(57)【要約】【課題】シリコンやIII族窒化物等の半導体基板、および、ガラス等の絶縁体基板等を、基板全面において均一かつ高速に加工できるプラズマ加工方法を提供する。【解決手段】吸気通路１１および排気通路１２ａ，１２ｂを有する回転電極２を、回転軸３ａを中心として、回転させることで、反応ガスを、上記回転電極２と被加工物６との間に導き、上記吸気通路１１を通して、上記排気通路１２ａ，１２ｂから排出する。簡単な構成で、上記回転電極２と上記被加工物６との間の上記反応ガスの淀みを解消する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧と略等しい圧力下で、被加工物に対して直交する回転軸を有する回転電極と上記被加工物との間に反応ガスを流入させてプラズマを生成し、上記プラズマを上記被加工物の表面に接触させて上記プラズマによって上記被加工物を加工する方法であって、
上記回転電極は、上記被加工物に対向する対向面に開口された少なくとも一つの吸気通路と、この吸気通路に連通すると共に上記回転軸を中心とする周方向の側面に開口された少なくとも一つの排気通路とを有し、
上記回転軸を中心として上記回転電極を回転させることで、上記反応ガスを、上記回転電極と上記被加工物との間に導き、上記吸気通路を通して、上記排気通路から排出することを特徴とするプラズマ加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ加工方法において、
上記回転電極を上記被加工物の表面に対して平行な方向に相対的に移動させながら、上記プラズマを上記被加工物の表面に接触させることを特徴とするプラズマ加工方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ加工方法において、
上記回転電極と上記被加工物の表面との間の距離は、一定に保たれていることを特徴とするプラズマ加工方法。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一つに記載のプラズマ加工方法において、
上記全ての排気通路のコンダクタンスは、上記全ての吸気通路のコンダクタンスに比べて、大きいことを特徴とするプラズマ加工方法。
【請求項５】
請求項１ないし３の何れか一つに記載のプラズマ加工方法において、
上記排気通路は、複数あり、この全ての排気通路のコンダクタンスは、上記全ての吸気通路のコンダクタンスに比べて、大きいことを特徴とするプラズマ加工方法。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか一つに記載のプラズマ加工方法において、
上記吸気通路の断面積は、上記吸気通路の開口側から上記吸気通路の奥側へ向かって大きくなっていることを特徴とするプラズマ加工方法。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一つに記載のプラズマ加工方法において、
上記吸気通路には、上記吸気通路の開口側から見たときの上記回転電極の回転方向と逆方向にネジを回転させた場合にこのネジが上記吸気通路の奥側へ進むようなネジ溝が、形成されていることを特徴とするプラズマ加工方法。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか一つに記載のプラズマ加工方法において、
上記吸気通路および上記排気通路の途中に、反応生成物捕獲用フィルターが設けられていることを特徴とするプラズマ加工方法。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか一つに記載のプラズマ加工方法において、
上記被加工物は、III族窒化物半導体であることを特徴とするプラズマ加工方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のプラズマ加工方法において、
上記反応ガスは、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加工方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のプラズマ加工方法において、
上記III族窒化物半導体は、この半導体に生成される塩化物の沸点以上に加熱されていることを特徴とするプラズマ加工方法。
【請求項１２】
大気圧と略等しい圧力下で、被加工物に対して直交する回転軸を有する回転電極と上記被加工物との間に反応ガスを流入させてプラズマを生成し、上記プラズマを上記被加工物の表面に接触させて上記プラズマによって上記被加工物を加工する装置であって、
上記回転電極は、上記被加工物に対向する対向面に開口された少なくとも一つの吸気通路と、この吸気通路に連通すると共に上記回転軸を中心とする周方向の側面に開口された少なくとも一つの排気通路とを有し、
上記回転電極は、上記回転軸を中心として回転することで、上記反応ガスを、上記回転電極と上記被加工物との間に導き、上記吸気通路を通して、上記排気通路から排出することを特徴とするプラズマ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シリコンやIII族窒化物半導体等の半導体材料や、ガラス等の絶縁体材料等を、プラズマによって、加工する方法、および、その装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体素子構造の微細化に伴い、様々な半導体基板に要求される加工精度は、ナノオーダーレベルに達していると同時に、その加工は表面へ損傷を与えない、無歪加工であることが要求されている。
【０００３】
塑性変形、延性・脆性破壊といった物理現象をともなう機械加工では、被加工物に積極的に歪みを導入して加工を進展させるため、必然的に被加工物の表面に損傷を与えてしまう。
【０００４】
被加工物の表面に損傷を与えることなく無歪で加工でき、かつ、優れた加工精度を有する加工方法として、プラズマＣＶＭというラジカル反応を利用した方法が知られている。
【０００５】
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、被加工物の表面に作用させ、被加工物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り化合物を生成し、それを気化させて被加工物を加工する無歪加工方法である。
【０００６】
特許第２５２１１２７号公報（特許文献１）には、その基本原理が記載されている。さらに、特許第２８１６３６５号公報（特許文献２）には、より詳しい装置構成が記載されている。また、特許第３０６９２７１号公報（特許文献３）には、高速でかつ高効率な加工を実現する方法が記載されている。また、特開２００６−２２３９２号公報（特許文献４）には、軸対称な最小加工痕を形成し、高速で高精度な加工を実現する方法が記載されている。
【０００７】
具体的に述べると、被加工物に対して垂直な回転軸を有する加工電極と被加工物との間（つまり、プラズマ部）に大気圧雰囲気下でプラズマを生成し加工を行っている。加工電極を回転させない場合は、ガスは、自然対流のみによりプラズマ部へ移動して供給されるが、加工電極を回転させることにより、強制的なガス対流を生じさせて新鮮ガスをプラズマ部へ供給およびプラズマ部から排出することができる。また、加工電極の高速回転により、上記被加工物の加工形状をより高精度な軸対称形状とすることができる。
【特許文献１】特許第２５２１１２７号公報
【特許文献２】特許第２８１６３６５号公報
【特許文献３】特許第３０６９２７１号公報
【特許文献４】特開２００６−２２３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来のプラズマによって加工する方法では、上記加工電極の回転軸直下に近づくに従ってガス流速は小さくなり、上記加工電極の回転軸直下は、理論的にはガス流の存在しない点となる。この加工電極の回転軸直下付近のガス流の淀んだ領域では、新鮮ガスの供給および排出が効率的に行われないため、本来の加工性能が発揮されず十分な加工速度が得られない。
【０００９】
そこで、この発明の課題は、電極の回転軸直下でのガスの淀みを解消し、被加工物を均一かつ高速に加工できるプラズマ加工方法およびプラズマ加工装置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加工方法は、
大気圧と略等しい圧力下で、被加工物に対して直交する回転軸を有する回転電極と上記被加工物との間に反応ガスを流入させてプラズマを生成し、上記プラズマを上記被加工物の表面に接触させて上記プラズマによって上記被加工物を加工する方法であって、
上記回転電極は、上記被加工物に対向する対向面に開口された少なくとも一つの吸気通路と、この吸気通路に連通すると共に上記回転軸を中心とする周方向の側面に開口された少なくとも一つの排気通路とを有し、
上記回転軸を中心として上記回転電極を回転させることで、上記反応ガスを、上記回転電極と上記被加工物との間に導き、上記吸気通路を通して、上記排気通路から排出することを特徴としている。
【００１１】
ここで、大気圧と略等しい圧力とは、大気圧、または、大気圧近傍の圧力をいう。
【００１２】
この発明のプラズマ加工方法によれば、上記回転電極は、上記吸気通路と上記排気通路とを有し、上記回転軸を中心として上記回転電極を回転させることで、上記反応ガスを、上記回転電極と上記被加工物との間に導き、上記吸気通路を通して、上記排気通路から排出するので、上記反応ガスを上記回転電極の内部に自動的に吸引できる。
【００１３】
したがって、簡単な構成で、上記回転電極の上記回転軸上での上記反応ガスの淀みを解消して、上記プラズマ中へ新鮮な上記反応ガスを効率的に供給でき、上記被加工物を均一かつ高速に加工できる。
【００１４】
また、一実施形態のプラズマ加工方法では、上記回転電極を上記被加工物の表面に対して平行な方向に相対的に移動させながら、上記プラズマを上記被加工物の表面に接触させる。
【００１５】
この実施形態のプラズマ加工方法によれば、上記回転電極を上記被加工物の表面に対して平行な方向に相対的に移動させながら、上記プラズマを上記被加工物の表面に接触させるので、上記被加工物の表面積が大きい場合でも、上記被加工物の表面の全体を加工することができる。
【００１６】
また、一実施形態のプラズマ加工方法では、上記回転電極と上記被加工物の表面との間の距離は、一定に保たれている。
【００１７】
この実施形態のプラズマ加工方法によれば、上記回転電極と上記被加工物の表面との間の距離は、一定に保たれているので、上記被加工物の表面の加工のばらつきを低減できる。
【００１８】
また、一実施形態のプラズマ加工方法では、上記全ての排気通路のコンダクタンスは、上記全ての吸気通路のコンダクタンスに比べて、大きい。
【００１９】
この実施形態のプラズマ加工方法によれば、上記全ての排気通路のコンダクタンスは、上記全ての吸気通路のコンダクタンスに比べて、大きいので、遠心力によって、上記排気通路内の上記反応ガスを、上記排気通路の外側へ排出し易くなって、上記排気通路内を効率よく減圧できて、上記反応ガスを上記回転電極の内部に一層効率よく自動的に吸引できる。
【００２０】
また、一実施形態のプラズマ加工方法では、上記排気通路は、複数あり、この全ての排気通路のコンダクタンスは、上記全ての吸気通路のコンダクタンスに比べて、大きい。
【００２１】
この実施形態のプラズマ加工方法によれば、上記排気通路は、複数あり、この全ての排気通路のコンダクタンスは、上記全ての吸気通路のコンダクタンスに比べて、大きいので、遠心力によって、上記排気通路内の上記反応ガスを、上記排気通路の外側へ排出し易くなって、上記排気通路内を効率よく減圧できて、上記反応ガスを上記回転電極の内部に一層効率よく自動的に吸引できる。
【００２２】
また、一実施形態のプラズマ加工方法では、上記吸気通路の断面積は、上記吸気通路の開口側から上記吸気通路の奥側へ向かって大きくなっている。
【００２３】
この実施形態のプラズマ加工方法によれば、上記吸気通路の断面積は、上記吸気通路の開口側から上記吸気通路の奥側へ向かって大きくなっているので、上記吸気通路のコンダクタンスを大きくできて、上記反応ガスの吸引量が増加し、上記被加工物の加工速度を上昇できる。また、上記吸気通路の開口を小さくできて、電界強度の分布が小さくなって、上記被加工物の加工後の表面形状に悪影響を与えない。
【００２４】
また、一実施形態のプラズマ加工方法では、上記吸気通路には、上記吸気通路の開口側から見たときの上記回転電極の回転方向と逆方向にネジを回転させた場合にこのネジが上記吸気通路の奥側へ進むようなネジ溝が、形成されている。
【００２５】
この実施形態のプラズマ加工方法によれば、上記吸気通路には、上記吸気通路の開口側から見たときの上記回転電極の回転方向と逆方向にネジを回転させた場合にこのネジが上記吸気通路の奥側へ進むようなネジ溝が、形成されているので、上記回転電極が回転することで、上記ネジ溝によって、上記反応ガスを上記吸気通路の奥側へ運ぶことができる。したがって、上記反応ガスの吸引力を上昇させて、上記被加工物の加工速度を上昇できる。
【００２６】
また、一実施形態のプラズマ加工方法では、上記吸気通路および上記排気通路の途中に、反応生成物捕獲用フィルターが設けられている。
【００２７】
この実施形態のプラズマ加工方法によれば、上記吸気通路および上記排気通路の途中に、反応生成物捕獲用フィルターが設けられているので、上記反応ガスの反応によって生成された化合物（例えば、塩化物）を、上記フィルターによって、捕獲できて、プロセス雰囲気を清浄に保つことができる。
【００２８】
また、一実施形態のプラズマ加工方法では、上記被加工物は、III族窒化物半導体である。
【００２９】
また、一実施形態のプラズマ加工方法では、上記反応ガスは、塩素ガスと希ガスとの混合ガスである。
【００３０】
また、一実施形態のプラズマ加工方法では、上記III族窒化物半導体は、この半導体に生成される塩化物の沸点以上に加熱されている。
【００３１】
この実施形態のプラズマ加工方法によれば、上記III族窒化物半導体は、この半導体に生成される塩化物の沸点以上に加熱されているので、上記III族窒化物半導体の表面に生成された塩化物を気化できて、上記III族窒化物半導体の表面を確実に加工できる。
【００３２】
また、この発明のプラズマ加工装置は、
大気圧と略等しい圧力下で、被加工物に対して直交する回転軸を有する回転電極と上記被加工物との間に反応ガスを流入させてプラズマを生成し、上記プラズマを上記被加工物の表面に接触させて上記プラズマによって上記被加工物を加工する装置であって、
上記回転電極は、上記被加工物に対向する対向面に開口された少なくとも一つの吸気通路と、この吸気通路に連通すると共に上記回転軸を中心とする周方向の側面に開口された少なくとも一つの排気通路とを有し、
上記回転電極は、上記回転軸を中心として回転することで、上記反応ガスを、上記回転電極と上記被加工物との間に導き、上記吸気通路を通して、上記排気通路から排出することを特徴としている。
【００３３】
ここで、大気圧と略等しい圧力とは、大気圧、または、大気圧近傍の圧力をいう。
【００３４】
この発明のプラズマ加工装置によれば、上記回転電極は、上記吸気通路と上記排気通路とを有し、上記回転軸を中心として回転することで、上記反応ガスを、上記回転電極と上記被加工物との間に導き、上記吸気通路を通して、上記排気通路から排出するので、上記反応ガスを上記回転電極の内部に自動的に吸引できる。
【００３５】
したがって、簡単な構成で、上記回転電極の上記回転軸上での上記反応ガスの淀みを解消して、上記プラズマ中へ新鮮な上記反応ガスを効率的に供給でき、上記被加工物を均一かつ高速に加工できる。
【発明の効果】
【００３６】
この発明のプラズマ加工方法によれば、上記回転電極は、上記吸気通路と上記排気通路とを有し、上記回転軸を中心として上記回転電極を回転させることで、上記反応ガスを、上記回転電極と上記被加工物との間に導き、上記吸気通路を通して、上記排気通路から排出するので、上記回転電極の回転軸直下でのガスの淀みを解消し、上記被加工物を均一かつ高速に加工できる。
【００３７】
この発明のプラズマ加工装置によれば、上記回転電極は、上記吸気通路と上記排気通路とを有し、上記回転軸を中心として回転することで、上記反応ガスを、上記回転電極と上記被加工物との間に導き、上記吸気通路を通して、上記排気通路から排出するので、上記回転電極の回転軸直下でのガスの淀みを解消し、上記被加工物を均一かつ高速に加工できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３９】
図１Ａは、この発明のプラズマ加工装置の一実施形態である簡略構成図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す装置の一部を示す斜視図である。図１Ａと図１Ｂに示すように、このプラズマ加工装置は、反応容器１を有し、この反応容器１には、被加工物６をプラズマによって加工処理する反応場となる内部空間が設けられている。
【００４０】
上記被加工物６は、例えば、シリコンやIII族窒化物半導体等の半導体材料や、ガラス等の絶縁体材料である。つまり、上記プラズマ加工装置は、シリコン系半導体デバイスの製造、および、III族窒化物半導体を用いた発光ダイオードやレーザダイオード等の素子製造に、好適に、利用される。
【００４１】
この反応容器１の内部空間には、この反応容器１の底面に対して水平に設けられた基板ステージ４と、この基板ステージ４の上方に回転軸３ａが基板ステージ４に対して垂直となるように設けられた回転電極２とを、有する。
【００４２】
上記基板ステージ４には、上記被加工物６が載置され、上記回転電極２は、上記被加工物６に対して直交する回転軸３ａを有する。上記回転電極２は、上記回転軸３ａに沿って配設された回転軸部３を有する。
【００４３】
上記回転軸部３には、上記反応容器１の外部に設けられた高周波電源７が、上記回転軸部３の回転を阻害することなく接続されている。上記基板ステージ４は、上記反応容器１の外部において接地されており、上記基板ステージ４の内部には、上記基板ステージ４上に載置される上記被加工物６を加熱するためのヒータ５を内蔵している。
【００４４】
上記回転電極２は、上下方向に移動可能に構成されている。そして、上記回転電極２が上下方向に移動することにより、下方の上記基板ステージ４との距離を適宜変更することができる。また、上記基板ステージ４は、水平面において、矢印Ａで示される一方向、および、この一方向に直交する矢印Ｂで示される他方向に、走査可能に構成されている。
【００４５】
また、上記基板ステージ４には、上記基板ステージ４上に載置される上記被加工物６を吸着固定するための真空チャック（図示せず）が設けられており、上記基板ステージ４の移動によって、プラズマ加工処理中の上記被加工物６が載置位置からずれないように固定されている。
【００４６】
上記反応容器１の一方の側部には、反応ガスを導入するためのガス導入ライン８が、設けられており、このガス導入ライン８は、反応ガスを供給するガスボンベなど（図示せず）に接続されている。上記反応容器１の他方の側部には、上記反応容器１内のガスを排出するためのガス排気ライン９が設けられている。上記ガス排気ライン９は、上記反応容器１の外部にガスを吸引するためのポンプ（図示せず）に接続されている。上記反応ガスは、塩素ガスと希ガスとの混合ガスである。
【００４７】
上記回転電極２は、上記被加工物６に対向する対向面２ａに開口された一つの吸気通路１１と、この吸気通路１１に連通すると共に上記回転軸３ａを中心とする周方向の側面２ｂに開口された二つの排気通路１２ａ，１２ｂとを有する。
【００４８】
上記吸気通路１１は、上記回転軸３ａに一致すると共に上記回転軸３ａ方向に延びている。上記排気通路１２ａ，１２ｂは、上記回転軸３ａを中心とする径方向に延びている。上記吸気通路１１と上記二つの排気通路１２ａ，１２ｂとは、上記回転軸３ａ上で、連通している。
【００４９】
上記構成の装置を用いて、上記被加工物６の表面をプラズマ加工処理する方法の一例について以下に説明する。
【００５０】
まず、上記反応容器１の内部の上記反応ガスを上記ガス排気ライン９によって十分に排気した後、上記ガス導入ライン８から上記反応ガスを上記反応容器１の内部に導入する。上記反応容器１の内部の圧力は、大気圧と略等しい圧力とされる。ここで、大気圧と略等しい圧力とは、大気圧、または、大気圧近傍の圧力をいう。
【００５１】
そして、上記反応ガスを上記反応容器１の内部に導入した後には、所定の条件（上記回転電極２の回転周速度、上記回転電極２と上記基板ステージ４上に載置された上記被加工物６との間の距離、上記基板ステージ４の走査方向および走査速度、上記被加工物６を加熱する上記ヒータ５の温度など）が設定される。
【００５２】
そして、上記反応容器１の外部に設けられた上記高周波電源７から高周波電力を上記回転軸部３を介して上記回転電極２に印加する。この高周波電力が、上記回転電極２に印加されると、上記回転電極２と上記基板ステージ４との間に電場が生じる。
【００５３】
上記回転電極２と上記基板ステージ４との間に形成された電場は、上記回転電極２と上記被加工物６の表面との間に供給されたガスを分解および励起して、上記回転電極２と上記被加工物６の表面との間にプラズマ１０を形成する。
【００５４】
このプラズマ１０が上記被加工物６の表面に接触し、上記プラズマ１０によって生成した活性種が、上記被加工物６の表面に作用し、化合物を生成し、この化合物を気相中に気化および拡散することによって、上記被加工物６の加工が進展する。このとき、上記被加工物６は、この被加工物６に生成される塩化物の沸点以上に加熱されている。
【００５５】
上記回転電極２は、高速回転していることから、上記回転電極２の表面と上記反応ガスとの間の粘性によって、上記反応ガスは、回転する上記回転電極２の表面とともに移動して、上記プラズマ１０に均一に供給される。その結果、大気圧下で上記プラズマ１０による加工処理を行う場合であっても、上記被加工物６の加工処理を高速化でき、また、加工形状をより高精度な軸対称形状とすることができる。
【００５６】
さらに、上記被加工物６が載置された上記基板ステージ４を所定の走査方向に所定の速度で走査させることによって、上記回転電極２を上記被加工物６の表面に対して平行方向に相対的に移動させながら、上記プラズマ１０を上記被加工物６と接触させることもできる。したがって、上記回転電極２を上記被加工物６の表面に対して平行方向に相対的に移動させることによって、上記被加工物６の表面積が大きい場合でも、上記被加工物６の表面全体を加工することができる。
【００５７】
なお、上記回転電極２を上記被加工物６の表面に対して相対的に移動させる方法としては、上記のように上記被加工物６のみを移動させてもよく、上記被加工物６を固定した状態で上記回転電極２のみを移動させてもよい。また、上記被加工物６と上記回転電極２との双方を移動させて、上記回転電極２を上記被加工物６の表面に対して相対的に移動させてもよい。
【００５８】
また、上記回転電極２と上記被加工物６の表面との間の距離を一定に保った状態で、上記回転電極２を上記被加工物６の表面に対して平行方向に相対的に移動させることが好ましい。この場合には、上記被加工物６の表面の加工のばらつきを低減することができる。
【００５９】
上記回転電極２を高速回転させたとき、上記排気通路１２ａ，１２ｂ内のガス分子（質量：ｍ）には、上記回転電極２の回転軸３ａからの距離（ｒ）と上記回転電極２の回転の角速度（ω）とに応じて、Ｆ＝ｍｒω２の遠心力が作用する。
【００６０】
この遠心力によって、上記排気通路１２ａ，１２ｂ内のガス分子は、上記排気通路１２ａ，１２ｂから外側へと排出されて、上記排気通路１２ａ，１２ｂ内は減圧状態となる。このため、上記排気通路１２ａ，１２ｂ内は、上記プラズマ１０が発生する領域に比較して、圧力が低い状態になる。
【００６１】
よって、上記プラズマ１０を通過した上記反応ガスは、上記吸気通路１１を通って、上記回転電極２内部へと自動的に吸引される。つまり、上記吸引型の回転電極２を用いることにより、真空ポンプや配管等を用いることなく、上記回転電極２の回転力のみを利用することによって、上記反応ガスを吸引できる。
【００６２】
上記構成のプラズマ加工装置およびプラズマ加工方法によれば、上記回転電極２は、上記吸気通路１１と上記排気通路１２ａ，１２ｂとを有し、上記回転軸３ａを中心として上記回転電極２を回転させることで、上記反応ガスを、上記回転電極２と上記被加工物６との間に導き、上記吸気通路１１を通して、上記排気通路１２ａ，１２ｂから排出するので、上記反応ガスを上記回転電極２の内部に自動的に吸引できる。
【００６３】
したがって、簡単な構成で、上記回転電極２と上記被加工物６との間の（詳しくは、上記回転電極２の上記回転軸３ａ上の）上記反応ガスの淀みを解消して、上記プラズマ１０中へ新鮮な上記反応ガスを効率的に供給でき、上記被加工物６を均一かつ高速に加工できる。
【００６４】
また、大気圧と略等しい圧力下で生成する大気圧プラズマを利用するため、上記被加工物６の加工に寄与する中性ラジカルの絶対数が多く、中性ラジカルと上記被加工物６の構成原子との化学反応を増加させることができる。すなわち、上記被加工物６の加工速度を向上させることができる。
【００６５】
また、大気圧プラズマ中には、多数の原子や分子などが存在することから、大気圧プラズマ中のイオンは、上記被加工物６の表面に到達する前に何らかの原子や分子と衝突し、大気圧プラズマ中のイオンが、直接上記被加工物６の表面に到達することがないため、加工の際に、上記被加工物６の表面にダメージを与えることがない。すなわち、結晶学的に乱れのない表面が実現できる。
【００６６】
また、低圧雰囲気を形成するために必要とされるような強度を有する上記反応容器１や強力な排気システムなどが必要でなくなり、装置コストを低下させることができるので、最終製品のコストダウンを図ることもできる。
【００６７】
なお、上記吸気通路１１および上記排気通路１２ａ，１２ｂの途中に、反応生成物捕獲用フィルターを設けてもよく、上記反応ガスの反応によって生成された化合物（例えば、塩化物）を、上記フィルターによって、捕獲できて、プロセス雰囲気を清浄に保つことができる。
【００６８】
また、上記二つの排気通路１２ａ，１２ｂのコンダクタンスは、上記一つ吸気通路１１のコンダクタンスに比べて、大きいのが好ましく、遠心力によって、上記排気通路１２ａ，１２ｂ内の上記反応ガスを、上記排気通路１２ａ，１２ｂの外側へ排出し易くなって、上記排気通路１２ａ，１２ｂ内を効率よく減圧できて、上記反応ガスを上記回転電極２の内部に一層効率よく自動的に吸引できる。
【００６９】
（実験例１）
実験例１では、上記吸引型の回転電極２の吸引効果および加工特性について検討するため、シリコン基板の加工実験を行った。つまり、シリコン基板における加工速度の上記回転電極２の回転数の依存性を検討する。
【００７０】
図１Ａに示す装置の反応容器１の内部に、２体積％の塩素ガスと９８体積％のヘリウムガスとからなる混合ガスを導入し、反応容器１の内部の圧力を１気圧とした。吸引型回転電極２とシリコン基板（被加工物６）との間の距離を８００μｍに設定し、吸引型回転電極２の回転数を６０００ｒｐｍに設定した。同様に、０ｒｐｍ、６００ｒｐｍの場合も実験を行った。
【００７１】
また、吸気通路１１のコンダクタンスが、ガス吸引効果に影響を与えると考えられるため、吸気通路１１の直径が、１ｍｍおよび２ｍｍの吸引型回転電極２により実験を行った。実験に用いた回転電極２の概略は、図１Ａに示す。
【００７２】
そして、反応容器１の外部に設けられた高周波電源７から高周波電力を電力密度１１６０Ｗ／ｃｍ３で、回転軸部３を介して、吸引型回転電極２に印加することによって、吸引型回転電極２とシリコン基板との間にプラズマ１０を形成した。
【００７３】
そして、ヒータ５により２５０℃に加熱されたシリコン基板の表面に、プラズマ１０を１分間接触させることによって、シリコン基板を加工した。
【００７４】
図２のグラフに、加工速度の電極回転数依存性を示す。比較のため、吸気通路１１のない回転電極２を用いた場合の加工速度を、同じく図２のグラフにプロットしている。吸気通路１１の直径２ｍｍの吸引型回転電極２を用いた場合、電極回転数の上昇と共に加工速度が大きく上昇しており、回転数６０００ｒｐｍでは、吸気通路１１のない回転電極２の４倍程度の加工速度が得られた。
【００７５】
これは、回転数の上昇と共に排気通路１２ａ，１２ｂ内部のガス分子に作用する遠心力は大きくなるため、排気通路１２ａ，１２ｂ内部の圧力低下が大きくなると考えられる。そして、回転数の上昇に伴いガス吸引効果が大きくなることで、プラズマへの新鮮ガスの供給および排出が効率的に行われたため、加工速度が上昇したものと考えられる。
【００７６】
また、吸気通路１１の直径１ｍｍの場合は、吸気通路１１の直径２ｍｍの場合ほど大きな加工速度は得られなかった。このことは、吸気通路１１のコンダクタンスを大きくすることにより、ガス吸引量が増加し、加工速度が上昇することを示している。吸気通路１１のコンダクタンスを大きくするためには、吸気通路１１の直径を大きくするという方法が考えられるが、吸気通路１１が大きくなると、電界強度の分布が大きくなって、加工後のシリコン基板の表面形状に悪影響を与える可能性があるため、吸気通路１１の直径は小さいほうが好ましい。
【００７７】
吸気通路１１の直径を拡大する以外の方法として、例えば、図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃに示す方法が考えられる。つまり、図３Ａに示す回転電極２１では、吸気通路１１の長さを短くしている。
【００７８】
また、図３Ｂに示す回転電極２２では、上記吸気通路１１の断面積は、上記吸気通路１１の開口側（つまり、上記回転電極２２の上記被加工物６に対向する面側）から上記吸気通路１１の奥側（つまり、上記排気通路１２ａ，１２ｂ側）へ向かって、段階的に大きくなっている。
【００７９】
また、図３Ｃに示す回転電極２３では、上記吸気通路１１の断面積は、上記吸気通路１１の開口側（つまり、上記回転電極２３の上記被加工物６に対向する面側）から上記吸気通路１１の奥側（つまり、上記排気通路１２ａ，１２ｂ側）へ向かって、次第に大きくなっている。
【００８０】
したがって、図３Ｂの回転電極２２および図３Ｃの回転電極２３では、上記吸気通路１１の断面積は、上記吸気通路１１の開口側から上記吸気通路１１の奥側へ向かって大きくなっているので、上記吸気通路１１のコンダクタンスを大きくできて、上記反応ガスの吸引量が増加し、上記被加工物６の加工速度を上昇できる。また、上記吸気通路１１の開口を小さくできて、電界強度の分布が小さくなって、上記被加工物６の加工後の表面形状に悪影響を与えない。
【００８１】
（実験例２）
実験例２では、吸引力を上昇させるため、実験例１で用いた吸引型回転電極２の形状を一部変更し、以下の第１と第２の吸引型回転電極により実験を行い、その効果を検証した。つまり、シリコン基板における加工速度の回転電極の形状の依存性を検討する。
【００８２】
上記第１の回転電極２４は、図４Ａに示すように、実験例１で用いた図１Ａの回転電極２の吸気通路１１に、ネジ溝１１ａを形成している。つまり、上記第１の回転電極２４は、上記吸気通路１１に、上記吸気通路１１の開口側から見たときの上記回転電極２４の回転方向と逆方向にネジを回転させた場合にこのネジが上記吸気通路１１の奥側へ進むようなネジ溝１１ａが、形成されている。
【００８３】
上記第２の電極２５は、図４Ｂに示すように、実験例１で用いた図１Ａの回転電極２の半径は１５ｍｍであったが、半径が２５ｍｍに拡大されている。つまり、上記第２の電極２５は、上記排気通路１２ａ，１２ｂが設けられている部分の半径が、２５ｍｍに形成されている。
【００８４】
実験方法を説明すると、図１Ａに示す装置の反応容器１の内部に、２体積％の塩素ガスと９８体積％のヘリウムガスとからなる混合ガスを導入し、反応容器１の内部の圧力を１気圧とした。回転電極２，２４，２５とシリコン基板（被加工物６）との間の距離を８００μｍに設定し、回転電極２，２４，２５の回転数を６０００ｒｐｍに設定した。
【００８５】
そして、反応容器１の外部に設けられた高周波電源７から高周波電力を電力密度１１６０Ｗ／ｃｍ３で、回転軸部３を介して、回転電極２，２４，２５に印加することによって、回転電極２，２４，２５とシリコン基板との間にプラズマ１０を形成した。
【００８６】
そして、ヒータ５により２５０℃に加熱されたシリコン基板の表面に、プラズマ１０を１分間接触させることによって、シリコン基板を加工した。
【００８７】
各種回転電極（吸気通路を持たない回転電極、実験例１（図１Ａ）の吸引型回転電極２、図４Ａの第１の電極２４、および、図４Ｂの第２の電極２５）の加工速度を、［表１］に示す。
【００８８】
［表１］
2008028023.tif 000003
【００８９】
［表１］からわかるように、ネジ溝１１ａを有する上記第１の電極２４は、加工速度が上昇しており、ガス吸引力を上昇させる効果があると考えられる。要するに、上記回転電極２４が回転することで、上記ネジ溝１１ａによって、上記反応ガスを上記吸気通路１１の奥側へ運ぶことができる。したがって、上記反応ガスの吸引力を上昇させて、上記被加工物６の加工速度を上昇できる。
【００９０】
また、２５ｍｍの半径を有する上記第２の電極２５も、加工速度が大きく上昇している。これは、電極半径を大きくしたことにより、電極回転により排気通路１２ａ，１２ｂ内のガス分子に作用する遠心力が大きくなるため、排気通路１２ａ，１２ｂ内部の圧力が大きく低下し、吸引力が上昇したものと考えられる。
【００９１】
なお、図５Ａと図５Ｂに示すように、回転電極２６の排気通路１２ａ，１２ｂの出口の形状を変更することにより、上記排気通路１２ａ，１２ｂの内部の圧力がさらに低下し、吸引力が上昇するものと考えられる。つまり、この回転電極２６の上記排気通路１２ａ，１２ｂの出口の形状は、上記回転電極２６の回転方向と逆方向に、延びている。
【００９２】
（実験例３）
実験例３では、実験例１で用いた吸引型回転電極２により、単結晶ＧａＮ基板（被加工物６）の加工実験を実施した。つまり、単結晶ＧａＮ基板における加工速度の回転電極の回転数の依存性を検討する。
【００９３】
図１Ａに示す装置の反応容器１の内部に、２体積％の塩素ガスと９８体積％のヘリウムガスとからなる混合ガスを導入し、反応容器１の内部の圧力を１気圧とした。回転電極２と単結晶ＧａＮ基板（被加工物６）との間の距離を８００μｍに設定し、回転電極２の回転数を６０００ｒｐｍに設定した。
【００９４】
そして、反応容器１の外部に設けられた高周波電源７から高周波電力を電力密度９７０Ｗ／ｃｍ３で、回転軸部３を介して、回転電極２に印加することによって、回転電極２と単結晶ＧａＮ基板との間にプラズマ１０を形成した。
【００９５】
そして、ヒータ５により２５０℃に加熱された単結晶ＧａＮ基板の表面に、プラズマ１０を１分間接触させることによって、単結晶ＧａＮ基板を加工した。
【００９６】
図６のグラフに、単結晶ＧａＮ基板の加工実験における、加工速度の電極回転数依存性を示す。また、比較のため、吸気通路１１のない回転電極を用いた場合の結果を、同じく図６に示している。吸気通路１１を持たない回転電極では、回転数６００ｒｐｍ以上では加工速度は変化しておらず、回転電極の回転のみによっては、効率的に新鮮ガスをプラズマへ供給できていないことがわかる。
【００９７】
しかし、本発明における吸気通路１１のある吸引型回転電極２を用いた場合は、実験例１でのシリコン基板加工の場合と同様に、回転数の上昇と共に加工速度が大きく上昇している。これは、吸引力の上昇により新鮮ガスがプラズマへより効率的に供給された結果であると考えられる。
【００９８】
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記吸気通路１１および上記排気通路１２ａ，１２ｂは、少なくとも一つあればよい。このとき、上記全ての排気通路１１のコンダクタンスは、上記全ての吸気通路１２ａ，１２ｂのコンダクタンスに比べて、大きいのが好ましい。上記排気通路１２ａ，１２ｂは、上記回転軸３ａを中心として、放射状に設けられてもよく、上記吸気通路１１に連通すると共に上記回転電極２の側面２ｂに開口していればよい。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１Ａ】本発明のプラズマ加工装置の一実施形態を示す簡略構成図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す装置の一部を示す模式的な斜視図である。
【図２】実験例１において加工されたシリコン基板の加工速度と電極回転数との関係を示したグラフである。
【図３Ａ】他の吸引型の回転電極の模式的な側面図である。
【図３Ｂ】別の吸引型の回転電極の模式的な側面図である。
【図３Ｃ】その他の吸引型の回転電極の模式的な側面図である。
【図４Ａ】実験例２において使用した第１の回転電極の模式的な側面図である。
【図４Ｂ】実験例２において使用した第２の回転電極の模式的な側面図である。
【図５Ａ】他の吸引型の回転電極の模式的な側面図である。
【図５Ｂ】他の吸引型の回転電極の模式的な平面図である。
【図６】実験例３において加工された単結晶ＧａＮ基板の加工速度と電極回転数との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【０１００】
１  反応容器
２  回転電極
２ａ  対向面
２ｂ  側面
３  回転軸部
３ａ  回転軸
４  基板ステージ
５  ヒータ
６  被加工物
７  高周波電源
８  ガス導入ライン
９  ガス排気ライン
１０  プラズマ
１１  吸気通路
１１ａ  ネジ溝
１２ａ，１２ｂ  排気通路
２１，２２，２３，２４，２５，２６  回転電極
【図１Ａ】
2008028023.tif 000004
【図１Ｂ】
2008028023.tif 000005
【図２】
2008028023.tif 000006
【図３Ａ】
2008028023.tif 000007
【図３Ｂ】
2008028023.tif 000008
【図３Ｃ】
2008028023.tif 000009
【図４Ａ】
2008028023.tif 000010
【図４Ｂ】
2008028023.tif 000011
【図５Ａ】
2008028023.tif 000012
【図５Ｂ】
2008028023.tif 000013
【図６】
2008028023.tif 000014