(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物の近傍に配置されたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に電力を供給することにより、マイクロプラズマを発生させ、マイクロプラズマ源の開口部から放出された活性粒子を前記被処理物に作用させ、前記被処理物に微細線状部を加工する加工方法であって、
前記ガスを前記被処理物と平行に流すと共に、前記マイクロプラズマが発生する空間を、前記微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積αは、前記マイクロプラズマ源の外側の開口部のうち前記被処理物側の端部と前記被処理物とで形成される空間を、前記微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積βよりも大きいこと
を特徴とする加工方法。
【請求項２】
断面積αは断面積βの１０倍以上であること
を特徴とする請求項１記載の加工方法。
【請求項３】
被処理物と平行に微細線状部の長さ方向に沿って設けられたガス流路にガスを流すとともに、前記ガス流路よりも狭い開口部から活性粒子を放出させること
を特徴とする請求項１又は２に記載の加工方法。
【請求項４】
ガス流路へのガス供給と前記ガス流路からのガス排出を、被処理物と接する空間とは分離された空間で行うこと
を特徴とする請求項３記載の加工方法。
【請求項５】
被処理物の近傍に配置されたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、前記マイクロプラズマ源に電力を供給することにより、マイクロプラズマを発生させ、マイクロプラズマ源の開口部から放出された活性粒子を前記被処理物に作用させ、前記被処理物に微細線状部を加工する加工方法であって、
マイクロプラズマを発生させる空間へのガス供給を、マイクロプラズマを発生させる空間を囲む壁面に設けた微細穴より行い、かつ、マイクロプラズマを発生させる空間からのガス排出を、マイクロプラズマを発生させる空間を通じて被処理物と逆方向に向けて行うこと
を特徴とする加工方法。
【請求項６】
加工が被処理物の微細線状部をエッチング処理する加工であること
を特徴とする請求項１、３、４または５のいずれかに記載の加工方法。
【請求項７】
マイクロプラズマ源の開口部の幅が５ｍｍ以下であること
を特徴とする請求項１、３、４または５のいずれかに記載の加工方法。
【請求項８】
マイクロプラズマ源の開口部の幅が１ｍｍ以下であること
を特徴とする請求項１、３、４または５のいずれかに記載の加工方法。
【請求項９】
マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が１ｍｍ以下であること
を特徴とする請求項１、３、４または５のいずれかに記載の加工方法。
【請求項１０】
マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が０．５ｍｍ以下であること
を特徴とする請求項１、３、４または５のいずれかに記載の加工方法。
【請求項１１】
被処理基板の近傍に配置されたマイクロプラズマ源と、ガス供給装置と、前記マイクロプラズマ源に電力を供給する電源を備え、マイクロプラズマを発生させて、マイクロプラズマ源の開口部から放出された活性粒子を被処理物に作用させ、前記被処理物に微細線状部を加工する加工装置であって、
前記ガスを前記被処理基板と平行に流すガス供給装置を有し、
前記マイクロプラズマが発生する空間を、微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積αは、前記マイクロプラズマ源の外側の開口部のうち前記被処理物側の端部と前記被処理物とで形成される空間を、前記微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積βよりも大きいこと
を特徴とする加工装置。
【請求項１２】
断面積αは断面積βの１０倍以上であること
を特徴とする請求項１１記載の加工装置。
【請求項１３】
被処理物と平行に微細線状部の長さ方向に沿って設けられたガス流路にガスを流すとともに、前記ガス流路よりも狭い開口部から活性粒子を放出させること
を特徴とする請求項１１又は１２に記載の加工装置。
【請求項１４】
ガス流路へのガス供給と前記ガス流路からのガス排出を、被処理物と接する空間とは分離された空間で行うこと
を特徴とする請求項１３記載の加工装置。
【請求項１５】
被処理基板の近傍に配置されたマイクロプラズマ源と、ガス供給装置と、前記マイクロプラズマ源に電力を供給する電源を備え、マイクロプラズマを発生させて、マイクロプラズマ源の開口部から放出された活性粒子を被処理物に作用させ、前記被処理物に微細線状部を加工する加工装置であって、
マイクロプラズマを発生させる空間へのガス供給を、マイクロプラズマを発生させる空間を囲む壁面に設けた微細穴より行い、かつ、マイクロプラズマを発生させる空間からのガス排出を、マイクロプラズマを発生させる空間を通じて被処理物と逆方向に向けて行うこと
を特徴とする加工装置。
【請求項１６】
加工が被処理物の微細線状部をエッチング処理する加工であること
を特徴とする請求項１１、１３、１４または１５のいずれかに記載の加工装置。
【請求項１７】
マイクロプラズマ源の開口部の幅が５ｍｍ以下であること
を特徴とする請求項１１、１３、１４または１５のいずれかに記載の加工装置。
【請求項１８】
マイクロプラズマ源の開口部の幅が１ｍｍ以下であること
を特徴とする請求項１１、１３、１４または１５のいずれかに記載の加工装置。
【請求項１９】
マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が１ｍｍ以下であること
を特徴とする請求項１１、１３、１４または１５のいずれかに記載の加工装置。
【請求項２０】
マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が０．５ｍｍ以下であること
を特徴とする請求項１１、１３、１４または１５のいずれかに記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、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に特徴がある。
【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２３に示す。図２３において、まず、被処理物２６の表面に感光性レジスト２７を塗布する（図２３−ａ）。次に、露光機を用いて露光した後現像すると、レジスト２７が所望の形状にパターンニングできる（図２３−ｂ）。そして、被処理物２６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２７をマスクとして被処理物２６をエッチング加工すると、被処理物２６の表面が所望の形状にパターニングされる（図２３−ｃ）。最後に、レジスト２７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（図２３−ｄ）。
【０００３】
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。しかしながら、工程が複雑であるという欠点がある。
【０００４】
そこで、レジストプロセスを用いない新しい加工方法が、現在、検討されつつある。その一例として、図２４乃至図２５に従来例で用いた、マイクロプラズマ源を搭載した加工装置の斜視図を示す。図２５は、図２４の平面Ａで切った断面図を示す。図２４及び図２５において、２枚のセラミック板１及び２の間に、マイクロプラズマを発生させる空間３（図２５のハッチング部分。以下、プラズマ空間３と称する。）が形成されている。セラミック板１及び２の側部はセラミック棒４、５及び６に接着されている。ガスは、ガス供給装置７から配管８及びセラミック棒６を介して、プラズマ空間３に供給される。セラミック棒６には、ガス供給口としての貫通穴が設けられており、配管８に接合されている。マイクロプラズマ源の開口部１０を、被処理物としての基板１１の近傍に配置し、プラズマ空間３にガスを供給しつつ、高周波電源１２より、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、高周波電極１３に供給し、接地電極１４を接地することにより、プラズマ空間３にプラズマが発生し、マイクロプラズマ源の開口部１０から放出された活性粒子を基板１１に作用させ、基板１１表面の微細線状部１５を加工することができる。なお、高周波電極１３及び接地電極１４は、プラズマ空間３を挟むように設けられた平行平板電極である。また、マイクロプラズマ源の開口部１０の幅Ｂは１ｍｍ、マイクロプラズマ源の開口部１０と基板１１との距離Ｃは０．１ｍｍである。
【０００５】
例えば、ガスとして、Ｈｅを２０００ｓｃｃｍ、ＣＦ4を４ｓｃｃｍ供給し、高周波電力を３０Ｗ供給する条件にて、基板１１上に形成されたモリブデン薄膜のエッチング処理を行うことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例で述べた加工においては、図２５の矢印に示すように、基板１１の表面に沿ってプラズマで解離された活性種が流れ出すため、所望の微細線状部を超えて広範囲に加工されてしまうという問題点があった。得られたエッチングプロファイルを図２６に示す。ここで、最も深くエッチングされた部分の深さをＤとしたとき、パターンの底からＤ×０．８だけ浅い部分の幅を加工幅Ｅと定義すると、Ｅは３．１ｍｍであった。マイクロプラズマ源の開口部１０の幅Ｂは１ｍｍであるから、加工幅Ｅはその３倍以上になってしまった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、所望の微細線状部を精度良く加工する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発明の加工方法は、被処理物の近傍に配置されたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に電力を供給することにより、マイクロプラズマを発生させ、マイクロプラズマ源の開口部から放出された活性粒子を前記被処理物に作用させ、前記被処理物に微細線状部を加工する加工方法であって、前記ガスを前記被処理物と平行に流すと共に、前記マイクロプラズマが発生する空間を、前記微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積αは、前記マイクロプラズマ源の外側の開口部のうち前記被処理物側の端部と前記被処理物とで形成される空間を、前記微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積βよりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
本願の第１発明の加工方法において、好適には、断面積αは断面積βの１０倍以上であることがより望ましい。また、被処理物と平行に微細線状部の長さ方向に沿って設けられたガス流路にガスを流すとともに、前記ガス流路よりも狭い開口部から活性粒子を放出させることも望ましい。更に、ガス流路へのガス供給と前記ガス流路からのガス排出を、被処理物と接する空間とは分離された空間で行うことがより望ましい。
【００１３】
本願の第２発明の加工方法は、被処理物の近傍に配置されたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、前記マイクロプラズマ源に電力を供給することにより、マイクロプラズマを発生させ、マイクロプラズマ源の開口部から放出された活性粒子を前記被処理物に作用させ、前記被処理物に微細線状部を加工する加工方法であって、マイクロプラズマを発生させる空間へのガス供給を、マイクロプラズマを発生させる空間を囲む壁面に設けた微細穴より行い、かつ、マイクロプラズマを発生させる空間からのガス排出を、マイクロプラズマを発生させる空間を通じて被処理物と逆方向に向けて行うことを特徴とする。
【００１４】
本願の第１または第２の加工方法は、加工が被処理物の微細線状部をエッチング処理する加工である場合にとくに有効な加工方法である。
【００１７】
本願の第１または第２の加工方法において、好適には、マイクロプラズマ源の開口部の幅が５ｍｍ以下であることが望ましい。さらに好適には、マイクロプラズマ源の開口部の幅が１ｍｍ以下であることがより望ましい。
【００１８】
また、好適には、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が１ｍｍ以下であることが望ましい。さらに好適には、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が０．５ｍｍ以下であることがより望ましい。
【００２０】
本願の第３発明の加工装置は、被処理基板の近傍に配置されたマイクロプラズマ源と、ガス供給装置と、前記マイクロプラズマ源に電力を供給する電源を備え、マイクロプラズマを発生させて、マイクロプラズマ源の開口部から放出された活性粒子を被処理物に作用させ、前記被処理物に微細線状部を加工する加工装置であって、前記ガスを前記被処理基板と平行に流すガス供給装置を有し、前記マイクロプラズマが発生する空間を、微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積αは、前記マイクロプラズマ源の外側の開口部のうち前記被処理物側の端部と前記被処理物とで形成される空間を、前記微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積βよりも大きいことを特徴とする。
【００２１】
本願の第３発明の加工装置において、好適には、断面積αは断面積βの１０倍以上であることがより望ましい。また、被処理物と平行に微細線状部の長さ方向に沿って設けられたガス流路にガスを流すとともに、前記ガス流路よりも狭い開口部から活性粒子を放出させることも望ましい。更に、ガス流路へのガス供給と前記ガス流路からのガス排出を、被処理物と接する空間とは分離された空間で行うことがより望ましい。
【００２５】
本願の第４発明の加工装置は、被処理基板の近傍に配置されたマイクロプラズマ源と、ガス供給装置と、前記マイクロプラズマ源に電力を供給する電源を備え、マイクロプラズマを発生させて、マイクロプラズマ源の開口部から放出された活性粒子を被処理物に作用させ、前記被処理物に微細線状部を加工する加工装置であって、
マイクロプラズマを発生させる空間へのガス供給を、マイクロプラズマを発生させる空間を囲む壁面に設けた微細穴より行い、かつ、マイクロプラズマを発生させる空間からのガス排出を、マイクロプラズマを発生させる空間を通じて被処理物と逆方向に向けて行うことを特徴とする。
【００２６】
本願の第３または第４の加工装置は、加工が被処理物の微細線状部をエッチング処理する加工である場合にとくに有効な加工方法である。
【００２９】
本願の第３または第４の加工装置において、好適には、マイクロプラズマ源の開口部の幅が５ｍｍ以下であることが望ましい。さらに好適には、マイクロプラズマ源の開口部の幅が１ｍｍ以下であることがより望ましい。
【００３０】
また、好適には、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が１ｍｍ以下であることが望ましい。さらに好適には、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が０．５ｍｍ以下であることがより望ましい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。
【００３３】
図１に、本発明の第１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斜視図を示す。また、図２に、図１の平面Ａで切った断面図を示す。図１及び図２において、２枚のセラミック板１及び２の間に、マイクロプラズマを発生させる空間３（図２のハッチング部分。以下、プラズマ空間３と称する。）が形成されている。セラミック板１及び２の側部はセラミック棒４、５及び６に接着されている。ガスは、ガス供給装置７から配管８及びガス導入部９を介して、プラズマ空間３に供給される。ガス導入部９はセラミック製で、ガス供給口としての貫通穴が設けられており、配管８に接合されている。マイクロプラズマ源の開口部１０を、被処理物としての基板１１の近傍に配置し、プラズマ空間３にガスを供給しつつ、高周波電源１２より、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、高周波電極１３に供給し、接地電極１４を接地することにより、プラズマ空間３にプラズマが発生し、マイクロプラズマ源の開口部１０から放出された活性粒子を基板１１に作用させ、基板１１表面の微細線状部１５を加工することができる。なお、高周波電極１３及び接地電極１４は、プラズマ空間３を挟むように設けられた平行平板電極である。また、マイクロプラズマ源の開口部１０の幅Ｂは１ｍｍ、マイクロプラズマ源の開口部１０と基板１１との距離Ｃは０．１ｍｍである。
【００３４】
マイクロプラズマ源は数Ｐａから数気圧まで動作可能であるが、典型的には１００００Ｐａから３気圧程度の範囲の圧力で動作する。とくに、大気圧付近での動作は、厳重な密閉構造や特別な排気装置が不要であるとともに、プラズマや活性粒子の拡散が適度に抑制されるため、とくに好ましい。ガスとして、Ｈｅを２０００ｓｃｃｍ、ＣＦ4を４ｓｃｃｍ供給し、高周波電力を３０Ｗ供給する条件にて基板１１上に形成されたモリブデン薄膜のエッチング処理を行ったところ、図３のようなエッチングプロファイルが得られた。ここで、最も深くエッチングされた部分の深さをＤとしたとき、パターンの底からＤ×０．８だけ浅い部分の幅を加工幅Ｅと定義すると、Ｅは１．１ｍｍであった。マイクロプラズマ源の開口部１０の幅Ｂは１ｍｍであるから、加工幅Ｅはこれよりわずか１０％大きいだけであり、従来例と比較して飛躍的に加工精度が向上した。
【００３５】
このように加工精度が向上した理由として、ガスが、基板１１と平行に微細線状部１５の長さ方向に沿って開口部１０付近に流れるため、プラズマによって発生した活性粒子が、基板表面の微細線状部１５より外側に触れにくくなったためであると考えられる。
【００３６】
なお、本発明の第１実施形態において、図４に示すように、プラズマ空間３を、微細線状部１５の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積１６（図４のハッチング部分）は、マイクロプラズマ源の開口部１０と被処理物の微細線状部１５を対向面とする直方体を、微細線状部１５の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積１７（図４の灰色部分）の２０倍である。加工精度を高めるためには、プラズマ空間を、微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積は、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物の微細線状部を対向面とする直方体を、微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積より大きい必要があるが、より高い加工精度を得るには、この比率が概ね１０倍以上であることが好ましい。１０倍未満である場合、プラズマによって発生した活性粒子が、基板表面の微細線状部より外側にも放出され、加工精度が悪化する。
【００３７】
次に、本発明の第２実施形態について、図５乃至図８を参照して説明する。
【００３８】
図５に、本発明の第２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斜視図を示す。また、図６に、図５の平面Ａで切った断面図を示す。図５及び図６において、２枚のセラミック板１及び２の間に、マイクロプラズマを発生させる空間３（図６のハッチング部分。以下、プラズマ空間３と称する。）が形成されている。セラミック板１及び２の側部はセラミック棒４、５及び６に接着されている。ガスは、ガス供給装置７から配管８及びガス導入部９を介して、基板１１と平行に微細線状部１５の長さ方向に沿って設けられたガス流路１８に供給される。ガス流路１８はプラズマ空間３と連続している。ガス導入部９はセラミック製で、ガス供給口としての貫通穴が設けられており、配管８に接合されている。マイクロプラズマ源の開口部１０を、被処理物としての基板１１の近傍に配置し、プラズマ空間３にガスを供給しつつ、高周波電源１２より、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、高周波電極１３に供給し、接地電極１４を接地することにより、プラズマ空間３にプラズマが発生し、マイクロプラズマ源の開口部１０から放出された活性粒子を基板１１に作用させ、基板１１表面の微細線状部１５を加工することができる。なお、高周波電極１３及び接地電極１４は、プラズマ空間３を挟むように設けられた平行平板電極である。また、マイクロプラズマ源の開口部１０の幅Ｂは１ｍｍ、マイクロプラズマ源の開口部１０と基板１１との距離Ｃは０．１ｍｍである。
【００３９】
マイクロプラズマ源は数Ｐａから数気圧まで動作可能であるが、典型的には１００００Ｐａから３気圧程度の範囲の圧力で動作する。とくに、大気圧付近での動作は、厳重な密閉構造や特別な排気装置が不要であるとともに、プラズマや活性粒子の拡散が適度に抑制されるため、とくに好ましい。ガスとして、Ｈｅを２０００ｓｃｃｍ、ＣＦ4を４ｓｃｃｍ供給し、高周波電力を３０Ｗ供給する条件にて基板１１上に形成されたモリブデン薄膜のエッチング処理を行ったところ、図７のようなエッチングプロファイルが得られた。ここで、最も深くエッチングされた部分の深さをＤとしたとき、パターンの底からＤ×０．８だけ浅い部分の幅を加工幅Ｅと定義すると、Ｅは０．９１ｍｍであった。マイクロプラズマ源の開口部１０の幅Ｂは１ｍｍであるから、加工幅Ｅはこれより小さく、従来例と比較して飛躍的に加工精度が向上した。
【００４０】
このように加工精度が向上した理由として、基板１１と平行に微細線状部１５の長さ方向に沿って設けられたガス流路１８にガスを流すとともに、ガス流路１８よりも狭い開口部１０から活性粒子を放出させたため、プラズマによって発生した活性粒子が、基板表面の微細線状部１５より外側に触れにくくなったためであると考えられる。
【００４１】
なお、本発明の第２実施形態において、図８に示すように、ガス流路１８を、微細線状部１５の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積１９（図８のハッチング部分）は、マイクロプラズマ源の開口部１０と被処理物の微細線状部１５を対向面とする直方体を、微細線状部１５の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積１７（図８の灰色部分）の２４倍である。加工精度を高めるためには、ガス流路を、微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積は、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物の微細線状部を対向面とする直方体を、微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積より大きい必要があるが、より高い加工精度を得るには、この比率が概ね１０倍以上であることが好ましい。１０倍未満である場合、プラズマによって発生した活性粒子が、基板表面の微細線状部より外側にも放出され、加工精度が悪化する。
【００４２】
次に、本発明の第３実施形態について、図９乃至図１３を参照して説明する。
【００４３】
図９に、本発明の第３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斜視図を示す。また、図１０に、図９の平面Ａで切った断面図を示す。また、図１１に、図９の平面Ｆで切った断面図を示す。図９、１０及び図１１において、２枚のセラミック板１及び２の間に、マイクロプラズマを発生させる空間３（図１０及び図１１のハッチング部分。以下、プラズマ空間３と称する。）が形成されている。セラミック板１及び２の側部はセラミック棒４、５及び６に接着されている。ガスは、ガス供給装置７から配管８及びセラミック棒５に形成された斜め向きの貫通穴２０を介して、基板１１と平行に微細線状部１５の長さ方向に沿って設けられたガス流路に供給される。また、ガスは、ガス流路からセラミック棒４に形成された斜め向きの貫通穴２１を介して、配管２２より排出される。なお、ガス流路はプラズマ空間３とほぼ同一の空間である。マイクロプラズマ源の開口部１０を、被処理物としての基板１１の近傍に配置し、プラズマ空間３にガスを供給しつつ、高周波電源１２より、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、高周波電極１３に供給し、接地電極１４を接地することにより、プラズマ空間３にプラズマが発生し、マイクロプラズマ源の開口部１０から放出された活性粒子を基板１１に作用させ、基板１１表面の微細線状部１５を加工することができる。なお、高周波電極１３及び接地電極１４は、プラズマ空間３を挟むように設けられた平行平板電極である。また、マイクロプラズマ源の開口部１０の幅Ｂは１ｍｍ、マイクロプラズマ源の開口部１０と基板１１との距離Ｃは０．１ｍｍである。
【００４４】
マイクロプラズマ源は数Ｐａから数気圧まで動作可能であるが、典型的には１００００Ｐａから３気圧程度の範囲の圧力で動作する。とくに、大気圧付近での動作は、厳重な密閉構造や特別な排気装置が不要であるとともに、プラズマや活性粒子の拡散が適度に抑制されるため、とくに好ましい。ガスとして、Ｈｅを２０００ｓｃｃｍ、ＣＦ4を４ｓｃｃｍ供給し、高周波電力を３０Ｗ供給する条件にて基板１１上に形成されたモリブデン薄膜のエッチング処理を行ったところ、図１２のようなエッチングプロファイルが得られた。ここで、最も深くエッチングされた部分の深さをＤとしたとき、パターンの底からＤ×０．８だけ浅い部分の幅を加工幅Ｅと定義すると、Ｅは０．９５ｍｍであった。マイクロプラズマ源の開口部１０の幅Ｂは１ｍｍであるから、加工幅Ｅはこれより小さく、従来例と比較して飛躍的に加工精度が向上した。
【００４５】
このように加工精度が向上した理由として、基板１１と平行に微細線状部１５の長さ方向に沿って設けられたガス流路にガスを流すとともに、ガス流路へのガス供給とガス流路からのガス排出を、基板１１と接する空間とは分離された空間で行ったため、プラズマによって発生した活性粒子が、基板表面の微細線状部１５より外側に触れにくくなったためであると考えられる。
【００４６】
なお、本発明の第３実施形態において、図１３に示すように、ガス流路（プラズマ空間３とほぼ同一の空間）を、微細線状部１５の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積１９（図１３のハッチング部分）は、マイクロプラズマ源の開口部１０と被処理物の微細線状部１５を対向面とする直方体を、微細線状部１５の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積１７（図１３の灰色部分）の２１倍である。加工精度を高めるためには、ガス流路を、微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積は、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物の微細線状部を対向面とする直方体を、微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積より大きい必要があるが、より高い加工精度を得るには、この比率が概ね１０倍以上であることが好ましい。１０倍未満である場合、プラズマによって発生した活性粒子が、基板表面の微細線状部より外側にも放出され、加工精度が悪化する。
【００４７】
次に、本発明の第４実施形態について、図１４乃至図１７を参照して説明する。
【００４８】
図１４に、本発明の第４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斜視図を示す。また、図１５に、図１４の平面Ａで切った断面図を示す。また、図１６に、図１４の平面Ｆで切った断面図を示す。図１４、１５及び図１６において、２枚のセラミック板１及び２の間に、マイクロプラズマを発生させる空間３（図１５及び図１６のハッチング部分。以下、プラズマ空間３と称する。）が形成されている。セラミック板１及び２の側部はセラミック棒４、５及び６に接着されている。ガスは、ガス供給装置７から配管８及びセラミック棒５に形成された斜め向きの貫通穴２０を介して、プラズマ空間３へ供給される。また、ガスは、プラズマ空間３からセラミック棒６に形成された基板１１とは逆向きの貫通穴２３を介して、配管２２より排出される。マイクロプラズマ源の開口部１０を、被処理物としての基板１１の近傍に配置し、プラズマ空間３にガスを供給しつつ、高周波電源１２より、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、高周波電極１３に供給し、接地電極１４を接地することにより、プラズマ空間３にプラズマが発生し、マイクロプラズマ源の開口部１０から放出された活性粒子を基板１１に作用させ、基板１１表面の微細線状部１５を加工することができる。なお、高周波電極１３及び接地電極１４は、プラズマ空間３を挟むように設けられた平行平板電極である。また、マイクロプラズマ源の開口部１０の幅Ｂは１ｍｍ、マイクロプラズマ源の開口部１０と基板１１との距離Ｃは０．１ｍｍである。
【００４９】
マイクロプラズマ源は数Ｐａから数気圧まで動作可能であるが、典型的には１００００Ｐａから３気圧程度の範囲の圧力で動作する。とくに、大気圧付近での動作は、厳重な密閉構造や特別な排気装置が不要であるとともに、プラズマや活性粒子の拡散が適度に抑制されるため、とくに好ましい。ガスとして、Ｈｅを２０００ｓｃｃｍ、ＣＦ4を４ｓｃｃｍ供給し、高周波電力を３０Ｗ供給する条件にて基板１１上に形成されたモリブデン薄膜のエッチング処理を行ったところ、図１７のようなエッチングプロファイルが得られた。ここで、最も深くエッチングされた部分の深さをＤとしたとき、パターンの底からＤ×０．８だけ浅い部分の幅を加工幅Ｅと定義すると、Ｅは０．７９ｍｍであった。マイクロプラズマ源の開口部１０の幅Ｂは１ｍｍであるから、加工幅Ｅはこれより小さく、従来例と比較して飛躍的に加工精度が向上した。
【００５０】
このように加工精度が向上した理由として、プラズマ空間３へのガス供給を、プラズマ空間３を囲む壁面としてのセラミック棒５に設けた微細穴としての貫通穴２０より行い、かつ、プラズマ空間３からのガス排出を、プラズマ空間３を通じて基板１１と逆方向に向けて行ったため、プラズマによって発生した活性粒子が、基板表面の微細線状部１５より外側に触れにくくなったためであると考えられる。
【００５１】
以上述べた本発明の実施形態において、マイクロプラズマを発生させる空間を挟むように設けられた平行平板電極間に高周波電力を供給する場合を例示したが、本発明はこのような方式に限定されるものではない。例えば、図１８乃至図１９に示す本発明の第５実施形態のように、マイクロプラズマを発生させる空間３を介して導電体である被処理物１１と対向する電極２４と、被処理物１１との間に高周波電力を供給することも可能である。ここでは、マイクロプラズマを発生させる空間を挟むように設けられた平行平板電極１４はいずれも接地電極である。その他の構成については、本発明の第１実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。なお、図１９は、図１８の平面Ａで切った断面図である。
【００５２】
あるいは、図２０乃至図２１に示す本発明の第６実施形態のように、マイクロプラズマを発生させる空間３を介して誘電体である被処理物１１と対向する電極２４と、被処理物１１の被処理面とは反対側に設けられた電極２５との間に高周波電力を供給することも可能である。ここでは、マイクロプラズマを発生させる空間を挟むように設けられた平行平板電極１４はいずれも接地電極である。その他の構成については、本発明の第１実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。なお、図２１は、図２０の平面Ａで切った断面図である。
【００５３】
なお、本発明の第５または第６実施形態においては、マイクロプラズマを発生させる空間を挟むように設けられた平行平板電極１４を接地する場合を例示したが、このような構成とすることで、プラズマがマイクロプラズマを発生させる空間３以外の部分に拡がるのを抑制できる効果がある。しかし、各々の部品寸法やガスの種類によっては、平行平板電極１４を取り除いても問題なくマイクロプラズマを発生できる場合もある。
【００５４】
また、本発明の第４実施形態において、ガスが、ガス供給装置から配管及びセラミック棒に形成された斜め向きの貫通穴を介して、プラズマ空間へ供給される場合を例示したが、図２２に示す本発明の第７実施形態のように、平行平板電極内に設けられたガス流路を通じて、ガス供給を行ってもよい。ここでは、高周波電極１３内にガス流路としての貫通穴が設けられており、セラミック板１に設けられた貫通穴を介して、プラズマ空間へガスが供給される。その他の構成については、本発明の第４実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。もちろん、これとは逆に、接地電極１４内にガス流路としての貫通穴が設けられ、セラミック板２に設けられた貫通穴を介して、プラズマ空間へガスが供給される構成としてもよい。
【００５５】
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。
【００５６】
また、被処理物、または、前記被処理物の被処理面とは反対側に設けられた電極に直流電圧または高周波電力を供給することにより、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。
【００５７】
また、基板上のモリブデン薄膜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。ＨｅとＯ2の混合ガスを用いてフォトレジストやポリイミドに代表される樹脂等のエッチング加工を行うこともできる。また、シート状の被処理物をロール・トゥ・ロール方式で搬送しつつ、連続的に微細線状にエッチング加工することもできる。あるいは、種々の被処理物の表面にプラズマＣＶＤ法による薄膜堆積を行うこともできる。
【００５８】
また、１３．５６ＭＨｚ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。あるいは、パルス電力を供給することにより、アーク放電への移行を抑制しつつ、高効率なプラズマを生成することも可能である。
【００５９】
また、マイクロプラズマ源の開口部の幅が１ｍｍである場合を例示したが、マイクロプラズマ源の開口部の幅はこれに限定されるものではなく、概ね５ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、マイクロプラズマ源の開口部の幅が１ｍｍ以下であることがより好ましい。マイクロプラズマ源の開口部の幅が小さいほど、プラズマによって発生した活性粒子が、基板表面の微細線状部より外側に触れにくくなり、微細線状部に限定された領域のみを加工することができるという利点がある。一方、マイクロプラズマ源を構成する部品の加工の精度や、繰り返し処理による形状の経時変化などを考慮すると、あまり極端に小さくすることも避けるべきである。
【００６０】
また、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が０．１ｍｍである場合を例示したが、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離はこれに限定されるものではなく、概ね１ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が小さいほど、プラズマによって発生した活性粒子が、基板表面の微細線状部より外側に触れにくくなり、微細線状部に限定された領域のみを加工することができるという利点がある。一方、マイクロプラズマ源を構成する部品の加工の精度や、繰り返し処理による形状の経時変化、さらには、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離の再現性や安定性などを考慮すると、あまり極端に小さくすることも避けるべきであり、概ね０．０５ｍｍ以上であることが好ましいものと考えられる。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本願の第１発明の加工方法によれば、被処理物の近傍に配置されたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に電力を供給することにより、マイクロプラズマを発生させ、マイクロプラズマ源の開口部から放出された活性粒子を前記被処理物に作用させ、前記被処理物に微細線状部を加工する加工方法であって、前記ガスを前記被処理物と平行に流すと共に、前記マイクロプラズマが発生する空間を、前記微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積αは、前記マイクロプラズマ源の外側の開口部のうち前記被処理物側の端部と前記被処理物とで形成される空間を、前記微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積βよりも大きいため、所望の微細線状部を精度良く加工することができる。
【００６４】
また、本願の第２発明の加工方法によれば、被処理物の近傍に配置されたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、前記マイクロプラズマ源に電力を供給することにより、マイクロプラズマを発生させ、マイクロプラズマ源の開口部から放出された活性粒子を前記被処理物に作用させ、前記被処理物に微細線状部を加工する加工方法であって、マイクロプラズマを発生させる空間へのガス供給を、マイクロプラズマを発生させる空間を囲む壁面に設けた微細穴より行い、かつ、マイクロプラズマを発生させる空間からのガス排出を、マイクロプラズマを発生させる空間を通じて被処理物と逆方向に向けて行うため、所望の微細線状部を精度良く加工することができる。
【００６５】
また、本願の第３発明の加工装置によれば、被処理基板の近傍に配置されたマイクロプラズマ源と、ガス供給装置と、前記マイクロプラズマ源に電力を供給する電源を備え、マイクロプラズマを発生させて、マイクロプラズマ源の開口部から放出された活性粒子を被処理物に作用させ、前記被処理物に微細線状部を加工する加工装置であって、前記ガスを前記被処理基板と平行に流すガス供給装置を有し、前記マイクロプラズマが発生する空間を、微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積αは、前記マイクロプラズマ源の外側の開口部のうち前記被処理物側の端部と前記被処理物とで形成される空間を、前記微細線状部の長さ方向に垂直な面で切った断面の断面積βよりも大きいため、所望の微細線状部を精度良く加工することができる。
【００６８】
また、本願の第４発明の加工装置によれば、被処理基板の近傍に配置されたマイクロプラズマ源と、ガス供給装置と、前記マイクロプラズマ源に電力を供給する電源を備え、マイクロプラズマを発生させて、マイクロプラズマ源の開口部から放出された活性粒子を被処理物に作用させ、前記被処理物に微細線状部を加工する加工装置であって、マイクロプラズマを発生させる空間へのガス供給を、マイクロプラズマを発生させる空間を囲む壁面に設けた微細穴より行い、かつ、マイクロプラズマを発生させる空間からのガス排出を、マイクロプラズマを発生させる空間を通じて被処理物と逆方向に向けて行うため、所望の微細線状部を精度良く加工することができる。
【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斜視図
【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実施形態におけるエッチングプロファイルを示すグラフ
【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断面図
【図５】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６】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７】本発明の第２実施形態におけるエッチングプロファイルを示すグラフ
【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断面図
【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斜視図
【図１０】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１１】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１２】本発明の第３実施形態におけるエッチングプロファイルを示すグラフ
【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斜視図
【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】本発明の第４実施形態におけるエッチングプロファイルを示すグラフ
【図１８】本発明の第５実施形態で用いた加工装置の構成を示す斜視図
【図１９】本発明の第５実施形態で用いた加工装置の構成を示す断面図
【図２０】本発明の第６実施形態で用いた加工装置の構成を示す斜視図
【図２１】本発明の第６実施形態で用いた加工装置の構成を示す断面図
【図２２】本発明の第７実施形態で用いた加工装置の構成を示す斜視図
【図２３】従来例で用いたパターンニング工程を示す図
【図２４】従来例で用いた加工装置の構成を示す斜視図
【図２５】従来例で用いた加工装置の構成を示す断面図
【図２６】従来例におけるエッチングプロファイルを示すグラフ
【符号の説明】
１  セラミック板
２  セラミック板
４  セラミック棒
５  セラミック棒
６  セラミック棒
７  ガス供給装置
８  配管
９  ガス導入部
１０  開口部
１１  基板
１２  高周波電源
１３  高周波電極
１４  接地電極
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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