(57)【要約】【課題】広く均一な加工面を得ることができるプラズマプロセス装置およびプラズマプロセス方法を提供する。【解決手段】このプラズマプロセス装置によれば、電極２０に形成された吸引口２８から、プロセスガスを吸い込むので、ラジカルと基板１６の表面との反応で生成した反応生成物が基板１６の表面に付着することを抑制できる。また、電極２０の吸引口２８は回転軸Ｊ１上にないので、電極２０が中心軸Ｊ１を回転軸Ｊ１として回転すると、電極２０の吸引口２８は中心軸Ｊ１の周りの円周軌道に沿って周回運動する。したがって、加工中に、吸引口２８に起因して電界強度が低下する箇所およびガス吸入量が低下する箇所が軸周りの円周軌道を常時移動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスガスが導入される処理室と、
上記処理室内に配置した被処理体に対向させて上記被処理体と交差する所定の中心軸を回転軸として回転されると共に上記プロセスガスをプラズマにするための電極とを備え、
上記電極は、
上記被処理体に対向する対向表面に形成されていると共にプロセスガスを吸引するための吸引口と、
上記吸引口に連通していると共に上記吸引口から吸引したプロセスガスを排気する排気口とを有し、
上記吸引口は、
上記電極の対向表面のうちの上記電極の対向表面と上記回転軸とが交差する点とは異なる部分に形成されていることを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマプロセス装置において、
上記電極の排気口のコンダクタンスを、上記電極の吸引口のコンダクタンスよりも大きくしたことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマプロセス装置において、
上記排気口から排気されたプロセスガスが導入される排気空間を形成する電極周囲部材を備え、
上記電極周囲部材は、
上記吸引口が形成された上記対向表面と上記排気口が形成された背面との間の上記電極の周面と対向する口部を有し、
上記口部と上記電極の周面との間の間隙のコンダクタンスは、上記吸引口のコンダクタンスよりも小さいことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のプラズマプロセス装置において、
上記排気口から排気されたプロセスガスが導入される排気空間を形成する電極周囲部材を備え、
上記電極周囲部材は、
上記排気口が形成された上記電極の背面に軸方向に対向する背面対向部を有し、
上記背面対向部と上記電極の背面との間の間隙のコンダクタンスは、上記吸引口のコンダクタンスよりも小さいことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載のプラズマプロセス装置において、
上記電極の吸引口を、上記回転軸に関して軸対称に形成したことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つに記載のプラズマプロセス装置において、
上記電極の吸引口と排気口とを連通する流路の内壁面と、上記電極の上記対向表面とが湾曲面で連続的に連なっていることを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１つに記載のプラズマプロセス装置において、
上記プラズマを上記被処理体の表面に接触させるように上記電極と上記被処理体との間の間隙を有した状態で上記電極を上記被処理体の表面に沿って平行移動させる平行駆動部を備えることを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１つに記載のプラズマプロセス装置において、
上記電極と上記被処理体の表面との間の距離を一定に保つ機構を備えることを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項９】
処理室にプロセスガスを導入し、
上記処理室内に被処理体を配置して、この被処理体に電極を対向させると共に上記電極を所定の中心軸を回転軸として回転させて上記プロセスガスをプラズマにし、
上記電極は、上記被処理体に対向する対向表面のうちの上記回転軸と上記電極の表面とが交差する点とは異なる部分に形成されている吸引口から上記プロセスガスを吸引して排気口から排気することを特徴とするプラズマプロセス方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のプラズマプロセス方法において、
上記被処理体は、
III族窒化物半導体から成る基板であることを特徴とするプラズマプロセス方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載のプラズマプロセス方法において、
上記プロセスガスは、
塩素ガスと希ガスとの混合ガスであることを特徴とするプラズマプロセス方法。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれか１つに記載のプラズマプロセス方法において、
上記III族窒化物半導体を、このIII族窒化物半導体の塩化物の沸点以上に加熱することを特徴とするプラズマプロセス方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマを用いてプロセスを行うプラズマプロセス装置およびプラズマプロセス方法に関し、一例として、回転機構を具備した電極を有するプラズマプロセス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被処理基板に対してその表面に損傷を与えることなく、無歪で加工する方法として、ラジカル反応を利用した技術が、特許文献１(特許第２５２１１２７号公報)等に開示されている。この加工方法のうちで、プラズマを用いるものは、特に、プラズマＣＶＭ(Ｃhemical Ｖaporization Ｍachining)と呼ばれている。
【０００３】
このプラズマＣＶＭは、プラズマによって高密度に生成された中性ラジカルを被処理基板の表面に作用させ、被処理基板の表面の構成原子や分子と、中性ラジカルとの化学的な反応によって化合物を生成し、それを気化させて被処理基板を加工する無歪加工方法である。
【０００４】
ところで、プラズマＣＶＭを用いて被処理基板を加工した際、ラジカルと被処理基板材料との反応によって生成する反応生成物が基板表面に付着し、所望の加工が行えないという課題があった。
【０００５】
そこで、この課題を解決するための技術が、特許文献２(特許第３７０６４１４号公報)に開示されている。すなわち、この技術では、図７に示すように、プラズマを生成するための電極１０１の形状を筒状とし、先端部と基板１０４との間でプラズマ１０２を生成する。そして、電極１０１の内部の流路１０３から反応ガスおよび反応生成物を吸引することによって、反応生成物が基板１０４の表面へ付着することを抑制している。
【０００６】
ところで、この後者の技術では、電極１０１で加工を行った場合、加工断面の形状が単調な形状ではなく、中央部が盛り上がったような複雑な形状の加工痕が得られている。この原因は、電極１０１の形状が内部に流路１０３を有した筒状であることに起因して、この筒状の電極１０１の中心部(流路１０３)の下方に相当する基板１０４の箇所では電界強度が低くなる上にガスの流入が行われ難くなって、基板１０４の表面にラジカルが到達し難い状態になっているからであると考えられる。
【０００７】
そこで、上記筒状の電極１０１の管径を小さくした場合は、基板の均一な形状の加工痕が得られるものの、同時に加工面積が小さくなってしまう欠点が生じる。つまり、微細な加工を行う場合は、加工面積が小さいほど好ましいが、基板全面に対してプラズマ処理を行う場合は、加工面積を大きくする必要がある。
【０００８】
これに対し、加工面積を大きくするために管径の大きい電極を使用すると、前述した如く、加工断面の形状が均一でない複雑な形状となる。このような複雑な形状の加工痕が生じる状態で、基板の全面を加工した場合、基板の表面が平坦となるようにするための基板の搬送の制御や加工量の制御が非常に困難になっていた。
【特許文献１】特許第２５２１１２７号公報
【特許文献２】特許第３７０６４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、この発明の課題は、広く均一な加工面を得ることができるプラズマプロセス装置およびプラズマプロセス方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、この発明のプラズマプロセス装置は、プロセスガスが導入される処理室と、
上記処理室内に配置した被処理体に対向させて上記被処理体と交差する所定の中心軸を回転軸として回転されると共に上記プロセスガスをプラズマにするための電極とを備え、
上記電極は、
上記被処理体に対向する対向表面に形成されていると共にプロセスガスを吸引するための吸引口と、
上記吸引口に連通していると共に上記吸引口から吸引したプロセスガスを排気する排気口とを有し、
上記吸引口は、
上記電極の対向表面のうちの上記回転軸と上記電極の対向表面とが交差する点とは異なる部分に形成されていることを特徴としている。
【００１１】
この発明のプラズマプロセス装置によれば、電極の対向表面に形成された吸引口から、プロセスガスを吸い込むので、ラジカルと被処理体の表面との反応で生成した反応生成物が被処理体の表面に付着することを抑制できる。また、上記電極の吸引口は上記回転軸上にないので、電極が上記中心軸を回転軸として回転すると、電極の吸引口は上記中心軸の周りの円周軌道に沿って周回運動する。したがって、この発明によれば、加工中に、電極の吸引口の位置が電極の中心軸上の１箇所に固定されずに上記円周軌道を移動するので、吸引口に起因して電界強度が低下する箇所およびガス吸入量が低下する箇所が軸周りの円周軌道を常時移動する。
【００１２】
したがって、この発明によれば、上記中心軸上に吸引口が存在する場合と異なり、吸引口を小さくする必要がなく、被処理体に対して均一性が高くて広い面加工が可能となる。また、この発明は、電極の吸引口を偏心させるという比較的簡易な加工でもって低コストで実現できる。
【００１３】
また、一実施形態のプラズマプロセス装置は、上記電極の排気口のコンダクタンスを、上記電極の吸引口のコンダクタンスよりも大きくした。
【００１４】
この実施形態のプラズマプロセス装置によれば、吸引口を小径化した場合に、吸引口からのガスの吸引量が低下することを抑制できる。
【００１５】
また、一実施形態のプラズマプロセス装置は、上記排気口から排気されたプロセスガスが導入される排気空間を形成する電極周囲部材を備え、
上記電極周囲部材は、
上記吸引口が形成された上記対向表面と上記排気口が形成された背面との間の上記電極の周面と対向する口部を有し、
上記口部と上記電極の周面との間の間隙のコンダクタンスは、上記吸引口のコンダクタンスよりも小さい。
【００１６】
この実施形態のプラズマプロセス装置によれば、電極の吸引口から吸引するガスの流量を、電極周囲部材の口部と電極の周面との間の間隙から吸引するガスの流量よりも多くして、吸引口からのガスの吸引量を確保できる。
【００１７】
また、一実施形態のプラズマプロセス装置は、上記排気口から排気されたプロセスガスが導入される排気空間を形成する電極周囲部材を備え、
上記電極周囲部材は、
上記排気口が形成された上記電極の背面に軸方向に対向する背面対向部を有し、
上記背面対向部と上記電極の背面との間の間隙のコンダクタンスは、上記吸引口のコンダクタンスよりも小さい。
【００１８】
この実施形態のプラズマプロセス装置によれば、電極の背面に電極周囲部材の背面対向部を軸方向に対向させているので、電極の周面に電極周囲部材を径方向に対向させる場合に比べて、電極と電極周囲部材との間の隙間の寸法精度を確保し易くできる。また、この実施形態によれば、電極の吸引口から吸引するガスの流量を、電極周囲部材の背面対向部と電極の背面との間の間隙から吸引するガスの流量よりも多くして、吸引口からのガスの吸引量を確保できる。
【００１９】
また、一実施形態のプラズマプロセス装置は、上記電極の吸引口を、上記回転軸に関して軸対称に形成した。
【００２０】
この実施形態のプラズマプロセス装置によれば、電極の吸引口が軸対称なので、電極における径方向(例えば水平方向)の重量のバランスが均一になり、電極の回転時に回転軸の振れを小さくすることができる。
【００２１】
また、一実施形態のプラズマプロセス装置は、上記電極の吸引口と排気口とを連通する流路の内壁面と、上記電極の上記対向表面とが湾曲面で連続的に連なっている。
【００２２】
この実施形態のプラズマプロセス装置によれば、電極の吸引口の近傍において湾曲面が被処理体に対向するので、吸引口の近傍での電界集中を緩和でき、プラズマによる加工の均一性を向上できる。
【００２３】
また、一実施形態のプラズマプロセス装置は、上記プラズマを上記被処理体の表面に接触させるように上記電極と上記被処理体との間の間隙を有した状態で上記被処理体の表面に沿って上記電極を相対的に平行移動させる平行駆動部を備える。
【００２４】
この実施形態のプラズマプロセス装置によれば、上記平行駆動部は、電極を被処理体の表面に対して相対的に平行移動させて、被処理体の表面の所望の領域をプラズマ処理できる。
【００２５】
また、一実施形態のプラズマプロセス装置は、上記電極と上記被処理体の表面との間の距離を一定に保つ機構を備える。
【００２６】
この実施形態のプラズマプロセス装置によれば、上記機構で上記電極と上記被処理体の表面との間の距離を一定に保つので、プラズマによる加工の均一性を向上できる。
【００２７】
また、一実施形態のプラズマプロセス方法は、処理室にプロセスガスを導入し、上記処理室内に被処理体を配置して、この被処理体に電極を対向させると共に上記電極を所定の中心軸を回転軸として回転させて上記プロセスガスをプラズマにし、上記電極は、上記被処理体に対向する対向表面のうちの上記回転軸と上記電極の表面とが交差する点とは異なる部分に形成されている吸引口から上記プロセスガスを吸引して排気口から排気する。
【００２８】
この実施形態のプラズマプロセス方法によれば、電極に形成された吸引口から、プロセスガスを吸い込むので、ラジカルと被処理体の表面との反応で生成した反応生成物が被処理体の表面に付着することを抑制できる。また、上記電極の吸引口は上記回転軸上にないので、電極が上記中心軸を回転軸として回転すると、電極の吸引口は上記中心軸の周りの円周軌道に沿って周回運動する。したがって、この実施形態によれば、加工中に、電極の吸引口の位置が電極の中心軸上の１箇所に固定されずに上記円周軌道を移動するので、吸引口に起因して電界強度が低下する箇所およびガス吸入量が低下する箇所が上記円周軌道を移動する。したがって、この実施形態によれば、上記中心軸上に吸引口が存在する場合と異なり、吸引口を小さくする必要がなく、被処理体に対して均一性が高くて広い面加工が可能となる。
【００２９】
また、一実施形態のプラズマプロセス方法では、上記被処理体は、III族窒化物半導体から成る基板である。
【００３０】
この実施形態のプラズマプロセス方法によれば、III族窒化物半導体から成る基板に対して、均一性が高くて広い面加工が可能となる。
【００３１】
また、一実施形態のプラズマプロセス方法では、上記プロセスガスは、塩素ガスと希ガスとの混合ガスである。
【００３２】
この実施形態のプラズマプロセス方法によれば、大気圧近傍の雰囲気下で生成したプラズマ中の塩素ラジカルにより、III族窒化物半導体を物理的なダメージを与えることなく加工することができる。
【００３３】
また、一実施形態のプラズマプロセス方法では、上記III族窒化物半導体を、このIII族窒化物半導体の塩化物の沸点以上に加熱する。
【００３４】
この実施形態のプラズマプロセス方法によれば、III族窒化物半導体と塩素ガスの反応生成物である塩化物が気化しやすい状態となり、電極からの吸引と併せて、より基板表面への反応生成物の付着を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３５】
この発明のプラズマプロセス装置によれば、電極に形成された吸引口から、プロセスガスを吸い込むので、ラジカルと被処理体の表面との反応で生成した反応生成物が被処理体の表面に付着することを抑制できる。また、上記電極の吸引口は上記回転軸上にないので、電極が上記中心軸を回転軸として回転すると、電極の吸引口は上記中心軸の周りの円周軌道に沿って周回運動する。したがって、この発明によれば、加工中に、電極の吸引口の位置が電極の中心軸上の１箇所に固定されずに上記円周軌道を移動するので、吸引口に起因して電界強度が低下する箇所およびガス吸入量が低下する箇所が常時移動する。したがって、この発明によれば、上記中心軸上に吸引口が存在する場合と異なり、吸引口を小さくする必要がなく、被処理体に対して均一性が高くて広い面加工が可能となる。また、この発明は、電極の吸引口を偏心させるという比較的簡易な加工でもって低コストで実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、この発明を図示の実施の形態によって詳細に説明する。
【００３７】
(第１の実施の形態)
図１は、この発明によるプラズマプロセス装置の第１実施形態の断面図である。図１に示すように、この第１実施形態のプラズマプロセス装置は、処理室であるチャンバ１と、電極構造部２と、電力供給部材３,４と、高周波電源５と、整合器６と、基板ヒータ７と、平行駆動部であるＸＹステージ８と、ベローズ９と、昇降機構１０と、絶縁部材１１と、プロセスガスのガス供給部１２と、流量制御装置１３と、ガスボンベ１４と、排気ポンプ１５とを主に有している。
【００３８】
図１に示すように、上記チャンバ１は接地されており、排気ポンプ１５が取付けられている。また、上記電力供給部材３は電極構造部２と昇降機構１０とを接続している。また、ベローズ９は、一端がチャンバ１に固定されていると共に他端が電極構造部２に接続されて、上記電力供給部材３を周方向に囲んでいる。また、電力供給部材４は、チャンバ１に取付けられて電極構造部２の径方向外方に配置されている。また、上記高周波電源５は整合器６に接続され、整合器６は昇降機構１０に接続されている。また、ガス供給部１２はチャンバ１に取り付けられて流量制御装置１３に接続されている。この流量制御装置１３はガスボンベ１４に接続されている。また、ＸＹステージ８はチャンバ１内に配置され、ＸＹステージ８上に基板ヒータ７が配置されている。この基板ヒータ７上に被処理体としての基板１６が載置される。
【００３９】
図１に示すように、電力供給部材３は絶縁部材１１によって電気的に接地されていない状態となっている。高周波電源５から出力された高周波電力は、整合器６と電力供給部材３と電力供給部材４を介してチャンバ１内の電極構造部２に供給される。また、プロセスガスについては、ガスボンベ１４から流量制御装置１３とガス供給部１２を介してチャンバ１内に供給される。ここで、プロセスガスとは、プラズマの生成と維持を促進するヘリウムやアルゴンなどの希ガスや実際にエッチングなどの加工に寄与する塩素ガスなどのことを示す。基板ヒータ７およびＸＹステージ８は金属材料から構成され、接地された状態になっている。
【００４０】
電極構造部２の先端と基板ヒータ７間に高周波電圧を印加することによって、両者の間の空間に電界が形成され、ガス供給部１２から供給されたプロセスガスを励起し、プラズマ１７を生成する。被処理体である基板１６は図示しない搬送部によって、基板ヒータ７上に載置され、プラズマ１７内で生成されたラジカルなどの反応種によって加工される。このとき、基板１６の温度が、使用するハロゲンガスと基板１６との化合物の沸点以上となるように加熱しておく。加工に使用されたガスや余剰のガスは排気ポンプ１５によってチャンバ１の外に排気される。
【００４１】
このように構成されたプラズマプロセス装置において、プラズマプロセスを以下のようにして行う。なお、この実施形態では、一例として、ハロゲンガスとして塩素ガスを用い、被処理体である基板１６として窒化ガリウム基板を用い、上記基板１６の表面をエッチング加工する処理を説明する。
【００４２】
まず、基板１６が基板ヒータ７の所定の位置に載置された後、チャンバ１内が排気ポンプ１５によって、真空排気される。一度、チャンバ１内を真空排気することによって、加工処理を行う際のチャンバ１内の状況の再現性を向上させることができ、プラズマプロセスを安定して行うことができる。
【００４３】
次に、プロセスガスの供給を行う。ガスボンベ１４から供給されたプロセスガスは、流量制御装置１３によって所定の混合比に設定された状態で、ガス供給部１２によってチャンバ１内に大気圧近傍の圧力まで導入される。チャンバ１内に所定の圧力までプロセスガスが供給された後、基板１６の表面と電極構造部２との間隔が所定の値になるまで、昇降機構１０によって電極構造部２を下降させる。なお、昇降機構１０は電力供給部材３を介してチャンバ１外に設置されている。こうして、基板１６の表面と電極構造部２の先端部(電極２０)との間隔を設定した後、高周波電源５から整合器６および電力供給部材３,４を介して、高周波電力を電極構造部２の先端部(電極２０)に供給する。
【００４４】
これにより、電極２０と基板１６の間に電界が形成され、供給されたプラズマプロセスガスを励起し、プラズマ１７を生成する。このプラズマ１７が生成したのち、ＸＹステージ８が水平方向に駆動し、基板１６の表面に対して加工を行う。加工量については、ＸＹステージ８の搬送のスピード、搬送の回数によって制御することができる。
【００４５】
次に、図２、図３、図４を参照して、この第１実施形態における電極構造部２について説明する。図２は、図１に示す電極構造部２の拡大図である。また、図３(Ａ)は図２に示す電極２０の断面図である。図４は、図３(Ａ)に示す電極２０の先端の断面拡大図である。そして、図３(Ｂ),図３(Ｃ)は電極２０の変形例を示す断面図である。
【００４６】
図２に示すように、この第１実施形態における電極構造部２は、電極２０と電極周囲部材２１とモータ２２と接続部２３とモータ格納部２４と空間２５と排気部２６を有する。
【００４７】
図２に示すように、電極２０は接続部２３を介してモータ２２に接続されている。電極２０は、モータ２２によって接続部２３を介して、中心軸Ｊ１を回転軸として回転される。この中心軸Ｊ１は、基板１６の表面の法線方向に延びている。また、電極周囲部材２１は口部２１Ａを有し、この口部２１Ａは電極２０の周面２０Ｄとの間に均等な隙間が形成されるように構成されている。また、電極周囲部材２１は排気部２６を有し、排気空間２５内のガスは図示しないポンプを用いて排気部２６より排気できる構造となっている。
【００４８】
図３(Ａ)に示すように、電極２０は、先端が半球状である円筒の形状であり、基板１６に対向する対向表面２０Ａに形成された吸引口２８と排気空間２５に対向する背面２０Ｃに形成された排気口２９と、この排気口２９と吸引口２８との間を連通するように形成された流路２７とを有する。なお、電極２０は、軸部２０Ｂを有する。
【００４９】
図２に示す排気空間２５内のガスが排気部２６から排気されることによって、電極２０の排気口２９と流路２７を介して吸引口２８からプロセスガスおよび反応生成物が吸引される。また、電極２０と電極周囲部材２１の口部２１Ａとの間には隙間が設けられているので、電極２０が回転できる構造となっている。
【００５０】
ここで、図３(Ａ)に示すように、吸引口２８は、対向表面２０Ａにおいて電極２０の回転軸(中心軸Ｊ１)上とは異なる位置に設けられている。このような形状の電極２０を中心軸Ｊ１を回転軸として回転させることによって、吸引口２８の位置が時間的に変化する。つまり、電極２０の吸引口２８は中心軸Ｊ１の周りの円周軌道に沿って周回運動して、電極２０の吸引口２８の位置が加工中に電極２８の中心軸Ｊ１上の１箇所に固定されずに上記円周軌道を移動する。
【００５１】
したがって、この電極２０によれば、従来の電極で生じていた電界強度が常時低くなる箇所およびガスの流入が常時行われない箇所をなくすることができる。このため、ラジカルが基板１６の表面に到達し難い部分をなくすることができる。
【００５２】
また、図３(Ａ)に示すように、この第１実施形態では、電極２０の基板１６に対向する対向表面２０Ａが球面状になっている。このように、電極２０は、曲率半径の小さい角部が基板１６と対向する面に無いことが好ましい。これは、電極の対向表面に曲率半径の小さい角部があると、この角部で電界が集中して、プラズマプロセスの面内均一性を低下させるからである。
【００５３】
また、図４に示すように、電極２０の吸引口２８と排気口２９とを連通する流路２７の内壁面２７Ａと対向表面２０Ａとが湾曲面Ｗで連続的に連なっていることが望ましい。その理由は上述と同様、基板１６に対向する電極２０の表面に曲率半径が小さい角部が形成されるとその角部で電界が集中するからである。
【００５４】
また、排気口２９のコンダクタンスを、吸引口２８のコンダクタンスと比較して大きくすることが好ましい。特に、流路２７において、吸引口２８の近傍部分だけ直径を小さくすることが好ましい。これは、流路２７の直径が全体に亘って小さい場合、電極２０自体のガスの流れのコンダクタンスと電極２０と電極周囲部材２１の口部２１Ａとの間の隙間とのガスの流れのコンダクタンスとの比(コンダクタンス比)が小さくなり、吸引口２８からのガスの吸引量が低下するためである。
【００５５】
この第１実施形態においては、具体的一例として、電極２０の直径を３０ｍｍとし、電極周囲部材２１の口部２１Ａと対向する周面２０Ｄの軸方向長さを３０ｍｍとし、電極２０と電極周囲部材２１の口部２１Ａとの隙間の距離が０.１５ｍｍとなるように構成した。また、電極２０の吸引口２８の直径を２ｍｍとし、流路２７の直径２ｍｍの部分の長さを２ｍｍとし、流路２７の径の大きい部分の直径を５ｍｍとした。このような構造とした理由は、排気部２６から排気空間２５内のガスを吸引した場合に、電極２０と電極周囲部材２１の口部２１Ａとの間の隙間から吸引するガスの流量を、吸引口２８から吸引するガスの流量と比較して小さくする必要があるためである。このように、流路２７は吸引口２８近傍のみ直径を小さくして、流路２７でのコンダクタンスを大きく確保した。同時に吸引口２８の直径を大きくすると電界強度に不均一な分布が生じ易いので、吸引口２８の直径を小さくすることにより電界強度分布の均一化を図った。
【００５６】
このような構造とした場合、電極２０の吸引口２８から吸引するガスの流量と、口部２１Ａと電極２０との間の隙間から吸引するガスの流量との比率は、約２００：１(ポアズイユの法則から算出)となった。つまり、電極構造部２では、ほぼ吸引口２８からガスを吸引する状態とすることができた。
【００５７】
そして、上述のような構造の電極２０を有するプラズマプロセス装置を用いて、下記の条件でプラズマプロセスを行った。
【００５８】
Ｈｅ＝９８％、Ｃｌ２＝２％のプロセスガスをチャンバ１内に大気圧まで充填し、供給する高周波の周波数を１５０ＭＨｚ、投入電力を１００Ｗ、基板１６表面と電極２との間隔を０.４ｍｍと設定してプラズマを生成した。ここで、電極２０の材質はグラファイトであり、基板１６と対向する電極２０の半球状の対向表面２０Ａにはアルミナ溶射膜を形成している。また、電極２０の回転数を６０００ｒｐｍとし、排気部２６の流量を１ＳＬＭ(標準リットル毎分)とした。また、基板１６としては窒化ガリウム基板を用い、基板１６の温度を、ガリウムと塩素の化合物であるＧａＣｌ３の沸点以上となる２３０℃に設定した。
【００５９】
そして、ＸＹステージ８によって、電極２０に対して基板１６を搬送することによって、基板１６の表面に対して電極２０を相対的に平行移動させて、基板１６の表面に対して面状の加工を行うことができるが、この実施形態では、ＸＹステージ８を固定した状態で、１分間のプラズマプロセスを行った。
【００６０】
次に、図５に、加工後の基板１６の表面の形状を測定した結果を示す。図５に示す特性Ｋ１は、電極２０を有するこの第１実施形態のプラズマプロセス装置による加工後の基板１６の表面形状を表している。一方、図５に示す特性Ｋ２は、従来例の電極を有するプラズマプロセス装置による加工後の基板の表面形状を表している。なお、図５において横軸は中心軸Ｊ１から径方向への距離(ｍｍ)を示し、図５において縦軸は加工深さ(μｍ)を示している。図５の特性Ｋ１に示すように、上記構造の電極２０を有するプラズマプロセス装置によって、基板１６の表面を加工することで、より単純な断面形状をもつ加工痕を得ることができた。
【００６１】
また、電極２０の吸引口２８からプロセスガスおよび反応生成物を吸引しているので、加工後の基板１６表面に反応生成物の付着は確認されなかった。
【００６２】
また、大気圧雰囲気下でプラズマを生成した場合、大気圧では単位体積あたりに原子や分子が多数存在する。このことから、大気圧プラズマ中で生成したイオンは被処理体である基板に到達する前に、何らかの原子や分子と衝突し、イオンが直接に被処理体である基板１６の表面に到達することがない。よって、被処理体である基板１６の表面に物理的なダメージを与えることなく加工を行うことができ、基板１６の表面の損傷や結晶格子の乱れの無い表面加工を行うことができた。
【００６３】
以上のように、この第１実施形態のプラズマプロセス装置を用いることによって、ラジカルと被処理体である基板１６の表面との反応で生成した反応生成物が基板１６の表面へ付着することを抑制できた。同時に、加工面積が大きく、かつ断面が単純な形状の加工痕を得ることができるので、被処理体である基板１６に対して均一性の高い面加工をより簡易に行うことができる。また、上記効果を得るために必要な装置の従来からの変更点は、電極２０の吸引口２８の位置および流路２７の形状を変更する点だけであり、極めて低コストで実現することができる。
【００６４】
尚、この実施形態では、図３(Ａ)に示すように、電極２０に設ける流路２７は回転軸Ｊ１と交差しない流路としたが、図３(Ｂ)に示すように回転軸Ｊ２と交差した流路７７を有する電極７０であってもよい。この流路７７は、対向表面７０Ａに形成された吸引口７８と背面に形成された排気口７９とに連通している。図３(Ｂ)に示す電極７０を採用した場合は、図３(Ａ)の電極２０に比べて、電極７０における水平方向(軸直角方向)の重量バランスが良くなる方向になるので、電極７０の回転時の軸部７０Ｂの回転軸Ｊ２の振れを小さくできる。
【００６５】
また、電極２０に設ける流路２７および吸引口２８の数は必ずしも一つと限らなくてもよい。例えば、図３(Ｃ)に例示するように、複数の流路８３および流路８７を有する電極８０を採用してもよい。この電極８０は回転軸Ｊ３の軸対称に２つの流路８３,８７を有している。この流路８３,８７はそれぞれ吸引口８５,８８と排気口８６,８９とを連通させている。この電極８０によれば、電極８０における水平方向の重量のバランスが均一になり、電極８０回転時の軸部８０Ｂの回転軸Ｊ３の振れを小さくできる。また、各々の吸引口８５,８８の位置は、同一円周上に設けてもよいし、異なる円周上に設けても良く、吸引口８５,８８の形状はそれぞれ異なる形状であってもよい。また、この第１実施形態において、基板１６に対向する電極２０の対向表面２０Ａの形状を球面としたが、必ずしも、この形状にする必要はなく、基板１６と対向する電極の対向表面に電界が集中するような曲率半径の小さい角部が無ければ、平坦な部分を有する電極であっても良い。
【００６６】
また、この第１実施形態において、チャンバ１の内部の圧力は、特に、大気圧において、最もその効果を発揮するものであるが、１００Ｔｏｒｒ〜２気圧を好適な圧力範囲とし、適用可能な圧力範囲としては、例えば、１０Ｔｏｒｒ〜５気圧が挙げられる。
【００６７】
また、この実施形態においては、基板１６として、窒化ガリウム基板を用いたが、この発明の効果は基板の材料によらず、Ｓｉ基板やＧａＡｓやＩｎＰなどの化合物半導体基板に対しても適用可能である。また、この実施形態においては、プロセスガスとして塩素ガスを用いたが、この発明の効果はガスの種類によらず、フッ素およびＣＦ４などのフッ素系化合物、ＢＣｌ３などの塩素系化合物や臭素系化合物などのガスを用いてもよい。
【００６８】
(第２の実施の形態)
次に、図６に、この発明の第２実施形態としてのプラズマプロセス装置を示す。この第２実施形態は、前述の第１実施形態の電極構造部２に替えて電極構造部３２を備える点が前述の第１実施形態と異なる。すなわち、この第２実施形態は、前述の第１実施形態の電極２０に替えて電極５０を有する点と、図２の電極周囲部材２１に替えて電極周囲部材５１を有する点とが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と同じ構成部分には同じ符合を付して第１実施形態と異なる点を説明する。
【００６９】
図６に示すように、この第２実施形態のプラズマプロセス装置は、電極構造部３２を有し、この電極構造部３２は電極５０を有する。この電極５０は半球面状の対向表面５０Ａを有する半球部とこの半球部から径方向に延在しているフランジ５０Ｂを有する。この電極５０は、対向表面５０Ａに形成された吸引口５８と背面に形成された排気口５９と流路５７を有する。この吸引口５８は、電極５０の回転軸となる中心軸Ｊ５と対向表面５０Ａとが交差する点とは異なる部分に形成されている。また、流路５７は、中心軸Ｊ５と交差している。
【００７０】
また、電極周囲部材５１は、排気口５９が形成された電極５０の背面に対向する背面対向部５１Ａを有し、この背面対向部５１Ａと電極５０の背面との間の間隙のコンダクタンスは、吸引口５８のコンダクタンスよりも小さい。
【００７１】
前述の第１実施形態の構造では、電極２０と電極周囲部材２１の口部２１Ａとの隙間の距離を０.１５ｍｍとして設置するために、位置決め用の治具を用いて電極周囲部材２１の位置を決めた後、電極２０を設置する必要があった。また、隙間の距離が決められた値とするためには、電極２０と電極周囲部材２１の両方の寸法精度が要求された。
【００７２】
これに対して、この第２実施形態では、電極５０のフランジ５０Ｂに、電極周囲部材５１の背面対向部５１Ａを軸方向に対向させているので、電極５０の寸法精度のみ要求すれば、電極５０のフランジ５０Ｂと電極周囲部材５１の背面対向部５１Ａとの間の隙間の寸法精度を確保できる。また、電極周囲部材５１の位置決め用の治具を用いる必要が無くなり、電極５０の交換もより簡易に行うことができる。
【００７３】
この第２実施形態では、具体的一例として、電極５０のフランジ５０Ｂと電極周囲部材５１の背面対向部５１Ａとの隙間の軸方向寸法を０.１５ｍｍとし、この隙間の径方向の寸法を３５ｍｍとした。これによって、吸引口２８から吸引するガスの流量を上記隙間から吸引するガスの流量と比べ、十分に大きい状態とすることができた。
【００７４】
この第２実施形態によれば、上記のような構造の電極５０を用いて、被処理体である基板に対して、前述の第１実施形態と同じ条件でプラズマプロセスを行うことで、前述の第１実施形態の場合と同様の基板の加工形状を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】この発明のプラズマプロセス装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】上記第１実施形態の電極構造部の断面図である。
【図３】図３(Ａ)は上記第１実施形態の電極の断面図であり、図３(Ｂ)は上記電極の変形例の断面図であり、図３(Ｃ)は上記電極のもう１つの変形例の断面図である。
【図４】上記第１実施形態の電極の望ましい一例を示す部分断面図である。
【図５】上記第１実施形態のプラズマプロセス装置で加工した基板表面の形状を測定した結果を示すグラフである。
【図６】この発明のプラズマプロセス装置の第２実施形態の電極構造部を示す断面図である。
【図７】従来のプラズマプロセス装置の電極先端部の断面拡大図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  チャンバ
２、３２  電極構造部
３,４  電力供給部材
５  高周波電源
６  整合器
７  基板ヒータ
８  ＸＹステージ
９  ベローズ
１０  昇降機構
１１  絶縁部材
１２  ガス供給部
１３  流量制御装置
１４  ガスボンベ
１５  排気ポンプ
１６  基板
１７  プラズマ
２０  電極
２０Ａ、５０Ａ、７０Ａ、８０Ａ  対向表面
２１、５１  電極周囲部材
２２  モータ
２３  接続部
２４  モータ格納部
２５  空間
２６  排気部
２７、５７、７７、８３、８７  流路
２８、５８、７８、８５、８８  吸引口
２９、５９、７９、８６、８９  排気口
【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】
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【図７】
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