JP2693899B2 - Ｅｃｒプラズマ加工方法 - Google Patents
Ｅｃｒプラズマ加工方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エッチング、コーティ
ングに利用する高精度ＥＣＲプラズマ加工方法に関す
る。
ングに利用する高精度ＥＣＲプラズマ加工方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のＥＣＲプラズマ加工方法は、０．
０８７５Ｔの一定磁界による電子サイクロトロン共鳴を
利用し、イオン散乱現象をエッチングやコーティングに
利用するものである。
０８７５Ｔの一定磁界による電子サイクロトロン共鳴を
利用し、イオン散乱現象をエッチングやコーティングに
利用するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】磁場中の電子はフレミ
ングの法則にしたがってサイクロトロン運動をする。電
子のサイクロトロン運動の角周波数とマイクロ波の角周
波数とが等しくなると共鳴が生じ、電子サイクロトロン
共鳴（ＥＣＲ）現象が生じる。これにより電子とガス分
子との衝突が多くなり、分子の分解とイオン化が起こ
り、同数の電子とイオンが入れ乱れた状態（プラズマ）
が容器内で生じる。この現象を利用した加工法がＥＣＲ
プラズマ加工方法である。
ングの法則にしたがってサイクロトロン運動をする。電
子のサイクロトロン運動の角周波数とマイクロ波の角周
波数とが等しくなると共鳴が生じ、電子サイクロトロン
共鳴（ＥＣＲ）現象が生じる。これにより電子とガス分
子との衝突が多くなり、分子の分解とイオン化が起こ
り、同数の電子とイオンが入れ乱れた状態（プラズマ）
が容器内で生じる。この現象を利用した加工法がＥＣＲ
プラズマ加工方法である。
【０００４】従来のＥＣＲプラズマ加工方法では、一定
磁界のみのため、イオン旋回流が速く、イオンが散乱
し、図３に示すようにイオン流の試料中における回り込
み角θが大きくなって異方性処理が困難となり、さらに
連続照射のため、蒸気によって空洞泡を発生したり、周
囲は広い範囲に加熱され、加工形状精度に問題があっ
た。
磁界のみのため、イオン旋回流が速く、イオンが散乱
し、図３に示すようにイオン流の試料中における回り込
み角θが大きくなって異方性処理が困難となり、さらに
連続照射のため、蒸気によって空洞泡を発生したり、周
囲は広い範囲に加熱され、加工形状精度に問題があっ
た。
【０００５】そこで本発明ではＥＣＲプラズマ加工にお
いて高精度加工を可能にするものである。
いて高精度加工を可能にするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、磁力線がマイ
クロ波の進行方向と平行に、又は垂直に、又は垂直にそ
して平行に、磁界を与えて生じる電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）現象を利用したＥＣＲプラズマ加工方法に
おいて、マイクロ波出口とイオン集束用回転磁界発生装
置間のプラズマ中に加速用パルス電圧を印加し、上記イ
オン集束用回転磁界発生装置にパルス電流を流してイオ
ン流を集束し、回転磁界の下流にある加速用電極板と被
加工材との間にも加速用パルス電圧を印加するＥＣＲプ
ラズマ加工方法である。又、磁力線がマイクロ波の進行
方向と平行に、又は垂直に、又は垂直そして平行に与え
る磁界発生コイルにもパルス電圧を印加するとよい。
クロ波の進行方向と平行に、又は垂直に、又は垂直にそ
して平行に、磁界を与えて生じる電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）現象を利用したＥＣＲプラズマ加工方法に
おいて、マイクロ波出口とイオン集束用回転磁界発生装
置間のプラズマ中に加速用パルス電圧を印加し、上記イ
オン集束用回転磁界発生装置にパルス電流を流してイオ
ン流を集束し、回転磁界の下流にある加速用電極板と被
加工材との間にも加速用パルス電圧を印加するＥＣＲプ
ラズマ加工方法である。又、磁力線がマイクロ波の進行
方向と平行に、又は垂直に、又は垂直そして平行に与え
る磁界発生コイルにもパルス電圧を印加するとよい。
【０００７】上記において、回転磁界発生コイルにパル
ス電圧を印加してイオン流を集束するということは下記
のとおりである。磁界の磁束軌跡がじょうご形状になる
ように、すなわち、プラズマ中のイオンが大きい渦巻か
ら被加工材面方向に近づくにしたがい小さい渦巻になっ
て行くような形状又は回転径が大きい形状から小さい形
状となる磁界発生機構とした回転磁界発生コイルに、パ
ルス電圧を印加することにより装置の出口付近において
は強力な渦巻又は大小形状輪の磁界を形成させるように
し、それによってプラズマ中のイオン流を集束するよう
にしたものである。
ス電圧を印加してイオン流を集束するということは下記
のとおりである。磁界の磁束軌跡がじょうご形状になる
ように、すなわち、プラズマ中のイオンが大きい渦巻か
ら被加工材面方向に近づくにしたがい小さい渦巻になっ
て行くような形状又は回転径が大きい形状から小さい形
状となる磁界発生機構とした回転磁界発生コイルに、パ
ルス電圧を印加することにより装置の出口付近において
は強力な渦巻又は大小形状輪の磁界を形成させるように
し、それによってプラズマ中のイオン流を集束するよう
にしたものである。
【０００８】上記回転磁界発生装置に流すパルス電流の
通電時間は、０．０１〜５００ｍｓの範囲のパルス時間
のみ加えると良く、同時にプラズマ中にマイクロ波出口
の陽極と被加工材の陰極の両極間にパルス電界を与える
ことにより、マイクロ波出口と回転磁界発生装置間のプ
ラズマ中及び加速用電極板と被加工材間にパルス電圧が
印加されさらには磁力線がマイクロ波の進行方向と平行
に、又は垂直に、又は垂直にそして平行に与える磁界発
生コイルにもパルス電圧を印加することにより、被加工
材の急峻な温度勾配をもつことになり、高精度の加工が
できる。
通電時間は、０．０１〜５００ｍｓの範囲のパルス時間
のみ加えると良く、同時にプラズマ中にマイクロ波出口
の陽極と被加工材の陰極の両極間にパルス電界を与える
ことにより、マイクロ波出口と回転磁界発生装置間のプ
ラズマ中及び加速用電極板と被加工材間にパルス電圧が
印加されさらには磁力線がマイクロ波の進行方向と平行
に、又は垂直に、又は垂直にそして平行に与える磁界発
生コイルにもパルス電圧を印加することにより、被加工
材の急峻な温度勾配をもつことになり、高精度の加工が
できる。
【０００９】又、上記において回転磁界発生装置とは図
２に示す如く、鉄心にコイルを別々に巻いておき、各コ
イル端子にパルス電圧を印加することによって発生させ
る。図２の場合は、コイル１つおきの４個に同時にパル
ス電流を流し、次に残りの４個にパルス電流を流すこと
によって、イオン流はフレミングの左手の法則にしたが
って集束し、イオン流が通過する穴の中心部分に収束さ
れイオン散乱が少くなって高精度加工が可能となる。
２に示す如く、鉄心にコイルを別々に巻いておき、各コ
イル端子にパルス電圧を印加することによって発生させ
る。図２の場合は、コイル１つおきの４個に同時にパル
ス電流を流し、次に残りの４個にパルス電流を流すこと
によって、イオン流はフレミングの左手の法則にしたが
って集束し、イオン流が通過する穴の中心部分に収束さ
れイオン散乱が少くなって高精度加工が可能となる。
【００１０】加速用電極の板は回転磁界発生装置中央よ
り試料面に向ったイオンビーム速度をさらに高速とする
ことによりエッチング加工速度を速くする。又、コーテ
イング速度を速くする効果があり、しかもイオンビーム
を絞ることにより加工精度を高める効果がある。加速用
電極板にパルス電圧を与えることにより、イオン流を強
く加速させ、イオン衝撃点の位置決めをする。同時にプ
ラズマ中にマイクロ波出口の陽極と被加工体の陰極との
間にパルス電圧を印加することにより、すべてのイオン
が基板表面に急速イオン移動させる。
り試料面に向ったイオンビーム速度をさらに高速とする
ことによりエッチング加工速度を速くする。又、コーテ
イング速度を速くする効果があり、しかもイオンビーム
を絞ることにより加工精度を高める効果がある。加速用
電極板にパルス電圧を与えることにより、イオン流を強
く加速させ、イオン衝撃点の位置決めをする。同時にプ
ラズマ中にマイクロ波出口の陽極と被加工体の陰極との
間にパルス電圧を印加することにより、すべてのイオン
が基板表面に急速イオン移動させる。
【００１１】
【実施例】実施例を図面に基づいて説明する。
【００１２】図１において、１は被加工材で、２は被加
工材受台で陰極でもある。３は加速用電極板で、４はイ
オン流集束用回転磁界発生装置である。５はマイクロ波
の進行方向に平行な磁力線を発生させるコイル、６はヨ
ーク、７はイオン源においてマイクロ波の進行方向に垂
直な磁力線の一定磁界を発生させるコイル、８はイオン
源であり、９は冷却水排出口、１０は２．４５ＧＨｚの
マイクロ波の進行方向を示す。１１は反応ガス導入口
で、１２は冷却水供給口である。１３はパルス電源、１
４と１５は抵抗器である。そして所望に応じて、コイル
５，７および回転磁界発生装置４、加速用電極板３（さ
らに陽極１６）にパルス電圧を印加する。
工材受台で陰極でもある。３は加速用電極板で、４はイ
オン流集束用回転磁界発生装置である。５はマイクロ波
の進行方向に平行な磁力線を発生させるコイル、６はヨ
ーク、７はイオン源においてマイクロ波の進行方向に垂
直な磁力線の一定磁界を発生させるコイル、８はイオン
源であり、９は冷却水排出口、１０は２．４５ＧＨｚの
マイクロ波の進行方向を示す。１１は反応ガス導入口
で、１２は冷却水供給口である。１３はパルス電源、１
４と１５は抵抗器である。そして所望に応じて、コイル
５，７および回転磁界発生装置４、加速用電極板３（さ
らに陽極１６）にパルス電圧を印加する。
【００１３】次に具体的な加工例について説明する。
【００１４】例えばＳｉＯ2を被加工材１とした場合、
エッチングガスとして、ＣＦ4＋２０％Ｈ2を反応ガス導
入口１１より流し、雰囲気を０．０５Ｔｏｒｒとした。
コイル５に一定電圧を印加し、磁力線がマイクロ波の進
行方向と平行方向になる様に一定磁界０．０８７５Ｔな
る磁界を与えた。更にイオン集束用として回転磁界発生
装置４のコイルにパルス電流を流し、しかも被加工材１
と加速用電極板３との間にもパルス電圧例えば２００Ｖ
を印加した。その上、プラズマ中にマイクロ波出口の陽
極と被加工体を陰極としてパルス電圧例えば８００Ｖを
印加し、加工を行った。その結果、表１に示すようにエ
ッチング速度０．３３μ／ｍｉｎの高速で従来の６倍以
上のエッチング速度が得られ、回り込み角１３°に対し
て０．９°であり良好な加工形状精度である。
エッチングガスとして、ＣＦ4＋２０％Ｈ2を反応ガス導
入口１１より流し、雰囲気を０．０５Ｔｏｒｒとした。
コイル５に一定電圧を印加し、磁力線がマイクロ波の進
行方向と平行方向になる様に一定磁界０．０８７５Ｔな
る磁界を与えた。更にイオン集束用として回転磁界発生
装置４のコイルにパルス電流を流し、しかも被加工材１
と加速用電極板３との間にもパルス電圧例えば２００Ｖ
を印加した。その上、プラズマ中にマイクロ波出口の陽
極と被加工体を陰極としてパルス電圧例えば８００Ｖを
印加し、加工を行った。その結果、表１に示すようにエ
ッチング速度０．３３μ／ｍｉｎの高速で従来の６倍以
上のエッチング速度が得られ、回り込み角１３°に対し
て０．９°であり良好な加工形状精度である。
【００１５】
【表１】
【００１６】次に同一条件で、ただ磁力線がマイクロ波
の進行方向と垂直方向になる様に平均磁界０．０８７５
Ｔなる磁界を与えた場合、表２に示すごとく、エッチン
グ速度は平行に比べてやや遅いが回り込み角は０．７°
と良好となる。
の進行方向と垂直方向になる様に平均磁界０．０８７５
Ｔなる磁界を与えた場合、表２に示すごとく、エッチン
グ速度は平行に比べてやや遅いが回り込み角は０．７°
と良好となる。
【００１７】これは垂直方向の場合イオン速度が遅いた
めであるがイオンの散乱が少ないことで回り込み角が良
好である。
めであるがイオンの散乱が少ないことで回り込み角が良
好である。
【００１８】
【表２】
【００１９】そこで更に同一な条件であるが、ただ、コ
イル５に電圧を印加し磁力線がマイクロ波の進行方向と
平行方向になる様に平均磁界０．０８７５Ｔとなる磁界
を与え、さらにイオン濃度を高め、イオン温度を低温化
させるための閉じ込め磁場としてコイル７に電圧を印加
して、磁力線がマイクロ波の進行方向と垂直方向になる
様に０．０８７５Ｔの磁界を与えた。そしてイオン集束
用として回転磁界発生装置４のコイルにパルス電流を流
し、ついで被加工材１と加速用電極板３との間にもパル
ス電圧を与えて、プラズマ中にマイクロ波出口の陽極と
被加工材を陰極としてパルス電圧を印加し、被加工材１
に急峻な温度勾配をもつような加工を行った。
イル５に電圧を印加し磁力線がマイクロ波の進行方向と
平行方向になる様に平均磁界０．０８７５Ｔとなる磁界
を与え、さらにイオン濃度を高め、イオン温度を低温化
させるための閉じ込め磁場としてコイル７に電圧を印加
して、磁力線がマイクロ波の進行方向と垂直方向になる
様に０．０８７５Ｔの磁界を与えた。そしてイオン集束
用として回転磁界発生装置４のコイルにパルス電流を流
し、ついで被加工材１と加速用電極板３との間にもパル
ス電圧を与えて、プラズマ中にマイクロ波出口の陽極と
被加工材を陰極としてパルス電圧を印加し、被加工材１
に急峻な温度勾配をもつような加工を行った。
【００２０】その結果、表３に示すように最高０．４５
μ／ｍｉｎの高速エッチングを行うことができ、従来の
９倍のエッチング速度が得られた。従来の回り込み角１
３°に対して０．６°であり、極めて良好な加工形状精
度である。
μ／ｍｉｎの高速エッチングを行うことができ、従来の
９倍のエッチング速度が得られた。従来の回り込み角１
３°に対して０．６°であり、極めて良好な加工形状精
度である。
【００２１】
【表３】
【００２２】又、被加工材としてＡｌ2Ｏ3についてもプ
ラズマ加工した結果、表４に示す如く、イオン断続照射
効果が得られ、回り込み角が小さいことがわかった。
ラズマ加工した結果、表４に示す如く、イオン断続照射
効果が得られ、回り込み角が小さいことがわかった。
【００２３】
【表４】
【００２４】次に、Ｓｉを被加工材としてＡｌの薄膜抵
抗体コーティングテストを行った。ガスとしてＡｌ（Ｃ
2Ｈ5）2を流し、１Ｔｏｒｒの雰囲気中でコーティング
処理を行った。電子サイクロトロン共鳴現象を生じさせ
るため、０．０８７５Ｔの磁界を与えた。回転磁界用と
して１．７Ｔの平均磁界を与えてコーティングを行っ
た。結果を表５に示す。
抗体コーティングテストを行った。ガスとしてＡｌ（Ｃ
2Ｈ5）2を流し、１Ｔｏｒｒの雰囲気中でコーティング
処理を行った。電子サイクロトロン共鳴現象を生じさせ
るため、０．０８７５Ｔの磁界を与えた。回転磁界用と
して１．７Ｔの平均磁界を与えてコーティングを行っ
た。結果を表５に示す。
【００２５】
【表５】
【００２６】パルス電界を印加することにより、例えば
ＶPは１０００Ｖ、τonが０．００５ｍｓの場合、被覆
速度は４μｍ／ｍｉｎ、面精度は０．０７５μＨｍａ
ｘ、厚み差は０．０２７μｍ／ｍｍ2であって極めて均
一であった。
ＶPは１０００Ｖ、τonが０．００５ｍｓの場合、被覆
速度は４μｍ／ｍｉｎ、面精度は０．０７５μＨｍａ
ｘ、厚み差は０．０２７μｍ／ｍｍ2であって極めて均
一であった。
【００２７】さらに上記ＳｉＯ2の例において、マイク
ロ波の進行方向と平行に、又は垂直に、又は平行と垂直
方向にパルス磁界を与えて、平均磁界０．０８７５Ｔと
した場合の試験結果を表６，７，８として示す。
ロ波の進行方向と平行に、又は垂直に、又は平行と垂直
方向にパルス磁界を与えて、平均磁界０．０８７５Ｔと
した場合の試験結果を表６，７，８として示す。
【００２８】
【表６】
【００２９】
【表７】
【００３０】
【表８】
【００３１】表８の処理条件において被処理材をＡｌ2
Ｏ3とした場合の処理結果は表９に示すごとくエッチン
グ速度が１０倍近い速度でエッチング加工ができ、回り
込みも極めて良好な結果となった。
Ｏ3とした場合の処理結果は表９に示すごとくエッチン
グ速度が１０倍近い速度でエッチング加工ができ、回り
込みも極めて良好な結果となった。
【００３２】
【表９】
【００３３】同一条件でＡｌのコーティングを行なった
ところ被覆速度が６．２μｍ／ｍｉｎとなり、面粗度、
厚み差も表１０に示すごとく優れた結果が得られてい
る。
ところ被覆速度が６．２μｍ／ｍｉｎとなり、面粗度、
厚み差も表１０に示すごとく優れた結果が得られてい
る。
【００３４】
【表１０】
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、回転磁界発生コイルに
パルス電流を流して、磁力線を回転させ、プラズマ中の
イオンを漏斗形に沿って集束し、さらに加速用電極板に
もパルス電圧を印加し、さらに被加工材を陰極として高
電圧パルス電圧を印加し、又、場合によっては磁力線が
マイクロ波の進行方向と平行に、又は垂直になる様に磁
界発生コイルにパルス電流を流すことで、高異方性エッ
チング並びにコーティング処理を行うことができる。
パルス電流を流して、磁力線を回転させ、プラズマ中の
イオンを漏斗形に沿って集束し、さらに加速用電極板に
もパルス電圧を印加し、さらに被加工材を陰極として高
電圧パルス電圧を印加し、又、場合によっては磁力線が
マイクロ波の進行方向と平行に、又は垂直になる様に磁
界発生コイルにパルス電流を流すことで、高異方性エッ
チング並びにコーティング処理を行うことができる。
【図１】本発明の実施例の説明図である。
【図２】本発明に用いる回転磁界発生装置の説明図であ
る。
る。
【図３】プラズマ加工による回り込み角の説明図であ
る。
る。
【符号の説明】 １ 被加工材 ２ 被加工材受台 ３ 加速用電極板 ４ 集束用電磁レンズ ５ コイル ６ ヨーク ７ コイル ８ イオン源 ９ 冷却水排出口 １０ マイクロ波進行方向 １１ 反応ガス導入口 １２ 冷却水供給口 １３ パルス電源 １４ 抵抗器 １５ 抵抗器
フロントページの続き (72)発明者 嶋 好範 神奈川県川崎市麻生区王禅寺768番地15 (72)発明者 大場 章 埼玉県朝霞市浜崎１丁目９番地の３− 205
Claims (3)
- 【請求項１】 磁力線がマイクロ波の進行方向と平行
に、又は垂直に、又は垂直にそして平行に、磁界を与え
て生じる電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）現象を利用
したＥＣＲプラズマ加工方法において、マイクロ波出口
とイオン集束用回転磁界発生装置間のプラズマ中に加速
用パルス電圧を印加し、上記イオン集束用回転磁界発生
装置にパルス電流を流してイオン流を集束し、回転磁界
の下流にある加速用電極板と被加工材との間にも加速用
パルス電圧を印加することを特徴とするＥＣＲプラズマ
加工方法。 - 【請求項２】 印加するパルス電圧は電圧波形τonが
０．１μｓ〜１×１０6μｓの範囲である請求項１記載
のＥＣＲプラズマ加工方法。 - 【請求項３】 磁力線がマイクロ波の進行方向と平行
に、又は垂直に、又は垂直にそして平行に与える磁界発
生コイルにパルス電圧を印加する請求項１又は２記載の
ＥＣＲプラズマ加工方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4272046A JP2693899B2 (ja) | 1992-10-09 | 1992-10-09 | Ｅｃｒプラズマ加工方法 |
| US08/126,790 US5370779A (en) | 1992-10-09 | 1993-09-24 | ECR plasma process |
| EP93307588A EP0592129A1 (en) | 1992-10-09 | 1993-09-24 | ECR plasma process |
| TW082108295A TW245877B (ja) | 1992-10-09 | 1993-10-07 | |
| KR1019930020938A KR970010265B1 (ko) | 1992-10-09 | 1993-10-09 | Ecr 플라즈마 가공방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4272046A JP2693899B2 (ja) | 1992-10-09 | 1992-10-09 | Ｅｃｒプラズマ加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06124797A JPH06124797A (ja) | 1994-05-06 |
| JP2693899B2 true JP2693899B2 (ja) | 1997-12-24 |
Family
ID=17508359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4272046A Expired - Lifetime JP2693899B2 (ja) | 1992-10-09 | 1992-10-09 | Ｅｃｒプラズマ加工方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5370779A (ja) |
| EP (1) | EP0592129A1 (ja) |
| JP (1) | JP2693899B2 (ja) |
| KR (1) | KR970010265B1 (ja) |
| TW (1) | TW245877B (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3365067B2 (ja) * | 1994-02-10 | 2003-01-08 | ソニー株式会社 | プラズマ装置およびこれを用いたプラズマ処理方法 |
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