JP2008181799A - Plasma processing device, and plasma processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ加工装置に関し、特に、シリコンやIII族窒化物半導体等の半導体材料や、ガラスなどの絶縁体材料等を、加工するのに使用されれば好適なプラズマ加工装置に関する。また、本発明は、特に、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、レーザダイオード、または、高周波デバイス等の素子の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, and more particularly to a plasma processing apparatus suitable for use in processing a semiconductor material such as silicon or a group III nitride semiconductor, or an insulator material such as glass. The present invention also relates to a plasma processing apparatus suitable for use in the manufacture of silicon-based semiconductor devices and the manufacture of elements such as light-emitting diodes, laser diodes, or high-frequency devices using group III nitride semiconductors. .
また、本発明は、プラズマ加工方法に関し、特に、シリコンやIII族窒化物半導体等の半導体材料や、ガラスなどの絶縁体材料等を、加工するのに使用されれば好適なプラズマ加工方法に関する。また、本発明は、特に、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、レーザダイオード、または、高周波デバイス等の素子の製造に使用されれば好適なプラズマ加工方法に関する。 The present invention also relates to a plasma processing method, and more particularly to a plasma processing method suitable for use in processing a semiconductor material such as silicon or a group III nitride semiconductor, or an insulator material such as glass. The present invention also relates to a plasma processing method suitable for use in manufacturing silicon-based semiconductor devices and light emitting diodes, laser diodes, or high-frequency devices using group III nitride semiconductors. .
半導体素子構造の微細化に伴い、様々な半導体基板の加工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。 With the miniaturization of the semiconductor device structure, the processing accuracy required for processing various semiconductor substrates has reached the nano-order level, and at the same time, the processing should be distortion-free processing that does not damage the surface. Is required.
ここで、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は、プラズマＣＶＭというラジカル反応を利用した方法がある。 Here, in machining with physical phenomena such as plastic deformation and ductile / brittle fracture, the workpiece is proactively introduced to advance the machining, which inevitably damages the workpiece surface. . As a processing method capable of processing without distortion without damaging the surface of the workpiece and having excellent processing accuracy, there is a method using a radical reaction called plasma CVM.
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。プラズマＣＶＭの基本原理は、特許第２５２１１２７号公報（特許文献１）に記載されている。また、プラズマＣＶＭを利用した装置は、特許第２８１６３６５号公報（特許文献２）に記載されている。また、プラズマＣＶＭを用い、かつ、高速でかつ高効率な加工を実現する方法が、特許第３０６９２７１号公報（特許文献３）に記載されている。また、プラズマＣＶＭを用い、かつ、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、特開２００６−２２３９２号公報（特許文献４）に記載されている。 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. The basic principle of plasma CVM is described in Japanese Patent No. 2521127 (Patent Document 1). An apparatus using plasma CVM is described in Japanese Patent No. 2816365 (Patent Document 2). A method for realizing high-speed and high-efficiency processing using plasma CVM is described in Japanese Patent No. 3069271 (Patent Document 3). Japanese Patent Laid-Open No. 2006-22392 (Patent Document 4) describes a method of using plasma CVM and forming an axially symmetric minimum machining trace to realize high-speed and high-precision machining.
高速・高精度かつ加工の自由度の大きさから、上記特許文献４に記載されているような加工装置、すなわち、局所的にプラズマ生成して、その局所的なプラズマを加工に利用するプラズマ加工装置が注目されている。詳しくは、電極が被加工物に対し垂直な軸を中心に回転し、電極の球状の先端部と、被加工物との間にプラズマを生成し、被加工物の表面にプラズマを接触させ、被加工物に対してプラズマを相対的に移動させることにより、被加工物を加工するプラズマ加工装置が注目されている。 From a high speed, high accuracy, and high degree of freedom of processing, a processing apparatus as described in Patent Document 4, that is, plasma processing that locally generates plasma and uses the local plasma for processing The device is drawing attention. Specifically, the electrode rotates around an axis perpendicular to the workpiece, generates a plasma between the spherical tip of the electrode and the workpiece, and contacts the plasma with the surface of the workpiece, Attention has been focused on a plasma processing apparatus for processing a workpiece by moving the plasma relative to the workpiece.
このようなプラズマ加工装置において使用される電極は、次のように大別することができる。 The electrodes used in such a plasma processing apparatus can be roughly classified as follows.
Ａ．電極内部にガス流路を有し、プラズマ部へ反応ガスを噴き出すことができる。Ｂ．電極内部にガス流路を有し、プラズマ部から反応ガスを吸引することができる。Ｃ．電極内部にガス流路は存在しない。 A. A gas flow path is provided inside the electrode, and a reactive gas can be ejected to the plasma part. B. A gas flow path is provided inside the electrode, and the reactive gas can be sucked from the plasma portion. C. There is no gas flow path inside the electrode.
ここで、Ａの電極やＣの電極を使用しているプラズマ加工装置は、被加工物がプラズマと接触することによって形成された反応生成物が、電極の回転によって周囲に飛散してしまうという欠点がある。そして、飛散した反応生成物が、装置内の壁面や装置内部の構成部材表面などに付着して、洗浄メンテナンスを困難にし、汚染源としてプロセスに悪影響を及ぼすという問題がある。 Here, in the plasma processing apparatus using the A electrode or the C electrode, the reaction product formed when the workpiece comes into contact with the plasma is scattered around by the rotation of the electrode. There is. And the scattered reaction product adheres to the wall surface in an apparatus, the structural member surface in an apparatus, etc., and there exists a problem of making a cleaning maintenance difficult and having a bad influence on a process as a contamination source.
一方、Ｂの電極を使用しているプラズマ加工装置は、プラズマ部から反応ガスを吸引するので、電極が反応生成物を周囲に飛散させることはない。しかしながら、電極内部のガス流路を経て電極より下流側に位置するガス配管に到達した反応生成物が、電極よりも下流に位置するガス配管の内壁に付着・堆積して、反応生成物の種類によっては、反応生成物が、ガス配管の腐食を引き起こすという問題がある。このため、ガス配管の洗浄が必要不可欠になり、装置を停止した状態での大掛かりなメンテナンス作業が必要不可欠になるという問題がある。このため、装置稼働率が低くなり、かつ、メンテナンスコストが高くなるという問題がある。
そこで、本発明の課題は、反応生成物を周囲に飛散させることがなくて、被加工部材を精密に加工することができ、かつ、大掛かりなメンテナンス作業を必要としないプラズマ加工装置およびプラズマ加工方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method that can precisely process a workpiece without scattering reaction products to the surroundings and that do not require large-scale maintenance work. Is to provide.
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し、かつ、上記回転軸の上記軸方向の一端につながって上記回転軸の回転に同期して回転する電極部とを有する回転電極と
を備え、
上記回転電極は、
内部室と、
上記内部室と、上記電極部における上記回転軸側とは反対側の端部の外面とを連通する第１通路と、
上記内部室と、上記回転軸の外面とを連通する第２通路と
を有す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 rotating shaft and the workpiece are held at the predetermined position, the workpiece is opposed to the workpiece in the axial direction of the rotating shaft and connected to one end of the rotating shaft in the axial direction. A rotating electrode having an electrode portion that rotates in synchronization with the rotation of the rotating shaft,
The rotating electrode is
An internal chamber,
A first passage that communicates the inner chamber with an outer surface of an end portion of the electrode portion opposite to the rotating shaft side;
It has the 2nd channel | path which connects the said internal chamber and the outer surface of the said rotating shaft, It is characterized by the above-mentioned.
本発明によれば、上記回転電極が、内部室と、内部室と上記電極部における上記回転軸側とは反対側の端部の外面とを連通する第１通路と、上記内部室と上記回転軸の外面とを連通する第２通路とを有しているから、第２通路の内部室側とは反対側の開口にガス吸引装置を接続して、第２通路内のガスを上記第２通路の内部室側とは反対側の開口から外部に排出した場合において、上記ガス吸引装置のガスの吸引に基づいて、上記第１通路に流入した反応生成物を含むガスが、上記第１通路と上記第２通路との間に存在する内部室に滞留し、この反応生成物を含むガスが、内部室に滞留している間に、反応生成物の大部分が、内部室の壁面に付着することになる。したがって、従来と比較して、回転電極よりも下流に位置するガス配管に付着・堆積する反応生成物の量を急激に少なくすることができるから、ガス配管の洗浄作業等を行うメンテナンス作業の間隔を格段に長くすることができる。また、反応生成物が、回転電極内部の内部室の壁面に付着するが、回転電極は、ガス配管と比較して格段にコンパクトで扱い易くて、更には、回転電極を分解できる場合、内部室の壁面に付着している反応生成物を、容易かつ安価に除去することができる。したがって、ガス配管の洗浄作業などプラズマ加工装置メンテナンス作業の労力およびコストを格段に軽減することができる。 According to the present invention, the rotating electrode includes an inner chamber, a first passage communicating the inner chamber and the outer surface of the electrode portion on the side opposite to the rotating shaft side, the inner chamber, and the rotation. Since the second passage communicating with the outer surface of the shaft is provided, a gas suction device is connected to the opening of the second passage on the side opposite to the inner chamber side, and the gas in the second passage is supplied to the second passage. When exhausted to the outside from the opening on the side opposite to the inner chamber side of the passage, the gas containing the reaction product flowing into the first passage based on the suction of the gas of the gas suction device is the first passage. The gas containing the reaction product stays in the internal chamber between the second passage and the second passage, and most of the reaction product adheres to the wall surface of the internal chamber. Will do. Therefore, the amount of reaction product adhering to and depositing on the gas pipe located downstream of the rotating electrode can be drastically reduced compared to the conventional case, so that the maintenance work interval for performing the gas pipe cleaning work, etc. Can be made much longer. In addition, the reaction product adheres to the wall surface of the inner chamber inside the rotating electrode, but the rotating electrode is much more compact and easier to handle than the gas pipe. The reaction product adhering to the wall surface can be easily and inexpensively removed. Accordingly, the labor and cost of plasma processing apparatus maintenance work such as gas pipe cleaning work can be significantly reduced.
また、本発明によれば、回転電極と、被加工物との間に存在する反応生成物をガスと共に回転電極の内部に引き込むことができて、反応生成物を内部室内に収容することができ、反応生成物が周囲に飛散させることがないから、被加工物を加工する環境が汚染することがなくて、被加工物を精密に加工することができる。 Further, according to the present invention, the reaction product existing between the rotating electrode and the workpiece can be drawn into the rotating electrode together with the gas, and the reaction product can be accommodated in the inner chamber. Since the reaction product is not scattered around, the environment for processing the workpiece is not contaminated, and the workpiece can be processed precisely.
また、一実施形態のプラズマ加工装置は、上記内部室の壁面が、複数の突出部を有している。 In one embodiment, the wall surface of the inner chamber has a plurality of protrusions.
上記実施形態によれば、上記内部室の壁面が、複数の突出部を有しているから、内部室の壁面の表面積を大きくすることができて、反応生成物の付着割合（回転電極の内部に流入した全ての反応生成物の総量に対する内部室に付着した反応生成物の量）を大きくすることができる。したがって、プラズマ加工装置のメンテナンスの間隔を更に長くすることができて、メンテナンスコストを更に削減することができる。 According to the above embodiment, since the wall surface of the internal chamber has a plurality of protrusions, the surface area of the wall surface of the internal chamber can be increased, and the adhesion ratio of reaction products (inside the rotating electrode) The amount of reaction product adhering to the inner chamber relative to the total amount of all reaction products flowing into the chamber can be increased. Therefore, the maintenance interval of the plasma processing apparatus can be further increased, and the maintenance cost can be further reduced.
また、本発明のプラズマ加工方法は、中心軸のまわりに回転可能であり、かつ、内部室と、軸方向の一端部の外面と上記内部室とを連通する第１通路と、外面と上記内部室とを連通する第２通路とを有する回転電極を、上記中心軸のまわりに回転させながら、上記回転電極の上記一端部と、被加工物との間にプラズマを発生させ、ガスを上記第１通路の上記一端部側の開口からを吸引して上記第２通路の上記内部室側とは反対側の開口から排出することを特徴としている。 In addition, the plasma processing method of the present invention is rotatable around the central axis, and the inner chamber, the first passage that communicates the outer surface of one end in the axial direction and the inner chamber, the outer surface, and the inner surface. A rotating electrode having a second passage communicating with the chamber is rotated around the central axis, and plasma is generated between the one end of the rotating electrode and the workpiece, and gas is supplied to the first electrode. A suction is performed from the opening on the one end side of the one passage, and the suction is discharged from the opening on the opposite side to the inner chamber side of the second passage.
本発明によれば、反応生成物を周囲に飛散させることがなくて、被加工部材を精密に加工することができる。また、この加工方法に基づいてプラズマ加工を行うプラズマ加工装置のメンテナンスコストを格段に低減することができる。 According to the present invention, the workpiece can be precisely processed without scattering the reaction product to the surroundings. Moreover, the maintenance cost of the plasma processing apparatus which performs plasma processing based on this processing method can be significantly reduced.
また、一実施形態のプラズマ加工方法は、上記内部室の壁面は、複数の突出部を有している。 In one embodiment, the wall surface of the internal chamber has a plurality of protrusions.
上記実施形態によれば、メンテナンスコストを更に低減することができる。 According to the embodiment, the maintenance cost can be further reduced.
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、回転電極が、被加工物に対して垂直な軸を中心に回転し、上記回転電極の内部に設けられたガスを吸引するためのガス流路からガスを吸引しつつ、上記被加工物と上記回転電極との間にプラズマを生成し、この生成したプラズマを上記被加工物の表面と接触させることにより、上記被加工物を加工するプラズマ加工装置において、
上記回転電極の内部のガス流路途中に、吸引側および排出側のガス流路断面よりも大きい断面積を有するガス滞留室が設けられていることを特徴としている。
Further, in the plasma processing apparatus according to one embodiment, the rotating electrode rotates around an axis perpendicular to the workpiece under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure, and is provided inside the rotating electrode. While sucking gas from the gas flow path for sucking gas, plasma is generated between the workpiece and the rotating electrode, and the generated plasma is brought into contact with the surface of the workpiece, In the plasma processing apparatus for processing the workpiece,
In the middle of the gas flow path inside the rotating electrode, a gas retention chamber having a larger cross-sectional area than the cross section of the gas flow path on the suction side and the discharge side is provided.
また、一実施形態のプラズマ加工装置は、上記回転電極の内部の上記ガス滞留室の壁面に複数のリブ状の突起物が設けてある。 Moreover, the plasma processing apparatus of one Embodiment is provided with the some rib-shaped protrusion in the wall surface of the said gas retention chamber inside the said rotating electrode.
上記実施形態によれば、ガス滞留室の壁面の表面積を大きくでき、反応生成物の付着割合を大きくすることができるから、ガス滞留室で反応生成物をより確実に捕獲することができる。 According to the above embodiment, since the surface area of the wall surface of the gas retention chamber can be increased and the deposition rate of the reaction product can be increased, the reaction product can be more reliably captured in the gas retention chamber.
また、一実施形態のプラズマ加工方法は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、回転電極を、被加工物に対して垂直な軸を中心に回転させ、上記回転電極の内部に設けられたガスを吸引するためのガス流路からガスを吸引しつつ、上記被加工物と上記回転電極との間にプラズマを生成し、この生成したプラズマを上記被加工物の表面と接触させることにより、上記被加工物を加工するプラズマ加工方法において、
上記回転電極の内部のガス流路途中に、吸引側および排出側のガス流路断面よりも大きい断面積を有するガス滞留室が設けられていることを特徴としている。
The plasma processing method of one embodiment is provided inside the rotating electrode by rotating the rotating electrode around an axis perpendicular to the workpiece under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure. While sucking gas from the gas flow path for sucking gas, plasma is generated between the workpiece and the rotating electrode, and the generated plasma is brought into contact with the surface of the workpiece, In the plasma processing method for processing the workpiece,
In the middle of the gas flow path inside the rotating electrode, a gas retention chamber having a larger cross-sectional area than the cross section of the gas flow path on the suction side and the discharge side is provided.
また、一実施形態のプラズマ加工方法は、上記回転電極の内部の上記ガス滞留室の壁面に複数のリブ状の突起物が設けてある。 In the plasma processing method of one embodiment, a plurality of rib-shaped protrusions are provided on the wall surface of the gas retention chamber inside the rotating electrode.
上記実施形態によれば、ガス滞留室の内側の表面積を大きくでき、反応生成物の付着割合を大きくすることができるから、ガス滞留室で反応生成物をより確実に捕獲することができる。 According to the above embodiment, since the surface area inside the gas retention chamber can be increased and the deposition rate of the reaction product can be increased, the reaction product can be more reliably captured in the gas retention chamber.
本発明のプラズマ加工装置およびプラズマ加工方法によれば、反応生成物を周囲に飛散させることがなくて、被加工部材を精密に加工することができ、かつ、大掛かりなメンテナンス作業を必要としなくて、メンテナンスコストを格段に低減することができる。 According to the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention, it is possible to precisely process a workpiece without scattering reaction products to the surroundings, and without requiring extensive maintenance work. Maintenance costs can be significantly reduced.
特に、本発明において、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場合、被加工物の加工に寄与する中性ラジカルの絶対数が多くて、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から、被加工物の加工速度を格段に大きくすることができる。 In particular, in the present invention, when using atmospheric pressure plasma generated under atmospheric pressure or near atmospheric pressure, the number of neutral radicals contributing to the processing of the workpiece is large, and the neutral radical and the workpiece are processed. Since the chemical reaction with the constituent atoms can be increased, the processing speed of the workpiece can be significantly increased.
また、大気圧プラズマ中には、多数の原子や分子等が存在するから、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ほとんどない。したがって、加工の際に被加工物の表面にダメージを与えることがなくて、被加工物の表面を、結晶学的に殆ど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, the ions in the atmospheric pressure plasma collide with some kind of atoms and molecules before reaching the surface of the workpiece, and the atmospheric pressure plasma. The ions inside rarely 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 hardly disturbed crystallographically.
また、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が必要でないから、装置コストを低下させることができて、最終製品のコストダウンを図ることができる。 In addition, since there is no need for a reaction vessel having a strength required to form a low-pressure atmosphere or a powerful exhaust system, the apparatus cost can be reduced and the cost of the final product can be reduced. it can.
また、大気圧プラズマを用いた加工装置の利点を損なうことなく、加工装置のメンテナンス作業を大幅に軽減することができて、プラズマ加工装置を効率的に稼働させることができる。 Further, the maintenance work of the processing apparatus can be greatly reduced without impairing the advantages of the processing apparatus using atmospheric pressure plasma, and the plasma processing apparatus can be operated efficiently.
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.
図１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。 FIG. 1 is a schematic side perspective view of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
このプラズマ加工装置は、反応容器１、被加工物保持部の一例としての基板ステージ４、および、回転電極２を備える。
The plasma processing apparatus includes a
上記反応容器１は、被加工物をプラズマ加工する反応場となる内部空間を画定している。上記基板ステージ４は、平板状の形状を有し、反応容器１の底面に対して略平行に配置されている。上記基板ステージ４は、被加工物を載置する載置面１７を有している。
The
上記回転電極２は、中心軸を有し、その中心軸のまわりを回転できるようになっている。上記回転電極２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４側とは反対側の面から載置面１７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４の上方に基板ステージ４の載置面１７に対して垂直になるように設けられている。
The
尚、この明細書で、上および下等の鉛直方向の表現および水平方向の表現を使用した場合、それは、プラズマ加工装置が、所定の位置（運転を行う位置）に設置されている状態での表現であるものとする。 In this specification, when the vertical and horizontal expressions such as “up” and “down” are used, it means that the plasma processing apparatus is installed at a predetermined position (position where the operation is performed). It is assumed to be an expression.
上記電極部３３は、回転軸２３の基板ステージ４側の一端に連なっている。上記電極部３３の回転軸２３側の端面は、円形状を有している。上記回転軸２３は、電極部３３の上記端面の略中央部からその端面の法線方向に延在している。上記電極部３３は、載置面１７上の被加工物６に回転軸２３の軸方向に対向している。上記電極部３３の軸方向に延在している外面は、回転軸２３に連なる円筒面状の部分と、この円筒状の部分の回転軸２３側とは反対側に連なる半球状の部分とからなっている。
The
上記回転軸２３は、図１に矢印ａで示す方向に回動できると共に、電極部３３は、回転軸２３の回転に同期して回転できるようになっている。回転電極２は、回転軸２３の中心軸のまわりに回転可能になっている。
The rotating
上記載置面１７と、電極部３３とは、隙間を介して軸方向（正確には回転軸２３の軸方向）に対向している。上記載置面１７に載置された非加工物６と、電極部３３との間に、プラズマ１０を発生するようになっている。
The
上記回転軸２３には、高周波電源７が、回転軸２３の回転を阻害することなく接続されている。上記高周波電源７は、反応容器１の外部に設けられている。基板ステージ４には、図示しないアース部が接続されている。上記アース部は、反応容器１の外部まで延びて接地されている。
The high-
上記基板ステージ４の内部には、ヒータ５が内蔵されている。ヒータ５は、基板ステージ４上に載置される被加工物６を加熱する役割を果たしている。上記回転電極２は、上下方向に移動できるようになっている。回転電極２が上下方向に移動することにより、回転電極２と、基板ステージ４との距離を適宜変更できるようになっている。
A
上記基板ステージ４には、基板ステージ４上に載置される被加工物６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、プラズマ加工中において、被加工物６は、基板ステージ４上の載置位置からずれないように、基板ステージ４に固定されるようになっている。
The substrate stage 4 is provided with a vacuum chuck (not shown) for sucking and fixing the
上記反応容器１には、ガス導入ライン８、ガス排気ライン９が接続されている。上記ガス導入ライン８は、反応容器１の第１の側部に設けられている。ガス導入ライン８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８を通じてガスが反応容器１の内部空間に導入されるようになっている。一方、上記ガス排気ライン９は、上記第１の側部に対向する反応容器１の第２の側部に設けられている。ガス排気ライン９は、反応器１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。反応容器１の内部空間内のガスは、ガス排気ライン９を通じて排出されるようになっている。
A
図２Ａは、上記回転電極２の断面構造を示す図であり、図２Ｂは、回転電極２の組み立て図である。
FIG. 2A is a diagram showing a cross-sectional structure of the
図２Ａに示すように、回転電極２は、内部室としてのガス滞留室１６と、第１通路としての吸引側ガス流路１４と、第２通路としての排出側ガス流路１５とを有する。
As shown in FIG. 2A, the
上記ガス滞留室１６は、電極部３３の内部に存在している。上記ガス滞留室１６は、直方体の形状を有している。上記ガス滞留室１６の周囲を画定している６つの平面のうちの２つの平面は、基板ステージ４の載置面１７（図１参照）と略平行になっている。
The gas retention chamber 16 exists inside the
上記吸引側ガス流路１４は、載置面１７の法線方向に延在している。上記吸引側ガス流路１４は、ガス滞留室１６と、電極部３３における回転軸２３側とは反対側の端部の外面と、を連通している。上記吸引側ガス流路１４は、上記２つの平面のうちの基板ステージ側４の一方に開口している。
The suction side
一方、上記排出側ガス流路１５は、載置面１７の法線方向に延在している。上記排出側ガス流路１５は、回転軸２３を貫通するように、回転軸２３の軸方向に延在している。上記排出側ガス流路１５は、ガス滞留室１６と、回転軸２３における電極３３側とは反対側の端部の外面と、を連通している。上記排出側ガス流路１５は、上記２つの平面のうちの回転軸２３側の他方に開口している。
On the other hand, the discharge side gas passage 15 extends in the normal direction of the mounting
図２Ａに示すように、回転軸２３の延在方向に垂直な方向での、ガス滞留室１６の断面の断面積は、回転軸２３の延在方向に垂直な方向での、吸引側ガス流路１４の断面の断面積よりも大きくなっており、かつ、回転軸２３の延在方向に垂直な方向での、排出側ガス流路１５の断面の断面積よりも大きくなっている。
As shown in FIG. 2A, the cross-sectional area of the cross section of the gas retention chamber 16 in the direction perpendicular to the extending direction of the
再び、図１を参照して、このプラズマ加工装置は、ガス配管１１、流量計１２、ガス配管１３、および、ポンプ（図示せず）を備えている。上記ガス配管１１は、排出側ガス流路１５のガス滞留室１６側とは反対側の端に、回転軸３の回転を阻害することなく接続されている。
Referring to FIG. 1 again, this plasma processing apparatus includes a gas pipe 11, a
流量計１２は、反応容器１の外部に設置されている。流量計１２は、ガス配管１１の回転軸２３側とは反対側の端に接続されている。流量計１２は、ガス配管１１内を流動するガスの流量を測定するようになっている。一方、上記ガス配管１３の一端は、流量計１２に接続されている一方、ガス配管１３の他端は、上記ポンプ（図示せず）に接続されている。
The
上記ポンプは、ガス配管１３内のガスを吸引するようになっている。このことから、吸引側ガス流路１４、ガス滞留室１６、排出側ガス流路１５、ガス配管１１、流量計１２、および、ガス配管１３を介して、反応容器１内におけるプラズマ加工領域から反応容器１の外部にガスを吸引および排出できるようになっている。上記ポンプによるガス配管１３内のガスの吸引速度は、流量計１２の計測結果に基づいて制御可能になっている。このように、回転電極２の内部を通過して反応容器１内のガスが吸引されて、ガス配管１３を介して反応容器１外に排出されるようになっている。このように、ガスが、ガス配管１３を介して反応容器１外に排出させるようになっているが、ガス導入ライン８から導入する新たなガスの流量を適宜調節することによって、反応容器１内のガスの圧力を一定に維持できるようになっている。
The pump sucks the gas in the gas pipe 13. Thus, the reaction from the plasma processing region in the
上記回転電極２は、図２Ｂに示すように、容易に分解できるようになっている。具体的には、電極部３３の回転軸２３側の端部４０（この端部４０は、ガス滞留室１６の壁面（内壁面）の一部を有している）が、電極部３３のその他の部分から容易に分離可能になっている。このことから、人が、ガス滞留室１６の壁面に容易にアクセス可能になっている。図２Ｂに示すように、回転軸２３は、電極部３３の上記端部と分離不可能になっている。回転軸２３のメンテナンスを行う際には、回転電極２を分解して、ガス滞留室１６の壁面に付着している反応生成物等の異物を洗浄除去する。ここで、回転電極２は、チャック機構によってチャックされる構造であり、装置からの取り外しが容易になっている。また、回転電極２は、大きさもガス配管に比べれば小さくて扱い易くなっている。
The
上記構成の装置を用いて、被加工物６の表面をプラズマ加工処理する方法の一例について以下に説明する。
An example of a method for plasma processing the surface of the
先ず、反応容器１の内部のガスをガス排気ライン９によって十分に排気した後、ガス導入ライン８から反応ガスを反応容器１の内部に導入する。ここで、反応容器１の内部の圧力を、大気圧または大気圧近傍の圧力とする。尚、大気圧とは、１気圧（１気圧＝１０１３ｈＰａ＝７６０ｍｍＨｇ）のことである。そして、反応ガスを反応容器１の内部に導入した後に、加工条件（回転電極２の回転周速度、回転電極２と基板ステージ４上に載置された被加工物６との間の距離、被加工物６を加熱するヒータ５の温度、回転電極２の内部を通過してガス流量計１２を通過するガスの流量など）を加工対象毎に適宜設定する。
First, after the gas inside the
その後、反応容器１の外部に設けられた高周波電源７から高周波電力を回転軸２３を介して電極部３３に印加して、電極部３３と基板ステージ４との間に電場を生成する。そして、電極部３３と基板ステージ４との間に生成された電場で、電極部３３と被加工物６の表面との間に供給されたガスを分解および励起して、電極部３３と被加工物６の表面との間にプラズマ１０を形成する。このプラズマ１０を被加工物６の表面に接触させ、プラズマ１０によって生成した活性種を被加工物６の表面に作用させ、このことによって化合物を生成して、この化合物を気相中に気化・拡散させることによって、被加工物６の加工を進展させる。このようにして、被加工物の加工を行うようになっている。
Thereafter, a high frequency power is applied from the high
上記第１実施形態のプラズマ加工装置によれば、回転電極２が、内部室としてのガス滞留室１６と、電極部３３における回転軸２３側とは反対側の端部の外面とガス滞留室１６とを連通する吸引側ガス流路１４と、回転軸２３の外面とガス滞留室１６とを連通する排出側ガス流路１５とを有し、さらに、排出側ガス流路１５のガス滞留室１６側とは反対側の開口にガス吸引機構（第１実施形態では、このガス吸引機構は、ガス配管１１、流量計１２、ガス配管１３、および、ポンプからなる）が接続されているから、排出側ガス流路１５内のガスを排出側ガス流路１５のガス滞留室１６側とは反対側の開口から外部に排出したときに、上記ガス吸引機構のガスの吸引に基づいて、吸引側ガス流路１４に流入した反応生成物を含むガスを、吸引側ガス流路１４と排出側ガス流路１５との間に存在するガス滞留室１６に滞留させることができる。そして、この反応生成物を含むガスが、ガス滞留室１６に滞留している間に、反応生成物の大部分を、ガス滞留室１６の壁面に付着させることができる。
According to the plasma processing apparatus of the first embodiment, the
したがって、従来と比較して、回転電極２よりも下流に位置するガス配管（ガス配管１１およびガス配管１３）に付着・堆積する反応生成物の量を急激に少なくすることができて、上記ガス配管の洗浄作業等を行うメンテナンス作業の間隔を格段に長くすることができる。
Therefore, the amount of reaction products adhering to and depositing on the gas pipes (gas pipe 11 and gas pipe 13) located downstream of the
また、反応生成物が、回転電極２の内部のガス滞留室１６の内壁に付着するが、回転電極２は、ガス配管と比較して格段にコンパクトで扱い易くて、さらに、第１実施形態では、図２Ｂに示すように、回転電極２を分解することができるから、ガス滞留室１６に付着している反応生成物を、容易かつ安価に除去することができる。したがって、ガス配管の洗浄作業などのプラズマ加工装置のメンテナンス作業の労力およびコストを大幅に軽減することができる。
In addition, the reaction product adheres to the inner wall of the gas retention chamber 16 inside the
また、上記第１実施形態のプラズマ加工装置によれば、回転電極２と、被加工物６との間に存在する反応生成物をガスと共に回転電極２の内部に引き込むことができて、反応生成物をガス滞留室１６内に収容することができ、反応生成物が周囲に飛散させることがないから、被加工物６を加工する環境が汚染することがなくて、被加工物６を精密に加工することができる。
Further, according to the plasma processing apparatus of the first embodiment, the reaction product existing between the
尚、上記第１実施形態のプラズマ加工装置では、内部室としてのガス滞留室１６が直方体の形状を有していたが、この発明では、内部室の形状が、球形状等、直方体以外の如何なる形状であっても良いことは、言うまでもない。また、上記第１実施形態のプラズマ加工装置では、吸引側ガス流路１４および排出側ガス流路１５が、略直線状に延在していたが、この発明では、第１通路および第２通路のうちの少なくとも一方が、略直線状に延在していなくても良いことは、言うまでもない。要は、第１通路の内部室側とは反対側の端が、プラズマ発生領域に開口していさえすれば、第１通路および第２通路は、どのような形状であっても良い。
In the plasma processing apparatus of the first embodiment, the gas retention chamber 16 as the internal chamber has a rectangular parallelepiped shape. However, in the present invention, the internal chamber has any shape other than the rectangular parallelepiped, such as a spherical shape. Needless to say, the shape may be acceptable. In the plasma processing apparatus of the first embodiment, the suction side
また、上記第１実施形態のプラズマ加工装置では、回転電極２が、内部室であるガス滞留室１６を１つ有していたが、この発明では、回転電極は、内部室をａ個（ａは２以上の自然数）有していても良い。この場合、第１通路が、その第１通路の経路の途中に（ａ−１）個の内部室を有し、残りの１個の内部室が、第１通路と第２通路との間にあると考えることができることは言うまでもない。
In the plasma processing apparatus of the first embodiment, the
吸引側ガス流路１４を通過して、ガス滞留室１６に進入した反応生成物は、ガス滞留室１６内部において乱流に巻き込まれ、その間にガス滞留室１６の内壁表面に付着堆積する。ガス滞留室１６内部の表面積が大きければ大きいほど、反応生成物がガス滞留室１６の内壁表面に付着堆積する割合が高くなる。以下の第２実施形態のプラズマ加工装置は、この点を考慮に入れて発明されたものである。
The reaction product that has passed through the suction-side
図３Ａは、第２実施形態のプラズマ加工装置の回転電極５２の構造を示す図であり、第２実施形態のプラズマ加工装置における図２Ａに対応する図である。
FIG. 3A is a diagram illustrating the structure of the rotating
また、図３Ｂは、第２実施形態のプラズマ加工装置の回転電極５２を分解した際における、電極部７３の回転軸６３側の端部８０および回転軸６３を示す図である
第２実施形態のプラズマ加工装置は、内部室であるガス滞留室８６の壁面が、突出部としてのリブ状の突起物８７を複数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。
Moreover, FIG. 3B is a figure which shows the edge part 80 and the rotating shaft 63 by the side of the rotating shaft 63 of the electrode part 73 when the rotating
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、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 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 effects and modifications will be described.
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第２実施形態のプラズマ加工装置は、内部室であるガス滞留室８６の壁面が、突出部としてのリブ状の突起物８７、別の言葉でいうと、円錐状の突起物８７を複数有している。上記複数の突起物８７は、平行に配置され、上方から下方に突出している。
As shown in FIGS. 3A and 3B, in the plasma processing apparatus of the second embodiment, the wall surface of the gas retention chamber 86, which is an internal chamber, is a rib-
上記第２実施形態のプラズマ加工装置によれば、ガス滞留室８６の壁面が、複数の突起物８７を有しているから、ガス滞留室８６の壁面の表面積を大きくすることができて、反応生成物の付着割合（回転電極５２の内部に流入した全ての反応生成物の総量に対するガス滞留室８６に付着した反応生成物の量）を大きくすることができる。したがって、プラズマ加工装置のメンテナンスの間隔を更に長くすることができて、メンテナンスコストを更に削減することができる。
According to the plasma processing apparatus of the second embodiment, since the wall surface of the gas retention chamber 86 has the plurality of
尚、上記第２実施形態のプレズマ加工装置では、突出部である突起部８７が、リブ状（円錐状）の形状を有していたが、この発明では、突出部は、円柱状等、如何なる形状であっても良い。また、突出部は、内部室の壁面の如何なる場所に設けられても良く、また、如何なる方向に突出していても良い。また、突出部を、如何なる数形成しても良い。
In the plasma processing apparatus of the second embodiment, the
図４に示す従来のプラズマ加工装置の回転電極１０２では、被加工物１０６をプラズマ１１０で加工する際、加工領域から吸引されたガスが、ガス流路１１８を経て排出される際、反応生成物の一部が、ガス流路１１８の内壁に付着する一方、反応生成物の大部分が、ガス流路１１８を通過して、回転電極１０２に接続されている接続部材（ガス配管等）へと到達して、上記接続部材の内壁に付着する。このことから、上記接続部材の入念な洗浄メンテナンスが必要になり、ガス配管の取り外しをともなう大掛かりなメンテナンス作業が必要になり、装置の稼働率が低くなる。これに対し、本発明のプラズマ加工装置では、回転電極の内部室に反応生成物の大部分を捕獲できるから、大掛かりなメンテナンスが必要になることがない。
In the rotating electrode 102 of the conventional plasma processing apparatus shown in FIG. 4, when the
尚、本発明のプラズマ加工装置およびプラズマ加工方法が、反応生成物の気化温度が高くて、付着汚染が多い場合に特に有効であることは言うまでもない。このような場合でも、メンテナンスは、回転電極を洗浄するのみで対応可能であるからである。 Needless to say, the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention are particularly effective when the vaporization temperature of the reaction product is high and there is much adhesion contamination. This is because even in such a case, maintenance can be performed only by cleaning the rotating electrode.
以上の説明より明らかなように、本発明のプラズマ加工装置およびプラズマ加工方法では、ガス配管洗浄を含む装置メンテナンスの負担を大幅に軽減でき、メンテナンスに係るコストを大幅に削減でき、装置の稼働率を格段に高くすることができる。本発明が、上記第１、第２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。 As is clear from the above description, in the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention, the burden of apparatus maintenance including gas pipe cleaning can be greatly reduced, the cost related to maintenance can be greatly reduced, and the operating rate of the apparatus can be reduced. Can be significantly increased. Needless to say, the present invention is not limited to the first and second 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.
１ 反応容器
２,５２ 回転電極
４ 基板ステージ
５ ヒータ
６ 被加工物
７ 高周波電源
８ ガス導入ライン
９ ガス排気ライン
１０ プラズマ
１１ ガス配管
１２ 流量計
１３ ガス配管
１４,８４ 吸引側ガス流路
１５,８５ 排出側ガス流路
１６,８６ ガス滞留室
２３ 回転軸
３３,７３ 電極部
８７ 突起物
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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し、かつ、上記回転軸の上記軸方向の一端につながって上記回転軸の回転に同期して回転する電極部とを有する回転電極と
を備え、
上記回転電極は、
内部室と、
上記内部室と、上記電極部における上記回転軸側とは反対側の端部の外面とを連通する第１通路と、
上記内部室と、上記回転軸の外面とを連通する第２通路と
を有す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 rotating shaft and the workpiece are held at the predetermined position, the workpiece is opposed to the workpiece in the axial direction of the rotating shaft and connected to one end of the rotating shaft in the axial direction. A rotating electrode having an electrode portion that rotates in synchronization with the rotation of the rotating shaft,
The rotating electrode is
An internal chamber,
A first passage that communicates the inner chamber with an outer surface of an end portion of the electrode portion opposite to the rotating shaft side;
A plasma processing apparatus comprising: a second passage communicating the inner chamber with an outer surface of the rotating shaft.
上記内部室の壁面は、複数の突出部を有し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 wall surface of the internal chamber has a plurality of protrusions.
上記内部室の壁面は、複数の突出部を有していることを特徴とするプラズマ加工方法。 In the plasma processing method of Claim 3,
The plasma processing method, wherein a wall surface of the internal chamber has a plurality of protrusions.
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