JP2008181799A - プラズマ加工装置およびプラズマ加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】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。
【解決手段】回転電極2に、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とを形成する。
【選択図】図2A
【解決手段】回転電極2に、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とを形成する。
【選択図】図2A
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
特許第2521127号公報
特許第2816365号公報
特許第3069271号公報
特開2006−22392号公報
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (4)
- 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するプラズマ加工装置。 - 請求項1に記載のプラズマ加工装置において、
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。 - 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するプラズマ加工方法。
- 請求項3に記載のプラズマ加工方法において、
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。
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---|---|---|---|
JP2007015177A JP2008181799A (ja) | 2007-01-25 | 2007-01-25 | プラズマ加工装置およびプラズマ加工方法 |
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-
2007
- 2007-01-25 JP JP2007015177A patent/JP2008181799A/ja active Pending
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