JP2008182176A - Plasma machining apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマを用いて被加工材料を加工するプラズマ加工装置に関し、特に、シリコンやIII族窒化物半導体などの半導体材料や、ガラスなどの絶縁体材料を加工するのに使用されれば好ましいプラズマ加工装置に関する。また、シリコン基板やIII族窒化物基板等の半導体基板や、ガラス基板等の絶縁体基板等の基板を加工するのに使用されれば好ましいプラズマ加工装置に関し、シリコン系半導体デバイスの製造や、III族窒化物半導体を用いた発光ダイオードやレーザダイオード等の素子製造に使用されれば好適なプラズマ加工装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus for processing a material to be processed using plasma. In particular, the present invention is preferably used for processing a semiconductor material such as silicon or a group III nitride semiconductor, or an insulator material such as glass. The present invention relates to a plasma processing apparatus. The present invention also relates to a plasma processing apparatus that is preferably used for processing a semiconductor substrate such as a silicon substrate or a group III nitride substrate, or an insulating substrate such as a glass substrate. The present invention relates to a plasma processing apparatus suitable for use in manufacturing elements such as light-emitting diodes and laser diodes using group nitride semiconductors.
近年の半導体素子構造の微細化に伴い、様々な半導体基板に要求される加工精度はナノオーダーレベルに達していると同時に、その加工は表面へ損傷を与えない、無歪加工であることが要求されている。塑性変形、延性・脆性破壊といった物理現象をともなう機械加工では、被加工物に積極的に歪みを導入して加工を進展させるため、必然的に被加工物表面に損傷を与えてしまう。被加工物表面に損傷を与えることなく無歪で加工でき、かつ、優れた加工精度を有する加工方法として、プラズマCVMというラジカル反応を利用した方法が知られている。 With the recent miniaturization of semiconductor device structures, the processing accuracy required for various semiconductor substrates has reached the nano-order level, and at the same time, the processing requires distortion-free processing that does not damage the surface. Has been. In machining that involves physical phenomena such as plastic deformation, ductility and brittle fracture, since the work is progressed by positively introducing strain into the work, the work surface is inevitably damaged. As a processing method capable of processing without distortion without damaging the surface of the workpiece and having excellent processing accuracy, a method using a radical reaction called plasma CVM is known.
プラズマCVMは、プラズマによって高密度に生成された中性ラジカルを被加工物表面に作用させ、被加工物表面の構成原子や分子と、中性ラジカルとの化学的な反応により化合物を生成し、それを気化させて被加工物を加工する無歪加工方法である。 Plasma CVM causes neutral radicals generated at high density by plasma to act on the workpiece surface, and generates a compound by chemical reaction between constituent atoms and molecules on the workpiece surface and neutral radicals. This is a non-strain processing method in which the workpiece is processed by vaporizing it.
特許文献1には、プラズマCVMの基本原理が記載されており、特許文献2にはプラズマCVMを行うことができる詳しい装置構成が記載されている。また、特許文献3には、高速でかつ高効率な加工を実現する方法が記載されており、特許文献4には、軸対称な最小加工痕を形成し、高速・高精度な加工を実現する方法が記載されている。
大気圧近傍の圧力下でプラズマを生成し加工を行う場合、プラズマを維持するためには、電極と被加工物との距離を狭く維持する必要がある。よって、低圧プラズマプロセスで一般的に用いられる平行平板型の電極を、大気圧プラズマプロセスに適用した場合、新鮮なガスが、電極中央部に供給されにくくなり、加工速度が、不均一になる。 When plasma is generated and processed under a pressure near atmospheric pressure, the distance between the electrode and the workpiece needs to be kept narrow in order to maintain the plasma. Therefore, when a parallel plate type electrode generally used in a low-pressure plasma process is applied to an atmospheric pressure plasma process, it becomes difficult for fresh gas to be supplied to the central portion of the electrode, and the processing speed becomes non-uniform.
この課題を解決するのに、特許文献3および特許文献4では、電極を回転させることによって、新鮮なガスを狭ギャップ部へ供給する手法が採用されている。
In order to solve this problem,
しかしながら、この場合、プラズマが、点状もしくはライン状の局所的なものになり、大面積もしくは複数枚の被加工物を処理する場合には、電極もしくは被加工物を被加工物全面に渡り走査する必要があり、効率が悪くなる。また、真空装置内で処理を行う場合には、基板走査のために装置本体が大型化することを避けがたいという問題がある。
そこで、本発明者は、大面積基板もしくは複数の被加工物を加工するため、以下に示す電極構造及び加工装置を試作し、その効果を検証した。 Therefore, the present inventor made a prototype of an electrode structure and a processing apparatus shown below in order to process a large area substrate or a plurality of workpieces, and verified the effect.
図1Aは、本発明者によって試作された加工装置(本出願時に公知になっていなく、したがって、従来技術ではない)の模式的な側面透視図であり、図1Bは、図1Aに示す加工装置の電極周辺部の概略図である。 FIG. 1A is a schematic side perspective view of a processing apparatus prototyped by the present inventor (not known at the time of the present application, and therefore not prior art), and FIG. 1B is a processing apparatus shown in FIG. 1A. It is the schematic of the electrode peripheral part.
図1Aに示すように、この加工装置は、反応容器1、回転電極2、基板ステージ4、ヒータ5、および、高周波電源7を備え、反応容器1には、ガス導入ライン8と、ガス排気ライン9が接続されている。回転電極2および基板ステージ4は、反応容器1内に配置され、ヒータ5は、基板ステージ4に内蔵されている。回転電極2の表面の一部は、基板ステージの被加工物6の載置面と略平行に配置されており、回転電極2の上記表面の一部は、基板ステージの載置面に対向している。基板ステージ4の載置面には、被加工物6が載置され、非加工物6と回転電極2の上記表面の一部との間に、プラズマ10を発生するようになっている。
As shown in FIG. 1A, this processing apparatus includes a
図1Bに示すように、回転電極2は、電極部11と、回転軸3とを有している。電極部11は、棒状の電極形状を有し、このことに起因して、非加工物6と回転電極2の一方の面との間に発生するプラズマ10は、被加工物6に対して略平行なライン状の形状を有している。回転軸3は、電極部11の基板ステージ4側とは反対側の面の中央部から基板ステージ4の載置面の法線方向に延在している。回転電極2は、回転軸3を中心として回転可能になっている。
As shown in FIG. 1B, the rotating electrode 2 has an
本発明者は、上で説明した装置を用いて、被加工物6に対して略平行なライン状のプラズマを回転させながら被加工物6に接触させることにより、平行平板において間隔が狭い狭ギャップ部(プラズマ処理部)にガスが供給されにくいという問題を解決し、かつ、被加工物6を均一に処理できるのではないかと考えた。しかしながら、その効果を検証したところ、次に示す課題が顕在になることがわかった。
The present inventor uses the apparatus described above to contact the
図2は、図1Aに示すプラズマ加工装置によりシリコン基板の加工を行った際に得られた加工痕の断面プロファイルの一例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a cross-sectional profile of a processing trace obtained when a silicon substrate is processed by the plasma processing apparatus shown in FIG. 1A.
図2に示すように、この例では、全体が均一に加工されておらず、回転軸3の直下から離れるに従って、加工量が減少している。すなわち、基板を均一に加工することができなくなっている。
As shown in FIG. 2, in this example, the whole is not processed uniformly, and the processing amount decreases as the distance from the position immediately below the rotating
そこで、本発明の目的は、被加工物を均一に加工できるプラズマ加工装置を提供することにあり、特に、大面積基板および複数の基板を均一かつ効率的に加工可能なプラズマ加工装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of uniformly processing a workpiece, and in particular, to provide a plasma processing apparatus capable of processing a large area substrate and a plurality of substrates uniformly and efficiently. There is.
上記課題を解決するため、この発明のプラズマ加工装置は、
被加工物を所定の位置に保持する被加工物保持部と、
回転軸と、上記被加工物が上記所定の位置に保持されている状態において、上記被加工物に上記回転軸の軸方向に対向すると共に、上記軸方向に略垂直に広がる対向面を有し、かつ、上記回転軸の一端に連なる電極部とを有する回転電極と
を備え、
上記対向面における上記回転軸の径方向の最外方に位置する部分よりも上記径方向の内方の領域において、上記対向面の上記回転軸の周方向の長さは、上記径方向の外方にいくにしたがって大きくなっていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, a plasma processing apparatus according to the present invention comprises:
A workpiece holding section for holding the workpiece in a predetermined position;
In a state where the rotary shaft and the workpiece are held at the predetermined position, the workpiece has an opposing surface that faces the axial direction of the rotary shaft and extends substantially perpendicular to the axial direction. And a rotating electrode having an electrode portion connected to one end of the rotating shaft,
In the region inward of the radial direction with respect to the radially outermost portion of the rotating shaft on the facing surface, the circumferential length of the rotating shaft of the facing surface is outside the radial direction. The feature is that it gets bigger as you go.
本発明者は、生成されるプラズマの形状が、電極部の上記対向面の形状に対応する形状になることを見出した。 The inventor has found that the shape of the generated plasma is a shape corresponding to the shape of the facing surface of the electrode portion.
また、本発明者は、シリコン基板の各地点におけるプラズマ接触時間が異なっており、電極の端部へ向かうに従いプラズマ接触時間が減少することが原因であることを見出し、回転軸3の直下において加工量が多いのは、プラズマの幅に応じて、常にプラズマが接触し続ける領域が発生するため、周辺部と比較して加工速度が大きくなってしまうことであることを見出した。 Further, the present inventor found that the plasma contact time at each point of the silicon substrate is different and that the cause is that the plasma contact time decreases toward the end of the electrode. It has been found that the amount is large because the region where the plasma is always in contact is generated according to the width of the plasma, so that the processing speed is increased as compared with the peripheral portion.
また、本発明者は、図1Bに示す電極構造では、プラズマの周方向(正確には回転軸の周方向)の幅が、径方向(正確には回転軸の径方向)の位置によらず一定であるため、電極回転軸直下(径方向の内方)にいくにしたがって、被加工材においてプラズマ接触時間が増加して、加工速度が不均一になっていることを見出した。 In addition, in the electrode structure shown in FIG. 1B, the present inventor has determined that the width in the circumferential direction of the plasma (exactly the circumferential direction of the rotating shaft) is independent of the position in the radial direction (exactly the radial direction of the rotating shaft). Since it is constant, it has been found that the plasma contact time increases in the workpiece as it goes directly below the electrode rotation axis (inward in the radial direction), and the machining speed becomes non-uniform.
本発明によれば、上記対向面における上記回転軸の径方向の最外方に位置する部分よりも上記径方向の内方の領域において、上記対向面の上記回転軸の周方向の長さが、上記径方向の外方にいくにしたがって大きくなっているから、プラズマ処理部全域において被加工物の均一な処理を行うことができて、回転軸の上記一端からの距離によらず、すなわち、回転軸の径方向の存在位置によらず、被加工物を均一かつ効率的に加工できる。 According to the present invention, the circumferential length of the rotating shaft of the facing surface is greater in the radially inner region than the radially outermost portion of the rotating shaft on the facing surface. Since it increases as it goes outward in the radial direction, the workpiece can be uniformly processed throughout the plasma processing portion, regardless of the distance from the one end of the rotating shaft, that is, The workpiece can be processed uniformly and efficiently regardless of the radial position of the rotating shaft.
また、一実施形態のプラズマ加工装置は、上記対向面は、上記径方向の外方にいくにしたがって上記周方向の幅が大きくなっている複数の領域からなっている。 In the plasma processing apparatus according to an embodiment, the facing surface includes a plurality of regions having a circumferential width that increases toward the outside in the radial direction.
上記実施形態によれば、簡単な構成により、被加工物を均一かつ効率的に加工できる。 According to the embodiment, the workpiece can be processed uniformly and efficiently with a simple configuration.
また、一実施形態のプラズマ加工装置は、上記電極部が上記被加工保持器に対して一方向に回転している場合において、上記電極部の回転の前側の端面が、その端面に接触する気体が上記対向面と上記所定の位置に保持されている上記被加工物との間に移動することを促進する形状である。 Further, the plasma processing apparatus according to one embodiment is configured such that when the electrode portion rotates in one direction with respect to the workpiece holder, the end surface on the front side of the rotation of the electrode portion is in contact with the end surface. Is a shape that promotes movement between the facing surface and the workpiece held at the predetermined position.
上記実施形態によれば、簡単な構成で被加工物を均一かつ効率的に加工できることに加えて、上記端面に接触する気体が上記対向面と上記被加工物との間に移動することを促進できて、反応ガスを効率的に反応領域に導入することができる。したがって、加工効率を更に向上させることができる。 According to the embodiment, in addition to being able to process the workpiece uniformly and efficiently with a simple configuration, the gas in contact with the end surface is promoted to move between the facing surface and the workpiece. Thus, the reaction gas can be efficiently introduced into the reaction region. Accordingly, the processing efficiency can be further improved.
また、一実施形態のプラズマ加工装置は、上記電極部が上記被加工物保持部に対して一方向に回転している場合において、上記電極部の回転の前側の端面が、その端面に接触する気体が上記電極部の上記回転軸側に移動することを促進する形状である。 Further, in the plasma processing apparatus according to an embodiment, when the electrode portion rotates in one direction with respect to the workpiece holding portion, the end surface on the front side of the rotation of the electrode portion is in contact with the end surface. It is a shape that promotes the movement of gas toward the rotating shaft side of the electrode portion.
上記実施形態によれば、簡単な構成で被加工物を均一かつ効率的に加工できることに加えて、上記端面に接触する気体が上記電極部の上記回転軸側に移動することを促進できて、この気体の移動に伴って被加工物表面に残存する残留物質を反応領域外に移動させることができる。したがって、残留付着物を低減させることができて、プラズマ加工を精度高く行うことができる。 According to the above embodiment, in addition to being able to process the workpiece uniformly and efficiently with a simple configuration, the gas in contact with the end face can be promoted to move to the rotating shaft side of the electrode part, Along with the movement of the gas, the residual material remaining on the workpiece surface can be moved out of the reaction region. Therefore, residual deposits can be reduced and plasma processing can be performed with high accuracy.
また、一実施形態のプラズマ加工装置は、上記電極部が上記被加工物保持部に対して第1方向に回転している場合において、上記電極部の回転の前側の端面が、その端面に接触する気体が上記対向面と上記所定の位置に保持されている上記被加工物との間に移動することを促進する形状である一方、上記電極部が上記被加工物保持部に対して上記第1方向とは反対側の第2方向に回転している場合において、上記電極部の回転の前側の端面が、その端面に接触する気体が上記電極部の上記回転軸側に移動することを促進する形状である。 In the plasma processing apparatus of one embodiment, when the electrode unit rotates in the first direction with respect to the workpiece holding unit, the front end surface of the electrode unit rotates in contact with the end surface. The shape of the electrode portion facilitates the movement of the gas to be moved between the facing surface and the workpiece held at the predetermined position, while the electrode portion has the second shape with respect to the workpiece holding portion. In the case of rotating in the second direction opposite to the one direction, the end surface on the front side of the rotation of the electrode portion promotes that the gas in contact with the end surface moves to the rotating shaft side of the electrode portion. Shape.
上記実施形態によれば、簡単な構成で被加工物を均一かつ効率的に加工できることに加えて、上記端面に接触する気体を上記対向面と上記被加工物との間に移動させるか、または、上記端面に接触する気体を上記電極部の上記回転軸側に移動させることができる。したがって、プラズマの処理内容に基づいて、適宜最適な気流の流れを生成できるから、プラズマの加工速度を大きくすることができるという作用効果と、被加工物表面に残存する残留物質を反応領域外へ効率的に排出することができて、残留付着物を低減させることができるという作用効果の両方を、実現できる。したがって、プラズマ加工を迅速かつ精度高く行うことができる。 According to the above embodiment, in addition to being able to process the workpiece uniformly and efficiently with a simple configuration, the gas contacting the end face is moved between the facing surface and the workpiece, or The gas in contact with the end face can be moved to the rotating shaft side of the electrode part. Accordingly, since an optimal air flow can be generated as appropriate based on the plasma processing content, the effect that the plasma processing speed can be increased and the residual material remaining on the surface of the workpiece are moved out of the reaction region. It is possible to realize both of the effects of being able to efficiently discharge and reducing the residual deposits. Therefore, plasma processing can be performed quickly and with high accuracy.
また、一実施形態のプラズマ加工装置は、上記電極部が、板状の基部と、この基部から突出する複数の突起とを有し、上記対向面が、上記各突起の上記基部とは反対側の面を合わせたものである。 In the plasma processing apparatus of one embodiment, the electrode part has a plate-like base part and a plurality of protrusions protruding from the base part, and the opposing surface is opposite to the base part of the protrusions. Is a combination of the two.
上記実施形態によれば、各径方向の位置において、上記対向面の上記周方向の長さを精密に調整できて、被加工物を均一に加工することの精度を格段に向上させることができる。 According to the embodiment, the circumferential length of the facing surface can be precisely adjusted at each radial position, and the accuracy of processing the workpiece uniformly can be significantly improved. .
また、一実施形態のプラズマ加工装置は、複数の空孔が、上記対向面に開口し、上記空孔の単位面積あたりの密度が、上記径方向の外方にいくにしたがって小さくなっている。 Further, in the plasma processing apparatus of one embodiment, a plurality of holes are opened in the facing surface, and the density per unit area of the holes is decreased as going outward in the radial direction.
上記実施形態によれば、各径方向の位置において、上記対向面の上記周方向の長さを精密に調整できて、被加工物を均一に加工することの精度を格段に向上させることができる。 According to the embodiment, the circumferential length of the facing surface can be precisely adjusted at each radial position, and the accuracy of processing the workpiece uniformly can be significantly improved. .
また、一実施形態のプラズマ加工装置は、上記被加工物保持部は、上記被加工物を保持する加工物保持位置を上記周方向に所定間隔をおいて複数有し、上記加工物保持位置に保持された上記被加工物を回動させる回動装置を備える。 In the plasma processing apparatus of one embodiment, the workpiece holding unit has a plurality of workpiece holding positions for holding the workpiece at predetermined intervals in the circumferential direction, and the workpiece holding position is at the workpiece holding position. A rotation device is provided for rotating the held workpiece.
上記実施形態によれば、加工時において、上記回動装置によって上記被加工物を回動させることができるから、被加工物の効率的に加工でき、さらに、被加工物を均一に加工することの精度を向上させることができる。 According to the embodiment, since the workpiece can be rotated by the rotation device at the time of processing, the workpiece can be processed efficiently, and the workpiece can be processed uniformly. Accuracy can be improved.
また、一実施形態のプラズマ加工装置は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、被加工物と電極との間に、上記被加工物に対し略平行なライン状のプラズマを生成し、上記被加工物の表面と接触させることにより加工するプラズマ加工装置であって、上記電極が上記被加工物に垂直な回転軸を中心に回転し、かつ、電極回転の際にプラズマ接触部全域においてプラズマ接触時間が等しくなるような電極形状を有している。 The plasma processing apparatus according to an embodiment generates a line-shaped plasma substantially parallel to the workpiece between the workpiece and the electrode under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure, A plasma processing apparatus for processing by contacting with a surface of a workpiece, wherein the electrode rotates around a rotation axis perpendicular to the workpiece, and plasma is generated in the entire plasma contact portion during electrode rotation. The electrode shape is such that the contact times are equal.
上記実施形態のプラズマ加工装置によれば、電極と被加工物との狭い間隔にガスを効率的に供給することが可能であり、かつ、電極回転軸を中心とする周方向へのプラズマ接触時間の不均一性を解消できる。したがって、簡単な構成により、大面積及び複数の被加工物を均一かつ効率的に加工できる。 According to the plasma processing apparatus of the above-described embodiment, it is possible to efficiently supply a gas at a narrow interval between the electrode and the workpiece, and the plasma contact time in the circumferential direction around the electrode rotation axis The non-uniformity can be eliminated. Therefore, a large area and a plurality of workpieces can be processed uniformly and efficiently with a simple configuration.
また、一実施形態のプラズマ加工装置は、上記回転軸直下から電極端部に向かって電極幅が大きくなっている。 In the plasma processing apparatus of one embodiment, the electrode width increases from directly below the rotation axis toward the electrode end.
また、一実施形態のプラズマ加工装置は、上記電極が上記被加工物と対向する面に多数の針状突起を有し、かつ、上記針状突起の密度が上記回転軸から電極端部に向かって増加している。 In one embodiment of the plasma processing apparatus, the electrode has a large number of needle-like protrusions on the surface facing the workpiece, and the density of the needle-like protrusions extends from the rotation axis toward the electrode end. Has increased.
また、一実施形態のプラズマ加工装置は、上記電極が上記被加工物に垂直な多数の空孔を有し、かつ、上記空孔の密度が上記回転軸から電極端部に向かって減少している。 Further, in the plasma processing apparatus of one embodiment, the electrode has a large number of holes perpendicular to the workpiece, and the density of the holes decreases from the rotation axis toward the end of the electrode. Yes.
また、一実施形態のプラズマ加工装置は、上記回転軸を中心に、複数の被加工物を放射状に設置可能な基板ホルダーを有し、かつ、各々の被加工物が回転するようになっている。 Moreover, the plasma processing apparatus of one embodiment has a substrate holder on which a plurality of workpieces can be radially arranged around the rotation axis, and each workpiece is rotated. .
本発明のプラズマ加工装置によれば、回転軸の径方向の存在位置によらず被加工物を均一かつ効率的に加工できる。 According to the plasma processing apparatus of the present invention, a workpiece can be processed uniformly and efficiently regardless of the radial position of the rotating shaft.
また、一実施形態のプラズマ加工装置によれば、大気圧または大気圧近傍の圧力下で生成する大気圧プラズマを利用するから、被加工物の加工に寄与する中性ラジカルの絶対数を多くできて、中性ラジカルと被加工物構成原子との化学反応を増加させることができる。したがって、被加工物の加工速度を向上させることができる。 In addition, according to the plasma processing apparatus of one embodiment, since the atmospheric pressure plasma generated under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure is used, the absolute number of neutral radicals that contribute to the processing of the workpiece can be increased. Thus, the chemical reaction between the neutral radical and the workpiece constituent atoms can be increased. Therefore, the processing speed of the workpiece can be improved.
また、大気圧プラズマ中には多数の原子や分子などが存在するから、大気圧プラズマ中のイオンが、被加工物の表面に到達する前に何らかの原子や分子と衝突して、大気圧プラズマ中のイオンが直接被加工物の表面に到達することがない。したがって、加工の際に被加工物の表面がダメージを受けることがなくて、被加工物の表面を、結晶学的に乱れのない表面とすることができる。 In addition, since there are many atoms and molecules in the atmospheric pressure plasma, ions in the atmospheric pressure plasma collide with some atoms and molecules before reaching the surface of the workpiece, Ions do not reach the surface of the workpiece directly. Therefore, the surface of the workpiece is not damaged during processing, and the surface of the workpiece can be made a surface that is not crystallographically disturbed.
さらに、低圧雰囲気を形成するために必要とされるような強度を有する反応容器や強力な排気システムなどを不必要とすることができて、装置コストを低下させることができ、最終製品のコストダウンを実現することができる。 Furthermore, it is possible to eliminate the need for reaction vessels and powerful exhaust systems that are strong enough to create a low-pressure atmosphere, which can reduce equipment costs and reduce the cost of the final product. Can be realized.
さらには、上述の効果を実現した上で、大型基板および複数枚の基板を均一かつ効率的に加工することができる。 Furthermore, a large substrate and a plurality of substrates can be processed uniformly and efficiently after realizing the above-described effects.
また、一実施形態のプラズマ加工装置によれば、電極部の回転の前側の端面が、その端面に接触する気体が対向面と被加工物との間に移動することを促進する形状を有しているから、被加工物の加工に寄与する中性ラジカルを被加工物表面に強制的に供給することができて、被加工物の加工速度を向上させることができる。 Further, according to the plasma processing apparatus of one embodiment, the end surface on the front side of the rotation of the electrode portion has a shape that promotes the movement of the gas contacting the end surface between the facing surface and the workpiece. Therefore, neutral radicals that contribute to the processing of the workpiece can be forcibly supplied to the surface of the workpiece, and the processing speed of the workpiece can be improved.
また、一実施形態のプラズマ加工装置によれば、電極部の回転の前側の端面が、その端面に接触する気体が電極部の回転軸側に移動することを促進する形状を有しているから、被加工物表面に残存する残留物質を効率的に反応領域外に排出することができて、被加工物表面の残留付着物の量を低減させることができ、プラズマ加工を精度高く行うことができる。 Moreover, according to the plasma processing apparatus of one embodiment, the end surface on the front side of the rotation of the electrode portion has a shape that promotes the movement of the gas in contact with the end surface to the rotation axis side of the electrode portion. Residual substances remaining on the workpiece surface can be efficiently discharged out of the reaction region, the amount of residual deposits on the workpiece surface can be reduced, and plasma processing can be performed with high accuracy. it can.
また、一実施形態のプラズマ加工装置によれば、電極部が被加工物に対して第1方向に回転している際、電極部の回転の前側の端面が、その端面に接触する気体が対向面と被加工物との間に移動することを促進する形状を有している一方、電極部が被加工物に対して第1方向とは反対側の第2方向に回転している際、電極部の回転の前側の端面が、その端面に接触する気体が上記電極部の上記回転軸側に移動することを促進する形状を有しているから、プラズマ処理内容に最適な気流の流れを適宜作り出すことができて、加工速度を向上させることができると共に、被加工物表面に残存する残留物質をプラズマ外へ効率良く排出することができて、残留付着物を低減させることができる。 According to the plasma processing apparatus of one embodiment, when the electrode portion rotates in the first direction with respect to the workpiece, the end surface on the front side of the rotation of the electrode portion is opposed to the gas contacting the end surface. While having a shape that promotes movement between the surface and the workpiece, the electrode portion rotates in the second direction opposite to the first direction with respect to the workpiece, The front end surface of the electrode portion rotation has a shape that promotes the movement of the gas in contact with the end surface toward the rotation shaft side of the electrode portion. It can be created appropriately, the processing speed can be improved, and the residual material remaining on the surface of the workpiece can be efficiently discharged out of the plasma, and the residual deposits can be reduced.
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図3Aは、本発明の第1実施形態のプラズマ加工装置の模式的な側面透視図である。
(First embodiment)
FIG. 3A is a schematic side perspective view of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
この加工装置は、反応容器21、回転電極22、被加工物保持部の一例としての基板ステージ(基板ホルダー)24、ヒータ25および高周波電源27を備え、反応容器21には、ガス導入ライン28と、ガス排気ライン29が接続されている。
This processing apparatus includes a
上記反応容器21は、被加工物26をプラズマ加工処理する反応場となる内部空間を画定している。回転電極22および基板ステージ24は、上記内部空間内に配置され、基板ステージ24は、反応容器21の底面に略平行に配置されている。基板ステージ24は、被加工物26を載置する載置面31を有している。
The
上記回転電極22は、回転軸23および電極部33を有している。回転軸23は、電極部33の基板ステージ24側とは反対側の面から載置面31の法線方向に延在している。回転軸23は、上記内部空間内の基板ステージ24の上方に基板ステージ24の載置面に対して垂直になるように設けられている。
The rotating
上記電極部33は、回転軸23の基板ステージ24側の一端に連なっている。上記電極部33は、被加工物26に回転軸23の軸方向に対向すると共に、上記軸方向に略垂直に広がる対向面34を有している。上記対向面34は、基板ステージ(基板ホルダー)24の被加工材26の載置面に略平行になっている。回転軸23は、図3Aに矢印aで示す方向に回動できるようになっており、回転電極22は、回転軸23を中心に回転可能な機構となっている。
The
上記載置面31と、電極部33の対向面34とは、略平行になっていて隙間を介して対向している。上記載置面31に載置された非加工物26と、電極部33の対向面34との間に、プラズマ30を発生するようになっている。
The
上記高周波電源27は、反応容器21の外部に設けられている。高周波電源27は、回転軸23の回転を阻害することなく回転軸23に接続されている。基板ステージ24は、反応容器21の外部にのびて接地されたアース部(図示せず)を有している。ヒータ25は、基板ステージ24の内部に内蔵されている。ヒータ25は、基板ステージ24上に載置される被加工物26を加熱する役割を担っている。
The high
回転電極22は、上下方向に移動可能になっている。回転電極22を上下方向に移動させることにより、電極部33と、電極部33の下方に位置する基板ステージ24との距離を適宜変更するようになっている。基板ステージ24には、基板ステージ24上に載置される被加工物26を吸着固定するための真空チャック(図示せず)が設けられており、プラズマ加工処理中の被加工物26が載置位置からずれないように固定されるようになっている。
The rotating
上記ガス導入ライン28は、反応容器21の第1の側部に設けられている。ガス導入ライン28は、ガスを供給するガスボンベなど(図示せず)に接続されている。上記ガス導入ライン28を通じてガスが反応容器21の内部空間に導入されるようになっている。
The
上記ガス排気ライン29は、上記第1の側部に対向する反応容器21の第2の側部に設けられている。ガス排気ライン29は、反応器21の外部にガスを吸引するためのポンプ(図示せず)に接続されている。ガス排気ライン29を通じて反応容器21の内部空間内のガスが排出されるようになっている。
The
図3Bは、図3Aに示す装置の一部を示す模式的な斜視図であり、回転電極22の周辺部を示す斜視図である。
FIG. 3B is a schematic perspective view showing a part of the apparatus shown in FIG. 3A, and is a perspective view showing the periphery of the rotating
回転軸23は、基板ステージ24の載置面31に略垂直に延在している。被加工物26は、回転軸23の周方向に所定間隔毎に放射状に複数配置されている。電極部33は、棒状の形状を有している。回転軸23の基板ステージ24側の一端は、電極部33の基板ステージ24側とは反対側の面の中央部につながっている。電極部33の上記対向面34は、電極部33の端部から回転軸23の直下に向かって電極幅が狭くなっている。
The
詳しくは、上記対向面34は、二つの領域である第1領域37と第2領域38とからなり、第1領域37および第2領域38の夫々は、回転軸23の径方向の外方にいくにしたがって周方向の幅が大きくなっている。
Specifically, the facing
このようにして、電極部33の基板ステージ側の面の形状に対応する形状、すなわち、基板ステージ24の載置面31に平行な断面において、一端部から中央に向かって幅が狭くなっていると共に、他端部から中央に向かって幅が狭くなっている形状のプラズマを発生するようになっている。
In this way, in the shape corresponding to the shape of the surface of the
図3Cは、回転電極22を被加工物26側から見た模式平面図である。
FIG. 3C is a schematic plan view of the rotating
図3Cに示すように、上記第1領域37は、電極部33の回転軸23に遠い側の一端から回転軸23の直下に向かって幅が一次関数的に小さくなる扇状の形状を有し、第2領域38は、電極部33の回転軸23に遠い側の一端から回転軸23の直下に向かって幅が一次関数的に小さくなる扇状の形状を有している。
As shown in FIG. 3C, the
第1領域37の中心線(第1領域37を周方向に二等分する線)と、第2領域38の中心線(第2領域38を周方向に二等分する線)とは、略同一直線上に位置している。第1領域37の中心角と、第2領域38の中心角とは、同一角度(αで示す)になっている。
The center line of the first region 37 (line that bisects the
上記構成の装置を用いて、例えば、被加工物26の被加工面を、次のようにプラズマで加工処理する。
Using the apparatus configured as described above, for example, the processing surface of the
先ず、反応容器21の内部のガスをガス排気ライン29によって図3Aに矢印cで示す方向に移動させて、内部のガスを十分に排気した後、ガス導入ライン28から反応ガスを反応容器1の内部に図3Aに矢印bで示す方向に導入する。反応ガス導入後の反応容器21の内部の圧力は、大気圧または大気圧近傍の圧力に設定する。
First, the gas inside the
次に、回転電極22の回転速度、回転電極22と基板ステージ24上に載置された被加工物26との間の距離、および、被加工物26を加熱するヒータ25の温度等の加工条件を設定する。
Next, processing conditions such as the rotational speed of the
次に、高周波電源27から高周波電力を回転軸23を介して電極部33に印加する。高周波電力を電極部33に印加することによって、電極部33と基板ステージ2との間に電場を生成する。この電場によって電極部33と被加工物26の表面との間に供給された反応ガスを分解および励起して、電極部33と被加工物26の表面との間にプラズマ30を生成し、生成したプラズマ30を被加工物26の表面に接触させる。
Next, high-frequency power is applied from the high-
このことにより、プラズマ30によって生成した活性種が、被加工物36の表面に作用して化合物を生成し、化合物が気相中に気化・拡散することによって、被加工物26の加工を進展させる。
As a result, active species generated by the
上記第1実施形態のプラズマ加工装置によれば、電極部33と基板ステージ24との間の距離を自在に調整でき、かつ、電極部33の対向面34が、中央部から一端部および中央部から他端部に向けて幅が広がる形状をしているから、電極部33と被加工物26との狭い間隔にガスを効率的に供給することができ、かつ、回転軸23の径方向の位置に依存した被加工物26のプラズマ接触時間の不均一性を解消できる。したがって、簡単な構成で、複数の表面積が大きい被加工物を均一かつ効率的に加工できる。
According to the plasma processing apparatus of the first embodiment, the distance between the
また、上記第1実施形態のプラズマ加工装置によれば、大気圧または大気圧近傍の圧力下で生成する大気圧プラズマを利用しているから、被加工物26の加工に寄与する中性ラジカルの絶対数を多くできて、中性ラジカルと、被加工物26を構成している原子との化学反応を促進することができる。したがって、被加工物26の加工速度を速くすることができる。
Further, according to the plasma processing apparatus of the first embodiment, since atmospheric pressure plasma generated under atmospheric pressure or pressure near atmospheric pressure is used, neutral radicals that contribute to the processing of the
また、大気圧プラズマ中には、多数の原子や分子などが存在するから、大気圧プラズマ中のイオンは、被加工物26の表面に到達する前に何らかの原子や分子と衝突し、大気圧プラズマ中のイオンは、直接被加工物26の表面に到達することがない。したがって、加工の際に被加工物26の表面がダメージを受けることがないから、被加工物26の表面の結晶性を優れたものにすることができる。
In addition, since there are a large number of atoms and molecules in the atmospheric pressure plasma, ions in the atmospheric pressure plasma collide with some kind of atoms and molecules before reaching the surface of the
更には、大気圧または大気圧近傍の圧力下で生成する大気圧プラズマを利用しているから、低圧雰囲気を形成するために必要とされるような強度を有する反応容器や強力な排気システム等が必要とされることがない。したがって、装置の製造コストを低下させることができて、最終製品の製造コストを低減することができる。 Furthermore, since atmospheric pressure plasma generated under atmospheric pressure or near atmospheric pressure is used, a reaction vessel having a strength required to form a low-pressure atmosphere, a powerful exhaust system, etc. Never needed. Therefore, the manufacturing cost of the apparatus can be reduced, and the manufacturing cost of the final product can be reduced.
尚、上記第1実施形態のプラズマ加工装置では、電極部33の対向面34は、電極部33の一端から回転軸23の直下に向かって幅が一次関数的に小さくなる扇状の形状を有する第1領域37と、電極部33の他端から回転軸23の直下に向かって幅が一次関数的に小さくなる扇状の形状を有する第2領域38とからなり、第1領域37の中心線と、第2領域38の中心線とは、略同一直線上に位置し、第1領域37の中心角と、第2領域38の中心角とは、同一角度になっていた。しかしながら、この発明では、扇状の第1領域の中心角と、扇状の第2領域の中心角の大きさは、第1領域の中心角と第2領域の中心角との値が同じであれば、仕様に基づいて自在に設定されれば良く、例えば、第1実施形態の変形例のプラズマ加工装置における図3Cに対応する図である図4に示すように、図3Cに示す中心角αと比較して、より大きな中心角α’を採用しても良い。
In the plasma processing apparatus according to the first embodiment, the facing
値が同じである、扇状の第1領域の中心角と、扇状の第2領域の中心角の大きさは、任意に選択でき、鋭角、直角、または、鈍角のいずれであっても良い。扇状の領域の中心角は、各仕様において、プラズマ加工装置を運転して回転電極を回転させた際に、被加工物のプラズマ接触時間を略等しくできる角度に随時設定されれば良い。 The central angle of the fan-shaped first region and the central angle of the fan-shaped second region having the same value can be arbitrarily selected, and may be any of acute angle, right angle, and obtuse angle. In each specification, the central angle of the fan-shaped region may be set to an angle at which the plasma contact time of the workpiece can be made approximately equal when the plasma processing apparatus is operated and the rotating electrode is rotated.
また、上記第1実施形態では、上記対向面34における回転軸23の径方向の最外方に位置する部分よりも径方向の内方の領域において、対向面34の周方向の長さが、径方向の外方にいくにしたがって一次関数的に大きくなっていたが(径方向の位置に比例して大きくなっていたが)、本発明では、電極部の対向面における回転軸の径方向の最外方に位置する部分よりも径方向の内方の領域において、上記対向面の上記回転軸の周方向の長さは、上記径方向の外方にいくにしたがって高次関数的に(例えば、径方向の位置(座標)の2乗に比例して)大きくなっていても良い。
Further, in the first embodiment, the circumferential length of the facing
(第2実施形態)
図5Aは、本発明の第2実施形態のプラズマ加工装置における図3Bに対応する図であり、本発明の第2実施形態のプラズマ加工装置の回転電極52の周辺部を示す斜視図である。また、図5Bは、第2実施形態のプラズマ加工装置における図3Cに対応する図であり、回転電極52を被加工物26側から見た模式平面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 5A is a view corresponding to FIG. 3B in the plasma processing apparatus of the second embodiment of the present invention, and is a perspective view showing the periphery of the rotating
第2実施形態のプラズマ加工装置は、電極部53の基板ステージ24側の対向面64が、4つの扇状の領域からなっている点のみが、電極部33の基板ステージ24側の対向面34が、2つの扇状の領域37,38からなっている第1実施形態のプラズマ加工装置と異なる。
In the plasma processing apparatus according to the second embodiment, the opposing
第2実施形態のプラズマ加工装置では、第1実施形態のプラズマ加工装置の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、第2実施形態のプラズマ加工装置では、第1実施形態のプラズマ加工装置と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第1実施形態のプラズマ加工装置と異なる構成および作用効果についてのみ説明を行うことにする。 In the plasma processing apparatus of the second embodiment, the same components as those of the plasma processing apparatus of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Further, in the plasma processing apparatus of the second embodiment, the description of the operations and effects common to the plasma processing apparatus of the first embodiment will be omitted, and the configuration and operation different from those of the plasma processing apparatus of the first embodiment will be omitted. Only the effect will be described.
図5Aに示すように、第2実施形態のプラズマ装置の回転電極52は、電極部53および回転軸63からなり、回転軸63の一端は、電極部53の基板ステージ24側とは反対側の面の中央部につながっている。回転軸63は、基板ステージ24の載置面66に略垂直に延在している。
As shown in FIG. 5A, the rotating
電極部53は、十字状の形状を有しており、4つの端部を有している。電極部33の基板ステージ24側の対向面64は、電極部53の第1端部から回転軸63の直下に向かって電極幅が狭くなっていると共に、電極部53の第2端部から回転軸63の直下に向かって電極幅が狭くなっている。また、上記対向面64は、電極部53の第3端部から回転軸63の直下に向かって電極幅が狭くなっていると共に、電極部53の第4端部から回転軸63の直下に向かって電極幅が狭くなっている。
The
図5Bに示すように、電極部53の基板ステージ24側の対向面64は、電極部53の第1端から回転軸63の直下に向かって幅が小さくなる扇状の第1領域70と、電極部53の第2端から回転軸63の直下に向かって幅が小さくなる扇状の第2領域71と、電極部53の第3端から回転軸63の直下に向かって幅が小さくなる扇状の第3領域72と、電極部53の第4端から回転軸63の直下に向かって幅が小さくなる扇状の第4領域73とからなる。
As shown in FIG. 5B, the opposing
第1領域70の中心線(二等分線)と、第3領域72の中心線(二等分線)とは、略同一直線(第1直線ということにする)上に位置しており、第2領域71の中心線(二等分線)と、第4領域73の中心線(二等分線)とは、略同一直線(第2直線ということにする)上に位置している。第1乃至第4領域70,71,72,73の中心角の角度は、全て同一になっている。上記第1直線と上記第2直線とは、直交している。
The center line (bisector) of the
上記第2実施形態のプラズマ加工装置によれば、第1実施形態と比較して、電極部53の扇状の領域70,71,72,73の数が多くなっているから、対向面64の面積を大きくできて、電場の生成領域を大きくできる。
According to the plasma processing apparatus of the second embodiment, since the number of fan-shaped
この発明では、扇状の領域の数は、いくつであっても良く、扇状の領域の中心角の角度の制限も存在しない。しかしながら、扇状の領域の数が多くなった場合や、扇状の領域の中心角の大きさが大きくなった場合においては、回転電極の回転軸の直下付近の領域への新鮮な反応ガスの供給が妨げられる可能性が高くなる。このため、扇状の領域の数は少なく、また、各扇状の領域の中心角は、小さく設定されていることが好ましい。 In the present invention, the number of fan-shaped regions may be any number, and there is no restriction on the central angle of the fan-shaped regions. However, when the number of fan-shaped regions increases or when the central angle of the fan-shaped regions increases, the supply of fresh reaction gas to the region immediately below the rotation axis of the rotating electrode is not possible. There is a high possibility of being disturbed. For this reason, it is preferable that the number of fan-shaped regions is small, and the central angle of each fan-shaped region is set to be small.
(第3実施形態)
図6は、本発明の第3実施形態のプラズマ加工装置における図3Bに対応する図であり、本発明の第3実施形態のプラズマ加工装置の回転電極22の周辺部を示す斜視図である。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 3B in the plasma processing apparatus of the third embodiment of the present invention, and is a perspective view showing a peripheral portion of the rotating
第3実施形態のプラズマ加工装置は、被加工物を回転させる回転装置を有している点のみが、第1実施形態のプラズマ加工装置と異なる。 The plasma processing apparatus of the third embodiment is different from the plasma processing apparatus of the first embodiment only in that it has a rotating device that rotates the workpiece.
第3実施形態のプラズマ加工装置では、第1実施形態のプラズマ加工装置の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、第3実施形態のプラズマ加工装置では、第1実施形態のプラズマ加工装置と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第1実施形態のプラズマ加工装置と異なる構成および作用効果についてのみ説明を行うことにする。 In the plasma processing apparatus of the third embodiment, the same components as those of the plasma processing apparatus of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Further, in the plasma processing apparatus of the third embodiment, the description of the operations and effects common to the plasma processing apparatus of the first embodiment will be omitted, and the configuration and operation different from those of the plasma processing apparatus of the first embodiment will be omitted. Only the effect will be described.
回転装置は、真空チャック(図示せず)と、真空チャックを回動させる回動機構(図示せず)とからなる。真空チャックは、基板ステージ24の載置面31に、周方向に所定間隔毎に存在する加工物保持位置上に位置する被加工物を保持するようになっている。また、回動機構は、被加工物を保持した真空チャックを回動させることにより、真空チャックに保持された被加工物を図6に矢印dで示す方向に回動させるようになっている。
The rotating device includes a vacuum chuck (not shown) and a rotating mechanism (not shown) for rotating the vacuum chuck. The vacuum chuck is configured to hold a workpiece positioned on a workpiece holding position that exists at predetermined intervals in the circumferential direction on the mounting
上記第3実施形態のプラズマ加工装置によれば、被加工物26を回転させることができるから、被加工物26をよりいっそう均一に加工することができる。
According to the plasma processing apparatus of the third embodiment, since the
(第4実施形態)
図7Aは、本発明の第4実施形態のプラズマ加工装置における図3Bに対応する図であり、本発明の第4実施形態のプラズマ加工装置の回転電極82の周辺部を示す斜視図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 7A is a view corresponding to FIG. 3B in the plasma processing apparatus of the fourth embodiment of the present invention, and is a perspective view showing a peripheral portion of the rotating
第4実施形態のプラズマ加工装置では、第1実施形態のプラズマ加工装置の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、第4実施形態のプラズマ加工装置では、第1実施形態のプラズマ加工装置と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第1実施形態のプラズマ加工装置と異なる構成および作用効果についてのみ説明を行うことにする。 In the plasma processing apparatus of the fourth embodiment, the same components as those of the plasma processing apparatus of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the plasma processing apparatus of the fourth embodiment, the description of the operation and effect common to the plasma processing apparatus of the first embodiment will be omitted, and the configuration and operation different from those of the plasma processing apparatus of the first embodiment will be omitted. Only the effect will be described.
第4実施形態では、回転電極82は、電極部83および回転軸84を有している。回転軸84は、基板ステージ24の被加工物26の載置面31の法線方向に延びている。電極部83は、板状の基部85を有すると共に、突起としての針状突起部86を複数有する。被加工物26は、回転軸84を中心とし、放射状に複数配置されている。上記基部85は、角柱状の形状を有している一方、各針状突起部86は、基部85の基板ステージ24側の面から基板ステージ24の方に突出している。基板ステージ24の載置面31と、基部85の基板ステージ24側の面とは略平行になっている。各針状突起部86は、基部85の基板ステージ24側の面の法線方向に延在している。
In the fourth embodiment, the rotating
被加工物26が所定の位置に保持されている状態において、被加工物26に回転軸84の軸方向に対向すると共に、軸方向に略垂直に広がる対向面は、各針状突起部86の基部85とは反対側の面を合わせたもので構成されている。
In a state in which the
図7Bは、電極部83を基板ステージ24側から見た模式平面図である。
FIG. 7B is a schematic plan view of the
基部85の基板ステージ24側の面は、略長方形の形状をしている。針状突起部86の単位面積あたりの密度は、基部85の基板ステージ24側の面の長手方向の長さを垂直に二等分する面から距離が離れるにしたがって高くなっている。正確には、針状突起部86の密度は、上記二等分する面からの距離に比例して大きくなっている。
The surface of the base 85 on the
上記第4実施形態のプラズマ加工装置によれば、針状突起部86の上記密度が、上記二等分する面から距離が離れるにしたがって高くなっているから、プラズマ加工装置を運転して、回転電極82を回転させた際に、被加工物26のプラズマ接触時間を径方向の位置によらず略等しくすることができて、被加工物26の被加工面を均一に加工できる。
According to the plasma processing apparatus of the fourth embodiment, the density of the needle-
尚、上記第4実施形態のプラズマ加工装置では、基部85の基板ステージ24側の面の幅が同一であったが、この発明では、電極部が、基部と突起とを有する構造である場合においても、第1実施形態と同じように、基部の基板ステージ側の面の長手方向の長さを垂直に二等分する線からの距離に比例して、基部の幅を大きくしても良く、この場合、被加工物の被加工面を更に均一に加工できて、好ましい。
In the plasma processing apparatus of the fourth embodiment, the width of the surface of the
(第5実施形態)
図8Aは、本発明の第5実施形態のプラズマ加工装置における図3Bに対応する図であり、本発明の第5実施形態のプラズマ加工装置の回転電極92の周辺部を示す斜視図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 8A is a view corresponding to FIG. 3B in the plasma processing apparatus of the fifth embodiment of the present invention, and is a perspective view showing a peripheral portion of the rotating
第5実施形態のプラズマ加工装置では、第1実施形態のプラズマ加工装置の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、第5実施形態のプラズマ加工装置では、第1実施形態のプラズマ加工装置と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第1実施形態のプラズマ加工装置と異なる構成および作用効果についてのみ説明を行うことにする。 In the plasma processing apparatus of the fifth embodiment, the same components as those of the plasma processing apparatus of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Further, in the plasma processing apparatus of the fifth embodiment, the description of the operations and effects common to the plasma processing apparatus of the first embodiment will be omitted, and the configuration and operation different from those of the plasma processing apparatus of the first embodiment will be omitted. Only the effect will be described.
第5実施形態では、回転電極は、電極部および回転軸を有している。回転軸3は、基板ステージの被加工物の載置面の法線方向に延びている。
In the fifth embodiment, the rotating electrode has an electrode portion and a rotating shaft. The
第5実施形態では、回転電極92の電極部93は、角柱状の形状を有している。電極部93には、複数の空孔97が形成されている。基板ステージ24の被加工物26の載置面31と、電極部93の基板ステージ24側の対向面とは略平行になっている。各空孔97の延在方向は、電極部93の基板ステージ24側の面の法線方向と略等しくなっている。
In the fifth embodiment, the
図8Bは、電極部93を基板ステージ24側からみた模式平面図である。
FIG. 8B is a schematic plan view of the
図8Aおよび図8Bに示すように、回転軸103に対して上記法線方向に重なっている空孔97が、底を有するのに対し、回転軸103に対して上記法線方向に重なっていない空孔は、底を有さず、電極部93を貫通する貫通孔となっている。全ての空孔97は、電極部93の基板ステージ24側の対向面に開口している。回転電極92が回転する際、回転軸103の径方向の位置によらず、被加工物26のプラズマ接触時間が等しくなるように、空孔97の単位面積あたりの密度は、回転軸103から離れるに従って減少している。詳しくは、空孔97の上記密度は、回転軸103からの距離に比例して減少するように設定されている。
As shown in FIGS. 8A and 8B, the
(第6実施形態)
図9Aは、本発明の第6実施形態のプラズマ加工装置における図5Aに対応する図であり、本発明の第6実施形態のプラズマ加工装置の回転電極252の周辺部を示す斜視図である。
(Sixth embodiment)
FIG. 9A is a view corresponding to FIG. 5A in the plasma processing apparatus of the sixth embodiment of the present invention, and is a perspective view showing the periphery of the
第6実施形態のプラズマ加工装置では、第2実施形態のプラズマ加工装置と共通の構成、作用効果および変形例については説明を省略することにし、第2実施形態のプラズマ加工装置と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。 In the plasma processing apparatus of the sixth embodiment, the description of the common configuration, operation effects, and modifications of the plasma processing apparatus of the second embodiment will be omitted, and the configuration and operation different from those of the plasma processing apparatus of the second embodiment will be omitted. Only the effects and modifications will be described.
図9Aに示すように、第6実施形態のプラズマ加工装置は、第2実施形態と同様に、電極部253の基板ステージ224側の対向面264が、4つの扇状の領域から構成されている。また、第6実施形態のプラズマ加工装置では、回転軸263を回転させるモータ(図示しない)は、反転可能なモータになっており、回転軸263は、そのモータによって双方向に回転可能になっている。
As shown in FIG. 9A, in the plasma processing apparatus of the sixth embodiment, the opposing
図9Bは、図9Aにおいて、電極部253を、回転軸263の中心軸を中心軸とする仮想円筒面Zで切断したときの断面を示す周方向の断面図であり、電極部253が矢印Xで示す方向に回転した際の気流の流れの向きを示す模式断面図である。
9B is a cross-sectional view in the circumferential direction showing the cross section when the
図9Bにおいて、矢印Xは、電極部253が、基板ステージ224に対して回転するときの回転方向である。矢印Xが示す方向は、第1方向になっている。また、参照番号280は、電極部253の回転軸263側の表面290におけるX方向の回転の前側の縁275(図9A、図9B参照)を通過して基板ステージ224の載置面266の法線方向に広がる平面を示している。
In FIG. 9B, the arrow X is the rotation direction when the
図9Bに示すように、周方向の断面図において、電極部253は、平行四辺形の断面形状を有し、上記平行四辺形の二つの辺は、基板ステージ224の載置面266と略平行になっている。図9Bの断面図において、電極部253の回転の前側の端面270と、上記平面280との距離(正確には、基板ステージ224の載置面266に平行な方向の距離)は、基板ステージ224の載置面266の法線方向に回転軸263側から基板ステージ224側に行くにしたがって、一次関数的に大きくなっている。
As shown in FIG. 9B, in the circumferential sectional view, the
図9Bにおいて、電極部253が矢印Xで示す方向に回転すると、電極部253の回転の前側の端面270と、上記平面280との距離が、平面ステージ224の法線方向に回転軸263側から基板ステージ224側に行くにしたがって一次関数的に大きくなっているから、上記端面270に衝突した気体は、上記端面270の垂直抗力の分力によって基板ステージ224側の力を受ける。したがって、図9Bに矢印Pで示すように、上記端面270に衝突した気体は、上記端面270にガイドされて端面270に沿って回転軸263側から基板ステージ224側に、対向面164と基板ステージ224との間まで円滑に移動することになる。
9B, when the
したがって、反応領域にガスを強制的に供給することができるから、加工効率を向上させることができる。また、対向面164と基板ステージ224との間に流入する気体の大きな流れを生成することができるから、プラズマ加工装置内部において、ガスの攪拌を促進することができて、ガスの混合均一性を高めることができる。
Therefore, since the gas can be forcibly supplied to the reaction region, the processing efficiency can be improved. In addition, since a large flow of gas flowing between the facing surface 164 and the
図9Cは、図9Aにおいて、電極部253を、回転軸263の中心軸を中心軸とする仮想円筒面Zで切断したときの断面を示す周方向の断面図であり、電極部253が矢印Yで示す方向に回転した際の気流の流れの向きを示す模式断面図である。
FIG. 9C is a circumferential cross-sectional view showing a cross section when the
図9Cにおいて、矢印Yは、電極部253が、基板ステージ224に対して回転するときの回転方向である。矢印Yが示す方向は、第2方向になっている。矢印Yが示す方向は、矢印Xが示す方向とは、逆方向である。
In FIG. 9C, the arrow Y indicates the rotation direction when the
図9Cにおいて、参照番号380は、対向面264におけるY方向の回転の前側の縁375(図9A、図9C参照)を通過して基板ステージ224の載置面266の法線方向に広がる平面を示している。
In FIG. 9C,
図9Cの断面図において、電極部253の回転の前側の端面370と、上記平面380との距離(正確には、基板ステージ224の載置面266に平行な方向の距離)は、基板ステージ224の載置面266の法線方向に基板ステージ224側から回転軸263側に行くにしたがって、一次関数的に大きくなっている。
In the cross-sectional view of FIG. 9C, the distance between the
図9Cにおいて、電極部253が矢印Yで示す方向に回転すると、電極部253の回転の前側の端面370と、上記平面380との距離が、平面ステージ224の法線方向に基板ステージ224側から回転軸263側に行くにしたがって一次関数的に大きくなっているから、上記端面270に衝突した気体は、上記端面270の垂直抗力の分力によって回転軸263側の力を受ける。したがって、図9Cに矢印Qで示すように、上記端面370に衝突した気体は、上記端面370にガイドされて端面370に沿って基板ステージ224側から回転軸263側に、電極部253の回転軸側の表面290に対して基板ステージ224側とは反対側の領域まで円滑に移動することになる。
In FIG. 9C, when the
したがって、反応領域であるプラズマ部230からガスを強制的に排出することができて、被加工物226の表面に反応生成物が残留することを抑制できる。また、装置内部におけるガスの攪拌を促進することができて、ガスの混合均一性を高めることができる。
Therefore, the gas can be forcibly discharged from the
上記第6実施形態のプラズマ加工装置によれば、電極部253の回転方向をX方向に設定することによって、回転軸263側から基板ステージ224側への気流を生成できる一方、電極部253の回転方向をY方向に設定することによって、基板ステージ224側から回転軸263側への気流を生成できる。
According to the plasma processing apparatus of the sixth embodiment, by setting the rotation direction of the
第6実施形態のプラズマ加工装置は、例えば、前処理として被加工物226の表面をプラズマ酸化処理する一方、後処理として酸化膜をプラズマエッチング処理するプロセス等で、能力を発揮する。
The plasma processing apparatus according to the sixth embodiment exhibits its capability in, for example, a process in which the surface of the
すなわち、前処理においては、多くの酸化種を被加工物226の被加工表面に供給することが望ましいことから、図9Aに示す矢印Xの方向に電極部253を回転させて、回転軸263側から基板ステージ224側へのガスの流れを生成し、多くの酸化種を被加工物226の被加工物表面に供給するようにする。このようにして、加工速度を増大させる。
That is, in the pretreatment, since it is desirable to supply a large amount of oxidizing species to the surface to be processed of the
一方、後処理においては、エッチング反応による反応生成物が被加工物表面に残存することを抑制するために、図9Bに示す矢印Yの方向に電極部253を回転させて、基板ステージ224側から回転軸263側へのガスの流れを生成する。このようにして、反応生成物を上記被加工表面およびプラズマ部230から強制的に排出して、被加工物226の被加工表面に付着する残留物の量を低減すると共に、反応領域であるプラズマ部230が残留物によって汚れることを防止する。
On the other hand, in post-processing, in order to suppress the reaction product due to the etching reaction from remaining on the surface of the workpiece, the
上記第6実施形態のプラズマ加工装置によれば、回転軸263を回転させるモータが反転可能なモータであるから、上記前処理および後処理を、回転電極252を交換することなしに使用ガスを随時供給するだけで連続して行うことができる。
According to the plasma processing apparatus of the sixth embodiment, since the motor that rotates the
尚、上記第6実施形態のプレズマ加工装置では、電極部253の周方向の断面が、平行四辺形の形状を有していた。しかしながら、この発明では、電極部は、その電極部の周方向の両側の端面が凸面であっても良く、電極部の周方向の断面形状が、図10に示すように、平行四辺形において、その平行四辺形の前後方向の直線のみが、周方向の外方に凸の曲線に取り換えられた形状であっても良い。電極部の周方向の断面は、電極部の回転方向を変えることによって、回転軸側から基板ステージ側へのガスの流れと、基板ステージ側から回転軸側へのガスの流れのいずれも生成できるような形状であれば如何なる形状であっても良い。
In the plasma processing apparatus of the sixth embodiment, the circumferential section of the
尚、本発明が、上記第1乃至第6実施形態に限定されないことは言うまでもなく、本発明には、特許請求の範囲内、および、特許請求の範囲と均等の範囲内のプラズマ加工装置が含まれることは言うまでもない。 Needless to say, the present invention is not limited to the first to sixth embodiments, and the present invention includes a plasma processing apparatus within the scope of the claims and within the scope equivalent to the scope of the claims. Needless to say.
21 反応容器
22,252 回転電極
23,263 回転軸
24,224 基板ステージ
25 ヒータ
26,226 被加工物
27 高周波電源
28 ガス導入ライン
29 ガス排気ライン
30 プラズマ
31 載置面
34,264 対向面
37 第1領域
38 第2領域
86 針状突起
97 空孔
230 プラズマ部
253 電極部
266 載置面
X 回転方向
Y 回転方向
P 回転方向Xによって発生するガスの流れ
Q 回転方向Yによって発生するガスの流れ
21 Reaction vessel 22,252 Rotating electrode 23,263 Rotating shaft 24,224
Claims (8)
回転軸と、上記被加工物が上記所定の位置に保持されている状態において、上記被加工物に上記回転軸の軸方向に対向すると共に、上記軸方向に略垂直に広がる対向面を有し、かつ、上記回転軸の一端に連なる電極部とを有する回転電極と
を備え、
上記対向面における上記回転軸の径方向の最外方に位置する部分よりも上記径方向の内方の領域において、上記対向面の上記回転軸の周方向の長さは、上記径方向の外方にいくにしたがって大きくなっていることを特徴とするプラズマ加工装置。 A workpiece holding section for holding the workpiece in a predetermined position;
In a state where the rotary shaft and the workpiece are held at the predetermined position, the workpiece has an opposing surface that faces the axial direction of the rotary shaft and extends substantially perpendicular to the axial direction. And a rotating electrode having an electrode portion connected to one end of the rotating shaft,
In the region inward of the radial direction with respect to the radially outermost portion of the rotating shaft on the facing surface, the circumferential length of the rotating shaft of the facing surface is outside the radial direction. A plasma processing apparatus characterized by becoming larger as it goes.
上記対向面は、上記径方向の外方にいくにしたがって上記周方向の幅が大きくなっている複数の領域からなっていることを特徴とするプラズマ加工装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the facing surface is composed of a plurality of regions whose width in the circumferential direction increases toward the outside in the radial direction.
上記電極部が上記被加工保持器に対して一方向に回転している場合において、上記電極部の回転の前側の端面は、その端面に接触する気体が上記対向面と上記所定の位置に保持されている上記被加工物との間に移動することを促進する形状であることを特徴とするプラズマ加工装置。 In the plasma processing apparatus according to claim 1 or 2,
When the electrode portion is rotated in one direction with respect to the work holder, the end surface on the front side of the rotation of the electrode portion holds the gas in contact with the end surface at the predetermined position with the facing surface. A plasma processing apparatus having a shape that promotes movement between the workpiece and the workpiece.
上記電極部が上記被加工物保持部に対して一方向に回転している場合において、上記電極部の回転の前側の端面は、その端面に接触する気体が上記電極部の上記回転軸側に移動することを促進する形状であることを特徴とするプラズマ加工装置。 In the plasma processing apparatus according to claim 1 or 2,
In the case where the electrode unit is rotating in one direction with respect to the workpiece holding unit, the end surface on the front side of the rotation of the electrode unit has a gas in contact with the end surface on the rotating shaft side of the electrode unit. A plasma processing apparatus having a shape that promotes movement.
上記電極部が上記被加工物保持部に対して第1方向に回転している場合において、上記電極部の回転の前側の端面は、その端面に接触する気体が上記対向面と上記所定の位置に保持されている上記被加工物との間に移動することを促進する形状である一方、上記電極部が上記被加工物保持部に対して上記第1方向とは反対側の第2方向に回転している場合において、上記電極部の回転の前側の端面は、上記端面に接触する気体が上記電極部の上記回転軸側に移動することを促進する形状であることを特徴とするプラズマ加工装置。 In the plasma processing apparatus according to claim 1 or 2,
When the electrode portion is rotating in the first direction with respect to the workpiece holding portion, the end surface on the front side of the rotation of the electrode portion is such that the gas contacting the end surface is in contact with the facing surface and the predetermined position. The electrode portion is in a second direction opposite to the first direction with respect to the workpiece holding portion, while the shape promotes movement between the workpiece holding portion and the workpiece holding portion. In the case of rotation, the plasma processing is characterized in that the end surface on the front side of the rotation of the electrode portion has a shape that promotes the movement of the gas in contact with the end surface toward the rotation shaft side of the electrode portion. apparatus.
上記電極部は、板状の基部と、この基部から突出する複数の突起とを有し、
上記対向面は、上記各突起の上記基部とは反対側の面を合わせたものであることを特徴とするプラズマ加工装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein
The electrode part has a plate-like base and a plurality of protrusions protruding from the base,
The plasma processing apparatus, wherein the facing surface is a combination of the surfaces of the protrusions opposite to the base.
複数の空孔が、上記対向面に開口し、
上記空孔の単位面積あたりの密度は、上記径方向の外方にいくにしたがって小さくなっていることを特徴とするプラズマ加工装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein
A plurality of holes open on the facing surface,
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the density per unit area of the pores decreases as going outward in the radial direction.
上記被加工物保持部は、上記被加工物を保持する加工物保持位置を上記周方向に所定間隔をおいて複数有し、
上記加工物保持位置に保持された上記被加工物を回動させる回動装置を備えることを特徴とするプラズマ加工装置。 In the plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 7,
The workpiece holding unit has a plurality of workpiece holding positions for holding the workpiece at predetermined intervals in the circumferential direction,
A plasma processing apparatus comprising: a rotation device that rotates the workpiece held at the workpiece holding position.
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