JP2006179876A - Apparatus and method for plasma processing - Google Patents
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Abstract
【課題】数百nm〜数百μmオーダーの深さの所望の微細加工部分において、垂直性の良好なエッチング形状が得られ、且つ深さ方向へのエッチングを停止させることなく、プラズマ処理できるプラズマ処理装置及び方法を提供する。
【解決手段】内部にガス流路9と、電力の供給もしくは接地により電位制御できる電極3を有するプラズマ源の被処理物に対向する面の一部に有する凸部1には、プラズマ源の第1ガス噴出口の開口部を有する第1ガス噴出面が形成され、かつ、凸部1は、被処理物の微細加工部分内に挿入可能な大きさを有している。
【選択図】図3An object of the present invention is to obtain an etching shape with good perpendicularity in a desired finely processed portion having a depth on the order of several hundred nm to several hundred μm, and can perform plasma processing without stopping etching in the depth direction. A processing apparatus and method are provided.
A projecting portion provided on a part of a surface of a plasma source having a gas flow path and an electrode that can be controlled in potential by supplying power or grounding is provided on a part of a surface facing the object to be processed. A first gas ejection surface having an opening of one gas ejection port is formed, and the convex portion 1 has a size that can be inserted into a finely processed portion of the workpiece.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、プラズマを用いたプラズマ処理装置及び方法に関するものである。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and method using plasma.
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数百nm〜数百μmオーダーの深さの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16A〜図16Dに示す。図16A〜図16Dにおいて、まず、被処理物29の表面に感光性レジスト30を塗布する(図16A)。次に、露光機を用いて露光した後現像すると、レジスト30が所望の形状にパターンニングできる(図16B)。そして、被処理物29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30をマスクとして被処理物29をエッチング加工すると、被処理物29の表面が所望の形状にパターンニングされる(図16C)。最後に、レジスト30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16D)。
In general, a resist process is used when a patterning process having a depth on the order of several hundred nm to several hundred μm is performed on an object typified by a substrate having a thin film formed on the surface. An example is shown in FIGS. 16A to 16D. 16A to 16D, first, a
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。 Since the resist process as described above is suitable for accurately forming a fine pattern, it has played an important role in the manufacture of electronic devices such as semiconductors. However, there is a drawback that the process is complicated.
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17〜図21にマイクロプラズマ源を搭載したプラズマ処理装置の構成を示す。図17に、マイクロプラズマ源の分解図を示す。マイクロプラズマ源は、セラミック製の外側板31、内側板32及び33、外側板34、板状電極35から成り、厚さは全て1mmである。また、外側板31及び34には、外側ガス流路36及び外側ガス噴出口37が設けられ、内側板32及び33には、内側ガス流路38及び内側ガス噴出口39が設けられている。内側ガス噴出口39から噴出するガスの原料ガスは、外側板31に設けられた内側ガス供給口40から、内側板32及び板状電極35に設けられた貫通穴41を介して、内側ガス流路38に導かれる。
Therefore, a new processing method that does not use a resist process is being studied. As an example, FIGS. 17 to 21 show the configuration of a plasma processing apparatus equipped with a microplasma source. FIG. 17 shows an exploded view of the microplasma source. The microplasma source includes a ceramic
また、外側ガス噴出口37から噴出するガスの原料ガスは、外側板31に設けられた外側ガス供給口42から、内側板32と内側板33、及び板状電極35に設けられた貫通穴43を介して、外側ガス流路36に導かれる。なお、高周波電源が印加される板状電極35は、内側板32及び33の間に挿入され、引き出し部44を介して電源部に配線される。
The source gas of the gas ejected from the
図18に、マイクロプラズマ源を、ガス噴出口側から見た平面図を示す。外側板31、内側板32及び33、外側板34、板状電極35が設けられ、外側板31と内側板32の間と、内側板33と外側板34の間に外側ガス噴出口37が設けられ、内側板32と板状電極35の間と、内側板33と板状電極35の間に内側ガス噴出口39が設けられている。なお、内側ガス噴出口39の線方向の長さeは30mm、外側ガス噴出口37の線方向の長さfは内側ガス噴出口39の線方向の長さeよりも大きく36mmである。また、板状電極35の線方向長さgは30mmとした。
FIG. 18 is a plan view of the microplasma source as viewed from the gas outlet side. An
図19に、被処理物15及びマイクロプラズマ源を、被処理物15に垂直な面で切った断面を示す。マイクロプラズマ源は、セラミック製の外側板31、内側板32及び33、外側板34、板状電極35から成り、外側板31及び34には外側ガス噴出口37が設けられ、内側板32及び33には内側ガス噴出口39が設けられている。また、板状電極35は接地電位とし、マイクロプラズマ源と対向となる位置には、高周波電力を印加させる対向電極46を載置させている。なお、マイクロプラズマ源の開口部としての内側板32と板状電極35の間と、内側板33と板状電極35の間の内側ガス噴出口39がなす微細線の幅は0.05mmである。
FIG. 19 shows a cross section of the
このような構成のマイクロプラズマ源を搭載したプラズマ処理装置において、内側ガス噴出口からヘリウム(He)を、外側ガス噴出口から六フッ化硫黄(SF6)を供給しつつ、対向電極46に高周波電力を印加することにより、被処理物15の微小な線状部分をエッチング処理することができる。これは、ヘリウムと六フッ化硫黄の大気圧近傍の圧力下における放電しやすさの差(ヘリウムの方が格段に放電しやすい)を利用することで、ヘリウムが高濃度となる内側ガス噴出口39の近傍にのみマイクロプラズマを発生させることができるからである。
In the plasma processing apparatus equipped with the microplasma source having such a configuration, high frequency is supplied to the
また、このような構成のマイクロプラズマ源を搭載したプラズマ処理装置において、鋭角部を有する板状電極を用いた線状加工について、特に被処理物としてSiを用いたものについては、特開2004−111949号公報に詳しく述べられている。また、大気圧グロープラズマの中でもとりわけエッチングに関する特徴は特許第3014111号公報に述べられている。 In addition, in a plasma processing apparatus equipped with a microplasma source having such a configuration, regarding linear processing using a plate-like electrode having an acute angle portion, particularly using Si as a workpiece, Japanese Patent Laid-Open No. 2004-2004 Details are described in Japanese Patent No. 111949. Among the atmospheric pressure glow plasmas, characteristics relating to etching are described in Japanese Patent No. 3014111.
前記のプラズマ処理装置を用いて、例えば、ガスとして、ガス流路7にHeを1000sccm、SF6を400sccm供給し、高周波電力を100W供給する条件にて、被処理物15として用いたSiを120s程度エッチングすることが可能である。
Using the above-described plasma processing apparatus, for example, as a gas, Si used as the
しかしながら、従来例で述べたプラズマ処理装置及び方法によるエッチングにおいては、2つの問題点があった。1つ目は、被処理物15の被加工部にエッチングにより溝部が形成されるとき、その溝部には垂直性の高い形状が得られないという問題点であり、2つ目は、被処理物15の被加工部のエッチング深さがある程度の値に到達すると、途中でエッチングが停止してしまうという問題点である。その一例として、まず、前記したプラズマ条件にて120s処理したときに得られたエッチング形状の一例を図20に示す。
However, the etching by the plasma processing apparatus and method described in the conventional example has two problems. The first problem is that when a groove portion is formed by etching in the processed portion of the
図20は、溝部のエッチング形状の断面図であるが、まずエッチング形状評価のための各種パラメーターを次のように定義する。溝部の最深部と被処理物表面Wのなす距離をエッチング深さYとしたとき、パターンの底からY×0.8だけ浅い部分をβ1、及びその深さにおける線幅を溝部の上端部の線幅X1と定義し、パターンの底からY×0.2だけ浅い部分をβ2、及びその深さにおける線幅をエッチングされた部分の底部の線幅X2とする。また垂直性を表す角度αは、β1−β2を結ぶ直線βと被処理物表面Wのなす角度とする。 FIG. 20 is a cross-sectional view of the etching shape of the groove. First, various parameters for evaluating the etching shape are defined as follows. When the distance between the deepest part of the groove part and the surface W to be processed is the etching depth Y, the part shallow by Y × 0.8 from the bottom of the pattern is β1, and the line width at the depth is the upper edge part of the groove part. A line width X1 is defined, and a portion shallow by Y × 0.2 from the bottom of the pattern is β2, and a line width at the depth is defined as a line width X2 at the bottom of the etched portion. Further, the angle α representing the perpendicularity is an angle formed by the straight line β connecting β1-β2 and the surface W of the workpiece.
図20より、数百μmオーダーの深さの微細加工において、エッチング深さY=124μm、溝部の上端部の線幅X1=542μm、溝部の底部の線幅X2=214μmであるため、溝部の形状の垂直性を表す角度αは24.3°であった(図の横軸と縦軸はオーダーが違うことに注意)。なお、角度αの算出式は次の通りである。 From FIG. 20, in the microfabrication with a depth of several hundred μm, the etching depth Y = 124 μm, the line width X1 = 542 μm at the upper end of the groove, and the line width X2 = 214 μm at the bottom of the groove. The angle α representing the verticality of was 24.3 ° (note that the horizontal and vertical axes in the figure have different orders). The calculation formula of the angle α is as follows.
(式1)
α=Arctan(2・(0.8Y−0.2Y)/(X1−X2))
次に、図21はエッチング時間に対するエッチング深さの依存性を示したものであるが、図から明らかなように、エッチング深さ280μm程度で深さ方向のエッチングが停止してしまった。
(Formula 1)
α = Arctan (2 · (0.8Y−0.2Y) / (X1−X2))
Next, FIG. 21 shows the dependency of the etching depth on the etching time. As is clear from the figure, the etching in the depth direction stopped at the etching depth of about 280 μm.
本発明の目的は、前記従来の問題点に鑑み、数百nm〜数百μmオーダーの深さの所望の微細加工部分(被加工部)において、垂直性の良好なエッチング形状が得られ、且つ深さ方向へのエッチングを停止させることなく、プラズマ処理することができるプラズマ処理装置及び方法を提供する。 In view of the above-mentioned conventional problems, the object of the present invention is to obtain an etching shape with good perpendicularity in a desired finely processed portion (processed portion) having a depth on the order of several hundred nm to several hundred μm, and Provided is a plasma processing apparatus and method capable of performing plasma processing without stopping etching in the depth direction.
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
本発明の第1態様によれば、内部に形成されたガス流路と、電力の供給もしくは接地により電位制御できる電極を有し、かつ、放電用の第1ガスを噴出させる第1ガス噴出口の開口部を有する第1ガス噴出面が被処理物に対して平行に配置されるプラズマ源と、
前記プラズマ源の前記第1ガス噴出口に接続されて、前記第1ガスを、前記第1ガス噴出口から前記プラズマ源の前記第1ガス噴出面と前記被処理物の被加工部との間の隙間に供給する第1ガス供給装置と、
を備え、
前記プラズマ源の前記被処理物に対向する面の一部に凸部を有し、前記凸部には、前記プラズマ源の前記第1ガス噴出口の開口部を有する前記第1ガス噴出面が形成され、かつ、前記凸部は、前記被処理物の微細加工部分内に挿入可能な大きさを有しているプラズマ処理装置を提供する。
According to the first aspect of the present invention, the first gas outlet having the gas flow path formed therein and the electrode whose potential can be controlled by supplying power or grounding, and ejecting the first gas for discharge. A plasma source in which a first gas ejection surface having a plurality of openings is arranged in parallel to the workpiece;
The first gas is connected to the first gas jet port of the plasma source, and the first gas is passed from the first gas jet port between the first gas jet surface of the plasma source and a workpiece to be processed. A first gas supply device that supplies the gap between
With
A part of the surface of the plasma source facing the object to be processed has a convex part, and the convex part has the first gas ejection surface having an opening of the first gas ejection port of the plasma source. Provided is a plasma processing apparatus in which the convex portion is formed and has a size that can be inserted into a finely processed portion of the workpiece.
本発明の第2態様によれば、前記凸部は、前記被処理物の数百nm〜数百μmオーダーの深さの微細加工部分内に挿入可能な大きさを有している第1態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the convex portion has a size that can be inserted into a micro-fabricated portion having a depth of the order of several hundred nm to several hundred μm of the workpiece. A plasma processing apparatus is provided.
本発明の第3態様によれば、前記プラズマ源の前記第1ガス噴出面とは異なる位置に配置されて放電抑制用の第2ガスを噴出させる第2ガス噴出口を設けるとともに、
前記第2ガス噴出口に接続されて、前記第2ガスを、前記第2ガス噴出口から前記プラズマ源の前記第2ガス噴出面と前記被処理物の被加工部の間の隙間の周囲に供給する第2ガス供給装置とをさらに備える第1又は2態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。
According to the third aspect of the present invention, the second gas injection port is provided that is arranged at a position different from the first gas ejection surface of the plasma source and ejects the second gas for suppressing discharge,
The second gas is connected to the second gas ejection port and around the gap between the second gas ejection surface of the plasma source and the processed portion of the workpiece from the second gas ejection port. A plasma processing apparatus according to the first or second aspect, further comprising a second gas supply device for supplying the plasma, is provided.
本発明の第4態様によれば、前記プラズマ源の前記第1ガス噴出面と前記被処理物の被加工部との間の前記隙間の距離を一定範囲内に維持するように前記プラズマ源と前記被処理物とを相対的に移動させる電極間隙間調整装置をさらに有する第1〜3のいずれか1つ態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。 According to the fourth aspect of the present invention, the plasma source and the plasma source so as to maintain the distance of the gap between the first gas ejection surface of the plasma source and the processed portion of the workpiece to be processed within a certain range. The plasma processing apparatus according to any one of the first to third aspects further includes an inter-electrode gap adjusting device that relatively moves the object to be processed.
本発明の第5態様によれば、前記プラズマ源の前記第1ガス噴出口の開口部を有する面と、対向となる位置に電力の供給もしくは接地により電位制御でき、且つ前記被処理物を載置することが可能な対向電極を備える第1〜4のいずれか1つ態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。 According to the fifth aspect of the present invention, the potential of the plasma source can be controlled by supplying electric power or grounding at a position facing the surface of the plasma source having the opening of the first gas outlet, and the workpiece is mounted. A plasma processing apparatus according to any one of the first to fourth aspects, which includes a counter electrode that can be disposed.
本発明の第6態様によれば、前記プラズマ源は、その内部に、前記ガス流路を構成するパターンを形成した層を2層以上積層した多層構造をなし、且つ多層構造の内部の前記ガス流路にバッファー層としての空間を有し、前記バッファー層の空間断面積のうち、前記第1ガス噴出口の開口断面積と平行となる空間断面積の少なくとも1つが、前記第1ガス噴出口の開口断面積よりも大きい第1〜5のいずれか1つ態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。 According to the sixth aspect of the present invention, the plasma source has a multilayer structure in which two or more layers in which a pattern constituting the gas flow path is formed are laminated, and the gas inside the multilayer structure is formed. The flow path has a space as a buffer layer, and among the space cross-sectional areas of the buffer layer, at least one of the space cross-sectional areas parallel to the opening cross-sectional area of the first gas outlet is the first gas outlet. The plasma processing apparatus according to any one of the first to fifth aspects, which is larger than the opening cross-sectional area of
本発明の第7態様によれば、前記パターンを形成する層の材料は、Siを主成分としたものである第6態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the plasma processing apparatus according to the sixth aspect, wherein the material of the layer forming the pattern is mainly composed of Si.
本発明の第8態様によれば、前記第1ガス噴出口の開口長さは、前記第1ガス噴出口の開口形状が円もしくは楕円であり、かつ、直径もしくは短径が200nm以上50μm以下である第1〜7のいずれか1つ態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。 According to the eighth aspect of the present invention, the opening length of the first gas outlet is such that the opening shape of the first gas outlet is a circle or an ellipse, and the diameter or minor axis is 200 nm or more and 50 μm or less. A plasma processing apparatus according to any one of the first to seventh aspects is provided.
本発明の第9態様によれば、前記第1ガス噴出口の開口長さは、前記第1ガス噴出口の開口形状が多角形であり、かつ、一辺もしくは対角線の1つ以上が、200nm以上50μm以下である第1〜7のいずれか1つ態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。 According to the ninth aspect of the present invention, the opening length of the first gas outlet is such that the opening shape of the first gas outlet is a polygon, and one or more of one side or diagonal is 200 nm or more. The plasma processing apparatus according to any one of the first to seventh aspects, which is 50 μm or less.
本発明の第10態様によれば、前記第2ガス噴出口の開口長さは、前記第2ガス噴出口の開口形状が円もしくは楕円であり、かつ直径もしくは短径が200nm以上50μm以下である第3態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。 According to the tenth aspect of the present invention, the opening length of the second gas ejection port is such that the opening shape of the second gas ejection port is a circle or an ellipse, and the diameter or minor axis is 200 nm or more and 50 μm or less. A plasma processing apparatus according to the third aspect is provided.
本発明の第11態様によれば、前記第2ガス噴出口の開口長さは、前記第2ガス噴出口の開口形状が多角形であり、かつ、一辺もしくは対角線の1つ以上が、200nm以上50μm以下である第3態様に記載のプラズマ処理装置を提供する。 According to the eleventh aspect of the present invention, the opening length of the second gas outlet is such that the opening shape of the second gas outlet is a polygon, and one or more of one side or diagonal is 200 nm or more. The plasma processing apparatus according to the third aspect is 50 μm or less.
本発明の第12態様によれば、内部に形成されたガス流路と、電力の供給もしくは接地により電位制御できる電極を有し、かつ、放電用の第1ガスを噴出させる第1ガス噴出口の開口部を有する第1ガス噴出面が被処理物に対して平行に配置されるプラズマ源の前記第1ガス噴出口に、第1ガス供給装置により前記第1ガスを供給し、前記第1ガス噴出口から前記プラズマ源の前記第1ガス噴出面と前記被処理物の被加工部との間の隙間に前記第1ガスを噴出しつつ、前記プラズマ源、前記被処理物、或いは前記被処理物の被加工部と表裏をなす面に配置した対向電極のいずれかに電力を供給し、前記プラズマ源と前記被処理物の間に電位差を発生させることでプラズマを生成させ、
前記プラズマ源の前記被処理物に対向する面の一部であって、前記プラズマ源の前記第1ガス噴出口の開口部を有する前記第1ガス噴出面が形成され、かつ、前記被処理物の微細加工部分内に挿入可能な大きさを有する凸部が、前記被処理物の前記被加工部内に挿入されつつ前記被処理物の前記被加工部のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法を提供する。
According to the twelfth aspect of the present invention, the first gas outlet having the gas flow path formed therein and the electrode whose potential can be controlled by power supply or grounding, and ejecting the first gas for discharge. The first gas is supplied by a first gas supply device to the first gas outlet of a plasma source in which a first gas ejection surface having an opening is arranged in parallel to the object to be processed, and the first gas While the first gas is ejected from a gas ejection port into a gap between the first gas ejection surface of the plasma source and a processed portion of the workpiece, the plasma source, the workpiece, or the workpiece Power is supplied to either of the counter electrodes arranged on the surface that forms the surface of the workpiece to be processed, and plasma is generated by generating a potential difference between the plasma source and the workpiece,
A part of a surface of the plasma source facing the object to be processed, the first gas ejection surface having an opening of the first gas ejection port of the plasma source is formed, and the object to be processed Provided is a plasma processing method for performing plasma processing on the workpiece of the workpiece while a convex portion having a size that can be inserted into the microfabricated portion of the workpiece is inserted into the workpiece of the workpiece. .
本発明の第13態様によれば、前記凸部が、前記被処理物の前記被加工部内に挿入されつつ前記被処理物の前記被加工部のプラズマ処理を行うとき、前記凸部は、前記被処理物の数百nm〜数百μmオーダーの深さの微細加工部分内に挿入されつつ前記被処理物の前記被加工部のプラズマ処理を行う第12態様に記載のプラズマ処理方法を提供する。 According to the thirteenth aspect of the present invention, when the convex portion performs the plasma processing on the workpiece of the workpiece while being inserted into the workpiece of the workpiece, the convex portion is The plasma processing method according to the twelfth aspect, wherein the plasma processing is performed on the processing portion of the processing object while being inserted into a micro-processing portion having a depth on the order of several hundred nm to several hundred μm.
本発明の第14態様によれば、前記プラズマ源の前記第1ガス噴出面とは異なる位置に配置された第2ガス噴出口より、第2ガス供給装置により、放電抑制用の第2ガスを、前記第2ガス噴出口から前記プラズマ源の前記第2ガス噴出面と前記被処理物の被加工部の間の隙間の周囲に噴出する第12又は13態様に記載のプラズマ処理方法を提供する。 According to the fourteenth aspect of the present invention, the second gas for suppressing discharge is supplied from the second gas supply port disposed at a position different from the first gas injection surface of the plasma source by the second gas supply device. The plasma processing method according to the twelfth or thirteenth aspect, wherein the plasma gas is ejected from the second gas ejection port around a gap between the second gas ejection surface of the plasma source and a processed portion of the workpiece. .
本発明の第15態様によれば、前記第2ガス噴出口より、前記隙間の周囲に前記第2ガスを噴出するとき、前記被処理物の前記被加工部の側面部に表面改質を施す第14態様に記載のプラズマ処理方法を提供する。 According to the fifteenth aspect of the present invention, when the second gas is ejected around the gap from the second gas ejection port, surface modification is performed on a side surface portion of the workpiece to be processed. A plasma processing method according to the fourteenth aspect is provided.
本発明の第16態様によれば、前記凸部が、前記被処理物の前記被加工部内に挿入されつつ前記被処理物の前記被加工部のプラズマ処理を行うとき、前記プラズマ源の前記第1ガス噴出面と前記被処理物の被加工部との間の前記隙間の距離を一定範囲内に維持するように前記プラズマ源と前記被処理物とを相対的に移動させる第12〜15のいずれか1つ態様に記載のプラズマ処理方法を提供する。 According to the sixteenth aspect of the present invention, when the convex portion performs the plasma processing on the workpiece of the workpiece while being inserted into the workpiece of the workpiece, the plasma source of the plasma source A twelfth to fifteenth to fifteenth to fifteenth moves the plasma source and the object to be processed relatively so as to maintain the distance of the gap between the one gas ejection surface and the processed part of the object to be processed within a certain range. A plasma processing method according to any one aspect is provided.
本発明の第17態様によれば、プラズマ処理は、大気圧近傍又は、それ以上の圧力で処理する第12〜16のいずれか1つ態様に記載のプラズマ処理方法を提供する。 According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided the plasma processing method according to any one of the twelfth to sixteenth aspects, wherein the plasma treatment is performed at a pressure near atmospheric pressure or higher.
本発明のプラズマ処理装置及び方法によれば、数百nm〜数百μmオーダーの深さの所望の被加工部例えば微細加工部分において、垂直性の良好なエッチング形状が得られ、且つ深さ方向へのエッチングを停止させることなく、プラズマ処理することができる。 According to the plasma processing apparatus and method of the present invention, an etching shape with good perpendicularity can be obtained in a desired processing portion having a depth of several hundreds nm to several hundreds μm, for example, a micro-processing portion, and the depth direction can be obtained. Plasma treatment can be performed without stopping etching.
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。 Before continuing the description of the present invention, the same parts are denoted by the same reference numerals in the accompanying drawings.
本発明の実施形態を説明する前に、本発明の種々の態様とその作用効果について、まず、説明する。 Before describing the embodiments of the present invention, various aspects of the present invention and the effects thereof will be described first.
本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理装置は、内部にガス流路と、電力の供給もしくは接地により電位制御できる電極を有するプラズマ源を備え、且つ該プラズマ源の第1のガス噴出口の開口部を有する面が被処理物を配設可能な位置に対して概平行に設置でき、尚且つガス供給口を介してガス供給装置と接続したプラズマ処理装置において、
プラズマ源は内部にパターンを形成した層を2層以上積層した多層構造をなし、且つ多層構造の内部のガス流路がバッファー層としての空間を有し、尚且つ該バッファー層の空間断面積のうち、第1のガス噴出口の開口断面積と平行となる空間断面積の少なくとも1つが、第1のガス噴出口の開口断面積よりも大きいことを特徴としている。
A plasma processing apparatus according to one aspect of the present invention includes a plasma source having a gas flow path and an electrode whose potential can be controlled by power supply or grounding, and an opening of a first gas outlet of the plasma source. In the plasma processing apparatus in which the surface having the portion can be installed substantially parallel to the position where the object to be processed can be disposed, and connected to the gas supply apparatus via the gas supply port,
The plasma source has a multilayer structure in which two or more layers having patterns formed therein are stacked, and the gas flow path in the multilayer structure has a space as a buffer layer, and the space cross-sectional area of the buffer layer is Of these, at least one of the spatial cross-sectional areas parallel to the opening cross-sectional area of the first gas jetting port is larger than the opening cross-sectional area of the first gas jetting port.
このような構成により、第1ガス噴出口を有する面内でのガス噴出を均一にすることが可能となり、面内で均一なプラズマを発生させることが可能となることで、被処理物の底部で不必要にテーパ形状を形成することなくプラズマ処理することができるため、所望の微細加工部分において、垂直性の良好なエッチング形状を得やすく、且つ深さ方向のエッチングも停止しにくいプラズマ処理装置を実現できる。 With such a configuration, it becomes possible to make the gas jetting in the plane having the first gas jetting port uniform, and to generate uniform plasma in the plane. Therefore, it is possible to perform plasma processing without forming a taper shape unnecessarily, so that it is easy to obtain an etching shape with good perpendicularity in a desired finely processed portion and it is difficult to stop etching in the depth direction. Can be realized.
また、本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理装置において、好適には、第1のガス噴出口の開口部を有する面とは異なる位置に第2のガス噴出口を設けたことが望ましい。 In the plasma processing apparatus according to one aspect of the present invention, it is preferable that the second gas ejection port is preferably provided at a position different from the surface having the opening of the first gas ejection port.
このような構成により、被処理物の側面部でのプラズマの生成を抑制でき、所望の微細加工部分において、垂直性の良好なエッチング形状を得やすいプラズマ処理装置を実現できる。 With such a configuration, it is possible to suppress the generation of plasma at the side portion of the object to be processed, and it is possible to realize a plasma processing apparatus that can easily obtain an etching shape with good perpendicularity in a desired finely processed portion.
また、本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理装置において、好適には、プラズマ源と被処理物のなす距離、及びプラズマ源と対向電極のなす距離を調整できる移動機構を有することが望ましい。 The plasma processing apparatus according to one aspect of the present invention preferably includes a moving mechanism that can adjust the distance between the plasma source and the object to be processed and the distance between the plasma source and the counter electrode.
このような構成により、プラズマ源と被処理物の底部のなす距離をほぼ一定に保つことが可能となり、所望の微細加工部分において、深さ方向のエッチングが停止しにくいプラズマ処理装置を実現できる。 With such a configuration, it is possible to keep the distance between the plasma source and the bottom of the object to be processed substantially constant, and it is possible to realize a plasma processing apparatus in which etching in the depth direction is difficult to stop at a desired finely processed portion.
また、本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理装置において、好適には、プラズマ源の第1のガス噴出口の開口部を有する面と、対向となる位置に電力の供給もしくは接地により電位制御でき、且つ被処理物を載置することが可能な対向電極を備えることが望ましい。 In the plasma processing apparatus according to one aspect of the present invention, preferably, the potential can be controlled by supplying electric power or grounding the surface opposite to the surface of the plasma source having the opening of the first gas ejection port. And it is desirable to provide the counter electrode which can mount a to-be-processed object.
このような構成により、プラズマ源と被処理物の被加工部の底部との間に発生する電圧を効率的に高くすることができ、プラズマ源と被処理物の被加工部の側面部でのプラズマ生成を抑制することが可能となり、所望の微細加工部分において、垂直性の良好なエッチング形状を得やすいプラズマ処理装置を実現できる。 With such a configuration, it is possible to efficiently increase the voltage generated between the plasma source and the bottom of the workpiece to be processed, and at the side portion of the plasma source and the workpiece to be processed. Plasma generation can be suppressed, and a plasma processing apparatus that can easily obtain an etching shape with good perpendicularity can be realized in a desired finely processed portion.
また、本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理装置において、好適には、プラズマ源の一部は、プラズマ源の第1のガス噴出口の開口部を有する面と被処理物のなす距離、及びプラズマ源の第1のガス噴出口の開口部を有する面と対向電極のなす距離がもっとも小さくなるように、凸形状を有していることが望ましい。 In the plasma processing apparatus according to one aspect of the present invention, preferably, a part of the plasma source is a distance between the surface of the plasma source having the opening of the first gas outlet and the object to be processed, and It is desirable to have a convex shape so that the distance between the surface having the opening of the first gas jet port of the plasma source and the counter electrode is minimized.
このような構成により、プラズマ源と被処理物の底部のなす距離をほぼ一定に保つことが可能となり、所望の微細加工部分において、深さ方向のエッチングが停止しにくいプラズマ処理装置を実現できる。 With such a configuration, it is possible to keep the distance between the plasma source and the bottom of the object to be processed substantially constant, and it is possible to realize a plasma processing apparatus in which etching in the depth direction is difficult to stop at a desired finely processed portion.
また、本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理装置において、好適には、プラズマ源に形成したパターンは、少なくともガス流路を含み、且つ液体流路も含むことが望ましい。 In the plasma processing apparatus according to one aspect of the present invention, it is preferable that the pattern formed in the plasma source includes at least a gas flow path and also includes a liquid flow path.
このような構成により、プラズマ源を冷却することで、生成したプラズマがアーク放電(火花)へ移行するのを抑制することができ、被処理物の底部を不必要に酸化することなくプラズマ処理することが可能となり、所望の微細加工部分において、深さ方向のエッチングが停止しにくいプラズマ処理装置を実現できる。 With such a configuration, by cooling the plasma source, it is possible to suppress the generated plasma from being transferred to arc discharge (sparks), and plasma processing is performed without unnecessarily oxidizing the bottom of the workpiece. Therefore, it is possible to realize a plasma processing apparatus in which etching in the depth direction is difficult to stop at a desired finely processed portion.
また、本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理装置において、好適には、パターンを形成する層の材料は、体積抵抗率が10-1Ω・cm以下の材料であることが望ましい。 In the plasma processing apparatus according to one aspect of the present invention, it is preferable that the material of the layer forming the pattern is a material having a volume resistivity of 10 −1 Ω · cm or less.
このような構成により、所望の負荷以外の場所での電力損失を低減でき、不必要な熱の発生を抑制できる、又は所望の負荷と整合がし難くなることを回避することが可能であるという利点がある。 With such a configuration, it is possible to reduce power loss at a place other than the desired load, to suppress generation of unnecessary heat, or to avoid difficulty in matching with the desired load. There are advantages.
また、本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理装置において、好適には、パターンを形成する層の材料は、Siを主成分としたものであることが望ましい。 In the plasma processing apparatus according to one aspect of the present invention, it is preferable that the material of the layer forming the pattern is mainly composed of Si.
このような構成により、比較的安価で加工性に富み、且つ材料の導電率を制御することで、プラズマ源と被処理物の被加工部の底部との間に発生する電圧を装置構成の面から制御できるといった利点がある。 With such a configuration, the voltage generated between the plasma source and the bottom of the workpiece to be processed is controlled by controlling the electrical conductivity of the material at a relatively low cost and with high workability. There is an advantage that it can be controlled from.
また、本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理装置において、好適には、第1のガス噴出口の開口部を有する面は、ハロゲンを含むガスに対して、Siよりエッチングレートの低い層によってコーティングしていることが望ましい。 In the plasma processing apparatus according to one aspect of the present invention, preferably, the surface having the opening of the first gas ejection port is coated with a layer having an etching rate lower than that of Si with respect to a gas containing halogen. It is desirable that
このような構成により、プラズマ活性種によるプラズマ源の消耗を抑制でき、構成部品のメンテナンス周期を向上できるといった利点がある。 With such a configuration, there is an advantage that the consumption of the plasma source due to the plasma active species can be suppressed and the maintenance cycle of the component parts can be improved.
更に好適には、Siよりエッチングレートの低い層は、Ag、Al、Au、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Ni、Pt、Ti、Ta、Wの少なくとも1つを主成分とする金属材料、あるいは、これらの元素とSiを含む酸化物、窒化物、弗化物からなる絶縁材料であることが望ましく、ハロゲンガスに対してSiよりも反応性に乏しいため、プラズマ活性種によるプラズマ源の消耗を抑制でき、構成部品のメンテナンス周期を更に向上できるといった利点がある。 More preferably, the layer having an etching rate lower than Si is mainly composed of at least one of Ag, Al, Au, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mo, Ni, Pt, Ti, Ta, and W. It is desirable to be a metal material or an insulating material composed of oxides, nitrides, and fluorides containing these elements and Si, and is less reactive than halogen gas to Si. There is an advantage that it is possible to suppress the consumption of components and to further improve the maintenance cycle of the component parts.
また、本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理装置において、好適には、パターン及び第1のガス噴出口は、減圧下でのプラズマエッチング処理、薬液によるエッチング処理、放電加工による加工処理、又はレーザー加工による加工処理で形成されていることが好ましい。 In the plasma processing apparatus according to one aspect of the present invention, it is preferable that the pattern and the first gas ejection port are a plasma etching process under reduced pressure, an etching process using a chemical solution, a processing process using an electric discharge process, or a laser. It is preferably formed by processing by processing.
このような構成により、一般的な機械加工では得難い加工寸法及び精度でのパターニングが可能となるといった利点がある。 With such a configuration, there is an advantage that patterning can be performed with processing dimensions and accuracy that are difficult to obtain by general machining.
また、本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理装置において、好適には、第1のガス噴出口の開口長さは、第1のガス噴出口の開口形状が円もしくは楕円の場合に、直径もしくは短径が200nm以上50μm以下であることが望ましい。 In the plasma processing apparatus according to one aspect of the present invention, preferably, the opening length of the first gas jet port is a diameter or an opening length when the opening shape of the first gas jet port is a circle or an ellipse. The minor axis is desirably 200 nm or more and 50 μm or less.
このような構成により、開口長さが小さいほど面内のガス均一性が向上し、プラズマが均一になりやすい、又はアーク放電(火花)の発生を抑制しやすいといった利点がある。しかし、開口長さが小さすぎるとプラズマ源の作製時の加工が困難になるため、概ね200nm以上50μm以下が望ましい。 With such a configuration, there is an advantage that the smaller the opening length, the better the in-plane gas uniformity, and the more easily the plasma becomes uniform or the occurrence of arc discharge (spark) is more likely to be suppressed. However, if the opening length is too small, it is difficult to process the plasma source when it is manufactured. Therefore, it is preferably approximately 200 nm to 50 μm.
また、本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理装置において、好適には、第1のガス噴出口の開口長さは、第1のガス噴出口の開口形状が多角形の場合に、一辺もしくは対角線の1つ以上が、200nm以上50μm以下であることが望ましい。 In the plasma processing apparatus according to one aspect of the present invention, preferably, the opening length of the first gas ejection port is one side or a diagonal line when the opening shape of the first gas ejection port is a polygon. It is desirable that one or more of these be 200 nm or more and 50 μm or less.
このような構成により、開口長さが小さいほど面内のガス均一性が向上し、プラズマが均一になりやすい、又はアーク放電(火花)の発生を抑制しやすいといった利点がある。しかし、開口長さが小さすぎるとプラズマ源の作製時の加工が困難になるため、概ね200nm以上50μm以下が望ましい。 With such a configuration, there is an advantage that the smaller the opening length, the better the in-plane gas uniformity, and the more easily the plasma becomes uniform or the occurrence of arc discharge (spark) is more likely to be suppressed. However, if the opening length is too small, it is difficult to process the plasma source when it is manufactured. Therefore, it is preferably approximately 200 nm to 50 μm.
また、本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理装置において、好適には、第2のガス噴出口の開口長さは、第2のガス噴出口の開口形状が円もしくは楕円の場合に、直径もしくは短径が200nm以上50μm以下であることが望ましい。 Further, in the plasma processing apparatus according to one aspect of the present invention, preferably, the opening length of the second gas outlet is a diameter or a length when the opening shape of the second gas outlet is a circle or an ellipse. The minor axis is desirably 200 nm or more and 50 μm or less.
このような構成により、開口長さが小さいほど面内のガス均一性が向上し、プラズマが均一になりやすい、又はアーク放電(火花)の発生を抑制しやすいといった利点がある。しかし、開口長さが小さすぎるとプラズマ源の作製時の加工が困難になるため、概ね200nm以上50μm以下が望ましい。 With such a configuration, there is an advantage that the smaller the opening length, the better the in-plane gas uniformity, and the more easily the plasma becomes uniform or the occurrence of arc discharge (spark) is more likely to be suppressed. However, if the opening length is too small, it is difficult to process the plasma source when it is manufactured. Therefore, it is preferably approximately 200 nm to 50 μm.
また、本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理装置において、好適には、第2のガス噴出口の開口長さは、第2のガス噴出口の開口形状が多角形の場合に、一辺もしくは対角線の1つ以上が、200nm以上50μm以下であることが望ましい。 In the plasma processing apparatus according to one aspect of the present invention, preferably, the opening length of the second gas outlet is one side or a diagonal line when the opening shape of the second gas outlet is a polygon. It is desirable that one or more of these be 200 nm or more and 50 μm or less.
このような構成により、開口長さが小さいほど面内のガス均一性が向上し、プラズマが均一になりやすい、又はアーク放電(火花)の発生を抑制しやすいといった利点がある。しかし、開口長さが小さすぎるとプラズマ源の作製時の加工が困難になるため、概ね200nm以上50μm以下が望ましい。 With such a configuration, there is an advantage that the smaller the opening length, the better the in-plane gas uniformity, and the more easily the plasma becomes uniform or the occurrence of arc discharge (spark) is more likely to be suppressed. However, if the opening length is too small, it is difficult to process the plasma source when it is manufactured. Therefore, it is preferably approximately 200 nm to 50 μm.
本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理方法は、内部にガス流路と、電力の供給もしくは接地により電位制御できる電極を有するプラズマ源の、第1のガス噴出口の開口部を有する面を被処理物に対して概平行に配置させ、被処理物に対して第1のガス噴出口より第1のガスを噴出しつつ、プラズマ源、被処理物、あるいは被処理物の被処理面と表裏をなす面に配置した対向電極のいずれかに電力を供給し、プラズマ源と被処理物の被加工部の間に電位差を発生させることでプラズマを生成させるプラズマ処理方法であって、プラズマ処理工程もしくは、プラズマ処理工程の前後で、プラズマ源の被処理物の被加工部に最も近い面と被処理物の被加工部との間の隙間の距離を小さくすることを特徴としている。 A plasma processing method according to one aspect of the present invention includes a plasma source having a gas flow path and an electrode whose potential can be controlled by power supply or grounding, and a surface having an opening of a first gas outlet. The plasma source, the object to be processed, or the surface to be processed and the front and back of the object to be processed are ejected from the first gas outlet through the first gas outlet. A plasma processing method for generating plasma by supplying electric power to any of the counter electrodes arranged on a surface forming a plasma and generating a potential difference between a plasma source and a processing target portion of the processing object. Alternatively, before and after the plasma processing step, the gap distance between the surface of the workpiece of the plasma source closest to the workpiece and the workpiece of the workpiece is reduced.
このような構成により、プラズマ源と被処理物の底部のなす距離をほぼ一定に保つことが可能となり、所望の微細加工部分において、深さ方向のエッチングが停止しにくいプラズマ処理方法を実現できる。 With such a configuration, it is possible to keep the distance between the plasma source and the bottom of the object to be processed substantially constant, and it is possible to realize a plasma processing method in which etching in the depth direction is difficult to stop at a desired finely processed portion.
本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理方法は、内部にガス流路と、電力の供給もしくは接地により電位制御できる電極を有するプラズマ源の、第1のガス噴出口の開口部を有する面を被処理物に対して概平行に配置させ、被処理物に対して第1のガス噴出口より第1のガスを噴出しつつ、プラズマ源、被処理物、あるいは被処理物の被処理面と表裏をなす面に配置した対向電極のいずれかに電力を供給し、プラズマ源と被処理物の被加工部との間に電位差を発生させることでプラズマを生成させるプラズマ処理方法であって、第1のガス噴出口の開口部を有する面の断面積よりも被処理物の断面積が大きいことを特徴としている。 A plasma processing method according to one aspect of the present invention includes a plasma source having a gas flow path and an electrode whose potential can be controlled by power supply or grounding, and a surface having an opening of a first gas outlet. The plasma source, the object to be processed, or the surface to be processed and the front and back of the object to be processed are ejected from the first gas outlet through the first gas outlet. A plasma processing method for generating plasma by supplying electric power to any of the counter electrodes arranged on the surface forming the plasma and generating a potential difference between the plasma source and the processed portion of the processing object. The cross-sectional area of the workpiece is larger than the cross-sectional area of the surface having the opening of the gas jet port.
このような構成により、プラズマ源と被処理物の底部のなす距離をほぼ一定に保つことが可能となり、所望の微細加工部分において、深さ方向のエッチングが停止しにくいプラズマ処理方法を実現できる。 With such a configuration, it is possible to keep the distance between the plasma source and the bottom of the object to be processed substantially constant, and it is possible to realize a plasma processing method in which etching in the depth direction is difficult to stop at a desired finely processed portion.
本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理方法は、内部にガス流路と、電力の供給もしくは接地により電位制御できる電極を有するプラズマ源の、第1のガス噴出口の開口部を有する面を被処理物に対して概平行に配置させ、被処理物に対して第1のガス噴出口より第1のガスを噴出しつつ、プラズマ源、被処理物、あるいは被処理物の被処理面と表裏をなす面に配置した対向電極のいずれかに電力を供給し、プラズマ源と被処理物の被加工部の間に電位差を発生させることでプラズマを生成させるダイシング処理方法であって、プラズマ処理工程もしくは、プラズマ処理工程の前後で、プラズマ源の被処理物の被加工部に最も近い面と被処理物の被加工部との間の隙間の距離を小さくすることを特徴としている。 A plasma processing method according to one aspect of the present invention includes a plasma source having a gas flow path and an electrode whose potential can be controlled by power supply or grounding, and a surface having an opening of a first gas outlet. The plasma source, the object to be processed, or the surface to be processed and the front and back of the object to be processed are ejected from the first gas outlet through the first gas outlet. A dicing processing method for generating plasma by supplying electric power to any of the counter electrodes arranged on the surface forming the plasma and generating a potential difference between the plasma source and the processed portion of the processing object. Alternatively, before and after the plasma processing step, the gap distance between the surface of the workpiece of the plasma source closest to the workpiece and the workpiece of the workpiece is reduced.
このような構成により、プラズマ源と被処理物の底部のなす距離をほぼ一定に保つことが可能となり、所望の微細加工部分において、深さ方向のエッチングが停止しにくいプラズマ処理方法を実現できる。 With such a configuration, it is possible to keep the distance between the plasma source and the bottom of the object to be processed substantially constant, and it is possible to realize a plasma processing method in which etching in the depth direction is difficult to stop at a desired finely processed portion.
本発明の1つの態様にかかるプラズマ処理方法は、内部にガス流路と、電力の供給もしくは接地により電位制御できる電極を有するプラズマ源の、第1のガス噴出口の開口部を有する面を被処理物に対して概平行に配置させ、被処理物に対して第1のガス噴出口より第1のガスを噴出しつつ、プラズマ源、被処理物、あるいは被処理物の被処理面と表裏をなす面に配置した対向電極のいずれかに電力を供給し、プラズマ源と被処理物の被加工部の間に電位差を発生させることでプラズマを生成させるダイシング処理方法であって、
第1のガス噴出口の開口部を有する面の断面積よりも被処理物の断面積が大きいことを特徴としている。
A plasma processing method according to one aspect of the present invention includes a plasma source having a gas flow path and an electrode whose potential can be controlled by power supply or grounding, and a surface having an opening of a first gas outlet. The plasma source, the object to be processed, or the surface to be processed and the front and back of the object to be processed are ejected from the first gas outlet through the first gas outlet. A dicing process method for generating plasma by supplying electric power to any of the counter electrodes arranged on the surface that forms a plasma and generating a potential difference between the plasma source and the processed part of the processing object,
The cross-sectional area of the workpiece is larger than the cross-sectional area of the surface having the opening of the first gas ejection port.
このような構成により、プラズマ源と被処理物の底部のなす距離をほぼ一定に保つことが可能となり、所望の微細加工部分において、深さ方向のエッチングが停止しにくいプラズマ処理方法を実現できる。 With such a configuration, it is possible to keep the distance between the plasma source and the bottom of the object to be processed substantially constant, and it is possible to realize a plasma processing method in which etching in the depth direction is difficult to stop at a desired finely processed portion.
また、本発明の前記態様にかかるプラズマ処理方法によれば、好適には、第1のガス噴出口の開口部を有する面とは異なる位置に設けた第2のガス噴出口より、被処理物に対して第2のガスを噴出することが望ましい。 Moreover, according to the plasma processing method concerning the said aspect of this invention, Preferably, it is a to-be-processed object from the 2nd gas jet nozzle provided in the position different from the surface which has the opening part of a 1st gas jet nozzle. In contrast, it is desirable to eject the second gas.
このような構成により、被処理の側面部でのプラズマの生成を抑制でき、所望の微細加工部分において、垂直性の良好なエッチング形状を得やすいプラズマ処理方法を実現できる。 With such a configuration, it is possible to suppress the generation of plasma at the side portion to be processed, and it is possible to realize a plasma processing method that facilitates obtaining an etching shape with good verticality in a desired finely processed portion.
更に好適には、第1のガス噴出口の開口部を有する面とは異なる位置に設けた第2のガス噴出口より、被処理物に対して第2のガスを噴出し、被処理物の被加工面の側面部に所望の表面改質を施すことが望ましい。 More preferably, the second gas is ejected from the second gas jet port provided at a position different from the surface having the opening of the first gas jet port, Desirably, a desired surface modification is applied to the side surface of the work surface.
このような構成により、被処理物の側面部でのプラズマの生成を抑制することが可能となり、もしくはプラズマが生成しても被処理物の側面部でのエッチング速度を小さくすることが可能となり、所望の微細加工部分において、更に垂直性の良好なエッチング形状を得やすいプラズマ処理方法を実現できる。 With such a configuration, it becomes possible to suppress the generation of plasma on the side surface of the object to be processed, or it is possible to reduce the etching rate on the side surface of the object to be processed even if plasma is generated, It is possible to realize a plasma processing method that facilitates obtaining an etching shape with better verticality in a desired finely processed portion.
尚更に好適には、所望の表面改質とは、弗化、窒化及び酸化のいずれかであることが望ましい。 Even more preferably, the desired surface modification is any one of fluorination, nitridation and oxidation.
このような構成により、被処理物の側面部でのプラズマの生成を抑制することが可能となり、もしくはプラズマが生成しても被処理物の側面部でのエッチング速度を小さくすることが可能となり、所望の微細加工部分において、尚更に垂直性の良好なエッチング形状を得やすいプラズマ処理方法を実現できる。 With such a configuration, it becomes possible to suppress the generation of plasma on the side surface of the object to be processed, or it is possible to reduce the etching rate on the side surface of the object to be processed even if plasma is generated, It is possible to realize a plasma processing method in which it is easy to obtain an etching shape with still better verticality in a desired finely processed portion.
また、本発明の前記態様にかかるプラズマ処理方法によれば、好適には、第1のガスは、He、Ar、Kr、Ne、Xeを1種以上含み、且つこれら5種のガスの合計含有量が、分圧比で80%以上であることが望ましい。 In the plasma processing method according to the aspect of the present invention, preferably, the first gas contains one or more of He, Ar, Kr, Ne, and Xe, and the total content of these five gases. The amount is desirably 80% or more by partial pressure ratio.
このような構成により、アーク放電(火花)の発生を抑制でき、被処理物の底部を不必要に酸化することなくプラズマ処理することが可能となり、所望の微細加工部分において、深さ方向のエッチングが停止しにくいプラズマ処理方法を実現できる。 With such a configuration, generation of arc discharge (spark) can be suppressed, plasma processing can be performed without unnecessarily oxidizing the bottom of the object to be processed, and etching in the depth direction can be performed at a desired microfabricated portion. It is possible to realize a plasma processing method that is difficult to stop.
また、本発明の前記態様にかかるプラズマ処理方法によれば、好適には、第1のガスは、SF6、CF4などのCxFy(x及びyは自然数)、NF3、Cl2、HBr等のハロゲン含有ガス、N2、空気又はO2ガスを少なくとも1種類以上含むことが望ましい。 In the plasma processing method according to the aspect of the present invention, preferably, the first gas is CxFy such as SF 6 or CF 4 (x and y are natural numbers), NF 3 , Cl 2 , HBr, or the like. It is desirable to contain at least one kind of a halogen-containing gas, N 2 , air or O 2 gas.
このような構成により、処理速度が向上するといった利点がある。 Such a configuration has an advantage that the processing speed is improved.
また、本発明の前記態様にかかるプラズマ処理方法によれば、好適には、第2のガスは、SF6、CF4などのCxFy(x及びyは自然数)、NF3、弗素含有ガス、N2又はO2ガスの少なくとも1種類以上の合計含有量が、分圧比で90%以上であることが望ましい。 In the plasma processing method according to the aspect of the present invention, preferably, the second gas is CxFy (x and y are natural numbers) such as SF 6 and CF 4 , NF 3 , fluorine-containing gas, N It is desirable that the total content of at least one kind of 2 or O 2 gas is 90% or more in terms of partial pressure ratio.
このような構成により、被処理物の側面部でのプラズマの生成を抑制することが可能となり、もしくはプラズマが生成しても被処理物の側面部でのエッチング速度を小さくすることが可能となり、所望の微細加工部分において、尚更に垂直性の良好なエッチング形状を得やすいプラズマ処理方法を実現できる。 With such a configuration, it becomes possible to suppress the generation of plasma on the side surface of the object to be processed, or it is possible to reduce the etching rate on the side surface of the object to be processed even if plasma is generated, It is possible to realize a plasma processing method in which it is easy to obtain an etching shape with still better verticality in a desired finely processed portion.
また、本発明の前記態様にかかるプラズマ処理方法によれば、好適には、プラズマ処理は、被処理物をエッチング処理することが望ましい。 Moreover, according to the plasma processing method concerning the said aspect of this invention, it is desirable for a plasma processing to etch a to-be-processed object suitably.
エッチング処理の場合に格段の効果が期待できる。 A remarkable effect can be expected in the case of etching treatment.
また、本発明の前記態様にかかるプラズマ処理方法によれば、好適には、プラズマ処理は、大気圧近傍又は、それ以上の圧力で処理することが望ましい。 In addition, according to the plasma processing method of the aspect of the present invention, it is preferable that the plasma processing is performed at a pressure near or higher than atmospheric pressure.
このような構成により、真空搬送等の動作を省くことができタクトタイム向上、装置コスト削減等の様々な利点がある。 With such a configuration, operations such as vacuum conveyance can be omitted, and there are various advantages such as improved tact time and reduced apparatus cost.
また、本発明の前記態様にかかるプラズマ処理方法によれば、好適には、プラズマの形態が、電流電圧特性において、所謂グロー放電であることが望ましい。 Further, according to the plasma processing method according to the aspect of the present invention, it is preferable that the plasma form is so-called glow discharge in terms of current-voltage characteristics.
このような構成により、ある程度の処理速度を確保しながら、ガス温度の上昇を抑制できることで、被処理物に熱的なダメージを与えることなくプラズマ処理を持続できるといった利点がある。 With such a configuration, an increase in gas temperature can be suppressed while securing a certain processing speed, so that there is an advantage that plasma processing can be continued without causing thermal damage to the object to be processed.
以上のように、本発明のプラズマ処理装置及び方法によれば、数百nm〜数百μmオーダーの深さの所望の微細加工部分において、垂直性の良好なエッチング形状が得られ、且つ深さ方向へのエッチングを停止させることなく、プラズマ処理することができる。 As described above, according to the plasma processing apparatus and method of the present invention, an etching shape with good perpendicularity can be obtained in a desired microfabricated portion having a depth of the order of several hundred nm to several hundred μm, and the depth can be obtained. Plasma processing can be performed without stopping etching in the direction.
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図8を参照して説明する。図1及び図2A〜図2Cは本発明のプラズマ源100を搭載したプラズマ処理装置の外観構成図を示す。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2A to 2C are external configuration diagrams of a plasma processing apparatus equipped with the
図1よりプラズマ処理装置のプラズマ源100は、例えばそれぞれの平面が正方形の3つの積層部材1、2及び3、第1ガス配管4a、第2ガス配管4b、給水管5a、排水管5b、導線6、4本の絶縁管7で構成しており、導線6及び4本の絶縁管7は接着剤8によって第3積層部材3に接続させている。
As shown in FIG. 1, the
このように、プラズマ処理装置は、3つの積層部材すなわち第1、第2、第3積層部材1、2及び3で主に構成され、その形状はy方向に凸形状をなしており、凸形状の先端部分すなわち第1積層部材1である凸部の先端面と被処理物15との距離が、被処理物15に対向するプラズマ源100の様々な部分と被処理物15との間の距離のうち、最も小さくなるように設計されている。また、図2A〜図2Cは図1の上側から見た拡大平面図を示しており、この図2AのAA−AA平面における断面図を図3に示す。
As described above, the plasma processing apparatus is mainly composed of three laminated members, that is, the first, second, and third
図3は、図1と同様に、3つの積層部材すなわち第1、第2、第3積層部材1、2及び3と、第1ガス配管4a、第2ガス配管4b、給水管5a、排水管5b、導線6、4本の絶縁管7が示されている。第2、第3積層部材2、3の内部にそれぞれ形成した第1ガス流路9を互いに連結し、かつ、第1、第2、第3積層部材1、2、3の内部にそれぞれ形成した第11ガス流路10も互いに連結するように、第1、第2、第3積層部材1、2及び3を接続している。また第1ガス配管4a及び第2ガス配管4bは、絶縁管7と絶縁管7をそれぞれ介して、第3積層部材3の第1ガス流路9と第11ガス流路10とにそれぞれ接続している。また、給水管5a及び排水管5bは、絶縁管7と絶縁管7をそれぞれ介して、第3積層部材3に形成された水路11a、11bとそれぞれ連結するように第3積層部材3と接続している。また、水路11aと11bは第3積層部材3の内部で連結している。なお、第1ガス配管4a、第2ガス配管4b、給水管5a及び排水管5bのそれぞれの外径Φは例えば1/16インチである。
FIG. 3 shows three laminated members, that is, first, second, and third
次に図4は、第1積層部材1の断面図を示す。図2B及び図2Cには、第1積層部材1と第2積層部材2の拡大平面図、第1積層部材1の拡大平面図をそれぞれ示す。図4の第1積層部材1は、第1層1aと、第2層1bと、第3層1cと、第4層1dとより構成される4層構造となっており、第1層1aの被処理物15と対向する面すなわち第1ガス噴出面1a−1には、第1層1aを貫通するように、第1ガス噴出口12aを数十個、好ましくは均等に設けて、第1ガス噴出面1a−1において第1ガスを均一に噴出できるようにしている。また、第2層1bには、全ての第1ガス噴出口12aと連通する第1バッファー層13a−aと、第1バッファー層13a−aに全て連通しかつ複数個の貫通した第2ガス流路9a−aを設けている。また、第3層1cには、全ての第2ガス流路9a−aに連通した第2バッファー層13a−bと、第2バッファー層13a−bに全て連通しかつ複数個の貫通した第3ガス流路9a−bを設けている。また、第4層1dには、全ての第3ガス流路9a−bに連通した第3バッファー層13a−cを設けている。なお、一例として、図4における第1層1aと第2層1bと第3層1cと第4層1dのx方向の長さ(平面形状が正方形の第1積層部材1の一辺の長さ)Aは800μm、長さ(第1積層部材1の第1ガス噴出口12aが形成される正方形の領域の一辺の長さ)Bは700μm、長さ(第1積層部材1の平面形状が正方形のバッファー層13a−cの一辺の長さ)Cは400μmとし、第1層1aのy方向の厚さDは50μm、第2層1bのy方向の厚さEは80μm、第3層1cのy方向の厚さFは100μm、第4層1dのy方向の厚さGは370μm、第1バッファー層13a−aの厚さHは50μm、第2バッファー層13a−bの厚さIは50μmとした。また、一例として、層1a、1b、1cと1dにはSiを用いた。また、一例として、第1ガス噴出口12aの各開口径はΦ30μmとした。
Next, FIG. 4 shows a cross-sectional view of the first
なお、前記凸部以外の前記プラズマ源100の前記被処理物15に対向する面には、前記第1ガス噴出口の開口部は無い。また、後述するように、前記凸部のみが、前記被処理物15の数百nm〜数百μmオーダーの深さの微細加工部分内に挿入可能であり、かつ、凸部の高さは、被処理物15の加工深さよりも大きくしている。 ここで、凸部の高さは、被処理物15の所望の加工深さ(加工後の加工深さ)よりも大きくなければならない。つまり、被処理物15の所望の加工深さをYとした場合、凸部の高さNN(図4ではNN=D+E+F+G)との間に、NN≧Y+100μmが成り立つのが望ましい。ここで、100μmとしたのは、後述する第2ガス噴出口12bの形成面と被処理物15の被加工部との間の隙間の距離が100μmより小さいと、第2積層部材2の第2ガス噴出口12bが形成された面と被処理物15の所望の被加工部の近傍部分との間に形成される空間が非常に小さくなり、所望の被加工部の付近へ第2ガスが十分に到達しがたくなるためである。また、第1積層部材1が2層以上の積層構造であるため、第1積層部材1で構成される凸部の高さNNは概ね100μm以上であることが好ましい。これは、第1積層部材1のそれぞれの層を構成する材料にSiを用いる場合、それぞれの層を構成するSi基板をチップサイズにダイシングする、あるいはそれぞれの層を構成するチップ同士を貼り合わせることによって第1積層部材1を構成するためには、1枚のSiの層の厚みを概ね50μm以上とすることが望ましいからである。
In addition, there is no opening part of the said 1st gas ejection port in the surface which opposes the said to-
なお、図4で示したように、第1ガス噴出口12aの各開口断面積を、その断面積と平行となる第1バッファー層13a−aの空間断面積よりも小さくすることで、第1ガス噴出口12aの開口部を含む第1ガス噴出面1a−1内における噴出されるガスの流量均一性を向上させる構成となっている。実際には、一例として、第1ガス噴出口12aの開口断面積を(半径15μmの円であるため)706μm2とし、この断面積と平行となる第1バッファー層13a−aの空間断面積を(一辺が750μmの正方形であるため)、562500μm2とした。
In addition, as shown in FIG. 4, each opening cross-sectional area of the 1st
なお、第1、第2バッファー層13a−a、13a−bと第1ガス噴出口12aの直径との関係について、第1、第2バッファー層13a−a、13a−bの被処理物15にガスを噴出させるべく方向に対して平行な面内の高さPP(図4ではx−y面に平行な面内の高さである、H及びI)と、第1ガス噴出口12aの開口径QQ(図示せず)の間に、概ねPP/QQ<1が成り立つことが望ましい。このような設計により、第1、第2バッファー層13a−a、13a−b内に導入されたガスが第1、第2バッファー層13a−a、13a−b内の全体に十分に行き渡ることが可能となるため、各第1ガス噴出口12aから噴出するガスの流量を等しくでき、面内でより均一にガスを供給することができる。
Note that the relationship between the first and second buffer layers 13a-a and 13a-b and the diameter of the
次に、図5は、第2積層部材2の断面図を示す。図5では、第2積層部材2が、層2aと2bとより構成される2層構造となっている。層2aには、第1積層部材1の第3バッファー層13a−cに連通可能な第4バッファー層13b−aと連続して第4ガス流路9b−aを中央部に設けているとともに、第5バッファー層13b−bと連続して第2ガス噴出口12bを、第4ガス流路9b−aの周囲に設けている。一例として、図2Bに示されるように、第2ガス噴出口12bは、第1積層部材1の周囲に均等に一列に四角枠形状に配置され、第1積層部材1の全ての側面を囲みかつ第1積層部材1の第1ガス噴出口12aの開口部を有する第1ガス噴出面1a−1の周囲に到達する、大略四角筒状に第2ガスを噴出できるようにしている。また、層2bには、第4ガス流路9b−aに連通可能な第5ガス流路9b−bと、第12ガス流路10b−aを設けている。なお、一例として、前記2つの層2a、2bより構成される第2積層部材2のx方向の長さJは2.5mm、第4バッファー層13b−aのx方向の長さKは300μmとし、各層2a、2bのy方向の厚さLとMは共に100μmとした。また、一例として、層2a、2bにはSiを用いた。また、一例として、第2ガス噴出口12bの各開口径はΦ30μmとした。
Next, FIG. 5 shows a cross-sectional view of the second
なお、第2ガス流路9a−aと第3ガス流路9a−bと第4ガス流路9b−aと第5ガス流路9b−bとにより、前記第1ガス流路9を構成している。また、第12ガス流路10b−aと第13ガス流路10c−aと第14ガス流路10c−bとにより、前記第11ガス流路10を構成している。
The
次に、図6は、第3積層部材3の断面図を示す。図6の第3積層部材3は、層3aと層3bとより構成される2層構造となっている。層3aには、第5ガス流路9b−bに連通可能な第6ガス流路9c−aと、第12ガス流路10b−aと連通可能な第13ガス流路10c−aと、第2積層部材側には開口されていない水路11aと11bを形成している。また、層3bには、第6ガス流路9c−aに連通可能な第7ガス流路9c−bと、第13ガス流路10c−aに連通可能な第14ガス流路10c−bと、水路11aに連続した給水路14aと、水路11bに連続した排水路14bを設けている。なお、一例として、第3積層部材3のx方向の長さNは10mmとし、各層3aと3bのy方向の厚さOとPは共に760μm、水路11a、11bのy方向の厚さQは500μmとした。また、一例として、層3a、3bにはSiを用いた。
Next, FIG. 6 shows a cross-sectional view of the third
なお、前記したプラズマ処理装置のプラズマ源100の形成において、一例として、各層の接合には常温接合技術を用いた。ここでいう常温接合技術とは、接合させる材料として例えばSiを用い、Siの接合面(すなわち、接合すべき2つの層の対向する接合面のそれぞれ)に対して減圧プラズマ処理を施した後、減圧下のままで、Siのプラズマ処理を施した接合面同士を接触させ、接合面同士が当るように、機械的に応力を加えることで接合させる技術である。
In the formation of the
また、層1a、1b、1c、1d、2a、2b、3a及び3bで用いたSiは、ある程度の導電性を確保するために、体積抵抗率が10-2Ω・cmのSiを用いている。体積抵抗率が10-2Ω・cmよりも大きいと、熱による消費が大きくなり、効率が悪くなるとともに、Siの温度が著しく上昇し、接合面が剥離するといった問題が生じる可能性がある。
Further, Si used in the
また、前記したプラズマ源100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。特に、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、特に好ましい。
The
図7Aは、前記プラズマ源100を備えるプラズマ処理装置の全体を示しており、図7Bは、プラズマ源100の拡大断面図である。プラズマ処理装置は、前記プラズマ源100の他に、第1ガス供給装置16aと、第2ガス供給装置16bと、高周波電源17と、恒温水循環装置18と、電極間隙間調整機構120と、制御装置110とを備えている。
FIG. 7A shows the entire plasma processing apparatus including the
前記第1ガス供給装置16aは、第1ガス配管4aに接続され、第1ガス供給装置16aから第1ガス配管4aを介して、不活性ガスの一例としてのHeと、反応性ガスの一例としてのCF4とを放電用ガス(第1ガス)の一例として前記第1ガス流路9に供給可能としている。
The first
前記第2ガス供給装置16bは、第2ガス配管4bに接続され、第2ガス供給装置16bから第2ガス配管4bを介して、放電抑制用ガス(第2ガス)の一例としてのO2を前記第11ガス流路10に供給可能としている。
The second
前記高周波電源17は導線6と接続されて、前記プラズマ源100に高周波電力を供給する。
The high
前記恒温水循環装置18は、給水管5a及び排水管5bに接続されて、給水管5a及び排水管5bを通って、第3積層部材3内に対して冷却水を給排水できるようにしている。
The constant-temperature
前記電極間隙間調整機構120は、プラズマ源100を被処理物15に対して接離方向(y方向)に移動可能に(好ましくは、前記接離方向(y方向)と前記接離方向と互いに直交する方向(x方向)との2方向にも移動可能に)支持し、プラズマ源100の先端面(第1積層部材1の第1ガス噴出口12aの開口部を有する第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15とのなす距離を所定値又は許容範囲内に調整することができる。
The inter-electrode
前記制御装置110は、前記プラズマ源100によるプラズマ処理を行うために、第1ガス供給装置16aと第2ガス供給装置16bと高周波電源17と恒温水循環装置18と電極間隙間調整機構120とをそれぞれ動作制御する。
The
電極間隙間調整機構120は、制御装置110と協働して電極間隙間調整装置20を構成しており、電極間隙間調整装置20の具体的な例としては、以下のような構造の電極間隙間調整装置20Aとすることができる。
The inter-electrode
図7Eに示されるように、プラズマ源100は、一対のバー123cと一対のバー123cの両端をそれぞれ固定するステージ123dとより構成される冶具123aに固定され、例えば、冶具123aのステージ123dを、制御装置110により動作制御される一対の1軸アクチュエーター123b(具体例としては一対のモーター)とそれぞれ接続し、制御装置110により一対の1軸アクチュエーター123bを同期して駆動することにより、プラズマ源100をy軸方向に移動することができる。さらに、一対の1軸アクチュエーター123bの上端は、基台122に固定され、基台122と接続しかつ制御装置110により動作制御されるx−zステージ121により、一対の1軸アクチュエーター123bと共にプラズマ源100は、x−z平面内を移動することができる。
As shown in FIG. 7E, the
冶具123aの下側のバー123cには、例えば、測長レーザー124が2つ以上固定されており、制御装置110による動作制御の下で、プラズマ源100と、対向電極125上に載置された被処理物15との為す距離Rを、適時、測定し、測定結果を制御装置110に入力することができる。
For example, two or more
測長レーザー124にて隙間(プラズマ源100の先端面(被処理物15の被加工部に最も近い面)と被処理物15の被加工部との為す距離R)を測定し、その値を測定結果として制御装置110にフィードバックし、制御装置110により、一対の1軸アクチュエーター123bの移動距離を算出し、一対の1軸アクチュエーター123bを駆動制御することで、常に最適な隙間を保持することができる。
A gap (a distance R between the tip surface of the plasma source 100 (the surface closest to the processed portion of the workpiece 15) and the processed portion of the workpiece 15) is measured by the
このように、一対の1軸アクチュエーター123bと、冶具123a(一対のバー123cとステージ123d)と、基台122と、x−zステージ121と、測長レーザー124とより、電極間隙間調整機構120を構成して、予め制御装置110に入力された加工処理情報と測長レーザー124からの入力などに基づき制御装置110により一対の1軸アクチュエーター123bとx−zステージ121とを制御することにより、前記電極間隙間調整装置20Aを構成することができる。
As described above, the inter-electrode
本発明は、前記電極間隙間調整装置20Aの構成に限定されるものではなく、図7Fに示すような電極間隙間調整装置20Bでもよい。
The present invention is not limited to the configuration of the interelectrode
図7Fに示す電極間隙間調整装置20Bは、被処理物15として、透明基板(主に赤外線波長領域を透過させる基板)を使用する場合に対して有効な例である。
The inter-electrode
対向電極125には石英などの透明な材料を用い、(i)対向電極125は接地電位にせず浮遊電位とする、(ii)対向電極125の表面にITOなどの透明導電膜を成膜した石英を用いて接地電位とする、のいずれかの状態とする。
The
対向電極125の裏面には少なくとも2つの測長レーザー124Aを、制御装置110により動作制御される下側x−zステージ121Aに固定し、制御装置110の制御により、プラズマ源100の上側に配置された上側x−zステージ121と同期して又は上側x−zステージ121とは独立的に、2つの測長レーザー124Aとともに下側x−zステージ121Aをx−z平面内を移動することができる。そして、制御装置110による動作制御の下で、プラズマ源100と測長レーザー124Aの為す距離を、適時、測定し、測定結果を制御装置110に入力することができる。また、被処理物15の被加工部の底部と測長レーザー124Aの為す距離を測定し、測定結果を制御装置110に入力することも可能であり、加工深さの計測及び被加工部の底部とプラズマ源100の為す距離を計測し、測定結果を制御装置110に入力することが可能である。
At least two
測定した数値を測定結果として制御装置110にフィードバックし、制御装置110により、一対の1軸アクチュエーター123bを、その都度、駆動制御することで、プラズマ処理しつつ、加工の進行を考慮した最適な隙間(プラズマ源100の先端面(被処理物15の被加工部に最も近い面)と被処理物15の被加工部の為す距離R)に保持することが可能である。
The measured numerical value is fed back to the
このように、測長レーザー124Aと、下側x−zステージ121Aと、上側x−zステージ121と、冶具123a(一対のバー123cとステージ123d)と、一対の1軸アクチュエーター123bと、基台122とより、電極間隙間調整機構120を構成して、予め制御装置110に入力された加工処理情報と測長レーザー124Aからの入力などに基づき制御装置110により一対の1軸アクチュエーター123bと上側x−zステージ121と下側x−zステージ121Aとを制御することにより、前記電極間隙間調整装置20Bを構成することができる。
Thus, the
さらに、本発明は、前記電極間隙間調整装置20A及び20Bの構成に限定されるものではなく、図7Gに示すような電極間隙間調整装置20Cでもよい。
Furthermore, the present invention is not limited to the configuration of the interelectrode
図7Gに示すように、制御装置110により、放電OFF時に、一対の1軸アクチュエーター123bを動作させ、プラズマ源100の凸部の先端と被処理物15の被加工部の底部に接触させて、プラズマ源100の凸部の先端が被加工部の底部に接触した時点での位置情報を取得する。制御装置110により、この動作を適当な時間毎に繰り返すことで、接触による位置情報から、特定の時間範囲における、プラズマ処理によって進行した加工深さを計測することができる。
As shown in FIG. 7G, the
プラズマ源100の凸部の先端と被処理物15の被加工部の底部が接触したかどうかは、以下の2通りの方法で計測判断できる。(i)測長レーザー124によりプラズマ源100の凸部の先端と被処理物15との為す距離を計測しつつ、一定速度で一対の1軸アクチュエーター123bを動作させる。プラズマ源100の凸部の先端と被処理物15とが接触すると、測長レーザー124によって測定している距離の変化が0になる。(ii)プラズマ源100を移動させる駆動装置の例として一対の1軸アクチュエーター123bを用いているが、一対の1軸アクチュエーター123bの具体的な例としての一対のモーターのそれぞれにかかる負荷荷重を計測しつつ、プラズマ源100を動作させる場合、プラズマ源100の凸部の先端と被処理物15とが接触すると、負荷荷重が急激に上昇する。
Whether or not the tip of the convex portion of the
制御装置110による上側x−zステージ121と一対の1軸アクチュエーター123bと高周波電源17と電極間隙間調整装置20Cなどの動作制御により、プラズマ処理→プラズマ処理停止→接触による隙間(プラズマ源100の先端面である第1ガス噴射面1a−1と被処理物15の被加工部との為す距離R)の測定→最適隙間調整→プラズマ処理停止、を繰り返すことで一定時間毎に最適な隙間を調整することができる。
By controlling the operation of the
この図7Gの電極間隙間調整装置20Cを実際に使用する場合、制御装置110の演算部110aにより、加工に要するトータルの時間(エッチングレートから算出)を予め演算して想定しておき、そのトータルの時間の概ね1/5〜1/10に相当する時間毎に、制御装置110により、プラズマ処理を停止し、接触による距離計測を実施することが好ましい。従って、第1実施形態と同条件でプラズマ処理する場合、70s〜140s毎に接触による距離計測を実施することが好ましい。距離測定を実施する時間が前記加工に要するトータルの時間の1/5に相当する時間よりも長い時間であると、加工の進行に伴って隙間が大きくなることによる加工速度の低下を招き、加工に要するトータルの時間が長くなってしまう。また、距離測定を実施する時間が前記加工に要するトータルの時間の1/10に相当する時間よりも短い時間であると、プラズマ処理を停止する時間が長くなり、加工に要するトータルの時間が長くなってしまう。
When the inter-electrode gap adjusting device 20C of FIG. 7G is actually used, a total time required for processing (calculated from the etching rate) is calculated in advance by the
このように、一対の1軸アクチュエーター123bと、冶具123a(一対のバー123cとステージ123d)と、基台122と、x−zステージ121と、測長レーザー124とより、電極間隙間調整機構120を構成して、予め制御装置110に入力された加工処理情報と測長レーザー124からの入力などに基づき制御装置110により一対の1軸アクチュエーター123bとx−zステージ121とを制御することにより、前記電極間隙間調整装置20Cを構成することができる。
As described above, the inter-electrode
ここでは、一例として、前記のプラズマ源100を用い、被処理物15としてSi基板を処理した際の模式図を図7C〜図7Dに示す。この図7C〜図7Dのように、例えば、前記第1ガス供給装置16aより、第1ガス配管4aを介して、不活性ガスの一例としてのHeと反応性ガスの一例としてのCF4とを0.5sccmで前記第1ガス流路9(図3参照)に第1ガスの一例として供給し、第1ガス噴出面の第1ガス噴出口12aから第1ガスを噴射させつつ、且つ、第2ガス供給装置16bより、第2ガス配管4bを介して、放電抑制ガスの一例としてのO2を前記第11ガス流路10(図3参照)に第2ガスの一例として供給し、第2ガス噴出口12aから、凸部の周囲を通って第1ガス噴出面1a−1と被処理物15の被加工部との隙間の空間の周囲に向けて噴出させつつ、高周波電源17よりプラズマ源100に高周波電力を供給することで、図7Cに示されるように、プラズマ処理装置のプラズマ源100の第1ガス噴出面1a−1と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間にプラズマ101を発生させることが可能である。なおこの時、プラズマ源100を冷却するために、恒温水循環装置18より給水管5a及び排水管5bを通って、冷却水をプラズマ源100に給排水できる。
Here, as an example, FIGS. 7C to 7D are schematic views when a Si substrate is processed as the
また、図7Bの拡大図で示したように、第1積層部材1の第1ガス噴出口12aの開口部を有する第1ガス噴出面1a−1、つまり被処理物15とのなす距離が最も近づく面には、一例として、厚さ5μm程度のSiOxからなる絶縁層19を設けている。
Further, as shown in the enlarged view of FIG. 7B, the distance formed between the first
ここで、絶縁層19を設ける理由としては、以下の通りである。大気圧プラズマは、減圧下で生成するプラズマと比較して、放電開始電圧が高く、アーク放電に移行しやすいという特徴がある。一般的にアーク放電への移行を抑制するために、プラズマに晒される電極表面に絶縁層を設ける場合が多く、この実施形態では、凸部のガス噴出口12aを有する第1ガス噴出面1a−1に絶縁層19の一例としてSiO2膜を設けている。ただし、反応ガスとして使用するガスに対する耐性(エッチング耐性)、下地との密着性及び成膜しやすさの点から、電極表面に金属膜を設ける場合もある。
Here, the reason why the insulating
また、前記電極間隙間調整装置20により、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15とのなす距離を所望の距離又は許容範囲内に調整することができる。
Further, the inter-electrode
このようなプラズマ処理装置を用いて、まず、一例として、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間の距離Rを電極間隙間調整装置20により300μmに調整又は100μm〜1000μmの間の任意の値に調整し、第1ガス供給装置16aより10sccmのHeと0.5sccmのCF4を前記第1ガス流路9に第1ガスの一例として供給し、第1ガス噴出面の第1ガス噴出口12aから第1ガスを噴射させつつ、且つ、第2ガス供給装置16bより30sccmのO2を前記第11ガス流路10に第2ガスの一例として供給し、第2ガス噴出口12aから、凸部の周囲を通って第1ガス噴出面1a−1と被処理物15の被加工部との隙間の空間の周囲に向けて噴出させつつ、高周波電源17より12Wの高周波電力をプラズマ源100に供給して、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間にプラズマ101を発生させ、700s間のプラズマ処理をSi基板の被加工部に対して施して、被加工部にエッチング溝部15aを形成した。またこのとき同時に、一例として、プラズマ処理装置のプラズマ源100を60μm/minの速度で、図7Aのy方向(図7C及び図7Dの下方向)へ前記電極間隙間調整装置20により移動させた。
Using such a plasma processing apparatus, first, as an example, the front end surface of the
なお、隙間の距離Rの下限値を100μmとしたのは、この値より小さいと、プラズマ密度が極端に小さくなるためであり、上限値を1000μmとしたのは、この値より大きいと、プラズマが生成しがたくなるためである。 The reason why the lower limit of the gap distance R is set to 100 μm is that the plasma density becomes extremely small when the value is smaller than this value, and the upper limit is set to 1000 μm when the value is larger than this value. This is because it is difficult to generate.
この第1実施形態におけるSi基板の被処理物15のエッチング形状の一例を図8に示す。
An example of the etching shape of the
図10より、一例として、被加工部であるエッチング溝部15aのエッチング深さY=663μm、エッチング溝部15aの上端部の線幅X1=1075μm、エッチング溝部15aの底部の線幅X2=868μmであるため、エッチング溝部15aの形状の垂直性を表す角度αは75.4°であった(図8の横軸と縦軸はオーダーが違うことに注意)。これより、数百μmオーダーの深さの微細加工において、エッチング溝部15aのエッチング形状の垂直性が向上し、且つ処理途中でエッチングが停止することなく、プラズマ処理することができた。
From FIG. 10, for example, the etching depth Y = 663 μm of the
このように垂直性の向上及びエッチング停止の回避を実現できた理由は以下の3つであると考えられる。 Thus, it is considered that there are the following three reasons why the verticality can be improved and the etching stop can be avoided.
1つ目は、プラズマ源100の前記被処理物15に対向する面の一部に凸部(第1積層部材1)を有し、前記凸部には、前記プラズマ源100の前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1が形成され、かつ、前記凸部は、前記被処理物15の被加工部、例えば、微細加工部内に挿入可能な程度に微小な大きさとなっているため、エッチングの進行に伴って被処理物15の微細加工部の底部の位置が変わっても、電極間隙間調整装置20により前記凸部を微細加工部内に挿入すれば、被処理物15とプラズマ処理装置のプラズマ源100とのなす距離Rを、ある程度、一定範囲内(許容範囲内)に保つことができるからである。被処理物15とプラズマ処理装置のプラズマ源100とのなす距離Rが許容範囲内より外れて大きくなると、放電開始電圧が高くなり、パッシェンの法則で説明されるように、プラズマの生成維持が困難になり、エッチングレートの停止を招く。
The first one has a convex portion (first laminated member 1) on a part of the surface of the
2つ目は、プラズマ処理装置のプラズマ源100の被処理物15と対向する面が凸形状をなして凸部を構成し、かつ、その凸部の被処理物15側の面である第1ガス噴出面1a−1にのみ第1ガス噴出口12aを有するようにしたからである。これにより、プラズマ処理装置のプラズマ源100の凸部の先端部分と被処理物15の被加工部との間にのみプラズマを発生させることができ、被処理物15のエッチング溝部15aの側壁を必要以上にエッチングすることを回避できる。
Second, the surface of the
3つ目に、第2ガス噴出口12bが、第1積層部材1の周囲の第2積層部材2に均等に一列に四角枠形状に配置され、プラズマ処理装置のプラズマ源100の凸部の全側面に沿って大略四角筒状に第2ガスを供給するからである。これにより、被処理物15のエッチング溝部15aの側壁でのプラズマの発生を回避でき、またエッチング溝部15aの側壁でプラズマが発生してもO2ガスの存在により、エッチングにより前記側壁のSiが除去される速度よりも、Siを酸化する速度の方を大きくすることができる。
Thirdly, the second
以上、前記第1実施形態によれば、微細加工部内に挿入可能な程度に微小な大きさの凸部をプラズマ源100に備えて、エッチングの進行に伴って被処理物15の微細加工部の底部の位置が変わっても、電極間隙間調整装置20により前記凸部を微細加工部内に挿入するように構成することにより、プラズマ源100と被処理物15の底部のなす距離をほぼ一定に保つことが可能となり、所望の微細加工部において、深さ方向のエッチングが停止しにくいプラズマ処理装置及び方法を実現することができる。よって、数百nm〜数百μmオーダーの深さの所望の微細加工部分において、垂直性の良好なエッチング形状が得られ、且つ深さ方向へのエッチングを停止させることなく、プラズマ処理することができる。
As described above, according to the first embodiment, the
また、第1ガス噴出口12aの各開口断面積を、その断面積と平行となる第1バッファー層13a−aの空間断面積よりも小さくしたので、第1ガス噴出口12aを有する第1ガス噴出面1a−1内でのガス噴出をより均一にすることが可能となり、第1ガス噴出面1a−1内で均一なプラズマを発生させることが可能となる。この結果、被処理物15の底部で不必要にテーパ形状を形成することなくプラズマ処理することができるため、数百nm〜数百μmオーダーの深さの所望の微細加工部分において、垂直性の良好なエッチング形状が得られ、且つ深さ方向へのエッチングを停止させることなく、プラズマ処理することができる。
Moreover, since each opening cross-sectional area of the 1st gas ejection opening 12a was made smaller than the space cross-sectional area of
(第2実施形態)
以下、本発明の第2実施形態について、図9A〜図10を参照して説明する。なお、プラズマ処理装置の構成は基本的に図1〜図6と同等であるため、ここでは第1実施形態で用いたプラズマ処理装置との相違点についてのみ述べる。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9A to 10. Since the configuration of the plasma processing apparatus is basically the same as that shown in FIGS. 1 to 6, only differences from the plasma processing apparatus used in the first embodiment will be described here.
第1実施形態との相違点は、第1積層部材1の第1ガス噴出口12aの開口部を有する第1ガス噴出面1a−1に設けた層を、絶縁層19から導体層21に変更した点である。
The difference from the first embodiment is that the layer provided on the first
図9Aは、前記プラズマ処理装置を用い、被処理物15として用いたSi基板を処理した際の模式図を示す。この図9Aのように、例えば、第1ガス供給装置16aより、第1ガス配管4aを介して、不活性ガスの一例としてのHeと反応性ガスの一例としてのCF4を0.5sccmで前記第1ガス流路9(図3参照)に放電用ガスすなわち第1ガスの一例として供給し、第1ガス噴出面の第1ガス噴出口12aから第1ガスを噴射させつつ、且つ、第2ガス供給装置16bより第2ガス配管4bを介して、放電抑制用ガスすなわち第2ガスの一例としてのO2を、前記第11ガス流路10(図3参照)に供給し、第2ガス噴出口12aから、凸部の周囲を通って第1ガス噴出面1a−1と被処理物15の被加工部との隙間の空間の周囲に向けて噴出させつつ、高周波電源17より高周波電力をプラズマ源100に供給することで、プラズマ処理装置のプラズマ源100と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間にプラズマ(図7C〜図7Dの101参照)を発生させることが可能である。
FIG. 9A is a schematic diagram when the Si substrate used as the
なおこの時、プラズマ源100を冷却するために、恒温水循環装置18より給水管5a及び排水管5bを通って、冷却水をプラズマ源100に給排水できる。
At this time, in order to cool the
また、図9Bの拡大図で示したように、第1積層部材1の第1ガス噴出口12aの開口部を有する第1ガス噴出面1a−1、つまり被処理物15とのなす距離が最も近づく面には、一例として、厚さ1μm程度のNiからなる導体層21を設けている。このように、第1実施形態のプラズマ源100の絶縁層に代えて、この第2実施形態のプラズマ源100において導体層21を設ける理由は、反応ガスとして使用するガスに対する耐性(エッチング耐性)、下地との密着性及び成膜しやすさの点を考慮して、電極表面に金属膜の一例として導体層21を設けるものである。
Further, as shown in the enlarged view of FIG. 9B, the distance formed between the first
このようなプラズマ処理装置を用いて、まず、一例として、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間の距離Rを電極間隙間調整装置20により300μmとし、第1ガス供給装置16aより10sccmのHeと、0.5sccmのCF4を前記第1ガス流路9に第1ガス(放電用ガス)の一例として供給し、第1ガス噴出面の第1ガス噴出口12aから第1ガスを噴射させつつ、且つ、第2ガス供給装置16bより30sccmのO2を前記第11ガス流路10に第2ガス(放電抑制用ガス)の一例として供給し、第2ガス噴出口12aから、凸部の周囲を通って第1ガス噴出面1a−1と被処理物15の被加工部との隙間の空間の周囲に向けて噴出させつつ、高周波電源17より12Wの高周波電力をプラズマ源100に供給して、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間にプラズマを発生させ、被処理物15として用いたSi基板の被加工部に対して700s間のプラズマ処理を施して、被加工部にエッチング溝部15aを形成した。またこのとき同時に、一例として、プラズマ処理装置のプラズマ源100を60μm/minの速度で、図9Aのy方向へ前記電極間隙間調整装置20により移動させた。この第2実施形態におけるSi基板の被処理物15の被加工部のエッチング形状の一例をまとめたものを図10に示す。
Using such a plasma processing apparatus, first, as an example, the front end surface of the
図10より、一例として、被加工部であるエッチング溝部15aのエッチング深さY=688μm、エッチング溝部15aの上端部の線幅X1=1120μm、エッチング溝部15aの底部の線幅X2=890μmであるため、エッチング溝部15aの形状の垂直性を表す角度αは74.4°であった。これより、数百μmオーダーの深さの微細加工において、エッチング溝部15aのエッチング形状の垂直性が向上し、且つ処理途中でエッチングが停止することなく、プラズマ処理することができた。
From FIG. 10, for example, the etching depth Y = 688 μm of the
このように垂直性の向上及びエッチング停止の回避を実現できた理由は、第1実施形態の3つの理由と同じである。 The reason why the improvement in verticality and the avoidance of etching stop can be realized in this way is the same as the three reasons of the first embodiment.
以上、前記第2実施形態によれば、前記第1実施形態と同様な作用効果を奏することができる。 As mentioned above, according to the said 2nd Embodiment, there can exist an effect similar to the said 1st Embodiment.
(第3実施形態)
以下、本発明の第3実施形態について、図7A及び図10を参照して説明する。なお、プラズマ処理装置の構成は基本的に図1〜図6と同等であるため、ここでは第1実施形態で用いたプラズマ処理装置との相違点についてのみ述べる。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A and 10. Since the configuration of the plasma processing apparatus is basically the same as that shown in FIGS. 1 to 6, only differences from the plasma processing apparatus used in the first embodiment will be described here.
第1実施形態との相違点は、第2ガスを使用しない点である。 The difference from the first embodiment is that the second gas is not used.
プラズマ処理は、図7Aのプラズマ処理装置を用いて、まず、一例として、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間の距離Rを300μmとし、第1ガス供給装置16aより9sccmのHeと0.4sccmのCF4とを前記第1ガス流路9に第1ガスの一例として供給し、第1ガス噴出面の第1ガス噴出口12aから第1ガスを噴射させつつ、高周波電源17より12Wの高周波電力をプラズマ源100に供給して、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間にプラズマを発生させ、被処理物15として用いたSi基板の被加工部に対して700s間のプラズマ処理を施して、被加工部にエッチング溝部15aを形成した。またこのとき同時に、一例として、プラズマ処理装置のプラズマ源100を60μm/minの速度で、図7Aのy方向へ前記電極間隙間調整装置20により移動させた。この第3実施形態におけるSi基板の被処理物15の被加工部のエッチング形状の一例をまとめたものを図10に示す。
The plasma processing is performed by using the plasma processing apparatus of FIG. 7A, and as an example, as an example, the front end surface of the
図10より、一例として、被加工部であるエッチング溝部15aのエッチング深さY=653μm、エッチング溝部15aの上端部の線幅X1=1370μm、エッチング溝部15aの底部の線幅X2=870μmであるため、エッチング溝部15aの形状の垂直性を表す角度αは57.5°であった。これより、数百μmオーダーの深さの微細加工において、エッチング溝部15aのエッチング形状の垂直性が向上し、且つ処理途中でエッチングが停止することなく、プラズマ処理することができた。
As shown in FIG. 10, for example, the etching depth Y = 653 μm of the
このように垂直性の向上及びエッチング停止の回避を実現できた理由は、第1実施形態の1つ目と2つ目の理由と同じである。 The reason why the verticality can be improved and the etching stop can be avoided is the same as the first and second reasons of the first embodiment.
以上、前記第3実施形態によれば、前記第1実施形態と同様に、微細加工部内に挿入可能な程度に微小な大きさの凸部をプラズマ源100に備えて、エッチングの進行に伴って被処理物15の微細加工部の底部の位置が変わっても、電極間隙間調整装置20により前記凸部を微細加工部内に挿入するように構成することにより、プラズマ源100と被処理物15の底部のなす距離をほぼ一定に保つことが可能となり、所望の微細加工部において、深さ方向のエッチングが停止しにくいプラズマ処理装置及び方法を実現することができる。よって、数百nm〜数百μmオーダーの深さの所望の微細加工部分において、垂直性の良好なエッチング形状が得られ、且つ深さ方向へのエッチングを停止させることなく、プラズマ処理することができる。
As described above, according to the third embodiment, as in the first embodiment, the
また、第1ガス噴出口12aの各開口断面積を、その断面積と平行となる第1バッファー層13a−aの空間断面積よりも小さくしたので、第1ガス噴出口12aを有する第1ガス噴出面1a−1内でのガス噴出をより均一にすることが可能となり、第1ガス噴出面1a−1内で均一なプラズマを発生させることが可能となる。この結果、被処理物15の底部で不必要にテーパ形状を形成することなくプラズマ処理することができるため、数百nm〜数百μmオーダーの深さの所望の微細加工部分において、垂直性の良好なエッチング形状が得られ、且つ深さ方向へのエッチングを停止させることなく、プラズマ処理することができる。また、第2ガスを使用しないため、プラズマ源の作成時の工程数(第2ガス用の通路などを作成する工程数)が減り、作成にかかるコスト及び納期を短縮することができる。
Moreover, since each opening cross-sectional area of the 1st gas ejection opening 12a was made smaller than the space cross-sectional area of
(第4実施形態)
以下、本発明の第4実施形態について、図7A、図10及び図11を参照して説明する。なお、プラズマ処理装置の構成は基本的に図1〜図6と同等であるため、ここでは第1実施形態で用いたプラズマ処理装置との相違点についてのみ述べる。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A, 10, and 11. Since the configuration of the plasma processing apparatus is basically the same as that shown in FIGS. 1 to 6, only differences from the plasma processing apparatus used in the first embodiment will be described here.
第1実施形態との相違点は、第1積層部材1の形状を変更した点である。すなわち、正方形であった第1積層部材1の平面形状を長方形に変更したものである。
The difference from the first embodiment is that the shape of the first
図11は、第1実施形態の図1のプラズマ源100の拡大平面図に相当する図を示しており、この図11のAA−AA平面における断面図は図3に示したものとほぼ同じである。ただし、一例として、第1積層部材1の長方形平面の幅Tを400μm、幅Uを800μmとしている。
FIG. 11 shows a view corresponding to an enlarged plan view of the
プラズマ処理は、図7Aのプラズマ処理装置を用いて、まず、一例として、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間の距離Rを電極間隙間調整装置20により300μmに調整し、第1ガス供給装置16aより10sccmのHeと0.5sccmのCF4とを前記第1ガス流路9に第1ガスの一例として供給し、第1ガス噴出面の第1ガス噴出口12aから第1ガスを噴射させつつ、且つ、第2ガス供給装置16bより30sccmのO2を前記第11ガス流路10に第2ガスの一例として供給し、第2ガス噴出口12aから、凸部の周囲を通って第1ガス噴出面と被処理物15の被加工部との隙間の空間の周囲に向けて噴出させつつ、高周波電源17より12Wの高周波電力をプラズマ源100に供給して、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間にプラズマを発生させ、被処理物15として用いたSi基板の被加工部に対して700s間のプラズマ処理を施して、エッチング溝部15aを形成した。
The plasma processing is performed by using the plasma processing apparatus of FIG. 7A, and as an example, as an example, the front end surface of the
またこのとき同時に、一例として、プラズマ処理装置のプラズマ源100を60μm/minの速度で、図7Aのy方向へ前記電極間隙間調整装置20により移動させた。この第4実施形態におけるSi基板のエッチング形状をまとめたものを図10に示す。なお、エッチング形状は、図11のBB−BB平面に平行な面の断面図から算出した。
At the same time, as an example, the
図10より、一例として、被加工部であるエッチング溝部15aのエッチング深さY=655μm、エッチング溝部15aの上端部の線幅X1=652μm、エッチング溝部15aの底部の線幅X2=502μmであるため、エッチング溝部15aの形状の垂直性を表す角度αは79.2°であった。これより、数百μmオーダーの深さの微細加工において、エッチング溝部15aのエッチング形状の垂直性が向上し、且つ処理途中でエッチングが停止することなく、プラズマ処理することができた。
From FIG. 10, for example, the etching depth Y = 655 μm of the
このように垂直性の向上及びエッチング停止の回避を実現できた理由は、第1実施形態の3つの理由と同じである。 The reason why the improvement in verticality and the avoidance of etching stop can be realized in this way is the same as the three reasons of the first embodiment.
以上、前記第4実施形態によれば、正方形であった第1積層部材1の平面形状を長方形に変更することにより、例えば、線状のエッチング溝部を形成する際、形成に要する時間を短縮することができ、生産性を向上させることができる。これは、正方形から長方形へのサイズ拡大により、エッチング範囲を拡大することができるため、及び、一般に走査速度を大きくするとエッチング速度が低下するため、静止状態が最もエッチングレートが大きいことから、サイズ拡大により走査速度を向上させることができるためである。
As described above, according to the fourth embodiment, by changing the planar shape of the first
(第5実施形態)
以下、本発明の第5実施形態について、図7A、図10及び図12を参照して説明する。なお、プラズマ処理装置の構成は基本的に図1〜図6と同等であるため、ここでは第1実施形態で用いたプラズマ処理装置との相違点についてのみ述べる。
(Fifth embodiment)
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A, 10, and 12. Since the configuration of the plasma processing apparatus is basically the same as that shown in FIGS. 1 to 6, only differences from the plasma processing apparatus used in the first embodiment will be described here.
第1実施形態との相違点は、第1積層部材1言い換えれば凸部の形状を角柱体から円柱体に変更した点である。このように凸部の形状を円柱形状に変更することにより、角柱形状と比較して、角部が少ないため局所的に電界の集中を緩和でき、アーク放電への移行を抑制できるという利点がある。
The difference from the first embodiment is that the first
図12は、第1実施形態の図1のプラズマ処理装置のプラズマ源の平面図に相当する第3実施形態のプラズマ源の平面図を示しており、この図12のAA−AA平面における断面図は図3に示したものと同じである。ただし、一例として、凸部の直径Vが800μmの円形状をなしている。 FIG. 12 shows a plan view of the plasma source of the third embodiment corresponding to the plan view of the plasma source of the plasma processing apparatus of FIG. 1 of the first embodiment, and a sectional view in the AA-AA plane of FIG. Is the same as shown in FIG. However, as an example, the convex portion has a circular shape with a diameter V of 800 μm.
プラズマ処理は、図7Aのプラズマ処理装置を用いて、まず、一例として、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間の距離Rを電極間隙間調整装置20により300μmに調整し、第1ガス供給装置16aより10sccmのHeと0.5sccmのCF4を前記第1ガス流路9に第1ガスの一例として供給し、第1ガス噴出面の第1ガス噴出口12aから第1ガスを噴射させつつ、且つ、第2ガス供給装置16bより30sccmのO2を前記第11ガス流路10に第2ガスの一例として供給し、第2ガス噴出口12aから、凸部の周囲を通って第1ガス噴出面と被処理物15の被加工部との隙間の空間の周囲に向けて噴出させつつ、高周波電源17より12Wの高周波電力をプラズマ源100に供給して、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間にプラズマ101を発生させ、被処理物15として用いたSi基板の被加工部に対して700s間のプラズマ処理を施して、被加工部にエッチング溝部15aを形成した。またこのとき同時に、一例として、プラズマ処理装置のプラズマ源100を60μm/minの速度で、図7Aのy方向へ前記電極間隙間調整装置20により移動させた。この第5実施形態におけるSi基板の被処理物15のエッチング形状の一例をまとめたものを図10に示す。
The plasma processing is performed by using the plasma processing apparatus of FIG. 7A, and as an example, as an example, the front end surface of the
図10より、一例として、被加工部であるエッチング溝部15aのエッチング深さY=662μm、エッチング溝部15aの上端部の線幅X1=999μm、エッチング溝部15aの底部の線幅X2=859μmであるため、エッチング溝部15aの形状の垂直性を表す角度αは80.0°であった。これより、数百μmオーダーの深さの微細加工において、エッチング溝部15aのエッチング形状の垂直性が向上し、且つ処理途中でエッチングが停止することなく、プラズマ処理することができた。
From FIG. 10, for example, the etching depth Y = 662 μm of the
このように垂直性の向上及びエッチング停止の回避を実現できた理由は、第1実施形態の3つの理由と同じである。 The reason why the improvement in verticality and the avoidance of etching stop can be realized in this way is the same as the three reasons of the first embodiment.
以上、前記第5実施形態によれば、前記第1実施形態の作用効果に加えて、第1積層部材1言い換えれば凸部の形状を円柱体により構成しているので、角柱形状の凸部と比較して、角部が少ないため局所的に電界の集中を緩和でき、アーク放電への移行を抑制することができる。また、エッチング溝部の面内均一性を良好にしやすい。
As described above, according to the fifth embodiment, in addition to the function and effect of the first embodiment, the first
(第6実施形態)
以下、本発明の第6実施形態について、図10及び図13Aを参照して説明する。なお、プラズマ処理装置の構成は基本的に図1〜図6と同等であるため、ここでは第1実施形態で用いたプラズマ処理装置との相違点についてのみ述べる。
(Sixth embodiment)
Hereinafter, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 13A. Since the configuration of the plasma processing apparatus is basically the same as that shown in FIGS. 1 to 6, only differences from the plasma processing apparatus used in the first embodiment will be described here.
第1実施形態との相違点は、被処理物15の裏面に対向電極22を設置し、プラズマ処理装置のプラズマ源100の導線6を接地電位とし、高周波電源17は対向電極22と接続した点である。このように、対向電極22に高周波を印加することによって、高周波電源17から対向電極22までの接続が容易になるという利点がある。また、高周波電力を印加させつつプラズマ源100を移動する場合、高周波電源17をプラズマ源100と接続していると、電源ケーブルが外れたり、折れ曲がったり、あるいは他のケーブルと絡むなどして、ケーブルが短絡するか、あるいは発熱するなどの危険が生じる。しかしながら、高周波電源17を対向電極22と接続していると、基板電極は例えば面積を大きくするなどして、対向電極を常時固定しておくことができるため、上述した危険性を回避できるといった利点がある。
The difference from the first embodiment is that the
図13Aは、前記プラズマ処理装置を用い、被処理物15として用いたSi基板を処理した際の模式図を示す。この図13Aのように、例えば、第1ガス供給装置16aより第1ガス配管4aを介して、不活性ガスとしてのHeと、反応性ガスとしてのCF4を0.5sccm供給し、第1ガス噴出面の第1ガス噴出口12aから第1ガスを噴射させつつ、且つ、第2ガス供給装置16bより第2ガス配管4bを介して、放電抑制ガスとしてのO2を供給し、第2ガス噴出口12aから、凸部の周囲を通って第1ガス噴出面1a−1と被処理物15の被加工部との隙間の空間の周囲に向けて噴出させつつ、高周波電源17より高周波電力を供給することで、プラズマ処理装置と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間にプラズマを発生させることが可能である。なおこの時、プラズマ源を冷却するために、恒温水循環装置18より給水管5a及び排水管5bを通って、冷却水を給排水できる。また、図13Bの拡大図で示したように、第1積層部材1の第1ガス噴出口12aの開口部を有する第1ガス噴出面1a−1、つまり被処理物15と対向する面には、一例として、厚さ5μm程度のSiOxからなる絶縁層60を設けている。ここで、絶縁層60を設ける理由としては、以下の通りである。大気圧プラズマは、減圧下で生成するプラズマと比較して、放電開始電圧が高く、アーク放電に移行しやすいという特徴がある。一般的にアーク放電への移行を抑制するために、プラズマに晒される電極表面に絶縁層を設ける場合が多く、この実施形態では、凸部のガス噴出口を有する第1ガス噴出面1a−1に絶縁層60の一例としてSiO2膜を設けている。ただし、反応ガスとして使用するガスに対する耐性(エッチング耐性)、下地との密着性及び成膜しやすさの点から、電極表面に金属膜を設ける場合もある。第2実施形態では、フッ素元素に対する耐性、Siとの密着性及び成膜しやすさの点を考慮して、凸部のガス噴出口を有する第1ガス噴出面1a−1に導体層60の一例としてNi膜を設けている。
FIG. 13A is a schematic diagram when a Si substrate used as the
このようなプラズマ処理装置を用いて、一例として、まず、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間の距離Rを電極間隙間調整装置20により300μmに調整し、第1ガス供給装置16aより10sccmのHeと0.5sccmのCF4を前記第1ガス流路9に第1ガスの一例として供給し、第1ガス噴出面の第1ガス噴出口12aから第1ガスを噴射させつつ、且つ、第2ガス供給装置16bより30sccmのO2を前記第11ガス流路10に第2ガスの一例として供給し、第2ガス噴出口12aから、凸部の周囲を通って第1ガス噴出面1a−1と被処理物15の被加工部との隙間の空間の周囲に向けて噴出させつつ、高周波電源17より12Wの高周波電力をプラズマ源100に供給して、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間にプラズマを発生させ、被処理物15として用いたSi基板の被加工部に対して700s間のプラズマ処理を施して、エッチング溝部15aを形成した。またこのとき同時に、一例として、プラズマ処理装置のプラズマ源100を60μm/minの速度で、図7Aのy方向へ前記電極間隙間調整装置20により移動させた。この第6実施形態におけるSi基板の被処理物15のエッチング形状の一例をまとめたものを図10に示す。
As an example using such a plasma processing apparatus, first, the front end surface of the
図10より、一例として、被加工部であるエッチング溝部15aのエッチング深さY=620μm、エッチング溝部15aの上端部の線幅X1=1050μm、エッチング溝部15aの底部の線幅X2=762μmであるため、エッチング溝部15aの形状の垂直性を表す角度αは68.8°であった。これより、数百μmオーダーの深さの微細加工において、エッチング溝部15aのエッチング形状の垂直性が向上し、且つ処理途中でエッチングが停止することなく、プラズマ処理することができた。
From FIG. 10, for example, the etching depth Y = 620 μm of the
このように垂直性の向上及びエッチング停止の回避を実現できた理由は以下の3つであると考えられる。 Thus, it is considered that there are the following three reasons why the verticality can be improved and the etching stop can be avoided.
1つ目は、エッチングの進行に伴って被処理物15とプラズマ処理装置のプラズマ源100とのなす距離Rをある程度一定に保つことができたからである。被処理物15とプラズマ処理装置のプラズマ源100とのなす距離Rが大きくなると、放電開始電圧が高くなり、パッシェンの法則で説明されるように、プラズマの生成維持が困難になり、エッチングレートの停止を招く。
The first reason is that the distance R between the workpiece 15 and the
2つ目は、プラズマ処理装置のプラズマ源100の被処理物15と対向する面が凸形状をなしているからである。これにより、プラズマ処理装置のプラズマ源100の凸部の先端部分と被処理物15との間にのみプラズマを発生させることができ、被処理物15のエッチング溝部15aの側壁を必要以上にエッチングすることを回避できる。
Second, the surface of the
3つ目に、プラズマ処理装置のプラズマ源100の凸部の側面に沿って第2ガスを供給したからである。これにより、被処理物15のエッチング溝部15aの側壁でのプラズマの発生を回避でき、またエッチング溝部15aの側壁でプラズマが発生してもO2ガスの存在により、エッチングにより前記側壁のSiが除去される速度よりもSiを酸化する速度の方を大きくすることができる。
Third, the second gas is supplied along the side surface of the convex portion of the
以上、前記第6実施形態によれば、前記第1実施形態の作用効果に加えて、プラズマ処理装置のプラズマ源100の導線6を接地電位とし、高周波電源17は対向電極22と接続して対向電極22に高周波を印加することによって、高周波電源17から対向電極22までの接続が容易になるという利点がある。また、高周波電源17をプラズマ源100と接続して対向電極22を常時固定しておくことができるため、高周波電力を印加させつつプラズマ源100を移動する場合でも、電源ケーブルが外れたり、折れ曲がったり、あるいは他のケーブルと絡むなどして、ケーブルが短絡するか、あるいは発熱するなどの危険性を確実に回避することができる。
As described above, according to the sixth embodiment, in addition to the function and effect of the first embodiment, the
(第7実施形態)
以下、本発明の第7実施形態について、図7A、図10及び図14を参照して説明する。なお、プラズマ処理装置の構成は基本的に図1〜図6と同等であるため、ここでは第1実施形態で用いたプラズマ処理装置との相違点についてのみ述べる。
(Seventh embodiment)
Hereinafter, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A, 10, and 14. Since the configuration of the plasma processing apparatus is basically the same as that shown in FIGS. 1 to 6, only differences from the plasma processing apparatus used in the first embodiment will be described here.
第1実施形態との相違点は、プラズマ処理しつつプラズマ処理装置のプラズマ源100をy方向へ移動するのではなく(言い換えれば、プラズマ処理の実施とプラズマ処理装置のプラズマ源100のy方向への移動を同時的に行うのではなく)、プラズマ処理の実施とプラズマ処理装置のプラズマ源100のy方向への移動を交互に行うようにした点である。このプロセスを図14に示す。
The difference from the first embodiment is that the
図14は、一例として、ステップS1で被処理物15に対してプラズマ処理を100s間施し、高周波電力の供給を一旦停止して、ステップS2でプラズマ処理装置のプラズマ源100を被処理物15に向かって100μm、電極間隙間調整装置20により移動させるというプロセスを1ターンとして、複数ターンのプロセスを繰り返すことを示している。
FIG. 14 shows, as an example, plasma processing is performed on the
プラズマ処理は、図7Aのプラズマ処理装置を用いて、まず、一例として、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間の距離Rを300μmとし、第1ガス供給装置16aより10sccmのHeと0.5sccmのCF4を前記第1ガス流路9に第1ガスの一例として供給し、第1ガス噴出面の第1ガス噴出口12aから第1ガスを噴射させつつ、且つ、第2ガス供給装置16bより30sccmのO2を前記第11ガス流路10に第2ガスの一例として供給し、第2ガス噴出口12aから、凸部の周囲を通って第1ガス噴出面1a−1と被処理物15の被加工部との隙間の空間の周囲に向けて噴出させつつ、高周波電源17より12Wの高周波電力をプラズマ源100に供給して、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間にプラズマを発生させ、被処理物15として用いたSi基板の被加工部に対して100s間のプラズマ処理を施して、エッチング溝部15aを形成した。その後、一例として、高周波電源17からプラズマ処理装置への電力の供給を一旦停止し、プラズマ処理装置のプラズマ源100を図7Aのy方向へ100μm、電極間隙間調整装置20により移動させた。これを1ターンとして、同様のプロセスを合計で6ターン繰り返し、最後に7度目のプラズマ処理を100s間、Si基板の被加工部に施して、エッチング溝部15aを形成した。この第7実施形態におけるSi基板の被加工部のエッチング形状をまとめたものを図10に示す。
The plasma processing is performed by using the plasma processing apparatus of FIG. 7A, and as an example, as an example, the front end surface of the
図10より、一例として、被加工部であるエッチング溝部15aのエッチング深さY=603μm、エッチング溝部15aの上端部の線幅X1=930μm、エッチング溝部15aの底部の線幅X2=840μmであるため、エッチング溝部15aの形状の垂直性を表す角度αは82.9°であった。これより、数百μmオーダーの深さの微細加工において、エッチング溝部15aのエッチング形状の垂直性が向上し、且つ処理途中でエッチングが停止することなく、プラズマ処理することができた。
From FIG. 10, for example, the etching depth Y = 603 μm of the
このように垂直性の向上及びエッチング停止の回避を実現できた理由は、第1実施形態の3つの理由と同じである。 The reason why the improvement in verticality and the avoidance of etching stop can be realized in this way is the same as the three reasons of the first embodiment.
以上、前記第7実施形態によれば、プラズマ処理の実施とプラズマ処理装置のプラズマ源100のy方向への移動を交互に行うようにしたので、エッチング反応によりプラズマ源の先端面と被処理物15の被加工部の間の空間に滞りやすい副生成ガスの排出が十分になり、ガス雰囲気が一定に保たれやすく、アーク放電が発生し難いといった利点がある。
As described above, according to the seventh embodiment, the plasma processing and the
(第8実施形態)
以下、本発明の第8実施形態について、図10及び図15を参照して説明する。なお、プラズマ処理装置の構成は基本的に図1〜図6と同等であるため、ここでは第1実施形態で用いたプラズマ処理装置との相違点についてのみ述べる。
(Eighth embodiment)
Hereinafter, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 15. Since the configuration of the plasma processing apparatus is basically the same as that shown in FIGS. 1 to 6, only differences from the plasma processing apparatus used in the first embodiment will be described here.
第1実施形態との相違点は、プラズマ処理装置のプラズマ源100を電極間隙間調整装置20によりy方向に移動させるだけでなく、y方向と直交するx方向にもプラズマ処理装置のプラズマ源100を移動機構23により移動させつつ、プラズマ処理を実施した点である。
The difference from the first embodiment is that not only the
この移動機構23は、例えば、制御装置110の制御の下に図7D〜図7Fの上側x−zステージ121により構成することができる。
The moving
図15は、第8実施形態を示した模式図である。なお、プラズマ処理装置は第4実施形態と同じものを用いた。まず、一例として、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間の距離Rを電極間隙間調整装置20により300μmに調整し、第1ガス供給装置16aより10sccmのHeと0.5sccmのCF4とを前記第1ガス流路9に第1ガスの一例として供給し、第1ガス噴出面の第1ガス噴出口12aから第1ガスを噴射させつつ、且つ、第2ガス供給装置16bより30sccmのO2を前記第11ガス流路10に第2ガスの一例として供給し、第2ガス噴出口12aから、凸部の周囲を通って第1ガス噴出面1a−1と被処理物15の被加工部との隙間の空間の周囲に向けて噴出させつつ、高周波電源17より12Wの高周波電力をプラズマ源100に供給して、プラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間にプラズマを発生させ、且つプラズマ処理装置のプラズマ源100を図15のx方向に480μm/minの速度で上側x−zステージ121により走査しつつ、被処理物15として用いたSi基板の被加工部に対して、600sの間、プラズマ処理を施して、エッチング溝部15aを形成した。その後、一例として、プラズマ処理装置のプラズマ源100への高周波電源17からの電力の供給を一旦停止し、プラズマ処理装置のプラズマ源100を図15のy方向へ100μm、電極間隙間調整装置20により移動させた。
FIG. 15 is a schematic diagram showing the eighth embodiment. The same plasma processing apparatus as that in the fourth embodiment was used. First, as an example, the tip surface of the
その後、再度、プラズマ処理装置のプラズマ源100へ高周波電源17から電力を供給し、プラズマ処理装置のプラズマ源100と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間にプラズマを発生させ、且つ移動機構23を用いてプラズマ処理装置のプラズマ源100を図15の−x方向に480μm/minの速度で上側x−zステージ121により走査しつつ、被処理物15として用いたSi基板の被加工部に対して600s間のプラズマ処理を施して、エッチング溝部15aを形成した。これを1ターンとして、同様のプロセスを合計で9ターン繰り返した。この第8実施形態におけるSi基板のエッチング形状をまとめたものを図10に示す。
After that, power is again supplied from the high
図10より、一例として、被加工部であるエッチング溝部15aのエッチング深さY=760μm、エッチング溝部15aの上端部の線幅X1=952μm、エッチング溝部15aの底部の線幅X2=902μmであるため、エッチング溝部15aの形状の垂直性を表す角度αは86.9°であった。なお、被処理物15として用いたSi基板の厚さは760μmである。これより、数百μmオーダーの深さの微細加工において、エッチング溝部15aのエッチング形状の垂直性が向上し、且つ処理途中でエッチングが停止することなく、プラズマ処理することができた。
From FIG. 10, for example, the etching depth Y = 760 μm of the
このように垂直性の向上及びエッチング停止の回避を実現できた理由は、第1実施形態の3つの理由と同じである。 The reason why the improvement in verticality and the avoidance of etching stop can be realized in this way is the same as the three reasons of the first embodiment.
前記第8実施形態によれば、プラズマ処理装置のプラズマ源100を電極間隙間調整装置20によりy方向に移動させるだけでなく、y方向と直交するx方向にもプラズマ処理装置のプラズマ源100を移動機構23により移動させつつ、プラズマ処理を実施するようにしているので、線状にエッチング溝部15aを形成するのみならず、エッチング溝部15aよりも幅広く、面状にエッチングして凹部を形成することができる。また、x方向に沿ってエッチング溝部の深さを変えることにより、y方向にテーパ部を有する形状をエッチング溝部の別の例として形成することも可能となる。
According to the eighth embodiment, not only the
(第9実施形態)
以下、本発明の第9実施形態について、図22を参照して説明する。なお、プラズマ処理装置の構成は基本的に図1〜図6と同等であるため、ここでは第1実施形態で用いたプラズマ処理装置との相違点についてのみ述べる。
(Ninth embodiment)
The ninth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. Since the configuration of the plasma processing apparatus is basically the same as that shown in FIGS. 1 to 6, only differences from the plasma processing apparatus used in the first embodiment will be described here.
第1実施形態との相違点は、図22に示したように第2積層部材2に設けたガス噴出口12aの形成面を、y軸に対する角度ε=30°傾けた点である。また、加工の進行に伴って、制御装置110の制御により、第1ガス供給装置16aと第2ガス供給装置16bの供給動作を制御して、第1ガスに対する第2ガスの流量を変化させている点である。
The difference from the first embodiment is that, as shown in FIG. 22, the formation surface of the
このようなプラズマ処理装置を用いて、まず、プラズマ処理装置のプラズマ源100と被処理物15の一例として用いたSi基板の被加工部との間の隙間の距離Rを前記電極間隙間調整装置20により300μmに調整し、第1ガス供給装置16aより10sccmのHeと0.5sccmのCF4を前記第1ガス流路9に第1ガスの一例として供給し、第1ガス噴出面の第1ガス噴出口12aから第1ガスを噴射させつつ、且つ、第2ガス供給装置16bより30sccmのO2を前記第11ガス流路10に第2ガスの一例として供給し、第2ガス噴出口12aから、第1積層部材1の全周囲を通って第1ガス噴出面1a−1と被処理物15の被加工部との隙間の空間の周囲に到達する、大略四角筒状に噴出させつつ、高周波電源17より12Wの高周波電力をプラズマ源100に供給して、第1ガスが供給された空間であってかつプラズマ処理装置のプラズマ源100の先端面(前記第1ガス噴出口12aの開口部を有する前記第1ガス噴出面1a−1)と被処理物15として用いたSi基板の被加工部との間の隙間である空間にプラズマを発生させ、被処理物15として用いたSi基板の被加工部に対してプラズマ処理を施して、被加工部にエッチング溝部15aを形成することができた。
Using such a plasma processing apparatus, first, a gap distance R between the
さらに、制御装置110の制御の下に、プラズマ処理装置のプラズマ源100を60μm/minの速度で、図22のy方向へ電極間隙間調整装置20により移動させつつ、制御装置110の制御により第2ガス供給装置16bの供給動作を制御して、第2ガス噴出口12bより噴出するO2ガスの流量を一例として2.3/minの速度で減少させて700s間のプラズマ処理をSi基板の被加工部に対して施して、被加工部にエッチング溝部15aを形成した。これは、一例として、プラズマ処理開始時に供給するO2ガスを30sccmとし、700s後に供給するO2ガスの流量を約3sccmとしている。
Further, under the control of the
以上の方法により、数百μmオーダーの深さの微細加工において、エッチング溝部15aのエッチング形状の垂直性が向上し、且つ処理途中でエッチングが停止することなく、プラズマ処理することができた。
By the above method, in the microfabrication with a depth of the order of several hundred μm, the perpendicularity of the etching shape of the
このように垂直性の向上及びエッチング停止の回避を実現できた理由は、第1実施形態の3つの理由と同じである。 なお、第2積層部材2に設けたガス噴出口12aをy軸に対する角度εが30°の場合についてのみ述べたが、角度εは概ね0°以上65°以下が好ましい。0°より小さいと第2ガスを効率良く被加工部に供給することができなく、65°より大きいと、第2ガスが第1積層部材1の側面に衝突して乱流が発生し、第2ガスを効率良く被加工部に供給することができなくなるからである。
The reason why the improvement in verticality and the avoidance of etching stop can be realized in this way is the same as the three reasons of the first embodiment. Although only the case where the angle ε with respect to the y-axis of the
以上、前記第9実施形態によれば、第2積層部材2に設けたガス噴出口12aの形成面を、y軸に対する角度ε=30°傾けるようにしたので、第2ガスが第1積層部材1の側面に衝突して乱流が発生することなく、第2ガスを効率良く被加工部に供給することができる。言い換えれば、y軸に対する角度が30°よりも大きくなると、プラズマ源の作成時の加工が困難なものとなり、逆に、y軸に対する角度が30°よりも小さくなると、乱流が発生しやすくなるため、y軸に対する角度が大略30°程度が好ましい。また、前記第9実施形態によれば、加工の進行に伴って、制御装置110の制御により、第1ガス供給装置16aと第2ガス供給装置16bの供給動作を制御して、第1ガスに対する第2ガスの流量を変化させるようにしたので、プラズマ源の先端面と被処理物15の被加工部との間の空間に第2ガスが混入し難くなり、プラズマ密度の低下を抑制することができ、エッチングレートを大きくすることができる。また、第2ガスを効率良く利用することができるようになり、ランニングコストを抑制することができる。
As described above, according to the ninth embodiment, the formation surface of the
以上述べた本発明の前記種々の実施形態において、13.56MHzの高周波電力を用いて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プラズマを発生させることが可能である。あるいは、直流電力を用いてもよいし、パルス電力を供給することも可能である。パルス電力を用いる場合は、正負のパルスを交互に供給することによって、誘電体の帯電を解消して連続的に放電を発生させることが可能となる。また、パルスはアーク放電(火花)を防止させる効果が不要であるので、さほど高速なパルスである必要はなく、数十Hzから数百Hzであってもよいが、もちろん数kHzから数MHzという高速であれば、アーク放電(火花)をより効果的に防止することが可能となる。 In the various embodiments of the present invention described above, the case where plasma is generated using high frequency power of 13.56 MHz is exemplified. However, plasma is generated using high frequency power from several hundred kHz to several GHz. Is possible. Alternatively, DC power may be used, or pulse power may be supplied. When pulse power is used, by supplying positive and negative pulses alternately, it becomes possible to eliminate the electrification of the dielectric and continuously generate discharge. In addition, since the pulse does not need to have an effect of preventing arc discharge (spark), it is not necessary to be a very high-speed pulse, and may be several tens to several hundreds Hz, but of course, several kHz to several MHz. If it is high-speed, it becomes possible to prevent arc discharge (spark) more effectively.
また、前記種々の実施形態では電力値によって投入電力を表記したが、放電の開始は概ね電圧で決まる。投入電圧100V以上100kV以下であることが望ましい。投入電圧が100V未満であると、放電が開始しない場合がある。投入電圧が100kVを超えると、アーク放電(火花)が発生する場合がある。より好ましくは、電圧が1kV以上10kV以下であることが望ましい。投入電圧が1kV未満であると、放電が開始しない場合がある。投入電圧が10kVを超えると、アーク放電(火花)が発生する場合がある。 In the various embodiments, the input power is indicated by the power value. However, the start of discharge is generally determined by the voltage. The input voltage is preferably 100 V or more and 100 kV or less. If the input voltage is less than 100V, the discharge may not start. When the input voltage exceeds 100 kV, arc discharge (spark) may occur. More preferably, the voltage is 1 kV or more and 10 kV or less. If the input voltage is less than 1 kV, the discharge may not start. When the input voltage exceeds 10 kV, arc discharge (spark) may occur.
また、前記種々の実施形態において、x方向への移動もしくはy方向への移動は、プラズマ源100及びプラズマ処理装置によって実施する場合についてのみ表記したが、被処理物15を移動することで、プラズマ処理装置となす距離や相対位置を変更させてもよい。
Further, in the various embodiments, the movement in the x direction or the movement in the y direction is described only for the case where the movement is performed by the
また、前記種々の実施形態において、内部にパターンを形成する層の材料としてSiを用いた場合についてのみ表記したが、10-1Ω・cm以下の体積抵抗率である材料が望ましい。体積抵抗率が10-1Ω・cmを超えると、所望の負荷以外の場所での電力損失が大きくなり、不必要な熱を発生させる、又は所望の負荷と整合がし難くなる場合がある。従って、半導体の一部もしくは金属材料であることが望ましい。 In the various embodiments described above, only the case where Si is used as the material of the layer forming the pattern is described, but a material having a volume resistivity of 10 −1 Ω · cm or less is desirable. When the volume resistivity exceeds 10 −1 Ω · cm, power loss at a place other than the desired load increases, and unnecessary heat may be generated or it may be difficult to match the desired load. Therefore, it is desirable to be a part of a semiconductor or a metal material.
また、第1ガス噴出口を有する面をコーティングする材料を変更する例、積層部材の形状を変更する例、電力を引火する電極を変更する例、プラズマの生成とプラズマ処理装置の移動を交互にする例など、前記種々の実施形態に示した幾つかの装置又は方法を組み合わせて用いることにより、より垂直性の良好なエッチング形状が得られ、且つ深さ方向へのエッチングを停止させることなく、プラズマ処理することが可能である。 Moreover, the example which changes the material which coats the surface which has a 1st gas jet nozzle, the example which changes the shape of a lamination | stacking member, the example which changes the electrode which ignites electric power, the production | generation of a plasma, and the movement of a plasma processing apparatus are alternated By using a combination of several apparatuses or methods shown in the various embodiments, such as an example, an etching shape with better verticality can be obtained, and without stopping etching in the depth direction, Plasma treatment is possible.
また、前記種々の実施形態において、第1ガス噴出口を有する第1ガス噴出面1a−1のコーティングに用いた材料として、SiOx及びNiを使用した例のみ表記したが、第1ガス噴出口から噴出する反応ガスに対するエッチング耐性が、内部にパターンを形成する層の材料より良好であることが好ましい。エッチング耐性の低い材料を用いた場合、被処理物に到達するプラズマ活性種の数が少なくなり、処理速度が低下してしまう、又はプラズマ源のメンテナンス周期が短くなる場合がある。従って、内部にパターンを形成する層の材料がSiの場合、Ag、Al、Au、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、Mo、Ni、Pt、Si、Ti、Ta、Wの少なくとも1つを主成分とする金属材料、あるいは、これらの元素を含む酸化物、窒化物、若しくは、弗化物からなる絶縁材料を用いることで、本発明の前記種々の実施形態と同等の効果を得ることが可能である。
In the various embodiments, only the example using SiOx and Ni is described as the material used for coating the first
また、前記種々の実施形態において、一例として、第1ガス噴出口及び第2ガス噴出口の開口長さがΦ30μmとした例のみ表記したが、開口長さは概ね200nm以上50μm以下であるとよい。第1ガス噴出口及び第2ガス噴出口の開口長さは、開口長さが小さいほど面内のガス均一性が向上し、プラズマが均一になりやすい、又はアーク放電(火花)の発生を抑制しやすいなどの理由から小さいほどよい。一般的な機械加工では50μm程度の加工が限界であり、本発明の種々の実施形態のような複雑な構成を実現することが困難になる。また、開口長さが200nm未満であると、プラズマ源の製作に真空ドライエッチング技術やレーザー加工技術を用いてもプラズマ源作製時の加工が困難になり、また加工によるコストが増大する。従って、概ね200nm以上50μm以下が望ましい。 In the various embodiments, as an example, only the example in which the opening lengths of the first gas outlet and the second gas outlet are Φ30 μm is described, but the opening length is preferably approximately 200 nm to 50 μm. . As for the opening length of the first gas outlet and the second gas outlet, the smaller the opening length, the better the in-plane gas uniformity, and the easier the plasma becomes, or the occurrence of arc discharge (spark) is suppressed. Smaller is better because it is easier to do. In general machining, machining of about 50 μm is the limit, and it is difficult to realize a complicated configuration as in various embodiments of the present invention. In addition, when the opening length is less than 200 nm, even when a vacuum dry etching technique or a laser processing technique is used for manufacturing the plasma source, it becomes difficult to process the plasma source, and the processing cost increases. Therefore, approximately 200 nm to 50 μm is desirable.
また、前記種々の実施形態において、一例として、第1ガス噴出口より噴出するガスを、不活性ガスであるHeと反応性ガスであるCF4の例のみ表記したが、Heに限らず、Ar、Kr、Ne、若しくはXeといった不活性ガスが80%以上含有されていること、またCF4に限らず、SF6、若しくはC4F8などのCxFy(x及びyは自然数)、NF3、Cl2、若しくはHBr等のハロゲン含有ガス、N2、又はO2といった反応性ガスが含有されていることが望ましい。不活性ガスが80%以下であると、アーク放電(火花)が発生しやすく、被処理面が酸化するなどして所望のプラズマ処理が実施できない場合がある。また、被処理物に適した反応性ガスが含有されていないと、所望のプラズマ処理が実施できない場合がある。
Further, in the various embodiments, as an example, the gas ejected from the first gas ejection port is described only as an example of He which is an inert gas and CF 4 which is a reactive gas, but is not limited to He,
また、前記種々の実施形態において、第2ガス噴出口より噴出するガスをO2として、被処理面の側壁の酸化を目論んだ例のみについて表記したが、O2に限らず、被処理物もしくは目論見の改質内容に応じてガスを選定することができる。例えば、窒化であればN2や空気を用いてもよい、あるいは弗化であれば、SF6、若しくはCF4などのCxFy(x及びyは自然数)、NF3、又は、弗素含有ガスを用いてもよい。 Further, in the various embodiments, the gas jetted from the second gas jetting port is O 2 , and only the example in which oxidation of the side wall of the surface to be processed is intended is described, but not limited to O 2 , The gas can be selected according to the content of the reform in the prospect. For example, N 2 or air may be used for nitriding, or CxFy (x and y are natural numbers) such as SF 6 or CF 4 , NF 3 , or fluorine-containing gas is used for fluorination. May be.
また、前記種々の実施形態において、エッチング処理の例についてのみ表記したが、エッチングに限らず様々なプラズマ処理に用いることができる。例えば、撥水、親水、酸化、還元、弗化、若しくは窒化等の表面処理及びドーピング、又は、CVD、若しくはスパッタリングなどの薄膜堆積に適用することも可能である。 In the various embodiments, only examples of the etching process are described, but the present invention can be used for various plasma processes without being limited to the etching. For example, the present invention can be applied to surface treatment and doping such as water repellency, hydrophilicity, oxidation, reduction, fluorination, or nitridation, or thin film deposition such as CVD or sputtering.
なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。 It is to be noted that, by appropriately combining any of the various embodiments, the effects possessed by them can be produced.
本発明のプラズマ処理装置及び方法によれば、数百nm〜数百μmオーダーの深さの所望の微細加工部分において、垂直性の良好なエッチング形状が得られ、且つ深さ方向へのエッチングを停止させることなく、プラズマ処理することができる。従って、特にMEMS(Micro Electro Mechanical System)デバイス等のエッチングに利用できが、他にもプラズマを発生させて表面改質、薄膜堆積、エッチングなどを行うための構成要素として、広範囲に適用することができ、半導体や、液晶、FED(Field Emission Display)、PDPなどのディスプレイ、あるいは、電子部品、プリント基板の製造に利用できる。 According to the plasma processing apparatus and method of the present invention, an etching shape with good perpendicularity can be obtained in a desired microfabricated portion having a depth of the order of several hundred nm to several hundred μm, and etching in the depth direction can be performed. Plasma treatment can be performed without stopping. Therefore, it can be used especially for etching of MEMS (Micro Electro Mechanical System) devices and the like, but it can also be widely applied as a component for generating plasma and performing surface modification, thin film deposition, etching, and the like. It can be used for manufacturing semiconductors, liquid crystals, displays such as FED (Field Emission Display), PDP, electronic components, and printed circuit boards.
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。 Although the present invention has been fully described in connection with preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, various variations and modifications will be apparent to those skilled in the art. Such changes and modifications are to be understood as being included therein, so long as they do not depart from the scope of the present invention according to the appended claims.
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。
1 第1積層部材
1a 第1層
1b 第2層
1c 第3層
1d 第4層
1a−1 第1ガス噴出面
2 第2積層部材
3 第3積層部材
3a 層
3b 層
4a 第1ガス配管
4b 第2ガス配管
5a 給水管
5b 排水管
6 導線
7 絶縁管
8 接着剤
9 第1のガス流路
9a−a 第2ガス流路
9a−b 第3ガス流路
9b−a 第4ガス流路
9b−b 第5ガス流路
9c−a 第6ガス流路
9c−b 第7ガス流路
10 第11ガス流路
10b−a 第12ガス流路
10c−a 第13ガス流路
11a 水路
11b 水路
12a 第1ガス噴出口
12b 第2ガス噴出口
13a−a 第1バッファー層
13a−b 第2バッファー層
13a−c 第3バッファー層
13b−a 第4バッファー層
13b−b 第5バッファー層
15 被処理物
16a 第1ガス供給装置
16b 第2ガス供給装置
17 高周波電源
18 恒温水循環装置
20 電極間隙間調整装置
20A 電極間隙間調整装置
20B 電極間隙間調整装置
20C 電極間隙間調整装置
100 プラズマ源
110 制御装置
120 電極間隙間調整機構
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記プラズマ源の前記第1ガス噴出口に接続されて、前記第1ガスを、前記第1ガス噴出口から前記プラズマ源の前記第1ガス噴出面と前記被処理物の被加工部との間の隙間に供給する第1ガス供給装置と、
を備え、
前記プラズマ源の前記被処理物に対向する面の一部に凸部を有し、前記凸部には、前記プラズマ源の前記第1ガス噴出口の開口部を有する前記第1ガス噴出面が形成され、かつ、前記凸部は、前記被処理物の微細加工部分内に挿入可能な大きさを有しているプラズマ処理装置。 A first gas ejection surface having a gas flow path formed therein, an electrode whose potential can be controlled by power supply or grounding, and an opening of a first gas ejection port for ejecting a first gas for discharge A plasma source arranged parallel to the workpiece;
The first gas is connected to the first gas jet port of the plasma source, and the first gas is passed from the first gas jet port between the first gas jet surface of the plasma source and a workpiece to be processed. A first gas supply device that supplies the gap between
With
A part of the surface of the plasma source facing the object to be processed has a convex part, and the convex part has the first gas ejection surface having an opening of the first gas ejection port of the plasma source. The plasma processing apparatus, wherein the projection is formed and has a size that can be inserted into a finely processed portion of the workpiece.
前記第2ガス噴出口に接続されて、前記第2ガスを、前記第2ガス噴出口から前記プラズマ源の前記第2ガス噴出面と前記被処理物の被加工部の間の隙間の周囲に供給する第2ガス供給装置とをさらに備える請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置。 A second gas outlet is provided at a position different from the first gas ejection surface of the plasma source to eject the second gas for suppressing discharge;
The second gas is connected to the second gas ejection port and around the gap between the second gas ejection surface of the plasma source and the processed portion of the workpiece from the second gas ejection port. The plasma processing apparatus of Claim 1 or 2 further provided with the 2nd gas supply apparatus to supply.
前記プラズマ源の前記被処理物に対向する面の一部であって、前記プラズマ源の前記第1ガス噴出口の開口部を有する前記第1ガス噴出面が形成され、かつ、前記被処理物の微細加工部分内に挿入可能な大きさを有する凸部が、前記被処理物の前記被加工部内に挿入されつつ前記被処理物の前記被加工部のプラズマ処理を行うプラズマ処理方法。 A first gas ejection surface having a gas flow path formed therein, an electrode whose potential can be controlled by power supply or grounding, and an opening of a first gas ejection port for ejecting a first gas for discharge The first gas is supplied from a first gas supply device to the first gas outlet of the plasma source disposed in parallel with the object to be processed, and the first gas outlet of the plasma source is supplied from the first gas outlet. While the first gas is ejected into the gap between the one gas ejection surface and the processed portion of the workpiece, the plasma source, the workpiece, or the workpiece of the workpiece is turned upside down. Power is supplied to one of the counter electrodes arranged on the surface, and plasma is generated by generating a potential difference between the plasma source and the object to be processed,
A part of a surface of the plasma source facing the object to be processed, the first gas ejection surface having an opening of the first gas ejection port of the plasma source is formed, and the object to be processed A plasma processing method for performing plasma processing on the workpiece of the workpiece while a convex portion having a size that can be inserted into the microfabricated portion of the workpiece is inserted into the workpiece of the workpiece.
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