(57)【要約】【課題】高真空の装置が必要なく、付随する高度な保守作業も不要とし、多品種・少量のＭＥＭＳ製品の製造を簡便、安価に行える経済性に優れたプラズマ加工装置を提供する。【解決手段】大気圧にてプラズマ放電を発生る一組のプラズマ発生用電極２、３と、プラズマ発生用電極２、３の外側に配置され、プラズマを引き出す開口４１、４２を有する引き出し電極４と、引き出し電極４に対向して配置され、加工用基板５を支持する基板ホルダ６とで構成され、プラズマ発生用電極２、３で発生したプラズマを開口４１、４２から基板ホルダ６方向に引き出して加工用基板５に照射し、開口４１、４２の形状に倣った溝５１、５２を加工用基板５に形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧にてプラズマ放電を発生する一組のプラズマ発生用電極と、該プラズマ発生用電極の外側に配置され、プラズマ引き出し用開口を有する引き出し電極と、該引き出し電極に対向して配置され、加工用基板を支持する基板ホルダと、前記一組のプラズマ発生用電極間にプラズマ生成用ガスを供給するガス供給手段とで構成され、前記プラズマ発生用電極で発生したプラズマを前記引き出し電極の開口から前記基板ホルダ方向に引き出して該基板ホルダに支持された加工用基板に照射し、前記引き出し電極の開口形状に倣った溝ないし孔を加工用基板に形成するようにしたことを特徴とするプラズマ加工装置（マイクロマシニング装置）。
【請求項２】
前記引き出し電極の開口後方に、該引き出し電極の開口から引き出されたプラズマを中性化する中性化手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ加工装置。
【請求項３】
前記プラズマ発生用電極と前記引き出し電極との距離が１ｍｍないし１０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のプラズマ加工装置。
【請求項４】
前記引き出し電極と前記基板ホルダに支持された加工用基板との距離が０．１ｍｍないし１ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のプラズマ加工装置。
【請求項５】
前記電源が１ＫＨｚないし３００ＭＨｚの高周波電源であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ加工装置。
【請求項６】
前記ガス供給手段が水素ガス、希ガス、ハロゲンガス、酸素ガス、窒素ガス、あるいはＣＦ４ガス等ハロゲン含有ガスの少なくとも一種類のガスを供給することを特徴とする請求項１記載のプラズマ加工装置。
【請求項７】
前記プラズマ発生用電極、前記引き出し電極および前記基板ホルダを収納するチャンバを設けるとともに該チャンバに排気手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳマイクロマシニングに適したプラズマ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＥＭＳマイクロマシニングは、半導体微細加工技術を用いて為されてきた。この技術では写真食刻技術が用いられ、まず、試料表面にレジストと呼ばれる感光性樹脂薄膜を形成し、しかる後にこの感光性樹脂を所望のパターンに露光し、エッチングを行いレジストパターンを形成する。その後レジストパターンをマスクとした試料表面エッチングまたは、試料表面への部分的薄膜形成等を行うものであった。
【０００３】
しかし、このような写真食刻を用いる半導体微細加工技術は、集束イオンビームや電子ビームの走査によるものおよび放電加工によるものであり、高真空の加工装置を必要とするとともに、付随する保守作業も高度な技能を必要とする等その経済的負担が極めて大きいものであった。そのため、少品種・超大量生産のＬＳＩ製造に適するものの、多品種・少量のＭＥＭＳを製造するには経済的には引き合わないという欠点があった。
【特許文献１】特開２００１−３２２９００
【特許文献２】特開２０００−６３１９９
【特許文献３】特開平７−１７２９７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、従来の半導体微細加工技術のような高真空の装置が必要なく、付随する高度な保守作業も不要とし、多品種・少量のＭＥＭＳ製品の製造を簡便、安価に行える経済性に優れたプラズマ加工装置およびプラズマ加工方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、大気圧にてプラズマ放電を発生する一組のプラズマ発生用電極と、該プラズマ発生用電極の外側に配置され、プラズマ引き出し用開口を有する引き出し電極と、該引き出し電極に対向して配置され、加工用基板を支持する基板ホルダと、前記一組のプラズマ発生用電極間にプラズマ生成用ガスを供給するガス供給手段とで構成され、前記プラズマ発生用電極で発生したプラズマを前記引き出し電極の開口から前記基板ホルダ方向に引き出して該基板ホルダに支持された加工用基板に照射し、前記引き出し電極の開口形状に倣った溝ないし孔を加工用基板に形成するようにしたことを特徴とするプラズマ加工装置が得られる。
【０００６】
また本発明は、前記引き出し電極の開口後方に、前記引き出し電極の開口から引き出されたプラズマを中性化する中性化手段を設けたことを特徴とするプラズマ加工装置を提供する。
【０００７】
さらに本発明は、前記プラズマ発生用電極と前記引き出し電極との距離が１ｍｍないし１０ｍｍであることを特徴とするプラズマ加工装置を提供する。
【０００８】
また本発明は、前記引き出し電極と前記基板ホルダに支持された加工用基板との距離が０．１ｍｍないし１ｍｍであることを特徴とするプラズマ加工装置を提供する。
【０００９】
さらに本発明は、前記電源が１ＫＨｚないし３００ＭＨｚの高周波電源であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ加工装置を提供する。
【００１０】
また本発明は、前記ガス供給手段が水素ガス、希ガス、ハロゲンガス、酸素ガス、窒素ガス、あるいはＣＦ４ガス等ハロゲン含有ガスの少なくとも一種類のガスを供給すること
を特徴とするプラズマ加工装置を提供する。
【００１１】
さらに本発明は、前記プラズマ発生用電極、前記引き出し電極および前記基板ホルダを収納するチャンバを設けるとともに該チャンバに排気手段を設けたことを特徴とするプラズマ加工装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、大気圧にてプラズマ放電を発生するプラズマ発生用電極を備えているので、高真空の装置が必要でなく、付随する高度な保守作業も不要となり、格段に経済性に優れたプラズマ加工装置が得られる。
【００１３】
しかも、プラズマ発生用電極で発生したプラズマを引き出し電極の開口から基板ホルダ方向に引き出して加工用基板に照射し、引き出し電極の開口形状に倣った溝ないし孔を加工用基板に形成するように構成したので、引き出し電極の開口形状そのものを加工用基板表面に形成するパターンと同じにすることで加工用基板に写真食刻用マスクを形成することなくマイクロマシニングが可能となる。
【００１４】
また、引き出し電極の開口後方に、開口から引き出されたプラズマを中性化する中性化手段を設けたので、空間電荷による影響を無くするとともに加工用基板のチャージアップ防止を実現でき、加工用基板が絶縁性材料であってもマイクロマシニングが可能となる。
【００１５】
さらに、プラズマ発生用電極と引き出し電極との距離を１ｍｍないし１０ｍｍとしたので、開口から引き出されるプラズマのエネルギー減衰が抑えられ、加工用基板を効率よく加工できる。
【００１６】
また、引き出し電極と基板ホルダに支持された加工用基板との距離を０．１ｍｍないし１ｍｍとしたので、エネルギーの減衰が抑えられるとともにエネルギービームの拡散が抑えられ、加工用基板表面に微細な加工が可能になる。
【００１７】
また、電源が１ＫＨｚないし３００ＭＨｚの高周波電源であると、大気圧にてプラズマ放電を容易に発生させることができるとともに、工業用に広く使われている安価なＲＦ電源を利用でき、簡便・安価なプラズマ加工装置が得られる。
【００１８】
さらに、ガス供給手段が水素ガス、希ガス、ハロゲンガス、酸素ガス、窒素ガス、あるいはＣＦ４ガス等ハロゲン含有ガスの少なくとも一種類のガスを供給するようにしたので、各種加工用基板に対応して最適なガスを用いてプラズマを発生させ、効率良い加工が可能になる。
【００１９】
また、プラズマ発生用電極、引き出し電極および基板ホルダをチャンバに収納するとともにチャンバに排気手段を設けることにより、使用したガスあるいは反応により生成したガスの拡散を防止して、各種ガスを用いても安全に加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態のプラズマ加工装置の構成を示す要部断面図である。図１を参照すると、１は外気と加工用空間を遮断するチャンバ、２、３はチャンバ１内に平行に配置されたプラズマ発生用電極、４はプラズマ発生用電極２、３の外にプラズマを引き出す引き出し電極、５は加工用基板としてのシリコンウエーハ、６はシリコンウエーハ５を支持する基板ホルダである。
【００２１】
プラズマ発生用電極２、３には高周波電源８より１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を供給するとともに直流電源１０により直流電圧を加えて、プラズマ放電を調整する構成としている。
【００２２】
プラズマ発生用電極２、３は、各々厚さが３mmのカーボン板であり、ギャップは５mmとなっている。プラズマ発生用電極３には開口部３１、３２が設けられており、プラズマ発生用電極２、３にて囲まれた空間で発生したプラズマが開口部３１、３２を通して外部に誘導される構成となっている。
【００２３】
引き出し電極４は、厚さが５mmのカーボン板であり、プラズマ発生用電極３と５ｍｍの距離を保ち平行に配置されており、電気的に接地されている。引き出し電極４には所定パターンを有する開口４１，４２が開口部３１、３２に対応して設けられていて、開口４１，４２のパターン形状は開口部３１、３２の面積より小さくなっており、それらをプラズマ発生用電極３に投影した場合、開口部３１、３２の範囲に納まるよう正確に位置決めがなされている。
【００２４】
開口４１，４２の下方には開口４１，４２を囲む金属板の中性化機構４６，４７が各々設けられており、中性化機構４６，４７は引き出し電極４を介して接地されている。
【００２５】
引き出し電極４の下方には０．５ｍｍの距離を保ち引き出し電極４に平行にシリコンウエーハ５が配置されている。シリコンウエーハ５は径が２インチ、厚さが２００μmの基板である。
【００２６】
なお、７はプラズマ発生用電極２、３により囲まれた空間にチャンバ１に外から放電用ガスを導入するガス供給管、９はチャンバ１内のガスを排気するガス排気管である。
【００２７】
次にこのようなプラズマ加工装置の動作について説明する。
まず、ガス供給管７よりアルゴンガスを供給するとともにプラズマ発生用電極２、３に高周波電源８よりＲＦ電力を供給してプラズマ発生用電極２、３にて囲まれた空間にプラズマ放電を発生させる。このときチャンバ1内の気圧はほぼ大気圧に等しく調整してあり、ＲＦ電力は、電圧２００Vで２００Ｗに調整している。
【００２８】
ここで発生したプラズマの一部は、開口部３１、３２より飛び出して引き出し電極４の方向に向かう。引き出し電極４とプラズマ発生用電極３との距離は５ｍｍであるので、飛び出してきたプラズマはエネルギーをほとんど失うことなく、開口部３１、３２に各々対応する開口４１，４２を通過する。
【００２９】
開口４１，４２を通過したプラズマは、開口４１，４２の下方に設けられた中性化機構４６，４７の側面より生じた電子と結合して中和され、原子線のエネルギービームとなる。
【００３０】
このエネルギービームは、シリコンウエーハ５と引き出し電極４との間を通過してシリコンウエーハ５に衝突する。その際の衝突方向はシリコンウエーハ５と引き出し電極４とが０．５ｍｍの距離を保って平行に配置されているので、垂直である。シリコンウエーハ５はエネルギービーム衝突によりその表面から掘り込まれて溝５１、５２が形成される。
【００３１】
従って、溝５１、５２の形状は開口４１，４２のパターン形状に正確に倣ったものとなる。この状態を一定時間継続すると溝５１、５２はシリコンウエーハ５を貫通する孔となる。
【００３２】
このような構成のプラズマ加工装置において、開口４１，４２のパターン形状を自由に選択することにより、開口４１，４２のパターン形状に倣った１０nmないし１００μmの幅を有する微細溝あるいは微細貫通孔をシリコンウエーハ５に効率よく形成することができる。
【００３３】
以上の実施の形態のプラズマ加工装置では、加工用基板としシリコンウエーハを用いたが、加工用基板はシリコンウエーハに限られるものではなく、ＧａＡｓ基板、その他の半導体基板であってもよい。また、エネルギービームが中性化された原子線であり、加工用基板がチャージアップされることがないので、窒化シリコンあるいはガラスなどの絶縁性基板であっても加工が可能である。
【００３４】
プラズマ発生用電極と引き出し電極との距離は、開口から引き出されるプラズマのエネルギー減衰を考慮し、１ｍｍないし１０ｍｍの範囲で調整することができる。またプラズマ発生用電極と引き出し電極に位置決め機構を設けることにより、それらを正確に位置決めして高精度で組み立てることができる。
【００３５】
引き出し電極と加工用基板との距離は、加工に求められる精度や加工時間を考慮して０．１ｍｍないし１ｍｍの範囲で調整することが望ましい。
【００３６】
高周波電源８は１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を供給するものであったが、放電を発生させるものとして、周波数としては１３．５６ＭＨｚに限らず１ＫＨｚないし３００ＭＨｚを使用してもよい。また１ＫＨｚないし３００ＭＨｚのパルス性の電力であってもよい。
【実施例】
【００３７】
図２は、図１に示した本発明の実施の形態のプラズマ加工装置により加工されたシリコンウエーハ加工例の要部平面図である。同図において５３はシリコンウエーハ５に形成され、中心から外側に向かって伸びた四角い渦巻状パターン溝であり、渦巻状パターン溝５３の溝幅は３０μm、その深さは１０μm、また溝間隔は５０μmとなっている。  
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係るプラズマ加工装置は、高真空の装置が必要なく、付随する高度な保守作業も不要とし、多品種・少量のＭＥＭＳ製品の製造が簡便、安価に行えるという経済的効果発揮するため、産業上大きな寄与がある。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態のプラズマ加工装置の構成を示す要部断面図である。
【図２】本発明の実施の形態のプラズマ加工装置に係わるシリコンウエーハ加工例の要部平面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  チャンバ  
２、３  プラズマ発生用電極  
４  引き出し電極      
５  シリコンウエーハ
６  基板ホルダ
７  ガス供給管
８  高周波電源
９  ガス排気管
１０  直流電源
３１、３２    開口部
４１、４２    開口  
４６、４７    中性化機構
５１、５２    溝
５３  渦巻状パターン溝
【図１】
2006216585.tif 000003
【図２】
2006216585.tif 000004