JP3597105B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に対して所定のパターン形状で、成膜、加工や表面処理などのプラズマ処理を行うプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に関する。特に基板にダメージを与えずに、高速にパターン形成、切断加工などを行う場合に好適なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳｉウエハをＩＣチップに分断する場合など、脆性材料の切断加工には、従来からダイシング装置が使用されている。この加工原理は微細クラックによる脆性破壊を利用したものであるから、切断した部分からチッピングが発生する。特に薄型ウエハを分断する場合にはこのチッピングが原因となり、ウエハや分断後のチップが割れてしまう事が多い。また、チッピングによるダメージがＩＣチップの電気特性を劣化させてしまう。
【０００３】
そこで、被加工物に対してチッピングなどのダメージを与えずに切断加工を行う手法が、特開平９−３１６７０号公報に開示されている。この加工方法はプラズマＣＶＭ法と呼ばれ、ブレード状の電極を用いて局所的なプラズマを発生させる。そして、プラズマ中の反応性ラジカルを被加工物表面の原子と化学反応させて、生成した反応生成物を気化除去することにより切断加工を行う。
【０００４】
上記公報の開示内容に基づく切断加工方法を、図１４および図１５を参照して説明する。図１４において、１０１は、円柱形状の電極基体１０２の外周に一本又は複数本のブレード１０３を突設した形状の加工電極である。
【０００５】
図１５は、ブレード１０３の拡大図である。加工電極１０１は図示しない回転駆動機構によって回転可能となされている。１０４はＳｉウエハなどの被加工物、１０５は高周波電源、１０６は試料台をそれぞれ示している。試料台１０６は図中のＸ，θ方向に移動可能である。
【０００６】
被加工物１０４は、試料台１０６上に搭載されて、図示しない反応容器の内部に配置されている。反応容器の内部には、不活性ガス及び反応ガスからなる加工用ガスが充てんされ、密封若しくは循環されている。加工用ガスの圧力は１気圧以上が好ましい。反応ガスは、被加工物１０４の材質に応じて決定され、被加工物１０４がＳｉウエハの場合には、ＳＦ６やＣＦ４などのハロゲン系ガスが用いられる。不活性ガスとしてはＨｅなどが用いられる。
【０００７】
図１５を参照して、加工電極１０１は、ブレード１０３の外周面１０３ａが被加工物１０４と所定のギャップＧを保持して対向する様に配置されている。この構成において加工電極１０１を図中の矢印ＤＲ方向に高速回転させると、粘性によりブレード１０３の外周面１０３ａに引き連れられた加工用ガスが前記ギャップＧ内に供給される。
【０００８】
この状態で高周波電源１０５から加工電極１０１に高周波電圧を印加すると、ブレード１０３の外周部１０３ａで電界集中が起こる。外周部１０３ａで電界集中が起こると、ギャップＧ部で加工用ガスに基づくプラズマＰが局所的に発生する。
【０００９】
そして、プラズマＰ中の反応ガスに基づくラジカルが被加工物１０４の表面の原子と化学反応し、生成した反応生成物が気化除去されることにより、被加工物１０４の表面が局所的に加工される。なお前記の高周波電圧の周波数は１５０ＭＨｚ程度である。
【００１０】
ここで試料台１０６を、図１４中の矢印Ｘ方向に移動させると、被加工物１０４の表面に、一本又は複数本の溝１１０が形成される。前記の矢印Ｘ方向移動は、１回の１方向移動であっても良いし、複数回の往復移動であってよい。また、Ｘ方向の移動速度、または往復回数を、適宜に調整する事により、切断加工が行われる。更に前記の切断加工後に、試料台１０６をθ方向に９０°回転させて同様の加工を行う事により、被加工物１０４は複数の小片に分断される。
【００１１】
このように、プラズマＣＶＭによる切断加工方法では、１気圧以上程度の高圧力の加工用ガス雰囲気内において、ブレード状電極に１５０ＭＨｚ程度の高周波電圧を印加している。このため、電界によるイオンや電子の振動振幅が非常に小さく、またイオン、電子、ラジカルの平均自由行程が非常に短い。
【００１２】
この結果、ブレード状電極外周の電界集中部に高密度のプラズマが局在化する。そして局在化したプラズマ中の、反応性ラジカルが被加工物に作用する事になる。
【００１３】
この様なラジカルによる化学反応を用いているため、被加工物１０４が非常に薄いものであっても、チッピングや割れなどのダメージを与えずに切断加工を行う事ができる。特に、Ｓｉウエハをチップ分断する場合に好適であり、チッピングや割れを防止できるとともに、分断後のＩＣチップの電気特性にも悪影響を与えない。更にプラズマＣＶＭによる切断加工方法は、加工電極１０１を高速に回転させる構成としているため、ギャップＧ内に加工用ガスが安定に供給され、また反応生成物が効率的に除去される。
【００１４】
これにより高速で安定な切断加工が実現できる。なお、切断溝幅を狭くする場合にはブレード１０３の厚みｔを薄くすれば良い。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマＣＶＭによる切断加工方法は、ダイシング加工の課題を解決できる効果的な加工方法であるが、下記の様な解決すべき課題がある。
【００１６】
▲１▼切断溝幅を狭くするためには、ブレード１０３の厚みｔを薄くする事が要求される。しかしブレード厚ｔが薄いと、ブレード外周面１０３ａの加工用ガス輸送効果が小さい。すなわち、図１５に示す如く、ブレード１０３の側面方向に加工用ガスが逃げてしまい、ギャップＧ部（切断すべき部分）への加工用ガスの供給が不十分となる。これが切断速度向上の妨げになる。
【００１７】
▲２▼ブレード１０３の外周部１０３ａでの電界集中により局所的なプラズマを発生させているため、ブレード１０３の外周部１０３ａでの電界集中部において２次電子が発生し、アーク放電が起こりやすい。アーク放電を避けるため、加工電極１０１に大電力を投入できず、これが切断速度向上の妨げになる。
【００１８】
なお、アーク放電防止のためにブレードの表面に絶縁物をコーティングする事も考えられるが、これに伴いブレード厚が厚くなり、切断溝が広くなってしまうので望ましくない。
【００１９】
▲３▼切断加工の処理能力を高めるためには、図１４に示す様に複数本のブレード１０３を用いる事が望ましい。しかし，切断パターン（切断ピッチ）の異なる被加工物に対応するためには、その度にブレード間隔の異なる加工電極１０１に交換する必要がある。回転体である加工電極１０１を交換する作業は極めて煩雑である。
【００２０】
この問題は、１方向の切断後に試料台１０６を９０°回転させて直交する切断溝を形成し、複数の小片に分断する場合に特に問題となる。すなわち、それぞれの方向で異なるピッチの切断溝を形成しようとする場合には、１方向の切断毎にブレード間隔を変更するためにブレード間隔の異なる加工電極１０１に交換しなければならなず、コスト的にも、時間的にも不利である。
【００２１】
本発明の目的は、プラズマ処理を施すべき領域の幅（例えば、加工幅や切断溝幅）が狭い場合であってもプラズマ処理用電極と基板との間にプラズマ処理用ガスを安定して供給することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、アーク放電を防止することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することにある。
【００２３】
本発明のさらに他の目的は、異なるパターン形状で基板をプラズマ処理する際でも部品の交換が容易なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプラズマ処理装置は、基板が搭載される試料台と、該基板と対向して配置されるプラズマ処理用電極と、該プラズマ処理用電極と該試料台との間に高周波電圧を印加する高周波電源と、少なくとも該基板の第１表面にプラズマ処理用ガスを供給するガス供給手段とを備え、該高周波電源から該プラズマ処理用電極と該試料台の間に該高周波電圧を印加して該プラズマ処理用ガスに基づくプラズマを発生させ、該プラズマを該基板の該第１表面に作用させることにより該基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、該試料台は、該基板に対して該プラズマ処理を施すべきパターン形状と同一のパターン形状を有する第１導電体と、該パターン形状の該第１導電体が位置する第１領域以外の第２領域に配置される絶縁体とを備え、該パターン形状の該第１導電体が位置する第１領域で発生するプラズマによって、該基板に対して、該第１導電体のパターン形状と同一形状の、溝加工、切断加工、成膜、または表面処理を施すように構成されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２５】
該第１導電体は、該試料台における該プラズマ処理用電極側の第２表面上に形成されていてもよい。
【００２７】
該試料台は、該第１導電体に対して該プラズマ処理用電極と反対側に形成される第２導電体をさらに有し、該第２導電体は、該第１導電体と電気的に接続されて接地され、
該絶縁体は、該第２領域と該プラズマ処理用電極との間で該第１領域に比べて低密度のプラズマが発生するような厚みを有していてもよい。
【００３１】
該プラズマ処理用電極は、該プラズマ処理用電極と該基板との間に該プラズマ処理用ガスを供給するように回転してもよい。
【００３２】
該プラズマ処理用電極は、該第１表面と平行な軸を中心とする円柱形状を有し、該プラズマ処理用電極は、該軸を中心として回転してもよい。
【００３３】
該プラズマ処理用電極は、該第１表面と垂直な軸を中心とする円板形状を有し、該プラズマ処理用電極は、該軸を中心として回転してもよい。
【００３５】
該パターン形状は、グリッドパターンを含んでもよい。
【００３６】
該パターン形状は、ライン状パターンを含んでもよい。
【００３７】
本発明に係るプラズマ処理方法は、本発明に係るプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、該ガス供給手段により少なくとも該基板の該第１表面に該プラズマ処理用ガスを供給するステップと、該高周波電源により該プラズマ処理用電極と該試料台との間に高周波電圧を印加するステップと、該基板の該第１表面に該パターン形状にてプラズマ処理を施すステップとを包含し、そのことにより上記目的が達成される。
【００３８】
本発明に係るプラズマ処理方法は、本発明に係るプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、該ガス供給手段により少なくとも該基板の該第１表面に該プラズマ処理用ガスを供給するステップと、該高周波電源により該プラズマ処理用電極と該試料台との間に高周波電圧を印加するステップと、該パターン形状にて該基板の切断加工を行うステップとを包含し、そのことにより上記目的が達成される。
【００３９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
実施の形態１のプラズマ処理装置１００の基本構成について図１〜図６を用いて説明する。図１において、１は円柱形状のプラズマ処理用電極であり、図示しない回転駆動機構によって回転可能となされている。
【００４０】
望ましくは円柱の外周面１ａにアルミナなどの絶縁物が溶射法などによってコーティングされている。２はＳｉウエハなどの基板、３は高周波電源、４は試料台をそれぞれ示している。なおプラズマ処理用電極１の軸方向長さＬは、その方向における試料台４の長さｌと同程度であり、図１５に示した従来のブレード１０３の厚みｔと比べて十分に大きいものである。また、試料台４は、少なくとも図中のＸ方向に移動可能である。
【００４１】
図２は、図１を平面ＰＬで切断した場合の断面図、図３は試料台４の斜視図である。
【００４２】
図２および図３を参照して、試料台４は，第１の導電体４１と絶縁体４２とからなる。第１の導電体４１は、ステンレス、アルミニウム、ニッケルなどの金属製である。第１の導電体４１は、基板２の第１表面である表面２ａに対してプラズマ処理を施すべきパターン形状と略同一のパターン形状に形成されている。第１の導電体４１は、試料台４のプラズマ処理用電極１側の表面４ａに形成されている。尚、試料台４のプラズマ処理用電極１側の表面４ａが、特許請求の範囲における第２表面に対応する。
【００４３】
例えばＳｉウエハをＩＣチップに分断する様なプラズマ処理を行う場合には、その切断溝に対応して、図３に示す様に、第１の導電体４１はグリッド状に形成される。この場合、グリッド状の第１の導電体４１の各ラインの線幅は数１０μｍ〜２００μｍ程度で、そのピッチは１０ｍｍ程度である。第１の導電体４１はその周囲の平面部４１ａにて接地されている。
【００４４】
絶縁体４２は、例えばアルミナである。絶縁体４２の表面には、グリッド状の第１の導電体４１が埋込まれる様に溝が形成されている。試料台４は、第１の導電体４１が絶縁体４２の溝部に埋込まれて構成される。
【００４５】
基板２は、試料台４上に搭載される。基板２は、第１の導電体４１および絶縁体４２と実質的に接触している。絶縁体４２は、真空チャックとして基板２を吸着固定するものであっても良い。尚、絶縁体４２を真空チャックとする場合には、絶縁体４２に多数の孔開け加工を施すか、又は、多孔質からなる絶縁体４２を用いれば良い。
【００４６】
次に実施の形態１によるプラズマ処理方法について説明する。尚、以下では主に、プラズマ処理が基板に施す加工である場合について説明するが、成膜や表面処理など如何なるプラズマ処理にも適用可能である。
【００４７】
図５は、実施の形態１におけるプラズマ処理方法のフローチャートを示す。図５、図１、図２、図３および図４を参照して、基板２は、前述の様に、試料台４上に搭載される。そしてプラズマ処理用電極１と所定のギャップＧを保持して対向する様に、反応容器１１（図１）内に配置される。ギャップＧは数１０μｍ〜数１００μｍ程度に設定される。
【００４８】
反応容器１１の内部には、ガス供給部１２（図１）によって、不活性ガス及び反応ガスからなるプラズマ処理用ガスが供給される（Ｓ５０１）。ガス供給部１２から供給されたプラズマ処理用ガスはその後、反応容器１１の内部で密封若しくは循環されている。プラズマ処理用ガスの圧力は好ましくは１気圧程度に設定される。プラズマ処理用ガスに含まれる反応ガスは、目的とするプラズマ処理に応じて決定される。例えば、基板２がＳｉウエハであり、基板２に対する加工を行う場合には、ＳＦ６やＣＦ４などのハロゲン系ガスが用いられる。プラズマ処理用ガスに含まれる不活性ガスには、例えばＨｅが用いられる。プラズマ処理用ガス中の反応ガスの濃度は、０．１％〜２０％程度に設定される。
【００４９】
なお、プラズマ処理用ガスは、少なくとも基板２の表面２ａに供給されていればよく、上記構成に限らず、基板２の表面２ａに局所的にプラズマ処理用ガスを供給するものであっても良い。又、基板２の表面２ａ近傍において、使用済みのプラズマ処理用ガスや反応生成ガスを排気する様な構成を併用しても良い。また大気中へのガスのリークが特に問題にならなければ、反応容器１１も必ずしも必要ではない。
【００５０】
上記の構成において、プラズマ処理用電極１を図１、図２中の矢印ＤＲ方向に高速回転させると、プラズマ処理用ガスがプラズマ処理用電極１の外周面１ａに引き連れられて前述したギャップＧ内に安定に供給される。この状態で高周波電源３からプラズマ処理用電極１に高周波電圧を印加すると、ギャップＧ内に高周波電界が発生する（Ｓ５０２）。高周波電圧の周波数は、不活性ガスの種類、ギャップＧの大きさなどによって異なるが、不活性ガスがＨｅであり、ギャップが数１００μｍ程度の場合には１５０ＭＨｚ程度が望ましい。
【００５１】
ここで、試料台４の表面には、第１の導電体４１と絶縁体４２とが存在している。プラズマ処理用電極１と第１の導電体４１とが対向する空間Ａでは電界集中が起こる。一方、プラズマ処理用電極１と絶縁体４２とが対向する空間Ｂでは、電界強度が非常に小さい。この結果、第１の導電体４１と対向する空間Ａにおいて、プラズマ処理用ガスに基づくプラズマＰが点在して発生する事になる。そして、この点在したプラズマＰの作用によって、基板２表面の空間Ａと対向する部分が局所的にプラズマ処理される。例えば、基板２の加工を行う場合には、プラズマＰ中の反応ガスに基づくラジカルが基板２の表面の原子と化学反応し、生成した反応生成物が気化除去されることによって、基板２の表面が局所的に加工される。尚、空間Ａと対向し、第１導電体４１が配置される領域が、特許請求の範囲における第１領域に対応する。また、空間Ｂと対向し絶縁体４２が配置される領域が特許請求の範囲における第２領域に対応する。
【００５２】
ここで、試料台４を図１中のＸ方向に移動させると、基板２の表面全域に前記と同様のプラズマ処理が施される。その結果、例えば、基板２の加工の場合には、図４に示す如くに、第１の導電体４１と同じパターンの溝１０が、基板２の表面に形成される（Ｓ５０３）。なお試料台４のＸ方向の移動は、１回の１方向移動であっても良いし、複数回の往復移動であってもよい。
【００５３】
図６は、実施の形態１における他のプラズマ処理方法のフローチャートを示す。基板２の表面にプラズマ処理用ガスを供給し（Ｓ６０１）、高周波電源３によりプラズマ処理用電極１に高周波電圧を印加する（Ｓ６０２）点は、図５を参照して前述したプラズマ処理方法と同一であるので説明を省略する。この例の場合には、反応ガスとして基板加工用のガスを用いる。例えば、Ｓｉウエハの加工を行う場合には、ハロゲン系ガスを用いる。
【００５４】
試料台４のＸ方向の移動速度や往復回数などを調整し、基板２の表面各部におけるプラズマ滞在時間を調整する事によって、前記のパターンの溝１０に沿って切断加工が行われる（Ｓ６０３）。基板２がＳｉウエハである場合には、上記の様にして、ＩＣチップに分断される。
【００５５】
なお、図２に示すように第１の導電体４１が試料台４に対してプラズマ処理用電極１側の表面に形成される例を説明したが、本発明はこれに限定されない。図２の試料台４の上下を反転させて、絶縁体４２が、第１の導電体４１の上部に存在する構成、即ち第１の導電体４１が試料台４に対してプラズマ処理用電極１と反対側の表面に形成される構成としても良い。又、図２の試料台４の表面全域に、更に絶縁体が設けられた構成としても良い。
【００５６】
以上のように実施の形態１に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法によれば、従来のプラズマＣＶＭによる切断加工方法と同様に、ラジカルの化学反応を用いているため、基板２が非常に薄いものであっても、チッピングや割れを発生させずに切断加工を行う事ができる。また基板２がＳｉウエハである場合、分断後のＩＣチップの電気特性に悪影響を与えない。
【００５７】
また、実施の形態１に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法によれば、基板２に対してプラズマ処理を施すべきパターン形状を、試料台４の第１の導電体４１のパターン形状によって得ているため、プラズマ処理用電極１として、従来技術のブレード１０３よりも回転軸方向に長い円柱形状の電極を用いる事ができる。
【００５８】
このため、電極外周面１ａにおけるプラズマ処理用ガスの輸送効果を大きくすることができるので、ギャップＧ内に十分なプラズマ処理用ガスを安定に供給できる。この結果、プラズマ処理を施すべき幅（例えば、加工幅や切断溝幅）が非常に狭い場合であってもプラズマ処理装置の処理速度、例えば加工速度、切断速度を大幅に向上させることができる。
【００５９】
さらに、実施の形態１に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法によれば、電界集中は特に第１の導電体４１の近傍で起る。第１の導電体４１は基板２の下部に位置するため、第１の導電体４１の電界集中部は直接プラズマに晒されない。この結果、電界集中部でのプラズマ中の電子やイオンの衝突に起因するアーク放電を防止することができる。
【００６０】
尚、基板２を完全に切断する様なプラズマ処理の場合、即ちいわゆるフルダイスの場合には、最終的には第１の導電体４１の電界集中部がプラズマに晒される事になるが、対向するプラズマ処理用電極１を絶縁物でコーティングしていれば何ら問題はない。このため、プラズマ処理用電極１に大電力を投入する事ができるので、プラズマ処理装置の処理速度、例えば加工速度、切断速度の更なる向上を図ることができる。
【００６１】
さらに、実施の形態１に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法によれば、基板２に対してプラズマ処理すべきパターン形状を、試料台４の第１の導電体４１によって決定しているため、ライン状、グリッド状、円弧状など如何なるパターンにも対応可能である。基板に対して直交する２方向の切断溝を、それぞれ異なるピッチで形成する場合にも、第１の導電体４１を図３に示したグリッド状とする事によって対応可能である。また、基板に対して、随時異なるパターン形状でプラズマ処理を施す必要がある場合には、試料台４のみを交換すればよく、回転機能を有するプラズマ処理用電極を交換する様な繁雑な作業を行う必要がない。
【００６２】
（実施の形態２）
実施の形態２を図７、図８を用いて説明する。実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、第１の導電体４１の接地方法のみである。実施の形態１と共通の構成および共通のプラズマ処理方法については説明を省略する。
【００６３】
図７及び図８は、それぞれ、実施の形態２に係るプラズマ処理装置２００の試料台２０４の断面図及び斜視図である。実施の形態２では、絶縁体２４２の下方に第２の導電体２４３が配置される。第２の導電体２４３は、第１の導電体２４１と電気的に接続している。そして第２の導電体２４３を接地する事によって、第１の導電体２４１を接地電位としている。第１の導電体２４１は実施の形態１と同様の構成を有する。
【００６４】
実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、第１の導電体２４１の近傍で電界集中が起こる。なお、第２の導電体２４３も、絶縁体２４２を介してプラズマ処理用電極１と対向しているが、絶縁体２４２の厚みＤ１を厚くしておけば、これと対向する空間Ｂでの電界強度を弱める事ができる。
【００６５】
絶縁体２４２の厚みＤ１は、基板２とプラズマ処理用電極１との間の空間Ｂにおいて実質的にプラズマが発生しない程度に十分厚い。すなわち、実施の形態１と同様に、第１の導電体２４１と対向する空間Ａにおいて、プラズマ処理用ガスに基づくプラズマＰを、点在して発生させる事ができる。その後の試料台２０４の移動方法については、実施の形態１と同様である。
【００６６】
実施の形態２に係るプラズマ処理装置２００は、実施の形態１に係るプラズマ処理装置１００と同様の効果を示すものであるが、実施の形態２に係るプラズマ処理装置２００では、第１の導電体４１を接地するための平面部４１ａが不要であるため、プラズマ処理用電極１と平面部４１ａとの間で不要なプラズマが発生する事を防止することができる。
【００６７】
なお、試料台２０４の製造方法としては、例えば図９に示すような手順に基づけばよい。図９（ａ）を参照して、第１の導電体２４１と第２の導電体２４３とを一体的に加工する。図９（ｂ）を参照して、溶射法等により絶縁物２４２を形成する。図９（ｃ）を参照して、絶縁物２４２の表面を研磨すると試料台２０４が完成する。
【００６８】
（実施の形態１、２の変形例）
試料台４、２０４を変更するのみで、実施の形態１または２と同様の手法によって基板２の薄板加工を行う事も可能である。この場合には、反応ガスとして、基板２の加工が可能なガスを用いる。そして、例えば、試料台４の全面を導体とすれば良い。この様にすれば基板２の全面が加工され、基板２の薄板加工が施される。この後、図２又は図７に示す試料台４、２０４に変更し、実施の形態１、２を実施すれば、簡単な変更のみで、薄板加工と切断加工との双方を実施できる。
【００６９】
（実施の形態３）
実施の形態３を図１０、図１１を用いて説明する。実施の形態３の基本構成は実施の形態２と同様であり、共通の構成および共通のプラズマ処理方法については、説明を省略する。尚、本実施形態では、反応ガスとして基板２の加工が可能なガスを用いる。
【００７０】
実施の形態３に係るプラズマ処理装置３００が実施の形態２に係るプラズマ処理装置２００と異なる点は、絶縁体３４２の厚みが実施の形態２に係る絶縁体２４２の厚みよりも薄い事である。絶縁体３４２は、基板２に対して薄板加工を施すことができる程度のプラズマが発生するような厚みＤ２を有する。
【００７１】
実施の形態３においても、実施の形態２と同様に第１の導電体３４１の近傍で電界集中が起こる。しかし、絶縁体３４２の厚みＤ２が薄いため、絶縁体３４２と対向する空間Ｂの電界強度は、実施の形態２の場合よりも大きくなる。
【００７２】
この結果、第１の導電体３４１と対向する空間Ａに高密度のプラズマが発生し、絶縁体３４２と対向する空間Ｂには、空間Ａで発生するプラズマの密度よりも低密度のプラズマが発生する。つまり、基板２の上方でプラズマの空間分布ができる。
【００７３】
プラズマ密度は基板２に対するプラズマ処理速度（本実施形態の場合には加工速度）に対応するから、基板２は図１１に示す様にプラズマ処理（加工）される。空間Ａに対応する基板２の部分の加工量Ｈ１と空間Ｂに対応する基板２の部分の加工量Ｈ２との比は、絶縁体３４２の厚みＤ２によって調整することができる。つまり、加工量Ｈ１と加工量Ｈ２との比を大きくするためには絶縁体３４２の厚みＤ２を厚くし、加工量Ｈ１と加工量Ｈ２との比を小さくするためには絶縁体３４２の厚みＤ２を薄くすれば良い。
【００７４】
ここで、実施の形態１と同様に、試料台３０４を図１中のＸ方向に移動させると、基板２の表面全域がプラズマ処理（加工）される。この結果、基板２の薄板加工を行いながら、基板２を小片に切断することができる。
【００７５】
実施の形態３では、実施の形態１および実施の形態２と同様のプラズマ処理（切断加工）に加えて、同時に基板２に薄板加工を施す事ができる。この効果は、例えば、１００μｍ以下程度の厚みの薄型のＩＣチップを作製する場合などに特に有効である。すなわち、ウエハを薄型加工した後、この薄型ウエハを搬送し、チップに分断するようなプロセスの代替として、本実施形態を適用した場合、そのプロセス数を削減できるとともに、割れの発生しやすい薄型ウエハを搬送しなくて済む。
【００７６】
（実施の形態１〜３の変形例１）
前述した実施の形態１〜３においては、プラズマ処理用電極１として、円柱形状のプラズマ処理用電極１を用いた例を説明してきた。しかし本発明ではプラズマ処理用電極１の形状はこれに限定されない。プラズマ処理用電極１の形状はギャップ部に効率的にプラズマ処理用ガスを供給できるものであれば良い。例えば、図１２に示す様に、基板２の表面に対して実質的に垂直な回転軸４０１Ａを有する円板形状のプラズマ処理用電極４０１であっても良い。この場合も前述した実施の形態１〜３と同様の効果を呈する。なおプラズマ処理速度が特に要求されない場合には、プラズマ処理用電極４０１は回転せず、静止しているものであっても良い。
【００７７】
（実施の形態１〜３の変形例２）
前述した実施の形態１〜３では、主に半導体ウエハのチップ分断や薄板加工を例に挙げて説明してきた。しかし、本発明は、これらに限定されない。本発明は、パターン形状の成膜や表面処理など、所定のパターン形状にてプラズマ処理を行うものであれば、如何なる形態のプラズマ処理にも適用可能である。例えば、図３に示す試料台４を用いて基板２上に成膜を行うと、図４の溝１０が形成されるかわりに、溝１０に対応する部分に選択的に薄膜が形成される。又、表面処理の場合には、溝１０に対応する部分が選択的に表面処理される。尚、反応ガスとしては、成膜の場合には成膜用のガスを、表面処理の場合には表面処理用のガスを用いる。例えば、パターン形状のＳｉ薄膜を形成する場合には、ＳｉＨ４などのＳｉ原子を含むガスが単体で、あるいはＨ２などの他のガスと混合して用いられる。また、パターン形状にて親水性の表面処理を施す場合には、アルコール類のような有機溶媒が用いられる。
【００７８】
また、基板も、半導体ウエハに限らずガラス基板でもよく、又、基板の上に薄膜素子が形成されているものであっても良い。例えば、本発明は機械的ダメージ、熱的ダメージなどのダメージを嫌う半導体薄膜素子作製プロセスへの適用が有効である。一例として、薄膜太陽電池においては、セルの直列接続のための集積型構造が知られており、ガラスなどの基板上や、基板上に形成された透明電極上にラインパターン状にＳｉ薄膜をダメージなく形成する必要がある。
【００７９】
この様な場合、本発明によれば、以下の何れかの手法により、ライン状の薄膜パターンを得る事が出来る。第１の手法においては、まず基板上（透明電極上）の全面に公知の手法でＳｉ薄膜を形成しておき、その後、本発明のプラズマ処理方法によって、Ｓｉ薄膜に対してライン状のパターニング加工を行えば良い。又、第２の手法の場合には、本発明のプラズマ処理方法によって基板上（透明電極上）に直接ラインパターン状のＳｉ薄膜を形成すれば良い。何れの手法であっても、図１３に示すように、第１の導電体５４１を、ライン状とする事によって、ダメージなくラインパターン状の半導体薄膜素子を形成することができる。なお、第１の手法の場合には、第１の導電体５４１に対応する部分がパターニング加工され、第２の手法の場合には、第１の導電体５４１に対応する部分にパターン状薄膜が形成されるので、何れの手法を用いるかによって、第１の導電体５４１の線幅は異なる。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば，プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法において、試料台に、基板の表面に施すべきプラズマ処理のパターン形状と略同一のパターンで第１の導電体が配置されているから、基板に対して所定のパターン形状でプラズマ処理（例えば、溝加工や切断加工）を行う事ができる。
【００８１】
特に、プラズマ処理用電極として回転機能を有する電極を用い、ラジカル反応を利用した切断加工を行う場合に効果的であり、基板をダメージなく切断加工できるとともに、その切断速度を高める事ができる。
【００８２】
また本発明によれば、上記のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法によって機能素子を形成するから、ダメージなく機能素子を高速にプラズマ処理できる。特に薄型ウエハをＩＣチップに切断する場合に好適であり、高速にチップ切断しながら、チッピングや割れを防止し、ＩＣチップの電気特性にも悪影響を与えない。
【００８３】
さらに本発明によれば、プラズマ処理すべき領域の幅（例えば、加工幅や切断溝幅）が狭い場合であってもプラズマ処理用電極と基板との間にプラズマ処理用ガスを安定して供給することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することができる。
【００８４】
さらに本発明によれば、アーク放電を防止することができるプラズマ処理装置を提供することができる。
【００８５】
さらに本発明によれば、随時、異なるパターン形状で基板をプラズマ処理する際でも部品の交換が容易なプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１〜３におけるプラズマ処理装置の構成図。
【図２】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の断面図。
【図３】本発明の実施の形態１における試料台の斜視図。
【図４】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置によって作製される機能素子の説明図。
【図５】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理方法のフローチャート。
【図６】本発明の実施の形態１における他のプラズマ処理方法のフローチャート。
【図７】本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の断面図。
【図８】本発明の実施の形態２における試料台の斜視図。
【図９】本発明の実施の形態２における試料台の製造方法の説明図。
【図１０】本発明の実施の形態３におけるプラズマ処理装置の断面図。
【図１１】本発明の実施の形態３におけるプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法の説明図。
【図１２】本発明の実施の形態１〜３の変形例１におけるプラズマ処理装置の断面図。
【図１３】本発明の実施の形態１〜３の変形例２における試料台の斜視図。
【図１４】従来の加工装置の説明図。
【図１５】従来の加工装置における加工電極の説明図。
【符号の説明】
１、４０１ プラズマ処理用電極
１ａ プラズマ処理用電極１の外周面
２ 基板
３ 高周波電源
４、２０４、３０４、５０４ 試料台
４１、２４１、３４１、５４１ 第１の導電体
４１ａ 平面部
４２、２４２、３４２、５４２ 絶縁体
２４３、３４３ 第２の導電体
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に対して所定のパターン形状で、成膜、加工や表面処理などのプラズマ処理を行うプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に関する。特に基板にダメージを与えずに、高速にパターン形成、切断加工などを行う場合に好適なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳｉウエハをＩＣチップに分断する場合など、脆性材料の切断加工には、従来からダイシング装置が使用されている。この加工原理は微細クラックによる脆性破壊を利用したものであるから、切断した部分からチッピングが発生する。特に薄型ウエハを分断する場合にはこのチッピングが原因となり、ウエハや分断後のチップが割れてしまう事が多い。また、チッピングによるダメージがＩＣチップの電気特性を劣化させてしまう。
【０００３】
そこで、被加工物に対してチッピングなどのダメージを与えずに切断加工を行う手法が、特開平９−３１６７０号公報に開示されている。この加工方法はプラズマＣＶＭ法と呼ばれ、ブレード状の電極を用いて局所的なプラズマを発生させる。そして、プラズマ中の反応性ラジカルを被加工物表面の原子と化学反応させて、生成した反応生成物を気化除去することにより切断加工を行う。
【０００４】
上記公報の開示内容に基づく切断加工方法を、図１４および図１５を参照して説明する。図１４において、１０１は、円柱形状の電極基体１０２の外周に一本又は複数本のブレード１０３を突設した形状の加工電極である。
【０００５】
図１５は、ブレード１０３の拡大図である。加工電極１０１は図示しない回転駆動機構によって回転可能となされている。１０４はＳｉウエハなどの被加工物、１０５は高周波電源、１０６は試料台をそれぞれ示している。試料台１０６は図中のＸ，θ方向に移動可能である。
【０００６】
被加工物１０４は、試料台１０６上に搭載されて、図示しない反応容器の内部に配置されている。反応容器の内部には、不活性ガス及び反応ガスからなる加工用ガスが充てんされ、密封若しくは循環されている。加工用ガスの圧力は１気圧以上が好ましい。反応ガスは、被加工物１０４の材質に応じて決定され、被加工物１０４がＳｉウエハの場合には、ＳＦ６やＣＦ４などのハロゲン系ガスが用いられる。不活性ガスとしてはＨｅなどが用いられる。
【０００７】
図１５を参照して、加工電極１０１は、ブレード１０３の外周面１０３ａが被加工物１０４と所定のギャップＧを保持して対向する様に配置されている。この構成において加工電極１０１を図中の矢印ＤＲ方向に高速回転させると、粘性によりブレード１０３の外周面１０３ａに引き連れられた加工用ガスが前記ギャップＧ内に供給される。
【０００８】
この状態で高周波電源１０５から加工電極１０１に高周波電圧を印加すると、ブレード１０３の外周部１０３ａで電界集中が起こる。外周部１０３ａで電界集中が起こると、ギャップＧ部で加工用ガスに基づくプラズマＰが局所的に発生する。
【０００９】
そして、プラズマＰ中の反応ガスに基づくラジカルが被加工物１０４の表面の原子と化学反応し、生成した反応生成物が気化除去されることにより、被加工物１０４の表面が局所的に加工される。なお前記の高周波電圧の周波数は１５０ＭＨｚ程度である。
【００１０】
ここで試料台１０６を、図１４中の矢印Ｘ方向に移動させると、被加工物１０４の表面に、一本又は複数本の溝１１０が形成される。前記の矢印Ｘ方向移動は、１回の１方向移動であっても良いし、複数回の往復移動であってよい。また、Ｘ方向の移動速度、または往復回数を、適宜に調整する事により、切断加工が行われる。更に前記の切断加工後に、試料台１０６をθ方向に９０°回転させて同様の加工を行う事により、被加工物１０４は複数の小片に分断される。
【００１１】
このように、プラズマＣＶＭによる切断加工方法では、１気圧以上程度の高圧力の加工用ガス雰囲気内において、ブレード状電極に１５０ＭＨｚ程度の高周波電圧を印加している。このため、電界によるイオンや電子の振動振幅が非常に小さく、またイオン、電子、ラジカルの平均自由行程が非常に短い。
【００１２】
この結果、ブレード状電極外周の電界集中部に高密度のプラズマが局在化する。そして局在化したプラズマ中の、反応性ラジカルが被加工物に作用する事になる。
【００１３】
この様なラジカルによる化学反応を用いているため、被加工物１０４が非常に薄いものであっても、チッピングや割れなどのダメージを与えずに切断加工を行う事ができる。特に、Ｓｉウエハをチップ分断する場合に好適であり、チッピングや割れを防止できるとともに、分断後のＩＣチップの電気特性にも悪影響を与えない。更にプラズマＣＶＭによる切断加工方法は、加工電極１０１を高速に回転させる構成としているため、ギャップＧ内に加工用ガスが安定に供給され、また反応生成物が効率的に除去される。
【００１４】
これにより高速で安定な切断加工が実現できる。なお、切断溝幅を狭くする場合にはブレード１０３の厚みｔを薄くすれば良い。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマＣＶＭによる切断加工方法は、ダイシング加工の課題を解決できる効果的な加工方法であるが、下記の様な解決すべき課題がある。
【００１６】
▲１▼切断溝幅を狭くするためには、ブレード１０３の厚みｔを薄くする事が要求される。しかしブレード厚ｔが薄いと、ブレード外周面１０３ａの加工用ガス輸送効果が小さい。すなわち、図１５に示す如く、ブレード１０３の側面方向に加工用ガスが逃げてしまい、ギャップＧ部（切断すべき部分）への加工用ガスの供給が不十分となる。これが切断速度向上の妨げになる。
【００１７】
▲２▼ブレード１０３の外周部１０３ａでの電界集中により局所的なプラズマを発生させているため、ブレード１０３の外周部１０３ａでの電界集中部において２次電子が発生し、アーク放電が起こりやすい。アーク放電を避けるため、加工電極１０１に大電力を投入できず、これが切断速度向上の妨げになる。
【００１８】
なお、アーク放電防止のためにブレードの表面に絶縁物をコーティングする事も考えられるが、これに伴いブレード厚が厚くなり、切断溝が広くなってしまうので望ましくない。
【００１９】
▲３▼切断加工の処理能力を高めるためには、図１４に示す様に複数本のブレード１０３を用いる事が望ましい。しかし，切断パターン（切断ピッチ）の異なる被加工物に対応するためには、その度にブレード間隔の異なる加工電極１０１に交換する必要がある。回転体である加工電極１０１を交換する作業は極めて煩雑である。
【００２０】
この問題は、１方向の切断後に試料台１０６を９０°回転させて直交する切断溝を形成し、複数の小片に分断する場合に特に問題となる。すなわち、それぞれの方向で異なるピッチの切断溝を形成しようとする場合には、１方向の切断毎にブレード間隔を変更するためにブレード間隔の異なる加工電極１０１に交換しなければならなず、コスト的にも、時間的にも不利である。
【００２１】
本発明の目的は、プラズマ処理を施すべき領域の幅（例えば、加工幅や切断溝幅）が狭い場合であってもプラズマ処理用電極と基板との間にプラズマ処理用ガスを安定して供給することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、アーク放電を防止することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することにある。
【００２３】
本発明のさらに他の目的は、異なるパターン形状で基板をプラズマ処理する際でも部品の交換が容易なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプラズマ処理装置は、基板が搭載される試料台と、該基板と対向して配置されるプラズマ処理用電極と、該プラズマ処理用電極と該試料台との間に高周波電圧を印加する高周波電源と、少なくとも該基板の第１表面にプラズマ処理用ガスを供給するガス供給手段とを備え、該高周波電源から該プラズマ処理用電極と該試料台の間に該高周波電圧を印加して該プラズマ処理用ガスに基づくプラズマを発生させ、該プラズマを該基板の該第１表面に作用させることにより該基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、該試料台は、該基板に対して該プラズマ処理を施すべきパターン形状と同一のパターン形状を有する第１導電体と、該パターン形状の該第１導電体が位置する第１領域以外の第２領域に配置される絶縁体とを備え、該パターン形状の該第１導電体が位置する第１領域で発生するプラズマによって、該基板に対して、該第１導電体のパターン形状と同一形状の、溝加工、切断加工、成膜、または表面処理を施すように構成されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２５】
該第１導電体は、該試料台における該プラズマ処理用電極側の第２表面上に形成されていてもよい。
【００２７】
該試料台は、該第１導電体に対して該プラズマ処理用電極と反対側に形成される第２導電体をさらに有し、該第２導電体は、該第１導電体と電気的に接続されて接地され、
該絶縁体は、該第２領域と該プラズマ処理用電極との間で該第１領域に比べて低密度のプラズマが発生するような厚みを有していてもよい。
【００３１】
該プラズマ処理用電極は、該プラズマ処理用電極と該基板との間に該プラズマ処理用ガスを供給するように回転してもよい。
【００３２】
該プラズマ処理用電極は、該第１表面と平行な軸を中心とする円柱形状を有し、該プラズマ処理用電極は、該軸を中心として回転してもよい。
【００３３】
該プラズマ処理用電極は、該第１表面と垂直な軸を中心とする円板形状を有し、該プラズマ処理用電極は、該軸を中心として回転してもよい。
【００３５】
該パターン形状は、グリッドパターンを含んでもよい。
【００３６】
該パターン形状は、ライン状パターンを含んでもよい。
【００３７】
本発明に係るプラズマ処理方法は、本発明に係るプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、該ガス供給手段により少なくとも該基板の該第１表面に該プラズマ処理用ガスを供給するステップと、該高周波電源により該プラズマ処理用電極と該試料台との間に高周波電圧を印加するステップと、該基板の該第１表面に該パターン形状にてプラズマ処理を施すステップとを包含し、そのことにより上記目的が達成される。
【００３８】
本発明に係るプラズマ処理方法は、本発明に係るプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、該ガス供給手段により少なくとも該基板の該第１表面に該プラズマ処理用ガスを供給するステップと、該高周波電源により該プラズマ処理用電極と該試料台との間に高周波電圧を印加するステップと、該パターン形状にて該基板の切断加工を行うステップとを包含し、そのことにより上記目的が達成される。
【００３９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
実施の形態１のプラズマ処理装置１００の基本構成について図１〜図６を用いて説明する。図１において、１は円柱形状のプラズマ処理用電極であり、図示しない回転駆動機構によって回転可能となされている。
【００４０】
望ましくは円柱の外周面１ａにアルミナなどの絶縁物が溶射法などによってコーティングされている。２はＳｉウエハなどの基板、３は高周波電源、４は試料台をそれぞれ示している。なおプラズマ処理用電極１の軸方向長さＬは、その方向における試料台４の長さｌと同程度であり、図１５に示した従来のブレード１０３の厚みｔと比べて十分に大きいものである。また、試料台４は、少なくとも図中のＸ方向に移動可能である。
【００４１】
図２は、図１を平面ＰＬで切断した場合の断面図、図３は試料台４の斜視図である。
【００４２】
図２および図３を参照して、試料台４は，第１の導電体４１と絶縁体４２とからなる。第１の導電体４１は、ステンレス、アルミニウム、ニッケルなどの金属製である。第１の導電体４１は、基板２の第１表面である表面２ａに対してプラズマ処理を施すべきパターン形状と略同一のパターン形状に形成されている。第１の導電体４１は、試料台４のプラズマ処理用電極１側の表面４ａに形成されている。尚、試料台４のプラズマ処理用電極１側の表面４ａが、特許請求の範囲における第２表面に対応する。
【００４３】
例えばＳｉウエハをＩＣチップに分断する様なプラズマ処理を行う場合には、その切断溝に対応して、図３に示す様に、第１の導電体４１はグリッド状に形成される。この場合、グリッド状の第１の導電体４１の各ラインの線幅は数１０μｍ〜２００μｍ程度で、そのピッチは１０ｍｍ程度である。第１の導電体４１はその周囲の平面部４１ａにて接地されている。
【００４４】
絶縁体４２は、例えばアルミナである。絶縁体４２の表面には、グリッド状の第１の導電体４１が埋込まれる様に溝が形成されている。試料台４は、第１の導電体４１が絶縁体４２の溝部に埋込まれて構成される。
【００４５】
基板２は、試料台４上に搭載される。基板２は、第１の導電体４１および絶縁体４２と実質的に接触している。絶縁体４２は、真空チャックとして基板２を吸着固定するものであっても良い。尚、絶縁体４２を真空チャックとする場合には、絶縁体４２に多数の孔開け加工を施すか、又は、多孔質からなる絶縁体４２を用いれば良い。
【００４６】
次に実施の形態１によるプラズマ処理方法について説明する。尚、以下では主に、プラズマ処理が基板に施す加工である場合について説明するが、成膜や表面処理など如何なるプラズマ処理にも適用可能である。
【００４７】
図５は、実施の形態１におけるプラズマ処理方法のフローチャートを示す。図５、図１、図２、図３および図４を参照して、基板２は、前述の様に、試料台４上に搭載される。そしてプラズマ処理用電極１と所定のギャップＧを保持して対向する様に、反応容器１１（図１）内に配置される。ギャップＧは数１０μｍ〜数１００μｍ程度に設定される。
【００４８】
反応容器１１の内部には、ガス供給部１２（図１）によって、不活性ガス及び反応ガスからなるプラズマ処理用ガスが供給される（Ｓ５０１）。ガス供給部１２から供給されたプラズマ処理用ガスはその後、反応容器１１の内部で密封若しくは循環されている。プラズマ処理用ガスの圧力は好ましくは１気圧程度に設定される。プラズマ処理用ガスに含まれる反応ガスは、目的とするプラズマ処理に応じて決定される。例えば、基板２がＳｉウエハであり、基板２に対する加工を行う場合には、ＳＦ６やＣＦ４などのハロゲン系ガスが用いられる。プラズマ処理用ガスに含まれる不活性ガスには、例えばＨｅが用いられる。プラズマ処理用ガス中の反応ガスの濃度は、０．１％〜２０％程度に設定される。
【００４９】
なお、プラズマ処理用ガスは、少なくとも基板２の表面２ａに供給されていればよく、上記構成に限らず、基板２の表面２ａに局所的にプラズマ処理用ガスを供給するものであっても良い。又、基板２の表面２ａ近傍において、使用済みのプラズマ処理用ガスや反応生成ガスを排気する様な構成を併用しても良い。また大気中へのガスのリークが特に問題にならなければ、反応容器１１も必ずしも必要ではない。
【００５０】
上記の構成において、プラズマ処理用電極１を図１、図２中の矢印ＤＲ方向に高速回転させると、プラズマ処理用ガスがプラズマ処理用電極１の外周面１ａに引き連れられて前述したギャップＧ内に安定に供給される。この状態で高周波電源３からプラズマ処理用電極１に高周波電圧を印加すると、ギャップＧ内に高周波電界が発生する（Ｓ５０２）。高周波電圧の周波数は、不活性ガスの種類、ギャップＧの大きさなどによって異なるが、不活性ガスがＨｅであり、ギャップが数１００μｍ程度の場合には１５０ＭＨｚ程度が望ましい。
【００５１】
ここで、試料台４の表面には、第１の導電体４１と絶縁体４２とが存在している。プラズマ処理用電極１と第１の導電体４１とが対向する空間Ａでは電界集中が起こる。一方、プラズマ処理用電極１と絶縁体４２とが対向する空間Ｂでは、電界強度が非常に小さい。この結果、第１の導電体４１と対向する空間Ａにおいて、プラズマ処理用ガスに基づくプラズマＰが点在して発生する事になる。そして、この点在したプラズマＰの作用によって、基板２表面の空間Ａと対向する部分が局所的にプラズマ処理される。例えば、基板２の加工を行う場合には、プラズマＰ中の反応ガスに基づくラジカルが基板２の表面の原子と化学反応し、生成した反応生成物が気化除去されることによって、基板２の表面が局所的に加工される。尚、空間Ａと対向し、第１導電体４１が配置される領域が、特許請求の範囲における第１領域に対応する。また、空間Ｂと対向し絶縁体４２が配置される領域が特許請求の範囲における第２領域に対応する。
【００５２】
ここで、試料台４を図１中のＸ方向に移動させると、基板２の表面全域に前記と同様のプラズマ処理が施される。その結果、例えば、基板２の加工の場合には、図４に示す如くに、第１の導電体４１と同じパターンの溝１０が、基板２の表面に形成される（Ｓ５０３）。なお試料台４のＸ方向の移動は、１回の１方向移動であっても良いし、複数回の往復移動であってもよい。
【００５３】
図６は、実施の形態１における他のプラズマ処理方法のフローチャートを示す。基板２の表面にプラズマ処理用ガスを供給し（Ｓ６０１）、高周波電源３によりプラズマ処理用電極１に高周波電圧を印加する（Ｓ６０２）点は、図５を参照して前述したプラズマ処理方法と同一であるので説明を省略する。この例の場合には、反応ガスとして基板加工用のガスを用いる。例えば、Ｓｉウエハの加工を行う場合には、ハロゲン系ガスを用いる。
【００５４】
試料台４のＸ方向の移動速度や往復回数などを調整し、基板２の表面各部におけるプラズマ滞在時間を調整する事によって、前記のパターンの溝１０に沿って切断加工が行われる（Ｓ６０３）。基板２がＳｉウエハである場合には、上記の様にして、ＩＣチップに分断される。
【００５５】
なお、図２に示すように第１の導電体４１が試料台４に対してプラズマ処理用電極１側の表面に形成される例を説明したが、本発明はこれに限定されない。図２の試料台４の上下を反転させて、絶縁体４２が、第１の導電体４１の上部に存在する構成、即ち第１の導電体４１が試料台４に対してプラズマ処理用電極１と反対側の表面に形成される構成としても良い。又、図２の試料台４の表面全域に、更に絶縁体が設けられた構成としても良い。
【００５６】
以上のように実施の形態１に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法によれば、従来のプラズマＣＶＭによる切断加工方法と同様に、ラジカルの化学反応を用いているため、基板２が非常に薄いものであっても、チッピングや割れを発生させずに切断加工を行う事ができる。また基板２がＳｉウエハである場合、分断後のＩＣチップの電気特性に悪影響を与えない。
【００５７】
また、実施の形態１に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法によれば、基板２に対してプラズマ処理を施すべきパターン形状を、試料台４の第１の導電体４１のパターン形状によって得ているため、プラズマ処理用電極１として、従来技術のブレード１０３よりも回転軸方向に長い円柱形状の電極を用いる事ができる。
【００５８】
このため、電極外周面１ａにおけるプラズマ処理用ガスの輸送効果を大きくすることができるので、ギャップＧ内に十分なプラズマ処理用ガスを安定に供給できる。この結果、プラズマ処理を施すべき幅（例えば、加工幅や切断溝幅）が非常に狭い場合であってもプラズマ処理装置の処理速度、例えば加工速度、切断速度を大幅に向上させることができる。
【００５９】
さらに、実施の形態１に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法によれば、電界集中は特に第１の導電体４１の近傍で起る。第１の導電体４１は基板２の下部に位置するため、第１の導電体４１の電界集中部は直接プラズマに晒されない。この結果、電界集中部でのプラズマ中の電子やイオンの衝突に起因するアーク放電を防止することができる。
【００６０】
尚、基板２を完全に切断する様なプラズマ処理の場合、即ちいわゆるフルダイスの場合には、最終的には第１の導電体４１の電界集中部がプラズマに晒される事になるが、対向するプラズマ処理用電極１を絶縁物でコーティングしていれば何ら問題はない。このため、プラズマ処理用電極１に大電力を投入する事ができるので、プラズマ処理装置の処理速度、例えば加工速度、切断速度の更なる向上を図ることができる。
【００６１】
さらに、実施の形態１に係るプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法によれば、基板２に対してプラズマ処理すべきパターン形状を、試料台４の第１の導電体４１によって決定しているため、ライン状、グリッド状、円弧状など如何なるパターンにも対応可能である。基板に対して直交する２方向の切断溝を、それぞれ異なるピッチで形成する場合にも、第１の導電体４１を図３に示したグリッド状とする事によって対応可能である。また、基板に対して、随時異なるパターン形状でプラズマ処理を施す必要がある場合には、試料台４のみを交換すればよく、回転機能を有するプラズマ処理用電極を交換する様な繁雑な作業を行う必要がない。
【００６２】
（実施の形態２）
実施の形態２を図７、図８を用いて説明する。実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、第１の導電体４１の接地方法のみである。実施の形態１と共通の構成および共通のプラズマ処理方法については説明を省略する。
【００６３】
図７及び図８は、それぞれ、実施の形態２に係るプラズマ処理装置２００の試料台２０４の断面図及び斜視図である。実施の形態２では、絶縁体２４２の下方に第２の導電体２４３が配置される。第２の導電体２４３は、第１の導電体２４１と電気的に接続している。そして第２の導電体２４３を接地する事によって、第１の導電体２４１を接地電位としている。第１の導電体２４１は実施の形態１と同様の構成を有する。
【００６４】
実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、第１の導電体２４１の近傍で電界集中が起こる。なお、第２の導電体２４３も、絶縁体２４２を介してプラズマ処理用電極１と対向しているが、絶縁体２４２の厚みＤ１を厚くしておけば、これと対向する空間Ｂでの電界強度を弱める事ができる。
【００６５】
絶縁体２４２の厚みＤ１は、基板２とプラズマ処理用電極１との間の空間Ｂにおいて実質的にプラズマが発生しない程度に十分厚い。すなわち、実施の形態１と同様に、第１の導電体２４１と対向する空間Ａにおいて、プラズマ処理用ガスに基づくプラズマＰを、点在して発生させる事ができる。その後の試料台２０４の移動方法については、実施の形態１と同様である。
【００６６】
実施の形態２に係るプラズマ処理装置２００は、実施の形態１に係るプラズマ処理装置１００と同様の効果を示すものであるが、実施の形態２に係るプラズマ処理装置２００では、第１の導電体４１を接地するための平面部４１ａが不要であるため、プラズマ処理用電極１と平面部４１ａとの間で不要なプラズマが発生する事を防止することができる。
【００６７】
なお、試料台２０４の製造方法としては、例えば図９に示すような手順に基づけばよい。図９（ａ）を参照して、第１の導電体２４１と第２の導電体２４３とを一体的に加工する。図９（ｂ）を参照して、溶射法等により絶縁物２４２を形成する。図９（ｃ）を参照して、絶縁物２４２の表面を研磨すると試料台２０４が完成する。
【００６８】
（実施の形態１、２の変形例）
試料台４、２０４を変更するのみで、実施の形態１または２と同様の手法によって基板２の薄板加工を行う事も可能である。この場合には、反応ガスとして、基板２の加工が可能なガスを用いる。そして、例えば、試料台４の全面を導体とすれば良い。この様にすれば基板２の全面が加工され、基板２の薄板加工が施される。この後、図２又は図７に示す試料台４、２０４に変更し、実施の形態１、２を実施すれば、簡単な変更のみで、薄板加工と切断加工との双方を実施できる。
【００６９】
（実施の形態３）
実施の形態３を図１０、図１１を用いて説明する。実施の形態３の基本構成は実施の形態２と同様であり、共通の構成および共通のプラズマ処理方法については、説明を省略する。尚、本実施形態では、反応ガスとして基板２の加工が可能なガスを用いる。
【００７０】
実施の形態３に係るプラズマ処理装置３００が実施の形態２に係るプラズマ処理装置２００と異なる点は、絶縁体３４２の厚みが実施の形態２に係る絶縁体２４２の厚みよりも薄い事である。絶縁体３４２は、基板２に対して薄板加工を施すことができる程度のプラズマが発生するような厚みＤ２を有する。
【００７１】
実施の形態３においても、実施の形態２と同様に第１の導電体３４１の近傍で電界集中が起こる。しかし、絶縁体３４２の厚みＤ２が薄いため、絶縁体３４２と対向する空間Ｂの電界強度は、実施の形態２の場合よりも大きくなる。
【００７２】
この結果、第１の導電体３４１と対向する空間Ａに高密度のプラズマが発生し、絶縁体３４２と対向する空間Ｂには、空間Ａで発生するプラズマの密度よりも低密度のプラズマが発生する。つまり、基板２の上方でプラズマの空間分布ができる。
【００７３】
プラズマ密度は基板２に対するプラズマ処理速度（本実施形態の場合には加工速度）に対応するから、基板２は図１１に示す様にプラズマ処理（加工）される。空間Ａに対応する基板２の部分の加工量Ｈ１と空間Ｂに対応する基板２の部分の加工量Ｈ２との比は、絶縁体３４２の厚みＤ２によって調整することができる。つまり、加工量Ｈ１と加工量Ｈ２との比を大きくするためには絶縁体３４２の厚みＤ２を厚くし、加工量Ｈ１と加工量Ｈ２との比を小さくするためには絶縁体３４２の厚みＤ２を薄くすれば良い。
【００７４】
ここで、実施の形態１と同様に、試料台３０４を図１中のＸ方向に移動させると、基板２の表面全域がプラズマ処理（加工）される。この結果、基板２の薄板加工を行いながら、基板２を小片に切断することができる。
【００７５】
実施の形態３では、実施の形態１および実施の形態２と同様のプラズマ処理（切断加工）に加えて、同時に基板２に薄板加工を施す事ができる。この効果は、例えば、１００μｍ以下程度の厚みの薄型のＩＣチップを作製する場合などに特に有効である。すなわち、ウエハを薄型加工した後、この薄型ウエハを搬送し、チップに分断するようなプロセスの代替として、本実施形態を適用した場合、そのプロセス数を削減できるとともに、割れの発生しやすい薄型ウエハを搬送しなくて済む。
【００７６】
（実施の形態１〜３の変形例１）
前述した実施の形態１〜３においては、プラズマ処理用電極１として、円柱形状のプラズマ処理用電極１を用いた例を説明してきた。しかし本発明ではプラズマ処理用電極１の形状はこれに限定されない。プラズマ処理用電極１の形状はギャップ部に効率的にプラズマ処理用ガスを供給できるものであれば良い。例えば、図１２に示す様に、基板２の表面に対して実質的に垂直な回転軸４０１Ａを有する円板形状のプラズマ処理用電極４０１であっても良い。この場合も前述した実施の形態１〜３と同様の効果を呈する。なおプラズマ処理速度が特に要求されない場合には、プラズマ処理用電極４０１は回転せず、静止しているものであっても良い。
【００７７】
（実施の形態１〜３の変形例２）
前述した実施の形態１〜３では、主に半導体ウエハのチップ分断や薄板加工を例に挙げて説明してきた。しかし、本発明は、これらに限定されない。本発明は、パターン形状の成膜や表面処理など、所定のパターン形状にてプラズマ処理を行うものであれば、如何なる形態のプラズマ処理にも適用可能である。例えば、図３に示す試料台４を用いて基板２上に成膜を行うと、図４の溝１０が形成されるかわりに、溝１０に対応する部分に選択的に薄膜が形成される。又、表面処理の場合には、溝１０に対応する部分が選択的に表面処理される。尚、反応ガスとしては、成膜の場合には成膜用のガスを、表面処理の場合には表面処理用のガスを用いる。例えば、パターン形状のＳｉ薄膜を形成する場合には、ＳｉＨ４などのＳｉ原子を含むガスが単体で、あるいはＨ２などの他のガスと混合して用いられる。また、パターン形状にて親水性の表面処理を施す場合には、アルコール類のような有機溶媒が用いられる。
【００７８】
また、基板も、半導体ウエハに限らずガラス基板でもよく、又、基板の上に薄膜素子が形成されているものであっても良い。例えば、本発明は機械的ダメージ、熱的ダメージなどのダメージを嫌う半導体薄膜素子作製プロセスへの適用が有効である。一例として、薄膜太陽電池においては、セルの直列接続のための集積型構造が知られており、ガラスなどの基板上や、基板上に形成された透明電極上にラインパターン状にＳｉ薄膜をダメージなく形成する必要がある。
【００７９】
この様な場合、本発明によれば、以下の何れかの手法により、ライン状の薄膜パターンを得る事が出来る。第１の手法においては、まず基板上（透明電極上）の全面に公知の手法でＳｉ薄膜を形成しておき、その後、本発明のプラズマ処理方法によって、Ｓｉ薄膜に対してライン状のパターニング加工を行えば良い。又、第２の手法の場合には、本発明のプラズマ処理方法によって基板上（透明電極上）に直接ラインパターン状のＳｉ薄膜を形成すれば良い。何れの手法であっても、図１３に示すように、第１の導電体５４１を、ライン状とする事によって、ダメージなくラインパターン状の半導体薄膜素子を形成することができる。なお、第１の手法の場合には、第１の導電体５４１に対応する部分がパターニング加工され、第２の手法の場合には、第１の導電体５４１に対応する部分にパターン状薄膜が形成されるので、何れの手法を用いるかによって、第１の導電体５４１の線幅は異なる。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば，プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法において、試料台に、基板の表面に施すべきプラズマ処理のパターン形状と略同一のパターンで第１の導電体が配置されているから、基板に対して所定のパターン形状でプラズマ処理（例えば、溝加工や切断加工）を行う事ができる。
【００８１】
特に、プラズマ処理用電極として回転機能を有する電極を用い、ラジカル反応を利用した切断加工を行う場合に効果的であり、基板をダメージなく切断加工できるとともに、その切断速度を高める事ができる。
【００８２】
また本発明によれば、上記のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法によって機能素子を形成するから、ダメージなく機能素子を高速にプラズマ処理できる。特に薄型ウエハをＩＣチップに切断する場合に好適であり、高速にチップ切断しながら、チッピングや割れを防止し、ＩＣチップの電気特性にも悪影響を与えない。
【００８３】
さらに本発明によれば、プラズマ処理すべき領域の幅（例えば、加工幅や切断溝幅）が狭い場合であってもプラズマ処理用電極と基板との間にプラズマ処理用ガスを安定して供給することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することができる。
【００８４】
さらに本発明によれば、アーク放電を防止することができるプラズマ処理装置を提供することができる。
【００８５】
さらに本発明によれば、随時、異なるパターン形状で基板をプラズマ処理する際でも部品の交換が容易なプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１〜３におけるプラズマ処理装置の構成図。
【図２】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の断面図。
【図３】本発明の実施の形態１における試料台の斜視図。
【図４】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置によって作製される機能素子の説明図。
【図５】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理方法のフローチャート。
【図６】本発明の実施の形態１における他のプラズマ処理方法のフローチャート。
【図７】本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の断面図。
【図８】本発明の実施の形態２における試料台の斜視図。
【図９】本発明の実施の形態２における試料台の製造方法の説明図。
【図１０】本発明の実施の形態３におけるプラズマ処理装置の断面図。
【図１１】本発明の実施の形態３におけるプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法の説明図。
【図１２】本発明の実施の形態１〜３の変形例１におけるプラズマ処理装置の断面図。
【図１３】本発明の実施の形態１〜３の変形例２における試料台の斜視図。
【図１４】従来の加工装置の説明図。
【図１５】従来の加工装置における加工電極の説明図。
【符号の説明】
１、４０１ プラズマ処理用電極
１ａ プラズマ処理用電極１の外周面
２ 基板
３ 高周波電源
４、２０４、３０４、５０４ 試料台
４１、２４１、３４１、５４１ 第１の導電体
４１ａ 平面部
４２、２４２、３４２、５４２ 絶縁体
２４３、３４３ 第２の導電体
Claims (10)
- 基板が搭載される試料台と、該基板と対向して配置されるプラズマ処理用電極と、該プラズマ処理用電極と該試料台との間に高周波電圧を印加する高周波電源と、少なくとも該基板の第１表面にプラズマ処理用ガスを供給するガス供給手段とを備え、該高周波電源から該プラズマ処理用電極と該試料台の間に該高周波電圧を印加して該プラズマ処理用ガスに基づくプラズマを発生させ、該プラズマを該基板の該第１表面に作用させることにより該基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
該試料台は、該基板に対して該プラズマ処理を施すべきパターン形状と同一のパターン形状を有する第１導電体と、
該パターン形状の該第１導電体が位置する第１領域以外の第２領域に配置される絶縁体とを備え、
該パターン形状の該第１導電体が位置する第１領域で発生するプラズマによって、該基板に対して、該第１導電体のパターン形状と同一形状の、溝加工、切断加工、成膜、または表面処理を施すように構成されているプラズマ処理装置。 - 該第１導電体は、該試料台における該プラズマ処理用電極側の第２表面上に形成される、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
- 該試料台は、該第１導電体に対して該プラズマ処理用電極と反対側に形成される第２導電体をさらに有し、
該第２導電体は、該第１導電体と電気的に接続されて接地され、
該絶縁体は、該第２領域と該プラズマ処理用電極との間で該第１領域に比べて低密度のプラズマが発生するような厚みを有する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。 - 該プラズマ処理用電極は、該プラズマ処理用電極と該基板との間に該プラズマ処理用ガスを供給するように回転する、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
- 該プラズマ処理用電極は、該第１表面と平行な軸を中心とする円柱形状を有し、
該プラズマ処理用電極は、該軸を中心として回転する、請求項４に記載のプラズマ処理装置。 - 該プラズマ処理用電極は、該第１表面と垂直な軸を中心とする円板形状を有し、該プラズマ処理用電極は、該軸を中心として回転する、請求項４に記載のプラズマ処理装置。
- 該パターン形状は、グリッドパターンを含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
- 該パターン形状は、ライン状パターンを含む、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
- 請求項１に記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
該ガス供給手段により少なくとも該基板の該第１表面に該プラズマ処理用ガスを供給するステップと、
該高周波電源により該プラズマ処理用電極と該試料台との間に高周波電圧を印加するステップと、
該基板の該第１表面に該パターン形状にてプラズマ処理を施すステップとを包含するプラズマ処理方法。 - 請求項１に記載のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
該ガス供給手段により少なくとも該基板の該第１表面に該プラズマ処理用ガスを供給するステップと、
該高周波電源により該プラズマ処理用電極と該試料台との間に高周波電圧を印加するステップと、
該パターン形状にて該基板の切断加工を行うステップと
を包含するプラズマ処理方法。
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