JP3813313B2 - プラズマ表面処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ、小物機械電気部品等の表面に成膜、エッチング、清浄等のプラズマを用いた各種処理を施すプラズマ表面処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板や小物機械電気部品、光学プラスチック部品等の表面に導体層や絶縁層を成膜・積層したり、逆に、半導体基板の表面や積層物の表面をエッチングするために、プラズマを用いて処理することは現在極めて広く行なわれている。また、近年では基板等の表面の汚れを除去するための洗浄にも、従来のフロン等を用いたウェット処理に代わってプラズマによるドライクリーニング処理が広く用いられるようになりつつある。
【０００３】
従来のプラズマ表面処理装置では、反応室内の下方に試料載置台が、そして、それに対向するように上方に平板状電極が配置されるという構造が一般的であった。試料載置台上に試料を載置し、真空にした反応室内に所定圧力の反応ガスを導入した後、上部の平板状電極から高周波電力を投入すると、接地された試料載置台と上部電極との間で放電が生じ、両電極間に反応ガスのプラズマが生成される。このプラズマに試料載置台上の試料を晒すことにより成膜が行なわれ、イオンやラジカルが試料面に強力に衝突することによりエッチングや洗浄が行なわれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体チップは、専らシリコンウェハの１面にのみ成膜、エッチング等の加工が行なわれるだけであるが、例えばハードディスクドライブ用シークヘッドは、薄い弾性金属板（通常、厚さ0.1mm程度のステンレスシートが用いられる）の両面に絶縁シートを介して導体膜を積層した構造を有している。上記従来のプラズマ表面処理装置では、このような場合、片面に成膜を行なった後、一旦処理装置を停止して試料を反転させ、再び成膜を行なうという方法を取らざるを得なかった。
本発明は、このような場合に一度で両面に加工を行なうことができるプラズマ表面処理装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明に係るプラズマ表面処理装置は、開口を有する平板状導体である中央電極と、該中央電極の両側に所定距離を置いて配置された第１及び第２対向電極と、を備えることを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
中央電極の開口に、処理対象である試料を固定する。試料は導体又は半導体をベースとしたものとし、電気的に中央電極に接続される。中央電極を接地し、第１及び第２対向電極をそれぞれ高周波電源に接続する。処理室を一旦真空にした後、必要な処理ガスを処理室に導入し、所定の圧力となるように調整する。その後、第１及び第２対向電極に高周波電力を投入すると、第１対向電極と試料の間、及び第２対向電極と試料との間にそれぞれプラズマが生成し、試料は両面からイオン及びラジカルの照射を受けて成膜、エッチング、洗浄等の処理が行なわれる。
【０００７】
上記では高周波プラズマにより説明を行なったが、本発明は単に試料の上下面でプラズマを発生させる方法を提供するものであるため、直流プラズマ、マイクロ波プラズマ等、その他各種プラズマ処理装置に対しても同様に適用することができる。
【０００８】
【実施例】
本発明の一実施例であるプラズマドライクリーナーを図１〜図３により説明する。図１に示すように、本実施例のプラズマドライクリーナー１０は直方体形状を有する反応室１１と、それと同一の筐体内に設けられた制御部１２とから成る。反応室１１の内壁の両側面には後述のトレイ２０を挿入するためのレール１３が複数段設けられており、内壁の後面には４列のブスバー１４、１５が設けられている。４列のブスバー１４、１５は中央側の２列が高周波側１４、外側の２列が接地側１５となっており、各ブスバー１４、１５にはレール１３の高さに合わせた位置にトレイの端子を挿入するための挿入口１４１、１５１（図２）が設けられている。各挿入口１４１、１５１の中には、後述のトレイ側端子が挿入されたときに接触を確実にするため、弾性保持手段が設けられている。
【０００９】
制御部１２には、高周波側端子にプラズマ発生用高周波電力（通常、１３．５６ＭＨｚ）を供給するための高周波ユニットや、本クリーナー全体の動作を制御するための制御回路が納められている。
【００１０】
反応室１１内に装入するトレイ２０には、構造及び機能の異なる複数の種類が備えられている。まず、使用される電極の極性により、高周波側トレイ２１と接地側トレイ２２の２種類に分けられる。図２（ａ）（ｂ）に示すように、両者は全体の大きさが同じであり、双方とも反応室１１のいずれの段のレール１３にも区別なく差し込むことができるが、後方の辺に設けられた端子２４、２５の突出位置が異なる。すなわち、高周波側トレイ２１の端子２４は高周波側ブスバー１４の挿入口１４１に適合するように中央寄りに設けられており、接地側トレイ２２の端子２５は接地側ブスバー１５の挿入口１５１に適合するように外側寄りに設けられている。従って、高周波側トレイ２１を反応室１１のレール１３に沿って押し込んだとき、トレイ２１の端子２４は必ず高周波側ブスバー１４の挿入口１４１に入り、決して接地側ブスバー１５の挿入口１５１に入ることはない。逆に、接地側トレイ２２を装入したときは、その端子２５は必ず接地側ブスバー１５の挿入口１５１に入り、決して高周波側ブスバー１４の挿入口１４１に入ることはない。
【００１１】
反応室１１の筐体は接地されているため、高周波側トレイ２１は、レール１３に接触するフレーム２１１と、絶縁部材２１２を介してフレーム２１１の内部に固定された被洗浄物載置板２１３から成る（図２（ａ））。この被洗浄物載置板２１３がプラズマ生成のための高周波側電極となるものであり、高周波側ブスバー１４に挿入されるトレイ端子２４はこの被洗浄物載置板２１３から後方に突出している。なお、接地側トレイ２２は電気的に浮遊させる必要はなく、電気的に一体の金属体で構成することができる（図２（ｂ））。
【００１２】
トレイは、形状面からは、単純な平板状のトレイ、グリッド状のトレイ、そして中央に開口を有する開口トレイに分けられる。
【００１３】
これら各種トレイを適宜組み合わせることにより、多様な種類の物品を各種モードで洗浄することができるが、ここでは開口トレイを用いた両面洗浄モードについて説明する。
【００１４】
図３（ｂ）に示すように、上下に接地側トレイ４１、４３を配置し、その間に高周波側とした開口トレイ４２を挿入して、その開口部４２１に金属ベースの被洗浄物４２２を載置する。金属ベースの被洗浄物４２２の一例としては、ハードディスクドライブ用シークヘッドを挙げることができる。これは、ステンレスの薄いシート４２６をベースとし、その両面にポリイミドフィルム４２７を介して電極層４２８が形成された構造を有する。多数のシークヘッドが２次元的に配列されたシートを開口トレイ４２の開口部４２１に置き、ベースとなるステンレスシート４２６と開口トレイ４２とを電気的に接続させる。
【００１５】
このように被洗浄物４２２を開口部４２１に固定した開口トレイ４２をレール１３に沿って反応室１１に装入し、トレイ４２の端子４２４を高周波側ブスバー１４の挿入口１４１に挿入する。反応室１１の扉を閉め、内部を一旦真空にした後、アルゴンＡｒ、窒素Ｎ2等の洗浄ガスを所定の圧力となるまで反応室１１内に導入する。高周波側ブスバー１４を介して開口トレイ４２に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を投入すると、上下の接地側トレイ４１、４３と被洗浄物４２２との間で放電が生じ、被洗浄物４２２の両面で洗浄ガスのプラズマが生成される。これらは上下面からそれぞれ被洗浄物４２２の表面に照射され、被洗浄物４２２の表面の汚れを物理的及び化学的に除去する。このように、本実施例のプラズマドライクリーナーでは両面の洗浄が一挙に行なわれるため、被洗浄物４２２を置き換えるための真空引き等の時間を考慮すると、従来のように片面ずつ洗浄していた場合と比較して洗浄時間を半分以下に低減することができる。
【００１６】
ここでは洗浄装置の例を挙げて説明したが、本発明は半導体や光学レンズ等の洗浄にとどまらず、半導体チップ上への導体層や絶縁層の成膜・積層、半導体製造の際のパターンエッチング、強力なエッチング作用によるマイクロマシーニング等、従来行なわれていたあらゆるプラズマ表面処理装置に対して適用することが可能である。また、当業者であれば容易に理解できる通り、本発明は単に試料の上下面でプラズマを発生させる方法を提供するものであるため、上記のような高周波プラズマのみならず、直流プラズマ、マイクロ波プラズマ等、各種プラズマ処理装置に対して適用することができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明に係るプラズマ表面処理装置では、両面の処理を一度に行なうことができるため、従来のように片面ずつ処理を行なう場合と比較すると、処理時間は少なくとも半分に低減することができる。さらに、片面を処理した後、一旦真空を破り、被処理物を反転させて再度真空引きを行なって処理を行なうという手動作業を行なう場合には、処理時間の低減効果はより大きなものとなる。もちろん、真空を破ることなく、このような反転作業をマニピュレータ等で自動的に行なうことも可能であるが、装置のコストが大幅に上昇する上、反転時間も考慮しなければならないため、本発明に係る装置は依然大きな優位に立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例であるプラズマドライクリーナーの一部断面斜視図。
【図２】 高周波側トレイ（ａ）及び接地側トレイ（ｂ）とブスバーの関係を示す斜視図。
【図３】 開口トレイの斜視図（ａ）と使用時の反応室の断面図（ｂ）。
【符号の説明】
１０…プラズマドライクリーナー
１１…反応室
１２…制御部
１３…レール
２０、２１、２２、４１、４３…トレイ
４２…開口トレイ
４２１…開口部
４２４…端子
４２２…被洗浄物（ハードディスクドライブ用シークヘッド）
４２６…ステンレスベースシート
４２７…ポリイミドフィルム
４２８…電極層

Claims (5)

1. a) 筐体内に設けられた、それぞれ複数の挿入口を有する接地側ブスバー及び電源側ブスバーと、
   b) 接地側ブスバーの挿入口に対応する端子を有する接地側トレイと、
   c) 電源側ブスバーの挿入口に対応する端子を有する電源側トレイと、
   d) 電源側ブスバーに接続された電源と、
   を備えることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
2. 前記電源が、高周波電源及び直流電源のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ表面処理装置。
3. 前記電源側トレイが単純な平板状である請求項１又は２に記載の表面処理装置。
4. 前記電源側トレイが、中央に被処理材を配置するための開口を有する請求項１又は２に記載の表面処理装置。
5. 前記電源側トレイがグリッド状である請求項１又は２に記載の表面処理装置。

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