特許 6823635 プラズマ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6823635

(24)【登録日】2021年1月13日

(45)【発行日】2021年2月3日

(54)【発明の名称】プラズマ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/24 20060101AFI20210121BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20210121BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/24

   H01L21/302 101E

【請求項の数】16

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2018-220182(P2018-220182)

(22)【出願日】2018年11月26日

(65)【公開番号】特開2019-216081(P2019-216081A)

(43)【公開日】2019年12月19日

【審査請求日】2018年11月26日

(31)【優先権主張番号】62/684,226

(32)【優先日】2018年6月13日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】107130458

(32)【優先日】2018年8月31日

(33)【優先権主張国】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】390023582

【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

(74)【代理人】

【識別番号】100169904

【弁理士】

【氏名又は名称】村井 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100159916

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 貴之

(72)【発明者】

【氏名】翁志強

(72)【発明者】

【氏名】蔡陳▲徳▼

(72)【発明者】

【氏名】丁嘉仁

(72)【発明者】

【氏名】徐瑞美

(72)【発明者】

【氏名】李祐昇

(72)【発明者】

【氏名】劉志宏

【審査官】 藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１７６１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１７２１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第９８／０３２１５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０７−２２６３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０４１３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０２８４２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／００−１／５４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上部電極と、
誘電材料により覆われる内蔵型電極を有し、接地されると共に駆動されて回転を行う下部電極と、
を備え、
前記上部電極は、前記上部電極の一面に凸設されると共にプラズマ源に接続される複数のポスト電極を含み、
前記上部電極の中央領域にはプラズマ欠乏領域を有し、
前記プラズマ欠乏領域内にはポスト電極がなく、
前記プラズマ欠乏領域の最外周から前記上部電極の外側リムまでの範囲内に複数の前記ポスト電極が設けられ、
前記複数のポスト電極により環状プラズマ分布領域が形成され、
前記プラズマ欠乏領域の最外周から前記上部電極の外側リムまでの範囲内にプラズマ処理領域が形成され、
前記複数のポスト電極は円心に巻回されて複数のサークルの同心円を形成させ、
各サークルには少なくとも１つの前記ポスト電極が設けられ、
前記各サークルの前記ポスト電極により形成される円環状軌跡の外縁及びそれと隣接する円環状軌跡の内縁は少なくとも接触し、
前記複数のサークルのポスト電極の円環状軌跡により前記環状プラズマ分布領域が形成されることを特徴とする、
プラズマ処理装置。

【請求項2】

前記内蔵型電極は環状部材または少なくとも１つの円形部材であり、
前記内蔵型電極により形成される円環状軌跡の中央円形領域は前記プラズマ欠乏領域に対応し、
前記内蔵型電極により形成される円環状軌跡の直径は最外周に位置される前記ポスト電極により形成される円環状軌跡の外縁の直径以上とな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。

【請求項3】

前記内蔵型電極は環状部材であり、その内縁の直径は最内周に位置される前記ポスト電極により形成される円環状軌跡の内縁の直径以下となることを特徴とする、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項4】

前記内蔵型電極は環状に配置される複数の円形部材で構成されることを特徴とする、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項5】

前記内蔵型電極の直径は事前処理された工作物の直径以上となることを特徴とする、
請求項２に記載のプラズマ処理装置。

【請求項6】

前記上部電極は導電材質の本体を備え、
前記複数のポスト電極は前記本体の一面に設置され、
前記本体には第１冷却チャネルが設けられ、
各前記ポスト電極の軸方向の中央部には前記第１冷却チャネルに連通されて冷却経路を形成させる第２冷却チャネルが設けられ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。

【請求項7】

前記プラズマ欠乏領域の範囲内には複数の通気孔が分布され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。

【請求項8】

前記上部電極と前記下部電極との間には反応シールドが設けられ、
前記反応シールドは、
環状を呈し、その内径は前記上部電極及び前記下部電極の外形より大きく、且つ少なくとも１つの通気孔が設けられるチャンバーと、
中空環状を呈し、前記チャンバーに連結される支持フレームと、
前記チャンバーを駆動させて前記支持フレームと同期で移動させる駆動装置と、
を備え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。

【請求項9】

前記上部電極の通気孔、前記上部電極と前記下部電極との間のプラズマ発生領域、前記チャンバーの通気孔、及び、前記チャンバーの内部には連通されるプロセスガス通路が形成されることを特徴とする、
請求項８に記載のプラズマ処理装置。

【請求項10】

前記上部電極の通気孔及び前記チャンバーの内部のうちの一方はプロセスガスのガス混合槽に接続され、他方は排ガス処理システムに接続されることを特徴とする、
請求項９に記載のプラズマ処理装置。

【請求項11】

前記チャンバーにはプロセスガスが前記チャンバーに出入りする方向を制御するためのバルブが設置されることを特徴とする、
請求項８に記載のプラズマ処理装置。

【請求項12】

前記駆動装置は前記チャンバーが第１方向に平行してプロセス位置と材料入出位置との間を往復移動するように制御を行い、
前記第１方向は前記ポスト電極の軸方向に平行になると共に水平面に垂直になり、
前記チャンバーが前記プロセス位置に位置される場合、前記チャンバーの下縁端及び前記下部電極の天井面が前記下部電極の天井面に水平になるかそれより高くなり、
前記チャンバーが前記材料入出位置に位置される場合、前記チャンバーの下縁端が下部電極の天井面より高くなることを特徴とする、
請求項８に記載のプラズマ処理装置。

【請求項13】

前記チャンバー及び前記支持フレームの材質は金属または誘電材料であることを特徴とする、
請求項８に記載のプラズマ処理装置。

【請求項14】

前記複数のポスト電極は誘電材料により覆われる導電材質であ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。

【請求項15】

隣接する２つのサークルの前記同心円上の前記ポスト電極の数量は同じであることを特徴とする、
請求項１４に記載のプラズマ処理装置。

【請求項16】

隣接する２つのサークルの前記同心円において、外サークルに位置される前記ポスト電極の数量が内サークルに位置される前記ポスト電極の数量より多いことを特徴とする、
請求項１４に記載のプラズマ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ処理装置に関し、更に詳しくは、複数の工作物を同時に処理し、プラズマの均一性を高め、研磨処理プロセスにおける材料除去率を向上する高効率の大面積平面型大気圧プラズマ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

シリコンベースパワー素子は材料の開発に制限があるため、高い周波数、高温、ハイパワー、高性能、劣悪な環境への耐性、携帯性等の市場の要求を満たせずにいた。炭化ケイ素（SiC）はワイドギャップ半導体材料であり、高い耐電圧性、高い飽和電子ドリフト速度、高い導熱係数等の物理特性を有し、ハイパワー及び高温半導体素子として使用するのに適合する。ＳｉＣは代表的な第３世代半導体材料であり、光電デバイス及びパワーエレクトロニクス機器を含む分野で広く応用されている。その傑出した半導体性能により、現代の工業分野で重要な革命的な機能を発揮し、応用可能性や市場での潜在的需要が極めて高い。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

炭化ケイ素チップは優れた材料特性を有するが、但し、炭化ケイ素はその硬度及び脆性（モース硬度９．２５〜９．５のダイヤモンドに次ぐ超硬材料）のために、最後の研磨加工プロセスでは材料を１〜２マイクロメートル（μm）の深さで除去せねばならないが、この過程では従来の化学機械研磨（CMP）プロセスでは数時間から１０時間以上の時間がかかり、ウェハー製造におけるボトルネックとなっており、処理コストが高くなった。このため、ウェハーの川上産業では大サイズ（直径≧４インチ）のＳｉＣチップの研磨加工における材料除去率を高める方法を求めている。

【0004】

平面型の大気圧プラズマについて主に考慮しなければならない重点は、大気圧下でプラズマを発生させる場合、平面電極方式で設置されると２つの電極間の間隙が傾斜した場合に同じパラメーター条件ではパッシェンの法則（Paschen’s curves）に従って、プラズマが２つの電極間の間隔が狭い位置に自然に集中して発生し、発生後には再分布されなくなった。よって、大面積の大気圧電極を製造する場合、電極間の間隔の精度を制御するのが困難であった。

【0005】

そこで、複数の工作物を同時に処理可能にし、プラズマの均一性及び研磨処理プロセスの材料除去率を高める『プラズマ処理装置』を如何に提供するかが、関連する技術分野の者にとって解決を望む課題となっている。

【0006】

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものである。上記課題解決のため、本発明は、プラズマ処理装置を提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のある態様のプラズマ処理装置は、
上部電極と、誘電材料に覆われる内蔵型電極を有し、接地されると共に駆動されて回転を行う下部電極とを備え、上部電極は、上部電極の一面に凸設されると共にプラズマ源に接続される複数のポスト電極を含み、上部電極の中央領域にプラズマ欠乏領域を有し、プラズマ欠乏領域内にはポスト電極がなく、プラズマ欠乏領域の最外周から上部電極の外側リムまでの範囲内に複数のポスト電極が設けられ、複数のポスト電極により環状プラズマ分布領域が形成され、プラズマ欠乏領域の最外周から上部電極の外側リムまでの範囲内にプラズマ処理領域が形成される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の分解構成を示す概略図である。

【図2】本発明のポスト電極の配置位置の実施形態を示する概略図である。

【図3】図１のＡ−Ａ線に沿う断面の概略図である。

【図4】本発明の冷却チャネルの実施形態を示する構成の概略図である。

【図5】本発明の通気孔が複数のポスト電極の間に設置される実施形態を示す構成の概略図である。

【図6】本発明の反応シールドの実施形態と上部電極、下部電極を上方から見た組み合わせ構成の概略図である。

【図7】図６のＢ−Ｂ線に沿う断面の概略図でり、反応シールドがプロセス位置に配置されるときの概略図である。

【図8】図６のＢ−Ｂ線に沿う断面の概略図でり、反応シールドが材料の出入り位置に配置されるときの概略図である。

【図9】本発明の下部電極の実施形態を示する傾斜の分解概略図である。

【図10】本発明の下部電極の他の実施形態を示する傾斜の分解概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本開示は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術の範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

【0010】

本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態は、上部電極１０及び接地されると共に駆動されて回転を行う下部電極２０を備える（図１参照）。上部電極１０は上下移動を行い、すなわち、下部電極２０に対して近付いたり離れたりする。上部電極１０はプラズマ源及びプロセスガスを提供するために用いられる。下部電極２０は工作物３０の載置プラットフォーム及びプラズマ電源の接地電極として作用する。上部電極１０と下部電極２０との間の領域はプラズマ発生領域である。下部電極２０は単独で大面積のプラズマ補助処理装置の接地電極となるか、或いは化学機械研磨装置と共に使用され、同時に化学機械研磨装置の研磨盤となる。

【0011】

図１及び図２に示すように、上部電極１０の一面（すなわち、図示する上部電極１０の底面）には複数のポスト電極１１１が設けられ、上部電極１０の中央領域にはプラズマ欠乏領域１３を有し、プラズマ欠乏領域１３内にはポスト電極１１１がない。プラズマ欠乏領域１３内にポスト電極が分布されないため、プラズマ欠乏領域１３はメクラ板とするか、またはガス出入り孔が設けられる。プラズマ欠乏領域１３の最外周Ｒ１から上部電極１０の外側リムＲ２までのの範囲内に複数のポスト電極１１１が設けられ、複数のポスト電極１１１により環状プラズマ分布領域が形成される。すなわち、プラズマ欠乏領域１３の最外周Ｒ１から上部電極１１の外側リムＲ２までの範囲内にプラズマ処理領域が形成される。上述の環状プラズマ分布領域及びプラズマ処理領域は共に工作物３０が載置される範囲をカバーし、例えば、図示される工作物３０は円形を呈し、上述の環状プラズマ分布領域及びプラズマ処理領域の径方向幅が少なくとも工作物３０の直径に等しくなる。

【0012】

図２は本発明のポスト電極の配置方法を示し、図は例を説明するためにすぎず、図示される数量及びサークル数に制限するものではない。ポスト電極１１１は誘電材料に覆われる導電材質である。複数のポスト電極１１１は円心に巻回されて複数のサークルＣ１〜Ｃ９の同心円を形成させ、各サークルには少なくとも１つのポスト電極１１１が設けられる。図中の各ポスト電極１１１内の数字は存在するサークルを表し、各サークルＣ１〜Ｃ９に位置されるポスト電極１１１を識別しやすくする。隣接する２つのサークルの同心円上のポスト電極１１１の数量は同じであり、例えば、第１サークルＣ１及び第２サークルＣ２には共に３つのポスト電極１１１が設けられ、第６サークルＣ６及び第７サークルＣ７には共に４つのポスト電極１１１が設けられ、第８サークルＣ８及び第９サークルＣ９には共に５つのポスト電極１１１が設けられる。または、隣接する２つのサークルの同心円は、外サークルに位置されるポスト電極１１１の数量が内サークルに位置されるポスト電極１１１の数量よりも多く、例えば、第５サークルＣ５には３つのポスト電極１１１が設けられる。各サークルのポスト電極により形成される円環状軌跡の外縁とこれに隣接する円環状軌跡の内縁とは少なくとも接触し、例えば、第１サークルＣ１及び第３サークルＣ３のポスト電極１１１の直径は同じであり、且つ第１第１サークルＣ１及び第３サークルＣ３の径方向の距離はポスト電極１１１の直径に等しく、或いは、第１サークルＣ１及び第３サークルＣ３の径方向の距離がポスト電極１１１の直径以下でもよく、他も同様である。第１サークルＣ１乃至第９サークルＣ９のポスト電極１１１の円環状軌跡により環状プラズマ分布領域が形成される。

【0013】

各サークルのポスト電極の数量については、以下の数式の通りとなる。
（前記サークルの直径×円周率）／基数
得られた値を四捨五入して整数の値とする。
基数は以下の数式で決定する。
（修正後の某サークルの各ポスト電極が負担する円周の長さ-基数）／基数×１００％
この後に各サークルの円周の長さの差異が最小のものを選ぶ。例えば、基数が８０及び１００に設定される場合、最大の誤差率〜９．２％となる（ポストの数はそれぞれ１１２、９１）。

【0014】

処理面積の拡充を考慮する場合、外層のポスト電極の数量も追随して増加し、最小誤差解のポスト電極数が多くなりすぎる。このため、誤差率を大きくし、例えば、円周の長さの誤差率を〜１０％とし、但し、誤差率が大きくなってなければ総ポスト電極数は低くなる。例えば、基数を１１０に設定する場合、最大誤差率が〜１０％となり、総ポスト電極数が８２個となる。

【0015】

基数が異なる場合、総ポスト電極数の影響は下記の通りとなる。
基数が７０である場合：

【表1】

【0016】

基数が１００である場合：

【表2】

【0017】

基数が１３０である場合：

【表3】

【0018】

次に、ポスト電極の位置の設計について、上述の各サークルのポスト電極数が得られた後、エクセルの乱数関数ｒａｎｄ（）×３６０を用いて角度変化をランダムに生成し、各サークルの１個目のポスト電極の分布角度を決定し、前記サークルの２個目乃至ｎ個目のポスト電極を平均的に分布する。例えば、第１サークルが３つのポスト電極を有する場合、間隔は３６０／３＝１２０となる。第３サークルが４つのポスト電極を有する場合、間隔は３６０／４＝９０となり、他も同様となり、角度が３６０度以上の場合は修正を行う（３６０度減らす）。乱数を取得する際、隣接する２つのサークルの間隔がポスト電極の直径より小さい場合、再度乱数を取得し、重複する部分がある場合、状況を見ながら全サークルを移動させるか単一のみ移動させる。ポスト電極のパターン配列は全面に均一に分布する必要があり、規則的な図形となるのを避ける。規則的なパターン（例えば、各サークルのポスト電極が同一の放射状線上に配列される）は処理欠乏領域を分布形成させるため、ポスト電極はこのような前記処理欠乏領域の形成を避けるように調整する必要がある。

【0019】

上述のポスト電極の調整の実際の検証データとして、下記の表を参照する。これは基数が１１０の場合を例として計算した各サークルのポスト電極数及びポスト電極の分布位置を表す。

【表4】

【0020】

次いで、数式を用いてポスト電極の位置の設計を決定する。サークル内のポスト電極数が同じ場合、第Ｘサークル及び第Ｘ＋１サークルのポスト電極の分布挟角の間隔の計算法は下記の通りとなる。
３６０／２ｎ （ｎはＸサークル及びＸ＋１サークルのポスト電極の個数）；
ここでは、ｎが基数である場合、負符号を選択し、ｎが偶数である場合、正符号を選択する。

【0021】

各サークルのポスト数が３６０度均一に分布される前提の下、サークルとする電極が分布される。即ち、ポスト電極の数量が３である場合、分布間隔を３６０／３＝１２０度として計算する。第１サークル及び第２サークルのポスト数が共に３であれば、第１サークル及び第２サークルのポスト電極の配列の差異角度が：３６０／（２×-３）＝-６０となる。仮に第１サークルのポスト電極が０、１２０、２４０度の位置に設置される場合、第２サークルのポスト電極は第１サークルの１個目のポスト電極が０度となるのを基準とし、ポスト電極の間隔が３６０／３＝１２０となる前提の下、（０（３６０）-６０）３００、（３００＋１２０）６０、（６０＋１２０）１８０（円の角度の概念は、１サークル＝３６０度、３２０＋１２０＝４４０がサークルを超えるため、４４０-３６０＝６０となる）に設置される。

【0022】

ｘ及びｘ＋１サークルのサークル数が異なる場合、使用される計算式は下記の通りである。
（３６０／ｎ-３６０／ｎ＋１）；
ここでは、ｎが基数である場合、括弧前方は負符号を選択し、ｎが偶数である場合、括弧前方は正符号を選択する。
（３６０／ｎ-３６０／ｎ＋１）＜１０である場合、下記の数式に変更する：
（３６０／ｎ-３６０／ｎ＋１）×ｎ／２；
ここでは、ｎが基数である場合、括弧前方は負符号を選択し、ｎが偶数である場合、括弧前方は正符号を選択する。

【0023】

よって、第３サークルの第１点が６０-（３６０／３-３６０／４）＝３０である場合、第３サークルは、３０、１２０、２１０、３００と分布される。第４サークル及び第３サークルの凸点数が同じである場合、第１点の間隔＝３０＋３６０／（２×４）＝７５となり、即ち、第４サークルが、７５、１４５、２３５、３２５と分布される。

【0024】

上述の数式の計算により得られるポスト電極の各点の分布は下記の通りである：

【表5】

【0025】

以上を総合すると、本発明のポスト電極の分布は原則的に以下の通りになる。
ポスト電極が分布される環状領域内の隣接する２つのサークルのポストの数量は内外のサークルが同じとなるか、または外サークルが内サークルよりも多くなる。全体的には、ポストの個数は内サークルから外サークルにかけて増加する。
隣接する２つのサークルの同心円は、外サークル及び内サークルの直径の差異が最多でもポスト電極の直径の２倍を超えず、内外のポスト電極が少なくとも接触する。但し、好ましい設計では、ポスト電極の直径の２倍よりもやや小さく、ポストの内外のサークル電極処理領域が部分的に重複する。

【0026】

内から外にかけての各サークルのポスト電極の数量の規則は以下の通りである。
最小誤差解：「基数」を選択後に各サークルの円周の長さの差異が最小のものを計算する；
（１）円周の長さの誤差を取り除く計算法：誤差（各サークルのポスト数が負担する円周の長さ-基数）／基数×１００％；
（２）ポスト数の設置を考慮した次善解：ポスト数の総数量が多くなることを考慮し、処理面積の拡充を考慮すると外層のポスト数の数量も追随して増加し、次善解（円周の長さの誤差率〜１０％、但し、総ポスト数が誤差率の最良解の次善解より少なくなる）を選択する。

【0027】

ポスト電極の分布方法は原則的に下記の通りとなる：
（１）各サークルのポスト電極が平均的に分布される；即ち、分布間隔が３６０度／ｎとなり、ｎは前記サークルのポスト電極の数量に等しい。
（２）隣接する２つのサークルのポスト電極は同一の角度の延伸線上に位置しないようにし、内外のサークルの間隔が直径の２倍以下の場合、部分的に重複する。
（３）ポスト電極の分布は某サークルの某基準点を設定し、某定値移動角度を加え、乱数により第１点の分布角度を獲得する方式、カスタム数式を代入する方式（数式は唯一のものではない）、及び人工的に分布する方式にて行われる；
（４）乱数により１個目の点を定める場合、隣接する２つのサークルの間隔がポスト電極の直径以下であれば、乱数を再取得する（ポスト電極の重複を避ける）；
（５）ポスト電極は全盤面に向けて均一に分布し、規則的な図形が形成されないようにする必要がある。

【0028】

隣接するサークルの重複の解決方法は下記の通りである：
（１）内サークルまたは外サークル全体のポスト電極の設定と同時に一角度移動させる；
（２）残りの点は不動とし、重複点の移動により前記隣接する２つの点をずらす（円心から円心までの距離を少なくともポスト電極の直径に等しくする）。

【0029】

図１及び図３に示すように、上部電極１０は導電材質の本体１１及び誘電材料の筐体１２を備える。本体１１の一面（すなわち、図示本体１１の底面）には複数のポスト電極１１１が設けられ、ポスト電極１１１は上部電極１０の本体１１の一面に凸設されると共にプラズマ源に接続される。各ポスト電極１１１は全て円柱体であり、その軸方向の端部は下部電極２０に向けられる。図３に示すように、ポスト電極１１１及び前記本体１１は一体成形されるほか、連結部材により固定される方式によりポスト電極１１１と前記本体１１とが結合される。例えば、ポスト電極１１１の上部には本体１１に進入した後にＣ形リングに固定される凸部が設けられる。各ポスト電極１１１には誘電材料のポスト電極ソックス１１２が覆設される。筐体１２は複数のポスト電極１１１に対応する位置に複数の第１孔１２１が設けられ、本体１１は筐体１２に内設され、ポスト電極ソックス１１２が覆設される複数のポスト電極１１１は対応する第１孔１２１から筐体１２の外に突出する。上部電極１０のプラズマ欠乏領域１３の範囲内には複数の通気孔１２２が分布される。本体１１の複数のポスト電極１１１が設けられる面にはセラミック片やテフロン（登録商標）片等の誘電材料のスペーサー板１１３が設置される。本体１１には複数のポスト電極１１１が設けられる面（すなわち、図示本体１１の天井面）に対して第１冷却チャネル１１４及び第１流体入口１１６が設けられる。各ポスト電極１１１の軸方向の中央部には第１冷却チャネル１１４に連通されて冷却経路を形成させる第２冷却チャネル１１７が設けられる。

【0030】

また、図３及び図４に示すように、第１冷却チャネル１１４は連続する流路であり、流入端１１４１及び排出端１１４２を有する。本体１１には複数のポスト電極１１１が設けられる面に対して第１冷却チャネル１１４を被覆させる導電材質の第１カバープレート１１５が設けられる。第１カバープレート１１５には流体入口１１５１、流体出口１１５２、及び第２流体入口１１５３が設けられ、第２流体入口１１５３は第１流体入口１１６を介して通気孔１２２に連通される。冷却液は流体入口１１５１から流入端１１４１に進入し、排出端１１４２から流体出口１１５２を経由して第１冷却チャネル１１４に流出する。また、筐体１２は誘電材料の第２カバープレート１２３を有し、第２カバープレート１２３は筐体１２の複数のポスト電極１１１が設けられる面に対して設置され、且つ第１カバープレート１１５を被覆させる。第２カバープレート１２３が密封させた後、第１冷却チャネル１１４及び第２冷却チャネル１１７により密閉される循環流路が形成され、上部電極１０に流体が導入されて冷却され、上部電極１０の温度が維持される。

【0031】

図５は通気孔１２２が複数のポスト電極１１１間に設置されてガスを導入する実施形態の構造を示す。図３に示す通気孔１２２がプラズマ欠乏領域１３の範囲内に設置される実施形態とは異なる。

【0032】

また、図１及び図５に示すように、上部電極１０は導電材質の本体１１及び誘電材料の筐体１２を備える。本体１１の一面（すなわち、本体１１の底面に図示される）には複数のポスト電極１１１が設けられ、ポスト電極１１１は上部電極１０の本体１１の一面に凸設されると共にプラズマ源に接続される。各ポスト電極１１１は全て円柱体であり、その軸方向の端部は下部電極２０に向けられる。図５に示すように、ポスト電極１１１及び前記本体１１は一体成形されるほか、連結部材による固定方式によりポスト電極１１１及び前記本体１１が結合されてもよい。例えば、ポスト電極１１１の上部には本体１１に進入した後にＣ形リングに固定される凸部が設置される。各ポスト電極１１１には誘電材料のポスト電極ソックス１１２が覆設される。筐体１２は複数のポスト電極１１１に対応する位置に複数の第１孔１２１が設けられる。本体１１は筐体１２に内設され、ポスト電極ソックス１１２が覆設される複数のポスト電極１１１は対応する第１孔１２１から筐体１２の外に突出する。複数のポスト電極１１１間には複数の通気孔１２２が分布される。本体１１の複数のポスト電極１１１が設けられる面にはセラミック片、テフロン（登録商標）片等の誘電材料のスペーサー板１１３が設置される。本体１１の複数のポスト電極１１１が設けられる面（すなわち、本体１１の天井面に図示される）には第１冷却チャネル１１４及び第１流体入口１１６が設けられる。各ポスト電極１１１の軸方向の中央部には第１冷却チャネル１１４に連通されて冷却経路を形成させる第２冷却チャネル１１７が設けられる。

【0033】

図４及び図５に示すように、第１冷却チャネル１１４は連続する流路であり、流入端１１４１及び排出端１１４２を有する。本体１１の複数のポスト電極１１１が設けられる面に対して第１冷却チャネル１１４を被覆させる導電材質の第１カバープレート１１５が設置される。第１カバープレート１１５には流体入口１１５１、流体出口１１５２、及び第２流体入口１１５３が設けられる。冷却液は流体入口１１５１から流入端１１４１に進入し、排出端１１４２から流体出口１１５２を経て第１冷却チャネル１１４に流出する。プロセスガスは外部から第２流体入口１１５３及び第１流体入口１１６を通過させた後、複数の通気孔１２２をそれぞれ経由して筐体１２に流出し、且つ上部電極１０と下部電極２０との間のプラズマ発生領域に流れ込む。また、筐体１２は誘電材料の第２カバープレート１２３を有し、第２カバープレート１２３は筐体１２の複数のポスト電極１１１が設けられる面に対して設置されると共に第１カバープレート１１５を被覆させる。第２カバープレート１２３が密封させた後、第１冷却チャネル１１４及び第２冷却チャネル１１７により密閉される循環流路が形成され、上部電極１０に流体が導入されて冷却され、上部電極１０の温度が維持される。

【0034】

ちなみに、上述の実施形態に採用される誘電材料の筐体１２、誘電材料のポスト電極ソックス１１２、誘電材料のスペーサー板１１３、及び誘電材料の第２カバープレート１２３は、各ポスト電極１１１がプラズマを均一に励起させるために作用し、且つプラズマ発生時に、帯電粒子が導電電極を直接爆撃して電弧放電が発生し、電極を損傷するのを防ぐ。然しながら、この目的を達成するために採用される技術手段はこれに限られず、例えば、筐体１２及びポスト電極ソックス１１２が結合されて全体が上部電極１０及びポスト電極１１１を覆う誘電材料としてもよい。また、図１乃至図５には上部電極の立体、仰視、断面構造をそれぞれ示し、これは概略図にすぎず、等比例で描写するわけではない。

【0035】

なお、図６及び図７に示すように、上部電極１０と下部電極２０との間には反応シールド４０が設置され、反応シールド４０はチャンバー４１と、支持フレーム４２と、駆動装置４３とを備える。チャンバー４１は環状を呈し、その内径は上部電極１０及び下部電極２０の外形より大きく、チャンバー４１には少なくとも１つの通気孔４１１が設けられる。チャンバー４１には、チャンバー４１へのプロセスガスの進出方向を制御するためのバルブ（図示せず）が設けられる。チャンバー４１の材質に制限はなく、金属または誘電材料でもよい。支持フレーム４２はチャンバー４１の上部に設置され、支持フレーム４２は中空環状を呈し、上部止め板として用いられる。支持フレーム４２の材質に制限はなく、金属または誘電材料でもよい。駆動装置４３はチャンバー４１に接続され、チャンバー４１及び支持フレーム４２を駆動させて同期で移動させる。

【0036】

図３及び図７に示すように、第２流体入口１１５３、第１流体入口１１６、上部電極１０の通気孔１２２、上部電極１０と下部電極２０と間のプラズマ発生領域、チャンバー４０の通気孔４１１、及びチャンバー４１の内部には連通されるプロセスガス通路が形成され、これにより、第２流体入口１１５３がプロセスガスのガス混合槽に接続され、チャンバー４１が排ガス処理システムに連通されると、プロセスガスが第２流体入口１１５３に導入され、第１流体入口１１６、上部電極１０の通気孔１２２、上部電極１０と下部電極２０との間のプラズマ発生領域、チャンバー４０の通気孔４１１、及びチャンバー４１の内部を流れた後、排ガス処理システムに排出される。この際、通気孔１２２は送気口となり、通気孔４１１は吸気口となる。プロセスガスの流動方向は図３及び図７の矢印の頭の方向によって示す。

【0037】

反対に、チャンバー４１がプロセスガスのガス混合槽に連通され、第２流体入口１１５３が排ガス処理システムに接続されると、プロセスガスがチャンバー４１内部に導入され、チャンバー４０の通気孔４１１、上部電極１０と下部電極２０との間のプラズマ発生領域、上部電極１０の通気孔１２２、第１流体入口１１６、及び第２流体入口１１５３を流れた後、排ガス処理システムに排出される。チャンバー４１のバルブによりチャンバーへのプロセスガスの進出方向が制御され、この際、通気孔４１１が送気口となり、通気孔１２２が吸気口となる。プロセスガスの流動方向は図３及び図７に示す矢印の頭の方向とは反対となる。

【0038】

図７及び図８に示すように、駆動装置４３によりチャンバー４１が第１方向Ｆ１に平行してプロセス位置（図７に示す位置）と材料入出位置（図８に示す位置）との間を往復移動するように制御され、チャンバー４１の内側面には上部電極１０の外側縁に接触する複数のローラー４１２が設置され、反応シールド４０を上下移動するように案内するために用いられる。第１方向Ｆ１はポスト電極１１１の軸方向Ｘ１に平行になると共に水平面に垂直になる。図７に示すように、チャンバー４１がプロセス位置に位置される場合、チャンバー４１の下縁端及び下部電極２０の底面が接触するか下部電極２０の底面よりも低くなる。図８に示すように、駆動装置４３によりチャンバー４１が上に持ち上げられ、チャンバー４１が材料入出位置に位置される場合、チャンバー４１の下縁端が下部電極２０の天井面よりも高くなり、下部電極２０がプラズマ処理領域から移動されてプラズマ処理を行う新たな工作物３０と置換され、その後駆動装置４３によりチャンバー４１が図９に示すプロセス位置まで下降され、工作物３０のプラズマ処理が行われる。

【0039】

本発明に設置される反応シールド４０の作用は以下の通りである。
（１）上部電極と下部電極との間の空間を覆い、ガスの組成成分を安定させ、外界のガスの影響を受けないようにする。
（２）通気及び吸気のための孔を有し、プロセスの終了後に残留する反応ガスを高速に置換させる。
（３）入出される材料が互いに干渉しないようにするためのガイド装置を備える。
（４）ガスガイド孔（または吸気孔）が設置されてプロセスガスの導入方式が変更される。この方式が使用される場合、通気孔１２２が省略される。

【0040】

図９に示す実施形態を参照すると、下部電極２０は、載置体２１と、カバー２３と、内蔵型電極２２とを備える。内蔵型電極２２は環状部材であり、載置体２１及びカバー２３は誘電材料であり、内蔵型電極２２がその間に挟まれると共に内蔵型電極２２の外が被覆される。

【0041】

図２及び図９に示すように、内蔵型電極２２により形成される円環状軌跡の中央円形領域はプラズマ欠乏領域１３に対応し、内蔵型電極２２により形成される円環状軌跡の直径Ｄ１は最外周に位置されるポスト電極１１１により形成される円環状軌跡の外縁の直径Ｄ２以上であり、内蔵型電極２２により形成される円環状軌跡の内縁の直径の円環状軌跡の直径Ｄ３（すなわち、内蔵型電極２２の内縁の直径）は最内周に位置される前記ポスト電極１１１により形成される円環状軌跡の内縁の直径Ｄ４以下である。ちなみに、本実施形態において内蔵型電極２２が環状部材として設計される理由は、上部電極１０のプラズマ欠乏領域１３にプラズマが発生しないため、下部電極２０を上部電極１０のプラズマ欠乏領域１３の位置に対応させて下部電極を設置不要にし、コストを節約するためである。換言すれば、コストを考慮しなければ内蔵型電極２２を円形部材として設置してもよい。

【0042】

図１０に示すように、下部電極２０Ａは載置体２１Ａと、３つのカバー２３Ａと、３つの内蔵型電極２２Ａとを備える。内蔵型電極２２Ａは円形部材であり、載置体２１Ａ及びカバー２３Ａは誘電材料であり、内蔵型電極２２Ａがその間に挟まれると共に内蔵型電極２２Ａの外を被覆させる。然しながら、内蔵型電極２２Ａの数量は３つに限られない。

【0043】

また、図２及び図１０に示すように、内蔵型電極２２Ａにより形成される円環状軌跡の中央円形領域はプラズマ欠乏領域１３に対応し、内蔵型電極２２Ａにより形成される円環状軌跡の直径Ｄ５は最外周に位置されるポスト電極１１１により形成される円環状軌跡の外縁の直径Ｄ２以上であり、内蔵型電極２２Ａにより形成される円環状軌跡の内縁の直径の円環状軌跡の直径Ｄ６は最内周に位置される前記ポスト電極１１１により形成される円環状軌跡の内縁の直径Ｄ４以下である。内蔵型電極２２Ａの直径Ｄ７は処理する工作物３０の直径Ｄ８以上である。

【0044】

本実施形態において内蔵型電極２２Ａが円形部材として設計され、工作物を内蔵型電極２２Ａが設置される位置に載置するのみでよくなる（図１参照）。よって、図９に示す実施形態と比較すると、本実施形態では下部電極の製造コストが更に低下する。また、使用者が内蔵型電極２２Ａの設置数を決めることができる。例えば、図１０に示すように３つの内蔵型電極２２Ａを設置してもよく、１つや２つでもよい。３つの内蔵型電極２２Ａが設置される場合、毎回１つ、２つ、または最多で３つの工作物を処理可能になる。２つの内蔵型電極２２Ａが設置される場合、必要に応じて毎回１つまたは２つの工作物を処理可能になる。工作物が内蔵型電極の対応位置に載置されなければプラズマが発生しないため、パワーの消耗が低減する。

【0045】

図９及び図１０は本発明の内蔵型電極が単一の環状部材または複数の円形部材で構成され、電極の凸部が恒久的または間歇的にプラズマを発生させるのを示す。

【0046】

上述の設計原則により、本発明のプラズマ欠乏領域１３の設置基準は以下の通りとなる。
（１）下部電極２０のサイズを確認し、例えば、直径が３５５ｍｍであるか、或いは他のサイズを確認する
（２）処理する工作物２０のサイズを確認し、例えば、直径が４インチのウェハーであるか、或いは他のサイズの工作物であるか等を確認する。
（３）最外層のポスト電極１１１の分布が内蔵型電極２２、２２Ａの分布の外周と等しいかやや大きくなる。
（４）最内層のポスト電極１１１の分布が下部電極２０と等しいかやや小さくなる。

【0047】

以上を総合すると、本発明のプラズマ処理装置は、硬脆材料（例えば、炭化ケイ素、silicon carbide）に用いられて研磨効率を向上させる大面積の大気圧プラズマ処理装置であり、プラズマによりガスが発生させる反応物と硬脆材料表面に発生する物理及び化学反応とを解離させ、表面の改質を行うか、または揮発物を形成させて表面から除去する効果を達成させ、機械化学研磨において加工が難しい硬脆材料表面の研磨プロセスにおける除去効率が低すぎることによる加工コストの高騰という問題を解決させる。なお、本発明は、ポスト電極が配列されることで環状プラズマ処理領域域が構成される非対称のポスト構造分布を有する上部電極と、内蔵型電極の設計が上部電極の環状プラズマ処理領域に適合するように設置される内蔵型電極を有する下部電極とを備える。高い周波数のプラズマ源（例えばＲＦ）が上部電極で励起されると、上部電極の凸部構造及び下部電極の内蔵型電極に対応する箇所でプラズマが発生する。下部電極は回転動力を提供する装置に接続され、回転速度の調整に用いられる。下部電極の回転が起動されると、上部電極の環状領域のポスト電極が分布される設計であり、プラズマの処理範囲は全処理面を含み、複数の工作物（例えば、複数枚のＳｉＣウェハー）の同時処理の目的を達成させる。本発明で使用されるプラズマシステムは大気圧中で発生し、大面積であり、真空チャンバーが不要であり、但し、上部電極と下部電極との間に移動式の反応シールドが設置されて外界環境の干渉が低減し、プロセス完成後にプロセスガスが高速に抽出される。

【0048】

また、本発明は大気圧環境で乾式処理を行い、機械化学研磨設備と統合しやすい。実験による検証の結果、市販の４インチの炭化ケイ素硬脆ウェハー材料の研磨除去効率（現段階で最も良い）は０．２３から１．５１ｕｍ／ｈｒまで向上した（６５７％向上）。

【0049】

上述の実施形態は本発明の技術思想及び特徴を説明するためのものにすぎず、当該技術分野を熟知する者に本発明の内容を理解させると共にこれをもって実施させることを目的とし、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。従って、本発明の精神を逸脱せずに行う各種の同様の効果をもつ改良又は変更は、後述の請求項に含まれるものとする。

【符号の説明】

【0050】

１０：上部電極
１１：本体
１１１：ポスト電極
１１２：ポスト電極ソックス
１１３：スペーサー板
１１４：第１冷却チャネル
１１４１：流入端
１１４２：排出端
１１５：第１カバープレート
１１５１：流体入口
１１５２：流体出口
１１５３：第２流体入口
１１６：第１流体入口
１１７：第２冷却チャネル
１２：筐体
１２１：第１孔
１２２：通気孔
１２３：第２カバープレート
１３：プラズマ欠乏領域
２０：下部電極
２０Ａ：下部電極
２１：載置体
２１Ａ：載置体
２３：カバー
２３Ａ：カバー
２２：内蔵型電極
２２Ａ：内蔵型電極
３０：工作物
４０：反応シールド
４１：チャンバー
４１１：排気孔
４１２：ローラー
４２：支持フレーム
４３：駆動装置
Ｃ１：サークル
Ｃ２：サークル
Ｃ３：サークル
Ｃ４：サークル
Ｃ５：サークル
Ｃ６：サークル
Ｃ７：サークル
Ｃ８：サークル
Ｃ９：サークル
Ｄ１：直径
Ｄ２：直径
Ｄ３：直径
Ｄ４：直径
Ｄ５：直径
Ｄ６：直径
Ｄ７：直径
Ｄ８：直径
Ｆ１：第１方向
Ｒ１：外周
Ｒ２：外側リム
Ｘ１：軸方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】