JP2004300496A

JP2004300496A - Device and method for etching

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Publication number: JP2004300496A
Application number: JP2003093719A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Terayama; 暢之寺山; Akitaka Kashiwabara; 哲隆柏原; Nobuyuki Shimizu; 信行清水
Original assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Current assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP4050646B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively remove a silicon-containing DLC (diamond like carbon) film. <P>SOLUTION: A plasma 20 is generated by supplying argon gas, hydrogen gas and oxygen gas to a plasma gun 18, and the oxygen ionized by the plasma 20 reacts with a carbon component and a hydrogen component in the silicon-containing DLC film formed on the surfaces of substrates to be treated 54, 54, etc. Thereby, the carbon component and the hydrogen component are removed as carbon gas and water. Meanwhile, the ionized oxygen reacts with a silicon component in the silicon-containing DLC film to generate silicon oxide on the surfaces of the plurality of the substrates to be treated 54. When the oxygen gas supply is withdrawn, the silicon oxide reacts with the ionized hydrogen gas and is removed as silane gas and water. Supplying and withdrawal of the oxygen gas is alternately performed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、いわゆるプラズマエッチ方式のエッチング装置およびエッチング方法に関し、特に例えばシリコン（Ｓｉ）を含有するＤＬＣ（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ）膜を除去するのに適した、エッチング装置およびエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ＤＬＣ膜は、高硬度で耐摩耗性に優れ、しかも潤滑性が高いという特徴を有している。かかるＤＬＣ膜についても、他の被膜と同様、その成膜過程において多少の不良品が発生する。このような不良品は、再度成膜処理を施されることによって良品として再生されるが、その前処理として、不良なＤＬＣ膜を除去するべくエッチング処理が行われる。従来、このエッチング処理を行うことのできる装置として、非特許文献１に示すような酸素（Ｏ_２）プラズマを用いるものが知られている。この従来技術によれば、プラズマによってイオン化された酸素（Ｏ_２）が、ＤＬＣ膜を構成する炭素（Ｃ）成分および水素（Ｈ_２）成分のそれぞれと反応する。これによって、ＤＬＣ膜は、炭素系ガス（ＣＯまたはＣＯ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）となって除去される。
【０００３】
【非特許文献１】
株式会社神戸製鋼所製Ｒ＆Ｄ機“ＬＭＨ−３００”カタログ［平成１５年３月２０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｏｂｅｌｃｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｐ１０９／ｃｖｄ／ｌｍｈ．ｈｔｍ＞
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、シリコンが含有されたいわゆるシリコン含有ＤＬＣ膜が、注目されている。このシリコン含有ＤＬＣ膜は、シリコンが含有されていないＤＬＣ膜に比べて摩擦係数が小さい、例えば１／３程度であるという特徴を有する。しかし、このシリコン含有ＤＬＣ膜を除去する必要に迫られたときに上述の従来技術が使用されると、次のような問題が生じる。
【０００５】
すなわち、イオン化された酸素は、シリコン含有ＤＬＣ膜を構成する炭素成分および水素成分のそれぞれと反応する。これによって、これら炭素成分および水素成分は、上述と同様に炭素系ガスおよび水となって除去される。ところが、これと同時に、イオン化された酸素は、シリコン含有ＤＬＣ膜のシリコン成分とも反応し、これによって被処理物上、厳密には未だ除去されずに残っているシリコン含有ＤＬＣ膜上に、シリコン系酸化物（ＳｉＯまたはＳｉＯ_２）が生成される。このシリコン系酸化物は、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去する上でバリアとなる。従って、かかるシリコン系酸化物が生成されると、その下にあるシリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去することができなくなる。また、このシリコン系酸化物は、新たに生成（堆積）されるだけで、除去されない。つまり、従来技術では、シリコン含有ＤＬＣ膜を効果的に除去することができない、という問題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、シリコン含有ＤＬＣ膜を効果的に除去することのできるエッチング装置およびエッチング方法を提供することを、目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、シリコンを含有するＤＬＣ膜が表面に形成された被処理物が収容される真空槽と、真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、酸素ガスを含む第１ガスを真空槽内に供給する第１供給手段と、酸素ガスの供給によって被処理物上に生成される化合物を除去するための第２ガスを真空槽内に供給する第２供給手段と、第１供給手段および第２供給手段を交互に有効化する有効化手段と、を具備するエッチング装置である。
【０００８】
この第１の発明では、真空槽内に被処理物が収容される。この被処理物の表面には、シリコン含有ＤＬＣ膜が形成されている。そして、真空槽内には、プラズマ発生手段によってプラズマが発生される。ここで、有効化手段によって第１供給手段が有効化されると、酸素ガスを含む第１ガスが真空槽内に供給される。この第１ガスに含まれる酸素ガスは、プラズマによってイオン化され、イオン化された酸素は、シリコン含有ＤＬＣ膜を構成する炭素成分および水素成分のそれぞれと反応する。これによって、当該炭素成分および水素成分は、炭素系ガスおよび水となって除去される。これと同時に、イオン化された酸素は、シリコンＤＬＣ膜のシリコン成分とも反応する。これによって、被処理物上、厳密には未だ除去されずに残っているシリコン含有ＤＬＣ膜上に、化合物、具体的にはシリコン系酸化物が生成される。このシリコン系酸化物は、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去する上でバリアとなるが、第２供給手段が有効化されたときに除去される。すなわち、第２供給手段が有効化手段によって有効化されると、真空槽内に第２ガスが供給される。この第２ガスは、シリコン系酸化物に対して除去作用を有する。従って、シリコン酸化物は、当該第２ガスによる除去作用によって除去される。これら第１供給手段および第２供給手段は、有効化手段によって交互に有効化される。つまり、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去するための処理と、この処理によって被処理物上に形成されるシリコン系酸化物を除去するための処理とが、交互に行われる。
【０００９】
なお、第１供給手段の１回当たりの有効化時間、つまりシリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去するための１回当たりの処理時間は、５秒〜３００秒の範囲内であるのが、望ましい。なぜなら、これら炭素成分および水素成分を除去するとき同時にシリコン系酸化物が生成されるという環境下において、当該炭素成分および水素成分を効果的に除去する、換言すれば適切なエッチングレートを得るのに、この時間が適当であるからである。
【００１０】
同様に、第２供給手段の１回当たりの有効化時間、つまりシリコン系酸化物を除去するための１回当たりの処理時間もまた、５秒〜３００秒の範囲内であるのが、望ましい。
【００１１】
また、第２ガスは水素ガスを含むものであるのが、望ましい。すなわち、真空槽内に水素ガスが供給されたときにシリコン系酸化物が除去されることが、実験によって確認された。これは、真空槽内に供給された水素ガスがプラズマによってイオン化され、イオン化された水素がシリコン系酸化物を構成するシリコンおよび酸素のそれぞれと反応し、この結果、シリコン系酸化物はシラン系（ＳｉＨ_４など）ガスおよび水となって除去されるものと考えられる。
【００１２】
さらに、被処理物にバイアス電圧を印加するバイアス印加手段を、設けてもよい。なお、バイアス電圧は周波数が５０［ｋＨｚ］〜２５０［ｋＨｚ］のパルス電圧であるのが、望ましい。
【００１３】
また、この場合、バイアス電圧の印加によって被処理物に流れる電流を検出する検出手段を、さらに設けてもよい。すなわち、被処理物の表面からシリコン含有ＤＬＣ膜が除去されていく過程において当該被処理物に流れるバイアス電流の大きさが変化する、具体的には増大することが、実験によって確認された。特に、シリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されると、当該バイアス電流が安定することが、確認された。つまり、バイアス電流からシリコン含有ＤＬＣ膜の除去の程度を認識することができる。従って、当該バイアス電流を検出する検出手段を設ければ、その検出結果から、シリコン含有ＤＬＣ膜の除去の程度、特にシリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されたか否かを判断することができる。
【００１４】
第２の発明は、シリコンを含有するＤＬＣ膜が表面に形成された被処理物が収容された真空槽内にプラズマを発生させるプラズマ発生過程と、酸素ガスを含む第１ガスを真空槽内に供給する第１供給過程と、酸素ガスの供給によって被処理物上に生成される化合物を除去するための第２ガスを真空槽内に供給する第２供給過程と、を具備し、第１供給過程および第２供給過程を交互に有効化する、エッチング方法である。
【００１５】
すなわち、この第２の発明は、第１の発明に対応する方法発明である。従って、第１の発明と同様の作用を奏する。
【００１６】
なお、この第２の発明においても、被処理物にバイアス電圧を印加するバイアス印加過程を、設けてもよい。
【００１７】
また、バイアス電圧の印加によって被処理物に流れる電流を検出する検出過程と、この検出過程における検出結果に基づいてＤＬＣ膜の除去の程度を判断する判断過程とを、さらに設けてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態について、図１から図５を参照して説明する。図１に示すように、この実施形態のエッチング装置１０は、真空槽１２を備えている。この真空槽１２は、例えば直径が約１［ｍ］、高さ寸法が約０．８［ｍ］の概略円筒形のものであり、その壁部は、基準電位としての接地電位に接続されている。
【００１９】
真空槽１２の側壁（図１において左側の壁部）には、排気口１４が設けられており、この排気口１４は、真空槽１２の外部に設置された図示しない排気手段、例えば真空ポンプに結合されている。さらに、真空槽１２の上壁の略中央には、開口部１６が設けられており、この開口部１６を覆うようにプラズマガン１８が設けられている。
【００２０】
プラズマガン１８は、真空槽１２内に後述するプラズマ２０を発生させるためのものであり、反射電極２２，１対の電磁コイル２４および２６と共に、熱陰極ＰＩＧ（ＰｅｎｎｉｎｇＩｏｎｉｚａｔｉｏｎＧａｕｇｅ）方式のプラズマ発生源を構成する。具体的には、プラズマガン１８は、概略円筒形の形状をしており、その壁部は、真空槽１２の壁部と電気的に絶縁されている。そして、このプラズマガン１８の底壁の略中央には、円形のプラズマ出力口２８が設けられている。一方、上壁は、閉鎖されている。そして、プラズマガン１８の内部空間には、熱陰極３０，陽極３２および電子注入電極３４が設けられている。
【００２１】
このうち、熱陰極３０は、プラズマガン１８の上壁の近傍に設けられている。この熱陰極３０は、直径が０．８［ｍｍ］〜１．０［ｍｍ］程度のタングステンフィラメントで構成されており、その両端は、プラズマガン１８の外部に設けられた直流電源装置３６に接続されている。熱陰極３０は、この直流電源装置３６からの直流電力の供給によって千数百［℃］〜二千数百［℃］に加熱され、熱電子を放出する。なお、直流電源装置３６は、後述するメインコントローラ３８によって制御される。
【００２２】
一方、陽極３２は、モリブデン製の環状体であり、その中空部をプラズマ出力口２８に対向させた状態で、熱陰極３０の下方に設けられている。この陽極３２は、熱陰極３０から放出された熱電子を加速させるためのものであり、プラズマガン１８の外部に設けられた別の直流電源装置４０によって、熱陰極３０に対して＋４０［Ｖ］〜＋７０［Ｖ］の電位に維持される。この陽極３２の電位（陽極電圧）および当該陽極３２に流れる電流（放電電流：厳密には電子注入電極３４に流れる電流を含む）Ｉａの大きさ、および上述の熱陰極３０に供給される直流電力の大きさ（熱陰極３０の温度）によって、プラズマ２０のパワー、つまりプラズマガン出力が決定される。この実施形態では、最大で３［ｋＷ］のプラズマガン出力が得られる。なお、直流電源装置４０もまた、メインコントローラ３８によって制御される。
【００２３】
電子注入電極３４は、陽極３２と同様のモリブデン製の環状体であり、その中空部をプラズマ出力口２８に対向させた状態で、当該陽極３２の下方に設けられている。この電子注入電極３４は、プラズマガン１８内の空間電位を安定させ、ひいては真空槽１２内の異常放電を抑制するためのものであり、プラズマガン１８の外部に設けられたさらに別の直流電源装置４２によって、陽極３２よりも１０［Ｖ］ほど低い電位に維持される。なお、この直流電源装置４２も、メインコントローラ３８によって制御される。また、電子注入電極３４は、接地電位に接続されている。
【００２４】
さらに、プラズマガン１８の側壁には、当該プラズマガン１８内に不活性ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスおよび水素ガスを個別に導入するためのガス供給口４４が設けられている。すなわち、このガス供給口４４には、アルゴンガス導入用のガス供給管４６と、水素ガス導入用のガス供給管４８とが、並列に結合されている。そして、これらのガス供給管４６および４８には、それぞれを流れるガスの流量を調整するための流量調整手段、例えばマスフローコントローラ５０および５２が設けられている。なお、これらのマスフローコントローラ５０および５２もまた、メインコントローラ３８によって制御される。
【００２５】
そして、プラズマガン１８のプラズマ出力口２８と対向するように、真空槽１２内の底壁の近傍に、円盤状の反射電極２２が設けられている。この反射電極２２は、プラズマガン１８から流れてくる電子を反射させるためのものであり、電気的に絶縁電位とされている。
【００２６】
そして、真空槽１２の外部であって、当該真空槽１２の上壁の上方に、２つの電磁コイル２４および２６のうちの一方２４が、プラズマガン１８の周囲を取り巻くように設けられている。この電磁コイル２４は、プラズマガン１８内におけるガスの放電を助長させるためのものである。すなわち、電磁コイル２４は、これに真空槽１２の外部に設けられた図示しない磁界発生用電源装置から直流電力が供給されると、プラズマガン１８内に、陽極３２の中空部および電子注入電極３４の中空部を貫通する方向に沿う方向の磁界を発生させる。この磁界が発生することによって、プラズマガン１８内に導入されたアルゴンガスおよび水素ガスは放電（電離）し易くなり、つまりプラズマ２０が発生し易くなる。なお、この電磁コイル２４から発生される磁界と、次に説明する他方の電磁コイル２６から発生される磁界とによって、真空槽１２内に後述するミラー磁場が形成される。
【００２７】
他方の電磁コイル２６は、真空槽１２の外部であって、当該真空槽１２の底壁の下方に、上述した一方の電磁コイル２４と対向するように設けられている。この電磁コイル２６は、プラズマ２０を真空槽１２の中央にビーム状に閉じ込めるためのものである。すなわち、この電磁コイル２６に上述の磁界発生用電源装置から直流電力が供給されると、真空槽１２内に、電磁コイル２４による磁界と同じ方向、つまりプラズマガン１８（プラズマ出力口２８）から反射電極２２に向かう方向に沿う方向の磁界が発生する。この磁界が発生することによって、上述のミラー磁場が形成され、プラズマ２０がビーム状に閉じ込められる。なお、このミラー磁場の強さ、具体的には真空槽１２の中央の磁束密度は、磁界発生用電源装置から各電磁コイル２４および２６に供給される直流電力の大きさによって２０［Ｇ］〜１００［Ｇ］の範囲で可変できる。この磁界発生用電源装置も、メインコントローラ３８によって制御される。
【００２８】
このような構成の熱陰極ＰＩＧ方式のプラズマ発生源によれば、真空ポンプによって真空槽１２内およびプラズマガン１８内が減圧され、そして、ガス供給口４４を介してプラズマガン１８内にアルゴンガスまたは水素ガスが導入された状態で、熱陰極３０，陽極３２，電子注入電極３４，電磁コイル２４および２６のそれぞれに直流電力が供給されると、プラズマ２０が発生する。具体的には、熱陰極３０から熱電子が放出され、この熱電子は陽極３２に向かって加速される。そして、加速された熱電子は、プラズマガン１８内に導入されたアルゴンガスおよび水素ガスの各分子（原子）に衝突し、その衝撃によって当該ガス分子が放電（電離）して、アルゴンガス，アルゴンラジカル，水素イオンおよび水素ラジカルが発生し、つまりプラズマ２０が発生する。
【００２９】
さらに、プラズマ２０内の電子は、上述の熱電子と共に、反射電極２２に向かって流れる。しかし、反射電極２２は絶縁電位とされているため、当該反射電極２２に向かって流れる電子は、ここで反射されて、当該反射電極２２とプラズマガン１８との間で電界振動する。これによって、電子とガス分子とが衝突する確率および回数が増大し、プラズマ２０の発生効率が向上する。また、このプラズマ２０は、上述のミラー磁場によってビーム状に閉じ込められるので、その密度が向上する。この実施形態では、例えばプラズマガン１８内を含む真空槽１２内の圧力が０．１［Ｐａ］であるときに、１０^１１［ｃｍ^−３］台という高密度のプラズマ２０が得られる。なお、上述したように、プラズマガン１８内の空間電位は電子注入電極３４によって一定に保たれているので、当該プラズマガン１８内、ひいては真空槽１２内での異常放電が抑制される。従って、高密度でありながら、安定したプラズマ２０が得られる。
【００３０】
そして、真空槽１２内には、複数、例えば数個〜十数個の被処理物５４，５４，・・・を個別に支持するための複数のホルダ５６，５６，・・・も設けられている。これらのホルダ５６，５６，・・・は、各被処理物５４，５４，・・・がプラズマ２０の外側（放電領域外）において当該プラズマ２０の周囲を取り巻くような配置となるように、当該各被処理物５４，５４，・・・を支持する。そして、各ホルダ５６，５６，・・・は、ギア機構５８，５８，・・・を介して、円盤状の公転台６０の周縁部分に結合されており、この公転台６０の下面（図１において下側の面）の中央には、回転軸６２の一端が固定されている。そして、この回転軸６２の他端は、真空槽１２の外部に設けられたモータ６４のシャフト６６に結合されている。
【００３１】
つまり、モータ６４のシャフト６６が図１に矢印６８で示す方向に回転すると、公転台６０も同方向に回転する。これによって、被処理物５４，５４，・・・がプラズマ２０の周囲を回転し、言わば公転する。さらに、ギア機構５８，５８，・・・による回転伝達作用によって、被処理物５４，５４，・・・自体が例えば図１に矢印７０，７０，・・・で示す方向に回転し、言わば自転する。このように各被処理物５４，５４，・・・が自公転することで、当該各被処理物５４，５４，・・・に対する後述のエッチング処理の均一化が図られる。なお、モータ６４の駆動も、メインコントローラ３８によって制御される。
【００３２】
また、各被処理物５４，５４，・・・には、ホルダ５６，５６，・・・，ギア機構５８，５８，・・・，公転台６０および回転軸６２を介して、真空槽１２の外部に設けられたパルス電源装置７２から、図２に示すような非対称パルス電圧が、バイアス電圧として印加される。このバイアス印加手段としてのパルス電源装置７２もまた、メインコントローラ３８によって制御される。具体的には、非対称パルス電圧の周波数ｆ（周期Ｔ），デューティ比（周期Ｔに対するパルス幅（Ｌ（ロー）レベル時の時間）Ｔｗの比率），Ｌレベル電圧ＶａおよびＨ（ハイ）レベル電圧Ｖｂが、任意に設定される。なお、周波数ｆは、５０［ｋＨｚ］〜２５０［ｋＨｚ］の範囲内で設定される。また、Ｌレベル電圧Ｖａは、負電圧（Ｖａ＜０）とされ、Ｈレベル電圧Ｖｂは、正電圧（Ｖｂ＞０）とされる。このパルス電源装置７２の最大出力は、１０［ｋＷ］である。
【００３３】
さらに、真空槽１２内には、被処理物５４，５４，・・・を加熱するための温度制御手段、例えば電熱ヒータ７４が設けられている。具体的には、電熱ヒータ７４は、被処理物５４，５４，・・・（公転台６０の外周縁）よりも外側であって、排気口１４と対向する位置に設けられている。そして、この電熱ヒータ７４は、真空槽１２の外部に設けられている図示しないヒータ用電源装置からの交流電力の供給によって加熱され、その加熱温度（交流電力の大きさ）は、メインコントローラ３８によって制御される。
【００３４】
また、真空槽１２の側壁には、当該真空槽１２内に酸素ガスを導入するためのガス供給口７６が設けられている。すなわち、このガス供給口７６には、酸素ガス導入用のガス供給管７８が結合されており、このガス供給管７８には、当該酸素ガスの流量を調整するための流量調整手段、例えばマスフローコントローラ８０が設けられている。このマスフローコントローラ８０も、メインコントローラ３８によって制御される。なお、このように上述のアルゴンガスおよび水素ガスとは別に酸素ガスを真空槽１２内に導入することとしたのは、当該酸素ガスによってプラズマガン１８内の熱陰極３０が反応（酸化）するのを防止するためである。
【００３５】
メインコントローラ３８は、図には示さないが、操作パネルを備えており、この操作パネルには、操作キーおよびディスプレイが設けられている。そして、メインコントローラ３８は、操作キーによってエッチング開始の旨の操作が成されると、次に示す要領でボンバード処理を含む一連のエッチング処理を開始させ、操作キーによってエッチング停止の旨の操作が成されると、当該エッチング処理を停止させる。また、操作キーの操作に応じて、上述した陽極電圧や各ガスの流量などの各種情報をディスプレイに表示する。
【００３６】
すなわち、今、被処理物５４，５４，・・・として、それぞれの表面にシリコン含有ＤＬＣ膜が形成された金属体が、ホルダ５４，５４，・・・に取り付けられているとする。そして、熱陰極３０，陽極３２，電子注入電極３４，電磁コイル２４および２６のいずれにも、直流電力が供給されていない状態にあるとする。また、全てのマスフローコントローラ５０，５２および８０は閉じた状態にあり、つまりプラズマガン１８内にアルゴンガスおよび水素ガスが供給されておらず、真空槽１２内に酸素ガスが供給されていない状態にあるとする。さらに、モータ６４が駆動されておらず、また、被処理物５４，５４，・・・に対してパルス電源装置７２からバイアス電圧としての非対称パルス電圧が印加されていないものとする。そして、電熱ヒータ７２も非通電状態にあるとする。
【００３７】
このような状態において、上述した操作キーによりエッチング開始の旨の操作が成されると、メインコントローラ３８は、真空ポンプを制御して、真空槽１２内の圧力が所定値、例えば１０^−３［Ｐａ］になるまで、真空槽１２内を排気させる。そして、真空槽１２内が当該所定値にまで減圧されると、メインコントローラ３８は、モータ６４を駆動させる。これによって、被処理物５４，５４，・・・は、毎分数回転（例えば１［ｒｐｍ］）で公転すると共に、毎分十数回転〜数十回転（例えば１５［ｒｐｍ］）で自転する。さらに、メインコントローラ３８は、上述したヒータ用電源装置を制御して、電熱ヒータ７４に通電させ、各被処理物５４，５４，・・・を加熱させる。
【００３８】
そして、メインコントローラ３８は、マスコントローラ５０および５２を開いて、プラズマガン１８内にアルゴンガスおよび水素ガスを供給させると共に、熱陰極３０，陽極３２，電子注入電極３４，電磁コイル２４および２６のそれぞれに直流電力が供給されるよう、直流電源装置３６，４０および４２を含む各電源装置を制御する。これによって、真空槽１２内にプラズマ２０が発生する。なお、このとき、メインコントローラ３８は、真空槽１２内の圧力が数［Ｐａ］、例えば０．１［Ｐａ］に保たれるよう真空ポンプを制御する。さらに、メインコントローラ３８は、パルス電源装置７２を制御して、各被処理物５４，５４，・・・に非対称パルス電圧を印加させる。
【００３９】
このような条件によって、各被処理物５４，５４，・・・はボンバード処理される。すなわち、真空槽１２内に設置された直後の各被処理物５４，５４，・・・の表面には、有機汚染物質が化学吸着している。また、当該表面は酸化しており、つまりシリコン系酸化物が形成されている。このことは、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ：Ｘ−ｒａｙＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法による検査によって確認された。ボンバード処理によれば、これらの有機汚染物質やシリコン系酸化物が除去される。
【００４０】
具体的には、アルゴンイオンおよび水素イオンが、被処理物５４，５４，・・・の表面に衝突する。これによって、当該表面に吸着している有機汚染物質が除去される。つまり、スパッタされる。さらに、水素イオンが、シリコン系酸化物を構成するシリコンおよび酸素のそれぞれと反応する。この結果、シリコン系酸化物は、シラン系ガスおよび水となって除去される。
【００４１】
メインコントローラ３８は、かかるボンバード処理を所定時間Ｔａ継続させる。この時間Ｔａは、数分間〜十数分間程度が適当である。そして、この時間Ｔａの経過後、メインコントローラ３８は、マスフローコントローラ８０を開いて、真空槽１２内に酸素ガスを供給させる。なお、これ以外の条件は、上述のボンバード処理と同じである。
【００４２】
真空槽１２内に供給された酸素ガスは、プラズマ２０によって電離され、これによって酸素イオンおよび酸素ラジカルが発生する。このうち、酸素イオンが、被処理物５４，５４，・・・の表面に衝突して、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分のそれぞれと反応する。この結果、当該炭素成分および水素成分は、炭素系ガスおよび水となって除去される。ただし、これと同時に、酸素イオンがシリコン含有ＤＬＣ膜のシリコン成分と反応して、被処理物５４，５４，・・・上、厳密には当該シリコン含有ＤＬＣ膜上に、シリコン系酸化物が新たに生成される。このシリコン系酸化物は、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去する上でバリアとなる。従って、酸素イオンによる当該炭素成分および水素成分の除去作用、換言すればエッチングレートは、時間の経過と共に低下し、ひいては当該炭素成分および水素成分を除去できなくなる。
【００４３】
そこで、メインコントローラ３８は、この炭素成分および水素成分を除去するための処理を所定時間Ｔｂだけ実行させた後、マスフローコントローラ８０を閉じて、真空槽１２内を上述のボンバード処理時と同じ環境に戻す。これによって、被処理物５４，５４，・・・上に新たに生成されたシリコン系酸化物は、ボンバード処理時と同様に水素ガスと反応することで除去される。そして、このシリコン系酸化物を除去するのに必要かつ十分な時間Ｔｃが経過した時点で、メインコントローラ３８は、再度、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去するべく、マスフローコントローラ８０を開く。
【００４４】
これ以降、メインコントローラ３８は、上述の如く時間Ｔｂだけマスフローコントローラ８０を開くという動作と、時間Ｔｃだけマスフローコントローラ８０を閉じるという動作とを、交互に繰り返す。つまり、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去するための処理と、この処理によって被処理物５４，５４，・・・上に新たに生成されたシリコン系酸化物を除去するための処理とが、交互に繰り返される。この結果、シリコン含有ＤＬＣ膜は除去される。
【００４５】
図３に、ボンバード処理を含む一連のエッチング処理における各マスフローコントローラ５０，５２および８０の開閉タイミングを示す。同図に示すように、アルゴンガス調整用のマスフローコントローラ５０および水素ガス調整用のマスフローコントローラ５２が開かれることによって、ボンバード処理が行われる。そして、これらのマスフローコントローラ５０および５２が開かれてから時間Ｔａが経過した時点で、換言すれば時間Ｔａにわたってボンバード処理が行われた後、酸素ガス調整用のマスフローコントローラ８０が開かれる。これによって、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去するための処理が行われる。そして、この処理が時間Ｔｂにわたって行われた後、マスフローコントローラ８０が閉じられ、当該処理によって生成されたシリコン系酸化物を除去するための処理が時間Ｔｃにわたって行われる。これ以降、時間Ｔｂにわたる処理と、時間Ｔｃにわたる処理とが、交互に行われる。なお、時間Ｔｂは、５秒〜３００秒の範囲内、好ましくは３０秒〜１８０秒の範囲内に設定される。時間Ｔｃもまた、５秒〜３００秒の範囲内、好ましくは３０秒〜１８０秒の範囲内に設定される。
【００４６】
この一連のエッチング処理によって、被処理物５４，５４，・・・の表面からシリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されたら、操作キーによって上述したエッチング停止の旨の操作を行えばよい。すると、メインコントローラ３８は、当該一連のエッチング処理を終了させる。具体的には、まず、パルス電源装置７２による各被処理物５４，５４，・・・への非対称パルス電圧の印加を停止させる。そして、プラズマ２０の発生を停止させるべく、熱陰極３０，陽極３２，電子注入電極３４，電磁コイル２４および２６への直流電力の供給を停止させると共に、全てのマスフローコントローラ４６，４８および８０を閉じて、全てのガスの供給を停止させる。さらに、電熱ヒータ７４への通電、およびモータ６４の駆動を停止させる。そして、真空ポンプによる排気量を徐々に低減させて、真空槽１４内を常圧に戻す。これによって、一連のエッチング処理が終了する。
【００４７】
なお、シリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されたか否かは、真空槽１２に設けられた図示しないのぞき窓から被処理物５４，５４，・・・の表面を観察することで、確認できる。すなわち、シリコン含有ＤＬＣ膜は黒色をしているので、被処理物５４，５４，・・・の表面全体が当該黒色に代えて金属色（銀白色）に変わったら、シリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されたものと見なすことができる。
【００４８】
また、シリコン含有ＤＬＣ膜が除去される過程で、パルス電源装置７２の出力電流、つまり被処理物５２，５２，・・・に流れるバイアス電流Ｉｂが変化することが、判った。特に、真空槽１２内に酸素ガスが供給されているとき、つまりシリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去するための処理が行われているときに、このバイアス電流Ｉｂの変化は顕著になる。図４に、このバイアス電流Ｉｂの変化をグラフで示す。
【００４９】
この図４に示すように、放電電流Ｉａ（プラズマガン出力）は一定であるのにも係わらず、真空槽１２内に酸素ガスが供給されているときのバイアス電流Ｉｂに変化が見える。具体的には、バイアス電流Ｉｂは、或る時点ｔ１から徐々に上昇し始める。そして、時点ｔ２以降、バイアス電流Ｉｂは略一定となる。この時点ｔ２と、シリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されたと見なされるタイミングとが、略一致することが、確認された。つまり、バイアス電流Ｉｂを監視し、その値が上昇後、一定となる時点ｔ２を捉えることで、シリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されたことを認識することができる。なお、バイアス電流Ｉｂは、例えばパルス電源装置７２の出力側（出力端子）に電流検出器８２を設けることによって監視できる。
【００５０】
さて、上述の一連のエッチング処理を実現するために、メインコントローラ３８は、自身に内蔵された図示しないメモリに記憶されている制御プログラムに従って、図５に示すような手順で動作する。
【００５１】
すなわち、操作キーによってエッチング開始操作が成されると、メインコントローラ３８は、まず、前準備としての初期処理（ステップＳ１）を行う。具体的には、真空ポンプによって真空槽１２内を排気させた後、モータ６４を駆動させ、さらに電熱ヒータ７４を加熱させる。
【００５２】
そして、マスフローコントローラ４６および４８を開いてプラズマガン１８内にアルゴンガスおよび水素ガスを供給させた後（ステップＳ３）、熱陰極３０，陽極３２，電子注入電極３４，電磁コイル２４および２６のそれぞれに直流電力を供給させることによってプラズマ２０を発生させる（ステップＳ５）。そして、パルス電源装置７２を制御して、被処理物５４，５４，・・・に対しバイアス電圧としての非対称パルス電圧を印加させる（ステップＳ７）。これによって、上述したボンバード処理が行われる。
【００５３】
このボンバード処理の開始後、メインコントローラ３８は、時間Ｔａが経過したか否かを判断し（ステップＳ９）、経過していない場合（“ＮＯ”の場合）、操作キーによってエッチング停止操作が成されたか否かを判断する（ステップＳ１１）。そして、エッチング停止操作が成されていない場合（“ＮＯ”の場合）には、ステップＳ９に戻る。
【００５４】
一方、ステップＳ９において時間Ｔａが経過すると、メインコントローラ３８は、マスフローコントローラ８０を開いて、真空槽１２内への酸素ガスの供給を開始させる（ステップＳ１３）。そして、この酸素ガスの供給後、時間Ｔｂが経過したか否かを判断する（ステップＳ１５）。ここで、時間Ｔｂが経過していない場合（“ＮＯ”の場合）、メインコントローラ３８は、操作キーによってエッチング停止操作が成されたか否かを判断する（ステップＳ１７）。そして、エッチング停止操作が成されていない場合（“ＮＯ”の場合）には、ステップＳ１５に戻る。
【００５５】
ステップＳ１５において時間Ｔｂが経過したと判断すると、メインコントローラ３８は、マスフローコントローラ８０を閉じて、真空槽１２内への酸素ガスの供給を停止させる（ステップＳ１９）。そして、時間Ｔｃが経過したか否かを判断する（ステップＳ２１）。ここで、時間Ｔｃが経過していない場合（“ＮＯ”の場合）、メインコントローラ３８は、操作キーによってエッチング停止操作が成されたか否かを判断する（ステップＳ２３）。そして、エッチング停止操作が成されていない場合（“ＮＯ”の場合）には、ステップＳ２１に戻る。一方、ステップＳ２１において時間Ｔｃが経過すると、メインコントローラ３８は、再度真空槽１２内へ酸素ガスを供給させるべく、ステップＳ１３に戻る。
【００５６】
なお、ステップＳ１１，ステップＳ１７およびステップＳ２３のいずれかにおいてエッチング停止操作が成された場合（“ＹＥＳ”の場合）、メインコントローラ３８は、一連のエッチング処理を停止させるための処理を行う（ステップＳ２５）。すなわち、まず、被処理物５４，５４，・・・へのバイアス電圧の印加を停止させる。そして、プラズマ２０の発生を停止させるべく、熱陰極３０，陽極３２，電子注入電極３４，電磁コイル２４および２６への直流電力の供給を停止させると共に、全てのマスフローコントローラ４６，４８および８０を閉じて、全てのガスの供給を停止させる。さらに、電熱ヒータ７４への通電、およびモータ６４の駆動を停止させる。そして、真空ポンプによる排気量を徐々に低減させて、真空槽１４内を常圧に戻す。これによって、一連のエッチング処理が終了する。
【００５７】
以上の説明から明らかなように、この実施形態によれば、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去するための処理と、この処理に伴って被処理物５４，５４，・・・上に新たに生成されるシリコン系酸化物を除去するための処理とが、交互に行われる。従って、上述した従来技術では除去することができなかったシリコン含有ＤＬＣ膜を、効果的に除去することができる。
【００５８】
この実施形態では、プラズマ発生手段として、熱陰極ＰＩＧ方式のプラズマ発生源を採用したが、これに限らない。高周波方式などの他の方式のプラズマ発生源を用いてもよい。
【００５９】
また、アルゴンガスは、いわゆる放電用ガスとして機能するが、このアルゴンガスに代えて、ヘリウム（Ｈｅ）やキセノン（Ｘｅ）などの他の不活性ガスを用いてもよい。また、この放電用ガスを用いなくてもよい。つまり、水素ガスまたは酸素ガスのみの供給によって、プラズマ２０を発生させてもよい。ただし、当該放電用ガスを用いることによって、プラズマ２０の密度が向上する。
【００６０】
そして、第１供給手段としてのガス供給管４８および第２供給手段としてのガス供給管７８を、それぞれ別個の供給口４４および７６に結合させる構成としたが、同じ供給口４４または７６に結合させてもよい。
【００６１】
さらに、有効化手段としてのメインコントローラ３８によって酸素ガス調整用のマスフローコントローラ８０が開かれているとき、水素ガス調整用のマスフローコントローラ５２は開いたままの状態としたが、これに限らない。例えば、これらマスフローコントローラ５２および８０を交互に開閉させるようにしてもよい。
【００６２】
また、電流検出器８２による検出結果をメインコントローラ３８に入力することによって、当該メインコントローラ３８に、シリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されたか否かを自動的に判断させるようにしてもよい。さらに、この判断結果に基づいて一連のエッチング処理を自動的に終了させるように、メインコントローラ３８を構成（プログラム）してもよい。
【００６３】
そして、電熱ヒータ７４は、不要であれば、図１の構成から取り除いてもよい。すなわち、電熱ヒータ７４に通電しなくても、被処理物５４，５４，・・・は、プラズマ２０の影響によって２００［℃］〜３００［℃］程度まで加熱される。従って、この程度の温度でのみエッチング処理を行う場合には、電熱ヒータ７４を取り外してもよい。
【００６４】
【実施例】
この発明の実施例として、次のような実験を行った。
【００６５】
すなわち、被処理物５４，５４，・・・として、表面粗さＲａが０．０１５［μｍ］の丸棒状のＳＵＳ３０４ステンレス鋼に、厚さ３［μｍ］のシリコン含有ＤＬＣ膜が形成されたものを採用する。なお、シリコン含有ＤＬＣ膜は、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼に対して直接付着し難いので、当該ＳＵＳ３０４ステンレス鋼とシリコン含有ＤＬＣ膜との間には、中間層として、厚さが１５０［ｎｍ］のクロム（Ｃｒ）膜、および厚さが１５０［ｎｍ］の炭化シリコン（ＳｉＣ）膜が、この順番で形成されている。
【００６６】
このような被処理物５４，５４，・・・が真空槽１２内に設置された状態で、当該真空槽１２内を１０^−３［Ｐａ］まで減圧させる。その後、アルゴンガスおよび水素ガスを、それぞれ４０［ｍＬ／ｍｉｎ］および２０［ｍＬ／ｍｉｎ］の流量でプラズマガン１８内に供給させる。そして、熱陰極３０，陽極３２，電子注入電極３４，電磁コイル２４および２６のそれぞれに直流電力を供給して、プラズマ２０を発生させる。このとき、真空槽１２内の略中央において、磁束密度が２０［Ｇ］になるようにする。また、プラズマガン出力を１．８［ｋＷ］に設定する。
【００６７】
さらに、被処理物５４，５４，・・・に対し、バイアス電圧として次のような非対称パルス電圧を印加させる。すなわち、図２において、周期Ｔを１０［μｓ］（周波数ｆ＝１００［ｋＨｚ］），デューティ比（Ｔｗ／Ｔ）を０．７，Ｌレベル電圧Ｖａを−７３０［Ｖ］，およびＨレベル電圧Ｖｂを＋３７［Ｖ］とする。これによって、平均電圧Ｖｃが約−５００［Ｖ］の非対称パルス電圧を、被処理物５４，５４，・・・に印加する。そして、モータ６４を駆動させて、被処理物５４，５４，・・・を１［ｒｐｍ］で公転させると共に、１５［ｒｐｍ］で自転させる。なお、電熱ヒータ７２は、非通電状態とする。
【００６８】
この条件下でのボンバード処理を、１０分間行う。つまり、図３における時間Ｔａを１０分とする。そして、この時間Ｔａの経過後、酸素ガスを１６０［ｍＬ／ｍｉｎ］の流量で真空槽１２内に供給させる。この状態を９０秒間継続させる。つまり、図３における時間Ｔｂを９０秒とする。さらに、この時間Ｔｂの経過後、酸素ガスの供給を停止させる。そして、この状態を６０秒間継続させる。つまり、図３における時間Ｔｃを６０秒とする。これ以降は、時間Ｔｂにわたる処理と、時間Ｔｃにわたる処理とを、交互に実行させる。
【００６９】
この手順によれば、ボンバード処理を開始してから１８０分間で、シリコン含有ＤＬＣ膜が略完全に除去されることが、確認された。なお、このシリコン含有ＤＬＣ膜と共に、中間層としての炭化シリコン膜も除去される。ただし、クロム膜は除去されない。
【００７０】
そして、シリコン含有ＤＬＣ膜（炭化シリコン膜を含む）が除去された後の被処理物５４，５４，・・・（クロム膜）の表面の粗さＲａを測定したところ、０．０１６［μｍ］であった。つまり、一連のエッチング処理による表面荒れは、殆ど確認されなかった。
【００７１】
さらに、このエッチング処理後の被処理物５４，５４，・・・に対して、再度、中間層としての炭化シリコン、およびシリコン含有ＤＬＣ膜を、この順番でプラズマＣＶＤ法により形成した。この結果、シリコン含有ＤＬＣ膜の機械的性能として、密着力が３０［Ｎ］，ビッカース硬度が１７８０［ＨＶ］および摩擦係数が０．０５という、良品と同様の性能が得られた。すなわち、この実施形態によるエッチング処理を行った後、再度成膜処理を施すことによって、不良品を良品に再生できることが、この実験によって確認された。
【００７２】
なお、この実施形態のエッチング装置１０は、成膜装置としても活用することができる。つまり、同じ真空槽１２を用いて、エッチング処理を行った後に、成膜処理を行うことができる。この場合、エッチング処理の終了後、酸素ガスに代えて、成膜しようとする膜に応じた原料ガスを、ガス供給口７６から真空槽１２内に供給すればよい。例えば、上述した炭化シリコン膜を成膜する場合は、ＴＭＳ（ＴｅｔｒａＭｅｔｈｙｌＳｉｌａｎｅ）ガスを供給すればよい。また、シリコン含有ＤＬＣ膜を成膜する場合には、このＴＭＳガスに加えて、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）ガスを供給すればよい。
【００７３】
さらに、この実施形態のエッチング装置１０は、いわゆるイオン窒化装置としても活用することができる。この場合、アルゴンガスに代えて、窒素ガスを、ガス供給口４４からプラズマガン１８内に供給すればよい。
【００７４】
【発明の効果】
この発明によれば、シリコン含有ＤＬＣ膜の炭素成分および水素成分を除去するための処理と、この処理に伴って被処理物上に生成される化合物を除去するための処理とが、交互に行われる。従って、上述した従来技術では除去することができなかったシリコン含有ＤＬＣ膜を、効果的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】同実施形態において被処理物に印加されるバイアス電圧の形態を示す図解図である。
【図３】同実施形態において真空槽内に供給されるガスの供給タイミングを示す図解図である。
【図４】同実施形態におけるプラズマガンの放電電流と被処理物に流れるバイアス電流との関係を示すグラフである。
【図５】同実施形態におけるメインコントローラの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０エッチング装置
１２真空槽
１８プラズマガン
２０プラズマ
２２反射電極
２４，２６電磁コイル
３８メインコントローラ
４４，７６ガス供給口
４６，４８，７８ガス供給管
５０，５２，８０マスフローコントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a so-called plasma etching type etching apparatus and etching method, and more particularly to an etching apparatus and etching method suitable for removing a DLC (Diamond Like Carbon) film containing, for example, silicon (Si).
[0002]
[Prior art]
As is well known, the DLC film is characterized by high hardness, excellent wear resistance, and high lubricity. As for other DLC films, some defective products are generated during the film forming process. Such a defective product is regenerated as a non-defective product by performing the film formation process again, but as a pretreatment, an etching process is performed to remove the defective DLC film. Conventionally, as an apparatus capable of performing this etching process, oxygen (O ₂ ) One using plasma is known. According to this prior art, oxygen ionized by plasma (O ₂ ) Is a carbon (C) component and hydrogen (H ₂ ) React with each of the ingredients. As a result, the DLC film becomes carbon-based gas (CO or CO ₂ ) And water (H ₂ O) and removed.
[0003]
[Non-Patent Document 1]
R & D machine “LMH-300” catalog [March 20, 2003 search] manufactured by Kobe Steel Co., Ltd., Internet <URL: http: // www. kobelco. co. jp / p109 / cvd / lmh. htm>
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in recent years, a so-called silicon-containing DLC film containing silicon has attracted attention. This silicon-containing DLC film has a feature that the friction coefficient is smaller than that of a DLC film not containing silicon, for example, about 1/3. However, when the above-described conventional technique is used when it is necessary to remove the silicon-containing DLC film, the following problems occur.
[0005]
That is, the ionized oxygen reacts with each of the carbon component and the hydrogen component constituting the silicon-containing DLC film. As a result, the carbon component and the hydrogen component are removed as carbon-based gas and water as described above. However, at the same time, the ionized oxygen also reacts with the silicon component of the silicon-containing DLC film, thereby causing the silicon-based DLC film to remain on the object to be processed and not yet removed. Oxide (SiO or SiO ₂ ) Is generated. This silicon-based oxide serves as a barrier in removing the carbon component and hydrogen component of the silicon-containing DLC film. Accordingly, when such a silicon-based oxide is generated, it becomes impossible to remove the carbon component and the hydrogen component of the silicon-containing DLC film underneath. The silicon-based oxide is only newly generated (deposited) and is not removed. That is, the conventional technique has a problem that the silicon-containing DLC film cannot be effectively removed.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide an etching apparatus and an etching method that can effectively remove the silicon-containing DLC film.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a vacuum chamber in which an object to be processed on which a DLC film containing silicon is formed, a plasma generating means for generating plasma in the vacuum chamber, and a first gas containing oxygen gas A first supply means for supplying the vacuum tank; a second supply means for supplying a second gas for removing a compound produced on the object to be processed by the supply of oxygen gas; And an enabling means for enabling the means and the second supply means alternately.
[0008]
In the first invention, the object to be processed is accommodated in the vacuum chamber. A silicon-containing DLC film is formed on the surface of the object to be processed. In the vacuum chamber, plasma is generated by plasma generating means. Here, when the first supply means is validated by the validation means, the first gas containing oxygen gas is supplied into the vacuum chamber. The oxygen gas contained in the first gas is ionized by the plasma, and the ionized oxygen reacts with each of the carbon component and the hydrogen component constituting the silicon-containing DLC film. Thereby, the carbon component and the hydrogen component are removed as carbon-based gas and water. At the same time, the ionized oxygen also reacts with the silicon component of the silicon DLC film. As a result, a compound, specifically, a silicon-based oxide is generated on the object to be processed and strictly on the silicon-containing DLC film that has not been removed yet. This silicon-based oxide serves as a barrier in removing the carbon component and hydrogen component of the silicon-containing DLC film, but is removed when the second supply means is activated. That is, when the second supply unit is activated by the activation unit, the second gas is supplied into the vacuum chamber. This second gas has a removing action on the silicon-based oxide. Accordingly, the silicon oxide is removed by the removing action by the second gas. These first supply means and second supply means are alternately enabled by the enabling means. That is, the process for removing the carbon component and the hydrogen component of the silicon-containing DLC film and the process for removing the silicon-based oxide formed on the object to be processed by this process are alternately performed.
[0009]
Note that the activation time per time of the first supply means, that is, the processing time per time for removing the carbon component and the hydrogen component of the silicon-containing DLC film is in the range of 5 seconds to 300 seconds. Is desirable. This is because, in the environment where silicon-based oxides are generated at the same time when these carbon and hydrogen components are removed, the carbon and hydrogen components are effectively removed, in other words, to obtain an appropriate etching rate. This is because this time is appropriate.
[0010]
Similarly, it is desirable that the activation time per time of the second supply means, that is, the processing time per time for removing the silicon-based oxide, is also within the range of 5 seconds to 300 seconds.
[0011]
Further, it is desirable that the second gas contains hydrogen gas. That is, it has been confirmed by experiments that silicon-based oxides are removed when hydrogen gas is supplied into the vacuum chamber. This is because the hydrogen gas supplied into the vacuum chamber is ionized by the plasma, and the ionized hydrogen reacts with each of silicon and oxygen constituting the silicon-based oxide. As a result, the silicon-based oxide is converted into a silane-based ( SiH ₄ It is thought that it is removed as gas and water.
[0012]
Furthermore, a bias applying means for applying a bias voltage to the workpiece may be provided. The bias voltage is preferably a pulse voltage having a frequency of 50 [kHz] to 250 [kHz].
[0013]
In this case, detection means for detecting a current flowing through the workpiece by applying a bias voltage may be further provided. That is, it has been confirmed by experiments that the magnitude of the bias current flowing through the object to be processed changes, specifically increases, in the process of removing the silicon-containing DLC film from the surface of the object to be processed. In particular, it was confirmed that the bias current is stabilized when the silicon-containing DLC film is almost completely removed. That is, the degree of removal of the silicon-containing DLC film can be recognized from the bias current. Therefore, if a detection means for detecting the bias current is provided, it is possible to determine the degree of removal of the silicon-containing DLC film, in particular, whether or not the silicon-containing DLC film has been removed almost completely from the detection result.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a plasma generation process for generating plasma in a vacuum chamber containing an object to be processed on which a DLC film containing silicon is formed, and a first gas containing oxygen gas in the vacuum chamber. A first supply process for supplying, and a second supply process for supplying a second gas for removing a compound generated on the object to be processed by supplying oxygen gas into the vacuum chamber. This is an etching method that alternately enables the process and the second supply process.
[0015]
That is, the second invention is a method invention corresponding to the first invention. Accordingly, the same operation as the first invention is achieved.
[0016]
In the second invention as well, a bias application process for applying a bias voltage to the object to be processed may be provided.
[0017]
Further, a detection process for detecting a current flowing through the object to be processed by applying a bias voltage, and a determination process for determining the degree of removal of the DLC film based on the detection result in the detection process may be further provided.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the etching apparatus 10 of this embodiment includes a vacuum chamber 12. The vacuum chamber 12 has, for example, a substantially cylindrical shape having a diameter of about 1 [m] and a height of about 0.8 [m], and its wall portion is connected to a ground potential as a reference potential. Yes.
[0019]
An exhaust port 14 is provided in the side wall (left wall portion in FIG. 1) of the vacuum chamber 12, and this exhaust port 14 is connected to an exhaust means (not shown) installed outside the vacuum chamber 12, such as a vacuum pump. Are combined. Furthermore, an opening 16 is provided in the approximate center of the upper wall of the vacuum chamber 12, and a plasma gun 18 is provided so as to cover the opening 16.
[0020]
The plasma gun 18 is for generating plasma 20 to be described later in the vacuum chamber 12, and includes a reflective electrode 22, a pair of electromagnetic coils 24 and 26, and a hot cathode PIG (Penning Ionization Gauge) type plasma generation source. Configure. Specifically, the plasma gun 18 has a substantially cylindrical shape, and its wall portion is electrically insulated from the wall portion of the vacuum chamber 12. A circular plasma output port 28 is provided in the approximate center of the bottom wall of the plasma gun 18. On the other hand, the upper wall is closed. A hot cathode 30, an anode 32, and an electron injection electrode 34 are provided in the internal space of the plasma gun 18.
[0021]
Among these, the hot cathode 30 is provided in the vicinity of the upper wall of the plasma gun 18. The hot cathode 30 is made of a tungsten filament having a diameter of about 0.8 [mm] to 1.0 [mm], and both ends thereof are connected to a DC power supply device 36 provided outside the plasma gun 18. Has been. The hot cathode 30 is heated to a few hundred [° C.] to a few thousand [° C.] by supplying DC power from the DC power supply device 36 and emits thermoelectrons. Note that the DC power supply 36 is controlled by a main controller 38 described later.
[0022]
On the other hand, the anode 32 is an annular body made of molybdenum, and is provided below the hot cathode 30 with its hollow portion facing the plasma output port 28. This anode 32 is for accelerating the thermoelectrons emitted from the hot cathode 30, and +40 [V] with respect to the hot cathode 30 by another DC power supply device 40 provided outside the plasma gun 18. It is maintained at a potential of ˜ + 70 [V]. The potential of the anode 32 (anode voltage), the magnitude of the current flowing through the anode 32 (discharge current: strictly including the current flowing through the electron injection electrode 34) Ia, and the DC power supplied to the hot cathode 30 described above The power of the plasma 20, that is, the plasma gun output, is determined by the size of (the temperature of the hot cathode 30). In this embodiment, a maximum plasma gun output of 3 [kW] can be obtained. The DC power supply 40 is also controlled by the main controller 38.
[0023]
The electron injection electrode 34 is an annular body made of molybdenum similar to the anode 32, and is provided below the anode 32 with the hollow portion facing the plasma output port 28. The electron injection electrode 34 is for stabilizing the space potential in the plasma gun 18 and thus suppressing abnormal discharge in the vacuum chamber 12, and is another DC power supply device provided outside the plasma gun 18. 42, the potential is maintained at about 10 [V] lower than that of the anode 32. The DC power supply 42 is also controlled by the main controller 38. The electron injection electrode 34 is connected to the ground potential.
[0024]
Further, a gas supply port 44 for individually introducing an inert gas such as argon (Ar) gas and hydrogen gas into the plasma gun 18 is provided on the side wall of the plasma gun 18. That is, the gas supply port 44 is connected in parallel with a gas supply pipe 46 for introducing argon gas and a gas supply pipe 48 for introducing hydrogen gas. The gas supply pipes 46 and 48 are provided with flow rate adjusting means, for example, mass flow controllers 50 and 52, for adjusting the flow rate of the gas flowing therethrough. These mass flow controllers 50 and 52 are also controlled by the main controller 38.
[0025]
A disc-shaped reflective electrode 22 is provided in the vicinity of the bottom wall in the vacuum chamber 12 so as to face the plasma output port 28 of the plasma gun 18. The reflective electrode 22 is for reflecting electrons flowing from the plasma gun 18 and is electrically insulated.
[0026]
One of the two electromagnetic coils 24 and 26 is provided outside the vacuum chamber 12 and above the upper wall of the vacuum chamber 12 so as to surround the periphery of the plasma gun 18. The electromagnetic coil 24 is for promoting gas discharge in the plasma gun 18. That is, when DC power is supplied to the electromagnetic coil 24 from a magnetic field generating power supply device (not shown) provided outside the vacuum chamber 12, the hollow portion of the anode 32 and the electron injection electrode 34 are provided in the plasma gun 18. A magnetic field is generated in a direction along the direction penetrating the hollow portion. By generating this magnetic field, the argon gas and the hydrogen gas introduced into the plasma gun 18 are easily discharged (ionized), that is, the plasma 20 is easily generated. A mirror magnetic field described later is formed in the vacuum chamber 12 by the magnetic field generated from the electromagnetic coil 24 and the magnetic field generated from the other electromagnetic coil 26 described below.
[0027]
The other electromagnetic coil 26 is provided outside the vacuum chamber 12 and below the bottom wall of the vacuum chamber 12 so as to face the above-described one electromagnetic coil 24. The electromagnetic coil 26 is for confining the plasma 20 in the form of a beam in the center of the vacuum chamber 12. That is, when DC power is supplied to the electromagnetic coil 26 from the above-described magnetic field generating power supply device, it is reflected in the vacuum chamber 12 in the same direction as the magnetic field generated by the electromagnetic coil 24, that is, from the plasma gun 18 (plasma output port 28). A magnetic field in a direction along the direction toward the electrode 22 is generated. By generating this magnetic field, the above-described mirror magnetic field is formed, and the plasma 20 is confined in a beam shape. The strength of the mirror magnetic field, specifically, the magnetic flux density at the center of the vacuum chamber 12 is 20 [G] to 20 G depending on the magnitude of the DC power supplied to the electromagnetic coils 24 and 26 from the magnetic field generating power supply device. Variable within a range of 100 [G]. This magnetic field generating power supply device is also controlled by the main controller 38.
[0028]
According to the hot cathode PIG-type plasma generation source having such a configuration, the inside of the vacuum chamber 12 and the plasma gun 18 is depressurized by the vacuum pump, and the argon gas or the gas is supplied into the plasma gun 18 through the gas supply port 44. When DC power is supplied to each of the hot cathode 30, the anode 32, the electron injection electrode 34, and the electromagnetic coils 24 and 26 with hydrogen gas introduced, plasma 20 is generated. Specifically, thermoelectrons are emitted from the hot cathode 30 and are accelerated toward the anode 32. The accelerated thermoelectrons collide with each molecule (atom) of argon gas and hydrogen gas introduced into the plasma gun 18, and the gas molecule is discharged (ionized) by the impact, so that argon gas, argon Radicals, hydrogen ions and hydrogen radicals are generated, that is, plasma 20 is generated.
[0029]
Furthermore, the electrons in the plasma 20 flow toward the reflective electrode 22 together with the above-described thermoelectrons. However, since the reflective electrode 22 has an insulating potential, the electrons flowing toward the reflective electrode 22 are reflected here and oscillate in the electric field between the reflective electrode 22 and the plasma gun 18. As a result, the probability and number of collisions between electrons and gas molecules are increased, and the generation efficiency of the plasma 20 is improved. Further, since the plasma 20 is confined in a beam shape by the above-described mirror magnetic field, its density is improved. In this embodiment, for example, when the pressure in the vacuum chamber 12 including the inside of the plasma gun 18 is 0.1 [Pa], ¹¹ [Cm ^-3 A high-density plasma 20 called a stand is obtained. As described above, since the space potential in the plasma gun 18 is kept constant by the electron injection electrode 34, abnormal discharge in the plasma gun 18 and thus in the vacuum chamber 12 is suppressed. Therefore, a stable plasma 20 can be obtained with high density.
[0030]
In the vacuum chamber 12, a plurality of holders 56, 56,... For individually supporting a plurality of, for example, several to a dozen workpieces 54, 54,. Yes. These holders 56, 56,... Are arranged so that the workpieces 54, 54,... Are arranged so as to surround the plasma 20 outside the plasma 20 (outside the discharge region). Each of the workpieces 54, 54, ... is supported. And each holder 56,56, ... is couple | bonded with the peripheral part of the disk-shaped revolution table 60 via the gear mechanism 58,58, ..., The lower surface (FIG. 1) of this revolution table 60 1 is fixed to one end of the rotary shaft 62 at the center of the lower surface. The other end of the rotating shaft 62 is coupled to a shaft 66 of a motor 64 provided outside the vacuum chamber 12.
[0031]
That is, when the shaft 66 of the motor 64 rotates in the direction indicated by the arrow 68 in FIG. 1, the revolving table 60 also rotates in the same direction. As a result, the workpieces 54, 54,... Rotate around the plasma 20 and revolve. Further, due to the rotation transmission action by the gear mechanisms 58, 58,..., The workpieces 54, 54,... Rotate in the direction indicated by arrows 70, 70,. To do. In this way, the workpieces 54, 54,... Revolve and revolve so that the etching process described later can be made uniform with respect to the workpieces 54, 54,. The driving of the motor 64 is also controlled by the main controller 38.
[0032]
Further, the workpieces 54, 54,... Are attached to the vacuum chamber 12 via holders 56, 56,..., Gear mechanisms 58, 58,. An asymmetric pulse voltage as shown in FIG. 2 is applied as a bias voltage from a pulse power supply device 72 provided outside. The pulse power supply 72 as the bias applying means is also controlled by the main controller 38. Specifically, the frequency f (period T), duty ratio (ratio of pulse width (time at L (low) level) Tw to period T), L level voltage Va and H (high) level voltage of the asymmetric pulse voltage Vb is arbitrarily set. The frequency f is set within a range of 50 [kHz] to 250 [kHz]. The L level voltage Va is a negative voltage (Va <0), and the H level voltage Vb is a positive voltage (Vb> 0). The maximum output of the pulse power supply device 72 is 10 [kW].
[0033]
Further, in the vacuum chamber 12, temperature control means for heating the workpieces 54, 54,..., For example, an electric heater 74 is provided. Specifically, the electric heater 74 is provided outside the workpieces 54, 54,... (Outer peripheral edge of the revolving table 60) and at a position facing the exhaust port 14. The electric heater 74 is heated by supplying AC power from a heater power supply device (not shown) provided outside the vacuum chamber 12, and the heating temperature (magnitude of AC power) is adjusted by the main controller 38. Be controlled.
[0034]
A gas supply port 76 for introducing oxygen gas into the vacuum chamber 12 is provided on the side wall of the vacuum chamber 12. That is, a gas supply pipe 78 for introducing oxygen gas is coupled to the gas supply port 76, and a flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the oxygen gas, such as a mass flow controller, is connected to the gas supply pipe 78. 80 is provided. The mass flow controller 80 is also controlled by the main controller 38. The reason why the oxygen gas is introduced into the vacuum chamber 12 in addition to the above-described argon gas and hydrogen gas is that the hot cathode 30 in the plasma gun 18 reacts (oxidizes) with the oxygen gas. It is for preventing.
[0035]
Although not shown in the figure, the main controller 38 includes an operation panel, and this operation panel is provided with operation keys and a display. The main controller 38 starts a series of etching processes including a bombard process in the following manner when an operation to start etching is performed by the operation key, and performs an operation to stop etching by the operation key. Then, the etching process is stopped. Further, various information such as the anode voltage and the flow rate of each gas described above is displayed on the display according to the operation of the operation key.
[0036]
In other words, it is assumed that metal bodies having silicon-containing DLC films formed on their surfaces are attached to the holders 54, 54,. It is assumed that DC power is not supplied to any of the hot cathode 30, the anode 32, the electron injection electrode 34, and the electromagnetic coils 24 and 26. Further, all the mass flow controllers 50, 52 and 80 are in a closed state, that is, argon gas and hydrogen gas are not supplied into the plasma gun 18, and oxygen gas is not supplied into the vacuum chamber 12. Suppose there is. Further, it is assumed that the motor 64 is not driven and that the asymmetric pulse voltage as the bias voltage is not applied to the workpieces 54, 54,. It is assumed that the electric heater 72 is also in a non-energized state.
[0037]
In such a state, when an operation to start etching is performed by the above-described operation key, the main controller 38 controls the vacuum pump so that the pressure in the vacuum chamber 12 is a predetermined value, for example, 10 ^-3 The vacuum chamber 12 is evacuated until [Pa] is reached. When the pressure inside the vacuum chamber 12 is reduced to the predetermined value, the main controller 38 drives the motor 64. Thus, the workpieces 54, 54,... Revolve at a few revolutions per minute (for example, 1 [rpm]) and rotate at a dozen to several tens of revolutions per minute (for example, 15 [rpm]). Further, the main controller 38 controls the above-described heater power supply device, energizes the electric heater 74, and heats the workpieces 54, 54,.
[0038]
Then, the main controller 38 opens the mass controllers 50 and 52 to supply argon gas and hydrogen gas into the plasma gun 18, and at the same time, the hot cathode 30, the anode 32, the electron injection electrode 34, and the electromagnetic coils 24 and 26, respectively. The power supply devices including the DC power supply devices 36, 40 and 42 are controlled so that the DC power is supplied to the power supply. As a result, plasma 20 is generated in the vacuum chamber 12. At this time, the main controller 38 controls the vacuum pump so that the pressure in the vacuum chamber 12 is maintained at several [Pa], for example, 0.1 [Pa]. Further, the main controller 38 controls the pulse power supply device 72 to apply an asymmetric pulse voltage to the workpieces 54, 54,.
[0039]
Under such conditions, the workpieces 54, 54,... Are bombarded. That is, organic contaminants are chemically adsorbed on the surfaces of the workpieces 54, 54,... Immediately after being installed in the vacuum chamber 12. The surface is oxidized, that is, a silicon-based oxide is formed. This has been confirmed by examination by an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) method. According to the bombarding process, these organic contaminants and silicon-based oxides are removed.
[0040]
Specifically, argon ions and hydrogen ions collide with the surfaces of the workpieces 54, 54,. This removes organic contaminants adsorbed on the surface. That is, it is sputtered. Further, hydrogen ions react with each of silicon and oxygen constituting the silicon-based oxide. As a result, the silicon-based oxide is removed as a silane-based gas and water.
[0041]
The main controller 38 continues this bombardment process for a predetermined time Ta. The time Ta is suitably about several minutes to several tens of minutes. After the elapse of time Ta, the main controller 38 opens the mass flow controller 80 and supplies oxygen gas into the vacuum chamber 12. The other conditions are the same as those in the above bombardment process.
[0042]
The oxygen gas supplied into the vacuum chamber 12 is ionized by the plasma 20, thereby generating oxygen ions and oxygen radicals. Among them, oxygen ions collide with the surfaces of the workpieces 54, 54,... And react with the carbon component and the hydrogen component of the silicon-containing DLC film, respectively. As a result, the carbon component and the hydrogen component are removed as carbon-based gas and water. At the same time, however, oxygen ions react with the silicon component of the silicon-containing DLC film, so that a silicon-based oxide is newly formed on the workpieces 54, 54,. Is generated. This silicon-based oxide serves as a barrier in removing the carbon component and hydrogen component of the silicon-containing DLC film. Therefore, the action of removing the carbon component and the hydrogen component by oxygen ions, in other words, the etching rate decreases with time, and the carbon component and the hydrogen component cannot be removed.
[0043]
Therefore, after the main controller 38 executes the process for removing the carbon component and the hydrogen component for a predetermined time Tb, the main controller 38 closes the mass flow controller 80 and puts the inside of the vacuum chamber 12 into the same environment as that in the bombard process described above. return. As a result, silicon-based oxides newly generated on the workpieces 54, 54,... Are removed by reacting with hydrogen gas in the same manner as in the bombardment process. When the time Tc necessary and sufficient for removing this silicon-based oxide has elapsed, the main controller 38 sets the mass flow controller 80 again to remove the carbon component and hydrogen component of the silicon-containing DLC film. open.
[0044]
Thereafter, the main controller 38 alternately repeats the operation of opening the mass flow controller 80 for the time Tb as described above and the operation of closing the mass flow controller 80 for the time Tc. That is, a process for removing the carbon component and the hydrogen component of the silicon-containing DLC film, and a process for removing the silicon-based oxide newly generated on the workpieces 54, 54,. Are repeated alternately. As a result, the silicon-containing DLC film is removed.
[0045]
FIG. 3 shows opening / closing timings of the mass flow controllers 50, 52, and 80 in a series of etching processes including the bombard process. As shown in the figure, the bombard process is performed by opening the mass flow controller 50 for adjusting argon gas and the mass flow controller 52 for adjusting hydrogen gas. When the time Ta elapses after the mass flow controllers 50 and 52 are opened, in other words, after the bombarding process is performed for the time Ta, the oxygen flow adjusting mass flow controller 80 is opened. Thereby, a process for removing the carbon component and the hydrogen component of the silicon-containing DLC film is performed. And after this process is performed over time Tb, the mass flow controller 80 is closed and the process for removing the silicon type oxide produced | generated by the said process is performed over time Tc. Thereafter, the process over time Tb and the process over time Tc are alternately performed. The time Tb is set in the range of 5 seconds to 300 seconds, preferably in the range of 30 seconds to 180 seconds. The time Tc is also set in the range of 5 seconds to 300 seconds, preferably in the range of 30 seconds to 180 seconds.
[0046]
When the silicon-containing DLC film is almost completely removed from the surfaces of the workpieces 54, 54,... By this series of etching processes, the above-described etching stop operation may be performed using the operation key. Then, the main controller 38 ends the series of etching processes. Specifically, first, the application of the asymmetric pulse voltage to the workpieces 54, 54,... By the pulse power supply device 72 is stopped. Then, in order to stop the generation of the plasma 20, the supply of DC power to the hot cathode 30, the anode 32, the electron injection electrode 34, and the electromagnetic coils 24 and 26 is stopped and all the mass flow controllers 46, 48 and 80 are closed. All gas supply is stopped. Further, energization of the electric heater 74 and driving of the motor 64 are stopped. And the exhaust amount by a vacuum pump is reduced gradually, and the inside of the vacuum chamber 14 is returned to a normal pressure. This completes a series of etching processes.
[0047]
Note that whether or not the silicon-containing DLC film has been removed almost completely can be confirmed by observing the surfaces of the workpieces 54, 54,... From a viewing window (not shown) provided in the vacuum chamber 12. That is, since the silicon-containing DLC film is black, if the entire surface of the workpieces 54, 54,... Is changed to a metal color (silver white) instead of the black, the silicon-containing DLC film is substantially complete. It can be regarded as having been removed.
[0048]
Further, it has been found that the output current of the pulse power supply device 72, that is, the bias current Ib flowing through the workpieces 52, 52,... Changes in the process of removing the silicon-containing DLC film. In particular, when the oxygen gas is supplied into the vacuum chamber 12, that is, when the treatment for removing the carbon component and the hydrogen component of the silicon-containing DLC film is performed, the change in the bias current Ib is remarkable. Become. FIG. 4 is a graph showing changes in the bias current Ib.
[0049]
As shown in FIG. 4, although the discharge current Ia (plasma gun output) is constant, a change is seen in the bias current Ib when oxygen gas is supplied into the vacuum chamber 12. Specifically, the bias current Ib starts to gradually increase from a certain time t1. Then, after time t2, the bias current Ib becomes substantially constant. It was confirmed that the time point t2 and the timing at which the silicon-containing DLC film was considered to be almost completely removed substantially coincided with each other. That is, it is possible to recognize that the silicon-containing DLC film has been almost completely removed by monitoring the bias current Ib and capturing the time t2 when the value of the bias current Ib increases and becomes constant. The bias current Ib can be monitored by providing a current detector 82 on the output side (output terminal) of the pulse power supply device 72, for example.
[0050]
In order to realize the above-described series of etching processes, the main controller 38 operates according to a procedure as shown in FIG. 5 in accordance with a control program stored in a memory (not shown) built therein.
[0051]
That is, when an etching start operation is performed with the operation key, the main controller 38 first performs an initial process (step S1) as a preparation. Specifically, after the inside of the vacuum chamber 12 is evacuated by a vacuum pump, the motor 64 is driven and the electric heater 74 is further heated.
[0052]
Then, after the mass flow controllers 46 and 48 are opened to supply argon gas and hydrogen gas into the plasma gun 18 (step S3), the hot cathode 30, the anode 32, the electron injection electrode 34, and the electromagnetic coils 24 and 26 are respectively applied. Plasma 20 is generated by supplying DC power (step S5). Then, the pulse power supply device 72 is controlled to apply an asymmetric pulse voltage as a bias voltage to the workpieces 54, 54,... (Step S7). Thereby, the above-described bombard process is performed.
[0053]
After the start of the bombarding process, the main controller 38 determines whether or not the time Ta has elapsed (step S9). If the time Ta has not elapsed (in the case of “NO”), the etching stop operation is performed by the operation key. It is determined whether or not (step S11). If the etching stop operation has not been performed (in the case of “NO”), the process returns to step S9.
[0054]
On the other hand, when the time Ta elapses in step S9, the main controller 38 opens the mass flow controller 80 and starts supplying oxygen gas into the vacuum chamber 12 (step S13). And it is judged whether time Tb passed after supply of this oxygen gas (step S15). Here, when the time Tb has not elapsed (in the case of “NO”), the main controller 38 determines whether or not the etching stop operation has been performed by the operation key (step S17). If the etching stop operation is not performed (in the case of “NO”), the process returns to step S15.
[0055]
When determining that the time Tb has elapsed in step S15, the main controller 38 closes the mass flow controller 80 and stops supplying oxygen gas into the vacuum chamber 12 (step S19). And it is judged whether time Tc passed (step S21). Here, when the time Tc has not elapsed (in the case of “NO”), the main controller 38 determines whether or not the etching stop operation has been performed by the operation key (step S23). If the etching stop operation has not been performed (in the case of “NO”), the process returns to step S21. On the other hand, when the time Tc has elapsed in step S21, the main controller 38 returns to step S13 in order to supply oxygen gas into the vacuum chamber 12 again.
[0056]
When the etching stop operation is performed in any of step S11, step S17, and step S23 (in the case of “YES”), the main controller 38 performs a process for stopping a series of etching processes (step S25). ). That is, first, the application of the bias voltage to the workpieces 54, 54,. Then, in order to stop the generation of the plasma 20, the supply of DC power to the hot cathode 30, the anode 32, the electron injection electrode 34, and the electromagnetic coils 24 and 26 is stopped and all the mass flow controllers 46, 48 and 80 are closed. All gas supply is stopped. Further, energization of the electric heater 74 and driving of the motor 64 are stopped. And the exhaust amount by a vacuum pump is reduced gradually, and the inside of the vacuum chamber 14 is returned to a normal pressure. This completes a series of etching processes.
[0057]
As is clear from the above description, according to this embodiment, the treatment for removing the carbon component and the hydrogen component of the silicon-containing DLC film, and the workpieces 54, 54,. The process for removing the newly generated silicon-based oxide is alternately performed. Therefore, the silicon-containing DLC film that could not be removed by the above-described prior art can be effectively removed.
[0058]
In this embodiment, a hot cathode PIG-type plasma generation source is employed as the plasma generation means, but is not limited thereto. You may use the plasma generation source of other systems, such as a high frequency system.
[0059]
The argon gas functions as a so-called discharge gas, but other inert gases such as helium (He) and xenon (Xe) may be used instead of the argon gas. Further, this discharge gas need not be used. That is, the plasma 20 may be generated by supplying only hydrogen gas or oxygen gas. However, the density of the plasma 20 is improved by using the discharge gas.
[0060]
The gas supply pipe 48 as the first supply means and the gas supply pipe 78 as the second supply means are coupled to the separate supply ports 44 and 76, respectively, but are coupled to the same supply port 44 or 76. May be.
[0061]
Furthermore, when the mass flow controller 80 for adjusting oxygen gas is opened by the main controller 38 as the enabling means, the mass flow controller 52 for adjusting hydrogen gas remains open, but the present invention is not limited to this. For example, these mass flow controllers 52 and 80 may be alternately opened and closed.
[0062]
In addition, by inputting the detection result by the current detector 82 to the main controller 38, the main controller 38 may automatically determine whether or not the silicon-containing DLC film has been removed almost completely. Furthermore, the main controller 38 may be configured (programmed) so as to automatically end a series of etching processes based on the determination result.
[0063]
The electric heater 74 may be removed from the configuration of FIG. 1 if unnecessary. That is, even if the electric heater 74 is not energized, the workpieces 54, 54,... Are heated to about 200 ° C. to 300 ° C. due to the influence of the plasma 20. Accordingly, when the etching process is performed only at this temperature, the electric heater 74 may be removed.
[0064]
【Example】
As an example of the present invention, the following experiment was conducted.
[0065]
That is, as the objects to be processed 54, 54,..., A silicon-containing DLC film having a thickness of 3 [μm] is formed on a round bar-shaped SUS304 stainless steel having a surface roughness Ra of 0.015 [μm]. Is adopted. Since the silicon-containing DLC film does not easily adhere directly to SUS304 stainless steel, chromium (Cr) having a thickness of 150 nm is used as an intermediate layer between the SUS304 stainless steel and the silicon-containing DLC film. ) And a silicon carbide (SiC) film having a thickness of 150 nm are formed in this order.
[0066]
In such a state that such objects to be processed 54, 54,... Are installed in the vacuum chamber 12, the interior of the vacuum chamber 12 is set to 10. ^-3 The pressure is reduced to [Pa]. Thereafter, argon gas and hydrogen gas are supplied into the plasma gun 18 at flow rates of 40 [mL / min] and 20 [mL / min], respectively. Then, DC power is supplied to each of the hot cathode 30, the anode 32, the electron injection electrode 34, and the electromagnetic coils 24 and 26 to generate the plasma 20. At this time, the magnetic flux density is set to 20 [G] at substantially the center in the vacuum chamber 12. The plasma gun output is set to 1.8 [kW].
[0067]
Further, the following asymmetric pulse voltage is applied to the workpieces 54, 54,... As a bias voltage. That is, in FIG. 2, the period T is 10 [μs] (frequency f = 100 [kHz]), the duty ratio (Tw / T) is 0.7, the L level voltage Va is −730 [V], and the H level voltage. Let Vb be +37 [V]. Thereby, an asymmetric pulse voltage having an average voltage Vc of about −500 [V] is applied to the workpieces 54, 54,. Then, the motor 64 is driven to cause the workpieces 54, 54,... To revolve at 1 [rpm] and to rotate at 15 [rpm]. The electric heater 72 is not energized.
[0068]
Bombarding under these conditions is performed for 10 minutes. That is, the time Ta in FIG. 3 is 10 minutes. Then, after this time Ta has elapsed, oxygen gas is supplied into the vacuum chamber 12 at a flow rate of 160 [mL / min]. This state is continued for 90 seconds. That is, the time Tb in FIG. 3 is 90 seconds. Further, after the time Tb has elapsed, the supply of oxygen gas is stopped. Then, this state is continued for 60 seconds. That is, the time Tc in FIG. 3 is set to 60 seconds. Thereafter, the process over time Tb and the process over time Tc are executed alternately.
[0069]
According to this procedure, it was confirmed that the silicon-containing DLC film was almost completely removed in 180 minutes after the start of the bombardment process. The silicon carbide film as an intermediate layer is also removed together with the silicon-containing DLC film. However, the chromium film is not removed.
[0070]
Then, when the surface roughness Ra of the workpieces 54, 54,... (Chromium film) after the silicon-containing DLC film (including the silicon carbide film) was removed was measured, it was 0.016 [μm]. Met. That is, surface roughness due to a series of etching processes was hardly confirmed.
[0071]
Further, silicon carbide and a silicon-containing DLC film as intermediate layers were formed again in this order on the workpieces 54, 54,. As a result, as the mechanical performance of the silicon-containing DLC film, the same performance as that of a non-defective product having an adhesion of 30 [N], a Vickers hardness of 1780 [HV], and a friction coefficient of 0.05 was obtained. That is, it was confirmed by this experiment that a defective product can be regenerated into a non-defective product by performing a film forming process again after performing an etching process according to this embodiment.
[0072]
In addition, the etching apparatus 10 of this embodiment can be utilized also as a film-forming apparatus. That is, the film forming process can be performed after the etching process is performed using the same vacuum chamber 12. In this case, after completion of the etching process, a source gas corresponding to the film to be formed may be supplied into the vacuum chamber 12 from the gas supply port 76 instead of the oxygen gas. For example, when the above-described silicon carbide film is formed, TMS (Tetra Methyl Silene) gas may be supplied. When a silicon-containing DLC film is formed, in addition to this TMS gas, acetylene (C ₂ H ₂ ) Just supply gas.
[0073]
Furthermore, the etching apparatus 10 of this embodiment can also be used as a so-called ion nitriding apparatus. In this case, nitrogen gas may be supplied into the plasma gun 18 from the gas supply port 44 instead of argon gas.
[0074]
【The invention's effect】
According to the present invention, the treatment for removing the carbon component and the hydrogen component of the silicon-containing DLC film and the treatment for removing the compound generated on the object to be treated in accordance with this treatment are alternately performed. Is called. Therefore, the silicon-containing DLC film that could not be removed by the above-described prior art can be effectively removed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an illustrative view showing a form of a bias voltage applied to an object to be processed in the same embodiment.
FIG. 3 is an illustrative view showing a supply timing of gas supplied into the vacuum chamber in the same embodiment.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the discharge current of the plasma gun and the bias current flowing through the workpiece in the same embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the main controller in the embodiment.
[Explanation of symbols]
10 Etching equipment
12 Vacuum chamber
18 Plasma gun
20 Plasma
22 Reflective electrode
24, 26 Electromagnetic coil
38 Main controller
44,76 Gas supply port
46, 48, 78 Gas supply pipe
50, 52, 80 Mass flow controller

Claims

A vacuum chamber in which an object to be processed on which a DLC film containing silicon is formed is accommodated;
Plasma generating means for generating plasma in the vacuum chamber;
First supply means for supplying a first gas containing oxygen gas into the vacuum chamber;
Second supply means for supplying a second gas for removing a compound produced on the object to be processed by the supply of the oxygen gas into the vacuum chamber;
An etching apparatus comprising: an enabling unit that alternately enables the first supply unit and the second supply unit.

2. The etching apparatus according to claim 1, wherein an activation time per one time of the first supply means is 5 seconds to 300 seconds.

The etching apparatus according to claim 1 or 2, wherein an activation time per one time of the second supply means is 5 seconds to 300 seconds.

The etching apparatus according to claim 1, wherein the second gas includes hydrogen gas.

The etching apparatus according to claim 1, further comprising bias applying means for applying a bias voltage to the workpiece.

6. The etching apparatus according to claim 5, wherein the bias voltage is a pulse voltage having a frequency of 50 kHz to 250 kHz.

The etching apparatus according to claim 5, further comprising detection means for detecting a current flowing through the workpiece by application of the bias voltage.

A plasma generation process for generating plasma in a vacuum chamber containing an object to be processed on which a DLC film containing silicon is formed;
A first supply process for supplying a first gas containing oxygen gas into the vacuum chamber;
A second supply step of supplying a second gas for removing a compound generated on the object to be processed by the supply of the oxygen gas into the vacuum chamber,
An etching method that alternately enables the first supply process and the second supply process.

The etching method according to claim 8, further comprising a bias application step of applying a bias voltage to the workpiece.

A detection process for detecting a current flowing through the workpiece by application of the bias voltage;
The etching method according to claim 10, further comprising a determination step of determining a degree of removal of the DLC film based on a detection result in the detection step.