JP4975556B2

JP4975556B2 - プラズマ加工装置及びプラズマ加工方法

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Publication number: JP4975556B2
Application number: JP2007219844A
Authority: JP
Inventors: 義紀阿部; 充孝山口; 淳増田; 道雄近藤
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Toyo Advanced Technologies Co Ltd
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Toyo Advanced Technologies Co Ltd
Priority date: 2007-08-27
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-08-27
Also published as: JP2009054779A

Description

本発明は、プラズマ加工装置及びプラズマ加工方法に関するものである。

従来、例えばシリコンインゴットのような被加工物をプラズマエッチングにより切断し、シリコンウエハを作製するプラズマ加工装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に開示されたプラズマ加工装置では、被加工物に対向するようにスライス電極が配置されているとともに、そのスライス電極に電源が電気的に接続されている。そして、電源からスライス電極に電圧を印加し、スライス電極と被加工物との間に電位差を生じさせることによって、スライス電極と被加工物との間にプラズマを発生させ、このプラズマのエッチング作用により被加工物を切断する。また、このプラズマ加工装置では、被加工物を昇降機構によってスライス電極側へ徐々に移動させながらプラズマエッチングすることにより被加工物の切断を進行させる。
特開２００６−１９６８４５号公報

ところで、上記のようなプラズマ加工装置では、被加工物の切断方向においてカーフロス幅、すなわちプラズマエッチングによって被加工物に形成される切込み部の幅が不均一になる虞がある。カーフロス幅が被加工物の切断方向において不均一であると、被加工物の切断面に凹凸が生じるため、その凹凸分を除去して被加工物の切断面を平面にする必要がある。従って、被加工物の切断方向におけるカーフロス幅が不均一になるほど、被加工物の材料ロスが増大する。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、被加工物の切断方向においてカーフロス幅を均一に近づけることが可能なプラズマ加工装置及びプラズマ加工方法を提供することである。

本願発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、被加工物のプラズマエッチング時におけるスライス電極と被加工物との間の電位差と、被加工物のカーフロス幅との間に対応関係があることを見出し、被加工物の切断過程においてスライス電極と被加工物との間の電位差の時間平均値が一定となるようにスライス電極と被加工物との間の距離を調節すれば、被加工物の切断方向においてカーフロス幅が均一に近づくことを見出した。

すなわち、本発明によるプラズマ加工装置は、被加工物をプラズマエッチングにより切断するプラズマ加工装置であって、前記被加工物を切断するためのスライス電極と、前記スライス電極が前記被加工物に対して対向するように配置されたときに前記スライス電極と前記被加工物との間にプラズマが発生するようにこのスライス電極と被加工物との間に電位差を生じさせる電圧印加部と、前記被加工物の切断過程において前記スライス電極と前記被加工物との間の電位差の時間平均値が一定となるように前記スライス電極と前記被加工物との間の距離を調節するための距離調節機構とを備え、前記距離調節機構は、前記被加工物または前記スライス電極を前記被加工物の切断方向に沿って移動させる移動装置と、前記スライス電極と前記被加工物との間の電位差を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部によって検出された前記スライス電極と前記被加工物との間の電位差に基づいて、その検出された電位差の時間平均値が一定となるように前記移動装置による前記被加工物または前記スライス電極の移動を制御する制御部とを含んでいる。

このプラズマ加工装置では、距離調節機構によりスライス電極と被加工物との間の距離が調節されることによって、被加工物の切断過程におけるスライス電極と被加工物との間の電位差の時間平均値の変動を抑制することができる。そして、被加工物の切断過程におけるスライス電極と被加工物との間の電位差の時間平均値の変動が抑制されることによって、被加工物の切断方向におけるカーフロス幅が均一に近づくので、このプラズマ加工装置では、被加工物の切断方向においてカーフロス幅を均一に近づけることができる。また、このプラズマ加工装置では、電圧検出部によって検出されるスライス電極と被加工物との間の電位差に基づいて移動装置による被加工物またはスライス電極の移動が自動的に制御され、被加工物の切断過程におけるスライス電極と被加工物との間の電位差の時間平均値の変動が自動的に抑制される。このため、使用者の作業負担を増大させることなく、被加工物の切断方向におけるカーフロス幅を均一に近づけることができる。

また、本発明によるプラズマ加工装置は、被加工物をプラズマエッチングにより切断するプラズマ加工装置であって、所定方向に間隔をおいて配置され、前記被加工物を切断するための複数のスライス電極と、前記複数のスライス電極が前記被加工物に対して前記所定方向と直交する方向に対向するように配置されたときに前記各スライス電極と前記被加工物との間にプラズマが発生するようにこの各スライス電極と被加工物との間に電位差を生じさせる電圧印加部と、前記被加工物の切断過程において前記各スライス電極と前記被加工物との間の電位差の平均値の時間平均値が一定となるように前記複数のスライス電極と前記被加工物との間の距離を調節するための距離調節機構とを備えている。

このプラズマ加工装置では、被加工物を各スライス電極に対応する箇所で同時に切断することができるので、被加工物の切断の作業効率を向上させることができる。また、このプラズマ加工装置では、距離調節機構により複数のスライス電極と被加工物との間の距離が調節されることによって、被加工物の切断過程における各スライス電極と被加工物との間の電位差の平均値の時間平均値の変動が抑制される。このため、前記スライス電極と被加工物との間の電位差の時間平均値が一定となるようにスライス電極と被加工物との間の距離を調節するプラズマ加工装置と同様の原理により、被加工物の切断方向においてカーフロス幅を均一に近づけることができる。

この場合において、前記距離調節機構は、前記被加工物または前記複数のスライス電極を前記被加工物の切断方向に沿って移動させる移動装置と、前記各スライス電極と前記被加工物との間の電位差をそれぞれ検出する電圧検出部と、前記電圧検出部による電位差の検出結果に基づいて前記各スライス電極と前記被加工物との間の電位差の平均値の時間平均値が一定となるように前記移動装置による前記被加工物または前記複数のスライス電極の移動を制御する制御部とを含むのが好ましい。

このように構成すれば、電圧検出部によって検出される各スライス電極と被加工物との間の電位差に基づいて移動装置による被加工物または複数のスライス電極の移動が自動的に制御され、被加工物の切断過程における各スライス電極と被加工物との間の電位差の平均値の時間平均値の変動が自動的に抑制される。このため、使用者の作業負担を増大させることなく、被加工物の切断方向におけるカーフロス幅を均一に近づけることができる。

本発明によるプラズマ加工方法は、上記プラズマ加工装置を用いて被加工物をプラズマエッチングにより切断するプラズマ加工方法であって、前記スライス電極を前記被加工物に対して対向するように配置する工程と、前記電圧印加部から前記スライス電極に電圧を印加することにより、前記スライス電極と前記被加工物との間にプラズマが発生するようにこのスライス電極と被加工物との間に電位差を生じさせる工程と、前記距離調節機構により前記被加工物の切断過程において前記スライス電極と前記被加工物との間の電位差の時間平均値が一定となるように前記スライス電極と前記被加工物との間の距離を調節する工程とを備え、前記スライス電極と前記被加工物との間の距離を調節する工程では、前記距離調節機構の前記制御部が、前記電圧検出部によって検出された前記スライス電極と前記被加工物との間の電位差に基づいて、その検出された電位差の時間平均値が一定となるように前記移動装置に前記被加工物または前記スライス電極を前記被加工物の切断方向に沿って移送させる。

このプラズマ加工方法では、距離調節機構によりスライス電極と被加工物との間の距離を調節することによって、被加工物の切断過程におけるスライス電極と被加工物との間の電位差の時間平均値の変動を抑制することができるので、上記プラズマ加工装置と同様、被加工物の切断方向においてカーフロス幅を均一に近づけることができる。また、このプラズマ加工方法では、上記プラズマ加工装置と同様、使用者の作業負担を増大させることなく、被加工物の切断方向におけるカーフロス幅を均一に近づけることができる。

また、本発明によるプラズマ加工方法は、上記複数のスライス電極を備えたプラズマ加工装置を用いて被加工物をプラズマエッチングにより切断するプラズマ加工方法であって、前記複数のスライス電極を前記所定方向に間隔をおいて配置するとともに、前記複数のスライス電極を前記被加工物に対して前記所定方向と直交する方向に対向するように配置する工程と、前記電圧印加部から前記各スライス電極に電圧を印加することにより、前記各スライス電極と前記被加工物との間にプラズマが発生するようにこの各スライス電極と被加工物との間に電位差を生じさせる工程と、前記距離調節機構により前記被加工物の切断過程において前記各スライス電極と前記被加工物との間の電位差の平均値の時間平均値が一定となるように前記複数のスライス電極と前記被加工物との間の距離を調節する工程とを備えている。

このプラズマ加工方法では、距離調節機構により複数のスライス電極と被加工物との間の距離を調節することによって、被加工物の切断過程における各スライス電極と被加工物との間の電位差の平均値の時間平均値の変動を抑制することができるので、上記複数のスライス電極を備えたプラズマ加工装置と同様、被加工物の切断方向においてカーフロス幅を均一に近づけることができる。

以上説明したように、本発明によれば、被加工物の切断方向においてカーフロス幅を均一に近づけることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるプラズマ加工装置の概略図である。まず、図１を参照して、本発明の一実施形態によるプラズマ加工装置の構成について説明する。

本実施形態によるプラズマ加工装置は、被加工物としてのシリコンインゴット１００をプラズマエッチングによりスライスしてシリコンウエハを製造するためのものである。このプラズマ加工装置は、図略のチェンバと、複数のスライス電極２と、被加工物側電極４と、電圧印加部６と、複数の保護抵抗８と、距離調節機構１０とを備えている。

前記図略のチェンバは、その内部にプラズマエッチングを行う反応室を形成するものである。このチェンバには、図略の排気管とガス導入管が接続されており、その排気管を通じてチェンバ内を真空排気した後、ガス導入管を通じてエッチングガスとしての三フッ化窒素（ＮＦ_３）をチェンバ内に充填可能となっている。

前記複数のスライス電極２は、シリコンインゴット１００を切断するために用いられるものである。この各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間でプラズマが発生し、そのプラズマのエッチング作用によってシリコンインゴット１００がスライスされる。

具体的には、複数のスライス電極２は、前記チェンバ内の空間に固定的に設置される。各スライス電極２は、帯状の薄膜に形成されており、その短辺の延びる方向が鉛直方向となるように配置される。そして、各スライス電極２は、水平方向に等間隔で互いに平行に配置されるとともに、前記距離調節機構１０の後述する昇降機構１２の載置台１２ａ上にセットされたシリコンインゴット１００の上面に対して鉛直方向に対向するように配置される。

また、各スライス電極２は、銅箔等の金属箔を樹脂材料からなる絶縁膜で挟み込み、ホットプレスすることによって形成されている。そして、各スライス電極２には、その金属箔に前記電圧印加部６から電圧が印加される。これにより、金属箔の下端と対向するシリコンインゴット１００の表面との間にプラズマが発生し、絶縁膜で覆われたスライス電極２の側面側にはプラズマが発生しないようになっている。

そして、各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間でプラズマが発生することによって、エッチングガスとしてのＮＦ_３が解離し、フッ素原子（Ｆ^０）やフッ素イオン（Ｆ⁻）が生成される。このフッ素原子（Ｆ^０）及びフッ素イオン（Ｆ⁻）とシリコンインゴット１００のシリコン原子（Ｓｉ）が反応してＳｉＦ_４ガスが生成されることにより、シリコンインゴット１００のエッチングによるスライスが進行する。

前記被加工物側電極４は、シリコンインゴット１００に電気的に接続されるものであり、シリコンインゴット１００の底面に取り付けられる。この被加工物側電極４は、前記電圧印加部６と電気的に接続されているとともに接地されている。これにより、シリコンインゴット１００の電位は、接地電位（０Ｖ）になっている。

前記電圧印加部６は、前記各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間にプラズマが発生するようにこの各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間に電位差を生じさせるものである。

具体的には、電圧印加部６は、各スライス電極２に電圧を印加可能に構成されている一方、前記被加工物側電極４と電気的に接続されている。電圧印加部６から各スライス電極２に電圧が印加されることによって、前記接地電位となっているシリコンインゴット１００と各スライス電極２との間に電位差が生じる。

前記複数の保護抵抗８は、この保護抵抗８を通って流れる電流の最大値をある一定の値以下に制限するものである。各保護抵抗８は、前記電圧印加部６と前記各スライス電極２との間にそれぞれ介在している。

前記距離調節機構１０は、シリコンインゴット１００の切断過程において各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の平均値の時間平均値が一定となるように前記複数のスライス電極２とシリコンインゴット１００との間の距離を調節するものである。

具体的には、この距離調節機構１０は、昇降装置１２と、複数の電圧計１４と、制御部１６とを有する。

前記昇降装置１２は、シリコンインゴット１００をその切断方向、すなわち鉛直方向に沿って移動させるものである。この昇降装置１２は、本発明の移動装置の概念に含まれるものである。そして、この昇降装置１２は、載置台１２ａと、ラック１２ｂと、ピニオン１２ｃと、ギアボックス１２ｄと、モータ１２ｅと、モータ制御部１２ｆとを備えている。

前記載置台１２ａは、その上部にシリコンインゴット１００を載置するためのものである。

前記ラック１２ｂは、鉛直方向に延びるように配設されているとともに、その上端部が前記載置台１２ａの下面に取り付けられている。

前記ピニオン１２ｃは、前記ラック１２ｂと噛み合わされているとともに、前記ギアボックス１２ｄを介して前記モータ１２ｅの駆動軸と接続されている。これにより、前記モータ１２ｅの駆動に応じてピニオン１２ｃが回動し、前記ラック１２ｂとともに前記載置台１２ａが鉛直方向に移動するように構成されている。

前記モータ制御部１２ｆは、前記制御部１６からの制御信号を受け、その制御信号に従って前記モータ１２ｅの駆動を制御する。このモータ制御部１２ｆによるモータ１２ｅの駆動制御によってピニオン１２ｃの回動の制御が行われ、それによって、前記ラック１２ｂ及び前記載置台１２ａの移動量、すなわち、載置台１２ａ上にセットされたシリコンインゴット１００の鉛直方向における移動量が制御されるようになっている。そして、この構成により、前記複数のスライス電極２とシリコンインゴット１００との間の距離が調節可能となっている。また、シリコンインゴット１００の切断過程では、モータ制御部１２ｆによるモータ１２ｅの駆動制御によって、ラック１２ｂ及び載置台１２ａを徐々に上昇させ、シリコンインゴット１００のプラズマエッチングによるスライスを上面から下方に向かって徐々に進行させる。

前記複数の電圧計１４は、それぞれ前記各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差を検出するものである。この電圧計１４は、本発明の電圧検出部の概念に含まれるものである。各電圧計１４は、各スライス電極２に対応して設けられている。そして、各電圧計１４は、直接的には各スライス電極２とそれに繋がる前記保護抵抗８との間の部位と、前記被加工物側電極４との間の電位差を検出するように設けられている。前記スライス電極２と保護抵抗８との間の部位の電位はそのスライス電極２の電位と同電位であり、前記被加工物側電極４の電位はシリコンインゴット１００の電位と同じ接地電位であるため、前記各電圧計１４によって検出される電位差は各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差に相当する。そして、各電圧計１４によって検出された各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差のデータは、前記制御部１６にリアルタイムで送られるようになっている。

前記制御部１６は、前記各電圧計１４から送られる各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差のデータに基づいて、その各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の平均値の時間平均値が一定となるように前記昇降装置１２によるシリコンインゴット１００の移動を制御する。

具体的には、制御部１６は、図略の演算部を有しており、この演算部において前記各電圧計１４から送られる各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の平均値の時間平均値が算出される。制御部１６は、この演算部によって算出される電位差の平均値の時間平均値を監視している。

そして、スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の時間平均値と、スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の距離とは、対応関係にある。すなわち、スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の距離が増加すると、スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の時間平均値も増加する一方、スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の距離が減少すると、スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の時間平均値も減少する。

制御部１６では、この対応関係に基づいて、監視している前記電位差の平均値の時間平均値が変動すると、前記昇降装置１２のモータ制御部１２ｆに制御信号を出力して前記電位差の平均値の時間平均値の変動を抑制するように昇降装置１２によるシリコンインゴット１００の上昇速度を調節させる。すなわち、前記電位差の平均値の時間平均値が増加した場合には、制御部１６は昇降装置１２によるシリコンインゴット１００の上昇速度を上げるように制御し、全てのスライス電極２とシリコンインゴット１００との間の距離を減少させて前記電位差の平均値の時間平均値の増加を抑制する。一方、前記電位差の平均値の時間平均値が減少した場合には、制御部１６は昇降装置１２によるシリコンインゴット１００の上昇速度を下げるように制御し、全てのスライス電極２とシリコンインゴット１００との間の距離を増加させて前記電位差の平均値の時間平均値の減少を抑制する。

次に、本実施形態のプラズマ加工装置によるシリコンインゴット１００のプラズマ加工方法について説明する。

まず、前記図略のチェンバ内において昇降装置１２の載置台１２ａ上にシリコンインゴット１００をセットするとともに、被加工物側電極４をシリコンインゴット１００の底面に対して取り付けて被加工物側電極４とシリコンインゴット１００を電気的に接続する。そして、複数のスライス電極２をシリコンインゴット１００の上面に対向するようにシリコンインゴット１００の鉛直方向上側に間隔をあけて設置する。

次に、チェンバ内を真空排気し、その後、エッチングガスとしてＮＦ_３をチェンバ内に充填する。

次に、電圧印加部６から各保護抵抗８を介して各スライス電極２に電圧を印加することにより各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間に電位差を生じさせる。

この後、昇降装置１２によりシリコンインゴット１００を徐々に上昇させ、各スライス電極２の下端に対してシリコンインゴット１００の上面を徐々に接近させる。そして、各スライス電極２の下端とシリコンインゴット１００の上面がある一定の距離まで接近すると、各スライス電極２の下端とシリコンインゴット１００の上面との間にプラズマが発生し、シリコンインゴット１００のエッチングによるスライスが進行する。

このシリコンインゴット１００のスライスの過程において、制御部１６からの制御信号により昇降装置１２によるシリコンインゴット１００の上昇速度が調節されることによって、各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の平均値の時間平均値が一定となるように全てのスライス電極２とシリコンインゴット１００との間の距離が調節される。

具体的には、各電圧計１４により各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差が検出されるとともに、この電位差のデータが制御部１６の演算部に入力されている。この演算部は、入力された電位差のデータに基づいて各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の平均値の時間平均値を算出する。制御部１６は、演算部によって算出された前記電位差の平均値の時間平均値を監視している。そして、制御部１６は、前記電位差の平均値の時間平均値が変動した場合には、前記複数のスライス電極２とシリコンインゴット１００との間の距離を調節するための制御信号を昇降装置１２のモータ制御部１２ｆに出力する。この制御信号を受けたモータ制御部１２ｆは、モータ１２ｅの駆動量を変化させてシリコンインゴット１００の上昇速度を調節する。

すなわち、前記電位差の平均値の時間平均値が増加した場合には、制御部１６はモータ制御部１２ｆにモータ１２ｅの駆動量を増大させるための制御信号を送り、モータ制御部１２ｆはその制御信号を受けてモータ１２ｅの駆動量を増大させ、シリコンインゴット１００の上昇速度を上昇させる。これにより、各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の距離が小さくなり、前記電位差の平均値の時間平均値の増加が抑制される。

一方、前記電位差の平均値の時間平均値が減少した場合には、制御部１６は前記モータ制御部１２ｆにモータ１２ｅの駆動量を低減させるための制御信号を送り、モータ制御部１２ｆはその制御信号を受けてモータ１２ｅの駆動量を低減させ、シリコンインゴット１００の上昇速度を低下させる。これにより、各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の距離が大きくなり、前記電位差の平均値の時間平均値の減少が抑制される。このようにして、シリコンインゴット１００のスライスの過程において、各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の平均値の時間平均値の変動が抑制される。

そして、本願発明者らが鋭意検討した結果、スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の時間平均値と、シリコンインゴット１００のカーフロス幅、すなわちプラズマエッチングによってシリコンインゴット１００に形成される切込み部の幅との間には対応関係があることが判明した。

図２には、本願発明者らが行ったスライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の時間平均値と、シリコンインゴット１００のカーフロス幅との相関を調べる実験の結果が示されている。

この図２の結果からスライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の時間平均値が増加するとカーフロス幅が減少する一方、スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の時間平均値が減少するとカーフロス幅が増加することが判る。すなわち、上記のように各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の平均値の時間平均値の変動が抑制されることによって、シリコンインゴット１００の切断過程におけるカーフロス幅の変動が抑制される。

以上説明したように、本実施形態では、距離調節機構１０により全てのスライス電極２とシリコンインゴット１００との間の距離が調節されることによって、シリコンインゴット１００の切断過程における各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の平均値の時間平均値の変動を抑制することができる。これにより、シリコンインゴット１００の切断過程におけるカーフロス幅の変動を抑制することができるので、シリコンインゴット１００の切断方向においてカーフロス幅を均一に近づけることができる。

また、本実施形態では、シリコンインゴット１００を各スライス電極２に対応する箇所で同時に切断することができるので、シリコンインゴット１００のスライスの作業効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、距離調節機構１０において、電圧計１４によって検出される各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差に基づいて昇降装置１２によるシリコンインゴット１００の上昇速度が自動的に制御され、シリコンインゴット１００の切断過程における各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の平均値の時間平均値の変動が自動的に抑制される。このため、使用者の作業負担を増大させることなく、シリコンインゴット１００の切断方向におけるカーフロス幅を均一に近づけることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均一の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、複数のスライス電極２を用いてシリコンインゴット１００をスライスする構成について説明したが、本発明はこの構成に限らない。すなわち、図３に示す上記実施形態の第１変形例のように単一のスライス電極２を用いてシリコンインゴット１００を切断するプラズマ加工装置においても本発明を適用することができる。

具体的には、この第１変形例によるプラズマ加工装置では、単一のスライス電極２に保護抵抗８を介して電圧印加部６から電圧が印加され、そのスライス電極２に対応する１箇所でのみシリコンインゴット１００がプラズマエッチングによって切断される。そして、電圧計１４もスライス電極２に対応して１つだけ設けられており、この電圧計１４によって検出されたスライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差のデータが制御部１６に入力される。制御部１６は、この電位差の時間平均値を監視しており、この電位差の時間平均値がシリコンインゴット１００の切断過程において一定となるように昇降装置１２によるシリコンインゴット１００の上昇を制御する。すなわち、この第１変形例の距離調節機構１０における昇降装置１２の制御は、上記実施形態の各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の平均値の時間平均値の代わりにスライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の時間平均値が用いられること以外は上記実施形態における昇降装置１２の制御と同様である。

この第１変形例においても、シリコンインゴット１００の切断過程においてスライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差の時間平均値の変動が抑制されるので、シリコンインゴット１００の切断方向においてカーフロス幅が均一に近づくという上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、図４に示す上記実施形態の第２変形例のように、電圧印加部６から隣り合うスライス電極２間に電位差を生じるような電圧を各スライス電極２に印加する構成のプラズマ加工装置においても本発明を適用することができる。

具体的には、この第２変形例によるプラズマ加工装置では、電圧印加部６に各スライス電極２がそれぞれ保護抵抗８を介して電気的に接続されている。そして、電圧印加部６は、符号が逆で等しい大きさの２種類のパルス電圧を出力するように構成されており、水平方向に並んだ各スライス電極２に交互にこの２種類のパルス電圧を印加する。すなわち、隣り合うスライス電極２には互いに符号が逆で等しい大きさのパルス電圧がそれぞれ印加される。

そして、各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間でプラズマが発生すると、電位差の生じているスライス電極２間でシリコンインゴット１００の表層部分を伝って電流が流れる。上記実施形態では、各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間でプラズマが発生しているときには、各スライス電極２と被加工物側電極４との間でシリコンインゴット１００を貫通して電流が流れるが、この第２変形例ではそのような貫通電流はほとんど流れない。これにより、この第２変形例では、シリコンインゴット１００のジュール熱の発生が抑えられ、そのジュール熱によるシリコンインゴット１００の温度の上昇が抑制される。

そして、被加工物側電極４には上記実施形態と異なり、電圧印加部６が接続されておらず、その代わりに直流電源２０が接続されている。これにより、この直流電源２０から被加工物側電極４を通じてシリコンインゴット１００に正の直流電圧が印加されるようになっている。この直流電圧は、前記スライス電極２に印加されるパルス電圧のピーク値よりも小さく、前記パルス電圧が立ち下がったときにスライス電極２とこの直流電圧が印加されたシリコンインゴット１００との間でプラズマが発生しないような低い電圧値に設定されている。この弱い正の直流電圧により、前記パルス電圧が立ち下がってスライス電極２とシリコンインゴット１００との間にプラズマが発生しない期間でも、エッチングガスのイオン（Ｆ⁻）がシリコンインゴット１００に静電収集され、シリコンインゴット１００のスライスが進行するようになっている。

なお、この第２変形例では、互いに逆符号のパルス電圧を印加するスライス電極２を交互に配置したが、同符号のパルス電圧を印加するスライス電極２が隣り合わせで配置されているとともに、そのスライス電極２と逆符号のパルス電圧が印加されるスライス電極２が隣り合わせで配置されていてもよい。また、互いに逆符号のパルス電圧が印加される各スライス電極２は同数ずつ設けられている必要はなく、それぞれ任意の数設けられていてもよい。

また、上記第２変形例において各スライス電極２に印加する電圧は、各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間でプラズマを発生可能であり、かつ、各スライス電極２間に所定の電位差を生じさせることが可能な上記パルス電圧以外の形態の電圧であってもよい。

また、図５に示す上記実施形態の第３変形例のように、上記実施形態の保護抵抗８の代わりに可変抵抗器２２を用いて各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差を個別に制御するとともに電圧印加部６と各スライス電極２との間で流れる電流を個別に制御するようにしてもよい。

具体的には、各可変抵抗器２２は、前記電圧印加部６と前記各スライス電極２との間にそれぞれ介在しており、その抵抗値を調整可能に構成されている。そして、この各可変抵抗器２２は、制御部１６からの制御信号の入力を受け、その制御信号に従って可変抵抗器２２自身の抵抗値を変化させる。

また、制御部１６は、前記各電圧計１４から送られる各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差のデータに基づいて前記各可変抵抗器２２の抵抗値を変化させる。そして、制御部１６により各可変抵抗器２２の抵抗値が調節されることにより、各スライス電極２に掛かる電圧が調節され、各スライス電極２とシリコンインゴット１００との間の電位差が個別に調節される。また、制御部１６により各可変抵抗器２２の抵抗値が調節されることにより、各可変抵抗器２２を通って電圧印加部６と各スライス電極２との間で流れる電流が個別に調節される。

また、上記実施形態及びその変形例では、被加工物としてシリコンインゴット１００を切断する構成を例にとって説明したが、被加工物としてはシリコンインゴットに限らず、種々の材料のものを適用可能である。例えば、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等の被加工物を本発明によるプラズマ加工装置及びプラズマ加工方法を用いて切断してもよい。

また、上記実施形態及びその変形例では、エッチングガスとしてＮＦ_３を用いたが、被加工物の種類に応じてエッチング可能な適切な種類のエッチングガスを用いればよい。例えば、シリコンインゴット１００のエッチングガスとしてＳＦ_６やＣｌ_２を用いてもよい。また、ＳｉＣからなる被加工物を切断する場合には、エッチングガスとしてＮＦ_３ガスのほかに、ＳＦ_６ガス、ＮＦ_３とＯ_２の混合ガス、または、ＳＦ_６とＯ_２の混合ガスなどを用いることができる。また、Ｇｅからなる被加工物を切断する場合には、エッチングガスとしてＮＦ_３やＳＦ_６などを用いることができる。

また、上記した被加工物と各スライス電極２は、相対的に鉛直方向に配置されている必要はなく、任意の方向に配置されていてもよい。そして、各スライス電極２の配列方向も水平方向以外の任意の方向であってもよく、被加工物の切断方向はこれら被加工物と各スライス電極２の配置方向に応じた方向であってもよい。例えば、被加工物を上に配置するとともに各スライス電極２をその被加工物の下方に配置し、被加工物を下から上へ切断する構成や、被加工物を横に倒して配置するとともに各スライス電極２をその被加工物の側方に配置して被加工物を横方向に切断する構成であってもよい。なお、これらの構成では、上記昇降機構１２の代わりに被加工物をその切断方向に移動可能な移動機構を用い、その移動機構の載置台に被加工物を落ちないように固定するのが好ましい。

また、上記電圧印加部６に交流電源を用いる場合には、前記保護抵抗８の代わりにリアクトルを用いるとともに、前記可変抵抗２２の代わりにリアクタンスを変更可能な可変リアクトルを用いてもよい。

また、スライス電極２に流れる過電流を制限する構成としてはこれら以外にも種々の構成を適用可能である。例えば、前記保護抵抗８の代わりに可変抵抗を用いるとともにその可変抵抗に電流検知部と制御部を付設し、電流検知部が過電流を検知したときに制御部がそれに基づいて可変抵抗の抵抗値を０Ωから有限値に上昇させることによりスライス電極２に流れる過電流を制限するようにしてもよい。

また、前記保護抵抗８の代わりに電流検知部と、制御部と、スイッチング回路と、ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）などの電流制御デバイスとを組み合わせた回路を用いてスライス電極２に流れる過電流を制限してもよい。すなわち、スライス電極２に過電流の流れていない通常時にはスイッチング回路によって前記ＦＥＴを経由しない経路でスライス電極２に電流を流す一方、前記電流検知部が過電流を検知したときには前記制御部がそれに基づいて前記ＦＥＴを通って電流が流れるようにスイッチング回路を切り替えるとともに、前記ＦＥＴのゲート電圧を制御することでスライス電極２へ流れる電流値を制御し、前記過電流を制限するような構成であってもよい。

また、前記保護抵抗８を省略し、前記電圧印加部６を電圧制御可能に構成するとともに電流検知部と制御部とを設け、前記電流検知部が過電流を検知したときにそれに基づいて前記制御部が電圧印加部６の出力する電圧を低下させることによってスライス電極２に流れる過電流を制限するようにしてもよい。

本発明の一実施形態によるプラズマ加工装置の概略図である。本発明の一実施形態によるプラズマ加工装置の概略図である。本発明の一実施形態の第１変形例によるプラズマ加工装置の概略図である。本発明の一実施形態の第２変形例によるプラズマ加工装置の概略図である。本発明の一実施形態の第３変形例によるプラズマ加工装置の概略図である。

符号の説明

２スライス電極
６電圧印加部
１０距離調節機構
１２昇降装置（移動装置）
１４電圧計（電圧検出部）
１６制御部
１００シリコンインゴット（被加工物）

Claims

被加工物をプラズマエッチングにより切断するプラズマ加工装置であって、
前記被加工物を切断するためのスライス電極と、
前記スライス電極が前記被加工物に対して対向するように配置されたときに前記スライス電極と前記被加工物との間にプラズマが発生するようにこのスライス電極と被加工物との間に電位差を生じさせる電圧印加部と、
前記被加工物の切断過程において前記スライス電極と前記被加工物との間の電位差の時間平均値が一定となるように前記スライス電極と前記被加工物との間の距離を調節するための距離調節機構とを備え、
前記距離調節機構は、前記被加工物または前記スライス電極を前記被加工物の切断方向に沿って移動させる移動装置と、
前記スライス電極と前記被加工物との間の電位差を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された前記スライス電極と前記被加工物との間の電位差に基づいて、その検出された電位差の時間平均値が一定となるように前記移動装置による前記被加工物または前記スライス電極の移動を制御する制御部とを含む、プラズマ加工装置。
被加工物をプラズマエッチングにより切断するプラズマ加工装置であって、
所定方向に間隔をおいて配置され、前記被加工物を切断するための複数のスライス電極と、
前記複数のスライス電極が前記被加工物に対して前記所定方向と直交する方向に対向するように配置されたときに前記各スライス電極と前記被加工物との間にプラズマが発生するようにこの各スライス電極と被加工物との間に電位差を生じさせる電圧印加部と、
前記被加工物の切断過程において前記各スライス電極と前記被加工物との間の電位差の平均値の時間平均値が一定となるように前記複数のスライス電極と前記被加工物との間の距離を調節するための距離調節機構とを備えた、プラズマ加工装置。
前記距離調節機構は、前記被加工物または前記複数のスライス電極を前記被加工物の切断方向に沿って移動させる移動装置と、
前記各スライス電極と前記被加工物との間の電位差をそれぞれ検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部による電位差の検出結果に基づいて前記各スライス電極と前記被加工物との間の電位差の平均値の時間平均値が一定となるように前記移動装置による前記被加工物または前記複数のスライス電極の移動を制御する制御部とを含む、請求項２に記載のプラズマ加工装置。
請求項１に記載のプラズマ加工装置を用いて被加工物をプラズマエッチングにより切断するプラズマ加工方法であって、
前記スライス電極を前記被加工物に対して対向するように配置する工程と、
前記電圧印加部から前記スライス電極に電圧を印加することにより、前記スライス電極と前記被加工物との間にプラズマが発生するようにこのスライス電極と被加工物との間に電位差を生じさせる工程と、
前記距離調節機構により前記被加工物の切断過程において前記スライス電極と前記被加工物との間の電位差の時間平均値が一定となるように前記スライス電極と前記被加工物との間の距離を調節する工程とを備え、
前記スライス電極と前記被加工物との間の距離を調節する工程では、前記距離調節機構の前記制御部が、前記電圧検出部によって検出された前記スライス電極と前記被加工物との間の電位差に基づいて、その検出された電位差の時間平均値が一定となるように前記移動装置に前記被加工物または前記スライス電極を前記被加工物の切断方向に沿って移送させる、プラズマ加工方法。
請求項２に記載のプラズマ加工装置を用いて被加工物をプラズマエッチングにより切断するプラズマ加工方法であって、
前記複数のスライス電極を前記所定方向に間隔をおいて配置するとともに、前記複数のスライス電極を前記被加工物に対して前記所定方向と直交する方向に対向するように配置する工程と、
前記電圧印加部から前記各スライス電極に電圧を印加することにより、前記各スライス電極と前記被加工物との間にプラズマが発生するようにこの各スライス電極と被加工物との間に電位差を生じさせる工程と、
前記距離調節機構により前記被加工物の切断過程において前記各スライス電極と前記被加工物との間の電位差の平均値の時間平均値が一定となるように前記複数のスライス電極と前記被加工物との間の距離を調節する工程とを備えた、プラズマ加工方法。