(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス板に形成されたキャピラリの内部にガスを導入しつつ、前記ガラス板の前記キャピラリの開口部が形成された第１面と垂直な第２面のうち前記第２面上の前記開口部側に設けられた第１の電極に高周波電力を印加することによりマイクロプラズマを発生させ、前記マイクロプラズマから漏れ出る活性粒子を前記キャピラリの開口部から被処理物に作用させ、前記被処理物を加工する方法であって、
前記第２面に形成されたパワートランジスタに高周波電力を供給して前記高周波電力を増幅させた後、前記第１の電極に前記増幅させた高周波電力を印加する一方、前記キャピラリを挟み前記第１の電極と対向して設けられた第２の電極は接地された状態で前記被処理物を加工すること
を特徴とするプラズマ加工方法。
【請求項２】
第１の電極は複数配列され、第１の電極の各々に、別個の高周波信号源からの高周波信号を増幅して印加すること
を特徴とする請求項１記載のプラズマ加工方法。
【請求項３】
第１の電極は複数配列され、第１の電極の各々に、同一の高周波信号源からの高周波信号を増幅して印加すること
を特徴とする請求項１記載のプラズマ加工方法。
【請求項４】
キャピラリが形成された石英ガラス板と、開口部を有するキャピラリの内部にガスを導入する手段と、前記ガラス板の前記キャピラリの開口部が形成された第１面と垂直な第２面のうち前記第２面上の前記開口部側に設けられた第１の電極と、前記キャピラリを挟み前記第１の電極と対向して設けられかつ接地された第２の電極と、前記第１の前記電極に高周波電力を印加する高周波信号源と、前記第１の電極と前記高周波信号源との間に配置されかつ前記第２面に形成されると共に前記第１の電極と電気的に接続されたパワートランジスタとを備えたこと
を特徴とするプラズマ加工装置。
【請求項５】
第１の電極は複数配列され、第１の電極の各々に、高周波信号を供給する複数の高周波信号源を備えたこと
を特徴とする請求項４記載のプラズマ加工装置。
【請求項６】
第１の電極は複数配列され、第１の電極の各々に、同一の高周波信号源からの高周波信号を供給するよう配線されたこと
を特徴とする請求項４記載のプラズマ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ加工方法及び装置に関し、特にマイクロプラズマ源を用いた加工手段に特徴があるもの。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、表面に薄膜が形成された基板に代表される被処理物にパターンニング加工を行う場合、レジストプロセスが用いられる。その一例を図１７に示す。
【０００３】
図１７において、まず、被処理物２３の表面に感光性レジスト２４を塗布する（ａ）。次に、露光機を用いて露光した後現像すると、レジスト２４が所望の形状にパターンニングできる（ｂ）。そして、被処理物２３を真空容器内に載置し、真空容器内にプラズマを発生させ、レジスト２４をマスクとして被処理物２３をエッチング加工すると、被処理物２３の表面が所望の形状にパターニングされる（ｃ）。最後に、レジスト２４を酸素プラズマや有機溶剤などで除去することで、加工が完了する（ｄ）。
【０００４】
以上のようなレジストプロセスは、微細パターンを精度良く形成するのに適しているため、半導体などの電子デバイスの製造において重要な役割を果たすに至った。また、工程が複雑であるという欠点もある。
【０００５】
そこで、レジストプロセスを用いない新しい加工方法が検討されている。その一例として、図１８にマイクロプラズマエッチングの概念図を示す。被処理物２の近傍に配置させることができるマイクロプラズマ源３に高周波電力を供給してマイクロプラズマを発生させ、マイクロプラズマから漏れ出る活性粒子を被処理物２に作用させ、被処理物を加工する方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例で述べた被処理物の加工においては、良好な電力整合状態が得られず、電力効率が悪いという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、電力効率に優れたプラズマ加工方法及び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】
本願の第１発明のプラズマ加工方法は、石英ガラス板に形成されたキャピラリの内部にガスを導入しつつ、前記ガラス板の前記キャピラリの開口部が形成された第１面と垂直な第２面のうち前記第２面上の前記開口部側に設けられた第１の電極に高周波電力を印加することによりマイクロプラズマを発生させ、前記マイクロプラズマから漏れ出る活性粒子を前記キャピラリの開口部から被処理物に作用させ、前記被処理物を加工する方法であって、前記第２面に形成されたパワートランジスタに高周波電力を供給して前記高周波電力を増幅させた後、前記第１の電極に前記増幅させた高周波電力を印加する一方、前記キャピラリを挟み前記第１の電極と対向して設けられた第２の電極は接地された状態で前記被処理物を加工することを特徴とする。
【０００９】
本願の第１発明のプラズマ加工方法において、好適には、第１の電極は複数配列され、第１の電極の各々に、別個の高周波信号源からの高周波信号を増幅して印加することが望ましい。あるいは、第１の電極は複数配列され、第１の電極の各々に、同一の高周波信号源からの高周波信号を増幅して印加してもよい。
【００１０】
本願の第２発明のプラズマ加工装置は、キャピラリが形成された石英ガラス板と、開口部を有するキャピラリの内部にガスを導入する手段と、前記ガラス板の前記キャピラリの開口部が形成された第１面と垂直な第２面のうち前記第２面上の前記開口部側に設けられた第１の電極と、前記キャピラリを挟み前記第１の電極と対向して設けられかつ接地された第２の電極と、前記第１の前記電極に高周波電力を印加する高周波信号源と、前記第１の電極と前記高周波信号源との間に配置されかつ前記第２面に形成されると共に前記第１の電極と電気的に接続されたパワートランジスタとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本願の第２発明のプラズマ加工装置において、好適には、第１の電極は複数配列され、第１の電極の各々に、高周波信号を供給する複数の高周波信号源を備えたことが望ましい。あるいは、第１の電極は複数配列され、第１の電極の各々に、同一の高周波信号源からの高周波信号を供給するよう配線されていてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１乃至図６を参照して説明する。
【００１３】
図１に、本発明の第１実施形態に係るマイクロプラズマ源を搭載した加工装置の断面図を示す。図１において、電極１上に載置された被処理物としての基板２の近傍に、マイクロプラズマ源３が配置される。周波数１００ＭＨｚの高周波電力を、高周波信号源４から増幅器としてのパワートランジスタ５に供給し、増幅された高周波電力をマイクロプラズマ源３に印加してマイクロプラズマを発生させる。このマイクロプラズマから漏れ出る活性粒子を基板２に作用させ、基板２を加工することができる。
【００１４】
図２は、マイクロプラズマ源３を、図１の破線Ａで切った断面図である。２枚の石英ガラス板６及び７が接着され、その間にキャピラリ８が形成されている。反応ガスはキャピラリ８の内部に導入され、基板２に向かってマイクロプラズマとなって噴出される。高周波電極９と接地電極１０が石英ガラス板６及び７の両側に設けられ、高周波電極９に高周波電力が供給される。マイクロプラズマ源３は１Ｐａから数気圧まで動作可能であるが、典型的には１０００Ｐａから大気圧までの範囲の圧力で動作する。
【００１５】
図３は、マイクロプラズマ源３の斜視図である。高周波信号源４から供給される高周波信号は、パワートランジスタ５の入力端子１１に入力され、増幅された高周波電力が、高周波配線１２より高周波電極９に導かれる。一方、接地配線１３により、パワートランジスタ５と接地電極１０が接続されることで、接地電位の一致が図られる。
【００１６】
図４は、高周波配線１２を、高周波電極９と同一平面に形成し、接地配線１３を、石英ガラス板に形成した貫通穴の内部に設けた例である。このような構成とすることで、パワートランジスタ５とマイクロプラズマ源３の間のインピーダンスを低下させることができる。
【００１７】
以上述べたような構成により、増幅された高周波電力の伝送系（パワートランジスタ５から高周波電極９間）は、集中定数系と考えることが可能となり、高周波整合を考慮する必要がなく、電力効率を高めることができた。
【００１８】
なお、図５に示すような、マイクロプラズマ源３がアレイ化され、各々のマイクロプラズマ源３に、別個の高周波信号源４からの高周波信号を増幅して印加する構成や、図６に示すような、マイクロプラズマ源３がアレイ化され、各々のマイクロプラズマ源３に、同一の高周波信号源４からの高周波信号を増幅して印加する構成も考えられる。
【００１９】
また、以上述べた本発明の第１実施形態において、増幅器としてパワートランジスタを用いる場合を例示したが、オペアンプや、複数のトランジスタを用いた増幅回路などを用いることができることはいうまでもない。
【００２０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図７乃至図８を参照して説明する。
【００２１】
図７に、本発明の第２の実施形態において用いた、マイクロプラズマ源を搭載した加工装置の断面図を示す。図７において、電極１上に載置された被処理物としての基板２の近傍に、マイクロプラズマ源３が配置される。マイクロプラズマ源３はアレイ化されており、各々のマイクロプラズマ源３の近傍に、スイッチとしてのトランジスタ１４が設けられている。周波数１００ＭＨｚの高周波電力を、高周波信号源４から増幅器１５、整合器１６を介してマイクロプラズマ源３の近傍まで導き、トランジスタ１４によりスイッチングすることにより、任意のマイクロプラズマ源３を動作させる。任意のマイクロプラズマ源において発生したマイクロプラズマから漏れ出る活性粒子を基板２に作用させ、基板２を加工することができる。
【００２２】
マイクロプラズマ源３の断面構造は、図２に示したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００２３】
以上述べたような構成により、各々のマイクロプラズマ源３の動作／非動作を切り替えた場合に生じる負荷インピーダンスの変化に応じて、整合器１６によって整合状態を確保することができるため、常に良好な整合状態を得ることができ、電力効率を高めることができた。
【００２４】
なお、図８に示すように、各々のマイクロプラズマ源３を同一の石英ガラス板６及び７に形成し、マイクロ高周波配線１２を、高周波電極９と同一平面に形成し、接地配線１３を、石英ガラス板に形成した貫通穴の内部に設けてもよい。このような構成とすることで、スイッチ１４とマイクロプラズマ源３の間のインピーダンスを低下させることができる。
【００２５】
以上述べた本発明の第２の実施形態において、スイッチとしてトランジスタを用いる場合を例示したが、他の固体スイッチ素子や、リレー素子などの接点スイッチ素子などを用いることができることはいうまでもない。
【００２６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図９乃至図１３を参照して説明する。
【００２７】
図９に、本発明の第３の実施形態において用いた、マイクロプラズマ源を搭載した加工装置の断面図を示す。図９において、電極１上に載置された被処理物としての基板２の近傍に、マイクロプラズマ源３が配置される。マイクロプラズマ源３の近傍には、半導体のｐ／ｎ接合を利用した可変コンデンサを用いた整合回路１７が設けられている。高周波信号源４からの高周波信号（周波数１００ＭＨｚ）を増幅器１５により増幅し、増幅された高周波電力を、マッチングセンサ１８を介してマイクロプラズマ源３の近傍まで導き、マイクロプラズマを発生させる。このマイクロプラズマから漏れ出る活性粒子を基板２に作用させ、基板２を加工することができる。
【００２８】
マイクロプラズマ源３の断面構造は、図２に示したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００２９】
半導体のｐ／ｎ接合における空乏層の厚さは、ｐ／ｎ接合に印加するバイアス電圧によって制御できる。一般に、コンデンサの容量は、誘電体の厚さに反比例するから、ｐ／ｎ結合に印加するバイアス電圧を変化させることにより、コンデンサ容量を可変できる。このような可変コンデンサは極めて小型で、マイクロプラズマ源と寸法的にも製造工法的にも共通点が多い。
【００３０】
マッチングセンサ１８では、高周波電圧と電流の大きさの比と、高周波電圧と電流の位相差を検出する。検出値を整合回路１７にフィードバックすることで、良好な整合状態を確保できる。マッチングセンサ１８の他のタイプとして、方向性結合器を用いるものもある。
【００３１】
整合回路１７は、図１０に示すような２つの可変コンデンサ１９及び２０を用いて構成することができる。可変コンデンサ１９は、負荷であるマイクロプラズマ源のレジスタンスを主として調整するためのもので、可変コンデンサ２０は、負荷であるマイクロプラズマ源のリアクタンスを主として調整するためのものである。
【００３２】
図１１に示すような、１つの可変コンデンサ１９と、固定コンデンサ２１を組み合わせた整合回路１７を用いることも可能である。この場合、負荷であるマイクロプラズマ源のリアクタンスを主として調整するために、高周波電力の周波数を、マッチングセンサ１８からのフィードバックにより制御することで、良好な整合状態を確保できる。
【００３３】
なお、図１２に示すような、マイクロプラズマ源３がアレイ化され、各々のマイクロプラズマ源３に、別個の高周波信号源４からの高周波信号を増幅して印加する構成や、図１３に示すような、マイクロプラズマ源３がアレイ化され、各々のマイクロプラズマ源３に、同一の高周波信号源４からの高周波信号を増幅して印加する構成も考えられる。
【００３４】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、図１０、図１１、図１４乃至図１６を参照して説明する。
【００３５】
図１４に、本発明の第４の実施形態において用いた、マイクロプラズマ源を搭載した加工装置の断面図を示す。図１４において、電極１上に載置された被処理物としての基板２の近傍に、マイクロプラズマ源３が配置される。マイクロプラズマ源３の近傍には、マイクロエレクトロメカニカルシステムを利用した可変コンデンサを用いた整合回路２２が設けられている。高周波信号源４からの高周波信号（周波数１００ＭＨｚ）を増幅器１５により増幅し、増幅された高周波電力を、マッチングセンサ１８を介してマイクロプラズマ源３の近傍まで導き、マイクロプラズマを発生させる。このマイクロプラズマから漏れ出る活性粒子を基板２に作用させ、基板２を加工することができる。
【００３６】
マイクロプラズマ源３の断面構造は、図２に示したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００３７】
マイクロエレクトロメカニカルシステムは、マイクロマシンとも呼ばれており、微細な可動部をもつ構造体の総称である。２枚の平行平板の間の距離を可変としたものや、２枚の平行平板の重なりを可変としたものは、可変コンデンサとして利用できる。このような可変コンデンサは極めて小型で、マイクロプラズマ源と寸法的にも製造工法的にも共通点が多い。
【００３８】
マッチングセンサ１８では、高周波電圧と電流の大きさの比と、高周波電圧と電流の位相差を検出する。検出値を整合回路１７にフィードバックすることで、良好な整合状態を確保できる。マッチングセンサ１８の他のタイプとして、方向性結合器を用いるものもある。
【００３９】
整合回路２２は、図１０に示すような２つの可変コンデンサ１９及び２０を用いて構成することができる。可変コンデンサ１９は、負荷であるマイクロプラズマ源のレジスタンスを主として調整するためのもので、可変コンデンサ２０は、負荷であるマイクロプラズマ源のリアクタンスを主として調整するためのものである。
【００４０】
図１１に示すような、１つの可変コンデンサ１９と、固定コンデンサ２１を組み合わせた整合回路２２を用いることも可能である。この場合、負荷であるマイクロプラズマ源のリアクタンスを主として調整するために、高周波電力の周波数を、マッチングセンサ１８からのフィードバックにより制御することで、良好な整合状態を確保できる。
【００４１】
なお、図１５に示すような、マイクロプラズマ源３がアレイ化され、各々のマイクロプラズマ源３に、別個の高周波信号源４からの高周波信号を増幅して印加する構成や、図１６に示すような、マイクロプラズマ源３がアレイ化され、各々のマイクロプラズマ源３に、同一の高周波信号源４からの高周波信号を増幅して印加する構成も考えられる。
【００４２】
以上述べた本発明の実施形態において、マイクロプラズマ源として平行平板型キャピラリタイプのものを用いる場合を例示したが、誘導結合型キャピラリタイプなど、他方式のキャピラリタイプや、マイクロギャップ方式、誘導結合型チューブタイプなど、様々なマイクロプラズマ源を用いることができる。
【００４３】
また、被処理物を載置するための電極に高周波電力を印加することにより、マイクロプラズマ中のイオンを引き込む作用を強めることも可能である。
【００４４】
また、基板をエッチング加工する場合を例示したが、加工対象はこれらに限定されるものではなく、本発明は、種々の基板の加工、または、種々の膜がコーティングされた被処理物の加工に適用できる。
【００４５】
また、１００ＭＨｚの高周波電力を用いてマイクロプラズマを発生させる場合を例示したが、数百ｋＨｚから数ＧＨｚまでの高周波電力を用いてマイクロプラズマを発生させることが可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本願の第１発明のプラズマ加工方法によれば、石英ガラス板に形成されたキャピラリの内部にガスを導入しつつ、前記ガラス板の前記キャピラリの開口部が形成された第１面と垂直な第２面のうち前記第２面上の前記開口部側に設けられた第１の電極に高周波電力を印加することによりマイクロプラズマを発生させ、前記マイクロプラズマから漏れ出る活性粒子を前記キャピラリの開口部から被処理物に作用させ、前記被処理物を加工する方法であって、前記第２面に形成されたパワートランジスタに高周波電力を供給して前記高周波電力を増幅させた後、前記第１の電極に前記増幅させた高周波電力を印加する一方、前記キャピラリを挟み前記第１の電極と対向して設けられた第２の電極は接地された状態で前記被処理物を加工するため、電力効率に優れた加工を行うことができる。
【００４７】
また、本願の第２発明のプラズマ加工装置によれば、キャピラリが形成された石英ガラス板と、開口部を有するキャピラリの内部にガスを導入する手段と、前記ガラス板の前記キャピラリの開口部が形成された第１面と垂直な第２面のうち前記第２面上の前記開口部側に設けられた第１の電極と、前記キャピラリを挟み前記第１の電極と対向して設けられかつ接地された第２の電極と、前記第１の前記電極に高周波電力を印加する高周波信号源と、前記第１の電極と前記高周波信号源との間に配置されかつ前記第２面に形成されると共に前記第１の電極と電気的に接続されたパワートランジスタとを備えたため、電力効率に優れた加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態で用いた加工装置の構成を示す断面図
【図２】  本発明の第１実施形態で用いた加工装置の構成を示す断面図
【図３】  本発明の第１実施形態で用いた加工装置の構成を示す斜視図
【図４】  本発明の第１実施形態で用いた加工装置の構成を示す斜視図
【図５】  本発明の第１実施形態で用いた加工装置の構成を示す断面図
【図６】  本発明の第１実施形態で用いた加工装置の構成を示す断面図
【図７】  本発明の第２実施形態で用いた加工装置の構成を示す断面図
【図８】  本発明の第２実施形態で用いた加工装置の構成を示す斜視図
【図９】  本発明の第３実施形態で用いた加工装置の構成を示す断面図
【図１０】  本発明の第３実施形態で用いた整合回路の構成を示す回路図
【図１１】  本発明の第３実施形態で用いた整合回路の構成を示す回路図
【図１２】  本発明の第３実施形態で用いた加工装置の構成を示す断面図
【図１３】  本発明の第３実施形態で用いた加工装置の構成を示す断面図
【図１４】  本発明の第４実施形態で用いた加工装置の構成を示す断面図
【図１５】  本発明の第４実施形態で用いた加工装置の構成を示す断面図
【図１６】  本発明の第４実施形態で用いた加工装置の構成を示す断面図
【図１７】  従来例で用いたパターンニング工程を示す図
【図１８】  従来例で用いた加工装置の構成を示す断面図
【符号の説明】
１  電極
２  基板
３  マイクロプラズマ源
４  高周波信号源
５  パワートランジスタ
【図１】
0004013570.tif 000002
【図２】
0004013570.tif 000003
【図３】
0004013570.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004013570.tif 000008
【図８】
0004013570.tif 000009
【図９】
0004013570.tif 000010
【図１０】
0004013570.tif 000011
【図１１】
0004013570.tif 000012
【図１２】
0004013570.tif 000013
【図１３】
0004013570.tif 000014
【図１４】
0004013570.tif 000015
【図１５】
0004013570.tif 000016
【図１６】
0004013570.tif 000017
【図１７】
0004013570.tif 000018
【図１８】
0004013570.tif 000019