成されたガス穴を複数形成（ガス穴１５ｇ）してもよい。

また、上記の実施例については、おもにマイクロ波プラズマを用いたプラズマ処理装置について説明したが、本実施例による処理ガス供給構造を、例えば、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に用いても同様の効果を得ることが可能である。

以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。

本発明によれば、プラズマ励起される処理ガスをプラズマ処理室に供給する処理ガス供給構造であって、プラズマにより受けるダメージが抑制される処理ガス供給構造と、当該処理ガス供給構造を用いたプラズマ処理装置を提供することが可能となる。

実施例１によるプラズマ処理装置を模式的に示す図である。 図１のプラズマ処理装置に用いられるスロット板を示す平面図である。 図１のプラズマ処理装置に用いられる処理ガス供給構造を示す平面図である。 処理ガス供給構造と処理ガス供給プレートの接続部を示す図（その１）である。 処理ガス供給構造と処理ガス供給プレートの接続部を示す図（その２）である。 実施例２によるプラズマ処理装置を模式的に示す図である。 処理ガス供給構造のガス穴を示す図（その１）である。 処理ガス供給構造のガス穴を示す図（その２）である。 処理ガス供給構造のガス穴を示す図（その３）である。

符号の説明

１０，１０Ａ プラズマ処理装置
１１ 処理容器
１１Ｃ 排気ポート
１１Ａ，１１Ｂ 空間
１２ 被処理基板
１３ 保持台
１５ 処理ガス供給構造
１５Ａ，１５Ｂ 管状部
１５ａ，１５ｃ 通路
１５ｂ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ ガス穴
１６Ａ、１６Ｂ シールリング
１７ マイクロ波透過窓
１８ スロット板
１８ａ，１８ｂ スロット開口部
１９ 遅波板
２０ 冷却ブロック
２０Ａ 冷却水通路
２１ 同軸導波管
２１Ａ 外側導波管
２１Ｂ 内側導波管
２２ アンテナ本体
２５ ラジアルラインスロットアンテナ
３０、４０ 処理ガス供給手段
３１，４１ ガスライン
３２，４２ 処理ガス供給源
３３，４３ 質量流量コントローラ
３４，４４ バルブ

Claims (18)

1. 処理ガスが供給されてプラズマ励起されることで被処理基板が処理されるプラズマ処理空間に、当該処理ガスを供給する処理ガス供給構造であって、
   セラミック材料により形成され、前記プラズマ処理空間に設置される、前記処理ガスの通路を内部に有する複数の管状部と、
   前記管状部に形成された、前記処理ガスを前記通路から前記プラズマ処理空間へ供給するガス穴と、を有し、
   前記管状部は、互いに平行に設置される複数の第１の管状部と、互いに平行に設置されるとともに、該第１の管状部と直交するように設置される複数の第２の管状部と、を含むことを特徴とする処理ガス供給構造。
2. 前記セラミック材料は、Ａｌ_２Ｏ_３またはＡｌＮのいずれかよりなることを特徴とする請求項１記載の処理ガス供給構造。
3. 複数の前記第１の管状部と複数の前記第２の管状部とは、複数の該第１の管状部と複数の該第２の管状部とに前記処理ガスを供給する処理ガス供給手段より、個別に装脱着可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の処理ガス供給構造。
4. 前記第１の管状部と前記第２の管状部とが積層されるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のうち、いずれか１項記載の処理ガス供給構造。
5. 前記第１の管状部に形成された第１のガス穴は、前記被処理基板に面する側に形成され、前記第２の管状部に形成された第２のガス穴は、前記被処理基板に面する側の反対側に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のうち、いずれか１項記載の処理ガス供給構造。
6. 前記第２のガス穴は、前記プラズマ処理空間にプラズマを励起するためのプラズマ励起手段に面するように形成されていることを特徴とする請求項５記載の処理ガス供給構造。
7. 前記プラズマ励起手段は、マイクロ波によりプラズマ励起を行うことを特徴とする請求項６記載の処理ガス供給構造。
8. 前記プラズマ励起手段は、ラジアルラインスロットアンテナを含むことを特徴とする請求項６または７記載の処理ガス供給構造。
9. 被処理基板を内部空間に保持する処理容器と、
   前記処理容器に処理ガスを供給する処理ガス供給構造と、
   前記処理ガスをプラズマ励起するプラズマ励起手段と、を有するプラズマ処理装置であって、
   前記処理ガス供給構造は、
   セラミック材料により形成され、前記内部空間に設置される、前記処理ガスの通路を内部に有する複数の管状部と、
   前記管状部に形成された、前記処理ガスを前記通路から前記内部空間へ供給するガス穴と、を有し、
   前記管状部は、互いに平行に設置される複数の第１の管状部と、互いに平行に設置されるとともに、該第１の管状部と直交するように設置される複数の第２の管状部と、を含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
10. 前記セラミック材料は、Ａｌ_２Ｏ_３またはＡｌＮのいずれかよりなることを特徴とする請求項９記載のプラズマ処理装置。
11. 複数の前記第１の管状部と複数の前記第２の管状部とに前記処理ガスを供給するガス供給溝を含む、処理ガス供給手段をさらに有し、複数の前記第１の管状部と複数の前記第２の管状部とが前記処理ガス供給手段より個別に装脱着可能に構成されていることを特徴とする請求項９または１０記載のプラズマ処理装置。
12. 前記第１の管状部と前記第２の管状部とが積層されるように構成されていることを特徴とする請求項９乃至１１のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置。
13. 前記第１の管状部に形成された第１のガス穴は、前記被処理基板に面する側に形成され、前記第２の管状部に形成された第２のガス穴は、前記被処理基板に面する側の反対側に形成されていることを特徴とする請求項９乃至１２のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置。
14. 前記第２のガス穴は、前記プラズマ励起手段に面するように形成されていることを特徴とする請求項１３記載のプラズマ処理装置。
15. 前記第１の管状部と前記第２の管状部からは、異なる処理ガスが前記内部空間に供給されるよう構成されていることを特徴とする請求項９乃至１４のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置。
16. 前記第１の管状部からは前記被処理基板上に成膜される膜の原料となるガスが、前記第２の管状部からは当該膜の原料とならないガスが、それぞれ前記内部空間に供給されるよう構成されていることを特徴とする請求項１５記載のプラズマ処理装置。
17. 前記プラズマ励起手段は、マイクロ波によりプラズマ励起を行うことを特徴とする請求項９乃至１６のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置。
18. 前記プラズマ励起手段は、ラジアルラインスロットアンテナを含むことを特徴とする請求項９乃至１７のうち、いずれか１項記載のプラズマ処理装置。

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