JP5115466B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

材料の表面を加工する方法の１つとして、電圧または高周波を印加した電極間に反応ガスを供給し、反応ガスに基づくラジカルを発生させ、該ラジカルとワークとのラジカル反応によって生成された生成物質を除去することで加工を行う、いわゆるプラズマＣｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ（以下、「プラズマＣＶＭ」と略す。）が知られている。

このようなプラズマＣＶＭでは、電極またはワークを走査するなどして、互いの位置関係を変化させながらワークの被処理面に対しプラズマ処理する方法が行われている（例えば、特許文献１）。

また、ワークの被処理面のプラズマ処理前の形状データ（座標データ）と目標形状データ（座標データ）とに基づいて、プラズマ放出部とワークとの相対的走査速度（移動速度）や停止時間（処理時間）等の移動機構の駆動を制御（数値制御：ＮＣ）して、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置が提案されている（例えば、特許文献２）。

具体的な装置構成としては、放電用ガスに励起電圧を印加してプラズマを発生させるプラズマ発生機構、当該プラズマ発生機構で発生したプラズマをワークに向けて噴射する噴射口及びワークに噴射されるプラズマの周囲を吸引する吸引口を有するプラズマ発生機構、当該プラズマ発生機構とワークとを相対移動させる移動機構とを有する構成が提案されている。このような装置を用いて、例えばステージ上に載置されたワークのエッチングを行うようになっている。
特開平１−１２５８２９号公報 特開平４−２４６１８４号公報

しかしながら、上記構成においては、例えばワークを載置するステージの形状によってワークの被処理面の形状が変動したり、プラズマ発生機構の吸引孔の位置によってワークの被処理面上に放出されるプラズマの密度が変動し加工量が変動したりする場合がある。このような被処理面の形状の変動や加工量の変動によって、加工後のワークの被処理面の高さ位置が目標形状に対してバラついてしまい、ワークの加工精度の向上の妨げとなっていた。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ワークを加工精度を向上させることが可能なプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマを用いてワークを加工するプラズマ処理装置であって、放電用ガスに励起電圧を印加してプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、前記プラズマと前記ワークとを相対移動させる移動機構と、少なくとも前記ワークの目標形状データと、前記ワークの加工前形状データと、前記プラズマによる加工量データと、前記プラズマを用いた加工後の前記ワークの形状に基づく加工分布データとに基づいて前記ワークの加工計画データを生成し、前記加工計画データに基づいて前記ワークの加工を行わせる制御装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、制御装置が加工計画データを生成するのに際し、目標形状データ、加工前形状データ及び加工量データに加え、加工分布データに基づいて生成することとしたので、加工時のワークの形状の変動やプラズマによる加工量の変動など、加工後のワークの形状のバラつきの要因となるデータが織り込まれた加工計画データが生成されることとなる。これにより、これらの変動によるワークの形状のバラつきを抑制し、加工後のワークの形状を目標形状により近づけることができるので、加工精度を向上させることができる。

上記のプラズマ処理装置は、前記プラズマ発生機構は、前記ワークに向けて噴射する噴射口及び前記噴射口の周囲の空間を吸引する吸引口を有し、前記プラズマ発生機構と前記ワークとを相対移動させる移動機構を更に備えることを特徴とする。
本発明によれば、プラズマ発生機構がワークに向けて噴射する噴射口及び噴射口の周囲の空間を吸引する吸引口を有し、当該プラズマ発生機構とワークとを相対移動させる移動機構を更に備えることとしたので、プラズマ発生機構とワークとを相対移動させながらワークを微細加工することが可能となる。これにより、一層の加工精度の向上を図ることができる。

上記のプラズマ処理装置は、前記制御装置は、前記加工計画データに基づいて、前記移動機構に前記相対移動の速度を調整させることを特徴とする。
本発明によれば、加工分布データが織り込まれた加工計画データに基づいてプラズマ放出装置とワークとの相対移動の速度が調整されるので、加工後のワークの形状を目標形状により近づけることができる。

上記のプラズマ処理装置は、前記制御装置は、前記ワークの所定領域毎に前記相対移動の速度を調整させることを特徴とする。
本発明によれば、ワークの所定領域毎に相対移動の速度が調整されることとなるため、効率的に加工処理を行うことができる。

上記のプラズマ処理装置は、前記加工分布データは、前記プラズマを用いて加工された前記データ取得用ワークの加工後の形状に基づくデータであることを特徴とする。
本発明によれば、データ取得用ワークを用いて取得した加工分布データを用いることにより、実際に加工を行うワークの無駄を無くすことができる。

上記のプラズマ処理装置は、前記制御装置は、少なくとも前記加工分布データを記憶させる記憶部を有することを特徴とする。
本発明によれば、加工分布データを記憶させておくことにより、制御装置による制御を効率的に行うことができる。

本発明に係るプラズマ処理方法は、放電用ガスに励起電圧を印加して前記プラズマを発生させ、発生した前記プラズマを用いて前記ワークを加工するプラズマ処理方法であって、少なくとも前記ワークの目標形状データと、前記ワークの加工前形状データと、前記プラズマによる加工量データと、前記プラズマを用いた加工後の前記ワークの形状に基づく加工分布データとに基づいて前記ワークの加工計画データを生成し、前記加工計画データに基づいて前記ワークの加工を行うことを特徴とする。

本発明によれば、加工計画データを生成するのに際し、目標形状データ、加工前形状データ及び加工量データに加え、加工分布データに基づいて生成することとしたので、加工時のワークの形状の変動やプラズマによる加工量の変動など、加工後のワークの形状のバラつきの要因となるデータが織り込まれた加工計画データが生成されることとなる。これにより、これらの変動によるワークの形状のバラつきを抑制し、加工後のワークの形状を目標形状により近づけることができるので、加工精度を向上させることができる。

上記のプラズマ処理方法は、前記プラズマを前記ワークに向けて噴射すると共に前記プラズマが噴射される噴射部の周囲を吸引し、前記プラズマの噴射部及び吸引部と前記ワークとを相対移動させながら前記ワークを加工することを特徴とする。
本発明によれば、プラズマ発生機構とワークとを相対移動させながらワークを微細加工することが可能となる。これにより、一層の加工精度の向上を図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置を説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理装置の実施形態を示す模式的に示す図である。図２は、図１に示すプラズマ処理装置のプラズマ処理装置本体を示す縦断面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面に沿った構成を示す図である。

以下の説明では、図１中互いに直交する３つの方向をｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向とする。そのうち、ワーク１０の被処理面１０１をｘｙ平面とし、被処理面１０１の法線方向をｚ軸方向とする。以下、対応する方向はその他の図においても同様である。また、図２中の上側を「上」、下側を「下」と表記する。

図１に示すように、プラズマ処理装置１は、対向する電極間に電圧を印加することによって電極間にプラズマを発生させ、電極間に発生したプラズマ中にワークを配置させてワークをプラズマに曝露させるダイレクトプラズマ方式のプラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１は、装置本体１１と、ワーク１０に処理ガスを噴出するノズル５を有するプラズマ発生機構８０とワーク１０とを相対的にｘ軸方向およびｙ軸方向に移動させる移動機構２０と、プラズマ発生機構８０とワーク１０とを相対的にｚ軸方向に移動させるｚ軸方向移動機構２５とを備えている。

図２に示す装置本体１１は、ワーク１０を介して互いに対向して設けられた上部電極２および下部電極３と、一対の電極間に処理ガスを噴出するノズル５と、処理ガスをノズル５に供給する処理ガス供給流路６と、上部電極２および下部電極３間に電圧を印加する高周波電源（電源）７２を備えた電源回路７と、プラズマ生成のための処理ガスを供給するガス供給部８とを備えている。

この装置本体１１は、上部電極２および下部電極３間に処理ガスを供給しつつ、電圧を印加することにより、処理ガスを活性化してプラズマを生成させ、該プラズマによりワーク１０の被処理面１０１をプラズマ処理してエッチング（研摩を含む）する装置、すなわち、ワーク１０の被処理面１０１に対してプラズマ処理によるエッチング加工（エッチング処理）を行う装置である。以下、プラズマ処理してエッチングすること（プラズマ処理によるエッチング加工を行うこと）を、単に、プラズマ処理またはエッチング（エッチング加工）とも言う。

以下、装置本体１１の各部の構成について説明する。図２および図３に示すように、誘電体部４は、誘電体材料で構成された四角柱状の形状をなしている。誘電体部４の上面には、凹部４１が形成されている。凹部４１は下端側に向かって外径が縮径されるように形成されている。凹部４１には、上部電極２（図２では上面以外全て）が挿入されている。上部電極２が挿入されることにより、一対の電極間において、電極である金属等が露出しないため、電極間に電界を均一に発生させることができる。また、上部電極２を誘電体部４で覆っているため、インピーダンスの増大を防止することができ、比較的低電圧で所望の放電を生じさせ、プラズマを確実に発生させることができる。さらに、電圧印加時における絶縁破壊を防止して、アーク放電が生じるのを好適に防止し、グローライクな安定した放電を得ることもできる。なお、誘電体部４の形状は、例えば円錐台や円柱状など、特に限定されない。

このような誘電体部４の構成材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等の各種プラスチック、石英ガラス等の各種ガラス、無機酸化物等が挙げられる。前記無機酸化物としては、例えば、Ａｌ２Ｏ_３（アルミナ）、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２等の金属酸化物、窒化シリコンなどの窒化物、ＢａＴｉＯ_３（チタン酸バリウム）等の複合酸化物等の誘電体材料等が挙げられる。これらのうち、金属酸化物が好ましく、アルミナがより好ましい。このような材料を用いることにより、電界におけるアーク放電の発生をより確実に防止することができる。

上部電極２は、上面が誘電体部４から露出している。上部電極２は、励起電圧を印加する電極であるため、露出した位置で電気的接続をとるために導線７１を介して高周波電源７２に接続されている。上部電極２の上面には、後述するプラズマ生成のための処理ガスを供給するガス供給部８が接続されている。上部電極２の内部には、ガス供給部８から供給された処理ガスをプラズマ発生領域３０に導く処理ガス供給流路６が設けられている。

上部電極２は、断面視で円柱状に形成されており、下端部の外径が縮径されている。上部電極２は、凹部４１と密着するように当該凹部４１の形状と対応した形状に形成されている。このような形状により、上部電極２と凹部４１とが密着するため、凹部４１に確実に上部電極２を挿入することができるとともに、上部電極２の電流密度を高めることができるようになっている。上部電極２の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、銅、アルミニウム、鉄、銀等の金属単体、ステンレス鋼、真鍮、アルミニウム合金等の各種合金、金属間化合物、各種炭素材料等が挙げられる。

上部電極２は、ワーク１０から第１距離だけ離れた位置に配置される。この第１距離は、電源回路７の出力や、ワーク１０に施すプラズマ処理の種類等を考慮して適宜設定される。常圧でプラズマ処理する場合、インピーダンス、ガス流量、ガス放電寿命等より０．５〜１０ｍｍであるのがより好ましい。これにより、プラズマ発生領域３０に電界を確実に発生させることができる。

誘電体部４は、ワーク１０から第２距離（＜第１距離）だけ離れた位置に配置される。この第２距離は、電源回路７の出力や、ワーク１０に施すプラズマ処理の種類等を考慮して適宜設定される。常圧でプラズマ処理する場合、インピーダンス、ガス流量、ガス放電寿命、ガス圧力等より０．１〜１０ｍｍであるのがより好ましい。これにより、アーク放電を起こすことなく、プラズマ発生領域３０に電界を確実に発生させることができる。なお、上部電極２は、その下面（ワーク１０と対面する側）が誘電体部４に覆われていれば、その外周面が誘電体部４に覆われていなくてもよい。これにより、プラズマ発生領域３０に金属などの電極材料が露出しないため、少ない量の誘電体材料で、電界の集中によるワーク１０の破損などを効率的に防止することができる。

下部電極３は、接地電極としての機能を有する電極であり、導線７１を介して直接接地されている。これにより、下部電極３の帯電を防止することができ、プラズマ発生領域３０に確実に電界を発生させることができる。また、下部電極３はワーク１０の台（支持部）としての機能も有するため、下部電極３の上面に、ワーク１０が接触して設置（載置）されている。これにより、確実に、ワーク１０の被処理面１０１をプラズマ処理することができる。下部電極３の形状は、例えば平板状、円柱状など、特に限定されない。また、下部電極３の構成材料は、上部電極２と同様に、特に限定されない。

ノズル５は、誘電体部４の下面４２に開口され、ワーク１０に対面するように位置している。ノズル５は、誘電体部４の下面４２の中心に１つ形成されている。このように、誘電体部４の下面４２の中心に開口して設けられていることにより、上部電極２と下部電極３との間の空間（以下、「プラズマ発生領域３０」という。）の中心に処理ガスを噴出できるため、該ガスがプラズマ発生領域３０に均一に広がり、プラズマを均一に発生させることができる。なお、図示例では、ノズル５の孔の形状は、円形状に形成されているが、例えば四角形状や楕円形状など、その形状は特に限定されない。

ノズル５の周囲には、吸引孔４５が形成されている。吸引孔４５は、断面視円環状に形成されており、誘電体部４の下部から上部へ徐々に径を広げるように形成されている。吸引孔４５は、例えばポンプなどの吸引機構４６に接続されている。当該吸引孔４５が設けられることによって、ノズル５の周囲の空間が吸引されるようになっている。

処理ガス供給流路６は、上部電極２の上面に開口し、上部電極２の内部に上下方向に延在して設けられている。そして、その下流端は、誘電体部４を貫通してノズル５に連通している。処理ガス供給流路６の横断面形状は、例えば円形状、帯状など、特に限定されない。プラズマ発生機構８０は、これら上部電極２と、誘電体部４と、ノズル５と、処理ガス供給流路６とが一体に形成された構成となっている。

電源回路７は、上部電極２および下部電極３間に電圧を印加する高周波電源７２と、上部電極２と高周波電源７２と下部電極３とを導通する導線７１とを備えている。高周波電源７２は、後述する制御装置７０によりその駆動が制御される図示しない電力調整部を有しており、制御装置７０の制御により、供給する電力の大きさを可変し得るようになっている。また、図示されていないが、供給する電力に対する整合回路や、高周波電源７２の周波数を変える周波数調整機構や、高周波電源７２の印加電圧の最大値（振幅）を変える電圧調整装置などが必要に応じて設置されている。これにより、ワーク１０に対するプラズマ処理の処理条件を適宜調整することができる。

上部電極２に、導線７１を介して、高周波電源７２が接続され、また、下部電極３に、導線７１を介して、高周波電源７２が接続されており、これにより、電源回路７が構成されている。この電源回路７は、その一部、すなわち、下部電極３側の導線７１が接地されている。ワーク１０にプラズマ処理によるエッチング加工を行うときは、高周波電源７２が作動して下部電極３と上部電極２との間に電圧が印加される。このとき、その下部電極３と上部電極２との間には、電界が発生し、ガスが供給されると、放電が生じて、プラズマが発生する。また、高周波電源７２の周波数は、特に限定されないが、１０〜７０ＭＨｚであるのが好ましく、１０〜４０ＭＨｚであるのがより好ましい。

ガス供給部８は、プラズマ生成のための処理ガスを処理ガス供給流路６に供給する。このガス供給部８は、所定のガスを充填し供給するガスボンベ８１と、ガスボンベ８１から供給されるガスの流量を調整するマスフローコントロ−ラ８２と、マスフローコントロ−ラ８２より下流端側で、処理ガス管８４内の流路を開閉するバルブ８３と、処理ガス供給流路６の上端部に接続された処理ガス管８４とを有している。

このようなガス供給部８は、ガスボンベ８１から所定のガスを送り出し、マスフローコントロ−ラ８２で流量を調節する。そして、処理ガス管８４を通って、上部電極２の上面に開口し、上部電極２の内部に形成された処理ガス供給流路６に処理ガスを導入する。

このようなプラズマ処理によるエッチング加工に用いる放電用ガスとしては、例えば、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＣｌＦ_３、ＳＦ_６等のフッ素原子含有化合物ガスやＣｌ_２、ＢＣｌ_３、ＣＣｌ_４等の塩素原子含有化合物ガスなどの各種ハロゲン系ガスが用いられる。

また、このような処理ガスは、一般に、上記処理ガスとキャリアガスとからなる混合ガス（以下、単に「ガス」とも言う）が用いられる。なお、「キャリアガス」とは、放電開始と放電維持のために導入するガスのことを言う。この場合、ガスボンベ８１内に、混合ガス（処理ガス＋キャリアガス）を充填して用いてもよいし、処理ガスとキャリアガスとがそれぞれ別のガスボンベに充填され、処理ガス管８４の途中でこれらが所定の混合比で混合されるような構成であってもよい。キャリアガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ等の希ガスを用いることができる。これらは、単独でも２種以上を混合した形態でも用いることができる。

混合ガス中における処理ガスの占める割合（混合比）は、特に限定されないが、例えば、混合ガス中の処理ガスの割合が１〜１０％であるのが好ましく、５〜１０％であるのがより好ましい。これにより、効率的に放電が開始され、処理ガスにより、所望のプラズマ処理をすることができる。供給するガスの流量は、ガスの種類、処理の程度等に応じて適宜決定される。通常は、３０ＳＣＣＭ〜５０ＳＬＭ程度であるのが好ましい。これにより、効率的にプラズマ発生領域３０の中央部の圧力が上がるため、微細な加工をすることができる。

装置本体１１のプラズマ発生機構８０とワーク１０とを相対的にｘ軸方向およびｙ軸方向に移動させる移動機構２０としては、ワーク１０および図示しないデータ取得用ワークが設置される下部電極３をｘ軸方向およびｙ軸方向に移動させるＮＣステージ移動装置が用いられている。この移動機構２０は、ワーク１０およびデータ取得用ワークをプラズマ処理してエッチング加工する際に、それぞれ、下部電極３をｘ軸方向およびｙ軸方向に移動して、それらの被処理面１０１をプラズマ発生機構８０に対して２次元的に走査する走査機構であり、プラズマ発生機構８０とワーク１０およびデータ取得用ワークとの相対的な移動速度や停止時間等を調整することができるように構成されている。

また、移動機構２０の駆動は、ＮＣ制御装置１６により制御されるようになっている。なお、本発明では、例えば、ｘ軸方向およびｙ軸方向について、下部電極３側が固定され、移動機構２０は、プラズマ発生機構８０側をｘ軸方向およびｙ軸方向に移動させるように構成されていてもよい。

プラズマ発生機構８０とワーク１０とを相対的にｚ軸方向に移動させるｚ軸方向移動機構２５としては、プラズマ発生機構８０をｚ軸方向に移動させる移動装置が用いられている。このｚ軸方向移動機構２５により、プラズマ発生機構８０と、ワーク１０の被処理面１０１およびデータ取得用ワークの被処理面との間の間隙距離を調整することができる。また、ｚ軸方向移動機構２５の駆動は、制御装置７０により制御されるようになっている。

なお、本発明では、例えば、ｚ軸方向について、プラズマ発生機構８０側が固定され、ｚ軸方向移動機構２５は、下部電極３側をｚ軸方向に移動させるように構成されていてもよい。以上の構成により、プラズマ発生機構８０は、ワーク１０の被処理面１０１およびデータ取得用ワークの被処理面の上方の空間（作業空間）において、ワーク１０およびデータ取得用ワークに対して、相対的に、ｘｙｚ３次元空間内で任意の位置に移動可能となっている。

次に、プラズマ処理装置１の回路構成について説明する。図１に示すように、このプラズマ処理装置１は、入力等の各操作を行う操作部５０と、記憶装置６０と、プラズマ処理装置１の全体の駆動を制御する制御装置７０と、目標形状データ入力部１３と、表面測定器１４と、ＮＣ制御により移動機構２０の駆動を制御するＮＣ制御装置１６とを備えている。

操作部５０としては、例えば、キーボード、液晶表示パネル、ＥＬ表示パネル等を備えたタッチパネル等を用いることができ、この場合は、操作部５０は、各種の情報を表示する表示装置を兼ねるものでもよい。記憶装置６０は、プラズマ処理の際の処理時間（以下、単に「処理時間」とも言う）またはプラズマ発生機構８０とワーク１０との相対的な移動速度（以下、単に「移動速度」とも言う）と、各種の情報、データ、演算式、テーブル、プラズマ処理装置１の動作のシーケンスプログラム、プラズマ処理のシーケンスプログラム、加工計画データを作成するためのプログラムなどのプログラム等が記憶（記録とも言う）される記憶媒体を有している。

この記憶媒体は、例えば、ＲＡＭ等の揮発性メモリー、ＲＯＭ等の不揮発性メモリー、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリー等の書き換え可能な不揮発性メモリー等、各種半導体メモリー、ＩＣメモリー、磁気記録媒体、光記録媒体、光磁気記録媒体等で構成される。この記憶装置６０における書き込み、書き換え、消去、読み出し等の制御は、制御装置７０によりなされる。

目標形状データ入力部１３は、ワーク１０の被処理面１０１の目標形状を示す目標形状データを入力する。目標形状データは、目標形状データ入力部１３から制御装置７０に入力される。表面測定器１４は、ワーク１０の被処理面１０１の形状および図示しないデータ取得用ワークの被処理面の形状をそれぞれ検出する検出部と、その検出結果に基づいて、ワーク１０の被処理面１０１の形状を示す形状データおよびデータ取得用ワークの被処理面の形状を示す形状データをそれぞれ作成するデータ作成部とを有している。従って、この表面測定器１４により、ワーク１０の被処理面１０１の形状を検出するワーク被処理面形状検出機構と、データ取得用ワークの被処理面の形状を検出するデータ取得用ワーク被処理面検出機構とが構成される。ワーク１０の被処理面１０１の形状データおよびデータ取得用ワークの被処理面の形状データは、それぞれ、表面測定器１４から制御装置７０に入力される。

制御装置７０は、例えば、ＣＰＵあるいはこれを備えるマイクロコンピュータやパーソナルコンピュータ等のコンピュータで構成されており、制御装置７０には、操作部５０からの信号（入力）、目標形状データ入力部１３および表面測定器１４からのデータ等が、それぞれ入力される。

制御装置７０は、操作部５０からの信号、目標形状データ入力部１３および表面測定器１４からのデータ等に基づき、予め設定されたプログラムに従って、加工計画データを作成する。制御装置７０は、プラズマ処理装置１の各部の駆動、例えば、ガス供給部８（マスフローコントロ−ラ８２、バルブ８３等）、電源回路７（高周波電源７２等）、ｚ軸方向移動機構２５、表面測定器１４、記憶装置６０等の作動をそれぞれ制御する。

ＮＣ制御装置１６は、例えば、ＣＰＵあるいはこれを備えるマイクロコンピュータやパーソナルコンピュータ等のコンピュータで構成されており、ＮＣ制御装置１６には、制御装置７０により作成された加工計画データ等が入力される。ＮＣ制御装置１６は、制御装置７０からの加工計画データ等に基づき、予め設定されたプログラムに従って、ＮＣ制御により移動機構２０の作動を制御する。

ワーク１０としては、特に限定されないが、本実施形態では、例えば、電子デバイスの基板として用いられるものが挙げられる。具体的な材料としては、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス、水晶等の各種ガラス、アルミナ、シリカ、チタニア等の各種セラミックス、シリコン、ガリウム−ヒ素等の各種半導体材料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、液晶ポリマー、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等各種プラスチック（樹脂材料）のような誘電体材料で構成されたものが挙げられる。これらのうち、特に、水晶や石英などの各種ガラスや各種半導体材料に好ましく用いられる。ワーク１０の形状としては、板状のもの、長尺な層状のものなどが挙げられる。

次に、上記のように構成されたプラズマ処理装置１の動作を説明する。図４は、加工計画データの生成を含めたプラズマ処理装置１の動作手順を示すフローチャートである。
図４に示すように、プラズマ処理装置１の動作として、加工痕データ取得ステップ（ステップ０１）、加工量データ取得ステップ（ステップ０２）、加工分布データ取得ステップ（ステップ０３）、加工前形状データ取得ステップ（ステップ０４）、目標形状データ入力ステップ（ステップ０５）、加工計画データ生成ステップ（ステップ０６）、加工ステップ（ステップ０７）、加工後形状測定ステップ（ステップ０８）が行われる。ステップ０１〜ステップ０３は、例えばデータ取得用ワークを用いて行われる。ステップ０４〜ステップ０８は、例えばワーク１０を用いて行われる。以下、各ステップを順に説明する。

加工痕取得ステップは、静止状態のデータ取得用ワークに所定時間プラズマを照射し、プラズマ照射後のデータ取得用ワークの形状のデータを所定時間ごとに取得するステップである。例えばプラズマ照射の前後におけるデータ取得用ワークの形状を検出し、両者を比較することにより、加工痕データを取得することができる。このステップによって取得される加工痕データは、例えば図５に示すような形状データとなる。図５に示す３つのデータは、プラズマ処理の時間を例えば１０秒、３０秒及び６０秒としたときにそれぞれ取得されるデータである。プラズマ処理時間が長くなるほど、加工深度の大きい加工痕が形成されることとなる。図６は、図５に示す加工痕データを関数によって近似したときのグラフである。グラフの縦軸は加工深度であり、グラフの横軸はプラズマ処理の時間である。図６では、例えば一次関数を用いて近似を行っている。制御装置７０は、近似によって求められた値についても加工痕データに含めて記憶装置６０に記憶させる。

加工量データ取得ステップは、上記プラズマ発生機構８０とデータ取得用ワークとを一定速度で相対移動させ、当該データ取得用ワークにプラズマを照射し、プラズマ照射の前後のデータ取得用ワークの変化量のデータを取得するステップである。加工量データ取得ステップでは、例えば図７に示すようにデータ取得用ワーク１１０を複数の領域に区画し、当該区画毎にプラズマ照射を行い、変化量のデータを取得する。本実施形態では、図７に示すように、例えばＡ列〜Ｈ列の１０列×６行の所定領域１１０ｓに区画するものとする。制御装置７０は、データ取得用ワーク１１０の各所定領域１１０ｓがプラズマ発生機構８０に重なるようにプラズマ発生機構８０とデータ取得用ワーク１１０との間で相対移動させる。図８は、このステップによって得られるデータを示すグラフである。グラフの縦軸は加工量であり、グラフの横軸は列を示している。図８は、図７の上から３行目の所定領域１１０ｓについてのデータを例に挙げて示している。図８に示すように、Ａ列〜Ｈ列の各所定領域１１０ｓにおいてはそれぞれ加工量が異なっている。データ取得用ワーク１１０の各所定領域１１０ｓにおいても同様にそれぞれ加工量が異なるものとなる。本ステップでは、全所定領域１１０ｓについて、所定領域１１０ｓ毎に得られた変化量を平均化した値を加工量データとして取得する。

加工分布データ取得ステップは、各所定領域１１０ｓにおいて得られた実際の加工量に基づいて、データ取得用ワーク１１０全体における加工量の分布のデータを取得するステップである。一定速度でプラズマを照射しながら相対移動させると、全所定領域１１０ｓについて加工量は一定となるはずである。しかしながら、例えばデータ取得用ワーク１１０を載置する下部電極３の形状によって被処理面の形状が変動したり、プラズマ発生機構８０の吸引孔４５の位置によってプラズマの密度が変動したりすることで、実際の加工量は図８のグラフに示すように、所定領域１１０ｓによって大小の分布が形成された状態になっている。

以上説明した加工痕データ取得ステップ、加工量データ取得ステップ及び加工分布データ取得ステップは、実際にワーク１０の処理を行う前に、予め行っておくようにする。各ステップで得られたデータは、記憶装置６０に記憶させておく。データ取得用ワークを用いる場合、移動速度または処理時間以外の各条件（例えば、ガスの組成、ガス流量、電力、電源周波数、プラズマ発生機構８０とデータ取得用ワークとの間の離間距離等）は、すべて、ワーク１０に対してプラズマ処理するときの条件と同一に設定する。

次に、実際にワーク１０の加工を行う際の動作を説明する。本実施形態では、上記データ取得用ワーク１１０を所定領域１１０ｓに区画してデータを取得したように、制御装置７０はワーク１０を上記と同一の所定領域１０ｓに区画されているものとして処理を行わせる。

加工前形状データ取得ステップは、実際にワーク１０の加工を行う際に最初に行われるステップであり、ワーク１０の被処理面１０１の形状データを取得するステップである。このステップでは、ワーク１０を下部電極３上に載置し、表面測定器１４によってワーク１０の被処理面１０１の形状データを加工前形状データとして取得する。制御装置７０は、被処理面１０１の加工前形状データを所定領域１０ｓごとに取得させる。制御装置７０は、この加工前形状データを記憶装置６０に記憶させる。

目標形状データ入力ステップは、ワーク１０の被処理面１０１の目標形状を示す目標形状データを入力するステップである。制御装置７０は、例えば目標形状データ入力部１３に当該データの入力を行わせる。入力させる目標形状データとしては、所定領域１０ｓごとのデータであり、例えば記憶装置６０に記憶されているデータを用いることができる。

加工計画データ生成ステップは、上記加工痕データ、加工量データ、加工分布データ、加工前形状データ及び目標形状データに基づいて、ワーク１０の加工計画データを生成するステップである。本ステップにおいて生成する加工計画データとしては、例えばプラズマ発生機構８０とワーク１０との間の相対移動の速度などの設定データが挙げられる。本実施形態では、ワーク１０を上記と同一の所定領域１０ｓに区画されているものとして処理されるため、加工計画データについても、所定領域１０ｓ毎に相対移動の速度が設定される。

本実施形態では、加工計画データを生成する際、加工分布データを反映させるようにする。具体的には、まず制御装置７０は、区画された所定領域毎に加工分布データと加工量データとを比較する。比較の結果、加工分布データの値が加工量データの値（平均値）を上回っている所定領域１０ｓについては、相対移動の速度を他の所定領域１０ｓよりも大きくして短時間の処理を行わせるにように設定する。逆に、加工分布データの値が加工量データの値を下回っている所定領域１０ｓについては、相対移動の速度を他の所定領域１０ｓよりも低下させて長時間の処理を行わせるように設定する。相対移動の速度の上昇量及び低下量については、加工分布データの値と加工量データの値との差の大きさに依存するように設定することができる。

加工ステップは、生成された加工分布データに基づいてワーク１０の加工を行うステップである。本ステップでは、まず電源回路７を作動させるとともに、バルブ８３を開く。マスフローコントロ−ラ８２によりガスの流量を調整し、ガスボンベ８１からガスを送り出す。これにより、ガスボンベ８１から送り出されたガスは、処理ガス管８４内を流れ、所定の流量で処理ガス供給流路６に供給される。そして、処理ガス供給流路６に供給されたガスは、ノズル５から噴出される。

ノズル５から噴出された処理ガスは、噴出直後は真下に向かって噴出されるが、ノズル５の噴射面に設けられた吸引孔５ａによって上部電極２の外周方向へと流れる。一方、電源回路７の作動により、上部電極２と下部電極３の間に高周波電圧が印加され、プラズマ発生領域３０に電界が発生する。プラズマ発生領域３０に流入した処理ガスは、放電によって活性化され、プラズマが発生する。そして、発生したプラズマが、ワーク１０の被処理面１０１に接触し、その被処理面１０１にエッチング加工が施される。

被処理面１０１の加工は、移動機構２０によってワーク１０をｘ軸方向、ｙ軸方向に移動しながら行うことができる。この場合、プラズマ発生機構８０のｚ軸方向の移動は固定した状態とする。すなわち、プラズマ発生機構８０の誘電体部４とワーク１０との間の離間距離を一定にして加工を行う。

例えば、プラズマを発生させた状態で、図７に示すように、ｘ軸プラス方向にワーク１０を走査した後、所定のピッチ分ｙ軸方向に移動し、ｘ軸マイナス方向に走査する。このような走査を順次繰り返し、ワーク１０の被処理面１０１の全面を各所定領域１０ｓごとに処理する。このとき、各所定領域１０ｓごとの移動速度については、上記加工計画データ生成ステップにおいて生成された加工計画データに基づいて設定する。

また、上記のワーク１０の走査方法において、所定のピッチ分ｙ軸方向に移動させる際、１度プラズマの発生を停止し、所定のピッチ分ｙ軸方向に移動した後、再度プラズマを発生させて加工を行ってもよい。また、被処理面１０１を浅く加工したい場合には、ｚ軸方向移動機構２５を作動させ、プラズマ発生機構８０と被処理面１０１との間の離間距離を大きくすればよい。このような移動機構２０やｚ軸方向移動機構２５により、ワーク１０の被処理面１０１を所望の形状、所望の範囲で簡単、迅速にプラズマ処理することができる。

なお、ワーク１０を連続的に移動させつつプラズマ処理を行ってもよく、また、ワーク１０の移動と停止とを交互に行って、そのワーク１０を段階的に移動させつつ、プラズマ処理を行ってもよい。ワーク１０を連続的に移動させる場合は、移動速度等の調整により、プラズマ照射時間が調整される。また、ワーク１０を段階的に移動さる場合は、各所定領域１０ｓごとの滞在時間の調整により、プラズマ照射時間が調整される。この場合、上記加工計画データ生成ステップにおいては、各所定領域１０ｓごとのプラズマ発生機構８０の滞在時間に基づいて加工計画データを生成しておくようにする。

具体的には、加工分布データの値が加工量データの値（平均値）を上回っている所定領域１０ｓについては、滞在時間を他の所定領域１０ｓよりも短くし、短時間の処理を行わせるにように設定する。逆に、加工分布データの値が加工量データの値を下回っている所定領域１０ｓについては、滞在時間を他の所定領域よりも長くし、長時間の処理を行わせるように設定する。滞在時間の変化量については、加工分布データの値と加工量データの値との差の大きさに依存するように設定することができる。

加工後形状測定ステップは、加工ステップの終了後、表面測定器１４によってワーク１０の被処理面１０１の形状データを取得するステップである。本ステップについては、行っても行わなくても構わない。

以上のように、本実施形態によれば、制御装置７０が加工計画データを生成するのに際し、目標形状データ、加工前形状データ及び加工量データに加え、加工分布データに基づいて生成することとしたので、加工時のワーク１０の形状の変動やプラズマ発生機構８０の加工量の変動など、加工後のワーク１０の形状のバラつきの要因となるデータが織り込まれた加工計画データが生成されることとなる。これにより、これらの変動によるワーク１０の形状のバラつきを抑制し、加工後のワーク１０の形状を目標形状により近づけることができるので、加工精度を向上させることができる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
上記実施形態では、プラズマ処理を開始する前に、ワーク１０の被処理面１０１の形状データを得、加工計画データを作成するようになっているが、これに限られることは無く例えばプラズマ処理の最中に、ワーク１０の被処理面１０１の形状データを得るようにし、加工計画データを随時更新するようになっていてもよい。

また、プラズマ発生機構８０やその上部電極２を変更してプラズマ処理を行う場合でも、容易かつ迅速に対応することができる。また、プラズマ処理装置１の組み立ての際や、プラズマ発生機構８０が劣化、破損し、プラズマ発生機構８０、上部電極２等を交換する際において、調整時間を短縮することができる。

以上、本発明のプラズマ処理装置について、図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。プラズマ処理装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、本発明では、電源は、高周波電源に限らず、例えば、低周波電源であってもよい。

また、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマ発生機構８０が一対の電極を有する形態のものでもよい。また、本発明のプラズマ装置の用途は、特に限定されないが、本発明は、例えば、酸化絶縁膜の加工、除去、ガラス（石英）などの無歪加工、水晶加工などに適用することができる。また、ＭＥＭＳ等への応用も可能である。

また、上記実施形態においては、ワーク１０及びデータ取得用ワーク１１０上をそれぞれ複数の所定領域１０ｓ及び複数の所定領域１１０ｓに区画し、所定領域１０ｓ毎及び所定領域１１０ｓ毎にデータを取得あるいは加工を行うようにしたが、これに限られることは無く、ワーク１０及びデータ取得用ワーク１１０上について連続的にデータを取得あるいは加工を行うようにしても、勿論構わない。

また、上記実施形態においては、対向する電極間に電圧を印加することによって電極間にプラズマを発生させ、電極間に発生したプラズマ中にワークを配置させてワークをプラズマに曝露させるダイレクトプラズマ方式のプラズマ処理装置を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えばリモートプラズマ方式のプラズマ処理装置であっても、本発明の適用は勿論可能である。

本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略図。 本実施形態に係るプラズマ処理装置の一部の構成を示す図。 本実施形態に係るプラズマ処理装置の一部の構成を示す図。 本実施形態に係るプラズマ処理装置の動作を示すフローチャート。 プラズマ処理装置の動作によって得られる結果を示すグラフ。 プラズマ処理装置の動作によって得られる結果を示すグラフ。 プラズマ処理装置の動作の様子を示す図。 プラズマ処理装置の動作によって得られる結果を示すグラフ。

符号の説明

１…プラズマ処理装置 １１…装置本体 １３…目標形状データ入力部 １４…表面測定器 １６…ＮＣ制御装置 ２…上部電極 ３…下部電極 ４…誘電体部 ５…ノズル ６…処理ガス供給流路 １０…ワーク １１０…データ取得用ワーク １０ｓ、１１０ｓ…所定領域 ２０…移動機構 ６０…記憶装置 ７０…制御装置 ８０…プラズマ発生機構

Claims (4)

1. プラズマを用いてワークを加工するプラズマ処理装置であって、
   放電用ガスに励起電圧を印加してプラズマを発生させるプラズマ発生機構と、
   前記プラズマ発生機構と前記ワークとを相対移動させる移動機構と、
   前記ワークの目標形状データと、前記ワークの加工前形状データと、前記プラズマによる加工量データと、前記ワークの加工を行う前に、データ取得用ワークを用いて予め取得された加工痕データと、前記プラズマを用いた加工後の前記ワークの形状に基づく加工分布データと、に基づいて前記ワークの加工計画データを生成し、前記加工計画データに基づいて前記ワークの加工をプラズマ発生機構と及び移動機構に行わせる制御装置と、
   を備え
   前記プラズマ発生機構は、前記ワークに向けて噴射する噴射口及び前記噴射口の周囲の空間を吸引する吸引口を有し、
   前記制御装置は、前記ワークの所定領域毎に前記相対移動の速度を調整し、
   前記加工計画データには前記吸引口の位置による前記プラズマの密度の変化に伴う加工量の変動のデータが含まれる
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記制御装置は、
   前記加工計画データに基づいて、前記移動機構に前記相対移動の速度を調整させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記加工分布データは、
   前記プラズマを用いて加工された前記データ取得用ワークの加工後の形状に基づくデータである
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記制御装置は、前記加工分布データを記憶させる記憶部を有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。

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