(57)【要約】【課題】パターンニング形状を制御でき、かつ、加工精度に優れた加工方法及び装置を提供する。【解決手段】真空容器１内に、ガス供給装置２からガスを導入しつつ、ターボ分子ポンプ３により排気を行い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、コイル用高周波電源４により高周波電力をコイル６に供給することにより、真空容器１内にプラズマを発生させる。マスク９と基板８の距離を徐々に変化させながらエッチング加工することにより、パターンニング形状を制御することができた。【選択図】図１
2006324691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を載置する電極、または、前記被処理物の近傍に配置されたマイクロプラズマ源に高周波電力を印加することでマイクロプラズマを発生させ、マイクロプラズマから噴出される活性粒子を被処理物に曝すことで、前記被処理物を処理する加工方法であって、
マイクロプラズマ源と被処理物との距離を変化させつつ被処理物をエッチング加工すること
を特徴とする加工方法。
【請求項２】
マイクロプラズマ源と被処理物との距離を徐々に大きくしていくことを特徴とする請求項１記載の加工方法。
【請求項３】
マイクロプラズマ源と被処理物との距離を徐々に小さくしていくことを特徴とする請求項１記載の加工方法。
【請求項４】
被処理物を載置する電極とマイクロプラズマ源の両方に高周波電力を印加することを特徴とする請求項１記載の加工方法。
【請求項５】
被処理物の近傍に配置されたマイクロプラズマ源と、前記被処理物を載置する電極、または、マイクロプラズマ源に高周波電力を印加する高周波電源と、前記マイクロプラズマ源と前記被処理物との距離を計測する距離計測装置と、前記マイクロプラズマ源と前記被処理物との距離を変化させる距離制御装置とを備えたこと
を特徴とする加工装置。
【請求項６】
距離制御装置は、発生させたマイクロプラズマを停止することなく動作可能であることを特徴とする請求項５記載の加工装置。
【請求項７】
マイクロプラズマ源と被処理物の距離を徐々に大きく、または徐々に小さくするよう、プログラム可能であることを特徴とする請求項５記載の加工装置。
【請求項８】
被処理物を載置する電極とマイクロプラズマ源の両方に高周波電力を印加する複数の高周波電源を備えたこと
を特徴とする請求項５記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工方法及び装置に関し、特にレジストマスクを不要とするノンコンタクトマスク加工手段や、マイクロプラズマ源を用いた加工手段に特徴がある。
【背景技術】
【０００２】
一般に、表面に薄膜が形成された基板に代表される被処理物にパターンニング加工を行う場合、レジストプロセスが用いられる。その一例を図６に示す。図６において、まず、被処理物２５の表面に感光性レジスト２６を塗布する（ａ）。
【０００３】
次に、露光機を用いて露光した後現像すると、レジスト２６が所望の形状にパターンニングできる（ｂ）。そして、被処理物２５を真空容器内に載置し、真空容器内にプラズマを発生させ、レジスト２６をマスクとして被処理物２５をエッチング加工すると、被処理物２５の表面が所望の形状にパターニングされる（ｃ）。最後に、レジスト２６を酸素プラズマや有機溶剤などで除去することで、加工が完了する（ｄ）。
【０００４】
以上のようなレジストプロセスは、微細パターンを精度良く形成するのに適しているため、半導体などの電子デバイスの製造において重要な役割を果たすに至った。また、工程が複雑であるという欠点もある。
【０００５】
そこで、レジストプロセスを用いない新しい加工方法が検討されている。その一例として、図７にノンコンタクトマスクエッチングの概念図を示す。真空容器１内に配置された電極７上に被処理物８を載置し、真空容器１内にガス供給装置２よりガスを供給しつつ、排気装置３により真空容器１内を排気し、真空容器１内を所定の圧力に制御しながら、プラズマ源用高周波電源４より、プラズマ源としての誘電板５上に配置されたコイル６に高周波電力を供給することにより、真空容器１内にプラズマを発生させ、被処理物８の近傍に配置させたマスク９に設けられた微小な貫通穴を通じてプラズマから漏れ出る活性粒子を被処理物８に作用させ、被処理物を加工する方法である。
【０００６】
また、別例として、図８にマイクロプラズマエッチングの概念図を示す。被処理物８の近傍に配置することが可能なマイクロプラズマ源１７に高周波電力を供給してマイクロプラズマを発生させ、マイクロプラズマから漏れ出る活性粒子を被処理物８に作用させ、被処理物を加工する方法である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来例で述べた被処理物の加工において、この被処理物の表面に形成されるパターンニング形状を制御することが困難であるという問題が生じることがある。その結果、加工精度が低下するという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、パターンニング形状を制御でき、かつ、加工精度に優れた加工方法及び装置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】
【０００９】
本願の第１発明の加工方法は、被処理物を載置する電極、または、前記被処理物の近傍に配置されたマイクロプラズマ源に高周波電力を印加することでマイクロプラズマを発生させ、マイクロプラズマから噴出される活性粒子を被処理物に曝すことで、前記被処理物を処理する加工方法であって、マイクロプラズマ源と被処理物との距離を変化させつつ被処理物をエッチング加工することを特徴とする。
【００１０】
本願の第１発明の加工方法において、好適には、マイクロプラズマ源と被処理物との距離を徐々に大きくしていくことが望ましい。あるいは、マイクロプラズマ源と被処理物との距離を徐々に小さくしていってもよい。
【００１１】
また、好適には、被処理物を載置するための電極に高周波電力を印加することが望ましい。
【００１２】
また、本願の第２発明の加工装置は、被処理物の近傍に配置されたマイクロプラズマ源と、前記被処理物を載置する電極、または、マイクロプラズマ源に高周波電力を印加する高周波電源と、前記マイクロプラズマ源と前記被処理物との距離を計測する距離計測装置と、前記マイクロプラズマ源と前記被処理物との距離を変化させる距離制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本願の第２発明の加工装置において、好適には、距離制御装置は、発生させたマイクロプラズマを停止することなく動作可能であることが望ましい。
【００１４】
また、好適には、マイクロプラズマ源と被処理物の距離を徐々に大きく、または徐々に小さくするよう、プログラム可能であることが望ましい。
【００１５】
更に、好適には、被処理物を載置するための電極に高周波電力を印加するための高周波電源を備えることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
以上の説明から明らかなように、本願の第１発明の加工方法によれば、被処理物を載置する電極、または、前記被処理物の近傍に配置されたマイクロプラズマ源に高周波電力を印加することでマイクロプラズマを発生させ、マイクロプラズマから噴出される活性粒子を被処理物に曝すことで、前記被処理物を処理する加工方法であって、マイクロプラズマ源と被処理物との距離を変化させつつ被処理物をエッチング加工するため、パターンニング形状を制御でき、かつ、加工精度に優れた加工を行うことができる。
【００１７】
また、本願の第２発明の加工装置によれば、被処理物の近傍に配置されたマイクロプラズマ源と、前記被処理物を載置する電極、または、マイクロプラズマ源に高周波電力を印加する高周波電源と、前記マイクロプラズマ源と前記被処理物との距離を計測する距離計測装置と、前記マイクロプラズマ源と前記被処理物との距離を変化させる距離制御装置とを備えたため、パターンニング形状を制御でき、かつ、加工精度に優れた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】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１乃至図３を参照して説明する。
【００１９】
図１に、本発明の第１実施形態に係る誘導結合型プラズマ源を搭載した加工装置の断面図を示す。図１において、真空容器１内にガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ３により排気を行い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、コイル用高周波電源４により周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、プラズマ源としての誘電板５上のコイル６に供給することにより、真空容器１内にプラズマが発生する。電極７上には、被処理物としての基板８が載置される。アルミニウム（導体）製のマスク９は、基板８の近傍に配置され、マスク９には微小な貫通穴が設けられている。マスク用高周波電源１０より、マスク９に５００ｋＨｚの高周波電力を供給することができる。マスク９の端部に距離計測装置としてのレーザー変位計１１が設けられており、基板８とマスク９との距離が計測できる。レーザー変位計１１により得られた情報は、距離制御装置としてのモーター１２にフィードバックされ、ギアボックス１３を介してマスク９の位置を変化させることにより、基板８とマスク９の距離が所望の値に保たれる。また、シーケンサ１４により、マスク９と基板８の距離を徐々に大きく、または徐々に小さくするよう、プログラム可能となっている。
【００２０】
図２に、本発明の第１実施形態に係る被処理物の加工方法の概念図を示す。マスク９には微小な貫通穴１５が多数設けられており、マスク９に印加される高周波電力の影響により、マスク９の表面にはイオンシースが形成される。イオンシースにおいて、プラズマ中の活性粒子であるイオン１６はマスク９の方向に加速されるが、貫通穴１４を通じて漏れ出たイオン１６が、基板８に高い運動エネルギーをもって衝突する。この作用により、基板８或いは基板８上に形成された薄膜などがエッチング加工され、マスク形状が転写される。
【００２１】
このとき、マスク９と基板８との距離を徐々に大きくしていくと、貫通穴１５から基板８へ向かうイオン束の広がりにより、基板８上の被エッチング領域が大きくなってくる。その結果、図３に示すような順テーパー形状を得ることが可能となる。なお、真空容器１内に発生させたプラズマを停止することなく、モーター１２の動作を行えるよう、レーザー変位計１１からのフィードバック用信号線等にはシールド対策が施されている。
【００２２】
マスク９と基板８との距離を徐々に小さくした場合も、同様の順テーパー形状を得ることができる。
【００２３】
以下に、具体的な加工条件の一例を示す。４フッ化炭素ガスを１００ｓｃｃｍ供給し、真空容器１内の圧力を１Ｐａに保ちながら、コイル６に１０００Ｗの高周波電力を供給し、真空容器１内にプラズマを発生させる。マスク９に２００Ｗの高周波電力を供給しつつ、マスク９と基板８の距離を１００μｍ／分の速度で５０μｍから３５０μｍまで３分間で変化させながら、基板８上に形成された多結晶シリコン膜のエッチングを行った。このとき、多結晶シリコン膜が６００ｎｍエッチングされ、断面形状は順テーパー形状であった。また、パターン底の寸法とパターン表面の寸法の差は１．２μｍであり、テーパー角は４５度であった。
【００２４】
以上述べた本発明の第１実施形態において、真空容器内にプラズマを発生させるために、誘導結合型プラズマ源を用いた場合を例示したが、アンテナ式プラズマ源、マイクロ波プラズマ源、平行平板型プラズマ源、電子サイクロトロン共鳴型プラズマ源など、様々なプラズマ源を用いることができる。
【００２５】
また、マスクが導体であり、かつ、マスクに高周波電力を印加する場合を例示したが、マスクに負の直流電圧を印加してもよい。或いは、絶縁体のコーティングを施されたマスクに、高周波電力を印加してもよい。或いは、被処理物を載置するための電極に高周波電力を印加することによっても、同様の加工を行うことができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図３乃至図５を参照して説明する。
【００２７】
図４に、本発明の第２実施形態に係るマイクロプラズマ源を搭載した加工装置の断面図を示す。図４において、電極１８上に載置された被処理物としての基板８の近傍に、マイクロプラズマ源１７が配置され、マイクロプラズマ源１７に１００ＭＨｚの高周波電力を印加することにより、マイクロプラズマが発生する。このマイクロプラズマから漏れ出る活性粒子を基板８に作用させ、基板８を加工することができる。マイクロプラズマ源１７の端部に距離計測装置としてのレーザー変位計１１が設けられており、基板８とマイクロプラズマ源１７との距離が計測できる。レーザー変位計１１により得られた情報は、距離制御装置としてのモーター１２にフィードバックされ、ギアボックス１３を介してマイクロプラズマ源１７の位置を変化させることにより、基板８とマイクロプラズマ源１７の距離が所望の値に保たれる。また、シーケンサ１４には、マイクロプラズマ源１７と基板８の距離を徐々に大きく、または徐々に小さくなるようにプログラムが組み込まれている。
【００２８】
図５は、マイクロプラズマ源１７を図４の破線Ａで切った断面図である。２枚の石英ガラス板１９及び２０が接着され、その間にキャピラリ２１が形成されている。反応ガスはキャピラリ２１の内部に導入され、基板８に向かってマイクロプラズマとなって噴出される。高周波電極２２と接地電極２３が石英ガラス板１９及び２０の両側に設けられ、高周波電極２２には高周波電源２４より高周波電力が供給される。マイクロプラズマ源１７は１Ｐａから数気圧まで動作可能であるが、典型的には１０３Ｐａから大気圧までの範囲の圧力で動作する。
【００２９】
このとき、マイクロプラズマ源１７と基板８との距離を徐々に大きくしていくと、マイクロプラズマ源１７から基板８へ向かう活性粒子の流れの広がりにより、基板８上の被エッチング領域が大きくなってくる。その結果、図３に示すような順テーパー形状を得ることが可能となる。なお、発生させたマイクロプラズマを停止することなく、モーター１２の動作を行えるよう、レーザー変位計１１からのフィードバック用信号線等にはシールド対策が施されている。
【００３０】
マイクロプラズマ源１７と基板８との距離を徐々に小さくした場合も、同様の順テーパー形状を得ることができる。
【００３１】
以下に、具体的な加工条件の一例を示す。６フッ化硫黄ガスを５％含むヘリウムガスを２ｓｌｍ供給し、大気圧下でマイクロプラズマ源１７に１０Ｗの高周波電力を供給し、真空容器１内にプラズマを発生させる。マイクロプラズマ源１７と基板８の距離を２００μｍ／分の速度で５００μｍから１０００μｍまで２．５分間で変化させながら、シリコン基板８のエッチングを行った。このとき、シリコン基板が５μｍエッチングされ、断面形状は順テーパー形状であった。また、パターン底の寸法とパターン表面の寸法の差は１０μｍであり、テーパー角は４５度であった。
【００３２】
以上述べた本発明の第２実施形態において、マイクロプラズマ源として平行平板型キャピラリタイプのものを用いる場合を例示したが、誘導結合型キャピラリタイプなど、他方式のキャピラリタイプや、マイクロギャップ方式、誘導結合型チューブタイプなど、様々なマイクロプラズマ源を用いることができる。
【００３３】
また、被処理物を載置するための電極に高周波電力を印加することにより、マイクロプラズマ中のイオンを引き込む作用を強めることも可能である。
【００３４】
以上述べた本発明の実施形態においては、本発明の適用範囲のうち、真空容器の形状、プラズマ源の構造及び配置等に関して様々なバリエーションのうちの一部を例示したに過ぎない。本発明の適用にあたり、ここで例示した以外にも様々なバリエーションが考えられることは、いうまでもない。
【００３５】
また、多結晶シリコンやシリコン基板をエッチング加工する場合を例示したが、加工対象はこれらに限定されるものではなく、本発明は、種々の基板の加工、または、種々の膜がコーティングされた被処理物の加工に適用できる。
【００３６】
また、エッチング加工に際して４フッ化炭素や６フッ化硫黄ガスを用いる場合を例示したが、ガスはこれに限定されるものではなく、被処理物の材質に応じて、マスクまたはマイクロプラズマ源を構成する物質とのエッチング選択比が高められるガスを選定することができる。
【００３７】
また、距離計測装置としてレーザー変位計を用いる場合を例示したが、接触式センサや、原子間力を利用した非接触センサなどを利用することもできる。これらは、可能なコストと必要な精度に応じて選択することができる。
【００３８】
また、マスクまたはマイクロプラズマ源と被処理物の距離を変化させながらエッチング加工する場合を例示したが、プラズマが停止している状態で距離を変化させる工程と、ある距離に保ちながらプラズマを発生させて加工する工程を繰り返してもよい。或いは、プラズマを継続して発生させながら、マスクまたは基板を載置する電極に印加する高周波電力または直流電力を停止した状態で距離を変化させる工程と、ある距離に保ちながらマスクまたは基板を載置する電極に高周波電力または直流電力を供給して加工する工程を繰り返してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、特にレジストマスクを不要とするノンコンタクトマスク加工手段や、マイクロプラズマ源を用いた加工手段に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る加工装置の構成を示す断面図
【図２】本発明の第１実施形態に係る被処理物の加工方法の概念図
【図３】本発明の実施形態における加工形状を示す図
【図４】本発明の第２実施形態に係る加工装置の構成を示す断面図
【図５】本発明の第２実施形態に係るマイクロプラズマ源の断面図
【図６】従来例で用いたパターンニング工程を示す図
【図７】従来例で用いた加工装置の構成を示す断面図
【図８】従来例で用いた加工装置の構成を示す断面図
【符号の説明】
【００４１】
１    真空容器
２    ガス供給装置
３    ターボ分子ポンプ
４    コイル用高周波電源
５    誘電板
６    コイル
７    電極
８    基板
９    マスク
１０  マスク用高周波電源
１１  レーザー変位計
１２  モーター
１３  ギアボックス
１４  シーケンサ
【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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【図６】
2006324691.tif 000008
【図７】
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【図８】
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