(57)【要約】【課題】微細な加工が可能で、しかも、加工むらが少なく、速い加工速度で、少ないガス消費量で加工を行うこと。【解決手段】加圧又は大気圧下での低温プラズマによる反応性エッチングを利用してウェハ９の表面を加工するプラズマ加工装置である。内部を所定の圧力に制御が可能なガスの供給装置６とガス吸引配管２、吸引ポンプ３を備えたチャンバー４と、このチャンバー４内に配置された電極部５と、この電極部５と対向すべくチャンバー４内に配置されたウェハ９の移動機構１０〜１２を備える。前記電極部５には環状空間５ｄが形成され、この環状空間５ｄ内に供給されたガスが下端に設けられた複数の噴射口５ｅから噴出する構造となっている。【効果】微細な加工が可能になり、しかも、加工むらが少なく、速い加工速度で、しかも、少ないガス消費量で、白濁を発生させることなく、難削材の表面を平面加工したり鏡面加工できるようになる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧又は大気圧下での低温プラズマによる反応性エッチングを利用して加工物の表面を加工するプラズマ加工装置において、
内部を所定の圧力に制御が可能なガスの供給装置と排出装置を備えたチャンバーと、このチャンバー内に配置された電極部と、この電極部と対向すべくチャンバー内に配置された加工物の移動機構を備え、
前記電極部には環状空間が形成され、この環状空間内に供給されたガスが下端に設けられた複数の噴射口から噴出する構造となっていることを特徴とするプラズマ加工装置。
【請求項２】
前記電極部の複数の噴射口部をメッシュで覆っ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】
前記電極部の複数の噴射口部の下端に凸部が設けられてい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】
前記ガスの排出装置は、ガス吸引口が電極部の中心空間部に連通すべく配置された吸引式であることを特徴とする請求項１〜３の何れか記載のプラズマ加工装置。
【請求項５】
前記電極部は、回転が可能なように構成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか記載のプラズマ加工装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか記載のプラズマ加工装置を用いて加工物の表面を加工するに際し、加工を施す加工物の外周にプラズマにより加工されないダミー板を設置した状態で加工することを特徴とするプラズマ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＳｉインゴットやセラミックス等の難削材の表面を平面加工或いは鏡面加工するプラズマ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばシリコンウェハの表面を平坦化する技術として、特開平１１−６７７３６号、特開２０００−６８２５６号、特開２０００−１２４１９３号、特開２０００−２５６０９４号、特開２００１−２４４２４０号、特開２００２−２５９８０号で提案されたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来例のノズルによる加工では、プラズマガスの噴出により、図７に示したように、加工物Ｗの表面が窪んだ形状の加工となるため、これをスキャンして加工したとしても表面に凹凸が残ってしまい、加工むらができるという問題がある。なお、図７中のＮはノズル、ＰはノズルＮから噴出されるプラズマガスを示す。
【０００４】
また、プラズマの発生領域が狭いので、加工に際しては、例えば特開平１１−６７７３６号の図２に示されたようなＸ−Ｙ方向に小さいピッチで交互に電極を移動させるしかなく、加工に時間を要するという問題もある。
【０００５】
加工に時間を要すると、加工に使用する反応ガスが密度、粘性の関係で加工物上に留まり易く、残留する未反応ガスにより表面を荒らすことで、白濁した表面になることから、上記の技術では、真空にして加工表面部でのガスの流速を速くすることで、前記反応ガスが加工物上から速く離れるようにしている。
【０００６】
しかしながら、このような方法では、加工物上での反応に必要なガス濃度が早期に薄くなるため常に新しい反応ガスを吹き込む必要があり、ガス消費量が多くなってしまう。また、真空ではガス濃度が低いため、平均自由行程（気体分子が他の気体分子と衝突した後次に衝突するまでの飛行距離）が長くなり、プラズマが電極の周辺に拡散して発生し、十分なパワーが得られない。
【０００７】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、微細な加工が可能で、しかも、加工むらが少なく、速い加工速度で、少ないガス消費量で加工を行うことができるプラズマ加工装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係るプラズマ加工装置は、内部を所定の圧力に制御が可能なガスの供給装置と排出装置を備えたチャンバーと、このチャンバー内に配置された電極部と、この電極部と対向すべくチャンバー内に配置された加工物の移動機構を備え、前記電極部には環状空間が形成され、この環状空間内に供給されたガスが下端に設けられた複数の噴射口から噴出する構造となしている。そして、このようにすることで、微細な加工が可能となり、しかも、加工むらが少なく、速い加工速度で、少ないガス消費量で平面加工ができるようになる。
【０００９】
上記の本発明に係るプラズマ加工装置を用いて加工物の表面を加工するに際しては、加工を施す加工物の外周にプラズマにより加工されないダミー板を設置した状態で加工を行えば、加工始端及び加工終端と中央部が略均一な厚さに加工できるようになる。これが本発明に係るプラズマ加工方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るプラズマ加工装置は、加圧又は大気圧下での低温プラズマによる反応性エッチングを利用して加工物の表面を加工するプラズマ加工装置において、内部を所定の圧力に制御が可能なガスの供給装置と排出装置を備えたチャンバーと、このチャンバー内に配置された電極部と、この電極部と対向すべくチャンバー内に配置された加工物の移動機構を備え、前記電極部には環状空間が形成され、この環状空間内に供給されたガスが下端に設けられた複数の噴射口から噴出する構造となしたものである。
【００１１】
本発明に係るプラズマ加工装置によれば、加圧又は大気圧下でプラズマを電極部に集中して局部的に発生させ、移動させることで、微細な加工が可能となり、しかも、加工むらが少なくなる。
【００１２】
また、本発明に係るプラズマ加工装置では、環状空間内をガスが供給される構造となっているので、加工物と電極部を通過する混合ガスは、効率良く常に安定したフレッシュな状態が維持できるようになり、電極部に効率良くプラズマを発生させることができる。
【００１３】
そして、上記の構成の電極部において、前記電極部の複数の噴射口部をメッシュで覆った場合には、メッシュ部にプラズマが集中することで、放電がし易くなると共に、電界強度が強くなってエネルギーを高めることができるようになる。
【００１４】
一方、前記電極部の複数の噴射口部をメッシュで覆った上記の構成の電極部に代えて、前記電極部の複数の噴射口部の下端に凸部を設けた場合には、加工時に発生するエネルギーが凸部に集中してプラズマを局部的に発生させることから、エネルギーが高くなって、噴射口部をメッシュで覆った場合に比べてより加工量を増加させることができる。
【００１５】
また、上記の本発明に係るプラズマ加工装置において、前記ガスの排出装置として、ガス吸引口が電極部の前記中心空間部に連通すべく配置した吸引式とした場合には、排出ガスを効果的に吸引でき、プラズマ通過後の未反応ガスによる再加工が防止できる。
【００１６】
上記の本発明に係るプラズマ加工装置においては、前記電極部を、回転が可能なように構成した場合には、ガスの反応促進に加えて、電極部の断面の凹凸が転写されるのを防ぐこともできる。
【００１７】
上記の本発明に係るプラズマ加工装置を用いて加工物の表面を加工するに際しては、加工を施す加工物の外周にプラズマにより加工されないダミー板を設置した状態で加工を行う本発明に係るプラズマ加工方法によれば、加工物を加工する際に必要なエネルギーが加工始端及び加工終端と中央部とで略均一になるので、加工面の平面精度が良くなる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を図１〜図６に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係るプラズマ加工装置の全体概略構成図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は電極部の詳細を示した図、図４は図３の第２の実施例を示した図、図５は本発明に係るプラズマ加工装置を用いてウェハの表面を加工する場合の問題点を説明する図、図６は本発明に係るプラズマ加工方法の効果を説明する図である。
【００１９】
図１及び図２において、１は本発明に係るプラズマ加工装置であり、例えばその吸引口２ａが後述する電極部５の中心空間部５ａに接続されたガス吸引配管２を介して吸引ポンプ３に連結されたチャンバー４に、電極部５を回転可能に取付け、この電極部５に加工ガスを供給するガス供給装置６と、同じく前記電極部５に供給する高周波電源７と、前記チャンバー４に設けられた冷却台８上のウェハ９のＸ軸駆動機構１０、Ｙ軸駆動機構１１と、前記電極部５のＺ軸駆動機構１２を具備させた構成である。
【００２０】
電極部５は、例えば図３に示したように、前記中心空間部５ａを形成する内筒５ｂと外筒５ｃの二重管に構成され、内筒５ｂと外筒５ｃとの間で形成される環状空間５ｄに前記ガス供給装置６から混合ガスが供給可能なように、外筒５ｃの例えば同一円周上４か所に混合ガスの供給口５ｃａを形成していると共に、前記環状空間５ｄの下端に多数の噴射口５ｅが設けられ、更にこれら噴射口５ｅ部を例えば線幅が０．１ｍｍ以上のメッシュ５ｆで覆っている。この電極部５はマグネットカップリング１３、シャフト１５を介して接続されたモータ１４により回転するようになっている。
【００２１】
また、ガス供給装置６は、供給管６ａを介して前記供給口５ｃａを通じて環状空間５ｄに加工ガスを供給するための装置で、夫々バルブ６ｃａ〜６ｃｃを有したボンベ６ｄａ〜６ｄｃと、これらボンベ６ｄａ〜６ｄｃから供給される加工ガスの混合器６ｂを備えている。
【００２２】
なお、前記ボンベ６ｄａ〜６ｄｃ内の加工ガスとしては、例えば不活性ガスとしてヘリウムガスが、ハロゲン系ガスとして６フッ化硫黄ガスが、酸素系ガスとして酸素ガスが採用されるが、６フッ化硫黄ガスは他のガスと反応することで有毒ガスが発生したり、温暖化の原因となるため、環境上の問題がある上、高価であり、多く使用することは望ましくない。また、ヘリウムガス等も高価である。
【００２３】
また、Ｘ軸駆動機構１０は、冷却台８（ウェハ９）をＸ軸方向（図１における紙面左右方向）に配置した送りテーブル１０ｂに沿って移動させるための機構で、例えばチャンバー４の外部に配置したモータ１０ａの正逆回転を、マグネットカップリング１３を介して、前記Ｘ軸方向の移動に変換してチャンバー４内の冷却台８に伝えるもので、図示しない制御器によって制御される。
【００２４】
また、Ｙ軸駆動機構１１は、前記送りテーブル１０ｂごと冷却台８をＹ軸方向（図２における紙面左右方向）に配置した送りテーブル１１ａに沿って移動させるための機構で、前記Ｘ軸駆動機構１０と同様の機構が採用される。
【００２５】
また、Ｚ軸駆動機構１２は、前記電極部５をモータ１４ごとチャンバー４の外部にＺ軸方向（図１及び図２における紙面上下方向）に配置したテーブル１２ａに沿って移動させるための機構で、前記Ｘ軸駆動機構１０と同様の機構が採用される。図１及び図２に示した実施例では、制御モータ１２ｂの正逆回転によって前記テーブル１２ａに沿って移動する移動部材１２ｃを介して電極部５をＺ軸方向に移動させるものを示している。
【００２６】
１６は前記ガス吸引配管２を介して吸引ポンプ３によって吸引したチャンバー４内のガスを分離するガス分離装置であり、このガス分離装置１６で分離したガスは、必要に応じて混合器６ｂに送られて再利用される。
【００２７】
上記の本発明に係るプラズマ加工装置１によれば、ウェハ９と電極部５を通過する混合ガスは、回転を与えて効率良く安定したフレッシュな状態が維持でき、かつ、従来の例えば棒状又はノズル状の固定電極を使用する場合に比べて、発生するプラズマを電極部５のメッシュ部に集中させることができるので、電極部に効率良くプラズマを発生させることができて、速い加工速度で微細な加工が可能となり、しかも、加工むらが少なくなる。加えて、電極部５の中心空間部５ａから加工ガスを吸引するので、加工ガスの吸引がより効率良く行えることになって、プラズマ通過後の未反応ガスによる再加工が防止できるようになる。
【００２８】
そして、加工速度が速くなることから、本発明に係るプラズマ加工装置１では、真空下で加工を実施する必要がなく、加工に使用する反応ガスがウェハ９上に長く留まって反応ガスの濃度が薄くならず、ガス量を抑制することができるようになる。
【００２９】
反応ガスがウェハ９上に長く留まることから、当然、白濁の問題が発生することが考えられるが、本発明に係るプラズマ加工装置１では、加工速度が速いこと、電極部５を回転させて常に新しい反応ガスを素早く導くことで、少ないガスで反応が促進し、白濁の発生が抑制される。また、加圧・大気中で加工するため、真空中に比べてガス濃度が高くなり、平均自由行程（気体分子が他の気体分子と衝突した後次に衝突するまでの飛行距離）が短くなってプラズマが電極に局部的に発生し、エネルギーを高めることができる。
【００３０】
本発明に係るプラズマ加工装置１は上記の実施例に限るものではない。
例えば、上記図１〜図３に示した実施例では、電極部５の複数の噴射口５ｅ部をメッシュ５ｆで覆ったものを示したが、上記の構成の電極部５に代えて、図４に示したように、前記電極部５の複数の噴射口５ｅ部の下端における、例えば同一円周上の４か所に凸部５ｇを設けた場合には、加工時に発生するエネルギーが凸部５ｇに集中してプラズマを局部的に発生させることから、エネルギーが高くなって、噴射口部をメッシュで覆った場合に比べてより加工量を増加させることができる。
【００３１】
ところで、上記の本発明に係るプラズマ加工装置１を用いてウェハ９の表面を例えば平面加工する場合、図５（ａ）に示す紙面左右側の加工始端及び加工終端となる部分は、やはりプラズマが集中することになって、図５（ｃ）に示したように、側面から見ると、中央部よりも薄く加工されてしまう。
【００３２】
そこで、上記の本発明に係るプラズマ加工装置１を用いてウェハ９の表面を例えば平面加工する場合には、図６（ａ）（ｂ）に示したように、ウェハ９の外周にプラズマにより加工されない、例えばアルミ系のダミー板１７を、例えばダミー板１７の表面がウェハ９の表面よりも数μｍ低くなるように設置した状態で平面加工を行うようにする。
【００３３】
このようにすれば、上記の本発明に係るプラズマ加工装置１を用いてウェハ９の表面を加工する場合、加工始端及び加工終端となる部分にプラズマが集中することが抑制でき、図６（ｃ）に示したように、側面から見て、加工始端及び加工終端と中央部が略均一な厚さに加工できるようになる。これが本発明に係るプラズマ加工方法である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、微細な加工が可能になり、しかも、加工むらが少なく、速い加工速度で、しかも、少ないガス消費量で、白濁を発生させることなく、難削材の表面を平面加工したり鏡面加工できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ加工装置の全体概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】円盤状電極部の詳細を示した図で、（ａ）は断面して示す正面図、（ｂ）は（ａ）の下面図、（ｃ）は（ａ）の外形図である。
【図４】図３の第２の実施例を示した図で、（ａ）は断面して示す正面図、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図５】本発明に係るプラズマ加工装置を用いてウェハの表面を加工する場合の問題点を説明する図で、（ａ）は冷却台上のウェハを平面から見た図、（ｂ）は（ａ）を側面から見た図、（ｃ）は加工後のウェハを側面から見た拡大図である。
【図６】本発明に係るプラズマ加工方法の効果を説明する図で、（ａ）は冷却台上のウェハを平面から見た図、（ｂ）は（ａ）を側面から見た図、（ｃ）は加工後のウェハを側面から見た拡大図である。
【図７】従来のプラズマ平面加工の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１　　　プラズマ加工装置
２　　　ガス吸引配管
２ａ　　吸引口
３　　　吸引ポンプ
４　　　チャンバー
５　　　電極部
５ａ　　中心空間部
５ｄ　　環状空間
５ｅ　　噴射口
５ｆ　　メッシュ
５ｇ　　凸部
６　　　ガス供給装置
６ａ　　供給管
７　　　高周波電源
９　　　ウェハ
１０　　Ｘ軸駆動機構
１１　　Ｙ軸駆動機構
１２　　Ｚ軸駆動機構
１４　　モータ
１７　　ダミー板
【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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