(57)【要約】反応性原子プラズマ加工法を利用すると、取扱い困難な材料の表面を表面損傷が最小限に抑えられた状態で造形し、研磨し、平坦化し、クリーニングすることができる。反応性原子プラズマ加工装置及び方法は、プラズマトーチ、例えばＩＣＰトーチを使用する。加工物とプラズマトーチを加工物、プラズマ又はこれら両方の並進及び（又は）回転により互いに動かす。トーチからのプラズマ放出物を利用して加工物の表面を造形し、研磨すると共に（或いは）クリーニングし、更に、加工物を薄肉化することができる。この加工法により、表面下の加工物の損傷が最小限に抑えられ又は回避され、更に、加工物の表面から材料を除去できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物の表面を造形する方法であって、プラズマトーチを含むプラズマ加工チャンバ内に加工物を配置する工程と、加工物及びプラズマトーチのうち少なくとも一方を並進させる工程と、反応性原子プラズマ加工を利用してプラズマトーチからの放出物で加工物の表面を造形する工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
反応性プラズマ加工を利用して加工物の表面を造形する工程により、加工物の表面下の損傷が最小限に抑えられ又は全く無いことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
反応性プラズマ加工を利用して加工物の表面を造形する工程は、材料を加工物の表面から除去する工程から成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
加工物をプラズマトーチに対して回転させる工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
反応性化学種をプラズマ中に発生させる工程を更に有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前駆体をプラズマトーチの中央チャネル内に配置する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前駆体をプラズマトーチ内に配置し、反応性化学種をプラズマ中に作る工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前駆体をプラズマトーチ内に配置する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
プラズマ内への前駆体の質量流量を制御する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
プラズマ中への前駆体の質量流量を約０ｍｌ／分〜約２，０００ｍｌ／分に制御する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
プラズマ中への前駆体の質量流量を約０ｍｌ／分〜約５，０００ｍｌ／分に制御する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
プラズマの中央チャネル内に導入される前駆体の濃度を選択する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１３】
プラズマトーチの外側管を通ってプラズマガスを導入する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１４】
エネルギをプラズマトーチの環状領域内の放出物に結合させる工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１５】
プラズマトーチ内に設けられた３つの同心管のうちの別の管を介して補助ガスを導入する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１６】
補助ガスを用いて高温プラズマをプラズマトーチの中央チャネルから遠ざけたままにする工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１７】
補助ガスを利用して放出物の位置を調節する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１８】
プラズマトーチの外側管の内径を選択することにより放出物のサイズを制御する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１９】
プラズマガスを接線方向に導入する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２０】
プラズマトーチ内のガス流量を測定する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２１】
プラズマの温度を５，０００℃〜１５，０００℃に維持する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２２】
加工物の表面上に揮発性反応物を生じさせる工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２３】
加工チャンバをほぼ大気圧に維持する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２４】
加工物の表面をプラズマでクリーニングする工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２５】
加工物の表面をプラズマで研磨する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２６】
加工物の表面をプラズマで平坦化する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２７】
多数のヘッドを備えたプラズマトーチを用いてプラズマのエッチング速度を増大させる工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２８】
前駆体溶液を用いてプラズマのエッチング速度を制御する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２９】
前駆体を用いてプラズマのエッチング速度を制御する工程を更に有し、前駆体は、固体、液体又は気体のうち任意の１つであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３０】
表面をクリーニングする方法であって、プラズマトーチを含むプラズマ加工チャンバ内に加工物を配置する工程と、加工物及びプラズマトーチのうち少なくとも１つを並進させる工程と、反応性原子プラズマ加工を利用して材料を加工物の表面から除去する工程とを有していることを特徴とする方法。
【請求項３１】
加工物の表面を造形するツールであって、プラズマトーチを含むプラズマ加工チャンバ内に加工物を配置する工程、加工物及びプラズマトーチのうち少なくとも一方を並進させる工程、及び反応性原子プラズマ加工を利用してプラズマトーチからの放出物で加工物の表面を造形する工程を実施できることを特徴とするツール。
【請求項３２】
加工物の表面を造形するツールであって、プラズマトーチを含むプラズマ加工チャンバ内に加工物を配置する手段と、加工物及びプラズマトーチのうち少なくとも一方を並進させる手段と、反応性原子プラズマ加工を利用してプラズマトーチからの放出物で加工物の表面を造形する手段とから成ることを特徴とするツール。
【請求項３３】
加工物の表面を造形するツールであって、プラズマトーチと、加工物及び前記トーチのうち少なくとも一方を並進させることができる並進装置とを有し、前記トーチは、反応性プラズマ法を利用して加工物の表面を造形するよう構成されていることを特徴とするツール。
【請求項３４】
光学部品を造形する方法であって、プラズマトーチを含むプラズマ加工チャンバ内に加工物としての光学部品を配置する工程と、加工物としての光学部品及びプラズマトーチのうち少なくとも一方を並進させる工程と、反応性原子プラズマ加工を利用してプラズマトーチからの放出物で加工物としての光学部品の表面を造形する工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項３５】
損傷閾値の高い光学部品を造形する方法であって、プラズマトーチを含むプラズマ加工チャンバ内に加工物としての損傷閾値の高い光学部品を配置する工程と、加工物としての光学部品及びプラズマトーチのうち少なくとも一方を並進させる工程と、反応性原子プラズマ加工を利用してプラズマトーチからの放出物で加工物としての光学部品表面を造形する工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項３６】
ウェーハの表面を背面エッチングする方法であって、プラズマトーチを含むプラズマ加工チャンバ内にウェーハを配置する工程と、ウェーハ及びプラズマトーチのうち少なくとも一方を並進させる工程と、反応性原子プラズマ加工を利用してプラズマトーチからの放出物でウェーハの背面をエッチングする工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項３７】
ウェーハを薄肉化する方法であって、プラズマトーチを含むプラズマ加工チャンバ内にウェーハを配置する工程と、ウェーハ及びプラズマトーチのうち少なくとも一方を並進させる工程と、反応性原子プラズマ加工を利用してプラズマトーチからの放出物でウェーハの表面から材料を除去する工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項３８】
ボンデッドウェーハを薄肉化する方法であって、プラズマトーチを含むプラズマ加工チャンバ内にボンデッドウェーハを配置する工程と、ボンデッドウェーハ及びプラズマトーチのうち少なくとも一方を並進させる工程と、反応性原子プラズマ加工を利用してプラズマトーチからの放出物でボンデッドウェーハの外面から材料を除去する工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項３９】
加工物の表面を平坦化する方法であって、プラズマトーチを含む大気圧状態にあるプラズマ加工チャンバ内に加工物を配置する工程と、加工物及びプラズマトーチのうち少なくとも一方を並進させる工程と、反応性原子プラズマ加工を利用して加工物の表面から材料を除去すると同時に、除去した材料を加工物の表面上に戻して再付着させる工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項４０】
大気圧状態で加工物の表面を造形する方法であって、プラズマトーチを含む大気圧状態にあるプラズマ加工チャンバ内に加工物を配置する工程と、加工物及びプラズマトーチのうち少なくとも一方を並進させる工程と、反応性原子プラズマ加工を利用して加工物の表面から材料を除去すると同時に、除去した材料を加工物の表面上に戻して再付着させ、それにより加工物の表面を造形する工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項４１】
加工物の表面を造形する方法であって、プラズマトーチを含むプラズマ加工チャンバ内に加工物を配置する工程と、加工物及びプラズマトーチのうち少なくとも一方を並進させる工程と、プラズマ加工チャンバ内にプラズマ反応の平衡状態を生じさせ、それにより、プラズマトーチからの放出物で材料を加工物の表面から除去してこれを加工物の表面上に再付着させる工程とを有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
米国政府は、米国エネルギー省とカリフォルニア大学との間で締結された契約番号Ｗ−７４０５−ＥＮＧ−４８に基づいて本発明の権利を有している。
〔優先権主張〕
本願は、２００１年１月３０日に出願された米国仮特許出願第６０／２６５，３３２号（発明の名称：ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＡＴＭＯＳＰＨＥＲＩＣ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＲＥＡＣＴＩＶＥ ＡＴＯＭ ＰＬＡＳＭＡ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＦＯＲ ＳＨＡＰＩＮＧ ＯＦ ＤＡＭＡＧＥ ＦＲＥＥ ＳＵＲＦＡＣＥＳ ）の優先権主張出願である。
この出願を引照し、その開示内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
【０００２】
〔関連出願の引照〕
次の出願を引照し、その開示内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
２００１年１１月１日に出願された米国特許出願第１０／００２，０３５号（発明の名称：ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＡＴＭＯＳＰＨＥＲＩＣ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＲＥＡＣＴＩＶＥ ＡＴＯＭＰＬＡＳＭＡ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＦＯＲ ＳＨＡＰＩＮＧ ＯＦ ＤＡＭＡＧＥ ＦＲＥＥ ＳＵＲＦＡＣＥＳ ；発明者：ＪｅｆｆｒｅｙＷ． Ｃａｒｒ ）。
【０００３】
〔発明の分野〕
本発明の分野は、ガスプラズマを用いる表面の造形に関する。
【０００４】
〔背景技術〕
新材料は、光学部品及び他の精密部品の製造業者に多くの困難な課題を提供しており、これらのうち多くは、精密造形、平滑化及び研磨を必要とする。現在の方法、例えば、従来型研削及び研磨は、多くの欠点を有している。物理的接触法、例えば、研削、研磨剤を用いる研磨、ダイヤモンド回転仕上げ及びイオンミーリングは、顕微鏡的スケールのところに物理的な力を伴い、加工対象の物質の表面下に損傷を生じさせる場合がある。物理的接触法は又、速度と品質との間にトレードオフの関係を持っている。滑らかな表面は、非常にゆっくりとした材料除去速度の使用を必要とする場合があり、硬い材料、例えば、炭化ケイ素は、研磨するのが極めて困難な場合がある。軟らかい又はデリケートな構造は又、研磨するのが困難な場合がある。というのは、物理的な力は、構造体に割れを生じさせる場合があり又はこれを曲げる場合があるからである。幾つかの材料、例えば、ガラスも又、再付着材料の表面層で終了する場合があり、これは、製造された部品の性質及び挙動に悪影響を及ぼす場合がある。
【０００５】
損傷の無いレーザ光学部品
かかる製造方式の一例では、現行又は従来型研磨法で製造された光学部品は、高出力レーザシステムにより生じる光の高い強度には耐えることができない。かかる新型システムにおける技術のうちの１つは、許容可能な期間及び許容可能なコスト内で製造される欠陥の無い多数の光学部品を必要とすることである。かかる光学部品の表面下欠陥により割れが高紫外レーザ光レベルにさらされたレンズの後面上に生じる場合がある。これら割れは、光の大部分が無くなるまで又はレンズが破損するまで成長する場合がある。これらレンズのうち幾つかは又、真空バリヤとして働き、壊滅的な破損を深刻な安全上の懸念にする。
【０００６】
従来型の研磨剤を用いる研磨を多くの材料について利用することができる。この研磨法は、化学的であると共に機械的であり、表面と溶液の化学反応及び機械的な研磨を必要とする。機械的な研磨は、材料を迅速に除去するが、表面下損傷を生じさせると共に損傷が加工物内へ深く伝搬する場合がある。化学的部分は、ガラスを溶解させて再付着させ、比較的滑らかな表面を形成する。再付着の化学的な運動学は、滑らかな表面が生じるという利点をもたらす。というのは、ハイスポットが機械的に研磨して除かれ、穴が再付着により埋められるからである。
【０００７】
再付着のこのプロセスは、或る用途では問題となる場合がある。再付着層の分析により、非常に多くの汚染要因物が大抵の場合研磨剤から生じるが、先の研磨工程からも生じることが分かっている。この再付着層は、光学被膜の接着性及び物理的性質に悪影響を及ぼす場合がある。この再付着ゾーンの下には、損傷を生じたガラスの下に位置するゾーンが厚さ数十ミクロン以上で存在する場合がある。多くの光束がこのゾーンを通過するとき、損傷部位が核となって成長し、最終的に光学部品全体の破損を引き起こす場合がある。研磨の品質及びその下に位置する再付着層及び表面下損傷は最終的に、どれほど多くの光を光学部品を通して伝送できるかを制御する。１２Ｊ／ｃｍ２という高いレーザ強度に定期的に耐えることができる光学部品を製造するためには、２０〜３０ミクロンの損傷材料を除去するプロセスが必要である。従来型研磨を用いると、この損傷層を除去することができるが、非常にゆっくりと、即ち、１時間当たり約０．１μｍのオーダで行わなければならない。このような長さの時間をかけて研磨することは又、精密測定法を利用する部品の形状の定期的な検査を必要とする。
【０００８】
ウェットエッチング
光学部品の損傷層を除去する別の方式は、ウェット式化学エッチングである。かかる方法では、表面が過度に穴あき状態になる前に除去できる材料の量はほんの僅かであり、その結果、光学部品によって散乱される光の量が増大する。ウェットエッチング法によって加工された光学部品を検査すると、損傷閾値に対する影響が無いという落胆すべき結果となった。
【０００９】
イオンミーリング
別の方式は、従来型研磨の後にイオンミーリングを利用することである。イオンミーリングは、イオンの運動学的ビームを利用して、少量の材料を表面から除去する慣例的な技術である。イオンミーリングの幾つかの利点としては、表面接触が無いこと、光学部品に重量が加わらないこと、エッジ効果が無いこと及び長い空間波長誤差の補正が行われることが挙げられる。
しかしながら、イオンミーリングには多くの欠点があり、かかる欠点としては、表面温度が高いこと、表面粗さが増大すること及び真空が必要なことが挙げられる。温度は、ビーム電流に依存し、したがって、エッチング速度の増大により、数百℃を越える場合のある温度の上昇が生じるようになる。ほぼ全ての熱をチャックを通して除去しなければならず、通常は、加工物とホルダとの間に良好な熱結合部が必要になる。これは、伝送光学部品に用いられる場合には困難である。というのはこれら光学部品は、研磨表面を損傷させないようにエッジが保持されなければならないからである。さらに、イオンビームは、滑らかな表面を生じさせることができない。僅かな材料の除去量を得るため、粗さは、一定に保持できる。多量の材料の除去により、残念ながら粗さが増大する。
【００１０】
減圧プラズマ法
別の方式は、低温でのプラズマエッチングを含み、これは、半導体、金属及びガラスを含む多種多様な材料の加工のために半導体業界において幅広く用いられている。反応性イオンは、材料除去の大部分の原因となると考えられ、それにより、この技術は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）と呼ばれている。放出物全体にわたり一様なエッチング速度でプラズマを生じさせるのに相当な技術的努力が費やされ、ＲＩＥを面出し精密部品の製造に不向きになっている。光学部品を高精度に仕上げるうえでのＲＩＥの最も大きな実用上の欠点は、真空が必要であること及び材料除去速度が低いことである。源又は加工物のうちいずれかを真空チャンバ内の複雑な経路に沿って高精度で並進させることは、特に大形光学部品の場合には課題を提供する。現場測定法も又、実施が困難である。
【００１１】
減圧状態で研磨を行う改良型ＲＩＥが容量結合放電を利用して開発された。「プラズマ支援化学的機械加工（ＰＡＣＥ）」と呼ばれているシステムは、溶融シリカを造形して研磨するうえで成功を収めた。ＰＡＣＥにより研磨された部品は、表面下損傷又は表面汚染を示さないが、エッチング前に存在する多くの表面下損傷の結果として、エッチング後に粗さが増大した。
【００１２】
この容量結合放電方式の大きな欠点は、加工物が、導電性であり又は厚さが１０ｍｍ未満であることが必要なことである。加うるに、エッチング速度は、部品の厚さに依存しており、厚さが２ｍｍから１０ｍｍに変わると、１／１０になる。１０ｍｍを越える場合、エッチング速度は、遅すぎてあまり役立たない。測定法が繰り返し手順に必要な場合、チャンバを次のエッチング工程のためにガス抜きして減圧する必要がある。ＰＡＣＥの収斂速度は、一般に非常に遅く、その結果、長くて費用のかかる多工程方法になる。ＰＡＣＥ技術は、容量結合システムに代えてマイクロ波プラズマ源を用いることにより最近改良されたが、エッチング速度は、光学部品の製造にとっては依然として遅すぎる。
【００１３】
大気圧プラズマ法
さらに別の方式では、直流電流（ＤＣ）プラズマを大気圧で用いてウェーハを薄肉化することができる。元々「プラズマジェット」と呼ばれ、又大気圧下流側プラズマ（ＡＤＰ）とも呼ばれているかかるシステムは、アルゴンをプラズマガスとして用い、この場合、微量のフッ素又は塩素が反応性原子製造のために用いられる。この装置の主な意図は、スマートカードや他の消費者用途向きの処理済みシリコンウェーハの後面又は背面の薄肉化を行うことにある。ＡＤＰツールを用いると、ウェーハは、これらを定盤上に配置し、遊星タイプの運動を用いてサブアパーチュアプラズマを表面を横切って疑似ランダム方式で動かすことによりバッチモードで薄肉化される。
【００１４】
残念なことに大気圧ＤＣプラズマジェット、例えば、ＡＤＰは、表面の高精度の造形及び平滑化又は材料の付着には好適ではない。反応性ガスを励起前にバルクガスと混合するので、プラズマ中の反応性化学種は、放出物全体にわたって幅広く分布する。これにより、フットプリント及び表面中にエッチングできる最小特徴部サイズが実質的に増大する。さらに、アークを生じさせるのに用いられる電極は、反応体によって腐食される。これにより、粒子がガス流に加わると共にプラズマ条件の変動が生じ、しかも、ＲＩＥシステムと比べて一様性が減少する。有害な電極反応により、酸素及び他の多くのプラズマガスの使用ができない。
【００１５】
化学気相機械加工（ＣＶＭ）と呼ばれている別のプラズマ法は、シリコンをスライスするのに用いられる高周波（ＲＦ）プラズマ法である。プラズマは、微量の反応性成分を含有した希ガス雰囲気中に浸漬されたワイヤ又はブレード形電極の周りに生じる。この方法は、ＰＡＣＥと非常によく似ており、ＣＶＭによる材料除去は、性質上完全に化学的である。ＣＶＭ及びウェット化学エッチングに関する損傷は互いに同程度であり、半導体業界で用いられているシリコンに通常見受けられる本来的な損傷に近い。
【００１６】
幾つかの性能特性が、ＣＶＭの用途を制限する。第１に、フットプリントが非回転対称なので、この方法をモデル化して制御するのは困難である。プロセス速度は、プラズマが反応性前駆体又は前駆物質をラジカル原子に分解する速度によって制限される。装置をスケールアップするのは困難であり、最大除去速度を制限し、微調整規模材料除去の実用上の限度をもたらす。ＣＶＭについては真空は不要であるが、加工物を容器内に密閉してプラズマ雰囲気を封じ込める必要がある。
【００１７】
別形式のプラズマジェットが表面上の材料をエッチングすると共に付着させ、しかも表面をクリーニングするよう開発され、これは、「エーピージェット（ＡｐＪｅｔ ）」と呼ばれている。このシステムは、ノズルを通って出るＤＣプラズマを生じさせる２つの同心電極から成っている。放出物は、低温状態であり、それにより、この方法は、温度に敏感な材料をクリーニングするのに適している。エーピージェットは、表面を高精度に造形して研磨するのには適していない。というのは、エッチング速度が低く、電極及びノズルが腐食して材料を表面上に付着させるからである。これにより、高精度の制御が困難になる。さらに、エーピージェットは、粗い表面を滑らかにすることができない。
【００１８】
〔発明の概要〕
本発明のシステム及び方法は、従来技術における欠点及び障害を克服して制御性が高く、高精度であり、大気圧であり、非接触式の材料除去方法をもたらす。これらシステム及び方法は又、幾何学的表面を造形すると共に機械加工が困難な材料を迅速に造形し、しかも、高い平滑度及び最小の厚さのばらつきで仕上げ状態のシリコンデバイスを迅速に薄肉化する改良方法となる。
【００１９】
加工物の表面を造形する一方法は、プラズマトーチ、例えば、ＩＣＰトーチを含むプラズマ加工チャンバ内に加工物を配置する工程を含む。加工物、プラズマ又はこれら両方を並進させると共に（或いは）回転させることにより加工物とプラズマトーチを互いに動かす。反応性原子プラズマ加工を利用してプラズマトーチからの放出物により加工物の表面を造形する。反応性原子プラズマ加工は又、例えば加工物を平坦化し、研磨し、クリーニングし、又は薄肉化する目的にも利用できる。この加工により、表面の下の加工物の損傷が最小限に抑えられ又は無くなり、この加工は、材料を加工物の表面から除去する工程を含む。
【００２０】
また、本発明には、これら方法及び他の方法を実施するツール及びシステムが含まれる。加工物の表面を造形するかかるシステムは、反応性プラズマ法を利用して加工物の表面を造形するよう構成されたプラズマトーチを有する。並進装置を用いて、加工物、トーチ又はこれら両方を並進させて、所望の形状、平坦化、研磨又はクリーニングが達成されるようにする。トーチを、プラズマ加工又は他の適当なチャンバ内に収納するのがよい。
【００２１】
〔詳細な説明〕
本発明のシステム及び方法は、従来型システム、例えば、ＰＡＣＥ及び化学気相加工と比べて、潜在的な製品の数が熱過敏性部品及び化学的手段による研磨が一般に困難な異方性材料から製作された装置を含むよう増大する点で利点を有している。研磨及び平坦化は、少ない熱利得及び最小材料除去でいまや可能である。
【００２２】
図１は、本発明に従って使用することができる反応性原子プラズマ（ＲＡＰ）システムの一実施形態を示している。図１は、プラズマボックス１０６内に収納されたＩＣＰトーチを示している。トーチは、内側管１３４と、外側管１３８と、中間管１３６とから成っている。内側管１３４は、質量流量制御装置１１８からの反応性前駆体又は前駆物質ガスを受け入れるガス入り口１００を有している。中間管１３６は、流量制御装置１１８からの補助ガスを受け入れるガス入り口１０２を有している。外側管１３８は、質量流量制御装置１１８からのプラズマガスを受け入れるガス入り口１０４を有している。質量流量制御装置１１８は、多数のガス供給源１２０，１２２，１２４，１２６から必要なガスを受け入れ、ＩＣＰトーチのそれぞれ対応関係にある管に送られるガスの量及び速度を制御する。ＩＣＰトーチは、プラズマ放出物１０８を発生させ、これは、例えば、加工物ボックス１１４内のチャック１１２上に載置された加工物１１０を造形し又は研磨するのに利用できる。この実施形態では、プラズマボックス１０６と加工物ボックス１１４は互いに別体であり、プラズマ放出物１０８及び（又は）トーチが、プラズマボックス１０６と加工物ボックス１１４との間に少なくとも部分的に通るようにすることができる。加工物ボックス１１４は、例えばプラズマ放出物１０８と加工物１１０の相互作用により生じたプロセスガス又は生成物を運び去る排出部１３２を有している。他の実施形態では、プラズマトーチ及び加工物の別体のボックスが設けられない場合がある。
【００２３】
この実施形態におけるチャック１１２は、並進ステージ１１６と連絡状態にあり、この並進ステージは、プラズマ放出物１０８に対しチャック１１２上の加工物１１０を並進すると共に（或いは）回転させるようになっている。並進ステージ１１６は、コンピュータ制御システム１３０と連絡状態にあり、例えば、この並進ステージは、加工物の所望の造形又は研磨が達成されるよう加工物１１０を正しい経路に沿って移動させることができるよう必要な情報を提供し又は並進ステージ１１６を制御するようプログラムされたものであるのがよい。コンピュータ制御システム１３０は、ＲＦ電源１２８と連絡状態にあり、このＲＦ電源は、電力をＩＣＰトーチに供給する。コンピュータ制御システム１３０は又、必要な情報を質量流量制御装置１１８に提供する。
【００２４】
トーチそれ自体の細部は、図２で理解できる。誘導コイル１４０が、プラズマ放出物１４４の近くでトーチの外側管１３８を包囲している。ＲＦ電源からの電流は、トーチの端部の周りでコイル１４０を通って流れる。このエネルギは、プラズマ中に結合される。また、反応性前駆体が注入される励起ゾーン１４２及び例えばアルゴンガスのシースであるのがよいプラズマエンベロープ１４６が示されている。
【００２５】
かかるシステムを用いる一方法が図５に示されている。この方法では、加工物をプラズマトーチを含むプラズマ加工チャンバ内に配置する（工程５００）。加工物及びプラズマトーチのうち少なくとも一方を例えば加工物をトーチに対して並進させることにより並進させると共に（或いは）回転させる（工程５０２）。次に、反応性原子プラズマ加工法を利用してプラズマトーチからの放出物で加工物の表面を造形する（工程５０４）。
【００２６】
図６に示す別の方法では、この場合も又、加工物をプラズマトーチを含むプラズマ加工チャンバ内に配置する（工程６００）。制御された流れの前駆体をプラズマトーチの中央チャネル内に配置する（工程６０２）。プラズマガスを外側管６０４を介して導入し（工程６０４）、補助ガスをプラズマトーチの中間管を介して導入する（工程６０６）。ガスを、相対的に同時に導入するのがよい。エネルギをプラズマトーチの環状領域内でプラズマ放出物に結合する（工程６０８）。加工物及びプラズマトーチのうち少なくとも一方を例えば加工物をトーチに対して並進させることにより並進させると共に（或いは）回転させる（工程６１０）。次に、反応性原子プラズマ加工法を利用してプラズマトーチからの放出物で加工物の表面を造形する（工程６１２）。
【００２７】
化学反応
本発明の反応性原子プラズマ法は、少なくとも一部が、非反応性前駆体化学物質とプラズマとの相互反応により生じる原子ラジカルの反応性化学的性質に基づいている。かかる一方法では、非反応性前駆体の分解により生じた原子ラジカルは、造形中の部品の表面上の物質と相互作用する。表面物質は、ガス状反応生成物に変換され、表面から出る。種々の材料を、種々の化学的前駆体及び種々のプラズマ組成を用いて加工できる。この方法における表面反応の生成物は、エッチングが行われるプラズマ暴露の条件下ではガスでなければならない。もしそうでなければ、表面反応残留物は、表面上に堆積し、これは、次のエッチングを阻害することになろう。
【００２８】
本発明の一方法では、化学反応は、フッ素及びフッ素と反応してガス状生成物を生じさせる物質に対し特有である。以下は、質量損失が測定される３つの特定の例である。加工される材料としては次のものが挙げられる。
・  二酸化シリコン（溶融石英）（この場合、関心のある平衡反応は次の通りである）。
ＳｉＯ２＋ＣＦ４  →  ＳｉＦ４＋ＣＯ２
・炭化ケイ素はＯ２  の追加の有無にかかわらずうまくゆく。Ｏ２  の利用により、反応速度が大幅に向上する。かかる平衡方程式の一つは次の通りである。
ＳｉＣ＋ＣＦ４＋２Ｏ２  →  ＳｉＦ４＋２ＣＯ２
・シリコンは、プラズマへの酸素の追加の有無にかかわらずうまくゆく。酸素は、周囲空気によっても供給可能である。利用できる平衡方程式は、次式で与えられる。
Ｓｉ＋ＣＦ４＋Ｏ２  →  ＳｉＦ４＋ＣＯ２
反応は、本装置及びツールエンクロージャ内の周囲酸素によって供給されるＣＦ４  との場合にも良好である。
【００２９】
他のフルオロカーボン及びフッ素を含む他の分子も又、良好に作用する。ＳＦ６  が化学的前駆体として用いられ、首尾よくシリカガラスをエッチングした。平衡方程式は、ＣＦ４  についてのものと同一であり、次式で与えられる。
３ＳｉＯ２＋２ＳＦ６  →  ３ＳｉＦ４＋２ＳＯ２＋Ｏ２
又は、
３ＳｉＯ２＋２ＳＦ６  →  ３ＳｉＦ４＋２ＳＯ３
ＳＦ６に加えて、多量のフッ素含有化学物質は、反応性前駆体として用いるのに適している場合がある。例えば、タイプＣｎＦ２ｎ＋２、例えばＣ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ１０の化学物質を使用できる。他の陽イオンのフッ素化学物質も又、Ｆ２と同様適している場合がある。シリコンを含まない物質、例えば、酸化物、金属、炭化物及び有機物質に対する加工のため、種々の反応性原子化学種、例えば、塩素又は臭素が適している場合がある。これら元素を含む化合物も又、反応性前駆体として適している場合がある。かかる適当なクラスの化学物質の例は、ハロカーボンのクラスである。２以上の反応前駆体の混合物も又利用できる。
【００３０】
上述の例では、反応性前駆体化学物質をガスとして導入することができる。かかる反応性前駆体も又、液体又は固体の形態でプラズマに導入することができる。液体をプラズマ中に吸い込むのがよく、微粉をプラズマへの導入前にガスと混合することにより噴霧するのがよい。事実、ＨＦの水溶液は、必要に応じて、エッチングのためのフッ素と炭素除去のための酸素の両方を供給するので特に有効な場合がある。かかるプロセスの方程式は次式で与えられる。
ＳｉＯ２＋４ＨＦ  →  ３ＳｉＦ４＋２Ｈ２Ｏ
又は、
ＳｉＣ＋４ＨＦ＋２Ｏ２  →  ＳｉＦ４＋ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ
かかるプロセスは、ＲＩＥ法と比べて幾つかの利点を有している。ＲＩＥでは、真空が必要であるが、ＲＡＰ加工法を大気圧で利用することができる。ＲＡＰは、材料除去速度が非常に高く、サブアパーチュアツールとして用いて表面を正確に造形することができ、これに対し、ＲＩＥは、表面全体にわたり少量の材料を除去するのに最適である。最後に、ＲＩＥは、粗い表面を滑らかにすることができないが、ＲＡＰ加工法は、表面を迅速に研磨してエッチングする。
【００３１】
ＩＣＰプラズマトーチ
誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）は、損傷のない表面を造形するのに有用な反応性原子の優れた源である。ＩＣＰ放出物は、従来、多数の酸化物、例えば、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＮｉＯ、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＣｒ２Ｏ４、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｏＣｒ２Ｏ４、ＮｉＣｒ２Ｏ４及び幾つかの希土類酸化物の結晶質フィルムを生じさせるのに用いられていた。Ｂｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏの超伝導薄膜も又、ＩＣＰプラズマスプレー法で製作されていた。
【００３２】
部分イオン化ガスの高い電気伝導性（例えば、アルゴンについては、１５，０００°Ｋで１２０ｏｈｍ／ｃｍ−１）は、高圧での誘導結合プラズマ生成を容易にするのに寄与する場合がある。ＩＣＰシステムは、電極を必要としない。多種類のガスをホストプラズマとして用いることができる。なお、アルゴンが主要な成分であるのがよい。代表的な放出物は、高い電流（例えば、１００〜１，０００アンペア）及び比較的低い電圧（例えば、１０〜１００ボルト）という特徴を備えている。流動中のプラズマは、完全な熱力学的平衡状態にはなく、イオン及び励起状態の原子の個数は、平衡値の１０％以内であるのがよい。電子密度は、高く、代表的には、１０１５ｃｍ−３以上であり、これは、電子の温度が１５，０００Ｋ以上であることを示唆している。１０，０００Ｋのピーク温度を１組のアルゴンライン（この場合も又平衡状態であることを仮定している）について発光強度の割合から計算でき、ガスの運動温度は、約６，０００Ｋであると見積もられている。これら高い温度により、ＩＣＰは、反応性原子の生成の効率的な源になる。
【００３３】
２７．１２ＭＨｚＲＦ発生器からの電流は、トーチの頂部の周りで３ターン銅ロードコイル、例えば、図２に示すロードコイルを通って流れる。エネルギは、ロードコイルに最も近いプラズマの外縁部上に位置する環状「スキン領域」を通ってプラズマ中に結合される。プラズマは、プラズマガスによって石英管内で支持でき、プラズマガスは、安定化渦を形成するよう接線方向に導入されるのがよい。「スキン領域」は、中心軸線に沿って最も薄く、液滴又はガスは放出物中に容易に侵入する。液滴がプラズマを通って移動すると、液滴は、次第に脱溶媒和化され、霧化され、励起されそしてイオン化されるようになる。放出物中のイオンと原子の相対的分布状態は、図３に示されている。プラズマ中の５つの箇所における空間プロフィールは、励起されたイオン団が中性原子の団よりも早く崩壊することを指示し、大抵の場合イオンと電子の再結合の結果を指示している。プラズマ中に注入された物質からの最大原子放出は、放出物の目に見える先端部の近くでロードコイルの上方数ミリメートルのところで生じる（領域３及び領域４）。この領域における放射性崩壊は、注入物質の組成を分光法で決定するのに用いられる。
【００３４】
市販の標準型３管トーチ、例えば、上述したように３つの同心管から成るトーチを用いるのがよい。外側管は、プラズマガスの大部分を取り扱い、内側管は、反応性前駆体を注入するために使用可能である。エネルギをトーチ内部の環状領域中の放出物中に結合するのがよい。この結合ゾーン及びその結果として生じる温度の勾配の結果として、反応性ガス又は付着されるべき物質を導入する最も簡単な方法は、中央管を介して導入することである。反応性ガスをプラズマガスと混合するのがよい。ただし、石英管は、この形態では腐食する場合がある。
【００３５】
励起ゾーンの中央に反応性前駆体を注入することは、他の技術と比べて幾つかの重要な利点がある。或る幾つかの大気圧プラズマジェットシステム、例えば、ＡＤＰは、前駆体ガスをプラズマガスと混合させ、反応性化学種の一様なプルームを作る。これは、電極又はプラズマ管を反応性化学種にさらし、プラズマの腐食及び汚染の原因となる。ＰＡＣＥの或る形態では、反応性前駆体を励起ゾーンの縁部の周りに導入し、これも又、電極の直接的な暴露及びプラズマ汚染の原因となる。これとは対照的に、ＲＡＰシステム中の反応性化学種は、アルゴンのシースによって包囲され、これは、プラズマトーチの腐食を減少させるだけでなく、反応性化学種と大気との相互作用を軽減する。
【００３６】
３つの管のうち第２の管は、幾つかの実施形態では任意的に、例えば約１リットル／分で補助ガスを導入する。補助ガスは２つの機能を果たすことができる。第１に、ガスは、短時間の接触であっても内側管を閉鎖状態に密封できるので高温プラズマを内側管から遠ざけることができる。第２に、ガスは、空間中の放出物の位置を調節することができる。
【００３７】
外側管の内径は、放出物のサイズを制御するのに使用できる。標準型トーチでは、これは、約１８ｍｍのオーダであるのがよい。かかるシステムを短くしようとして、２つの管から成る設計のトーチを構成するのがよく、これは、例えば約６ｍｍの内径を有するのがよい。ただし、これよりも長い又は短い内径が適している場合がある。
【００３８】
外側管内のガス、例えば、プラズマガスを接線方向に導入して放出物を安定化させるのがよい。接線方向の導入は又、補助管が設けられていなくても維持できる。管が個々に保持されて別々に交換される着脱自在なシステムを利用するのがよい。かかるシステムの利点は、外側管の長さを長くすることができ、それにより、反応性ラジカル原子が空気と反応しないようにしながら、プラズマが冷えるようにすることができる。
【００３９】
僅かなトーチ腐食の問題は、前駆体の僅かな部分が中央ゾーンに入らないで、プラズマの外部の周りに進むことに起因して生じる場合がある。スキン深さ（即ち、厚いエネルギ結合ゾーン）の増大は、中央チャネルを細くする場合があり、それにより場合によっては、前駆体の流れを制限し、何割かが周囲に逃げるようになる。本発明のシステムの利点のうちの１つは、電極又はノズルの腐食がほとんどなく、又は全くないということにある。
【００４０】
ハウジング
図１に示すように、本発明のシステムには幾つかの基本的なブロックがある。プラズマボックスは、ＩＣＰトーチを収容するのに使用できる。プラズマボックスは、オペレータをプロセス中に生じた高周波エネルギ及び（又は）プラズマにより生じたＵＶ光から遮蔽するのに使用できる。プラズマボックスは、例えばこれを化学的フード排出システムに結合することにより僅かな負圧下に保つことができる。エンクロージャ全体は、エンクロージャ全体は、個々のプレートから連結して構成されたものではなく、単一の銅板を折り曲げ形成されたものである。ＲＦの特徴のうちのの１つは金属を貫通するのではなく表面に沿って移動するということにある。ＲＦは、継ぎ目を見つけると共に継ぎ目及びドアフレームの周りから漏れる傾向にある。全ての縁部を無くすことはできないので、ボックスの縁部と同様に動かない縁部を銀ハンダで満たし研削して丸みを持たせ、システムには尖った箇所又は縁部は存在しないようにするのがよい。動くことができる部材、例えばドアを例えば締結部を用いることによりしっかりとボルト締めするのがよい。
【００４１】
穴及び窓を例えば空気がプラズマ及びサンプルボックスに流入すると共に点検整備のために接近できるようにし、しかも、作動中にシステムの目視点検のための場所を提供するようボックスに形成し又は切断形成するのがよい。ＲＦは放射線の波長（１３．５６ＭＨｚでは、真空中の波長は、約２３ｍである）よりも非常に小さな穴から逃げ出ることができないので、１００ｍｍの正方形窓の漏れは非常に少ない。窓は、例えば溶接ガラス（ｗｅｌｄｅｒｓ ｇｌａｓｓ ）を用いることができ、点検整備用穴を銅テープ又は他のＵＶ濾波材料で覆うのがよい。
【００４２】
アルミニウムサンプルボックスは、加工物及び並進ステージを収容するよう使用できる。アルミニウム板を互いにボルト締めしてボックスを形成するのがよい。銅を用いることは必要ではない。というのは、ＲＦからのシールドを行う必要がないからである。サンプルボックスを例えば円形穴を介して隣のトーチボックスに直接連結するのがよい。システムのオペレータがプロセス中の部品を監視する窓を設けるのがよく、必要に応じてガス抜き開口部を設けるのがよい。主排出システムは、チャンバの頂部に連結されている。他の設計は、別の位置に設けられた排出ホース又はステージを有するのがよく、例えば、部品周りの乱流を最小限に抑えるのがよい。また、室とチャンバの内部との間の圧力差を測定する計器を更に設けるのがよい。
【００４３】
サンプルを除きチャンバ内の主要構成部品は、並進ステージ及びチャックである。チャックは、構造が比較的単純な真空システムであるのがよく、これを回転ステージに取り付けると共に回転又は他の適当な連結部を介してポンプ、例えば炭素ベーンポンプに連結するのがよい。チャックは好ましくは、部品のサイズ以下であるのがよい。チャックが部品を越えて突出している場合、少量のチャック材料が縁部又は表面上に付着する場合がある。
【００４４】
ガス流量制御
ロトメータ（回転計）や質量流用制御装置のような装置を用いるとガス流量を計測することができる。例えば、システムは、補助ラインを除く全てのライン上のガス流量をモニタする圧電変換器を搭載した質量流量制御装置を用いるのがよい。電源及び制御パネルをラックで取り付けるのがよい。これは、低圧容量結合放電に役立つ市販のユニットであるのがよい。ラックは又、ステージ制御装置及び質量流量制御装置用のエレクトロニクスを収容するのがよい。
【００４５】
プラズマ中への反応性ガスの導入は、例えば毎分２，０００ｍｌ〜０．０５ｍｌのＣＦ４  にわたり質量流量制御装置によって制御され、その精度は±２％である。現行システムでは、例えば４０リットル／分のＣＦ４  （その手段として、プラズマの本体中にＣＦ４  を用いる）から０．０１ｍｌ／分（稀釈を利用する）までが可能である。
【００４６】
ガス導入量を制御する質量流量制御装置を幾つか設けるのがよい。幾つかの質量流量制御装置を直列及び（又は）並列に例えば１０リットル／分〜０．１リットル／分の流量範囲で設けることにより、大きな融通性が得られ、反応性前駆体ガスの複雑な化学反応が可能になる。一例では、かかるシステムを用いて１ｍｌ／分のＣＦ４  を中央チャネルに導入する。
【００４７】
例えばプラズマガスを含む主ガスの流れは、放出物に例えば流動するアルゴンの流れを供給するのに役立つ。流量を、相当な広い範囲にわたり、例えば０〜４０リットル／分にわたって変化させることができる。流れが早すぎる場合、プラズマは、ブローアウトする場合がある。流量が多いと、その結果、反応性ガスとシステム中に導入されるエネルギの両方が稀釈される場合がある。
【００４８】
ＲＦ電源及び制御
本発明のシステムを動作させる場合、広範な電力条件を利用できる。標準型ＲＦユニットは、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ又は４０．６８ＭＨｚで動作する。周波数は現在、ＦＣＣで設定され、かかる周波数は、霧化性能に影響を及ぼさないが、プラズマのスキン深さに影響を及ぼす場合がある。標準型ＲＦユニットの最大電力は５〜１０ｋＷであるが、他の用途は２．５ｋＷ以上の電力を必要としない。
【００４９】
或る特定の反応性ガス流量では、追加の電力はより多量の熱を部品に堆積させるだけである。部品上の表面加熱は、反応速度及び反応効率にとって重要な場合がある。一般に、反応速度は、温度と共に増大する。部品の温度を大幅に増大させることが望ましくない場合がある。というのは、部品の低温領域及び装置のハウジング上で凝縮する反応生成物が生じる場合があるからである。多すぎる熱は又、部品中に熱応力を引き起こすだけでなく熱膨張に起因して形状を変化させる場合がある。高電力設定値での追加のエネルギは又、例えば、反応性原子をイオンに変換することにより活性化学種の数を減少させると共にこれらの反応性を低下させるのに役立つ場合がある。
【００５０】
本発明の一システムでは、このプロセスにより、揮発性反応生成物が首尾よく生じなければならない。プラズマ温度は、５，０００℃〜１５，０００℃である。プラズマが非平衡システムなので、温度を推定するために用いられる技術は、異なる結果を生じさせる場合がある。低いほうの値、即ち、５，０００℃は、ガスの運動温度であり、部品を加熱するための最も大きな能力に耐えると考えられる。
【００５１】
システム全体を光学台又は任意他の適当な取り付け表面又は構造体上に取り付けるのがよい。除去ツールは反応性原子のガス状の流れなので、これはあまり振動に敏感であってはならない。環境上の寄与を無くすため、クリーンルーム又は他の適当なエンクロージャをサンプルチャンバ及びトーチボックスの周りに構成するのがよい。
【００５２】
ダイナミックレンジ
これらシステムの特徴のうちの１つは、材料除去のダイナミックレンジにある。反応性ガスの最も低い設定値では、反応性ガスを単一の原子層が例えば数秒又は数分で除去されるような少ない量で送り出すのがよい。設定値が高い場合、プロセスは、１分間当たり少なくとも何グラムかの物質を除去することができる。これら設定値は材料の除去にとって実用的なものではないが、非常に遅いエッチング速度は、プラズマで加工される物質の表面を改質するのに重要な場合がある。
【００５３】
或る範囲の質量流量制御装置及びアルゴンとの１００％、１０％及び１％混合物の前駆体ガスを用いることにより、エッチング速度の１０５のダイナミックレンジが、一実施形態で利用できる。ただし、エッチング速度の追加の何桁かの大きさも異なる範囲及び混合物を用いて可能である。例えば前駆体を中央チャネルに閉じ込めることによって達成できる上限では、１，０００ｍｌ／ｍｉｎの１００％ＣＦ４を導入することができる。下限では、ＣＦ４のアルゴン１％混合物を１ｍｌ／ｍｉｎの流量で中央チャネルに送り出すのがよい。エッチング速度は、例えば０〜１０ｍｌ／ｍｉｎで動作する流量制御装置を用いることにより２桁以上減少させることができると共に（或いは）更に１０倍又は他の適当なガスの希釈によりエッチング速度を減少させることができる。
【００５４】
高精度造形
例えば上述したような条件を用いて、性質上ほぼガウス分布の安定であって予測可能であり、しかも再現可能な反応性化学種の分布を得ることができる。ただし、他の分布も可能であり、或る特定の用途にとっては適当な場合がある。多くの用途に関し、分布は放射状に対称であることが望ましい場合があるに過ぎない。例えば、内径が１８ｍｍのトーチは、約３０ｍｍの広がりを有するのがよい。図４は、５分間にわたり５０ｍｌ／ｍｉｎの反応性ガス流量を用い１．５ｋＷのプラズマにより生じたピットのプローブトレースを示す図である。ロードコイル（エネルギ誘導ゾーン）から部品表面までの距離は、２５ｍｍであった。暴露時間を増減させると、かかる穴は、深くなり、又は浅くなることができるが、その幅は大幅には変化しない。したがって、プラズマシステムで得られるツール形状は、極めて浅く且つ幅が広く、これは、ツール又は部品の高精度Ｘ−Ｙ位置決めの要件を緩和することができる。
【００５５】
この方法における重要な要因は、プラズマ放出物のフットプリントが安定性及び再現性があり、制御可能なパラメータに依存しているということにある。類似したシステムを同一条件下で稼動させ、同一システムが毎日再現性が高い場合には、かなり同様なエッチング速度を生じさせることができる。極めて精度の高い表面の場合、ツールのフットプリントを各除去段階の実施前に測定する必要がある。しかしながら、フットプリントを繰り返し造形法の副産物として決定することも可能である。
【００５６】
部品に施されるガウス凹み以外の形状が必要な場合、部品をトーチに対して並進させると共に（或いは）回転させることが必要な場合がある。ただし、トーチを部品に対し、又は両方を互いに対して並進させると共に（或いは）回転させてもよい。トーチを静止状態に保持し、これを部品中へ下降させる場合、凹み又はピットが結果的に生じる。トーチが回転しながら部品を横切って並進する場合、トレンチが作られる。トレンチの床は、トーチ内での反応性化学種の分布の特性を得ることができ、しかも、次に行うパスの際トーチ経路をどれほど互いに密接して近づけるかによって決定できる。１つのステージを同時に動かすことが必要な場合がある。これを達成するため、第２の制御装置を用いるのがよく、例えば、これはコンピュータ又は機械制御であるのがよい。基本的なシステムは、一定回転速度に制限される場合があり、部品を横切る並進速度は、段階的に制御される（即ち、一定速度で或る距離を進み、或る時点で速度を変える）。
【００５７】
かかる方法では、フットプリントのかなり正確な推定値が例えば先の実験から知られている粗い部品を測定するのがよい。最終の所望部品形状は知られており、ツールの経路を計算して入力変数の全てから最終形状を得ることができ、かかる入力変数としては、初期部品形状、プラズマ条件、滞留時間及び加工物材料の除去の際の挙動が挙げられる。完了すると、部品形状は、正確に測定され、所望形状と比較される。相違は、フットプリントの形状の仮定における誤差の場合がある。
【００５８】
かかるシステムで複雑な（又は、平らな）表面に対する近似を生じさせるため、部品を放出物の前で並進させながら回転させるのがよい。或る用途で一様な材料除去が得られるよう、表面を横切るトーチの速度は、一定であることが必要な場合がある。用途によっては、全てのパラメータを同時に変化させることが必要な場合があり、かかるパラメータとしては、ツールの位置、部品の位置、ガス流量、ガス流の組成及び励起エネルギが挙げられる。
【００５９】
粗い表面の迅速な研磨
本発明のシステムの驚くべき且つ関心のある特徴のうちの１つは、粗い表面の平坦化及び（又は）研磨である。プラズマシステムでガラス又は他の適当な材料を研磨するのに必要な時間を定めることができるパラメータとしては、プラズマガス中の化学種（反応体及び生成物）の濃度や表面及びその周囲のガスの温度が挙げられる。表面上の化学種の交換並びにエッチング中の材料の局所再付着は、粗い表面の迅速な平滑化の主な原因となる場合があり、その結果、少なくとも局所スケールで平坦化が行われることになる。
【００６０】
プラズマ中の化学種の比較的高い濃度及びこの方法による境界層を横切って生じる局所平衡状態は、他の低圧プラズマシステム、例えば、ＰＡＣＥがかかる平滑化効果を示さないがなぜ示さないかを説明することができる。圧力の高いガスは、生成物の平均自由経路を減少させる場合があり、それにより、生成物を表面領域中に長期間にわたって維持する場合がある。加うるに、圧力が高いガスは、熱容量が大きく、固体の表面に近い領域を高温状態に維持する。低圧プラズマ温度は同一であるが、大気圧プラズマシステムを用いて表面上に生じた実際の熱の量は、ガスのフラックスが高いので大きい場合がある。これは、本発明の一システムが１．５〜２．２５ｋＷのプラズマを用い、これに対し、ＰＡＣＥ及びマイクロ波装置が通常、最大の形態でも数百ワットで動作することで明らかである。
付着に利用できる材料の量を変えると共に平坦化又は平滑化の速度に影響を及ぼす別の方法は、付着を引き起こすがフッ素原子がエッチングを引き起こす反応体をプラズマ中に加えることである。或る揮発性シリコン化合物と酸素を組み合わせることで十分である。  本発明の平衡付着状態は、従来のプラズマ付着と同一ではない。というのは、この方法は、単純に穴を埋めるのではなく、その表面のところでの材料の局所再分布をもたらすからである。これは、最終表面材料の構造がバルクフェーズにほぼ等しいことが必要な用途にとって重要な場合がある。
【００６１】
本発明の好ましい実施形態についての上記説明は、例示のために行われたに過ぎない。本発明は、開示した形態そのものには限定されない。当業者であれば、多くの改造例及び変形例を想到できよう。上記実施形態は、本発明の権利及びその実用上の用途を最もよく説明するために選択されて説明されており、それにより、当業者は、種々の実施形態を通じ、そして特に計画された使用例に適する種々の改造例を介して本発明を理解することができる。本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載された技術的事項及びその均等範囲によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施形態のシステムの略図である。
【図２】
図１のＩＣＰトーチの略図である。
【図３】
本発明の一実施形態に従って用いることができるプラズマ放出物中の反応性原子及び反応性イオンの相対濃度を示す略図である。
【図４】
本発明の一実施形態に従って使用することができるツールのフットプリントのグラフ図である。
【図５】
本発明の一実施形態としての方法を示すフローチャートである。
【図６】
本発明の一実施形態の別の方法を示すフローチャートである。
【図３】
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【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004518527.tif 000036
【国際調査報告】
2004518527.tif 000037
2004518527.tif 000038