JP4604591B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、回路部品、センサー、ピックアップなどの光学製品などの製造工程内で実施する表面改質、洗浄等に利用されるプラズマ処理方法であって、特に異形被処理物の処理、被処理物内の微小部分の処理に関するものである。

従来のプラズマ処理装置の例として、図１５を用いて説明する。

図１５において、第１電極１０１と第２電極１０２をそれぞれ対向して配置し、第１電極１０１および第２電極１０２間にプラズマを生成するための放電空間１０３を形成し、第１電極１０１に高周波電源１０４を接続して高周波電力を第１電極１０１に印加し、第２電極１０２を接地することで、第１および第２電極間にプラズマ放電を開始することができる。さらに図１５において、第１電極１０１と第２電極１０２の間の放電空間１０３の一端にガス供給口１０５を設けガス配管１０６を用いてガス供給装置１０７と接続し、ガスを第１および第２電極間に流通させプラズマ放電を行なうとともに、ガス供給口１０５と反対側の端面にプラズマ処理を行なうための開口部１０８を設けることで、開口部１０８に近接させた基板１０９に対してエッチング、成膜、表面改質等の各種プラズマ処理を行なうことができる。

また、基板１０９を一度に処理する方法として、図１６を用いて説明する。第２電極１０２を覆う誘電体板１１０にガス供給口１０５を設け、第１電極１０１と誘電体板１１０の間の放電空間１０３に基板１０９を設置し、ガス供給装置１０７から供給させたガスをガス配管１０６を介して、ガス供給口１０５から、放電空間１０３に供給し、基板の全面を一度に処理することができる。

その他にも、被処理物の特定箇所だけを処理する技術（特許文献１参照）、放電エリアを細くする技術（特許文献２参照）被処理物の特定箇所、複数箇所を処理する技術（特許文献３参照）、密閉容器を用いたプラズマ処理技術（特許文献４参照）などが検討されてきた。
特開平０８−１４８４６９号公報 特開２００４−１１１９４９号公報 特開２００４−１１１９４８号公報 特許第３４７８８４０号公報

しかしながら、従来例の処理においては、プラズマの照射距離が短いため、深さのある凹型及び凸型被処理物の全体を処理することができなかったり、プラズマの拡散のため、処理を行なう必要の無い部分にまで、プラズマが回り込んだり、処理したい部分が複数箇所ある場合はすべてに処理を行なうために、複数の動作を行なわなければならなかったりと、平面以外の凹凸のある被処理物の被処理部のみを正確に、短時間で処理することができないという問題を有していた。

本発明は、上記従来の問題に鑑み、特に凹凸のある異形被処理物の処理したい部分のみを的確かつ短時間で処理することができるプラズマ処理方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本願発明のプラズマ処理方法は、凹凸形状と平面部分を有する被処理物の近傍に配置させた第１の電極を有するプラズマ源にプロセスガスを供給しつつ、第１の電極または上記被処理物を介して上記プラズマ源と対向となる位置に配置させた第２の電極または、上記被処理物と導通するように設置させた電力印加機構に電力を供給するプラズマ処理方法であって、上記プラズマ源と上記被処理物との間に形成する放電空間を容器によって密封して処理する際、上記容器が上記被処理物の前記平面部分と接触することによって、前記放電空間を密閉し、かつ、上記容器に設置された排気孔を介して上記容器内を排気することで、上記容器内の圧力を大気圧よりも１０００Ｐａ以上低い圧力とすることを特徴とする。

このような構成により、プラズマの発生するエリアを限定し、所望のプラズマを得ることが可能となる。

また、好適には第２電極または基板を載置するステージの面積が上記被処理物を覆う容器が第２電極またはステージと対向する面積よりも大きく、上記被処理物を覆う容器の一部に被処理物を取り出すための開放部があり、開放部が上記第２の電極またはステージの一部と接触することによって、密封されることが望ましい。

このような構成により、放電空間を小さくすることができ、必要部のみに効果あるプラズマ処理を行なうことが可能となる。

このような構成により、放電が維持できる電極間距離が広がる為、プラズマ照射距離が増し、深さのある凹型または凸型の被処理物の全体を処理することが可能になる。

また、好適には上記プラズマ源の被処理物と対向する部分の周辺又は裏面又は下部からガスを導入することが望ましい。更に好適にはガス導入孔と被処理物を挟んで対向となる部分にガス排気口を有するか、被処理物と対向する部分にガス排気口を有することが望ましい。

このような構成により、被処理物へのガス流れの影響を減らし、均一な処理が可能となる。

以上のように、本発明によれば、特に凹凸のある異形被処理物の処理したい部分のみを的確かつ短時間で処理することが可能となる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。

図１において、第２の電極２０２に被処理物２０９を載置し、アクリル製の円筒型容器２１２と結合させたプラズマ源２１１を下降させることにより、シール材２１４が上記被処理物の周辺の全周と密着するとともに、プラズマ源と被処理物が所定の距離になる。この状態で、排気口２１５から排気装置２１６によって、容器内を低圧にし、ガス供給装置２０７およびガス配管２０６を介し、所定の流量のＨｅとＯ２の混合ガスをガス供給口２０５より供給しつつ、第１の電極２０１を接地し、上記被処理物を介して上記プラズマ源と対向となる位置に配置させた第２の電極２０２に高周波電源２０４より電力を供給することによってプラズマを発生させることができる。

本装置構成を用い、Ｈｅ／Ｏ２＝１０００／１０ｓｃｃｍを流し、１３．５６ＭＨｚの高周波電力５Ｗを投入し、プラズマを発生させた。従来例の方法では放電空間が２ｍｍ以上に広がると放電を維持することができなかったが、本装置構成では５ｍｍ以上の広い距離での放電が可能であった。

これは、圧力が低くなることにより、パッシェンの法則を基本とするメカニズムにより、電極間の距離が広くても、低パワーでの放電が維持できることによるものと考えられる。

なお、本実施の形態において、開放部２１３と上記被処理物２０９の一部がシール材２１４を介して接触することによって、密封されるとするが、図３に示すように、開放部２１３と上記第２の電極の一部がシール材２１４を介して接触することによって、密封させても良い。

また、本装置の形態において、容器上部よりガスを導入し、被処理物と対向する部分にガス排気口を設けた構成を図４に、容器上部よりガスを導入し、ガス導入孔と被処理物を挟んで対向となる容器下部にガス排気口を有する構成を図５に示す。

（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。

図６において、被処理物２０９の近傍に配置させたプラズマ源２１１にガス供給装置２０７およびガス配管２０６を介し、所定の流量のＨｅとＯ２を混合させた第１ガス２１７をガス供給口２０５より供給しつつ、第１の電極２０１を接地し、上記被処理物を介して上記プラズマ源と対向となる位置に配置させた第２の電極２０２に高周波電源２０４より電力を供給することによってプラズマを発生させることができる。このとき、上記プラズマ源と上記被処理物と対向する面の後方に設けられた第２のガス導入孔２１９より、第２ガス２１８をプラズマ源の裏面に向けて導入する。

本装置構成を用い、第１ガスとしてＨｅ／Ｏ２＝１０００／１０ｓｃｃｍを流し、第２ガスとして、１０１０ｓｃｃｍのＮ２をプラズマ源の裏面へ供給し、１３．５６ＭＨｚの高周波電力１００Ｗを投入し、プラズマを発生させた。従来例の方法では被処理物側面とプラズマ源の間で強いプラズマが発生することが確認できたが、本装置構成では側面部での放電は無くなり、処理をすべきプラズマ源前面のみでの放電が実現できた。これは、放電しやすいＨｅ分圧の高い空間をプラズマ源前面部のみに形成し、周辺部では放電し難いＮ２分圧の高い空間を形成したことによるものと考えられる。

（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。

図７において、被処理物２０９の内側に挿入したプラズマ源２１１にガス供給装置２０７およびガス配管２０６を介し、所定の流量のＨｅとＯ２を混合させたガスをガス供給口２０５より供給しつつ、第１の電極２０１を接地し、上記被処理物を介して上記プラズマ源と対向となる位置に被処理物を囲うように配置させた第２の電極２０２に高周波電源２０４より電力を供給することによって、放電空間２０３にプラズマを発生させることができる。

このとき、プラズマ源と被処理物は中心を合わせて位置決めし、プラズマ源が被処理物と対向する部分は側面の全周、底面共に２ｍｍの距離となるようにした。

また、本装置の形態において、偏芯回転可能なプラズマ源を用いて、被処理物の内側を処理する構成を図８に示す。金属製の被処理物２０９の内側に挿入したプラズマ源２１１にガス供給装置２０７およびガス配管２０６を介し、所定の流量のＨｅとＯ２を混合させたガスをガス供給口２０５より供給しつつ、第１の電極２０１を接地し、上記被処理物を介して上記プラズマ源と対向となる位置に配置させたステージ２２２に載置させた被処理物と導通するように設置させた電力印加機構に電力印加機構２２１に高周波電源２０４より電力を供給することによって、放電空間２０３にプラズマを発生させることができる。

このとき、プラズマ源２１１はＸ−Ｙ駆動装置２１９と回転機構２２０によって、被処理物と対向する部分の距離を一定に保ちながら処理を行なう。被処理物の形状が異なる場合はＸ−Ｙ駆動装置と回転機構の動作を変更して、被処理物の形状に合わせた処理を行なう。

本装置構成において、Φ５ｍｍのプラズマ源を凹型形状のΦ１０ｍｍの被処理物の内側壁及び底面の処理を行なった。偏芯量を１．５ｍｍとすることで、内側壁との距離を１ｍｍにコントロールし、処理を行なうことができた。

なお、本実施の形態において、電力は電力印加機構を介して印加したが、第１または第２の電極に印加しても良い。

（実施の形態４）
図９は本発明の実施の形態４におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。

図９において、１００個の金属製の被処理物２０９を金属製のトレー２２４に被処理物とトレーが導通するように設置し、トレーと設置する部分を金属で形成させた電力印加機構２２２上にこのトレー載置する。この状態でクランプ２２４を下降させ、トレーを電力印加機構に押し付けることにより、トレーと電力印加機構の導通をもたせる。トレーの上部と下部にそれぞれ１００個づつ配置され、接地させた個々に第１の電極２０１を有するプラズマ源２１１にＨｅとＯ２からなる所定の流量のプロセスガスを供給しつつ、プラズマ源を被処理物に接近させ、プラズマ源と被処理物の距離を所定の長さにした後、電力印加機構に高周波電源２０４より電力を供給することによって、１００個の被処理物の表面および裏面の放電空間２０３に同時にプラズマを発生させることができる。

なお、本実施の形態において、トレーに電力印加機構より電力を供給したが、被処理物に電力を供給しても良い。

なお、本実施の形態において、複数個の被処理物を同時に処理することとするが、単一の被処理物の複数箇所を同時に、処理しても良い。

なお、形状の異なる被処理物を処理する場合や、設置した間隔の違う複数個の被処理物を処理する場合は、図１０に示すように、プラズマ源の間隔、上下位置を変更することによって、同様の処理を行なうことが可能である。

（実施の形態５）
図１１は本発明の実施の形態５におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。

図１１において、厚さ２ｍｍのアルミナセラミック製絶縁体板２２５上に載置した被処理物２０９の近傍に配置させたプラズマ源２１１にガス供給装置２０７およびガス配管２０６を介し、所定の流量のＨｅとＯ２を混合させた第１ガス２１７をガス供給口２０５より供給しつつ、第１の電極２０１を接地し、上記被処理物を介して上記プラズマ源と対向となる位置に配置させた第２の電極２０２に高周波電源２０４より電力を供給することによってプラズマを発生させることができる。

本装置構成を用い、第１ガスとしてＨｅ／Ｏ₂＝１０００／１０ｓｃｃｍを流し、１３．５６ＭＨｚの高周波電力１００Ｗを投入し、プラズマを発生させ、フォトレジストをコーティングした□２０ｍｍのＳｉ基板を処理した。２０秒の処理において、基板の温度はおよそ２００℃程度に上昇し、中央部の除去レートは２μｍ／分程度を得ることができた。従来の構成で処理をした場合、基板温度は１００℃以下になり、除去レートも０．５μｍ／分以下であった。

（実施の形態６）
図１２は本発明の実施の形態６におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。

図１２において、周辺部に加熱機構２２６を有するステージ２２３に被処理物２０９を載置し、加熱機構を２００℃に加熱した状態で、被処理物近傍に配置させたプラズマ源２１１にガス供給装置２０７およびガス配管２０６を介し、所定の流量のＨｅとＯ２を混合させた第１ガス２１７をガス供給口２０５より供給しつつ、第２の電極２０２を接地し、上記被処理物を介して上記プラズマ源と対向となる位置に配置させた第１の電極２０１に高周波電源２０４より電力を供給することによってプラズマを発生させることができる。

なお、今回ステージの周辺部のみに加熱機構を有する構成とするが、加熱機構をステージの中央やステージ全面など、に配置しても良い。

本構成により、第１ガスとしてＨｅ／Ｏ₂＝１０００／１０ｓｃｃｍを流し、１３．５６ＭＨｚの高周波電力１００Ｗを投入し、プラズマを発生させ、フォトレジストをコーティングした□２０ｍｍのＳｉ基板を処理した。中央部１０ｍｍより外周部の除去レートが向上し、Φ１５ｍｍの範囲での均一性が±３０％程度であった。従来例の構成で、同様の処理を行なった場合、周辺部での除去レートが低く、均一性は±６０％程度となった。

（実施の形態７）
図１３は本発明の実施の形態７におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。

図１３において、被処理物２０９の近傍に配置させたプラズマ源２１１にガス供給装置２０７およびガス配管２０６を介し、所定の流量のＨｅとＯ２を混合させた第１ガス２１７をガス供給口２０５より供給しつつ、第１の電極２０１を接地し、上記被処理物を介して上記プラズマ源と対向となる位置に配置させた第２の電極２０２に高周波電源２０４より電力を供給することによってプラズマを発生させることができる。

このとき、上記プラズマ源の外部に設けられた走査機構２２７と焦点調節機構２２８を有するレーザダイオード励起のレーザ発信機２２９より上記被処理物表面に所定の出力のレーザ２３０を照射する。

また、本装置の形態において、プラズマ源と被処理物が比較的離れた場合の形態を図１４に示す。第１電極２０１と第２電極２０２をそれぞれ対向して配置し、第１電極２０１に高周波電源２０４を接続して高周波電力を第１電極２０１に印加し、第２電極２０２を接地することで、第１および第２電極間に形成させた放電空間２０３にプラズマを発生させることができる。この放電空間２０３の一端にガス供給２０５および、走査機構２２７と焦点調節機構２２８を有するレーザダイオード励起のレーザ発信機２２９を設けガス配管２０６を用いてガス供給装置２０７と接続し、ガスを第１および第２電極間に流通させプラズマ放電を行なうとともに、レーザ２３０を発信させ、ガス供給口２０５と反対側の端面に処理を行なうための開口部２０８を設けることで、開口部２０８に近接させた基板１０９に対してプラズマおよびレーザを照射することができる。

なお、今回は焦点調節機構によりレーザスポットを１ｍｍ以下にして行なったが、スポットを大きめに調節し、比較的広い範囲での処理を行なっても良い。

本発明のプラズマ処理方法及び装置は、凹凸のある異形被処理物の所望の部分を高速に処理することが可能となり、回路部品、ピックアップなどの光学製品、センサーなどの製造工程内で実施する表面改質、洗浄等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態３におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態３におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態４におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態４におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態５におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態６におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態７におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態７におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 従来例におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図 従来例におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図

２０１ 第１電極
２０２ 第２電極
２０３ 放電空間
２０４ 高周波電源
２０５ ガス供給口
２０６ ガス配管
２０７ ガス供給装置
２０８ 開口部
２０９ 被処理物
２１０ 誘電体板
２１１ プラズマ源
２１２ 容器
２１３ 開放部
２１４ シール材
２１５ 排気口
２１６ 排気装置

Claims (5)

1. 凹凸形状と平面部分を有する被処理物の近傍に配置させた第１の電極を有するプラズマ源にプロセスガスを供給しつつ、第１の電極または上記被処理物を介して上記プラズマ源と対向となる位置に配置させた第２の電極または、上記被処理物と導通するように設置させた電力印加機構に電力を供給するプラズマ処理方法であって、
   上記プラズマ源と上記被処理物との間に形成する放電空間を容器によって密封して処理する際、上記容器が上記被処理物の前記平面部分と接触することによって、前記放電空間を密閉し、かつ、上記容器に設置された排気孔を介して上記容器内を排気することで、上記容器内の圧力を大気圧よりも１０００Ｐａ以上低い圧力とすること
   を特徴とするプラズマ処理方法。
   
2. 上記第２電極または上記被処理物を載置するステージの面積が上記容器と第２電極またはステージと対向する面積よりも大きく、上記容器の一部に被処理物を取り出すための開放部があり、開放部が上記第２の電極またはステージの一部と接触することによって、密封されること
   を特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
3. 上記プラズマ源の被処理物と対向する部分の周辺又は裏面又は下部からガスを導入することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
4. 上記容器内のガス導入孔と被処理物を挟んで反対側にガス排気口を有すること
   を特徴とする請求項３記載のプラズマ処理方法。
5. 上記容器内の被処理物と対向する部分にガス排気口を有すること
   を特徴とする請求項３記載のプラズマ処理方法。

Images