(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状体を、外周に螺旋状コイルを配置した通路中に通過させ、
上記螺旋状コイルの外周に、導電性筒状体より成り、内側に高熱反射率面を有する共振リアクタを配置して、
上記通路にプラズマ発生のためのガスを供給するとともに、上記螺旋状コイルに通電することによって、上記通路内に誘導結合プラズマを発生させて上記粒状体に対するプラズマ処理を行う
ことを特徴とする粒状体に対するプラズマ処理方法。
【請求項２】
上記粒状体を、誘導結合プラズマを発生させた通路中に、非接触状態で通過させることを特徴とする請求項１に記載の粒状体に対するプラズマ処理方法。
【請求項３】
上記通路内に定在波プラズマを発生させ、この定在波プラズマ中に上記粒状体を通過させることを特徴とする請求項１に記載の粒状体に対するプラズマ処理方法。
【請求項４】
上記粒状体が粒状半導体装置を構成する粒状半導体であって、上記プラズマ処理が、粒状半導体装置の製造工程における、上記粒状半導体の表面もしくは該表面に形成された材料層に対するプラズマ処理であることを特徴とする請求項１に記載の粒状体に対するプラズマ処理方法。
【請求項５】
上記プラズマ処理が、上記粒状体もしくはその表面に形成した材料層に対するエッチング処理であることを特徴とする請求項１に記載の粒状体に対するプラズマ処理方法。
【請求項６】
プラズマ処理を行う粒状体の通路と、
上記通路内に誘導結合プラズマを発生させるプラズマ発生手段とを有し、
上記プラズマ発生手段は、上記粒状体の通路の外周に配置される螺旋状コイルを備え、
上記螺旋状コイルの外周に導電性筒状体より成る共振リアクタが配置され、
上記共振リアクタ内に、高熱反射率面が形成されて成り、
上記粒状体を上記プラズマ中に通過させて上記粒状体に対するプラズマ処理を行う
ことを特徴とする粒状体に対するプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、粒状体に対するプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置、特に微小粒状体例えば球状半導体に半導体素子が形成された半導体装置、例えば半導体集積回路装置の製造に用いて好適なプラズマ処理、例えばドライエッチング処理等のプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
通常の単体半導体装置、あるいは半導体集積回路等の半導体装置においては、平板状の半導体ウエーハもしくは半導体チップに、半導体素子、あるいは半導体集積回路が形成されて構成されるが、この構成による場合、半導体装置や製造ラインのコスト増大が問題となって来ている。
【０００３】
これに対し、昨今、この平板状の半導体ウエーハもしくは半導体チップに換えて図５に示すように、例えばシリコン単結晶による球状半導体３１の表面に、半導体素子３２が形成された半導体集積回路を構成することが提唱されている。
これは、半導体の体積に対する表面積が平板状に比し大きく、また、この球状半導体によるチップの、例えば配線へのマウント等に有利性がある等の利点を有すると考えられることに因る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような球状半導体を用いて半導体装置を製造する場合、エッチング等の加工処理工程が必要となる。このような加工を球状半導体の例えばほぼ全周面に関して行うことができるように、また、その処理例えばエッチングを、スループットを高める上で、連続的に停滞することなく円滑に、そして、この処理中に、他物に接触して擦傷、そのほかの機械的損傷を来して歩留りの低下を来すことがないように、非接触状態で行うことが要求される。
【０００５】
本発明は、このような粒状体に対して、その全周面に関して、特に等方性プラズマエッチング等のプラズマ処理を、確実に行うことができるようにした粒状体に対するプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による粒状体に対するプラズマ処理方法は、粒状体を、外周に螺旋状コイルを配置した通路中に通過させ、螺旋状コイルの外周に、導電性筒状体より成り、内面に高熱反射率面を有する共振リアクタを配置して、通路にプラズマ発生のためのガスを供給するとともに、螺旋状コイルに通電することによって、通路内に誘導結合プラズマを発生させてこの粒状体に対するプラズマ処理を行うものである。
【０００７】
また、本発明による粒状体に対するプラズマ処理装置は、プラズマ処理を行う粒状体の通路と、この通路内に誘導結合プラズマを発生させるプラズマ発生手段とを有し、このプラズマ発生手段は、粒状体の通路の外周に配置される螺旋状コイルを備え、螺旋状コイルの外周に導電性筒状体より成る共振リアクタが配置され、共振リアクタ内に、高熱反射率面が形成されて成り、粒状体をプラズマ中に通過させて粒状体に対するプラズマ処理を行うものである。
【０００８】
上述したように、本発明によるプラズマ処理方法は、プラズマ、特に誘導結合プラズマ中、すなわち充分高いエネルギーで活性化された高密度の活性種が存在するプラズマ中に、被プラズマ処理体の粒状体を通過させるので、この通過過程いおいて、粒状体の例えば全表面に渡って確実にプラズマ処理を可能とする。
【０００９】
そして、本発明によるプラズマ処理装置は、単にコイルへの通電によって定在的にプラズマを発生させ、効率のよいプラズマ処理を行うことができるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明による粒状体に対するプラズマ処理方法の一実施形態は、粒状体自体、例えばＳｉによる半導体球状体自体、あるいは粒状体表面に形成したＡｌ膜等の金属膜、ＳｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4 等の絶縁膜等に対するエッチング、更にこのエッチングのマスクを構成するフォトレジスト層に対するエッチングに適用することのできるプラズマドライエッチングである。
【００１１】
また、本発明による粒状体に対するプラズマ処理装置の一実施形態は、上述したドライエッチング等のプラズマ処理を行う装置である。
【００１２】
先ず、本発明による粒状体に対するプラズマ処理装置の一実施形態を説明する。図１は、このプラズマ処理装置の一例の一部を断面とした概略配置構成図を示す。
この場合、共振リアクタを構成する例えばＡｌ、ＳＵＳ（ステンレス）等の例えば円筒状の導電性筒状体１を設ける。そして、この導電性筒状体１内に、この導電性筒状体１の軸心上に、プラズマ処理を行う粒状体２の通路３を設ける。この通路３は、例えば耐熱性を有し、化学的に安定な例えば石英より成る例えば円筒状の絶縁性筒状体より構成する。
通路３の外周部には、これと同心的に導電性のヘリカルコイル、すなわち螺旋状コイル４を配置し、このコイル２の両端を導電性筒状体１に接続する。
通路３の内径は、これに通ずる粒状体２の直径より充分大に、例えば粒状体２の直径ないしは大径部の直径の２倍以上に選定する。
【００１３】
導電性筒状体１、すなわち共振リアクタ内には、コイル４によって発生する定在波によって発生する熱および通路３内のプラズマ発生等に伴って発生する熱の双方もしくは一方を高い反射率をもって反射させるための高熱反射率の面を形成する。この高熱反射率面は、例えば導電性筒状体１の内面に形成することができる。この高熱反射率面は、導電性筒状体１の内面の研磨、あるいはＡｌ，Ｃｒ等の金属メッキ、蒸着等による高熱反射率を示す鏡面によって形成される。
また、或る場合は、通路３の内面に同様の高熱反射率面を形成することもできる。
このようにして、後述するプラズマ発生等による発熱を閉じ込めて粒状体２に対する反応がより高められるようにすることができる。
【００１４】
そして、コイル４に所要の波長例えば２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚの高電流通電を行う。このとき、コイル４の巻数、ピッチ、通電電流の波長を選定することによって共鳴状態を得てコイル４の軸心を中心とする定在波を発生させる。すなわち、図２中実線曲線２１および２２に模式的に示すように、電流および電圧の正弦波状のいわゆるヘリコン定在波を発生させる。
この場合、導電性筒状体１による共振リアクタとの並列共振を行わせることにより、顕著な定在波を発生させることができる。
図２において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００１５】
この状態で、通路３内に所要の反応ガスを供給すると、高電流密度を示すピーク部で、図２に模式的に示すように、リング状ないしは円盤状の、高密度プラズマ発生部２３が生成される。
【００１６】
そして、本発明による粒状体に対するプラズマ処理方法においては、この高密度プラズマ発生部２３が形成された通路３内に、例えば多数の粒状体２を、順次例えば所定の間隔をおいて供給し、プラズマ発生部２３に通過させることによってプラズマ処理、例えばドライエッチングを行う。
【００１７】
上述した本発明によるプラズマ処理装置は、図１に示すように、横型配置、すなわち導電性筒状体１、通路３等をほぼ水平方向に配置することもできる。この場合、通路３内に、その一端から他端に向かって、例えば図１において、左端から右端に向かって、反応ガス、更に或る場合は、この反応ガスと共に、Ａｒ、Ｎ2 等のキャリアガスを送給して粒状体２を移行させるために、粒状体２を通路３に沿って一端から他端に送給する。
【００１８】
あるいは、図２に示すように、縦型配置、すなわち導電性筒状体１、通路３等をほぼ重力方向に配置して、重力の作用によって、通路３内に、粒状体２を落下移行させるようにするとか、その落下の速度を制御するために、ガスを下方から供給するなどの方法をとることができる。
【００１９】
いずれにおいても、通路３内への粒状体２の供給は、順次、複数の粒状体２を連続的に所要の時間的間隔を保持して行うことができる。
【００２０】
粒状体２は、例えば図５で示した半導体集積回路等を構成するための球状半導体であり、本発明による粒状体に対するプラズマ処理は、例えばその製造過程におけるプラズマドライエッチングに適用することができる。
例えば図３にその要部の概略断面図を示すように、例えば直径１ｍｍ程度の球状半導体、あるいは表面にＳｉ等の半導体層を有して成る球状半導体による粒状体２の表面に、例えばＳｉＯ2 による絶縁膜１０を介して形成された例えばＡｌ膜による金属膜１１を、この金属膜１１上に例えばフォトリソグラフィによって所要のパターンに被着形成したフォトリソグラフィ１２をエッチングマスクとして金属膜１１をパターンエッチングする場合について説明する。
【００２１】
プラズマ処理、この例ではエッチングを行う球状半導体による粒状体２の直径が１ｍｍである場合、通路３の内径は、例えば２〜３ｍｍ程度に選定することができる。
【００２２】
導電性筒状体１内は、図示しないが高真空ポンプによって高真空に排気減圧し、コイル４に高周波電流を通電する。一方、通路３内に、反応ガス例えばＣｌ2 ガスとＡｒガスを、それぞれの供給量を、例えば２０００sccmと１００sccmの流量をもって供給する。通路３内の圧力は例えば２００Ｐａとする。
【００２３】
このようにすると、フォトレジスト１２をエッチングマスクとして、その開口１２Ｗを通じて外部に露呈したＡｌ膜が、ドライエッチングされて、パターン化がなされる。
【００２４】
そして、このプラズマ処理、この例ではドライエッチングは、粒状体２を、プラズマ中に通過させることによって行うので、例えばその全外周に渡って均一に目的とするプラズマ処理がなされる。
【００２５】
上述した例では、Ａｌに対するドライエッチングを行った場合であるが、例えばＳｉに対するエッチングを行う場合においても、Ａｌに対すると同様の反応ガスを用いることができる。
また、本発明は、例えばフォトレジストの除去に適用することもでき、この場合においては、Ｏ2 とＡｒとを用いるなど、エッチングの対象に応じてガスの選定がなされる。
【００２６】
本発明方法および本発明装置は、上述の例に限られるものではなく、例えば図４に示すように、共通の通路３に対して、上述したコイル４および導電性筒状体１を有する複数段のプラズマ処理装置、図示の例では第１〜第３のプラズマ処理部５１〜５２を従属的に配置することができる。
そして、各プラズマ処理装置において、同一のプラズマエッチング等のプラズマ処理を繰り返し行って必要充分なプラズマ処理を行うようにすることができる。あるいは、各段、もしくは一部の段で、異なるプラズマ処理を行って、複数種類のプラズマエッチング等のプラズマ処理を行うようにすることもできる。例えば、図３の構成による粒状体２において、例えば第１段のプラズマ処理部５１において金属膜１１に対するドライエッチングを行い、第２のプラズマ処理部部５２において絶縁膜１０に対するドライエッチングを行い、第３のプラズマ処理部５３においてフォトレジスト１２の除去のプラズマエッチングを行うことができる。
このように、複数のプラズマ処理を、一連のプラズマ処理によって、外部に粒状体２を取り出すことなく行うことができる。
【００２７】
尚、上述した実施形態においては、ドライエッチングに本発明を適用した場合であるが、プラズマ処理は、ドライエッチングに限られるものではなく、例えばプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 法等に適用することもできる。
また、粒状体２は、球状半導体に限られるものではなく、プラズマ処理を必要とする微小粒状体において、これに対するプラズマ処理を必要とする場合に適用することができるものである。
【００２８】
【発明の効果】
上述したように、本発明による粒状体に対するプラズマ処理方法によれば、例えば多数の粒状体を、順次プラズマ中に通過させることによって目的とするプラズマ処理を行うことができるものであり、各粒状体に対して、その全外周に渡って、プラズマによる処理を行う活性種を、均一に接触させることができることから、プラズマドライエッチング等のプラズマを用いた処理を、確実、均一に行うことができる。
また、この処理は、他物に対して非接触的に行うことができることから、粒状体の円滑な移行がなされ、スループットの向上とともに、このプラズマ処理過程で、粒状体を損傷させたりすることを回避でき、歩留りの向上、信頼性の向上を図ることができる。
【００２９】
また、本発明によるプラズマ処理装置によれば、簡潔な構造で、プラズマ処理を有効に行うことができ、また上述したように、複数段に従属的に、例えば共通の粒状体通路に関して配置することができることから、粒状体を、これら複数段のプラズマ処理部で同一プラズマ処理、あるいは異なるプラズマ処理を、連続的に行うことができるので、必要充分に目的とする同一もしくは異なるプラズマ処理を連続的に行うことができて生産性の向上と、装置全体の占有面積、空間を小さくすることができる。
また、これらプラズマ処理相互間において、粒状体を外気に曝すことが回避されることによって、粒状体によって構成する例えば半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００３０】
また、上述したように、導電性筒状体１の内面等に高熱反射率面を配置することによって、熱の閉じ込め効果を得ることができ、これによって通路３内の温度を、必要充分な温度に保持することができ、より活性種による反応を高めることができ、プラズマ処理、例えばプラズマエッチング処理を能率良く行うことができる。
【００３１】
上述したように、本発明によれば、工業的に多くの重要な効果を奏することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラズマ処理装置の一例の一部を断面とする概略斜視図である。
【図２】本発明によるプラズマ処理装置の一例の構成図である。
【図３】本発明方法を適用する粒状体の一例の要部の概略断面図である。
【図４】本発明によるプラズマ処理装置の一例の構成図である。
【図５】球状半導体装置の一例の斜視図である。
【符号の説明】
１・・・導電性筒状体、２・・・粒状体、３・・・通路、４・・・螺旋コイル、１０・・・絶縁膜、１１・・・金属膜、１２・・・フォトレジスト、１２Ｗ・・・開口、２１・・・電流定在波、２２・・・電圧定在波、２３・・・高密度プラズマ発生部、５１・・・第１段のプラズマ処理部、５２・・・第２段のプラズマ処理部、５３・・・第３段のプラズマ処理部
【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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