JP2535586B2 - Plasma processing device - Google Patents

Plasma processing device

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JP2535586B2
JP2535586B2 JP63067571A JP6757188A JP2535586B2 JP 2535586 B2 JP2535586 B2 JP 2535586B2 JP 63067571 A JP63067571 A JP 63067571A JP 6757188 A JP6757188 A JP 6757188A JP 2535586 B2 JP2535586 B2 JP 2535586B2
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舜平 山崎
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【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 本発明はスパッタ効果を伴わせつつプラズマ処理させ
るプラズマ気相反応方法に関するものであって、一度に
多数の基体上にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に
関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a plasma gas phase reaction method for performing plasma treatment with a sputtering effect, and a plasma treatment apparatus for performing plasma treatment on a large number of substrates at one time. Regarding

本発明はかかるプラズマ処理方法の応用の1例とし
て、プラズマCVD法により、ビッカース硬度2000Kg/mm2
以上を有する炭素または炭素を主成分とする被膜または
窒化珪素、窒化ホウ素等の被膜を基体の被形成面上にコ
ーティングすることにより、これら固体の表面の補強
材、また機械ストレスに対する保護材を得んとしたもの
である。
As an example of application of the plasma processing method, the present invention uses a plasma CVD method to obtain a Vickers hardness of 2000 kg / mm 2
By coating the surface of the substrate on which carbon is formed, or a film containing carbon as a main component or a film such as silicon nitride or boron nitride, a reinforcing material for these solid surfaces and a protective material against mechanical stress are obtained. It's a surprise.

本発明はリアクティブ・イオン・エッチングを多数の
基体上に施す方法に関する。
The present invention relates to a method of performing reactive ion etching on multiple substrates.

「従来技術」 一般にプラズマCVD法においては、被形成面をスパッ
タ(損傷)せずに成膜する方法が有効であるとされてい
る。それらはアモルファス珪素等の膜を作製する場合で
ある。しかし他方、逆にプラズマCVD法でありながら、
スパッタ効果を伴わせつつ成膜させる方法も知られてい
る。その代表例である炭素膜のコーティングに関して
は、本発明人の出願になる特許願『炭素被膜を有する複
合体およびその作製方法』(特願昭56-146936 昭和56
年9月17日出願)が知られている。しかしこれらは、平
行平板型の一方の電極(カソード側)に基板を配設し、
その上面に炭素膜を成膜する方法であり、反応空間とロ
ート/アンロート空間との関係はまったく論じていな
い。
“Prior Art” Generally, in the plasma CVD method, it is said that a method of forming a film without spattering (damaging) the surface to be formed is effective. They are the case of forming a film of amorphous silicon or the like. On the other hand, on the other hand, on the contrary, though it is the plasma CVD method,
A method of forming a film with a sputtering effect is also known. Regarding the coating of a carbon film, which is a typical example thereof, a patent application “Composite having a carbon film and a method for producing the same” filed by the present inventor (Japanese Patent Application No. 56-146936, Showa 56).
Application dated September 17, 2012) is known. However, in these, the substrate is arranged on one electrode (cathode side) of the parallel plate type,
This is a method of forming a carbon film on the upper surface thereof, and the relationship between the reaction space and the funnel / unroat space is not discussed at all.

「従来の問題点」 かかるスパッタ効果を伴わせつつ成膜させる従来方法
は、被膜を20cm□、15cm×120cmといった大面積の基体
上に多数枚同時に成膜できないばかりか、凹凸を有する
基体または一度に多量に基体上に膜、例えば硬い炭素膜
を作ることができない。さらに、大容量空間に多量の基
体を配設して、これらに一度にプラズマ処理をする方法
はまったく提案されていないばかりか、この反応空間で
は各ホルダ間に一定の間隔をあけるが、この間隔はロー
トまたはアンロート空間ではまったく無駄であり、床面
積の無駄使いになってしまっていた。
“Conventional problems” In the conventional method of forming a film with such a sputtering effect, not only can a large number of films be formed on a large-area substrate such as 20 cm □, 15 cm × 120 cm at the same time, but also a substrate having irregularities or It is not possible to form a large amount of film on the substrate, for example, a hard carbon film. Furthermore, no method has been proposed in which a large amount of substrates are arranged in a large capacity space and plasma processing is performed on them all at once. In this reaction space, a certain space is provided between each holder. Was completely useless in funnel or unroth spaces, wasting floor space.

「問題を解決すべき手段」 本発明は、六面体構造を有する反応空間に複数の基体
の保持された複数のホルダを、各ホルダ間を一位の間隔
または概略一定の間隔を有して配設し、各ホルダ上への
プラズマ処理がすべてにわたって等しくなされるべくし
ている。そしてロートまたはアンロート空間ではこの間
隔をより狭くせんとしたものである。
"Means for Solving the Problem" In the present invention, a plurality of holders holding a plurality of substrates in a reaction space having a hexahedral structure are arranged with a one-dimensional interval or a substantially constant interval between the holders. However, the plasma treatment on each holder is to be made equal throughout. And in the funnel or unroth space, this space is made narrower.

本発明は、前後の一対をなす面に互いに離間して一対
の第1および第2の電極を配設する。さらに基体または
ホルダの第3の電極を設け、第3の電極と一対の第1お
よび第2の電極との間に交番電圧特に第1の交番電圧を
基体またはホルダ側がカソード側(スパッタ効果を有す
る側)となるべく印加する。
According to the present invention, a pair of first and second electrodes are arranged on the pair of front and rear surfaces so as to be separated from each other. Further, a third electrode of the substrate or the holder is provided, and an alternating voltage, particularly the first alternating voltage, is applied between the third electrode and the pair of first and second electrodes on the substrate or holder side on the cathode side (which has a sputtering effect. Side) is applied as much as possible.

そしてプラズマがすべての基板を平等に処理すべく一
対の電極の一方から他方への電界にそってホルダおよび
基体を配設し、かつその各ホルダ間の間隔を互いに同じ
になるべく配設する。かかる反応空間でのホルダおよび
基体はロート室に予め保存され、ここではこの各ホルダ
間の間隔をより狭くして床面積を節約している。
The holder and the base are arranged along the electric field from one of the pair of electrodes to the other so that the plasma uniformly processes all the substrates, and the intervals between the holders are arranged to be equal to each other. The holders and substrates in such a reaction space are pre-stored in the funnel chamber, where the spacing between the holders is made smaller to save floor space.

本発明はかかる反応空間でのプラズマを筒状空間に保
持し、この一対の電極間に一定の間隔を有して互いに離
間して配設された基体のすべての表面に同時にプラズマ
処理を行う。
In the present invention, the plasma in the reaction space is held in the cylindrical space, and the plasma treatment is simultaneously performed on all the surfaces of the substrate arranged at a certain distance between the pair of electrodes and separated from each other.

そしてプラズマ処理の1例としてプラズマCVD法によ
り薄膜を形成し、さらにその1例として、エチレン、メ
タンのような炭化水素気体または弗化炭素の如き炭素弗
化物気体を第1の中周波交番電界、例えば50KHzの交番
電圧と第2の交番電界、例えば13.56MHzの高周波電界と
を加えつつプラズマを発生させた雰囲気中に導入し、分
解せしめることにより、SP3軌道を有するダイヤモンド
と類似のC−C結合を作る。結果として、グラファイト
のような非透光性の導電性または不良導電性の炭素を作
るのではなく、光学的エネルギバンド巾(Egという)が
1.0eV以上、好ましくは1.5〜5.5eVを有する絶縁性の炭
素を形成することを特徴としている。さらに本発明の炭
素は硬度もビッカース硬度が2000Kg/mm2以上、好ましく
は4500Kg/mm2以上、理想的には6500Kg/mm2というダイヤ
モント類似の硬さを有するアモルファス(非晶質)また
は5Å〜2μmの大きさの結晶性を有する炭素またはこ
の炭素中に水素、ハロゲン元素が25原子%以下またはII
I価またはV価の不純物が5原子%以下、また窒素がN/C
≦0.05(5%)の濃度に添加されたいわゆる炭素を主成
分とする炭素(以下本発明においては単に炭素という)
を固体上に設けた複合体を設けんとしたものである。
Then, as an example of the plasma treatment, a thin film is formed by a plasma CVD method. Further, as an example thereof, a hydrocarbon gas such as ethylene or methane or a carbon fluoride gas such as carbon fluoride is used as a first medium frequency alternating electric field, For example, by introducing an alternating voltage of 50 KHz and a second alternating electric field, for example, a high frequency electric field of 13.56 MHz, into the atmosphere in which plasma is generated and causing the plasma to decompose, C-C similar to diamond having SP 3 orbits Make a bond. As a result, rather than making a non-translucent conductive or poorly conductive carbon like graphite, the optical energy bandwidth (called Eg) is
It is characterized in that it forms an insulating carbon having 1.0 eV or more, preferably 1.5 to 5.5 eV. Further, the carbon of the present invention has an hardness of 2000 Kg / mm 2 or more, preferably 4500 Kg / mm 2 or more, and is ideally 6500 Kg / mm 2 amorphous (amorphous) or 5Å having a hardness similar to DIAMONT. Carbon having crystallinity of up to 2 μm or hydrogen or halogen element in this carbon is 25 atomic% or less or II
5 atomic% or less of I- or V-valent impurities and N / C of nitrogen
Carbon whose main component is so-called carbon added to a concentration of ≦ 0.05 (5%) (hereinafter, simply referred to as carbon in the present invention).
Is provided on a solid body.

本発明は、さらにこのプラズマ処理がなされる基体材
料として、ガラス、セラミックス、金属、磁性体、プラ
スチックス(有機樹脂ともいう)、酸化物超伝導材料に
対して適用せしめた。また、基体の形状として、板状、
皿状、容器、ピンセット、ウエハホルダ用カセット、ジ
グ、棒状材料に対しても可能とせしめた。
The present invention is further applied to glass, ceramics, metal, magnetic material, plastics (also called organic resin), and oxide superconducting material as the substrate material to be subjected to the plasma treatment. In addition, as the shape of the substrate, a plate shape,
It is also possible for plate-shaped, containers, tweezers, wafer holder cassettes, jigs, and rod-shaped materials.

また本発明において、特にプラスチックスとして、例
えばPET(ポリエチレンテレフタレート),PES,PMMA,テ
フロン,エポキシ,ポリイミド等の有機樹脂基体があ
る。
Further, in the present invention, particularly as plastics, there are organic resin substrates such as PET (polyethylene terephthalate), PES, PMMA, Teflon, epoxy and polyimide.

以下に図面に従って本発明に用いられたプラズマ処理
方法を記す。
The plasma processing method used in the present invention will be described below with reference to the drawings.

「実施例1」 第1図は本発明のプラズマ処理方法を実施するための
プラズマ処理装置の概要を示す。また第2図は第1図の
A−A′での縦断面を右方向よりみた状態を示してい
る。
Example 1 FIG. 1 shows the outline of a plasma processing apparatus for carrying out the plasma processing method of the present invention. Further, FIG. 2 shows a state in which the vertical cross section taken along the line AA ′ in FIG. 1 is viewed from the right.

図面において、プラズマ処理装置の反応容器(7)は
ロード用予備質(7-1),アンロード用予備室(7-2)と
を有し、それぞれの間はゲート弁(14-2),(14-3)お
よび大気との間はゲート弁(14-1),(14-4)即ち(1
4)で仕切られている。
In the drawing, the reaction vessel (7) of the plasma processing apparatus has a loading spare material (7-1) and an unloading spare chamber (7-2), and a gate valve (14-2), Gate valves (14-1), (14-4) or (1
It is divided by 4).

反応空間(6)では基体(1-),(1-2),・・(1-
m)即ち(1)がホルダ(2-1),(2-2),・・・(2-
n)即ち(2)上に配設されている。この基体(1)は
一方の面にのみプラズマ処理をする構成である。しかし
基体の表面および裏面に同時にプラズマ処理をせんとす
る場合はホルダ(2)に穴をあけ、この穴に基体を挟ん
で配設すればよい。
In the reaction space (6), the substrates (1-), (1-2), ... (1-
m) That is, (1) is the holder (2-1), (2-2), ... (2-
n), that is, on (2). This substrate (1) has a structure in which plasma processing is performed only on one surface. However, when plasma treatment is to be performed on the front surface and the back surface of the substrate at the same time, holes may be formed in the holder (2) and the substrate may be sandwiched between the holes.

この実施例において、第1の電圧が交番電圧であるた
めホルダが板状のアルミニウム、ニッケル等の導体であ
り、その両面に図面に示す如く、ガラス、シリコン基
板、セラミックス等の絶縁体の基体を配設させ得る。こ
のホルダ間の間隔(31-1),(31-2),・・・・(31-n
-1)は互いに等しくまたは概略等しくせしめ、5〜15cm
例えば10cmを有せしめた。そしてそれぞれの基体上の処
理の程度が同じ(成膜では膜厚、膜質が同じ)程度(平
均値に対し±20%以内のバラツキ)となるようにした。
In this embodiment, since the first voltage is an alternating voltage, the holder is a plate-shaped conductor made of aluminum, nickel, etc., and both sides of the holder are made of an insulating substrate such as glass, silicon substrate, ceramics, etc. It can be arranged. Space between these holders (31-1), (31-2), ... (31-n
-1) should be equal or roughly equal to each other, 5 to 15 cm
For example, it has 10 cm. Then, the degree of treatment on each substrate was made to be the same (the film thickness and film quality were the same in film formation) (variation within ± 20% of the average value).

この間隔が圧力として0.01〜0.05torrでは10〜15cmと
広い方がこの間隔中のラジカル種の密度が十分にでき、
高い成膜速度(800〜2000A/分)および膜厚の均一性を
得ることができた。他方、この圧力を0.07〜0.1torrと
すると成膜速度は大きくなったが、膜厚の均一性は不十
分となった。また圧力を0.005〜0.02torrとすると、均
一性がよいため間隔を狭く5〜10cmとすることができる
が、成膜速度が十分でなくなり、20〜50A/分しか得られ
なくなった。
If this interval is as wide as 10 to 15 cm when the pressure is 0.01 to 0.05 torr, the density of radical species in this interval is sufficient,
We were able to obtain a high deposition rate (800-2000A / min) and film thickness uniformity. On the other hand, when the pressure was 0.07 to 0.1 torr, the film formation rate increased, but the film thickness uniformity became insufficient. When the pressure is 0.005 to 0.02 torr, the interval is narrow and 5 to 10 cm because of good uniformity, but the film forming rate becomes insufficient and only 20 to 50 A / min can be obtained.

ロード室(17-1)、アンロード室(17-2)において
は、基体およびホルダは空間の節約のため、間隔(32-
1),(32-2)・・・(32-n-1)を反応空間での間隔に
比べて狭くした。この間隔として0〜5cm例えば1〜2cm
とした。0cmとは基体同志が互いに接触している場合を
示す。またこれらホルダはガイドレール(9)にハング
(引っ掛け)されて保持させてあり、ガイドレール
(9)よりホルダに電流を流しホルダまたは電極を第3
の電極とし得るよう構成させた。
In the load chamber (17-1) and the unload chamber (17-2), the space between the base body and the holder (32-
1), (32-2) ... (32-n-1) are narrower than the space in the reaction space. This interval is 0-5 cm, for example 1-2 cm
And 0 cm indicates that the substrates are in contact with each other. Further, these holders are hung (hanged) on the guide rails (9) to be held, and a current is passed through the guide rails (9) to the holders so that the holders or the electrodes can be moved to the third position.
It is configured so that it can be used as an electrode of.

ガス系(10)において、キャリアガスである水素また
はアルゴンガスを(10-1)より、反応性気体である炭化
水素気体、例えばメタン、エチレンを(10-2)より、II
I価不純物のジボラン(1%に水素希釈)またはV価不
純物のアンモニアまたはフォスヒン(1%に水素希釈)
を(10-3)より、またエッチング用気体である例えば酸
素または酸素化物気体またはNF3,SF6の如き弗化物気体
を(10-4)より、バルブ(28)、流量計(29)をへて反
応系(30)中にノズル(25)より導入される。
In the gas system (10), hydrogen or argon gas as a carrier gas is supplied from (10-1), and a hydrocarbon gas such as methane or ethylene is supplied as a carrier gas from (10-1).
I-valent impurities diborane (diluted to 1% hydrogen) or V-valent impurities ammonia or foshin (diluted to 1% hydrogen)
From (10-3), and an etching gas such as oxygen or an oxide gas or a fluoride gas such as NF 3 or SF 6 from (10-4) to a valve (28) and a flow meter (29). It is introduced from the nozzle (25) into the reaction system (30).

反応系(30)は、筒構造体(8),(8′)(四角の
枠構造を有する)を有し、また第2図に示す如く、この
第1図における前方(第2図における左側)および後方
(第2図の右側)には一対の第1および第2の電極
(3),(3′)を金属メッシュで構成せしめる。その
外側にはハロゲンヒータ(11),(11′)を配設し、赤
外線の反射板(12),(12′)をさらにその外側に設け
ている。そして基体を−100℃(冷却手段を設けた場
合)〜850℃の温度に成就させた。またホルダ(2)は
第3の電極を構成し、反応容器(7)とは電気的に絶縁
される。このホルダに保持されて基体(1-1),(1-
2),・・・(1-n)即ち(1)を配設している。第1の
交番電圧が電源(17)よりホルダ(2)の第3の電極と
第1および第2の電極(3),(3′)との間に印加さ
せるようになっている。
The reaction system (30) has cylindrical structures (8) and (8 ') (having a square frame structure), and as shown in FIG. 2, the front side in FIG. 1 (the left side in FIG. 2). ) And rearward (on the right side in FIG. 2), a pair of first and second electrodes (3) and (3 ') are made of a metal mesh. Halogen heaters (11) and (11 ') are arranged on the outside thereof, and infrared ray reflection plates (12) and (12') are further provided on the outside thereof. The substrate was then brought to a temperature of -100 ° C (when a cooling means was provided) to 850 ° C. Further, the holder (2) constitutes a third electrode and is electrically insulated from the reaction container (7). The substrate (1-1), (1-
2), ... (1-n), that is, (1) is provided. The first alternating voltage is applied from the power source (17) between the third electrode of the holder (2) and the first and second electrodes (3) and (3 ').

さらに第2の電源(15)よりマッチングトランス(1
6)を介して、第1の交番電界より高い周波数の第2の
交番電圧が一対の電極(3),(3′)に(4),
(4′)をへて印加される。
In addition, the matching transformer (1
A second alternating voltage having a frequency higher than the first alternating electric field is applied to the pair of electrodes (3), (3 ') (4), via (6).
(4 ') is applied.

このマッチングトランスは、対称型または概略対称型
の出力を有し、一端(4)および他端(4′)は一対の
第1および第2の電極(3),(3′)にそれぞれに連
結されている。またトランスの出力側中点(5)には第
1の交番電圧(17)が印加されている。第2の交番電圧
は1〜5000MHz例えば13.56MHzの周波数の高周波電界を
印加し、第1の交番電圧は1〜500KHz例えば50KHzの周
波数の交番電界を印加した。
The matching transformer has symmetrical or substantially symmetrical outputs, and one end (4) and the other end (4 ') are connected to a pair of first and second electrodes (3), (3'), respectively. Has been done. The first alternating voltage (17) is applied to the output side midpoint (5) of the transformer. A high frequency electric field having a frequency of 1 to 5000 MHz, for example 13.56 MHz was applied as the second alternating voltage, and an alternating electric field having a frequency of 1 to 500 KHz, for example 50 KHz was applied as the first alternating voltage.

かくして反応空間にプラズマ(6)が発生する。排気
系(20)は、圧力調整バルブ(21),ターボ分子ポンプ
(22),ロータリーポンプ(23)をへて不要気体を排気
する。
Thus, plasma (6) is generated in the reaction space. The exhaust system (20) exhausts unnecessary gas through the pressure control valve (21), the turbo molecular pump (22), and the rotary pump (23).

これらの反応性気体は、反応空間(6)で0.001〜1.0
torr例えば0.05torrとし、この筒構造体(8),
(8′)は直方体状を有し、例えば巾160cm、奥行き40c
m、縦160cmとした。
These reactive gases are 0.001 to 1.0 in the reaction space (6).
torr, for example, 0.05 torr, and this tubular structure (8),
(8 ') has a rectangular parallelepiped shape, for example, width 160cm, depth 40c
m, 160 cm in height.

また反応容器(7)の内壁面に付着しないようプラズ
マが反応空間(6)より外部(60)にもれないよう筒構
造体(8),(8′)を設けている。
Further, cylindrical structures (8) and (8 ') are provided so that plasma does not stick to the outside (60) from the reaction space (6) so as not to adhere to the inner wall surface of the reaction container (7).

一対の電極は有効面積120cm□とするため、150cm□と
した。かかる空間において1.0〜30KW(単位面積あたり
0.04〜1.3W/cm2)例えば10KW(単位面積あたり0.44W/cm
2のプラズマエネルギ)の第2の高周波電圧を加える。
さらに第1の交番電圧による交流バイヤスは、被形成面
上に−200〜600V(例えばその出力は500W)となるよう5
0KHzの周波数で3KWの出力を加えた。
Since the effective area of the pair of electrodes was 120 cm □, it was set to 150 cm □. 1.0 to 30KW in such space (per unit area
0.04 to 1.3W / cm 2 ) For example, 10KW (0.44W / cm per unit area)
A second high frequency voltage of (2 plasma energy) is applied.
Further, the AC bias by the first alternating voltage is set to -200 to 600V (for example, its output is 500W) on the surface to be formed.
An output of 3 KW was added at a frequency of 0 KHz.

もちろん、この直方体の筒構造体の高さを20cm〜5m、
また電極の一辺を30cm□〜3m□としてもよい。
Of course, the height of this rectangular tubular structure is 20 cm to 5 m,
Further, one side of the electrode may be 30 cm □ to 3 m □.

「実施例2」 この実施例は実施例1において示したプラズマ処理装
置を用いて炭素または炭素を主成分とする被膜を基体上
に形成した例である。
Example 2 This example is an example in which carbon or a coating film containing carbon as a main component is formed on a substrate by using the plasma processing apparatus described in Example 1.

反応性気体として、例えばメタンまたはエチレンを用
いた。加熱の後に行わず、自己加熱方式を用いた。この
ため、まずアルゴンガスを導入し、0.05torrとして約10
分表面をスパッタし、基体上を加熱させた。するとこの
表面は100〜500℃例えば300℃とすることができた。第
1および第2の電圧の出力はそれぞれ3KW、10KWとし
た。さらにこの後反応性気体であるメタンを連続的に導
入し、基体の温度が下がらないようにしつつ炭素膜を形
成した。その後メタンの量とアルゴンの量とを少しづつ
交換し、反応空間のすべての気体を窒化物気体とした。
同じ出力の交番電圧を印加した。
For example, methane or ethylene was used as the reactive gas. A self heating system was used without heating. For this reason, argon gas was introduced first, and 0.05 torr was set to about 10
The surface of the substrate was sputtered to heat the substrate. This surface could then be at 100-500 ° C, for example 300 ° C. The outputs of the first and second voltages were 3 KW and 10 KW, respectively. Furthermore, after this, methane, which is a reactive gas, was continuously introduced to form a carbon film while preventing the temperature of the substrate from lowering. After that, the amount of methane and the amount of argon were changed little by little, and all the gas in the reaction space was changed to the nitride gas.
The alternating voltage of the same output was applied.

かかる条件下で反応圧力、反応空間でのホルダ間の間
隔を変えることにより、成膜速度、成膜される膜の均一
性、1バッチあたりの処理ホルダ数が大きく影響を受け
ることが以下の実験結果のように明らかになった。
By changing the reaction pressure and the distance between the holders in the reaction space under such conditions, the deposition rate, the uniformity of the deposited film, and the number of processing holders per batch are greatly affected. It became clear like the result.

このため、反応空間でのホルダ間の間隔は5〜10cm例
えば8cmとし、1バッチあたり15ホルダとした。ロード
またはアンロード室での間隔はかかる制限がないため0
〜2cmとすると床面積の節約が可能である。
Therefore, the distance between the holders in the reaction space is 5 to 10 cm, for example, 8 cm, and 15 holders per batch. 0 because there is no limit on the interval in the load or unload chamber
A floor area of ~ 2 cm can be saved.

成膜速度は10〜600A/分を有し、特に例えば反応圧力
0.03〜0.07torrでのプラズマCVD法では100〜200A/分を
得た。膜の均一性は±10%以内、1バッチあたりのロー
トホルダ数24〜12を得た。これらはすべてビッカース硬
度が2000Kg/mm2以上を有する条件のみを良品とした。も
ちろん、グラファイトが主成分(50%以上)ならばきわ
めて柔らかく、かつ黒色で本発明とはまったく異質なも
のである。
The film formation rate is 10 to 600 A / min, and particularly the reaction pressure
The plasma CVD method at 0.03-0.07 torr gave 100-200 A / min. The uniformity of the film was within ± 10%, and 24 to 12 funnel holders per batch were obtained. All of these were regarded as good products only under the condition that the Vickers hardness was 2000 Kg / mm 2 or more. Of course, if graphite is the main component (50% or more), it is extremely soft and black, which is completely different from the present invention.

また本発明とは逆に、基体側(ホルダ側)の電位をア
ノード(スパッタ効果のない側)レベルとすると、炭素
膜はビッカース硬度が300Kg/mm2以下しか得られず、き
わめて柔らかく工業的応用は不可能であった。
Contrary to the present invention, when the electric potential on the substrate side (holder side) is set to the anode (side without sputtering effect) level, the carbon film has a Vickers hardness of 300 Kg / mm 2 or less, which is extremely soft and industrially applicable. Was impossible.

本発明において、第1および第2の電極に印加される
交番電圧の周波数がバイヤス用電圧と同じ1〜500KHzの
場合、反応性気体をプラズマ化させにくい。このためよ
り成膜速度を向上させるためには、第2の交番電圧は1
〜5000MHz例えば13.56MHzの周波数とし、特にC−C結
合、C=C結合を分解し、C−C結合または−C−C−
結合を作り、炭素の不対結合手同志を互いに衝突させて
共有結合させ、安定なSP3結合を有するダイヤモンド構
造を局部的に有した構造とさせ得る。
In the present invention, when the frequency of the alternating voltage applied to the first and second electrodes is 1 to 500 KHz, which is the same as the bias voltage, it is difficult to turn reactive gas into plasma. Therefore, in order to further improve the film forming speed, the second alternating voltage is 1
˜5000 MHz, for example, 13.56 MHz, especially C-C bond, C = C bond is decomposed, C-C bond or -C-C-
Bonds can be made and carbon unpaired bonds can be made to collide with each other to form a covalent bond, resulting in a structure locally having a diamond structure with a stable SP 3 bond.

かくして基体である半導体(例えばシリコンウエ
ハ),セラミックス、磁性体、金属、酸化物超伝導材料
または電気部品の基体が導電性ホルダに仮付けまたは配
設された基体表面上に、炭素特に炭素中に水素を25モル
%以下含有する炭素、またはP、IまたはN型の導電型
を有する炭素を主成分とする被膜を形成させることがで
きた。
Thus, the base body of semiconductor (eg, silicon wafer), ceramics, magnetic material, metal, oxide superconducting material or base body of electric component is temporarily attached to or placed on a conductive holder, and carbon, especially carbon It was possible to form a film containing carbon as the main component, which contains 25 mol% or less of hydrogen, or carbon having P, I or N type conductivity.

かくすると、その端部および中央部で1μmの厚さを
つけても、±10%以下しか膜厚のバラツキがなく、また
硬さ等の膜質も均一であった。
As a result, even if a thickness of 1 μm was applied at the end and the center, the film thickness varied only by ± 10% or less, and the film quality such as hardness was uniform.

かかる基体の一例として、サーマルヘッド用基板など
に適用する場合、1日8時間稼動、1ケ月21日稼動で10
K本/月のサーマルヘッドに炭素膜をコートできた。
As an example of such a substrate, when it is applied to a substrate for a thermal head, etc., it operates for 8 hours a day, and operates for 21 days a month.
The carbon film could be coated on the K thermal heads / month.

そしてかかる場合の他の一例として半導体のウエハ
(1)例えばシリコンウエハの裏面側に炭素膜をヒート
シンクとしてコートすることは有効である。するとこの
炭素膜は膜の熱伝導度が2.5W/cm deg以上、代表的には
4.0〜6.0W/cm degを有するため、半導体集積回路におけ
るパワートランジスタ部等の局部発熱を全体に均一に逃
がすことができる。そしてウエハの裏面に形成させる場
合、炭素膜は0.5〜5μmの厚さ、例えば1μmの厚さ
に形成した。この厚さは密着性を阻害しない範囲で厚い
方がよい。
Then, as another example of such a case, it is effective to coat a carbon film as a heat sink on the back surface side of a semiconductor wafer (1), for example, a silicon wafer. Then, this carbon film has a thermal conductivity of 2.5 W / cm deg or more, typically
Since it has a value of 4.0 to 6.0 W / cm deg, local heat generation of the power transistor section in the semiconductor integrated circuit can be dissipated uniformly throughout. When the carbon film is formed on the back surface of the wafer, the carbon film has a thickness of 0.5 to 5 μm, for example, 1 μm. It is preferable that this thickness is as large as possible without impairing the adhesion.

このコーティングの後、ウエハのプローブテストを行
い、さらにそれぞれのICチップにするため、スクライ
ブ、ブレイク工程を経て、各半導体チップが裏面に炭素
膜がコートされた構成をダイボンディング、ワイヤボン
ディングとして完成させた。
After this coating, a wafer probe test is performed, and in order to make each IC chip, through a scribe and break process, the structure in which each semiconductor chip has a carbon film coated on the back surface is completed as die bonding and wire bonding. It was

「実施例3」 本発明の他の実施例として、実施例1の装置を用い、
反応性気体としてシランとアンモニアを導入し、スパッ
タ効果を伴わせつつ窒化珪素を作製した。
"Example 3" As another example of the present invention, the apparatus of Example 1 is used,
Silane and ammonia were introduced as reactive gases, and silicon nitride was produced with a sputtering effect.

反応性気体としてジボランとアンモニアとを導入して
窒化ホウ素を形成した。
Boron nitride was formed by introducing diborane and ammonia as reactive gases.

また有機チタンと窒素とを導入して窒化チタンを形成
した。
Further, organic titanium and nitrogen were introduced to form titanium nitride.

またメチルアルミニウム等を導入し、金属アルミニウ
ムの導体を形成してもよい。本発明方法においては、成
膜した材料が導体の場合、電極間のショートを誘発しや
すいため、成膜する材料は絶縁材料または電気抵抗の十
分大きい材料(酸化物超伝導材料(室温以上では超伝導
ではない),セラミックス、磁性材料)が好ましい。
Alternatively, methylaluminum or the like may be introduced to form a metallic aluminum conductor. In the method of the present invention, when the film-formed material is a conductor, a short circuit between electrodes is likely to be induced. Therefore, the film-formed material is an insulating material or a material having a sufficiently high electric resistance (oxide superconducting material (Not conductive), ceramics, magnetic materials) are preferred.

「効果」 本発明方法は、基体側をカソード側のスパッタ効果を
有すべき電極関係とし、かつとその反応空間をきわめて
大きくしたことにより、工業的に多量生産を可能とした
ものである。そして薄膜形成においては、その1例とし
て、炭素膜を用いた。この炭素膜は熱伝導率が2.5W/cm
deg以上、代表的には4.0〜6.0W/cm degとダイヤモンド
の60W/cm degに近いため、局部的な昇温およびそれに伴
う磁気ヘッドの特性劣化を防ぐことができ、耐摩耗性、
高熱伝導性、炭素膜特有の高平滑性等、多くの特性を併
用して有効に用い得る。
"Effects" The method of the present invention enables industrial mass production by making the substrate side an electrode that should have a sputtering effect on the cathode side and making the reaction space extremely large. In forming the thin film, a carbon film was used as an example. This carbon film has a thermal conductivity of 2.5 W / cm
Since it is more than deg, typically 4.0 to 6.0 W / cm deg and close to 60 W / cm deg of diamond, it is possible to prevent local temperature rise and accompanying characteristic deterioration of the magnetic head, wear resistance,
Many properties such as high thermal conductivity and high smoothness peculiar to a carbon film can be effectively used in combination.

以上の説明より明らかな如く、本発明はCVD法として
用いられる場合、形成される薄膜は炭素のみならず窒化
珪素、窒化ホウ素、酸化タンタルの如き絶縁体薄膜、金
属アルミニューム、酸化物超伝導材料であってもよい。
As is clear from the above description, when the present invention is used as a CVD method, the thin film to be formed is not only carbon but also an insulating thin film such as silicon nitride, boron nitride, tantalum oxide, metal aluminum, oxide superconducting material. May be

また、エッチング装置として用いる場合、RIE(リア
クティブ・イオン・エッチング)と同じ電位方向とする
ことにより、基体上の酸化珪素、アルミニューム、珪
素、炭素の異方性エッチングを行うことができる。
When used as an etching device, anisotropic etching of silicon oxide, aluminum, silicon and carbon on the substrate can be performed by setting the same potential direction as RIE (reactive ion etching).

さらに基体材料として、有機樹脂またはそれに複合化
させたガラス、磁性体、金属またはセラミックス、さら
に半導体またはそれらの複合体を構成し、それら固体の
表面に薄膜をコーティングして設けたものである。
Further, as a base material, an organic resin or glass compounded with it, a magnetic material, a metal or a ceramic, a semiconductor or a composite thereof is formed, and a thin film is coated on the surface of the solid.

本発明におけるセラミックスはアルミナ、ジルコニ
ア、カーボランダム、YBaCu3O68,BiSrCaCuyOx等で知
られる酸化物超伝導材料が有効である。また磁性体はサ
マリューム、コバルト等の希土類磁石、アモルファス磁
性体、酸化鉄またはこれにニッケル、クロム等がコート
された形状異方形の磁性体であってもよい。
Ceramics of the present invention is alumina, zirconia, carborundum, oxide superconducting materials known in YBaCu 3 O 6 ~ 8, BiSrCaCuyOx like are effective. Further, the magnetic substance may be a rare earth magnet such as samarium or cobalt, an amorphous magnetic substance, iron oxide or an anisotropically shaped magnetic substance obtained by coating nickel oxide, chromium or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明のプラズマ処理装置の製造装置の概要を
示す。 第2図は、第1図のプラズマ処理装置の要部の縦断面図
を示す。
FIG. 1 shows an outline of a plasma processing apparatus manufacturing apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the main part of the plasma processing apparatus shown in FIG.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被形成面を有する基体を複数のホルダに保
持し、該ホルダ間は反応性気体をプラズマ化せしめ、前
記基体上に処理せしめる反応空間において、各ホルダ間
を等しいまたは概略等しい第1の間隔で配設せしめ、前
記基体の保持させた複数のホルダの間隔はロードまたは
アンロード空間においては前記第1の間隔よりも狭い第
2の間隔に保持されたことを特徴とするプラズマ処理装
置。
1. A substrate having a surface to be formed is held by a plurality of holders, a reactive gas is turned into plasma between the holders, and the holders are equal or substantially equal in a reaction space for processing on the substrate. The plasma treatment, wherein the plurality of holders held by the base are held at a second interval narrower than the first interval in the load or unload space. apparatus.
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、互いに離
間した一対の第1および第2の電極を有し、該電極間は
基板およびホルダを前記一対の電極方向に直交する方向
より移設して配設せしめ前記基板またはホルダを第3の
電極として動作せしめることを特徴とするプラズマ処理
装置。
2. A pair of first and second electrodes separated from each other according to claim 1, wherein a substrate and a holder are transferred between the electrodes in a direction orthogonal to the pair of electrodes. A plasma processing apparatus, wherein the substrate or the holder is operated as a third electrode.
【請求項3】特許請求の範囲第1項において、移設は上
方よりホルダおよび基体をつり下げて保持または下方よ
りホルダおよび基体を持ち上げて保持せしめることを特
徴とするプラズマ処理装置。
3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the relocation is performed by suspending and holding the holder and the base from above or by holding the holder and the base from below.
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