(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、該真空容器内にエッチング対象物を固定するための位置決めステージと、前記真空容器へプラズマ発生のためのガスを供給するガス供給管と、前記真空容器外で前記ガス供給管に連結されたガス源を有し、細管は外管によって前記真空容器に挿嵌され、前記細管先端が前記真空容器内でエッチング対象物の表面と対向し、前記細管の他端はポンプに連結した排気管に接続され、高周波電源がケーブルを通じて前記細管を囲繞する円筒電極に接続されている吸引型プラズマエッチング装置において、前記細管前方支持部を真空対応の接着剤またはろう付けを用いて外管に対して動かないように固着し、前記細管後方支持部を可動とするとともに前記細管後方支持部と前記排気管との間を可撓性配管によって接続し、かつ前記可撓性配管がばね性を持ち、細管の後方支持部を通じて前記細管を先端方向に押し付けることを特徴とする吸引型プラズマエッチング装置。
【請求項２】
真空容器と、該真空容器内にエッチング対象物を固定するための位置決めステージと、前記真空容器へプラズマ発生のためのガスを供給するガス供給管と、前記真空容器外で前記ガス供給管に連結されたガス源を有し、細管は外管によって前記真空容器に挿嵌され、前記細管先端が前記真空容器内でエッチング対象物の表面と対向し、前記細管の他端はポンプに連結した排気管に接続され、高周波電源がケーブルを通じて前記細管を囲繞する円筒電極に接続されている吸引型プラズマエッチング装置において、前記細管前方支持部に突起またはテーパを設け、外管に対して密着させ、前記細管後方支持部を可動とするとともに前記細管後方支持部と前記排気管との間を可撓性配管によって接続し、かつ前記可撓性配管がばね性を持ち、細管の後方支持部を通じて前記細管を先端方向に押し付けることを特徴とする吸引型プラズマエッチング装置。
【請求項３】
外管と細管及び電極との間に、前記細管と同軸で、電極へ空気の通り道を有する内管と、前記細管の外面と前記内管との間の空気を排気するための排気機構を有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の吸引型プラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体表面にプラズマエッチング加工を施すための吸引型プラズマエッチング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマは気体の全体あるは一部分が電離することにより、イオン、電子、ラジカル、励起分子、が混在した状態となり、化学的に活性となることを利用して、プラズマを加工したい材料（ワーク）に曝露し、例えば非特許文献１にあるようにワーク表面の化学構造の改質、ワーク表面への被膜形成、ワークのエッチングを行なうなどの目的で広く用いられている。
【０００３】
本発明で言うプラズマエッチングとは、プラズマ化した反応性ガス（ラジカル種）とエッチング対象物（以下ワークと略記する）との反応によるワーク表面の除去作用をいうものであり、例えばプラズマ化したフッ素等の反応性ガスをワーク表面に曝露し、プラズマ化した反応性ガスとワークとの間の反応で生成した揮発性化合物を蒸発除去せしめることにより、曝露されたワーク表面を精度よく除去して行くことを特徴とするものである。プラズマエッチングによる作用の効果は、用いる反応性ガスの種類により異なり、また時間や電離のために印加する電力を加減することによりその強弱をコントロールすることができる。そして半導体加工プロセスの手段として用いられることが多いがその他、様々な用途に応用が可能である。
【０００４】
また、プラズマエッチングは、イオンのワークへの衝突方向を外部電圧（バイアス電圧）で制御できる。この性質を利用し、ワークへ樹脂や金属のマスクを形成することにより、ワーク表面に対して垂直にエッチングすることが可能である。この性質は大規模集積回路（ＬＳＩ）を生産する上で非常に有用であり、プラズマエッチングは現代の半導体製造において必須の製造工程となっている。
【０００５】
このようなプラズマエッチングの応用分野として期待されているものに半導体デバイスの配線露出がある。特許文献１に記載されているように、半導体デバイスの品質管理の一工程である故障解析では試作、または生産された半導体デバイスの絶縁膜を除去しながら配線を露出し、探針と電子顕微鏡との組み合わせにより配線内の不良箇所を可視化することが行われている。絶縁膜の除去や配線露出の手段として、ドライプロセスで、比較的安全なプラズマエッチングを用いることは有効な選択肢であると考えられるが、局所領域のエッチング加工に対応し、エッチングがデバイスに破壊ないし汚染を誘起しないことが求められる。
【０００６】
このプラズマエッチングは化学反応を利用するために機械的な研磨方法などに比べて特定の材料だけを除去できること、液体を利用しないドライプロセスであるため、酸やアルカリ等を用いる湿式のエッチングに比べて、薬液を用いないために薬液除去のための洗浄工程がいらないという環境負荷低減上の利点がある一方で、化学反応の生成物が揮発性でなかった場合、それがワーク表面へ残渣として堆積し、ワーク表面を汚染する問題があった。更に通常のプラズマエッチング装置はワーク全面をプラズマに曝露する構造となっており、局所領域のエッチング加工という目的には対応できなかった。
【０００７】
局所的なプラズマの発生方法として、細管（キャピラリー）内で気体を電離し、発生したプラズマを細管の出口からワークに噴射するプラズマジェットまたはマイクロプラズマを利用した装置が開発されている。例えば特許文献２には、局所的なプラズマ溶射装置によりワークへの被膜の堆積を行なう技術、特許文献３には、ノズルからマイクロプラズマを噴射しウエハのエッチングを行なう装置、そして特許文献４にはプラズマジェット手段により、人間や動物の止血を行なう装置が開示されている。
【０００８】
特許文献５には、不良原因の解析等を目的として、局所プラズマ機構による多層集積化半導体デバイスの絶縁膜の局所的な剥離、穿孔、除去等を行なうマイクロマニピュレーション装置が記載されているが、高温のプラズマガスの影響による周辺部分の損傷や汚染、またプラズマの拡散による剥離、穿孔等の形状の精緻さへの悪影響の問題の解決に関しては完全なものではなかった。更に、作業を長時間継続することに伴う、付着物や堆積物の除去等の、補助的作業の煩雑さの問題も依然解決はされていない。
【０００９】
上述のマイクロプラズマ手法は、通常のプラズマを小型化、局所化したものであって、プラズマをワークへ噴射するため、プラズマの熱の影響、プラズマ内並びにプラズマとワークとの化学反応で生じる固体反応物の堆積による表面汚染、噴射したプラズマが不必要に広がることにより、ワーク表面の一部分のみをプラズマに曝露することが困難であるという問題があった。
【００１０】
前述の問題を解決することを目的として、特許文献６に、半導体デバイスの故障解析用の装置として用いられる、吸引型プラズマエッチング装置が開示されている。吸引型プラズマエッチング装置は、図１に示すように真空容器１にエッチング対象物であるワーク２を固定するための位置決めステージ３と真空容器１へプラズマ発生のためのガス供給管４と該供給管に連結されたガス源５を有し、絶縁体からなる細管（キャピラリー）６は外管７によって真空容器１に連結され、細管先端が真空容器１内でワーク２の表面と対向する。細管６の他端は真空容器外で排気管８と連結され、真空容器1内に供給されたガスが、排気管８に連結されたポンプ９を用いて、細管６を通じて吸引される。プラズマ発生のため、高周波電源１０がケーブル１１を通じて細管６を囲繞する円筒電極１２に接続されており、該円筒電極１２に高周波電源１０から高周波電力が供給されると、細管６内に吸引されたガスがプラズマ化する。吸引型プラズマエッチング装置では、細管からワークにプラズマを噴射するのとは逆に、ワーク側からガスを吸引し細管内でプラズマ化するのである。この際プラズマの一部分はガスの流れに逆行し、ワーク表面に到達し、ワーク表面をエッチングするのであるが、ガスの流れはワーク表面のガスに対して吸引方向にあるため、エッチングにより生じた固体反応物は細管６を通して吸引され外部に排出され、ワーク表面に堆積することはない。そしてプラズマ自体も不必要に拡散することなく、必要な箇所のみに照射されることとなる。
【００１１】
非特許文献２に記載されているように、前述の吸引型プラズマエッチング装置は、プラズマ化する前のガスがワーク面を通って細管内へ吸引されるため、ワーク表面を清浄に保ち、熱による影響を抑制するという特徴があるほか、細管とワークとの間隔を適切に保つことにより、プラズマの発生領域を細管の内径程度の円内に絞ることができる。これらの長所により吸引型プラズマエッチング装置は、半導体故障解析目的で、集積回路の絶縁膜を除去し、配線を露出する目的で用いられている。
【００１２】
ところが、吸引型プラズマエッチング装置はワークがプラズマに曝露されると、プラズマ発生の際に伴う熱に起因する細管の熱膨張が原因で、ワークと細管先端部分との距離（ギャップ）が敏感に変化し、それに伴って加工速度も大きく変化し、結果として加工速度の再現性に問題があった。
【００１３】
また、プラズマ発生に伴う熱の影響は発生装置の破損や、ワークに対するダメージの影響が知られている。特許文献２には、プラズマ発生装置に水等の冷媒を流しプラズマガンの陽極の温度を冷却するための冷却機構を具備する装置が提案されている。その目的は、装置自体の保護、過熱によるワークへの悪影響を防止するものであるが、熱膨張に伴う装置の寸法変化を低減することとは目的が異なるため、例えば部品の接続方法や冷媒の流路の構造等の工夫が必要である。
【００１４】
特許文献７においては細管の温度上昇を抑制するための冷却機構を具備する吸引型プラズマエッチング装置が開示されている。この冷却機構はキャピラリーへの熱履歴の繰り返しによる損傷の発生及びそれによる作業の不備を防ぐことを主たる目的としており、熱膨張に伴う装置の寸法変化を低減することとは目的が異なる。それゆえに同文献における冷却機能は、キャピラリーと触れて温度上昇した冷媒が低温の冷媒と混合しやすい等の改善点の余地を残している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】応用物理分野のアカデミック・ロードマップの作成報告書  （株）日本総合研究所、（社）応用物理学会編  ３３頁−３８頁、平成１９年２月
【非特許文献２】新堀俊一郎他  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｊａｐａｎ  第５３巻３号、２３４頁−２３７頁、２０１０年
【００１６】
【特許文献１】特開２０１０−１３５６８４号公報
【特許文献２】特開２００６−１３０５０３号公報
【特許文献３】特開２０１４−２１２３０２号公報
【特許文献４】特表平１０−５０４７５１号公報
【特許文献５】特開２００８−４６３２４号公報
【特許文献６】特開２０１０−１５３７８３号公報
【特許文献７】特開２０１４−７５４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明者等は上述の従来の吸引型プラズマエッチング装置が持つ問題点に鑑み鋭意検討を行った結果、ワークと細管先端部分との距離（ギャップ）が熱膨張によって変動し、エッチングの再現性を損なう、即ち、安定した加工ができないという現象に関して以下二点の解決すべき課題を見出し、これらを解決すれば安定したエッチング加工ができることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち、第一の課題は、図１において、細管６自体の熱膨張の影響を低減することである。細管６は真空容器側で外管７と前方支持部１３と、および排気管８側で、後方支持部１４において、気密性を保つために通常ゴムのＯリングを締め付けることによって固定されているが、同固定法は完全に両者を固着していないために、熱膨張することによって前方支持部１３及び後方支持部１４を通じて、細管は前方並びに後方に伸長する。この伸長の配分は必ずしも制御されていないため、前記ギャップの再現性は乏しくなり、エッチング作用が不安定になるのである。
【００１８】
第二の課題は、プラズマガンを構成する外管７の熱膨張の影響を低減することである。プラズマガンとは従来の吸引型プラズマエッチング装置において、外管７と該外管の中心にある細管６と細管６を囲繞する電極１２から構成されるものを指すが、プラズマ発生の際の発熱により、外管７も加熱され当然熱膨張する。そのことが前記ギャップの安定性、即ちエッチングの再現性をより難しくしている。
【００１９】
本発明になる吸引型プラズマエッチング装置における第一の課題は、真空容器と、該真空容器内にエッチング対象物を固定するための位置決めステージと、前記真空容器へプラズマ発生のためのガスを供給するガス供給管と、前記真空容器外で前記ガス供給管に連結されたガス源を有し、細管は外管によって前記真空容器に挿嵌され、前記細管先端が前記真空容器内でエッチング対象物の表面と対向し、前記細管の他端はポンプに連結した排気管に接続され、高周波電源がケーブルを通じて前記細管を囲繞する円筒電極に接続されている吸引型プラズマエッチング装置において、前記細管前方支持部を真空対応の接着剤またはろう付けを用いて外管に対して動かないように固着し、前記細管後方支持部を可動とするとともに前記細管後方支持部と前記排気管との間を可撓性配管によって接続し、かつ前記可撓性配管がばね性を持ち、細管の後方支持部を通じて前記細管を先端方向に押し付けることを特徴とする吸引型プラズマエッチング装置により達成される。
【００２０】
細管前方支持部を外管に対して動かないように固着する方法としては、真空対応の接着剤を用いる方法、あるいはろう付けを用いる方法等が必要である。
【００２１】
また、細管前方支持部１３の形状を変更することにより、細管前方支持部１３を外管７に対して動かないように固定する方法も実現可能である。図２ではそのような細管の構成を記述している。細管前方支持部１３に突起１５またはテーパ１６を設け、外管７に対して密着させれば、細管７が熱膨張しても細管前方に伸長することができない。すなわち、本発明になる吸引型プラズマエッチング装置における第一の課題はまた、真空容器と、該真空容器内にエッチング対象物を固定するための位置決めステージと、前記真空容器へプラズマ発生のためのガスを供給するガス供給管と、前記真空容器外で前記ガス供給管に連結されたガス源を有し、細管は外管によって前記真空容器に挿嵌され、前記細管先端が前記真空容器内でエッチング対象物の表面と対向し、前記細管の他端はポンプに連結した排気管に接続され、高周波電源がケーブルを通じて前記細管を囲繞する円筒電極に接続されている吸引型プラズマエッチング装置において、前記細管前方支持部に突起またはテーパを設け、外管に対して密着させ、前記細管後方支持部を可動とするとともに前記細管後方支持部と前記排気管との間を可撓性配管によって接続し、かつ前記可撓性配管がばね性を持ち、細管の後方支持部を通じて前記細管を先端方向に押し付けることを特徴とする吸引型プラズマエッチング装置により達成される。
【００２２】
細管後方支持部１４を可動とする方法としては、従来のＯリングにて細管後方支持部１４を締め付けることによって可能であるが、可動性をさらに高める方法としては、図３に示すように細管後方支持部１４と排気管８との間を蛇腹管等の可撓性配管１７によって連結することが必要である。細管前方への熱膨張に伴う伸長が不可能な構造であるため、細管を破損しないためには細管６後方の熱膨張に伴う伸長が妨げられず、なおかつ真空を維持できる構造であることが必要である。
【００２３】
細管前方支持部１３を突起１５またはテーパ１６によって密着させる構造の場合、プラズマ発生が停止すると、細管６は冷却し、それに伴い収縮するが、この際に突起１５またはテーパ１６が外管７への密着の方向と逆にずれる可能性がある。この可能性を低減し、なおかつ熱膨張に伴う細管６の伸長の影響を低減する構造として、図３に示した可撓性配管１７にばね性を持たせ細管６をその先端方向へ押し付ける構造にすることが必要である。
【００２４】
本発明の第二の課題、即ち外管７の熱膨張の影響を低減する手段について図４を用いて説明する。上述の課題は、外管７と細管６及び電極１２との間に、前記細管６と同軸で、電極１２へ空気の通り道を有する内管１８と、前記細管６の外面と前記内管１８との間の空気を排気するための排気機構１９を有することを特徴とする吸引型プラズマエッチング装置にて達成される。
【００２５】
図４の配置では外管７が内管１８と仕切られているため、外気２０はまず第一に、より室温に近い外管７を冷却しつつ高温の電極１２に到達し、第二に、高温の細管６と電極１２を冷却しながら高温となった排気２１は、外気２０と混じり合うことなく排気機構１９により外部に排出されるため、外管７はより効率的に冷却される。このように強制的な冷却を行なうことにより、熱による細管６、外管７の寸法変化が少なくなり、細管６とワークとのギャップがより安定するのみならず、細管６の熱膨張自体が抑えられ、細管６の寿命を延長することもできる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明になる吸引型プラズマエッチング装置においては加工の再現性に悪影響を及ぼしていた二つの課題、すなわち細管６の熱膨張と外管７の熱膨張により細管６の先端とワーク２との間隔が変動するという点を解決したものであり、加工の再現性に伴い、半導体デバイスの絶縁膜の除去と配線の露出をより精密に、例えば一層ずつエッチングし、検査にかけることが可能になる。また半導体デバイスの配線露出だけでなく、細管６により内径の小さいものを用いて、例えばワーク２をＳｉウエハとし、ワーク２の上にマスクなしで直接エッチングによるパターンを描画することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】吸引型プラズマエッチング装置の基本構成と、細管の熱膨張に伴う細管先端の絶対位置の移動を低減するための発明箇所を図示したものである。
【図２】本発明において細管先端位置の熱膨張に伴う移動を止めるための細管前方支持部分１３に関す形状の例である。
【図３】本発明において細管の熱膨張に伴う伸長を細管後方のみに限定するため、細管後方支持部１４と排気管８とを蛇腹管など可撓性配管で接続する構造の説明図である。
【図４】本発明において、外管７の熱膨張を低減するため、細管６および電極１２と外管７との間に、電極１２へ空気の通り道を有する内管１８と、細管６の外面と内管１８との間の空気を排気するための排気機構１９を設けた構造の説明図である。
【図５】従来型の吸引型プラズマエッチング装置による３回繰り返し加工の結果の例である。
【図６】本発明の吸引型プラズマエッチング装置において、排気機構１９を動作しなかった場合の、４回繰り返し加工の結果の例である。
【図７】本発明の吸引型プラズマエッチング装置において、排気機構１９を動作した場合の、４回繰り返し加工の結果の例である。
【図８】本発明の吸引型プラズマエッチング装置において、プラズマ発生中に排気機構１９を動作した場合としなかった場合とで細管先端の真空容器１への突出部分の熱膨張由来の伸長Ｌ１、並びに外管７の熱膨張由来の伸長に伴う、外管７の先端部分とワーク表面の間隔Ｌ２の減少量を比較したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明になる吸引型プラズマエッチング装置を、図面をもって具体的に説明する。図１は吸引型プラズマエッチング装置の基本構成と、細管６の熱膨張に伴い該細管先端の絶対位置が移動することを低減するための発明箇所を図示したものである。真空容器１と、エッチング対象物であるワーク２を固定するための位置決めステージ３と真空容器１へプラズマ発生のためのガスを供給するガス供給管４と該ガス供給管に連結されたガス源５を有し、絶縁体からなる細管６は外管７によって真空容器１内に挿嵌され、細管先端が真空容器１内でワーク２の表面と対向する。細管６は、その先端に近い細管前方支持部１３において外管７の先端に穿孔された孔の縁部と強固に固着され、両者の位置関係は動くことがないようにしかつ真空容器１の気密性を維持する。細管６のもう一方の端、即ち細管後方支持部１４は真空容器外でポンプ９に連結した排気管８に接続され、ポンプ９を稼働することにより、真空容器1内に供給されたガスが細管６を通じて吸引される。プラズマ発生のために、高周波電源１０がケーブル１１を通じて細管６を囲繞する円筒電極１２に接続される。細管前方支持部１３を外管７に対して動くことがないように固着し、細管後方支持部１４を可動とする。ここで、細管後方支持部１４を可動とする、とは細管６と排気管８との間の密閉性を損なうことなく細管６の軸方向の寸法変動（伸縮）を吸収しうる接続方法を採用することを言う。本構成により、プラズマ発生中の発熱に伴う細管６の熱膨張由来の伸長は大部分が細管後方に向かう。細管前方支持部１３と細管先端との間の熱膨張は影響するが、細管６の全長に比べて十分に小さいため、該熱膨張の影響は小さい。
【００２９】
本発明において、細管前方支持部１３を外管７に対して動かないように固着する方法としては、例えば真空対応の接着剤を用いる方法、ろう付けを用いる方法等が考えられるが、真空を維持でき、細管前方支持部１３を外管７に対して動かないように固定できる方法であればこれらの固着方法に限定されることはない。細管６は絶縁体であり、通常は石英、ガラスあるいはセラミックス等の材料が使用される。一方、外管７の材料は通常金属である。非金属材料と金属材料の接合性は非常に悪く、これを強固に高気密に固着するためには、非金属材料の表面を金属皮膜で被覆したり、あるいは金属化（メタライジング）してから両者をろう付けするという固定方法も有効である。
【００３０】
あるいは、細管前方支持部１３の形状を変更することにより、細管前方支持部１３を外管７に対して動かないように固定する方法も実現可能である。図２ではそのような細管の構成を記述している。すなわち、細管前方支持部１３に突起１５またはテーパ１６を設け、外管７に対して密着させれば、細管７が熱膨張しても細管前方に伸長することができない。
【００３１】
細管後方支持部１４を可動とする方法としては、従来のＯリングにて細管後方支持部１４を締め付けることによって可能であるが、可動性をさらに高める方法としては、図３に示すように細管後方支持部１４と排気管８との間を蛇腹管等の可撓性配管１７によって接続することも可能である。細管前方への熱膨張に伴う伸長が不可能な構造であるため、細管を破損しないためには細管６後方の熱膨張に伴う伸長が妨げられず、なおかつ真空を維持できる構造であることが好ましい。
【００３２】
細管前方支持部１３の形状を変更し、外管７に対して密着させる構造の場合、プラズマの発生を停止させた際に、細管６が冷却に伴い収縮するが、この際に突起１５またはテーパ１６が外管７への密着の方向と逆に移動する可能性がある。この可能性を低減し、なおかつ熱膨張に伴う細管６の伸長の影響を低減する構造として、図３に示した可撓性配管１７にばね性を持たせ、細管６をその先端方向へ押し付ける構造にすることが好ましい。
【００３３】
本発明の第二の課題、即ち外管７の熱膨張の影響を低減する手段について説明する。本課題を達成する手段として、本発明者等は、外管７を冷却しつつ、プラズマ発生時における細管６と電極１２による外管７の加熱の影響を低減する構造が有効であることを見出したものであり、その構造を図４に示す。外管７と細管６及び電極１２との間に、細管６と同軸で、電極１２へ空気の通り道を有する内管１８と、細管６の外面と内管１８との間の空気を排気するための排気機構１９を設ける。図４の構成では外気２０はまず外管と内管の間の空間を通り、外管７と内管１８を冷却しながら、電極１２に到達する。電極１２に到達した空気は電極１２および細管６を冷却しながら温度上昇した排気２１となった後に、排気機構１９によって外部に排出される。図４の配置では外管７が内管１８で仕切られているために、低温の外気２０は高温の排気２１と混じり合うことなく排気機構１９により外部に排出されるため、外管７はより効率的に冷却されるのである。
【００３４】
以下従来型の吸引型プラズマエッチング装置と本発明の吸引型プラズマエッチング装置を用いたプラズマエッチングの実施例、比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、これにより特に限定を受けるものではない。
【実施例】
【００３５】
比較例
従来型の吸引型プラズマエッチング装置を用いて、以下の条件にてシリコンウェーハのＣＦ４ガスによる加工実験を３回繰り返し行なった。図５に加工面のプロファイルを測定した結果を示す。図面により明らかな通り、加工深さは３回の間で最大２５μｍもの違いがあった。
実験条件
細管内径：１ｍｍ、ワーク：Ｓｉウェーハ、ＲＦ電力：４０Ｗ
プラズマガス：ＣＦ４、真空容器圧力：１０５０Ｐａ
ガス流量：１５ｓｃｃｍ、加工時間：３分
【００３６】
実施例１
本発明の吸引型プラズマエッチング装置を用いて、以下の条件にてシリコンウェーハのＣＦ４ガスによるプラズマエッチング加工実験を４回繰り返し行なった。細管６の前方支持部１３はテーパ構造に加工し、外管７に押し付けることで、プラズマエッチング中の熱膨張に伴う細管６の伸長を、細管６の後方支持部の方に発現するようにしている。即ち、細管後方支持部１４は排気管８とＯリングの締め付けによって固定し、熱膨張による伸長を吸収する構造としている。本装置は、外管７と細管６との間に内管１８を、内管と細管との間の空間を排気する排気機構１９（空冷装置）を備えているが、本実施例ではそれを稼働させなかった。表１にその結果を示し、図６に加工面のプロファイルを測定した結果を示す。
実験条件
細管内径：１ｍｍ、  ワーク：Ｓｉウェーハ、  ＲＦ電力：５０Ｗ、
プラズマガス：ＣＦ４、  真空容器圧力：７２０Ｐａ、
ガス流量：１３ｓｃｃｍ、  加工時間：１０分
【００３７】
【表１】
0006650799.tif 000002
表１及び図６に示す結果から明らかな通り、本発明の吸引型プラズマエッチング装置を用いることにより、加工深さのバラツキが格段に少なくなり、プロファイルも再現性よく、均一な加工ができることが判った。
【００３８】
実施例２
排気機構１９（空冷装置）を稼働させる以外は全て実施例１と同様にしてプラズマエッチング加工実験を４回繰り返し行なった。表２にその結果を示し、図７に加工面のプロファイルを測定した結果を示す。
【００３９】
【表２】
0006650799.tif 000003
表２及び図７に示す結果から明らかな通り、空冷装置稼働による外管７、電極１２、細管６の冷却効果は顕著であり、加工再現性も更に向上することが示された。
【００４０】
実験例
図８には、本発明の吸引型プラズマエッチング装置において、プラズマ２２の発生中に、真空容器１内に突出している細管６と外管７の熱膨張由来の伸長を高倍率のカメラにより観察した結果を示す。細管６の伸長は外管７の先端から細管６の先端までの距離Ｌ１により、外管７の伸長量は、外管７の先端面の絶対位置が、熱膨張に伴い図面の右側に移動する。一方ワーク２の細管６との対向部分はエッチングにより除去されていくが、ワーク２の平坦面の絶対位置は実験中一定であるので、外管７の先端面からワーク２の表面までの距離Ｌ２の減少量により外管７の伸長量を評価した。細管６の前方支持部１３は図２のようにテーパ構造に加工し、外管７に押し付けることで、プラズマエッチング中の熱膨張に伴う伸長を細管6の後方に限定している。細管後方支持部１４は排気管８とＯリングの締め付けによって固定し、熱膨張による伸長を吸収する構造としている。また外管７と細管６との間に内管１８を、細管６と内管１８との間の空間を排気する排気機構１９を備えている。排気機構の動作に関係なく、細管６の伸長は３μｍであり、図２のテーパ構造によって細管６の熱膨張由来の伸長がその先端側にほとんど及んでいないことがわかる。一方外管７に関しては、その熱膨張由来の伸長が、排気機構１９すなわち空冷を行わなかった場合には１８μｍであったのに対し、排気機構１９を動かして空冷した場合には伸長が３μｍに低減されていることが示された。
実験条件
細管内径：１ｍｍ、  ワーク：Ｓｉウェーハ、  ＲＦ電力：５０Ｗ、
プラズマガス：ＣＦ４、  真空容器圧力：５８０Ｐａ、
ガス流量：５ｓｃｃｍ、  加工時間：１０分
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上述べたとおり、本発明になる吸引型プラズマエッチング装置において、プラズマ発生に伴って生じる熱膨張による細管６の伸長の影響を低減するため、細管前方支持部１３を外管７に対して動かないように固着し、細管後方支持部１４を可動とした。さらに細管６を固定している外管７の熱膨張に伴う伸長を低減するため、外管７と細管６及び電極１２との間に、細管６と同軸で、外管先端部分に電極１２へ空気の通り道を有する内管１８と、細管６の外面と内管１８との間の空気を吸引するための排気機構１９を設け、外管７、電極１２、細管６を空冷した。以上の発明により、これまで加工結果にばらつきの大きかった吸引型プラズマエッチング装置の加工再現性が格段に向上し、積層数が増大し、より精密な絶縁膜除去と配線露出が求められる半導体故障解析用試料作製の能率を向上することが期待される。このことは今まで集積回路の開発期間において無視できない割合を占めていた故障解析の工程における期間短縮に貢献し、スマート社会や、もののインターネットといった目的に供する次世代電子デバイスの開発の加速に波及効果をもたらすことが期待される。また、リソグラフィーを用いずに直接加工が可能な本発明からなる吸引型プラズマエッチング装置は、マイクロ流路システムにおける開発コストの低減にもつながり、バイオＭＥＭSの分野にも波及することが予想される。
【符号の説明】
【００４２】
１：真空容器  ２：ワーク  ３：位置決めステージ  ４：ガス供給管
５：ガス源  ６：細管  ７：外管  ８：排気管  ９：ポンプ
１０：高周波電源  １１：ケーブル  １２：円筒電極
１３：細管前方支持部  １４：細管後方支持部  １５：突起  １６：テーパ  
１７：可撓性配管  １８：内管  １９：排気機構  ２０：外気  ２１：排気
２２：プラズマ
【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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【図８】
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