高能率数値制御加工のための多電極プラズマ発生装置の開発－19 個の固定電極を有する基礎実験装置の試作と数値制御加工の実証

摘要

最先端計測機器や最先端電子デバイス分野において，その高精度化，高集積化，高速化等を目的に，極めて高い形状精度を有する光学素子や基板が必要とされてきた．硬 X 線集光装置用非球面ミラーや X 線望遠鏡用非球面ミラー等の光学素子には，ナノメートルレベルの形状精度が必要とされている．例えば，硬 X 線集光用ミラーでは 500 × 50mm~2 の領域において 2mm 以下の形状誤差が必要とされている．また半導体分野においても，高性能演算回路や高周波デバイス等に用いられる SOI 半導体基板では，厚み精度としてサブナノメートルが必要とされている．その精度は，Φ300 mm のウエハにおいて SOI 層の膜厚均一性がP-V値で 1.0 mm 以下である．こうしたナノオーダーの高精度な形状精度を実現するための加工法として，事前に計測した誤差に基づき，任意の位置で任意の量の加工を行う数値制御加工が開発されている．この手法は，走査速度を制御しながら被加工物全面を走査加工することによって，形状誤差を修正するものである．例えば 8 インチの SOI ウエハのSOI 層の膜厚を数値制御犠牲酸化法により P-V 値2.4mm から 0.9mm まで改善するという高精度な加工を実現できている［1］．しかしながら，この手法は単一の加工ヘッドに対して被加工物全面を走査加工するために，大面積の加工に長時間を要するため，大口径半導体基板のような大量生産が求められるものの加工に適用することは困難であった．そこで，図 1 のように単一の加工ヘッドを被加工物表面に対して全面走査するのではなく，多数の加工ヘッドを被加工物全面を覆うように敷き詰めて配置し，個々の加工ヘッドの処理時間を個別に制御する全く新しい全面一括型数値制御加工法を提案してきた．これまでの研究では，電極の上部にアクチュェータを取り付け，電極試料間のギャップを変化させることでプラズマの点灯を制御し，犠牲酸化法により 8 インチ SOIウエハの 6 分の1の領域において SOI 層の膜厚を P-V 値 4.5mm から 1.1mm まで改善することに成功した［2］．しかし，電極の上下動によりプラズマの発生を制御する手法では加工の空間分解能，すなわち電極の大きさがアクチュエータの大きさに制限されるため，電極の小型化と電極数の増大が困難である．そこで，電極を固定し電極へ印加する高周波電力をトランジスタにより ON／OFF 制御することでプラズマのON／OFFを制御する機構を考案した．本報では，MOSFET（Meta;-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）を用いたスイッチング回路について検討した結果，及び各固定電極間の距離について検討した結果についてその概要を紹介した後，19 個の固定電極を有する基礎実験用多電極プラズマ発生装置の設計製作，及びその実証実験として大気圧酸素プラズマを用いた犠牲酸化法により SOI層の膜厚均一化加工を行った結果について報告する．