(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に陽電極と陰電極とを対向して配するとともに、チャンバ内に微量のガスを導入してプラズマを発生させるようにしたプラズマ装置において、
前記陰電極を円板状とし、該陰電極の前記陽電極と対向する表面のワークが配される領域の外側に、直径方向と平行であって互いに平行な多数の溝または同心円状の多数の溝を設け、前記溝間の突条の断面形状が三角形であって、前記溝の側面の傾斜角は、プラズマイオンが陰電極に衝突して陰電極物質を飛散させる方向がワークの上方に飛散しない角度であることを特徴とするプラズマ装置。
【請求項２】
チャンバ内において陽電極と対向して配されるプラズマ装置の陰電極において、
円板状の形状をなすとともに、前記陽電極と対向する表面のワークが配される領域の外側に、直径方向と平行であって互いに平行な多数の溝または同心円状の多数の溝を設け、前記溝間の突条の断面形状が三角形であって、前記溝の側面の傾斜角は、プラズマイオンが陰電極に衝突して陰電極物質を飛散させる方向がワークの上方に飛散しない角度であることを特徴とするプラズマ装置の陰電極。
【請求項３】
前記溝の一方の側面が傾斜面であるとともに他方の側面が垂直面であって、前記溝間の突条の断面形状がほぼ直角三角形であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ装置の陰電極。
【請求項４】
前記傾斜面の傾斜角が４５度以上であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ装置の陰電極。
【請求項５】
前記溝の一方の側面の傾斜角が４５度以上であって他方の側面の傾斜角が９０度以上であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ装置の陰電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ装置およびその陰電極に係り、とくにチャンバ内に陽電極と陰電極とを対向して配するとともに、チャンバ内に微量のガスを導入してプラズマを発生させるようにしたプラズマ装置およびこのプラズマ装置に用いられる陰電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エッチングのための装置の一種として、プラズマ装置が用いられる。図７はこのようなプラズマ装置の原理を示すものであって、真空チャンバ内に陽電極１と陰電極２とが互いに対向配置されるとともに、陰電極２上に被エッチング物体、すなわちワーク３が配置される。そして陽電極１と陰電極２との間に直流電源４による電圧の印加が行なわれる。
【０００３】
陽電極１と陰電極２とが配された高真空のチャンバ内に微量のガス、例えアルゴンガスを導入する。すると陰極２によって発生され陽極１に向って飛翔する電子７がアルゴンガスを構成するアルゴン分子と衝突し、これによってアルゴンイオン８が生成される。アルゴンイオン８は陽イオンであるために、陰電極２によって吸引され、陰電極２上のワーク３にぶつかってこのワーク３の表面のエッチングを行なう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようにプラズマ装置によるエッチングは、電子７によって陽イオン化されたアルゴンイオン８を陰電極２上のワーク３に衝突させ、これによってアルゴンイオン８によってエッチングを行なうものである。
【０００５】
ところが従来のプラズマ装置においては、とくにその電極構造においては、アルゴンイオン８はワーク３のみならず陰電極２にも衝突し、これによって陰電極物質粒子９を四方に飛散させる。このような粒子９は陰電極２から発生する電子７と衝突する。これによって陰電極物質９によるイオン化粒子１０が生成される。イオン化粒子１０は陽イオンであるために、陰電極２に吸引され、これによって陰電極２上のワーク３に衝突して付着する。
【０００６】
このような挙動によれば、ワークを構成する被エッチング物質３はエッチングによって折角クリーン化されようとしているのに、他の物質、すなわち陰電極物質９の粒子が付着して上記のクリーン化を妨げることになる。エッチング後における上記陰電極物質粒子９の除去は困難を極める。
【０００７】
このように従来のプラズマ装置によるエッチングは、プラズマ強度を高めていくと陰電極物質９が被エッチング物質３の表面に付着するとともに、その量が次第に増大する。被エッチング物質３が透明の物質である場合には、陰電極物質粒子９によってワーク３の透明性が損なわれる。また陰電極物質粒子９の付着に伴ってエッチング強度が次第に低下する問題がある。また金属接合等によって微量の異種金属が含まれることによって、接合強度への悪影響を発生する。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、陰電極を構成する物質粒子が被エッチング物質に再付着しないようにしたプラズマ装置およびその陰電極を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願の一発明は、チャンバ内に陽電極と陰電極とを対向して配するとともに、チャンバ内に微量のガスを導入してプラズマを発生させるようにしたプラズマ装置において、
前記陰電極を円板状とし、該陰電極の前記陽電極と対向する表面のワークが配される領域の外側に、直径方向と平行であって互いに平行な多数の溝または同心円状の多数の溝を設け、前記溝間の突条の断面形状が三角形であって、前記溝の側面の傾斜角は、プラズマイオンが陰電極に衝突して陰電極物質を飛散させる方向がワークの上方に飛散しない角度であることを特徴とするプラズマ装置に関するものである。
【００１１】
陰電極自体に関する主要な発明は、チャンバ内において陽電極と対向して配されるプラズマ装置の陰電極において、
円板状の形状をなすとともに、前記陽電極と対向する表面のワークが配される領域の外側に、直径方向と平行であって互いに平行な多数の溝または同心円状の多数の溝を設け、前記溝間の突条の断面形状が三角形であって、前記溝の側面の傾斜角は、プラズマイオンが陰電極に衝突して陰電極物質を飛散させる方向がワークの上方に飛散しない角度であることを特徴とするプラズマ装置の陰電極に関するものである。
【００１２】
ここで前記溝の一方の側面が傾斜面であるとともに他方の側面が垂直面であって、前記溝間の突条の断面形状がほぼ直角三角形であってよい。また前記傾斜面の傾斜角が４５度以上であってよい。あるいはまた前記溝の一方の側面の傾斜角が４５度以上であって他方の側面の傾斜角が９０度以上であってよい。
【００１３】
本願に含まれる発明の好ましい態様は、例えば図１に示すようなエッチング装置に関するものである。このエッチング装置は高真空に維持される真空容器から成るチャンバ１５を備えており、このチャンバ１５内に平板状の陽電極３７と陰電極２０とを対向して配置している。そして陽電極３７と陰電極２０との間には直流電源あるいは高周波電源によって電圧を印加する。さらに高真空になったチャンバ１５内にプラズマを発生させてエッチングを行なうために、アルゴン、酸素、その他各種のガスを微量注入するためのガス注入手段３５を備えている。
【００１４】
このような構造のチャンバ１５内の陰電極２０の上に被エッチング物４２を載置し、所定の条件下で電源をＯＮにして導入された微量のガスのプラズマを発生させる。このガスは陰電極２０からの電子４３が陽電極３７に吸引されて陽電極３７に向う途中上記の希薄ガスの分子４４に衝突し、アルゴンイオン４５を生成する。このアルゴン等のイオンガス４５はプラスの極性を有しているために、陰電極２０に吸引されて高速で被エッチング物４２の表面に衝突し、これによって被エッチング物４２をエッチングする。
【００１５】
一方陰電極２０の表面にも上記のイオン４５が高速で衝突し、陰電極２０を構成している物質をエッチングする。このときに陰電極物質粒子４８は四方に飛散し、さらに電子４３と衝突して陰電極物質粒子４８がイオン化粒子４９になる。このイオン化粒子４９は陰電極２０によって吸引されて被エッチング物４２の表面に付着する。これは陰電極２０の表面形状が平坦であると、陰電極物質粒子４８があらゆる方向に飛散することによって発生する現象である。そこで上記の陰電極物質粒子４８のイオン化粒子４９の飛散方向に方向性を持たせるようにした電極構造にしている。
【００１６】
すなわちこのプラズマ装置は、図２に示すように陰電極２０の表面に多数の溝５７と溝５７間の突条５８とを交互に形成させ、しかも突条５８の断面形状をほぼ直角三角形状に加工を施すようにし、これによって陰電極物質の飛散を防止するようにしている。あるいはまた図３に示すように、陰電極２０の上面にその中心に対して同心円状に複数の溝５７を形成するとともに、溝５７間に同心円状に多数の突条５８を形成し、陰電極２０の表面からの飛散粒子が溝５７の底部に落下する構造にしている。
【００１７】
あるいはまた図６に示すように、陰電極２０の上面に一方の側面が４５度以上の傾斜面６５となり他方の側面が９０度以上の傾斜面６６となるような多数の突条５８を形成し、これによって突条５８の長さ方向に対して直角方向の断面形状を櫛歯状にした陰電極２０としている。
【００１８】
このようなプラズマ装置およびその陰電極の構造によれば、陰電極物質の再付着が防止されるために、被エッチング物質のエッチング速度を速めることが可能になり、これによってエッチングの効率あるいは生産性が改善される。またとくにガラスのような透明体のエッチングに用いる場合には、従来の電極構造の場合には電極物質が付着して透明度が失われるが、このような透明度が失われる問題が本電極構造によって解消され、透明感が次第に低下することがなくなる。
【００１９】
またこのようなエッチング装置を回路基板の銅電極等の半田付け部分の酸化物除去に用いた場合には、電極物質の付着を抑えることが可能になり、半田付け時に余分な金属が付着することがなく、半田付けの信頼性が向上するようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係るプラズマ装置の全体の構成を示すものであって、このプラズマ装置は軸線方向に比較的寸法の短い偏平な円筒状をなす真空チャンバ１５を備えている。真空チャンバ１５の側面側には真空吸排気口１６が形成されるとともに、真空チャンバ１５の底部は底板１７によって閉塞され、これによってほぼカップ状の形状をなしている。
【００２１】
底板１７の上部には絶縁材１８を介して陰電極２０が取付けられるようになっている。なお絶縁材１８と底板１７との間には真空パッキン２１が配され、絶縁材１８と陰電極２０との間には真空パッキン２２が配されている。そして底板１７の下側から電極取付けねじ２３および絶縁ブッシュ２４を介して陰電極２０が底板１７に固定されている。
【００２２】
陰電極２０の下面のほぼ中央部には屈曲した形状を有する端子２５が取付けられている。この端子２５は底板１７の開口２６および絶縁材１８の開口２７を通して下方に突出されており、プラズマ電極２８のマイナス側の電極に接続されている。
【００２３】
真空チャンバ１５の上部開口の周縁部にリング状をなすスペーサリング３１が取付けられる。そしてこのスペーサリング３１を介して、真空チャンバ１５の上部が円板状をなす蓋板３２によって閉塞されるようになっている。なお真空チャンバ１５とスペーサリング３１との間に真空パッキン３３が配され、スペーサリング３１と蓋板３２との間に真空パッキン３４が配されている。また蓋板３２のほぼ中央部にはガスノズル３５が接続されるようになっている。
【００２４】
上記蓋板３２の下面には凹部３６が形成されており、この凹部３６を隔てて蓋板３２の下面に陽電極３７が取付けられるようになっている。陽電極３７には多数の小孔３８が形成されている。
【００２５】
このような図１に示す本実施の形態のプラズマ装置は、一般的な平行平板型プラズマ装置を構成している。そしてプラズマが高真空状態で発生するのに鑑み、このプラズマ装置を外部の真空ポンプと接続するとともに、プラズマを発生させるエネルギ源として直流あるいは高周波のプラズマ電源２８を備えている。
【００２６】
プラズマ装置を構成する真空チャンバ１５は被エッチング物４２の出入れを行なうために、チャンバ蓋３２を開閉可能に取付けるようにしている。そして蓋板３２と真空チャンバ１５との間に真空のリークの防止を行なうための真空パッキン３４が配置されている。また真空引きと真空破壊とを兼ねた吸排気口１６が真空チャンバ１５に形成され、その先端側において真空ポンプに接続され、プラズマを発生するのに必要な０．１パスカル程度の真空圧力まで真空圧力を上げる構造としている。
【００２７】
またチャンバ１５内には平坦な板状の電極３７、２０が上下に対向して取付けられており、被エッチング物４２を載せる電極２０を陰電極とするとともに、この電極２０を対向するもう一方の電極３７よりも低い電位に保つようにしている。
【００２８】
陰電極２０はチャンバ１５と絶縁しなければならず、チャンバ１５の底板１７との間に絶縁材料１８を配置してリーク防止のためのパッキン２１、２２を介してチャンバ１５と絶縁し、電極取付けねじ２３によって固定している。
【００２９】
これに対して陰電極２０と対向する上側の電極３７は陽電極から構成され、陰電極２０に対して高い電圧に維持されるようにしている。なお陽電極３７は蓋板３２の下面に直接取付けられている。なお陽電極３７にはプラズマを発生させるアルゴンガス等のガスがチャンバ１５内に均一に拡がるように複数の小孔を設けるようにしている。そしてチャンバ１５内でプラズマを発生させるガスは蓋板３２に設けたガスノズル３５を通して外部のガス源から供給されるようにしている。
【００３０】
次にこのようなプラズマ装置によるエッチングの動作を説明する。図１に示すチャンバ１５内の真空圧力を０．１パスカル程度までに真空吸引する。そしてプラズマを発生するアルゴン、酸素等のガスを微量ガス源からガスノズル３５を通してチャンバ１５内に導入する。
【００３１】
この段階で図１に示す電源２８を通して両電極３７、２０に約１０００ボルトの直流あるいは高周波電圧を印加する。
【００３２】
このようなプラズマ電源２８による電圧の印加によって、陰電極２０から電子４３が陽電極３７に引付けられて飛出す。そして陽電極３７に向って高速で飛翔する電子は途中でアルゴン分子４４に衝突し、アルゴン分子４４の電子を飛ばしてアルゴンイオン４５に変える。電子を失ったアルゴン分子はプラスのアルゴンイオン４５になり、このアルゴイオン４５は陰電極２０に引寄せられて陰電極２０に向って飛翔し、陰電極２０上の被エッチング物４２および陰電極２０に衝突する。これによってワークを構成する被エッチング物４２の表面のエッチングが行なわれる。なおこのときに一部のアルゴンイオン４５が陰電極２０の表面に衝突する。
【００３３】
真空チャンバ１５内においてプラズマを発生させる諸条件、すなわち真空チャンバ１５内の真空圧力、ガスノズル３５によるアルゴンガスの注入、ガス流量および圧力、電源電圧等の諸条件を設定し、上述のようなプラズマエッチングを行なうと、イオン化したアルゴンイオン４５は高速で陰電極２０の表面に衝突し、陰電極物質粒子４８をはじき出す。このようにして飛翔する陰電極物質粒子４８は四方に飛散るとともに、被エッチング物４２の上方に飛んだ陰電極物質粒子４８は電子４３に衝突し、これによって陰電極物質粒子４８の分子から電子がはじき出される。すると陰電極物質粒子４８の分子がイオン化してイオン化粒子４９が生成される。そしてこのイオン化粒子４９はプラスイオンであるために、陰電極２０に吸引されて陰電極２０上の被エッチング物４２の表面に衝突付着する。このようなサイクルが繰返されることによって、被エッチング物４２の表面に陰電極物質が付着する。
【００３４】
このような陰電極物質粒子４８が被エッチング物４２の表面に再付着するのを防止するためには、陰電極２０ではじき出された陰電極物質粒子４８を被エッチング物４２の上方に飛ばさないようにすればよい。上記の現象は陰電極２０の表面が平坦であることによって発生することに鑑み、ここでは陰電極２０の表面形状を変えることによって上記の不具合を防止するようにしている。
【００３５】
陰電極２０の表面形状として図２に示すような溝加工を行なっている。この陰電極２０はその中央に矩形の開口５３を備えるとともに、この開口５３内に平坦電極を構成する支持台５４を置いている。この支持台５４は被エッチング物４２の大きさと同寸法に構成されており、その上に被エッチング物４２が載置される。
【００３６】
そして矩形の開口５３の外側の領域において、陰電極２０の表面に溝５７と突条５８とを交互に形成している。ここで溝５７および突条５８はともに陰電極２０の中心を通る直径に対して平行であってしかも互いに平行に形成されている。しかもこの突条５８は図４および図５に拡大して示すように、その一方の側面が４５度以上の急峻な傾斜面５９から構成されるとともに、他方の面が垂直面６０から構成されている。
【００３７】
陰電極２０の形状として図２に示すような電極中央部に対して中央部から外側に傾斜部を持たせた断面が直角三角形の溝加工を施して直角三角形の山型の突条５８を有する電極を形成することによって、陰電極物質粒子４８の再付着を防止することが可能になった。
【００３８】
このメカニズムは図４および図５によって説明される。陰電極２０の全体形状を図４に示すような断面形状とした場合には、上方から陰電極２０に向って飛翔するアルゴンイオン４５は陰電極２０によって加速されて陰電極２０の表面に衝突する。このときのアルゴンイオン４５の衝突は陰電極２０の表面の４５度以上の急峻な傾斜面５９で発生するために、陰電極物質４８は図５に示すような軌跡ではじき出され、直角三角形の垂直面６０に付着するが、再度粒子４８が傾斜面５９で弾んで運動エネルギを失い、溝５７の底部に落込むことになる。従ってアルゴンイオン４５が陰電極２０の表面に衝突して陰電極物質４８を上方に飛翔することが防止される。このような理由から、被エッチング物４２の表面に陰電極物質粒子４８が再付着するのことを抑えることが可能になった。
【００３９】
陰電極２０の表面の構造は、図２に示すような陰電極２０の中心を通る直径に対して平行な方向の溝５７に代えて、図３に示すような同心円状の溝５７としてもよい。ここで溝５７はその中心に対して同心円状に複数個形成されるとともに、溝５７間の突条５８はその断面形状が直角三角形になっており、図２に示す実施の形態と同様に、一方の側面が急峻な傾斜面から構成されるとともに、他方の側面が垂直面から構成される。従ってこのような構造によっても、図４および図５に示すような原理が成立し、被エッチング物４２に対する陰電極物質粒子４８の再付着が防止される。
【００４０】
図６はさらに別の実施の形態の陰電極２０の断面構造を示している。この断面構造においては、溝５７間に形成される突条５８はその一方の側面が４５度以上の傾斜面６５から構成されるとともに、他方の側面が９０度以上の傾斜面６６から構成されている。
【００４１】
このような構成によれば、陰電極２０に向って飛翔するアルゴンイオン４５は突条５８の４５度以上の傾斜面６５に衝突する。そして傾斜面６５の角度が４５度以上であるために、アルゴンイオン４５によってはじき出される陰電極物質４８は下方に落下し、最終的には突条５８間の溝５７の底部に落下するようになる。従って陰電極２０から再び上方に陰電極物質４８が飛出すことがなく、これによって陰電極物質粒子４８の被エッチング物４２に対する再付着が防止される。
【００４２】
【発明の効果】
プラズマ装置に関する主要な発明は、チャンバ内に陽電極と陰電極とを対向して配するとともに、チャンバ内に微量のガスを導入してプラズマを発生させるようにしたプラズマ装置において、陰電極を円板状とし、該陰電極の陽電極と対向する表面のワークが配される領域の外側に、直径方向と平行であって互いに平行な多数の溝または同心円状の多数の溝を設け、溝間の突条の断面形状が三角形であって、溝の側面の傾斜角は、プラズマイオンが陰電極に衝突して陰電極物質を飛散させる方向がワークの上方に飛散しない角度としたものである。
【００４３】
従ってこのような構成に係るプラズマ装置によれば、ガス分子のイオンが傾斜している陰電極の表面にぶつかっても、陰電極を構成する物質の粒子は側方に飛ばされ、陽極側に飛翔することがなく、これによってワークに陰電極物質粒子が再付着することが防止される。
【００４４】
陰電極に関する主要な発明は、チャンバ内において陽電極と対向して配されるプラズマ装置の陰電極において、円板状の形状をなすとともに、陽電極と対向する表面のワークが配される領域の外側に、直径方向と平行であって互いに平行な多数の溝または同心円状の多数の溝を設け、溝間の突条の断面形状が三角形であって、溝の側面の傾斜角は、プラズマイオンが陰電極に衝突して陰電極物質を飛散させる方向がワークの上方に飛散しない角度としたものである。
【００４５】
従ってこのような陰電極を用いることによって、プラズマガスの分子のイオンは陰電極の表面の傾斜面にぶつかり、このために陰電極物質が飛ばされても、この陰電極物質は溝の底部に落下して陽極側に飛ばされることが防止され、これによって陰電極物質のワークに対する再付着が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマ装置の全体の構成を示す縦断面図である。
【図２】陰電極の分解斜視図である。
【図３】別の陰電極の一部を破断した斜視図である。
【図４】この陰電極を用いたプラズマエッチングの動作を示す縦断面図である。
【図５】同プラズマ装置における電極の要部拡大縦断面図である。
【図６】別の実施の形態の陰電極の要部拡大縦断面図である。
【図７】従来のプラズマ装置の原理を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１‥‥陽電極、２‥‥陰電極、３‥‥被エッチング物体（ワーク）、４‥‥直流電源、７‥‥電子、８‥‥アルゴンイオン、９‥‥陰電極物質粒子、１０‥‥イオン化粒子、１５‥‥真空チャンバ、１６‥‥真空吸排気口、１７‥‥底板、１８‥‥絶縁材、２０‥‥陰電極、２１、２２‥‥真空パッキン、２３‥‥電極取付けねじ、２４‥‥絶縁ブッシュ、２５‥‥端子、２６、２７‥‥開口、２８‥‥プラズマ電源、３１‥‥スペーサリング、３２‥‥蓋板、３３、３４‥‥真空パッキン、３５‥‥ガスノズル、３６‥‥凹部（空間）、３７‥‥陽電極、３８‥‥小孔、４２‥‥被エッチング物（ワーク）、４３‥‥電子、４４‥‥アルゴン分子、４５‥‥アルゴンイオン、４８‥‥陰電極物質粒子、４９‥‥イオン化粒子、５３‥‥矩形の開口、５４‥‥支持台（平坦電極）、５７‥‥溝、５８‥‥突条、５９‥‥急峻な傾斜面、６０‥‥垂直面、６５‥‥４５度以上の傾斜面、６６‥‥９０度以上の傾斜面
【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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