(57)【要約】【課題】１回の作業工程で精度の高い平坦化を実現し作業効率の向上を図ることのできる放電プラズマ処理装置の表面加工方法、印加電極及び放電プラズマ処理装置を提供する。【解決手段】放電プラズマＰはホロー放電プラズマＰｈとグロー放電プラズマＰｇを形成する。放電プラズマＰの中心部に形成されたホロー放電プラズマＰｈにて、基板１４の処理面１４ａを深堀加工する。このとき、ホロー放電プラズマＰｈによる深堀加工によって形成される基板１４の処理面１４ａの凹凸を、ホロー放電プラズマＰｈの外周部に形成されたグロー放電プラズマＰｇによってその凸部をエッチングすることから、高精度の基板を平坦化することができる。しかも、放電プラズマＰはホロー放電プラズマＰｈとグロー放電プラズマＰｇを同時に形成し、同時進行で基板１４をエッチングする。【選択図】図２
2009260206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置するとともに電気的に接地された接地電極と、
前記接地電極と離間して配置された印加電極と、
前記接地電極と前記印加電極を相対移動させる移動手段と
を有し、
前記接地電極と前記印加電極との間に高周波電圧を印加し、前記印加電極と前記基板との間に供給されたプラズマガスを前記高周波電圧の作用により電離させて放電プラズマを生成させ、前記基板と前記放電プラズマとの反応により前記基板の処理面を平坦化加工する放電プラズマ処理装置の表面加工方法であって、
前記放電プラズマを、中心部にエッチングレートの高いホロー放電プラズマを形成し、そのホロー放電プラズマの外周部に前記ホロー放電プラズマよりエッチングレートの低いグロー放電プラズマを形成して、前記処理面を平坦化加工することを特徴とする放電プラズマ処理装置の表面加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の放電プラズマ処理装置の表面加工方法において、
前記印加電極が、前記基板の処理面上を、予め定めたピッチでジグザグに移動して、記基板の処理面をエッチングするように、前記印加電極と前記基板を相対移動させることを特徴とする放電プラズマ処理装置の表面加工方法。
【請求項３】
請求項２に記載の放電プラズマ処理装置の表面加工方法において、
前記予め定めたピッチは、前記放電プラズマの中心部に形成された前記ホロー放電プラズマの直径であることを特徴とする放電プラズマ処理装置の表面加工方法。
【請求項４】
高周波電圧が印加されて、接地電極に載置した基板の処理面に放電プラズマを生成させる印加電極であって、
前記接地電極に向かった方向に貫通孔が貫通形成された電極部と、
前記電極部の前記接地電極側の対向面を絶縁被覆するとともに、前記電極部に形成した貫通孔と連通する貫通孔を貫通形成した絶縁体と
を有したことを特徴とした印加電極。
【請求項５】
基板を載置するとともに電気的に接地された接地電極と、
前記接地電極と対向して配置された印加電極と、
前記接地電極と前記印加電極を相対移動させる移動手段と
を有し、
前記接地電極と前記印加電極との間に高周波電圧を印加し、前記印加電極と前記基板との間に供給されたプラズマガスを前記高周波電圧の作用により電離させて放電プラズマを生成させ、前記基板と前記放電プラズマとの反応により前記基板の処理面を平坦化加工する放電プラズマ処理装置であって、
前記印加電極を請求項４に記載の印加電極で形成したことを特徴とする放電プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電プラズマ処理装置の表面加工方法、印加電極、及び、放電プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェハー、クォーツウェハー等の基板の平坦化技術として、研削、ポリッシング等の機械研磨やＣＭＰ等の機械的化学研磨が一般的に知られている。又、プラズマによる基板の研磨技術も確立されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
一般に、基板をＣＭＣ研磨した後、さらに基板の表面を平坦化する場合、プラズマ処理装置にてプラズマエッチングすることで、基板の表面を高精度に平坦化する。特に、非常に薄い基板の厚みを均一にするために表面処理する場合には、プラズマエッチングによる表面処理は基板を損傷させることがないので特に有効であった。
【０００４】
特許文献１では、プラズマ発生器において、基板の全表面をプラズマエッチングにて平坦化する際、表面処理する基板とプラズマを生成する電極を相対移動させる。詳述すると、図６及び図７に示すように、印加電極５０を接地電極（図示せず）に載置された基板５１の表面の上方を軌跡Ｒに沿ってジグザグに相対移動させる。このとき、プラズマＰの直径ｒ３分ずらしながらジグザグに印加電極５０は相対移動させる。
【０００５】
そして、直径ｒ３分ずらした後、一方向に走査されるその相対移動時に基板５１の表面がプラズマにさらされてその表面をプラズマエッチングする。従って、電極５０の移動する軌跡Ｒ上にプラズマＰが形成されることから、基板５１の全表面はプラズマエッチングされる。
【特許文献１】特開平１１−６７７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記のような方法で平坦化処理された基板５１は、以下の問題が生じていた。図８は図６の１０−１０線断面図を示す。図８に示すように、基板５１の表面がＰＶ（Peak to Valley）値が抑制されない場合があった。これは、プラズマ処理時間を短くするためにエッチングに使用されるプラズマがプラズマ密度の高いプラズマを使用した場合、局所的に深くエッチングされるが、隣接する１ピッチずれたエッチング箇所との境界部分はそれほど深くエッチングされない。その結果、ＰＶ（Peak to Valley）値を小さくできず、そのため、プラズマ密度の低いプラズマでもう一度プラズマエッチングして表面を平坦化しなければならず、作業工程が１つ増えて作業効率が悪かった。
【０００７】
また、最初から、プラズマ密度の低いプラズマを使用して平坦化処理することも考えられるが、１つの基板を平坦化するのに、非常に時間を要し作業効率が悪かった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、１回の作業工程で精度の高い平坦化を実現し作業効率の向上を図ることのできる放電プラズマ処理装置の表面加工方法、印加電極及び放電プラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の放電プラズマ処理装置の表面加工方法は、基板を載置するとともに電気的に接地された接地電極と、前記接地電極と離間して配置された印加電極と、前記接地電極と前記印加電極を相対移動させる移動手段とを有し、前記接地電極と前記印加電極との間に高周波電圧を印加し、前記印加電極と前記基板との間に供給されたプラズマガスを前記高周波電圧の作用により電離させて放電プラズマを生成させ、前記基板と前記放電プラズマとの反応により前記基板の処理面を平坦化加工する放電プラズマ処理装置の表面加工方法であって、前記放電プラズマを、中心部にエッチングレートの高いホロー放電プラズマを形成し、そのホロー放電プラズマの外周部に前記ホロー放電プラズマよりエッチングレートの低いグロー放電プラズマを形成して、前記処理面を平坦化加工する。
【０００９】
本発明の放電プラズマ処理装置の表面加工方法によれば、放電プラズマの中心部に形成されたエッチングレートの高いホロー放電プラズマにて、基板の表面が深堀加工される。このとき、ホロー放電プラズマによる深堀加工のゆえに形成される基板の処理面の凹凸を、ホロー放電プラズマの外周部に形成されたエッチングレートの低いグロー放電プラズマによってその凸部がエッチングすることから、高精度の基板を平坦化することができる。
【００１０】
しかも、放電プラズマはホロー放電プラズマとホロー放電プラズマが同時に形成され、同時進行で基板をエッチングするため、高精度に平坦化された基板を短時間に製造することができる。
【００１１】
この表面加工方法において、前記印加電極が、前記基板の処理面上を、予め定めたピッチでジグザグに移動して、記基板の処理面をエッチングするように、前記印加電極と前記基板を相対移動させてもよい。
【００１２】
この表面加工方法によれば、ジグザグ移動によって、効率よく一様に基板の処理面を表面加工でき、ホロー放電プラズマの深堀加工に基づく基板の処理面の凹凸も、グロー放電プラズマによってその凸部がエッチングすることから、高精度の基板を平坦化することができる。
【００１３】
この表面加工方法において、前記予め定めたピッチは、前記放電プラズマの中心部に形成された前記ホロー放電プラズマの直径であってもよい。
この表面加工方法によれば、ホロー放電プラズマの深堀加工が一様に基板の処理面に対し行われることから、加工ムラのない高精度に平坦化された基板を短時間に製造することができる。
【００１４】
本発明の印加電極は、高周波電圧が印加されて、接地電極に載置した基板の処理面に放電プラズマを生成させる印加電極であって、前記接地電極に向かった方向に貫通孔が貫通形成された電極部と、前記電極部の前記接地電極側の対向面を絶縁被覆するとともに、前記電極部に形成した貫通孔と連通する貫通孔を貫通形成した絶縁体とを有している。
【００１５】
本発明の印加電極によれば、電極部と接地電極との間に高周波電圧を印加すると、基板と対峙する電極部（絶縁体）の先端面部分はグロー放電が起こる。これに対して、電極部の先端中央部分は、絶縁体によって被覆されて貫通孔が存在することから、電極部と接地電極との間に高周波電圧が印加されると、ホロー放電が起こる。
【００１６】
従って、１つの印加電極で、中心部にエッチングレートの高いホロー放電プラズマを、外周部にそのホロー放電プラズマを囲むようにエッチングレートの低いグロー放電プラズマを同時に生成することができる。
【００１７】
本発明の放電プラズマ処理装置は、基板を載置するとともに電気的に接地された接地電極と、前記接地電極と離間し対向して配置された印加電極と、前記接地電極と前記印加電極を相対移動させる移動手段とを有し、前記接地電極と前記印加電極との間に高周波電圧を印加し、前記印加電極と前記基板との間に供給されたプラズマガスを前記高周波電圧の作用により電離させて放電プラズマを生成させ、前記基板と前記放電プラズマとの反応により前記基板の処理面を平坦化加工する放電プラズマ処理装置であって、前記印加電極を上記印加電極で形成した。
【００１８】
本発明の放電プラズマ処理装置によれば、中心部にエッチングレートの高いホロー放電プラズマを、そのホロー放電プラズマの外周部にエッチングレートの低いグロー放電プラズマを同時に形成することができる。そのため、高精度に平坦化された基板を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の放電プラズマ処理装置の表面加工方法を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、放電プラズマ処理装置１０を説明するための、要部断面図である。放電プラズマ処理装置１０は、処理室１１の底面１１ａに移動手段としてのＸＹ方向移動装置１２が設けられ、そのＸＹ方向移動装置１２の作動アーム１２ａに接地電極として電極ステージ１３が連結固定されている。
【００２０】
ＸＹ方向移動装置１２は、作動アーム１２ａを介して電極ステージ１３を主走査方向としてのＸ方向（図１において左右方向）に移動させるととともに、Ｘ方向と直交する方向の副走査方向としてのＹ方向（図１において紙面に対して垂直方向）に移動させるようになっている。
【００２１】
電極ステージ１３は、ステンレススチールにて形成されている。電極ステージ１３は、その載置面１３ａに基板１４が載置される。従って、電極ステージ１３に載置された基板１４は、処理室１１内においてＸ方向及びＹ方向に移動され案内されるようになっている。基板１４は、プラズマ中に含まれる活性原子（ラジカル）と反応して、反応物を気化するような成分を含む材料が挙げられる。本実施形態では、例えば、シリコン（Ｓｉ）基板としている。
【００２２】
処理室１１内の上面には、支持装置１５が設けられ、その支持装置１５の下面には印加電極２０が、下方の電極ステージ１３に向かって配設されている。印加電極２０は、図２に示すように、ステンレススチールよりなる電極本体２１と、アルミナからなる絶縁体２２とを有している。
【００２３】
電極本体２１は、円柱体をなし支持装置１５に対して固定されている。電極本体２１は、その中心軸線に沿って、第１の貫通孔２１ａが貫通形成されている。電極本体２１の対向面としての下面には、絶縁体２２が固着されている。絶縁体２２は、円板状をなし、その中心部には電極本体２１に形成した第１の貫通孔２１ａと連通する第２の貫通孔２２ａが貫通形成されている。従って、電極本体２１の下面は、絶縁体２２にて絶縁被覆される。
【００２４】
なお、支持装置１５に支持される印加電極２０の高さ調節、即ち、絶縁体２２と電極ステージ１３に載置された基板１４との間隔の調整は、支持装置１５内に設けた高さ調整機構によって調整されるようになっている。
【００２５】
また、支持装置１５には、印加電極２０（電極本体２１）の第１の貫通孔２１ａと連通する図示しないプラズマガス供給路が設けられ、処理室１１外から供給されるプラズマガスＧを、第１の貫通孔２１ａに導入する。第１の貫通孔２１ａに導入されたプラズマガスＧは、絶縁体２２の第２の貫通孔２２ａから基板１４に向かって吐出される。従って、第１の貫通孔２１ａと第２の貫通孔２２ａとでプラズマガスＧが流れる通路が形成されている。
【００２６】
ここで、プラズマガスＧは、高周波電圧の作用（電界の作用）により、含まれるガス分子が解離してプラズマＰを生じるガスであって、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、Ａｒ（アルゴン）ガスのようなキャリアガスと、処理ガスとの混合ガス等である。処理ガスは、エッチング加工する基板１４の構成材料に応じて異なる。基板１４の構成材料が前述のシリコン系化合物である場合、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６のようなフッ素系ガス、ＣＣｌ４のような塩素ガス等が用いられる。
【００２７】
印加電極２０（電極本体２１）と電極ステージ１３との間には、電源供給回路２５が接続されている。この電源供給回路２５は、電極本体２１と電極ステージ１３との間に高周波電圧を印加して、印加電極２０と電極ステージ１３との間隙に高い周波数で向きが反転する電界を誘起させるようになっている。
【００２８】
印加電極２０と電極ステージ１３との間において高い周波数で向きが反転する電界が誘起されると、基板１４と印加電極２０との間に存在するプラズマガスＧの分子が電離して、放電プラズマＰが発生する。
【００２９】
このとき、発生する放電プラズマＰは、位置によって異なる放電プラズマを生成する。詳述すると、印加電極２０の下面（絶縁体２の下面部分）にはグロー放電が起こるが、印加電極２０の中心の部分は、開口部（貫通孔２２ａ）が存在することから、ホロー放電が起こる。
【００３０】
その結果、図３に示すように、印加電極２０の中心部分（絶縁体２２の貫通孔２２ａ部分）はホロー放電によるエッチングレートの高いホロー放電プラズマＰｈを形成する。そして、そのホロー放電プラズマＰｈの外周部分（絶縁体２２の下面部分）にホロー放電プラズマＰｈよりエッチングレートの低いグロー放電プラズマＰｇを形成する。つまり、この印加電極２０は、中心部にエッチングレートの高いホロー放電プラズマＰｈにてエッチングされる高レートエッチング領域Ｚ１を形成し、その高レートエッチング領域Ｚ１を囲むように低レートエッチング領域Ｚ２を形成する。
【００３１】
次に、上記プラズマ処理装置１０を利用して基板１４の処理面１４ａを平坦化する方法について説明する。
いま、図１及び図２に示すように、電極ステージ１３の載置面１３ａに基板１４を載置する。そして、ＸＹ方向移動装置１２を駆動させて、基板１４が上方に相対向して配置された印加電極２０に対して、図４に破線で示す始点Ｐ１から終点Ｐ２までの軌跡Ｒに沿って相対移動するように電極ステージ１３を作動させる。
【００３２】
つまり、印加電極２０が、基板１４上の始点Ｐ１からＸ方向に移動を開始する。やがて、基板１４の端まで到達したとき、印加電極２０のＸ方向への移動を停止させ、続いて印加電極２０をＹ方向へホロー放電プラズマＰｈの直径ｒ１分移動させる。次に、印加電極２０を反Ｘ方向に移動を開始させ、基板１４の端まで到達したとき、印加電極２０の反Ｘ方向への移動を停止させる。続いて、印加電極２０をＹ方向へホロー放電プラズマＰｈの直径ｒ１分移動させた後、基板１４をＸ方向に移動を開始させる。以後、同様な工程を繰り返して、印加電極２０を終点Ｐ２まで相対移動させる。
【００３３】
このとき、Ｙ方向にホロー放電プラズマＰｈの直径ｒ１分のピッチで移動しながら、Ｘ方向及び反Ｘ方向にジグザグに相対移動させることによって、基板１４の処理面１４ａは一様に、上方を通過する印加電極２０に対峙したとき高レートエッチング領域Ｚ１に入りホロー放電プラズマＰｈにさらされ、高いエッチングレートでエッチングされる。このとき、その周囲は低レートエッチング領域Ｚ２に入りグロー放電プラズマＰｇにさらされる。
【００３４】
その結果、ホロー放電プラズマＰｈでエッチングされた中心位置ほど深くエッチングされるが、隣接する１ピッチずれたエッチング箇所との境界部分はそれほど深くエッチングされないが、ホロー放電プラズマＰｈの周囲に存在するグロー放電プラズマＰｇが、これを補償するように深くエッチングされない部分を、エッチングする。
【００３５】
詳述すると、Ｘ方向の移動する前の１つ前の反Ｘ方向の移動の際と、Ｘ方向の移動した後の次の反Ｘ方向の移動の際と、深くエッチングされない部分はホロー放電プラズマＰｈが通過してエッチングされる。
【００３６】
このホロー放電プラズマＰｈのエッチングにて、図５に示すように、深くエッチングされた部分と深くエッチングされない部分との差を小さくでき、つまり、ＰＶ（Peak to Valley）値を小さくでき、基板１４の処理面１４ａを平坦化する。
【００３７】
次に、上記のように構成した実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態によれば、放電プラズマＰはホロー放電プラズマＰｈとグロー放電プラズマＰｇを形成し、放電プラズマＰの中心部に形成されたエッチングレートの高いホロー放電プラズマＰｈにて、基板１４の処理面１４ａを深堀加工する。このとき、ホロー放電プラズマＰｈによる深堀加工によって形成される基板１４の処理面１４ａの凹凸を、ホロー放電プラズマＰｈの外周部に形成されたエッチングレートの低いグロー放電プラズマＰｇによってその凸部２をエッチングする。従って、高精度の基板を平坦化することができる。
【００３８】
（２）上記実施形態によれば、放電プラズマＰはホロー放電プラズマＰｈとグロー放電プラズマＰｇを同時に形成し、同時進行で基板１４をエッチングするため、高精度に平坦化された基板を短時間に製造することができる。
【００３９】
（３）上記実施形態によれば、印加電極２０が、基板１４の処理面１４ａ上を、ジグザグに移動して、基板１４の処理面１４ａをエッチングするようにしたので、効率よく一様に基板１４の処理面１４ａを表面加工できる。
【００４０】
しかも、ジグザグに移動するさいのピッチがホロー放電プラズマＰｈの直径としたので、加工ムラのない高精度に平坦化された基板を短時間に製造することができる。
（４）上記実施形態によれば、印加電極２０の電極本体２１は、第１の貫通孔２１ａを有し、第１の貫通孔２１ａを除く下面を絶縁体２２で被覆した。従って、電極部と接地電極との間に高周波電圧を印加すると、基板と対峙する電極部（絶縁体）の先端面（絶縁体２２の下面）部分にグロー放電を起こし、円筒状の電極部の先端中央（絶縁体２２の貫通孔２２ａ）部分にホロー放電を起こすことができる。
【００４１】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、ホロー放電プラズマＰｈの太さ（直径ｒ１）とグロー放電プラズマＰｇの太さ（直径ｒ２）について特に限定しなかったが、ホロー放電プラズマＰｈの周囲にグロー放電プラズマＰｇが形成されていればよく、例えば、ホロー放電プラズマＰｈの直径ｒ１が例えば２ｍｍとしたとき、直径ｒ２が３ｍｍ〜７ｍｍのグロー放電プラズマＰｇを形成して実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】プラズマ処理装置を説明するための概略図。
【図２】プラズマ処理装置を説明するための要部断面図。
【図３】ホロー放電プラズマとホロー放電プラズマを説明する説明図。
【図４】基板に対する放電電極の相対移動軌跡を示す図。
【図５】放電プラズマにて平坦化処理された基板の表面を示す断面図。
【図６】従来の放電プラズマと平坦化処理される基板の模式図。
【図７】従来の平坦化処理工程を説明するための基板に対する放電電極の相対移動軌跡を示す図。
【図８】従来の放電プラズマにて平坦化処理された基板の表面を示す断面図。
【符号の説明】
【００４３】
Ｇ…プラズマガス、Ｐ…放電プラズマ、Ｐｈ…ホロー放電プラズマ、Ｐｇ…グロー放電プラズマ、Ｒ…相対移動軌跡、ｒ１，ｒ２…直径、１０…プラズマ処理装置、１２…ＸＹ方向移動装置、１３…電極ステージ、１４…基板、１４ａ…処理面、２０…印加電極、２１…電極本体、２１ａ…第１の貫通孔、２２…絶縁体、２２ａ…第２の貫通孔、２５…電源供給回路。
【図１】
2009260206.tif 000003
【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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【図８】
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