JP7097758B2 - シャワーヘッドおよびプラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、シャワーヘッドおよびプラズマ処理装置に関する。

フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造過程では、被処理体であるガラス基板に形成された所定の膜にプラズマエッチング等のプラズマ処理を施して微細加工を施すことにより、電極や配線等を形成している。

このようなプラズマ処理を行うプラズマ処理装置では、チャンバー内に配置された載置台上に基板を配置した状態で、載置台の上方に配置されたシャワーヘッドから処理ガスをチャンバー内に吐出させ、チャンバー内にプラズマを生成する。

シャワーヘッドは、アルミニウム等の金属で形成されており、かつ処理ガスやプラズマに曝されるため、シャワーヘッドに対する腐食を抑制する技術が種々提案されている。

例えば、特許文献１には、シャワーヘッドの基材に設けられたガス吐出孔の出口側に凹部を形成し、その凹部に円筒状のスリーブを固定し、かつ、基材のプラズマ生成空間側の表面を覆うように耐プラズマ皮膜を形成する技術が提案されている。

特開２０１７－２２３５６号公報

本開示は、処理ガスによる腐食およびプラズマに対する耐久性により優れたシャワーヘッドおよびプラズマ処理装置を提供する。

本開示の一実施形態に係るシャワーヘッドは、基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、基板が配置され、プラズマが生成されるチャンバー内に、プラズマを生成するための処理ガスを供給するシャワーヘッドであって、処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔を有する本体部と、前記本体部内に設けられ、処理ガスが導入され、前記複数のガス吐出孔に連通するガス拡散空間と、を備え、前記本体部は、金属からなる基材と、前記基材に嵌め込まれ、前記複数のガス吐出孔を規定する複数のスリーブと、前記基材の前記ガス拡散空間に接する面に、前記処理ガスに対する耐食性を有する材料を溶射して形成され、含浸材が含浸された第１の溶射皮膜と、前記基材の前記チャンバーのプラズマ生成空間に接する面に、前記処理ガスのプラズマに対する耐プラズマ性を有する材料を溶射して形成され、含浸材が含浸された第２の溶射皮膜と、を有する。

本開示によれば、処理ガスによる腐食およびプラズマに対する耐久性により優れたシャワーヘッドおよびプラズマ処理装置が提供される。

一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。 図１のプラズマ処理装置に搭載されたシャワーヘッドのガス吐出部を示す断面図である。 図２のガス吐出部における第２の溶射皮膜の好ましい例を示す断面図である。 耐プラズマ性の溶射皮膜について、含浸材を含浸させた効果を示す図である。

以下、添付図面を参照して実施形態について説明する。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。

図１に示すプラズマ処理装置は、誘導結合プラズマ処理装置として構成され、矩形基板、例えば、ＦＰＤ用ガラス基板上に薄膜トランジスタを形成する際の金属膜のエッチングに好適に用いることができる。

この誘導結合プラズマ処理装置は、導電性材料、例えば、内壁面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなる角筒形状の気密な本体容器１を有する。この本体容器１は分解可能に組み立てられており、接地線１ａにより電気的に接地されている。

本体容器１は、本体容器１と絶縁されて形成された矩形状のシャワーヘッド２により上下に区画されており、上側がアンテナ室を画成するアンテナ容器３となっており、下側が処理室を画成するチャンバー（処理容器）４となっている。シャワーヘッド２は金属窓として機能し、チャンバー４の天壁を構成する。金属窓となるシャワーヘッド２は、主に、非磁性体で導電性の金属、例えばアルミニウム（またはアルミニウムを含む合金）で構成される。

アンテナ容器３の側壁３ａとチャンバー４の側壁４ａとの間には、本体容器１の内側に突出する支持棚５、および支持梁６が設けられている。支持棚５および支持梁６は導電性材料、望ましくはアルミニウム等の金属で構成される。シャワーヘッド２は絶縁部材７を介して複数に分割されて構成されている。そして、複数に分割されたシャワーヘッド２の分割部分は、絶縁部材７を介して支持棚５および支持梁６に支持される。支持梁６は、複数本のサスペンダ（図示せず）により本体容器１の天井に吊された状態となっている。

シャワーヘッド２の各分割部分は、本体部５０と、本体部５０の内部に設けられたガス拡散空間（バッファ）５１とを有している。本体部５０は、ベース部５２と、ガス拡散空間５１からチャンバー内へ処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔５４を有するガス吐出部５３とを有している。ガス拡散空間５１には処理ガス供給機構２０からガス供給管２１を介して処理ガスが導入される。ガス拡散空間５１は複数のガス吐出孔５４に連通し、ガス拡散空間５１から複数のガス吐出孔５４を介して処理ガスが吐出される。なお、ベース部５２とガス吐出部５３とは一体であっても別体であってもよい。別体の場合は、ガス吐出部５３は、シャワープレートとして構成される。

シャワーヘッド２の上のアンテナ室３内には、シャワーヘッド２のチャンバー４側とは反対側の面に面するように高周波アンテナ１３が配置されている。高周波アンテナ１３は導電性材料、例えば銅などからなり、絶縁部材からなるスペーサ（図示せず）によりシャワーヘッド２から離間して配置されており、矩形状のシャワーヘッド２に対応する面内で、例えば渦巻き状に形成される。また、環状に形成されていてもよく、アンテナ線は一本でも複数本でもよい。

高周波アンテナ１３には、給電線１６、整合器１７を介して第１の高周波電源１８が接続されている。そして、プラズマ処理の間、高周波アンテナ１３に第１の高周波電源１８から延びる給電線１６を介して、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給される。これにより、後述するように金属窓として機能するシャワーヘッド２に誘起されるループ電流を介して、チャンバー４内に誘導電界が形成される。そして、この誘導電界により、チャンバー４内のシャワーヘッド２直下のプラズマ生成空間Ｓにおいて、シャワーヘッド２から供給された処理ガスがプラズマ化され、誘導結合プラズマが生成される。すなわち、高周波アンテナ１３および第１の高周波電源１８がプラズマ生成機構として機能する。

チャンバー４内の底部には、シャワーヘッド２を挟んで高周波アンテナ１３と対向するように、被処理基板として、矩形状のＦＰＤ用ガラス基板（以下単に基板と記す）Ｇを載置するための載置台２３が絶縁体部材２４を介して固定されている。載置台２３は、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成されている。載置台２３に載置された基板Ｇは、静電チャック（図示せず）により吸着保持される。

載置台２３の上部周縁部には絶縁性のシールドリング２５ａが設けられ、載置台２３の周面には絶縁リング２５ｂが設けられている。載置台２３には基板Ｇの搬入出のためのリフターピン２６が、本体容器１の底壁、絶縁体部材２４を介して挿通されている。リフターピン２６は、本体容器１外に設けられた昇降機構（図示せず）により昇降駆動して基板Ｇの搬入出を行うようになっている。

本体容器１外には、整合器２８および第２の高周波電源２９が設けられており、載置台２３には給電線２８ａにより整合器２８を介して第２の高周波電源２９が接続されている。この第２の高周波電源２９は、プラズマ処理中に、バイアス用の高周波電力、例えば周波数が３．２ＭＨｚの高周波電力を載置台２３に印加する。このバイアス用の高周波電力により生成されたセルフバイアスによって、チャンバー４内に生成されたプラズマ中のイオンが効果的に基板Ｇに引き込まれる。

さらに、載置台２３内には、基板Ｇの温度を制御するため、ヒータ等の加熱手段や冷媒流路等からなる温度制御機構と、温度センサーとが設けられている（いずれも図示せず）。これらの機構や部材に対する配管や配線は、いずれも本体容器１の底面および絶縁体部材２４に設けられた開口部１ｂを通して本体容器１外に導出される。

チャンバー４の側壁４ａには、基板Ｇを搬入出するための搬入出口２７ａおよびそれを開閉するゲートバルブ２７が設けられている。また、チャンバー４の底部には、排気管３１を介して真空ポンプ等を含む排気装置３０が接続される。この排気装置３０により、チャンバー４内が排気され、プラズマ処理中、チャンバー４内が所定の真空雰囲気（例えば１．３３Ｐａ）に設定、維持される。

載置台２３に載置された基板Ｇの裏面側には冷却空間（図示せず）が形成されており、一定の圧力の熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給するためのＨｅガス流路４１が設けられている。このように基板Ｇの裏面側に熱伝達用ガスを供給することにより、真空下において基板Ｇのプラズマ処理による温度上昇や温度変化を抑制することができるようになっている。

この誘導結合プラズマ処理装置は、さらに制御部１００を有している。制御部１００は、コンピュータからなり、プラズマ処理装置の各構成部を制御するＣＰＵからなる主制御部と、入力装置と、出力装置と、表示装置と、記憶装置とを有している。記憶装置には、プラズマ処理装置で実行される各種処理のパラメータが記憶されており、また、プラズマ処理装置で実行される処理を制御するためのプログラム、すなわち処理レシピが格納された記憶媒体がセットされるようになっている。主制御部は、記憶媒体に記憶されている所定の処理レシピを呼び出し、その処理レシピに基づいてプラズマ処理装置に所定の処理を実行させるように制御する。

次に、シャワーヘッド２についてさらに詳細に説明する。
誘導結合プラズマは、高周波アンテナに高周波電流が流れることにより、その周囲に磁界が発生し、その磁界により誘起される誘導電界を利用して高周波放電を起こし、それにより生成するプラズマである。チャンバー４の天壁として１枚の金属窓を用いる場合、面内で周方向に周回されるように設けられた高周波アンテナ１３では、渦電流および磁界が金属窓の裏面側、すなわちチャンバー４側に到達しないため、プラズマが生成されない。このため、本実施形態では、高周波アンテナ１３に流れる高周波電流によって生じる磁界および渦電流がチャンバー４側に到達するように、金属窓として機能するシャワーヘッド２を、絶縁部材７で複数に分割された構造とする。

図２は、シャワーヘッド２の本体部５０のガス吐出部５３の一部分を示す図である。本体部５０は、基材６１と、複数のスリーブ６２と、第１の溶射皮膜６３と、第２の溶射皮膜６４とを有している。

基材６１は非磁性の金属、例えば、アルミニウムからなり、必要に応じて側面に陽極酸化処理により陽極酸化皮膜６１ａが設けられる。側面の陽極酸化皮膜６１ａは、全面に陽極酸化処理を行った後、上下面の皮膜を取り除くことにより形成される。

複数のスリーブ６２は、ステンレス鋼、ハステロイのようなニッケル基合金等の耐食性金属またはセラミックスからなり、基材６１のガス吐出孔５４に対応する部分に嵌め込まれている。各スリーブ６２は、ガス吐出孔５４を規定している。

ガス吐出孔５４は、ガス拡散空間５１側の大径部５４ａと、プラズマ生成空間Ｓ側の小径部５４ｂとを有している。そして、小径部５４ｂの下端がプラズマ生成空間Ｓに臨む開口部５４ｃとなっている。プラズマ生成空間Ｓ側を小径部５４ｂにしたのは、プラズマがガス吐出孔５４の奥に入り込むのを防止するためである。小径部５４ｂの径は、例えば０．５～１ｍｍに設定される。

第１の溶射皮膜６３は、基材６１のガス拡散空間５１に接する面に、処理ガスに対して耐食性を有する材料を溶射して形成され、かつ、含浸材が含浸されている。

第２の溶射皮膜６４は、基材６１のチャンバー４内のプラズマ生成空間Ｓに接する面に、処理ガスのプラズマに対して耐プラズマ性を有する材料を溶射して形成され、かつ、含浸材が含浸されている。

第１の溶射皮膜６３は、処理ガスに対する耐食性を有する材料で形成されているので、基材６１を処理ガスから保護する効果が高い。第１の溶射皮膜６３の材料としてはセラミックスが好ましい。例えば、Ａｌのエッチング処理に用いられる６０～２００℃、例えば１６０℃の高温のＣｌ_２ガスを処理ガスとする場合は、第１の溶射皮膜６３として、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）溶射皮膜を好適に用いることができる。Ａｌ_２Ｏ_３溶射皮膜は、Ｃｌ_２ガスや反応生成物であるＨＣｌに対する耐食性が高い。また、第１の溶射皮膜６３に含浸材が含浸されていることにより、溶射皮膜の気孔が封孔され、Ｃｌ_２ガスやＨＣｌによる腐食をより効果的に抑制することができる。処理ガスが高温の場合は、含浸材は耐熱性が高いことも求められる。第１の溶射皮膜６３の厚さは、８０～２００μｍの範囲が好ましい。

第２の溶射皮膜６４は耐プラズマ性を有する材料で形成されているので、基材６１をプラズマから保護する効果が高い。第２の溶射皮膜６４の材料としてもセラミックスが好ましい。第２の溶射皮膜６４としては、耐プラズマ性の高いイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）溶射皮膜またはＹ－Ａｌ－Ｓｉ－Ｏ系混合溶射皮膜（イットリア、アルミナ、およびシリカ（または窒化珪素）の混合溶射皮膜）等のイットリウム含有酸化物溶射皮膜がより好ましい。これらは、例えば、Ａｌのエッチング処理に用いられるような、６０～２００℃、例えば１６０℃の高温のＣｌ_２ガスを処理ガスとする場合にも、耐プラズマ性を高く維持することができる。使用する処理ガスによっては、Ａｌ_２Ｏ_３溶射皮膜も好適に用いることができる。また、第２の溶射皮膜６４に含浸材が含浸されていることにより、溶射皮膜に存在する気孔が封孔され、耐プラズマ性をより高めることができるとともに、耐ピンホール腐食も高めることができる。上述したような処理ガスが高温の場合、第２の溶射皮膜６４に含浸される含浸材についても耐熱性が高いことが求められる。

第２の溶射皮膜６４は、表面が耐プラズマ性の高い準緻密溶射皮膜であることが好ましい。準緻密溶射皮膜とは、通常の溶射皮膜よりも気孔率が低い溶射皮膜をいい、通常の皮膜の気孔率が３～５％であるのに対して、２～３％の気孔率である。準緻密溶射とすることで、耐プラズマ性をより高めることができる。具体的には、プラズマによる削れ耐性を数％上昇させることができる。また、溶射皮膜の準緻密化と含浸材とを組み合わせることにより、耐プラズマ性を一層高めることができる。

第２の溶射皮膜６４の厚さは、１５０～５００μｍの範囲が好ましい。また、図３に示すように、第２の溶射皮膜６４の含浸材の含浸部分６４ａは、第２の溶射皮膜６４の基材６１側の一部分であることが好ましい。含浸部分６４ａを第２の溶射皮膜６４の基材６１側の一部分とすることにより、第２の溶射皮膜６４のプラズマ空間側が含浸材を含浸しない非含浸部分６４ｂとなり、プラズマによる含浸材の消耗を抑えてパーティクルを低減することができる。より好ましくは、第２の溶射皮膜６４において、含浸部分６４ａの厚さが５０～１００μｍの範囲、非含浸部分６４ｂの厚さが１００～４００μｍの範囲である。このような一部分に含浸部分６４ａを有する溶射皮膜は、含浸部分６４ａに相当する厚さの溶射皮膜を形成し含浸処理を行った後、非含浸部分６４ｂに相当する厚さの溶射皮膜を形成することにより得ることができる。

第１の溶射皮膜６３および第２の溶射皮膜６４に含浸される含浸材としては、準緻密皮膜へ浸透できる程度の低粘度で、皮膜の気孔をほぼ完全に充填できる充填性（充填率）を有する充填型タイプのものであることが求められる。このような充填型で低粘度の充填材としては、樹脂含浸材を好適に用いることができる。このような樹脂含浸材としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を挙げることができる。

また、処理ガスとして、６０～２００℃、例えば１６０℃の高温のＣｌ_２ガスが用いられる場合、これらの特性に加えて、耐熱性を有し、高温でも処理ガスに対する耐食性を保持できるものであることが好ましい。このような充填型で低粘度、かつ、耐熱性および高温耐食性が良好な含浸材としては、耐熱エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂は、主剤（プレポリマー）と硬化剤とを混合して熱硬化処理を行ったものであり、主剤と硬化剤の材料を適宜選択することにより、粘度、耐熱性、充填性、耐食性を調整することができる。エポキシ樹脂は本質的に充填性が高く、低粘度にすることにより溶射皮膜への浸透性を高くすることができる。また、耐熱エポキシ樹脂は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、低温焼成可能なものである。

高温Ｃｌ_２ガスによるエッチング処理に適した含浸材としては、耐熱エポキシ樹脂以外に、シリコーン樹脂を挙げることができる。

次に、以上のように構成される誘導結合プラズマ処理装置を用いて基板Ｇに対してプラズマ処理、例えばプラズマエッチング処理を施す際の処理動作について説明する。

まず、ゲートバルブ２７を開にした状態で搬入出口２７ａから搬送機構（図示せず）により所定の膜が形成された基板Ｇをチャンバー４内に搬入し、載置台２３の載置面に載置する。次いで、静電チャック（図示せず）により基板Ｇを載置台２３上に固定する。そして、排気装置３０によりチャンバー４内を真空排気しつつ、圧力制御バルブ（図示せず）により、チャンバー４内を例えば０．６６～２６．６Ｐａ程度の圧力雰囲気に維持する。この状態で、処理ガス供給機構２０からガス供給管２１を介して処理ガスを金属窓の機能を有するシャワーヘッド２へ供給し、シャワーヘッド２からチャンバー４内に処理ガスをシャワー状に吐出させる。

また、このとき基板Ｇの裏面側の冷却空間には、基板Ｇの温度上昇や温度変化を回避するために、Ｈｅガス流路４１を介して、熱伝達用ガスとしてＨｅガスを供給する。

次いで、高周波電源１８から例えば１ＭＨｚ以上２７ＭＨｚ以下の高周波を高周波アンテナ１３に印加し、これにより金属窓として機能するシャワーヘッド２を介してチャンバー４内に均一な誘導電界を生成する。このようにして生成された誘導電界により、チャンバー４内で処理ガスがプラズマ化し、高密度の誘導結合プラズマが生成される。このプラズマにより、基板Ｇに対してプラズマエッチング処理が行われる。

処理ガスとしてはフッ素系や塩素系等の腐食性ガスが用いられ、そのような腐食性ガスがプラズマ化されるため、従来、処理ガスやプラズマに曝されるシャワーヘッドは、腐食を抑制する対策が講じられている。

例えば、特許文献１では、シャワーヘッドの基材に設けられたガス吐出孔の出口側に凹部を形成し、その凹部に円筒状のスリーブを固定し、かつ、基材のプラズマ生成空間側の表面を覆うように耐プラズマ皮膜を形成している。

しかし、処理ガスとして、腐食性の強いガスを用いてエッチングを行う場合、上記特許文献１の技術では不十分なことがある。

すなわち、腐食性の強いガスは、プラズマ化していなくても基材６１に対する腐食性が高く、ガス吐出部５３のガス拡散空間５１側の面およびガス吐出孔５４の表面の耐食性が問題となる。特許文献１では、ガス吐出孔内はスリーブにより腐食対策が取られているが、基材のガス拡散空間側の面は対策が取られていない。一方、特許文献１では、基材のプラズマ空間側の面は耐プラズマ性溶射皮膜が形成されているが、溶射皮膜は多数の気孔が形成されているため、基材の耐ピンホール腐食が問題となる。

これに対し、本実施形態では、シャワーヘッドの本体部５０を、基材６１と、ガス吐出孔５４部分のスリーブ６２と、ガス拡散空間５１側の第１の溶射皮膜６３と、プラズマ生成空間Ｓ側の第２の溶射皮膜６４とで構成し、溶射皮膜に含浸材を含浸させた。第１の溶射皮膜６３により、ガス拡散空間５１側の面の処理ガスに対する耐食性を確保し、含浸材により、溶射皮膜の気孔を介しての基材の腐食をも抑制することができる。また、第２の溶射皮膜６４により、耐プラズマ性を確保し、含浸材により、溶射皮膜の気孔を介しての基材のピンホール腐食をも抑制することができる。また、基材６１のガス吐出孔５４に対応する部分はスリーブ６２により耐食性を確保することができる。これにより、処理ガスによる腐食およびプラズマに対する耐久性により優れたシャワーヘッドを得ることができる。

また、第２の溶射皮膜６４を、気孔率２～３％と低い準緻密溶射皮膜とすることで、耐プラズマ性をより高めることができ、さらに溶射皮膜の準緻密化と含浸材の含浸を組み合わせることで、耐プラズマ性を一層高めることができる。

さらに、含浸材として低粘度で充填性の高いものを用いることにより、準緻密溶射皮膜でも浸透性が高く、溶射皮膜の気孔を確実に充填することができ、溶射皮膜の耐食性、耐プラズマ性、耐ピンホール腐食性を確実に高めることができる。このような含浸材としては樹脂含浸材、例えばエポキシ樹脂が好適である。

さらにまた、第２の溶射皮膜６４を、図３に示すように、含浸部分６４ａが基材６１側の一部分に形成されるようにすることにより、プラズマによる含浸材の消耗を抑えてパーティクルを低減することができる。

ところで、ＦＰＤ基板に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成する場合、Ａｌ膜をエッチングして電極を形成する工程がある。この際には、上述したように、処理ガスとして６０～２００℃、例えば１６０℃の高温のＣｌ_２ガスを用いる。Ｃｌ_２ガスは、それ自体の腐食性が高く、しかも高温であるため、シャワーヘッド２には、より厳しい耐食性および耐プラズマ性が求められるとともに、含浸材の耐熱性も求められる。

このため、処理ガスとして高温のＣｌ_２ガスを用いる場合には、第１の溶射皮膜６３として、Ｃｌ_２ガスや反応生成物であるＨＣｌに対する耐食性の高いＡｌ_２Ｏ_３溶射皮膜を用い、含浸材として、上記特性に加え、さらに耐熱性を有するものを用いることが好ましい。また、第２の溶射皮膜６４として、Ｃｌ_２ガスのプラズマに対する耐性が高いイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）溶射皮膜またはＹ－Ａｌ－Ｓｉ－Ｏ系溶射皮膜等のイットリウム含有酸化物を用い、含浸材として、同様に耐熱性を有するものを用いることが好ましい。

低粘度と高い充填性を有することに加え、耐熱性も有する含浸材としては、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高く、低温焼成可能な耐熱エポキシ樹脂のうち、低粘度のものを用いることが好適である。

処理ガスとして高温のＣｌ_２ガスを用いた場合も、上記構成により、第１の溶射皮膜６３で基材６１の腐食が抑制され、また、第２の溶射皮膜６４でプラズマによる損耗が抑制されるとともに、基材６１のピンホール腐食を抑制できる。これにより、パーティクルを抑制し、ＴＦＴパターンの欠陥を減らすことができる。また、耐プラズマ性が高いため、シャワーヘッド２（ガス吐出部５３）の交換周期（寿命）を延ばすことができる。さらに、含浸材としてエポキシ樹脂を用いることで、耐電圧特性も向上し、プラズマとの間の異常放電を抑制することができる。

次に、実験例について説明する。
まず、含浸材を含浸させた溶射皮膜について実験を行った。
含浸材の材質として、シリカ、２種類のシリコーン樹脂（シリコーンＡ、Ｂ）、２種類のエポキシ樹脂（エポキシＡ，Ｂ）を用い、アルミニウム基材上のアルミナ溶射皮膜に含浸させた。そして、含浸材の浸透性、充填性、耐熱性、含浸後の１６０℃の高温Ｃｌ_２ガスに対する耐食性について評価した。

シリカは、低粘度であり浸透性が高く、耐熱性も高いが、溶射皮膜の気孔に十分充填せず、気孔が残存した。その結果、１６０℃のＣｌ_２ガスに対する耐食試験の際に、気孔を通じてＣｌ_２ガスが基材に達し、基材が腐食した。

シリコーン樹脂は、低粘度で浸透性が高く、組成を調整することにより、高い充填率を得ることができた。しかし、シリコーンＡは硬度が高く、低温焼成でもクラックが発生し、１６０℃のＣｌ_２ガスに対する耐食試験の際に、クラックを通じてＣｌ_２ガスが基材に達し、基材が腐食した。シリコーンＡとは組成が異なるシリコーンＢは、充填性が悪く、１６０℃のＣｌ_２ガスに対する耐食試験の際に、気孔を通じてＣｌ_２ガスが基材に達し、基材が腐食した。

エポキシ樹脂は、高充填性で、溶射皮膜の気孔への充填率が高い。しかし、耐熱タイプではないエポキシＡは、低粘度で浸透性が良好であったものの、耐熱性が低く、８０℃で劣化した。その結果、高温での長期耐久性が不十分であった。エポキシＢは、低粘度でありながら、ガラス転移温度Ｔｇが高く低温焼成可能な高耐熱性であった。その結果、１６０℃のＣｌ_２ガスに対する耐食試験で、基材の腐食が見られなかった。

次に、耐プラズマ性の溶射皮膜について、含浸材を含浸させた効果を把握した。ここでは、サンプル１～４として、アルミニウム基材の上に、以下の溶射皮膜を形成したものを準備した。サンプル１は、基材上に通常溶射によりＹ_２Ｏ_３溶射皮膜を形成したものである。サンプル２は、基材上に準緻密溶射によりＹ_２Ｏ_３溶射皮膜を形成した後、耐熱エポキシ樹脂（エポキシＢ）を含浸させたものである。サンプル３は、基材上に通常溶射によりＹ－Ａｌ－Ｓｉ－Ｏ系混合溶射皮膜を形成したものである。サンプル４は、基材上に準緻密溶射によりＹ－Ａｌ－Ｓｉ－Ｏ系混合溶射皮膜を形成した後、耐熱エポキシ樹脂（エポキシＢ）を含浸させたものである。

これらサンプルについて、耐プラズマ試験を行った。耐プラズマ試験は、処理ガスとして１６０℃のＣｌ_２ガスを用い、チャンバー内圧力：１５ｍＴｏｒｒ、ソースＲＦパワー：６ｋＷ、バイアスＲＦパワー：１ｋＷ、トータル時間：８時間の条件で行った。結果を図４に示す。図４は、サンプル１～４の皮膜消耗量を示す図であり、皮膜消耗量は、通常溶射のＹ－Ａｌ－Ｓｉ－Ｏ系混合溶射皮膜の皮膜消耗量を１として規格化した値である。この図に示すように、Ｙ_２Ｏ_３溶射皮膜およびＹ－Ａｌ－Ｓｉ－Ｏ系混合溶射皮膜のいずれも、準緻密皮膜とし、かつ耐熱エポキシ樹脂を含浸することにより、皮膜消耗量が２０％程度減少することが確認された。

以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

例えば、上記実施形態では、プラズマエッチングを行うプラズマ処理装置として誘導結合プラズマ処理装置を用いた例を示したが、これに限らず、ガス吐出部の基材が金属のシャワーヘッドであれば、容量結合プラズマ処理装置等の他のプラズマ処理装置であってもよい。容量結合プラズマ処理装置等の場合は、シャワーヘッドを分割する必要はない。

また、上記実施形態では、プラズマエッチング装置を例にとって説明したが、それに限らず、プラズマアッシングやプラズマＣＶＤ等の腐食性の高いガスのプラズマを用いるプラズマ処理装置であれば適用可能である。

１；本体容器
２；シャワーヘッド
３；アンテナ室
４；チャンバー
５；支持棚
６；支持梁
７；絶縁部材
１３；高周波アンテナ
１８；第１の高周波電源
２０；処理ガス供給機構
５０；本体部
５１；ガス拡散空間
５２；ベース部
５３；ガス吐出部
５４；ガス吐出孔
６１；基材
６２；スリーブ
６３；第１の溶射皮膜
６４；第２の溶射皮膜
６４ａ；含浸部分
６４ｂ；非含浸部分
１００；制御部
Ｇ；基板

Claims (11)

1. 基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置において、基板が配置され、プラズマが生成されるチャンバー内に、プラズマを生成するための処理ガスを供給するシャワーヘッドであって、
   処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔を有する本体部と、
   前記本体部内に設けられ、処理ガスが導入され、前記複数のガス吐出孔に連通するガス拡散空間と、
   を備え、
   前記本体部は、
   金属からなる基材と、
   前記基材に嵌め込まれ、前記複数のガス吐出孔を規定する複数のスリーブと、
   前記基材の前記ガス拡散空間に接する面に、前記処理ガスに対する耐食性を有する材料を溶射して形成され、含浸材が含浸された第１の溶射皮膜と、
   前記基材の前記チャンバーのプラズマ生成空間に接する面に、前記処理ガスのプラズマに対する耐プラズマ性を有する材料を溶射して形成され、含浸材が含浸された第２の溶射皮膜と、
   を有する、シャワーヘッド。
2. 前記スリーブは、耐食性金属またはセラミックスからなる、請求項１に記載のシャワーヘッド。
3. 前記基材はアルミニウムを含む、請求項１または請求項２に記載のシャワーヘッド。
4. 前記基材は陽極酸化処理されたアルミニウムからなる、請求項３に記載のシャワーヘッド。
5. 前記第１の溶射皮膜および前記第２の溶射皮膜は、セラミックスからなる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のシャワーヘッド。
6. 前記含浸材はエポキシ樹脂からなる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のシャワーヘッド。
7. 前記第２の溶射皮膜は、前記基材側の一部分にのみ前記含浸材が含浸されている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のシャワーヘッド。
8. 前記処理ガスは、６０～２００℃の高温Ｃｌ_２ガスであり、前記第１の溶射皮膜はアルミナ溶射皮膜であり、前記第２の溶射皮膜はイットリウム含有酸化物溶射皮膜である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のシャワーヘッド。
9. 前記イットリウム含有酸化物溶射皮膜は、イットリア溶射皮膜またはＹ－Ａｌ－Ｓｉ－Ｏ系混合溶射皮膜からなる、請求項８に記載のシャワーヘッド。
10. 基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置であって、
    基板を収容するチャンバーと、
    前記チャンバー内で基板を載置する載置台と、
    前記チャンバー内にプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
    前記チャンバー内に、前記載置台と対向するように設けられ、プラズマを生成するための処理ガスを前記チャンバー内に供給する、請求項１から請求項９のいずれか１項のシャワーヘッドと、
    を具備する、プラズマ処理装置。
11. 前記プラズマ生成機構は、高周波アンテナと、前記高周波アンテナに高周波電力を供給する高周波電源とを有し、前記高周波アンテナに高周波電源が供給されることにより、前記チャンバー内の前記プラズマ生成空間に誘導結合プラズマを形成するように構成され、
    前記高周波アンテナは、前記シャワーヘッドの前記チャンバーと反対側の面に面するように設けられ、
    前記シャワーヘッドは、前記チャンバーの天壁をなすように配置され、前記誘導結合プラズマの金属窓として機能し、前記高周波アンテナに流れる高周波電流によって生じる磁界および渦電流が前記チャンバー側に到達するように絶縁部材を介して複数に分割された構造を有している、請求項１０に記載のプラズマ処理装置。

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