JP2004235407A - プラズマ処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】１つのプラズマ源のみを用いて、任意の大きさにプラズマ発生領域を制御することが可能なプラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】マイクロプラズマ源は、セラミック製の外側板１、内側板２及び３、外側板４から成り、外側板１及び４には、外側ガス流路５及び外側ガス噴出口６が設けられ、内側板２及び３には、内側ガス流路７及び内側ガス噴出口８が設けられている。高周波電力が印加される電極１４には、外側板１及び４に設けられた貫通穴１６を通して高周波電力供給が行われる。プラズマ処理の途中で、マイクロプラズマ源と被処理物のなす距離を変化させることで任意の大きさにプラズマ発生領域を制御することで解決できる。
【選択図】 図３
【解決手段】マイクロプラズマ源は、セラミック製の外側板１、内側板２及び３、外側板４から成り、外側板１及び４には、外側ガス流路５及び外側ガス噴出口６が設けられ、内側板２及び３には、内側ガス流路７及び内側ガス噴出口８が設けられている。高周波電力が印加される電極１４には、外側板１及び４に設けられた貫通穴１６を通して高周波電力供給が行われる。プラズマ処理の途中で、マイクロプラズマ源と被処理物のなす距離を変化させることで任意の大きさにプラズマ発生領域を制御することで解決できる。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小部分のプラズマ処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、表面に薄膜が形成された基板に代表される被処理物にパター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１２に示す。
【０００３】
図１２において、まず、被処理物２６の表面に感光レジスト２７を塗布する（図１２（ａ））。次に、露光機を用いて露光した後現像すると、レジスト２７が所望の形状にパターニングできる（図１２（ｂ））。そして、被処理物２６を真空容器に載置し、真空容器内にプラズマを発生させ、レジスト２７をマスクとして被処理物２６をエッチング加工すると、被処理物２６の表面が所望の形状にパターニングされる（図１２（ｃ））。最後に、レジスト２７を酸素プラズマや有機溶剤などで除去することで、加工が完了する（図１２（ｄ））。
【０００４】
以上のようなレジストプロセスは、微細パターンを精度良く形成するのに適しているため、半導体などの電子デバイスの製造において重要な役割を果たすに至った。しかしながら、工程が複雑であるという欠点がある。
【０００５】
そこで、レジストプロセスを用いない新しい加工方法が検討されている。その一例として、図１から図３に従来例で用いた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。
【０００６】
図１に、マイクロプラズマ源の分解図を示す。図１においてマイクロプラズマ源は、セラミック製の外側板１、内側板２及び３、外側板４から成り、外側板１及び４には、外側ガス流路５及び外側ガス噴出口６が設けられ、内側板２及び３には、内側ガス流路７及び内側ガス噴出口８が設けられている。内側ガス噴出口８から噴出するガスの原料ガスは、外側板１に設けられた内側ガス供給口９から、内側板２に設けられた貫通穴１０を介して、内側ガス流路７に導かれる。
【０００７】
また、外側ガス噴出口６から噴出するガスの原料ガスは、外側板１に設けられた外側ガス供給口１１から、内側板２に設けられた貫通穴１２、内側板３に設けられた貫通穴１３を介して、外側ガス流路５に導かれる。高周波電源が印加される電極１４は、内側板２及び３に設けられた電極固定穴１５に挿入され、外側板１及び４に設けられた貫通穴１６を通して高周波電力供給のための配線と冷却が行われる。
【０００８】
図２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１、内側板２及び３、外側板４が設けられ、外側板１と内側板２の間と、内側板３と外側板４の間に外側ガス噴出口６が設けられ、内側板２及び３の間に内側ガス噴出口８が設けられている。なお、内側ガス噴出口８の線方向の長さｅは３０ｍｍとし、外側ガス噴出口６の線方向の長さｆは内側ガス噴出口８の線方向の長さｅよりも大きくし、３６ｍｍとした。
【０００９】
図３に、被処理物としての薄板１７及びマイクロプラズマ源を、薄板１７に垂直な面で切った断面を示す。図３においてマイクロプラズマ源は、セラミック製の外側板１、内側板２及び３、外側板４から成り、外側板１及び４には、外側ガス流路５及び外側ガス噴出口６が設けられ、内側板２及び３には、内側ガス流路７及び内側ガス噴出口８が設けられている。高周波電力が印加される電極１４には、外側板１及び４に設けられた貫通穴１６を通して高周波電力供給のための配線と冷却が行われる。また、マイクロプラズマ源と対向となる位置には、接地電位とした対向電極１８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ガス噴出口８がなす微細線の幅は０．１ｍｍである。
【００１０】
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、電極１４に高周波電力を印加することにより、シリコン製薄板１７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８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。
【００１１】
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、対向電極１８の大きさを変化させることで、プラズマ発生領域を変化させることができる。例えば対向電極１８のマイクロプラズマ源に対向する面の面積を小さくすることで、プラズマ発生領域の線方向の長さを短くすることができる。従って、対向電極１８のマイクロプラズマ源に対向する面の面積を変化させることにより、プラズマ発生領域の線方向の長さを任意に変化させることができる。このような構成については、例えば、未公開自社出願の特願２００２−２４８２４５号明細書に詳しく述べられている。また、大気圧グロープラズマに関する特徴は、特許文献１に述べられている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平５−２３５７９号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例のプラズマ処理においては、１つのプラズマ源のみを用いて、任意の大きさにプラズマ発生領域を制御するためには、対向電極を複数種類用いなければならないという問題点があった。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、１つのプラズマ源のみを用いて、任意の大きさにプラズマ発生領域を制御することが可能なプラズマ処理方法を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本願の第１発明のプラズマ処理方法は、被処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することにより、マイクロプラズマを発生させ、生成された活性粒子を被処理物に作用させ、被処理物の表面の微小部分を加工するプラズマ処理方法であって、プラズマ処理の途中で、マイクロプラズマ源と被処理物の間の距離を変化させることを特徴とする。
【００１６】
本願の第２発明のプラズマ処理方法は、被処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することにより、マイクロプラズマを発生させ、生成された活性粒子を被処理物に作用させ、被処理物の表面の微小部分を加工するプラズマ処理方法であって、第１のプラズマ処理と第２のプラズマ処理の間で、マイクロプラズマ源と被処理物の間の距離を変化させることを特徴とする。
【００１７】
本願の第１または第２発明のプラズマ処理方法において、好適には、マイクロプラズマ源は、内側ガス噴出口および外側ガス噴出口を有し、内側ガス噴出口より不活性ガスを主体とするガスを噴出させるとともに外側ガスより反応性ガスを主体とするガスを噴出させることが望ましい。
【００１８】
また、好適には、マイクロプラズマ源と被処理物の間の距離を変化させるとともに、内側ガス噴出口より噴出するガスもしくは外側ガス噴出口より噴出するガスの流量を変化させることが望ましい。
【００１９】
この場合、好適には、マイクロプラズマ源と被処理物の間の距離を大きくするとともに、内側ガス噴出口より噴出するガスの流量に対する外側ガス噴出口より噴出するガスの流量比率を増加させることが望ましい。あるいは、マイクロプラズマ源と被処理物の間の距離を小さくするとともに、内側ガス噴出口より噴出するガスの流量に対する外側ガス噴出口より噴出するガスの流量比率を減少させてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１から図５を参照して説明する。なお、図１から図３に示すマイクロプラズマ源の基本的な構成及び動作については従来例で説明したので、ここでは詳細は省略する。
【００２１】
マイクロプラズマ源は数Ｐａから数気圧まで動作可能であるが、典型的には１００００Ｐａから３気圧程度の範囲の圧力で動作する。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。
【００２２】
内側ガス流路７を介して内側ガス噴出口８から不活性ガスとしてのＨｅを１０００ｓｃｃｍ、外側ガス流路５を介して外側ガス噴出口６から反応性ガスとしてのＳＦ６を４００ｓｃｃｍ供給しつつ、電極１４に１３．５６ＭＨｚ高周波電力を８０Ｗの大きさで印加することにより、図４に示すようにマイクロプラズマ１９を発生させ、生成された活性粒子としてのヘリウムイオンとフッ素ラジカルをシリコン製薄板１７の微小部分２０に照射した。このとき、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離ｇを０．２１ｍｍ、０．２７ｍｍ、０．３３ｍｍ、０．３９ｍｍ、０．４５ｍｍと変化させ、各々の距離ｇにて３０秒間ずつプラズマ照射した。シリコン製薄板１７の微小部分２０にプラズマ処理した際の、加工の線方向の長さを示したものが、図５である。
【００２３】
すなわち、距離ｇが０．２１ｍｍから０．３３ｍｍの範囲では線方向の長さがほぼ３０ｍｍであったが、距離ｇが０．３３ｍｍから０．４５ｍｍと大きくなるにつれて、線方向の長さが小さくなり、距離ｇが０．４５ｍｍでは線方向の長さが１０ｍｍであった。これより、距離ｇを大きくするにつれてプラズマ発生領域を小さくできることが判明した。
【００２４】
このようにマイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離ｇを大きくするにつれて、プラズマ発生領域が小さくなり、加工の線方向の長さが短くなる理由として、距離ｇを大きくすることで、内側ガス噴出口より噴出するガスと外側ガス噴出口より噴出するガスが共に拡散し、薄板１７の直上のヘリウムガスの密度が低下することと、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物間の電界強度が低下することが考えられる。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図１から図３、図６及び図８を参照して説明する。なお、図１から図３に示すマイクロプラズマ源の基本的な構成及び動作については従来例で説明したので、ここでは詳細は省略する。
【００２６】
本発明の第１実施形態と同様のプロセス条件にてマイクロプラズマを発生させ、活性粒子としてのヘリウムイオンとフッ素ラジカルをシリコン製薄板１７の微小部分２０に照射した。このとき、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離ｇを０．２１ｍｍ、０．２７ｍｍ、０．３３ｍｍ、０．３９ｍｍ、０．４５ｍｍと変化させ、各々の距離ｇにて３０秒間ずつプラズマ照射するとともに、外側ガス流路５を介して外側ガス噴出口６から反応性ガスとしての供給するＳＦ６の流量を変化させた。
【００２７】
すなわち、距離ｇが０．２１ｍｍのときのＳＦ６の流量を３４２ｓｃｃｍとし、以下順に、距離ｇが０．２７ｍｍのときのＳＦ６の流量を３６７ｓｃｃｍ、距離ｇが０．３３ｍｍのときのＳＦ６の流量を３４０ｓｃｃｍ、距離ｇが０．３９ｍｍのときのＳＦ６の流量を４４２ｓｃｃｍ、距離ｇが０．４５ｍｍのときのＳＦ６の流量を５３３ｓｃｃｍとして、シリコン製薄板１７の微小部分２０にプラズマ処理を施した。
【００２８】
図６は、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離ｇに対しての微小部分の加工線幅の変化を示す。なお、この時の加工の線方向の長さは図５と同様であった。すなわち、距離ｇを大きくするにつれてプラズマ発生領域を小さくでき、且つ微小部分の加工線幅は一定に保つことが可能となった。
【００２９】
比較のため、本発明の第１実施形態におけるマイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離ｇに対する微小部分の加工線幅の変化を図７に示す。距離ｇを大きくするにつれて微小部分の加工線幅が大きくなり、距離ｇを変化させるだけでは微小部分の加工線幅を一定に保つことは不可能であった。
【００３０】
ここで、微小部分の加工線幅の定義について図８を用いて説明する。図８は、エッチングプロファイルの模式図を示し、エッチング深さをＤで示している。エッチング深さＤに対して、被処理物の表面から０．８Ｄとなる深さでの幅Ｗを微小部分の加工線幅とした。
【００３１】
以上述べた本発明の実施形態において、マイクロプラズマ源としてセラミック製の板を４枚用いた場合を例示したが、並行平板型キャピラリタイプや誘導結合型キャピラリタイプなどのキャピラリタイプや、マイクロギャップ方式、誘導結合型チューブタイプなど、様々なマイクロプラズマ源を用いることができる。特に、図９に示すような、ナイフエッジ状の電極２５を用いるタイプでは、電極と被処理物の距離が近いため、微小部分２０に極めて高密度のプラズマが形成される。したがって、プラズマ源と被処理物との距離を大きくしてもエッチングレートが低下しにくく、特に本発明が有効である。
【００３２】
なお、図９において、マイクロプラズマ源は、セラミック製外側板２１、内側板２２及び２３、外側板２４、電極２５から成り、外側板２１及び２４には、外側ガス流路５及び外側ガス噴出口６が設けられ、内側板２２及び２３には、内側ガス流路７及び内側ガス噴出口８が設けられている。電極２５は、その最下部がナイフエッジ状の形状を成し、微細な線状領域をプラズマ処理できるようになっている。
【００３３】
また、マイクロプラズマ源と被処理物の間の距離をプラズマ処理の途中で連続的に変化させることで、図１０に示すように、線方向の加工形状にテーパをつけることができる。
【００３４】
また、マイクロプラズマ源と被処理物の間の距離を第１のプラズマ処理と第２のプラズマ処理の間で変化させることで、図１１に示すように、線方向の加工形状に段差をつけることができる。この場合、第１のプラズマ処理でのマイクロプラズマ源と被処理物の間の距離に対する、第２のプラズマ処理でのマイクロプラズマ源と被処理物の間の距離の割合が、±６７％以下である場合、プラズマ発生領域の変化に対しての、マイクロプラズマ源と被処理物の間の距離の変化の寄与が大きいという利点がある。
【００３５】
また、被処理物に直流電圧または高周波電力を供給することにより、マイクロプラズマ中のイオンを引き込む作用を強めることも可能である。この場合、電極を接地してもよいし、電極を用いないタイプのマイクロプラズマ源を利用する場合にも、本発明の適用が可能である。
【００３６】
また、高周波電力を用いてマイクロプラズマ源を発生させる場合を例示したが、数百ｋＨｚから数ＧＨｚまでの高周波電力を用いてマイクロプラズマ源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。
【００３７】
また、マイクロプラズマ源の開口部をなす微細線の幅が０．１ｍｍである場合を例示したが、マイクロプラズマ源の開口部の幅はこれに限定されるものではなく、概ね１ｍｍ以下であることが好ましい。マイクロプラズマ源の幅が小さいほど、プラズマによって発生した粒子が、基板表面の微細線状部分より外側に触れにくくなり、微細線状部分に限定された領域のみを加工することができるという利点がある。一方、マイクロプラズマ源を構成する部品の加工精度や、繰り返し処理による形状の経時変化などを考慮すると、あまり極端に小さくすることも避けるべきである。
【００３８】
また、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離は、概ね１ｍｍ以下であることが好ましい。更に、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が小さいほど、プラズマによって発生した活性粒子が、基板表面の微細線状部分より外側に触れにくくなり、微細線状部分に限定された領域のみを加工することができるという利点がある。一方、マイクロプラズマ源を構成する部品の加工精度や、繰り返し処理による形状の経時変化、更には、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離の再現性や安定性などを考慮すると、あまり極端に小さくすることは避けるべきであり、概ね０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
また、内側ガス噴出口より噴出するガスの流量に対する外側ガス噴出口より噴出するガスの流量比率が１％よりも大きいと、外側ガス噴出口から噴出するガスによってプラズマを微細領域に発生させる効果が大きいという利点がある。一方、流量比率が大きいすぎるとプラズマが極端に発生しにくくなるため、概ね７０％以下であることが好ましい。
【００４０】
また、マイクロプラズマ源の開口部が微細線状をなしている場合を例示したが、マイクロプラズマ源の開口部が微細点状をなしてもよい。この場合、微細点状プラズマの直径方向のサイズを制御でき、マイクロプラズマ源の開口部の代表寸法が１ｍｍ以下である場合に、特に格別の効果を奏する。
【００４１】
また、被処理物としてシリコン薄板を用いる場合を例示したが、被処理物はこれに限定されるものではない。
【００４２】
また、不活性ガスとしてＨｅを、反応性ガス・エッチング性ガスとしてＳＦ６を用いる場合を例示したが、これら以外のガスを適宜用いることができることはいうまでもない。例えば、不活性ガスとしてＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどを、反応性・エッチング性ガスとして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を用いることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本願の第１発明のプラズマ処理方法によれば、被処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することにより、マイクロプラズマを発生させ、生成された活性粒子を被処理物に作用させ、被処理物の表面の微小部分を加工するプラズマ処理方法であって、プラズマ処理の途中でマイクロプラズマ源と被処理物の間の距離を変化させるため、１つのプラズマ源のみを用いて、任意の大きさにプラズマ発生領域を制御することのできるプラズマ処理方法を提供することができる。
【００４４】
また、本願の第２発明のプラズマ処理方法によれば、処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することにより、マイクロプラズマを発生させ、生成された活性粒子を被処理物に作用させ、被処理物の表面の微小部分を加工するプラズマ処理方法であって、第１のプラズマ処理と第２のプラズマ処理の間でマイクロプラズマ源と被処理物の間の距離を変化させるため、１つのプラズマ源のみを用いて、任意の大きさにプラズマ発生領域を制御することのできるプラズマ処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態及び従来例で用いたマイクロプラズマ源の分解図
【図２】本発明の実施形態及び従来例で用いたマイクロプラズマ源の平面図
【図３】本発明の実施形態及び従来例で用いたマイクロプラズマ源の断面図
【図４】本発明の第１実施形態で用いたマイクロプラズマ源の断面図
【図５】本発明の第１実施形態におけるマイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離に対する、線方向の長さの関係を示す図
【図６】本発明の第２実施形態におけるマイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離に対する、微小部分の加工線幅の関係を示す図
【図７】本発明の第１実施形態におけるマイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離に対する、微小部分の加工線幅の関係を示す図
【図８】本発明の実施形態における加工形状に対する加工深さと加工線幅の関係を示す模式図
【図９】本発明の他の実施形態で用いたマイクロプラズマ源の断面図
【図１０】本発明の他の実施形態で用いた線方向の加工形状の断面図
【図１１】本発明の他の実施形態で用いた線方向の加工形状の断面図
【図１２】従来例で用いたレジストプロセスの工程を示す断面図
【符号の説明】
１ 外側板
２ 内側板
３ 内側板
４ 外側板
５ 外側ガス流路
６ 外側ガス噴出口
７ 内側ガス流路
８ 内側ガス噴出口
９ 電極
１０ 貫通穴
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小部分のプラズマ処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、表面に薄膜が形成された基板に代表される被処理物にパター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１２に示す。
【０００３】
図１２において、まず、被処理物２６の表面に感光レジスト２７を塗布する（図１２（ａ））。次に、露光機を用いて露光した後現像すると、レジスト２７が所望の形状にパターニングできる（図１２（ｂ））。そして、被処理物２６を真空容器に載置し、真空容器内にプラズマを発生させ、レジスト２７をマスクとして被処理物２６をエッチング加工すると、被処理物２６の表面が所望の形状にパターニングされる（図１２（ｃ））。最後に、レジスト２７を酸素プラズマや有機溶剤などで除去することで、加工が完了する（図１２（ｄ））。
【０００４】
以上のようなレジストプロセスは、微細パターンを精度良く形成するのに適しているため、半導体などの電子デバイスの製造において重要な役割を果たすに至った。しかしながら、工程が複雑であるという欠点がある。
【０００５】
そこで、レジストプロセスを用いない新しい加工方法が検討されている。その一例として、図１から図３に従来例で用いた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。
【０００６】
図１に、マイクロプラズマ源の分解図を示す。図１においてマイクロプラズマ源は、セラミック製の外側板１、内側板２及び３、外側板４から成り、外側板１及び４には、外側ガス流路５及び外側ガス噴出口６が設けられ、内側板２及び３には、内側ガス流路７及び内側ガス噴出口８が設けられている。内側ガス噴出口８から噴出するガスの原料ガスは、外側板１に設けられた内側ガス供給口９から、内側板２に設けられた貫通穴１０を介して、内側ガス流路７に導かれる。
【０００７】
また、外側ガス噴出口６から噴出するガスの原料ガスは、外側板１に設けられた外側ガス供給口１１から、内側板２に設けられた貫通穴１２、内側板３に設けられた貫通穴１３を介して、外側ガス流路５に導かれる。高周波電源が印加される電極１４は、内側板２及び３に設けられた電極固定穴１５に挿入され、外側板１及び４に設けられた貫通穴１６を通して高周波電力供給のための配線と冷却が行われる。
【０００８】
図２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１、内側板２及び３、外側板４が設けられ、外側板１と内側板２の間と、内側板３と外側板４の間に外側ガス噴出口６が設けられ、内側板２及び３の間に内側ガス噴出口８が設けられている。なお、内側ガス噴出口８の線方向の長さｅは３０ｍｍとし、外側ガス噴出口６の線方向の長さｆは内側ガス噴出口８の線方向の長さｅよりも大きくし、３６ｍｍとした。
【０００９】
図３に、被処理物としての薄板１７及びマイクロプラズマ源を、薄板１７に垂直な面で切った断面を示す。図３においてマイクロプラズマ源は、セラミック製の外側板１、内側板２及び３、外側板４から成り、外側板１及び４には、外側ガス流路５及び外側ガス噴出口６が設けられ、内側板２及び３には、内側ガス流路７及び内側ガス噴出口８が設けられている。高周波電力が印加される電極１４には、外側板１及び４に設けられた貫通穴１６を通して高周波電力供給のための配線と冷却が行われる。また、マイクロプラズマ源と対向となる位置には、接地電位とした対向電極１８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ガス噴出口８がなす微細線の幅は０．１ｍｍである。
【００１０】
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、電極１４に高周波電力を印加することにより、シリコン製薄板１７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８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。
【００１１】
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、対向電極１８の大きさを変化させることで、プラズマ発生領域を変化させることができる。例えば対向電極１８のマイクロプラズマ源に対向する面の面積を小さくすることで、プラズマ発生領域の線方向の長さを短くすることができる。従って、対向電極１８のマイクロプラズマ源に対向する面の面積を変化させることにより、プラズマ発生領域の線方向の長さを任意に変化させることができる。このような構成については、例えば、未公開自社出願の特願２００２−２４８２４５号明細書に詳しく述べられている。また、大気圧グロープラズマに関する特徴は、特許文献１に述べられている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平５−２３５７９号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例のプラズマ処理においては、１つのプラズマ源のみを用いて、任意の大きさにプラズマ発生領域を制御するためには、対向電極を複数種類用いなければならないという問題点があった。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、１つのプラズマ源のみを用いて、任意の大きさにプラズマ発生領域を制御することが可能なプラズマ処理方法を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本願の第１発明のプラズマ処理方法は、被処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することにより、マイクロプラズマを発生させ、生成された活性粒子を被処理物に作用させ、被処理物の表面の微小部分を加工するプラズマ処理方法であって、プラズマ処理の途中で、マイクロプラズマ源と被処理物の間の距離を変化させることを特徴とする。
【００１６】
本願の第２発明のプラズマ処理方法は、被処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することにより、マイクロプラズマを発生させ、生成された活性粒子を被処理物に作用させ、被処理物の表面の微小部分を加工するプラズマ処理方法であって、第１のプラズマ処理と第２のプラズマ処理の間で、マイクロプラズマ源と被処理物の間の距離を変化させることを特徴とする。
【００１７】
本願の第１または第２発明のプラズマ処理方法において、好適には、マイクロプラズマ源は、内側ガス噴出口および外側ガス噴出口を有し、内側ガス噴出口より不活性ガスを主体とするガスを噴出させるとともに外側ガスより反応性ガスを主体とするガスを噴出させることが望ましい。
【００１８】
また、好適には、マイクロプラズマ源と被処理物の間の距離を変化させるとともに、内側ガス噴出口より噴出するガスもしくは外側ガス噴出口より噴出するガスの流量を変化させることが望ましい。
【００１９】
この場合、好適には、マイクロプラズマ源と被処理物の間の距離を大きくするとともに、内側ガス噴出口より噴出するガスの流量に対する外側ガス噴出口より噴出するガスの流量比率を増加させることが望ましい。あるいは、マイクロプラズマ源と被処理物の間の距離を小さくするとともに、内側ガス噴出口より噴出するガスの流量に対する外側ガス噴出口より噴出するガスの流量比率を減少させてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１から図５を参照して説明する。なお、図１から図３に示すマイクロプラズマ源の基本的な構成及び動作については従来例で説明したので、ここでは詳細は省略する。
【００２１】
マイクロプラズマ源は数Ｐａから数気圧まで動作可能であるが、典型的には１００００Ｐａから３気圧程度の範囲の圧力で動作する。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。
【００２２】
内側ガス流路７を介して内側ガス噴出口８から不活性ガスとしてのＨｅを１０００ｓｃｃｍ、外側ガス流路５を介して外側ガス噴出口６から反応性ガスとしてのＳＦ６を４００ｓｃｃｍ供給しつつ、電極１４に１３．５６ＭＨｚ高周波電力を８０Ｗの大きさで印加することにより、図４に示すようにマイクロプラズマ１９を発生させ、生成された活性粒子としてのヘリウムイオンとフッ素ラジカルをシリコン製薄板１７の微小部分２０に照射した。このとき、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離ｇを０．２１ｍｍ、０．２７ｍｍ、０．３３ｍｍ、０．３９ｍｍ、０．４５ｍｍと変化させ、各々の距離ｇにて３０秒間ずつプラズマ照射した。シリコン製薄板１７の微小部分２０にプラズマ処理した際の、加工の線方向の長さを示したものが、図５である。
【００２３】
すなわち、距離ｇが０．２１ｍｍから０．３３ｍｍの範囲では線方向の長さがほぼ３０ｍｍであったが、距離ｇが０．３３ｍｍから０．４５ｍｍと大きくなるにつれて、線方向の長さが小さくなり、距離ｇが０．４５ｍｍでは線方向の長さが１０ｍｍであった。これより、距離ｇを大きくするにつれてプラズマ発生領域を小さくできることが判明した。
【００２４】
このようにマイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離ｇを大きくするにつれて、プラズマ発生領域が小さくなり、加工の線方向の長さが短くなる理由として、距離ｇを大きくすることで、内側ガス噴出口より噴出するガスと外側ガス噴出口より噴出するガスが共に拡散し、薄板１７の直上のヘリウムガスの密度が低下することと、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物間の電界強度が低下することが考えられる。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図１から図３、図６及び図８を参照して説明する。なお、図１から図３に示すマイクロプラズマ源の基本的な構成及び動作については従来例で説明したので、ここでは詳細は省略する。
【００２６】
本発明の第１実施形態と同様のプロセス条件にてマイクロプラズマを発生させ、活性粒子としてのヘリウムイオンとフッ素ラジカルをシリコン製薄板１７の微小部分２０に照射した。このとき、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離ｇを０．２１ｍｍ、０．２７ｍｍ、０．３３ｍｍ、０．３９ｍｍ、０．４５ｍｍと変化させ、各々の距離ｇにて３０秒間ずつプラズマ照射するとともに、外側ガス流路５を介して外側ガス噴出口６から反応性ガスとしての供給するＳＦ６の流量を変化させた。
【００２７】
すなわち、距離ｇが０．２１ｍｍのときのＳＦ６の流量を３４２ｓｃｃｍとし、以下順に、距離ｇが０．２７ｍｍのときのＳＦ６の流量を３６７ｓｃｃｍ、距離ｇが０．３３ｍｍのときのＳＦ６の流量を３４０ｓｃｃｍ、距離ｇが０．３９ｍｍのときのＳＦ６の流量を４４２ｓｃｃｍ、距離ｇが０．４５ｍｍのときのＳＦ６の流量を５３３ｓｃｃｍとして、シリコン製薄板１７の微小部分２０にプラズマ処理を施した。
【００２８】
図６は、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離ｇに対しての微小部分の加工線幅の変化を示す。なお、この時の加工の線方向の長さは図５と同様であった。すなわち、距離ｇを大きくするにつれてプラズマ発生領域を小さくでき、且つ微小部分の加工線幅は一定に保つことが可能となった。
【００２９】
比較のため、本発明の第１実施形態におけるマイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離ｇに対する微小部分の加工線幅の変化を図７に示す。距離ｇを大きくするにつれて微小部分の加工線幅が大きくなり、距離ｇを変化させるだけでは微小部分の加工線幅を一定に保つことは不可能であった。
【００３０】
ここで、微小部分の加工線幅の定義について図８を用いて説明する。図８は、エッチングプロファイルの模式図を示し、エッチング深さをＤで示している。エッチング深さＤに対して、被処理物の表面から０．８Ｄとなる深さでの幅Ｗを微小部分の加工線幅とした。
【００３１】
以上述べた本発明の実施形態において、マイクロプラズマ源としてセラミック製の板を４枚用いた場合を例示したが、並行平板型キャピラリタイプや誘導結合型キャピラリタイプなどのキャピラリタイプや、マイクロギャップ方式、誘導結合型チューブタイプなど、様々なマイクロプラズマ源を用いることができる。特に、図９に示すような、ナイフエッジ状の電極２５を用いるタイプでは、電極と被処理物の距離が近いため、微小部分２０に極めて高密度のプラズマが形成される。したがって、プラズマ源と被処理物との距離を大きくしてもエッチングレートが低下しにくく、特に本発明が有効である。
【００３２】
なお、図９において、マイクロプラズマ源は、セラミック製外側板２１、内側板２２及び２３、外側板２４、電極２５から成り、外側板２１及び２４には、外側ガス流路５及び外側ガス噴出口６が設けられ、内側板２２及び２３には、内側ガス流路７及び内側ガス噴出口８が設けられている。電極２５は、その最下部がナイフエッジ状の形状を成し、微細な線状領域をプラズマ処理できるようになっている。
【００３３】
また、マイクロプラズマ源と被処理物の間の距離をプラズマ処理の途中で連続的に変化させることで、図１０に示すように、線方向の加工形状にテーパをつけることができる。
【００３４】
また、マイクロプラズマ源と被処理物の間の距離を第１のプラズマ処理と第２のプラズマ処理の間で変化させることで、図１１に示すように、線方向の加工形状に段差をつけることができる。この場合、第１のプラズマ処理でのマイクロプラズマ源と被処理物の間の距離に対する、第２のプラズマ処理でのマイクロプラズマ源と被処理物の間の距離の割合が、±６７％以下である場合、プラズマ発生領域の変化に対しての、マイクロプラズマ源と被処理物の間の距離の変化の寄与が大きいという利点がある。
【００３５】
また、被処理物に直流電圧または高周波電力を供給することにより、マイクロプラズマ中のイオンを引き込む作用を強めることも可能である。この場合、電極を接地してもよいし、電極を用いないタイプのマイクロプラズマ源を利用する場合にも、本発明の適用が可能である。
【００３６】
また、高周波電力を用いてマイクロプラズマ源を発生させる場合を例示したが、数百ｋＨｚから数ＧＨｚまでの高周波電力を用いてマイクロプラズマ源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。
【００３７】
また、マイクロプラズマ源の開口部をなす微細線の幅が０．１ｍｍである場合を例示したが、マイクロプラズマ源の開口部の幅はこれに限定されるものではなく、概ね１ｍｍ以下であることが好ましい。マイクロプラズマ源の幅が小さいほど、プラズマによって発生した粒子が、基板表面の微細線状部分より外側に触れにくくなり、微細線状部分に限定された領域のみを加工することができるという利点がある。一方、マイクロプラズマ源を構成する部品の加工精度や、繰り返し処理による形状の経時変化などを考慮すると、あまり極端に小さくすることも避けるべきである。
【００３８】
また、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離は、概ね１ｍｍ以下であることが好ましい。更に、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離が小さいほど、プラズマによって発生した活性粒子が、基板表面の微細線状部分より外側に触れにくくなり、微細線状部分に限定された領域のみを加工することができるという利点がある。一方、マイクロプラズマ源を構成する部品の加工精度や、繰り返し処理による形状の経時変化、更には、マイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離の再現性や安定性などを考慮すると、あまり極端に小さくすることは避けるべきであり、概ね０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
また、内側ガス噴出口より噴出するガスの流量に対する外側ガス噴出口より噴出するガスの流量比率が１％よりも大きいと、外側ガス噴出口から噴出するガスによってプラズマを微細領域に発生させる効果が大きいという利点がある。一方、流量比率が大きいすぎるとプラズマが極端に発生しにくくなるため、概ね７０％以下であることが好ましい。
【００４０】
また、マイクロプラズマ源の開口部が微細線状をなしている場合を例示したが、マイクロプラズマ源の開口部が微細点状をなしてもよい。この場合、微細点状プラズマの直径方向のサイズを制御でき、マイクロプラズマ源の開口部の代表寸法が１ｍｍ以下である場合に、特に格別の効果を奏する。
【００４１】
また、被処理物としてシリコン薄板を用いる場合を例示したが、被処理物はこれに限定されるものではない。
【００４２】
また、不活性ガスとしてＨｅを、反応性ガス・エッチング性ガスとしてＳＦ６を用いる場合を例示したが、これら以外のガスを適宜用いることができることはいうまでもない。例えば、不活性ガスとしてＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどを、反応性・エッチング性ガスとして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を用いることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本願の第１発明のプラズマ処理方法によれば、被処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することにより、マイクロプラズマを発生させ、生成された活性粒子を被処理物に作用させ、被処理物の表面の微小部分を加工するプラズマ処理方法であって、プラズマ処理の途中でマイクロプラズマ源と被処理物の間の距離を変化させるため、１つのプラズマ源のみを用いて、任意の大きさにプラズマ発生領域を制御することのできるプラズマ処理方法を提供することができる。
【００４４】
また、本願の第２発明のプラズマ処理方法によれば、処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することにより、マイクロプラズマを発生させ、生成された活性粒子を被処理物に作用させ、被処理物の表面の微小部分を加工するプラズマ処理方法であって、第１のプラズマ処理と第２のプラズマ処理の間でマイクロプラズマ源と被処理物の間の距離を変化させるため、１つのプラズマ源のみを用いて、任意の大きさにプラズマ発生領域を制御することのできるプラズマ処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態及び従来例で用いたマイクロプラズマ源の分解図
【図２】本発明の実施形態及び従来例で用いたマイクロプラズマ源の平面図
【図３】本発明の実施形態及び従来例で用いたマイクロプラズマ源の断面図
【図４】本発明の第１実施形態で用いたマイクロプラズマ源の断面図
【図５】本発明の第１実施形態におけるマイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離に対する、線方向の長さの関係を示す図
【図６】本発明の第２実施形態におけるマイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離に対する、微小部分の加工線幅の関係を示す図
【図７】本発明の第１実施形態におけるマイクロプラズマ源の開口部と被処理物との距離に対する、微小部分の加工線幅の関係を示す図
【図８】本発明の実施形態における加工形状に対する加工深さと加工線幅の関係を示す模式図
【図９】本発明の他の実施形態で用いたマイクロプラズマ源の断面図
【図１０】本発明の他の実施形態で用いた線方向の加工形状の断面図
【図１１】本発明の他の実施形態で用いた線方向の加工形状の断面図
【図１２】従来例で用いたレジストプロセスの工程を示す断面図
【符号の説明】
１ 外側板
２ 内側板
３ 内側板
４ 外側板
５ 外側ガス流路
６ 外側ガス噴出口
７ 内側ガス流路
８ 内側ガス噴出口
９ 電極
１０ 貫通穴
Claims (6)
- 被処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することにより、マイクロプラズマを発生させ、生成された活性粒子を被処理物に作用させ、被処理物の表面の微小部分を加工するプラズマ処理方法であって、プラズマ処理の途中で、マイクロプラズマ源と被処理物のなす距離を変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。
- 被処理物の近傍に配置させたマイクロプラズマ源にガスを供給しつつ、マイクロプラズマ源に設けられた電極または被処理物に電力を供給することにより、マイクロプラズマを発生させ、生成された活性粒子を被処理物に作用させ、被処理物の表面の微小部分を加工するプラズマ処理方法であって、第１のプラズマ処理と第２のプラズマ処理の間で、マイクロプラズマ源と被処理物のなす距離を変化させることを特徴とするプラズマ処理方法。
- マイクロプラズマ源は、内側ガス噴出口および外側ガス噴出口を有し、内側ガス噴出口より不活性ガスを主体とするガスを噴出させるとともに外側ガスより反応性ガスを主体とするガスを噴出させることを特徴とする請求項１または２記載のプラズマ処理方法。
- マイクロプラズマ源と被処理物のなす距離を変化させるとともに、内側ガス噴出口より噴出するガス、もしくは外側ガス噴出口より噴出するガスの流量を変化させることを特徴とする請求項３記載のプラズマ処理方法。
- マイクロプラズマ源と被処理物のなす距離を大きくするとともに、内側ガス噴出口より噴出するガスの流量に対する外側ガス噴出口より噴出するガスの流量比率を増加させることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理方法。
- マイクロプラズマ源と被処理物のなす距離を小さくするとともに、内側ガス噴出口より噴出するガスの流量に対する外側ガス噴出口より噴出するガスの流量比率を減少させることを特徴とする請求項４記載のプラズマ処理方法。
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