サブ大気圧プラズマを用いた高能率数値制御加工のための多電極型プラズマ発生装置の開発

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.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，Φ 300 mmのウェハにおいてSOI層の膜厚均一性がP-V値で1.0 nm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ウェハのSOI層の膜厚を数値制御犠牲酸化法によりP-V値2.4 nmから0.9 nm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，酸素プラズマを用いた犠牲酸化法により40分という短時間でSOIウェハのSOI層の膜厚をP-V値2.85 nmから0.86 nmまでの改善を実証しており，ナノメートルオーダーの数値制御加工に成功している[2].しかし，犠牲酸化法は酸化膜の生成がある程度で飽和するため、多くの加工量を必要とする工程や，SiL_2など酸化物の加工には適用できない，と言った問題点が存在する.そこで新たに多電極型装置に PCVM(Plasma Chemical Vaporization Machining)法[3]の適用を提案する.PCVM法による一括数値制御加工を行うにあたって，ガスの流れによる影響のため電極全面で均一な加工を行うことが困難であることが想定される.そこで，本研究ではプラズマON/OFF時間を設けた新たな加工手順を考案し，検討した結果について報告する