JPH04341571A - Process device adopting electron excitation - Google Patents

Process device adopting electron excitation

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JPH04341571A
JPH04341571A JP14265691A JP14265691A JPH04341571A JP H04341571 A JPH04341571 A JP H04341571A JP 14265691 A JP14265691 A JP 14265691A JP 14265691 A JP14265691 A JP 14265691A JP H04341571 A JPH04341571 A JP H04341571A
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diaphragm
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electrons
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process device
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慎三 森田
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毅 長縄
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Abstract

PURPOSE:To provide a process device in which the internal pressure of a reaction vessel can freely be set and a large amt. of electrons can be injected into the reaction vessel at low acceleration voltage by isolating a glass vessel acting as an electron source with a diaphragm from the reaction vessel in which a prescribed process is carried out with plasma excited by electron beams generated from the electron source. CONSTITUTION:A glass vessel 1 is isolated from a reaction vessel 7 with a diaphragm 8 made of a thin polyester film 8a of 0.5-1.5mum thickness, a metal mesh 9 is fitted to the glass vessel side of the diaphragm 8 and the pressure difference between the vessels 1, 7 is maintained. At least the reaction vessel side of the polyester film 8a is coated with an electric conductive film 8b and this film 8b and the mesh 9 are grounded to prevent dielectric breakdown due to the accumulation of electric charges on the diaphragm 8.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は電子励起によって所定の
プロセスを実行する装置、特に電子線によって励起して
プラズマを発生させて、半導体集積回路の製造、薄膜の
作成、表面処理などに広く使用されているプラズマCV
D装置やプラズマエッチング装置などとして使用するこ
とができるプラズマプロセス装置に関するものである。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a device that executes a predetermined process using electron excitation, and in particular, a device that generates plasma by excitation with an electron beam, and is widely used in the manufacture of semiconductor integrated circuits, the creation of thin films, surface treatment, etc. Plasma CV that has been
The present invention relates to a plasma processing device that can be used as a D device, a plasma etching device, or the like.

【0002】0002

【従来の技術】上述したようにプラズマプロセス装置は
様々な技術分野において広く利用されているが、さらに
より多くの分野での利用を目指して、新しいプラズマ源
の開発、その診断技術、制御性の改善などが種々行われ
ている。
[Prior Art] As mentioned above, plasma processing equipment is widely used in various technical fields, but with the aim of using it in even more fields, we are developing new plasma sources, improving its diagnostic technology, and improving its controllability. Various improvements have been made.

【0003】電子線励起プラズマプロセス装置は、低い
イオン温度のプラズマが得られることから、半導体の低
損傷エッチングや、モノマガスを電子線で励起して有機
薄膜を合成するのに有益なプラズマ源を提供することが
期待されている。中でも、高分子より成る隔膜を介した
電子線励起プラズマ源は、電子線源とプラズマ反応槽と
が隔膜によって分離されており、したがって反応槽に対
して外部から自由に制御できるプラズマプロセス装置の
実現が可能となっている。
[0003] Electron beam-excited plasma processing equipment provides a plasma source useful for low-damage etching of semiconductors and for synthesizing organic thin films by exciting monomer gas with electron beams because it can obtain plasma with a low ion temperature. is expected to do so. Among them, an electron beam excited plasma source using a diaphragm made of a polymer has the electron beam source and the plasma reaction tank separated by the diaphragm, thus realizing a plasma processing device in which the reaction tank can be freely controlled from the outside. is possible.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】上述したように、隔膜
を介した電子線励起プラズマプロセス装置は、従来から
炭酸ガスレーザの励起法として知られているが、電子線
源として作用する空間と、プラズマ反応槽として作用す
る空間との圧力は一般に差がある。すなわち、電子線の
発生源では電子の平均自由行程を長くし、プラズマ反応
槽に到るまでのエネルギーの減少を防ぐために高真空に
する必要があり、一方モノマを注入するプラズマ反応槽
においては成膜の効率などの関係から電子線源ほど高真
空にしないことが望ましい。このように電子線源とプラ
ズマ反応槽とのガス圧差を保持し、安定な放電を維持す
るためには、高分子よりなる隔膜の膜厚が一般に数10
μmと厚く、したがって電子の加速電圧も数10万V以
上と高いことから、加速用電源が大型になるとともに透
過性のX線に対する対策が必要となることから大規模な
装置となり、プラズマプロセス装置として利用するには
実用性が低いという欠点がある。
[Problems to be Solved by the Invention] As mentioned above, the electron beam excited plasma processing device using a diaphragm has been known as a carbon dioxide laser excitation method. There is generally a difference in pressure with the space that acts as a reaction tank. In other words, it is necessary to create a high vacuum at the source of the electron beam in order to lengthen the mean free path of the electrons and prevent energy loss before reaching the plasma reaction tank.On the other hand, in the plasma reaction tank where monomers are injected, From the viewpoint of membrane efficiency, etc., it is preferable not to use a vacuum as high as that of an electron beam source. In order to maintain the gas pressure difference between the electron beam source and the plasma reaction tank and maintain stable discharge, the thickness of the polymer diaphragm is generally several tens of tens of meters thick.
Because the thickness is as large as μm, and the electron accelerating voltage is therefore high, at several hundred thousand volts or more, the acceleration power source becomes large and countermeasures against penetrating X-rays are required, resulting in a large-scale device, and the plasma process equipment. The disadvantage is that it is not practical to use as a

【0005】そこで、隔膜を使用しないで、差動排気で
電子線源容器と、プラズマ反応容器とのガス圧差を維持
する方法や、反応ガスジェットを電子線で励起する方法
が提案され、これによって電子線加速電圧の低下が実現
されている。しかし、これらの従来の解決法では、処理
すべき基板上でのプロセスの一様性を得ることが難しい
とともに反応制御に対する制約が大きいという欠点があ
る。
[0005] Therefore, a method of maintaining the gas pressure difference between the electron beam source container and the plasma reaction container without using a diaphragm by differential pumping, and a method of exciting the reaction gas jet with an electron beam have been proposed. A reduction in electron beam acceleration voltage has been achieved. However, these conventional solutions have the disadvantage that it is difficult to obtain process uniformity over the substrate to be processed and that there are significant constraints on reaction control.

【0006】本発明の目的は、上述した従来の欠点を軽
減し、膜厚の薄い隔膜を使用することによって電子線加
速電圧を低減し、装置の小型化を実現でき、しかも電子
線源として作用する空間と、電子線によって励起されて
プラズマ状態を生成する空間とを完全に分離することが
でき、したがってプロセスの一様性を確保することがで
きるとともに反応制御に対する制約も少ない電子線によ
るプロセス装置を提供しようとするものである。
An object of the present invention is to alleviate the above-mentioned conventional drawbacks, reduce the electron beam accelerating voltage by using a thin diaphragm, realize miniaturization of the device, and, moreover, work as an electron beam source. A process device using electron beams that can completely separate the space where the plasma state is excited by the electron beam and the space where the plasma state is generated by being excited by the electron beam, ensuring uniformity of the process and having fewer restrictions on reaction control. This is what we are trying to provide.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の電子線によるプ
ロセス装置は、電子を発生する第1の空間と、この第1
の空間で発生された電子による励起によって所定のプロ
セスを実行する第2の空間と、これら第1および第2の
空間を隔離する隔膜と、この隔膜の、前記第1の空間側
に、前記隔膜を支持するように配置され、第1および第
2の空間の差圧を支持し且つ電子を透過するメッシュ状
の差圧支持部材とを具えたことを特徴とするものである
。このような隔膜は、例えば、膜厚が0.5〜1.5μ
mのポリエステルフィルムを以て形成することができる
。また、前記隔膜の、少なくとも前記第2の空間側の表
面に導電膜をコーティングし、金属を以て形成したメッ
シュと導電膜とをともに接地するのが好適である。勿論
、この場合には加速用電源の正極側を接地するとともに
負極側を陰極に接続し、陽極は接地する。
[Means for Solving the Problems] The electron beam processing apparatus of the present invention includes a first space in which electrons are generated, and a first space in which electrons are generated.
a second space in which a predetermined process is performed by excitation by electrons generated in the space; a diaphragm separating the first and second spaces; and a diaphragm on the first space side of the diaphragm. The device is characterized by comprising a mesh-like differential pressure support member that is arranged to support the pressure difference between the first and second spaces and that transmits electrons. Such a diaphragm has a thickness of 0.5 to 1.5μ, for example.
It can be formed using a polyester film of m. Further, it is preferable that at least the surface of the diaphragm on the second space side is coated with a conductive film, and that the mesh formed of metal and the conductive film are both grounded. Of course, in this case, the positive electrode side of the acceleration power source is grounded, the negative electrode side is connected to the cathode, and the anode is grounded.

【0008】本発明の電子励起によるプロセス装置は、
さらに電子を発生し、高真空に維持される第1の空間を
画成する第1の容器と、この第1の空間で発生された電
子による励起によって所定のプロセスを実行する第2の
空間を画成する第2の容器と、これら第1および第2の
容器で画成される第1および第2の空間を隔離するよう
に配置され、前記第1空間および第2空間の差圧を支持
し得る機械的強度を有し、導電性を有するとともに電子
に対する透過性の高い隔膜とを具えたことを特徴とする
ものである。このような隔膜は、例えばシリコン基板に
ボロンなどの不純物イオンを注入した後、選択的にバッ
クエッチングして機械的強度の高いシリコンのメッシュ
によって支持されたものとしたり、シリコン基板に耐熱
性の高いポリイミド膜をスピンコーティングしたり、ボ
ロン、カーボンおよび窒素の化合物膜を堆積形成した後
、シリコン基板を選択的にバックエッチングして形成し
たものとすることができる。
The process device using electronic excitation of the present invention has the following features:
Furthermore, a first container defining a first space that generates electrons and is maintained in a high vacuum, and a second space that performs a predetermined process by excitation by the electrons generated in the first space. a second container that defines the space, and a first and second space defined by the first and second containers, and is arranged to isolate the first space and the second space, and supports the differential pressure between the first space and the second space. It is characterized by having a diaphragm that has high mechanical strength, is electrically conductive, and is highly permeable to electrons. Such a diaphragm can be made, for example, by implanting impurity ions such as boron into a silicon substrate and then selectively back-etching it so that it is supported by a silicon mesh with high mechanical strength. It can be formed by spin-coating a polyimide film or depositing a boron, carbon, and nitrogen compound film, and then selectively back-etching the silicon substrate.

【0009】[0009]

【作用】上述した本発明の電子連記によるプロセス装置
においては、きわめて厚さが薄く、したがって電子の透
過性が高い隔膜を使用して電子発生源である第1の空間
と、例えばプラズマ反応槽として作用する第2の空間と
を隔離しているので、2000〜5000Vと言った低
い加速電圧で十分な電流密度を得ることができ、したが
って小形の加速用電源を用いることができるとともに透
過性のX線が発生しないのでその防護をする必要がなく
、装置全体を小規模なものとすることができる。
[Operation] In the above-mentioned electronic processing device of the present invention, a diaphragm having an extremely thin thickness and high electron permeability is used to separate the first space, which is an electron generation source, from the first space, which is used as a plasma reaction tank, for example. Since it is isolated from the second space where it acts, a sufficient current density can be obtained with a low accelerating voltage of 2000 to 5000 V. Therefore, a small accelerating power source can be used, and a transparent X Since no wires are generated, there is no need to protect them, and the entire device can be made smaller.

【0010】また、隔膜の第1空間側に隣接して金属メ
ッシュを配置して差圧を支持するよに構成する場合には
、第2の空間の圧力が第1の空間の圧力よりも高くなっ
ても厚さの薄い隔膜が破損するようなことはない。さら
に、隔膜の第2の空間に面する片側または両側に導電膜
をコーティングし、この導電膜および金属メッシュを同
一の電位点に接続することによって、隔膜が電子の帯電
によって絶縁破壊するのを有効に防止することができる
[0010] Furthermore, when a metal mesh is arranged adjacent to the first space side of the diaphragm to support differential pressure, the pressure in the second space is higher than the pressure in the first space. Even if this occurs, the thin diaphragm will not be damaged. Furthermore, by coating one or both sides of the diaphragm facing the second space with a conductive film and connecting this conductive film and the metal mesh to the same potential point, it is effective to prevent dielectric breakdown of the diaphragm due to electron charging. can be prevented.

【0011】また、電子に対する透過性および導電性が
高く、しかも機械的強度の大きな隔膜によって第1およ
び第2の空間を隔離する場合にも上述したところと同様
の作用が呈されることになる。
[0011] Furthermore, when the first and second spaces are separated by a diaphragm having high electron permeability and conductivity and high mechanical strength, the same effect as described above will be exhibited. .

【0012】0012

【実施例】図1は本発明による電子線によるプロセス装
置の一実施例の構成を示す線図的な断面図であり、本例
ではプラズマCVD装置として構成したものである。電
子源として作用する第1の空間を画成するガラス容器1
を設け、これを真空装置に連結し、その内部を10−5
Torr程度の高真空に維持して電子の平均自由行程を
長くするようにする。ガラス容器1の内部には、電子放
射源として作用するタングステンヒータ2と、このタン
グステンヒータから放出される電子を加速するメッシュ
状の陽極3とを配置する。本例では、タングステンヒー
タ2を加速用電源4の負極に接続し、その正極は接地す
る。また、陽極3も接地する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagrammatic sectional view showing the structure of an embodiment of an electron beam processing apparatus according to the present invention, and in this embodiment, the apparatus is constructed as a plasma CVD apparatus. A glass container 1 defining a first space that acts as an electron source
is connected to a vacuum device, and its interior is heated to 10-5
A high vacuum of around Torr is maintained to lengthen the mean free path of electrons. Inside the glass container 1, a tungsten heater 2 that functions as an electron radiation source and a mesh-shaped anode 3 that accelerates electrons emitted from the tungsten heater are arranged. In this example, the tungsten heater 2 is connected to the negative electrode of the acceleration power source 4, and its positive electrode is grounded. Further, the anode 3 is also grounded.

【0013】タングステンヒータ1は絶縁トランス5を
介してスライダック6に接続し、このスライダックをA
C100Vの商用電源に接続する。スライダック6によ
ってダングステンヒータ1を流れる電流を調整して所定
の温度に加熱して熱電子を放出させるようにする。
The tungsten heater 1 is connected to a slider 6 via an isolation transformer 5, and this slider is connected to a
Connect to C100V commercial power supply. The current flowing through the dungsten heater 1 is adjusted by the slider 6 to heat it to a predetermined temperature and emit thermoelectrons.

【0014】ガラス容器1から放射される電子によって
励起されてプラズマを発生する第2の空間を画成する反
応槽7を、隔膜8を介してガラス容器に連結する。隔膜
8は、厚さが1.5μmのポリエステルフィルム8aの
両側に厚さ約0.1μm以下のアルミニュウム導電膜8
bおよび8cを蒸着して形成したものである。また、隔
膜8の、電子線源側には、差圧を支持するための金属メ
ッシュ9を配置する。本例では、この金属メッシュ9は
60ライン/インチ〜100ライン/インチの銅製のメ
ッシュを以て構成する。60ライン/インチ〜100ラ
イン/インチの銅製のメッシュの電子線透過面積割合は
それぞれ75%および50%である。また、図1に示す
ように導電膜8bおよび8c並びに金属メッシュ9は接
地する。
A reaction tank 7 defining a second space in which plasma is generated by being excited by electrons emitted from the glass container 1 is connected to the glass container via a diaphragm 8. The diaphragm 8 includes aluminum conductive films 8 with a thickness of about 0.1 μm or less on both sides of a polyester film 8a with a thickness of 1.5 μm.
b and 8c were formed by vapor deposition. Further, a metal mesh 9 for supporting differential pressure is arranged on the electron beam source side of the diaphragm 8. In this example, the metal mesh 9 is composed of a copper mesh having 60 lines/inch to 100 lines/inch. The electron beam transmission area ratios of the copper mesh of 60 lines/inch to 100 lines/inch are 75% and 50%, respectively. Further, as shown in FIG. 1, conductive films 8b and 8c and metal mesh 9 are grounded.

【0015】反応槽7には基板保持用フランジ10を介
して基板11を取り付ける。本例では反応ガスとしてス
チレンガスを反応槽7を経て循環させて、基板11上に
スチレンの薄膜を生成するものであり、基板はKBrを
以て構成する。また、スチレン蒸気の圧力は0.3〜0
.5Torrの範囲で調整するようにする。
A substrate 11 is attached to the reaction tank 7 via a substrate holding flange 10. In this example, styrene gas is circulated as a reaction gas through a reaction tank 7 to form a thin film of styrene on a substrate 11, and the substrate is made of KBr. In addition, the pressure of styrene vapor is 0.3 to 0.
.. Adjust within the range of 5 Torr.

【0016】タングステンヒータ2から放出される熱電
子は加速用電源4の作用によって加速され、メッシュ状
の陽極3、差圧支持用の金属メッシュ9および隔膜8を
透過して反応槽7に注入され、反応槽を循環するスチレ
ンガスを励起してプラズマを発生させ、基板11の表面
にスチレン膜を生成することができる。
Thermionic electrons emitted from the tungsten heater 2 are accelerated by the action of the acceleration power source 4, pass through the mesh anode 3, the metal mesh 9 for supporting differential pressure, and the diaphragm 8, and are injected into the reaction tank 7. A styrene film can be generated on the surface of the substrate 11 by exciting the styrene gas circulating in the reaction tank to generate plasma.

【0017】上述したように、電子源として作用するガ
ラス容器1によって画成される第1の空間と、反応槽7
によって画成される第2の空間とは隔膜8によって隔離
されており、またこの隔膜8の第1の空間側に隣接して
差圧支持用の金属メッシュ9が配置されているため、第
1の空間を高真空とし、第2の空間をこれよりも高い圧
力として差圧を発生させても隔膜8が破壊されるような
ことはない。したがって、隔膜8を構成する高分子フィ
ルム8aの厚さをきわめて薄くすることができので、加
速電源3の電圧を2000〜5000Vと低くしてもき
わめて電流密度の高い電子線を反応槽7に注入すること
ができる。そのため加速用電源4を小規模なものとする
ことができるとともに透過性の高い有害なX線も発生し
ないので装置としての安全性も高いものとなる。
As mentioned above, the first space defined by the glass container 1 which acts as an electron source and the reaction tank 7
The second space defined by The diaphragm 8 will not be destroyed even if the first space is set to a high vacuum and the second space is set to a higher pressure to generate a pressure difference. Therefore, the thickness of the polymer film 8a constituting the diaphragm 8 can be made extremely thin, so that even if the voltage of the accelerating power source 3 is as low as 2,000 to 5,000 V, an electron beam with extremely high current density is injected into the reaction tank 7. can do. Therefore, the accelerating power source 4 can be made small-scale, and since highly transparent and harmful X-rays are not generated, the safety of the device is also high.

【0018】さらに、隔膜8のポリエステルフィルム8
aの両側にコーティングした導電膜8bおよび8cを金
属メッシュ9とともに接地したため、ポリエステルフィ
ルムに帯電する電荷によって絶縁破壊するのを有効に防
止することができる。
Furthermore, the polyester film 8 of the diaphragm 8
Since the conductive films 8b and 8c coated on both sides of the polyester film are grounded together with the metal mesh 9, it is possible to effectively prevent dielectric breakdown due to electric charge on the polyester film.

【0019】図2は本発明によるプラズマプロセス装置
の動作を確認するための実験装置の構成を示す線図的断
面図である。本例において前例と同様の部分には前例と
同じ符号を付けて示し、その説明は省略する。
FIG. 2 is a diagrammatic cross-sectional view showing the configuration of an experimental apparatus for confirming the operation of the plasma processing apparatus according to the present invention. In this example, the same parts as in the previous example are given the same reference numerals as in the previous example, and the explanation thereof will be omitted.

【0020】本例ではメッシュ状の陽極3の代わりに円
筒状の陽極21をガラス容器1内に配置し、反応槽7内
には基板11の代わりに電極22を配置し、この電極を
電流計23を介して接地し、反応槽に注入される電流を
測定できるように構成した。ガラス容器1の内部を10
−5Torr程度以下の高真空に維持し、反応槽7の内
部はほぼ0.2Torrに減圧した。
In this example, a cylindrical anode 21 is placed in the glass container 1 instead of the mesh anode 3, an electrode 22 is placed in the reaction tank 7 instead of the substrate 11, and this electrode is connected to an ammeter. 23 to the ground, and was configured so that the current injected into the reaction tank could be measured. 10 inside of glass container 1
A high vacuum of about -5 Torr or less was maintained, and the pressure inside the reaction tank 7 was reduced to approximately 0.2 Torr.

【0021】タングステンヒータ2を加熱するために直
流電源24を設け、可変抵抗25によってタングステン
ヒータへの通電を調整した。また、タングステンヒータ
2を流れる電流を電流計26で測定できるように構成し
た。
A DC power supply 24 was provided to heat the tungsten heater 2, and the power supply to the tungsten heater was adjusted by a variable resistor 25. Further, the configuration is such that the current flowing through the tungsten heater 2 can be measured with an ammeter 26.

【0022】タングステンヒータ2から放出される熱電
子を加速するための加速電圧は、絶縁トランス5の2次
側に得られる電圧を整流器27で整流して作成した。ま
た、加速電圧の値を電圧計28で測定できるように構成
した。
The accelerating voltage for accelerating the thermoelectrons emitted from the tungsten heater 2 was created by rectifying the voltage obtained on the secondary side of the insulating transformer 5 with a rectifier 27. Further, the configuration was such that the value of the accelerating voltage could be measured with a voltmeter 28.

【0023】ガラス容器1と反応槽7とを隔膜8によっ
て隔離するが、本実験例では2種類の隔膜8を使用した
。すなわち、第1の隔膜は厚さ0.5μmのポリエステ
ルフィルム8aのみを以て構成し、第2の隔膜は厚さ1
.5μmのポリエステルフィルム8aの、反応槽側の表
面に厚さ0.1μm以下のアルミニュウム導電膜8bを
コーティングして構成した。
The glass container 1 and the reaction tank 7 are separated by a diaphragm 8, and two types of diaphragms 8 were used in this experimental example. That is, the first diaphragm is composed of only the polyester film 8a with a thickness of 0.5 μm, and the second diaphragm is composed of a polyester film 8a with a thickness of 1 μm.
.. It was constructed by coating the surface of a 5 μm polyester film 8a on the reaction tank side with an aluminum conductive film 8b having a thickness of 0.1 μm or less.

【0024】また、隔膜8を支持する金属メッシュ9も
2種類使用した。すなわち、60ライン/インチおよび
100ライン/インチの銅製のメッシュを使用した。い
ずれの場合でも金属メッシュ9は接地した。また、1.
5μmのポリエステルフィルム8aの片側にコーティン
グした導電膜8bも接地した。
Two types of metal meshes 9 for supporting the diaphragm 8 were also used. That is, 60 lines/inch and 100 lines/inch copper meshes were used. In either case, the metal mesh 9 was grounded. Also, 1.
A conductive film 8b coated on one side of a 5 μm polyester film 8a was also grounded.

【0025】上述したように構成して加速電圧を200
0Vから6500Vまで変化させたときに、反応槽7内
に配置した電極22に注入される電子線束による電流を
電流計23を用いて測定した結果を図3および図4のグ
ラフに示す。図3は膜厚0.5μmのポリエステルフィ
ルム8aのみで隔膜8を構成した場合を示し、図4は厚
さ1.5μmのポリエステルフィルム8aの片側に導電
膜8bをコーティングした隔膜8を使用した結果を示す
ものであり、両グラフにおいて曲線Aは60ライン/イ
ンチの金属メッシュ9を使用した場合を示し、曲線Bは
100ライン/インチの金属メッシュ9を使用した場合
を示すものである。
[0025] With the configuration as described above, the acceleration voltage is set to 200
The graphs in FIGS. 3 and 4 show the results of measuring the current due to the electron beam flux injected into the electrode 22 placed in the reaction tank 7 using the ammeter 23 when changing the voltage from 0V to 6500V. FIG. 3 shows the case where the diaphragm 8 is composed of only a polyester film 8a with a thickness of 0.5 μm, and FIG. 4 shows the result of using a diaphragm 8 in which one side of the polyester film 8a with a thickness of 1.5 μm is coated with a conductive film 8b. In both graphs, curve A shows the case where 60 lines/inch metal mesh 9 is used, and curve B shows the case where 100 lines/inch metal mesh 9 is used.

【0026】図3に示すように、0.5μmの隔膜8と
60ライン/インチの金属メッシュ9を使用した場合、
加速電圧を2000V以上に上げると電極22に電流が
急激に流れ始め、約5000Vで電流が120μAに達
したところで隔膜8が破損し、電子線源側の圧力が急増
した。この場合の電子線束の直径は約3mmであり、し
たがって電流密度は1.7mAに達した。この値は通常
のグロー放電の電流密度にほぼ等しいものである。
As shown in FIG. 3, when a diaphragm 8 of 0.5 μm and a metal mesh 9 of 60 lines/inch are used,
When the accelerating voltage was increased to 2000 V or more, a current suddenly began to flow through the electrode 22, and when the current reached 120 μA at about 5000 V, the diaphragm 8 was damaged and the pressure on the electron beam source side suddenly increased. The diameter of the electron beam in this case was about 3 mm, so the current density reached 1.7 mA. This value is approximately equal to the current density of normal glow discharge.

【0027】上記の実験結果から明らかなように、本発
明のプラズマプロセス装置においては、2000〜50
00Vの低い加速電圧で1mA/cm2 以上の電流密
度を有する電子線束がガラス容器1から隔膜8を透過し
て反応槽7へ注入されていることが確認され、この電子
線によって反応ガスの励起、基板表面の励起、処理など
が十分可能であることがわかる。
As is clear from the above experimental results, in the plasma processing apparatus of the present invention, the
It was confirmed that an electron beam flux having a current density of 1 mA/cm2 or more at a low accelerating voltage of 00V was injected from the glass container 1 through the diaphragm 8 into the reaction tank 7, and the electron beam excited the reaction gas, It can be seen that excitation and processing of the substrate surface are sufficiently possible.

【0028】図5は本発明によるプラズマプロセス装置
に使用する隔膜の他の実施例を製造する工程を示すもの
である。先ず、図5Aに示すように厚さ約500μmの
シリコン基板31を準備し、その一方の表面からボロン
を約10−15 〜10−19 原子/cm3 の濃度
で注入する。次に、シリコン基板31の裏面にレジスト
32をコーティングし、100〜300μmの間隔で1
00〜300μm角のポジパターンを形成する。レジス
ト32上のパターンを現像して窓33(図5B参照)を
形成し、この窓を介してシリコン基板31をバックエッ
チングする。この際、ボロンが注入されていないバルク
のシリコン基板31と、ボロンが注入された表面部分と
のエッチング速度には差があるので、ボロンを注入した
表面部分だけがバックエッチングされないで残り、厚さ
約2μmの隔膜34を得ることができる。ここでバック
エッチングは窓33を介して行われるので、ボロンが注
入されていないシリコン基板のバルク部分がすべてエッ
チングされることはなく、図5Bに示すようにバルクの
一部分は残り、ボロンを注入した表面部分を機械的に支
持するメッシュ構造体35が形成されることになる。最
後に残ったレジストは剥離剤を使って除去する。
FIG. 5 shows a process for manufacturing another embodiment of a diaphragm used in a plasma processing apparatus according to the present invention. First, as shown in FIG. 5A, a silicon substrate 31 having a thickness of about 500 μm is prepared, and boron is implanted into one surface of the substrate at a concentration of about 10 −15 to 10 −19 atoms/cm 3 . Next, a resist 32 is coated on the back surface of the silicon substrate 31, and the resist 32 is coated at intervals of 100 to 300 μm.
A positive pattern of 00 to 300 μm square is formed. The pattern on the resist 32 is developed to form a window 33 (see FIG. 5B), and the silicon substrate 31 is back-etched through this window. At this time, since there is a difference in the etching rate between the bulk silicon substrate 31 to which boron has not been implanted and the surface portion to which boron has been implanted, only the surface portion to which boron has been implanted remains without being back-etched, resulting in a thickness A diaphragm 34 of about 2 μm can be obtained. Here, back etching is performed through the window 33, so that the bulk part of the silicon substrate that is not implanted with boron is not completely etched, and as shown in FIG. 5B, a part of the bulk remains and is implanted with boron. A mesh structure 35 will be formed which mechanically supports the surface portion. The last remaining resist is removed using a stripper.

【0029】このようにして形成された隔膜32は、シ
リコンをベースとしているので機械的強度は大きく、し
たがって前例のような差圧支持用の金属メッシュの代わ
りにシリコンメッシュ構造体35で支持されるため電子
線源容器と反応槽との差圧に耐えることができる。また
、シリコンにボロンを注入しているので導電性を有して
おり、内部に高い電界が発生しないので電子線に対する
透過特性もきわめて良好である。
The diaphragm 32 formed in this way has high mechanical strength because it is based on silicon, and is therefore supported by a silicon mesh structure 35 instead of the metal mesh for supporting differential pressure as in the previous example. Therefore, it can withstand the differential pressure between the electron beam source container and the reaction tank. Furthermore, since boron is implanted into silicon, it has electrical conductivity, and since no high electric field is generated inside, it has extremely good transmission characteristics for electron beams.

【0030】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例えば
、上述した例では電子放出源としてタングステンヒータ
を使用し、これから放出される熱電子を利用するように
したが、LaB6などの高効率熱電子放出源や、光など
の高エネルギー電磁波によって励起された電子、電界放
出電子、電子やイオンの衝突による2次電子、放電によ
る電子などすべての電子を利用することができ、使用す
る電子源は、電子密度、電子源の面積、電子流の時間変
化などの特性に応じて選択することができる。
The present invention is not limited only to the embodiments described above, but can be modified and modified in many ways. For example, in the above example, a tungsten heater was used as an electron emission source, and the thermionic electrons emitted from the tungsten heater were utilized. All types of electrons can be used, including field emission electrons, secondary electrons due to collisions of electrons and ions, and electrons due to discharge. It can be selected depending on the characteristics such as.

【0031】また、反応槽に注入される電子密度が大き
い場合には、隔膜に大きな空間電荷が発生して破損する
恐れがあるので、隔膜に帯電した電荷を除去するために
反応槽内に接地した電極を配置することもできる。この
場合、この電極に有機物が堆積されるのを防ぐために電
極をタングステンヒータを以て構成して1000°C以
上の温度に加熱するのが望ましい。さらに、反応槽に外
部より磁界を印加することによって電子による反応ガス
の励起確率を増大するようにすることもできる。
Furthermore, if the density of electrons injected into the reaction tank is high, a large space charge may be generated in the diaphragm and it may be damaged. It is also possible to arrange electrodes such as In this case, in order to prevent organic substances from being deposited on this electrode, it is desirable to construct the electrode with a tungsten heater and heat it to a temperature of 1000° C. or higher. Furthermore, the probability of excitation of the reaction gas by electrons can be increased by applying a magnetic field to the reaction tank from the outside.

【0032】また、図5に示した実施例の変形例として
、シリコン基板の表面に耐熱性の高いポリイミド膜をス
ピンコーティングしたり、ボロン、カーボンおよび窒素
の化合物膜(BCN膜)を堆積形成した後、上述した実
施例と同様にレジストを介して選択的にバックエッチン
グして、シリコンより成るメッシュ状構造体によって支
持された隔膜を形成することもできる。このような隔膜
においても、シリコンより成るメッシュ状構造体の機械
的強度は高いため,差圧支持用のメッシュを別個に使用
しなくても、隔膜だけで差圧を支持することができる。
In addition, as a modification of the embodiment shown in FIG. 5, a highly heat-resistant polyimide film was spin-coated on the surface of the silicon substrate, or a boron, carbon, and nitrogen compound film (BCN film) was deposited. Thereafter, selective back etching may be performed through the resist in the same manner as in the above-mentioned embodiments to form a diaphragm supported by a mesh structure made of silicon. Even in such a diaphragm, the mechanical strength of the mesh-like structure made of silicon is high, so the diaphragm alone can support the differential pressure without using a separate mesh for supporting the differential pressure.

【0033】上述した実施例では本発明のプラズマプロ
セス装置をプラズマCVD装置として使用してスチレン
膜を生成するものとしたが、他の高分子膜を生成するこ
ともできるし、電子を固体表面に照射してエッチング等
の種々の表面処理を行ったり、加工を行ったりすること
もできる。また、電子は必ずしも連続的に照射する必要
はなく、間欠的に照射することもできる。
In the above embodiment, the plasma processing apparatus of the present invention was used as a plasma CVD apparatus to produce a styrene film, but other polymer films can also be produced, and electrons can be applied to a solid surface. Various surface treatments such as etching or processing can also be performed by irradiation. Further, electrons do not necessarily need to be irradiated continuously, but can also be irradiated intermittently.

【0034】[0034]

【発明の効果】上述したように本発明の電子励起による
プロセス装置においては、電子源として作用する第1の
空間と、例えばプラズマプロセスを実施する反応槽とし
て作用する第2の空間とを電子透過性の高いきわめて薄
い隔膜によって隔離したため第2の空間の圧力を第1の
空間の圧力とは無関係に設定することができ、したがっ
てプロセス制御に対する制約がなくなる。また、加速電
圧を低くすることができるので加速電源を小型とするこ
とができるとともに透過性のX線が発生することがない
からそれに対する防護をする必要がないので装置全体を
小規模なものとすることができる。
Effects of the Invention As described above, in the process apparatus using electron excitation of the present invention, the first space that acts as an electron source and the second space that acts as a reaction tank for carrying out a plasma process, for example, are separated by electron transmission. Since the second space is isolated by an extremely thin diaphragm having high properties, the pressure in the second space can be set independently of the pressure in the first space, and therefore there are no restrictions on process control. In addition, since the accelerating voltage can be lowered, the accelerating power source can be made smaller, and since no penetrating X-rays are generated, there is no need to protect against them, so the entire device can be made smaller. can do.

【0035】さらに、隔膜の電子源側に隣接して金属メ
ッシュを配置して差圧を支持するようにした構成では、
隔膜を厚さが0.5〜1.5μmときわめて薄く、電子
の透過性が高い高分子膜を以て構成することができるの
で、低い加速電圧で大きな電流密度を有する電子流を電
子源側から隔膜を透過して反応槽に注入することができ
る。
Furthermore, in a configuration in which a metal mesh is arranged adjacent to the electron source side of the diaphragm to support differential pressure,
Since the diaphragm can be made of a polymer membrane that is extremely thin with a thickness of 0.5 to 1.5 μm and has high electron permeability, an electron flow with a large current density can be transmitted from the electron source side to the diaphragm at a low accelerating voltage. can be injected into the reaction tank.

【0036】また、上述した隔膜の、少なくとも反応槽
側の表面に導電膜をコーティングし、この導電膜および
金属メッシュを接地することによって隔膜に帯電する電
荷によって隔膜が絶縁破壊するのを有効に防止すること
ができる。
Furthermore, by coating at least the surface of the diaphragm on the reaction tank side with a conductive film and grounding the conductive film and the metal mesh, it is possible to effectively prevent dielectric breakdown of the diaphragm due to electric charge charged on the diaphragm. can do.

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

【図1】図1は本発明によるプラズマプロセス装置の一
実施例の構成を示す線図的断面図である。
FIG. 1 is a diagrammatic cross-sectional view showing the configuration of an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention.

【図2】図2は本発明によるプラズマプロセス装置の動
作を確認するための実験装置の構成を示す線図的断面図
である。
FIG. 2 is a diagrammatic cross-sectional view showing the configuration of an experimental apparatus for confirming the operation of the plasma processing apparatus according to the present invention.

【図3】図3は図2に示す実験装置における加速電圧と
電子線電流との関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between acceleration voltage and electron beam current in the experimental apparatus shown in FIG. 2;

【図4】図4は図2に示す実験装置における加速電圧と
電子線電流との関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between acceleration voltage and electron beam current in the experimental apparatus shown in FIG. 2;

【図5】図5は本発明によるプラズマプロセス装置に用
いる隔膜の製造工程を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a diaphragm used in a plasma processing apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  ガラス容器 2  タングステンヒータ 3  メッシュ状陽極 4  加速用電源 5  絶縁トランス 6  スライダック 7  反応槽 8  隔膜 8a  ポリエステルフィルム 8b,8c  導電膜 9  差圧支持用金属メッシュ 10  基板保持用フランジ 11  基板 21  円筒状陽極 22  電極 23  電流計 24  加熱用直流電源 31  シリコン基板 32  レジスト 33  窓 34  隔膜 1 Glass container 2 Tungsten heater 3 Mesh anode 4 Acceleration power supply 5 Isolation transformer 6 Sly Duck 7 Reaction tank 8 Diaphragm 8a Polyester film 8b, 8c Conductive film 9 Metal mesh for differential pressure support 10 Flange for holding the board 11 Board 21 Cylindrical anode 22 Electrode 23 Ammeter 24 Heating DC power supply 31 Silicon substrate 32 Resist 33 Window 34 Diaphragm

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  電子を発生し、高真空に維持される第
1の空間を画成する第1の容器と、この第1の空間で発
生された電子による励起によって所定のプロセスを実行
する第2の空間を画成する第2の容器と、これら第1お
よび第2の容器で画成される第1および第2の空間を隔
離する隔膜と、この隔膜の前記第1の空間側に、前記隔
膜を支持するように配置され、第1空間および第2空間
の差圧を支持し且つ電子を透過するメッシュ状の差圧支
持用部材とを具えたことを特徴とする電子励起によるプ
ロセス装置。
1. A first container defining a first space that generates electrons and is maintained in a high vacuum; a second container defining two spaces, a diaphragm separating the first and second spaces defined by the first and second containers, and a diaphragm on the first space side of the diaphragm, A process device using electronic excitation, comprising a mesh-like differential pressure supporting member arranged to support the diaphragm, supporting the differential pressure between the first space and the second space, and transmitting electrons. .
【請求項2】  前記差圧支持用部材を金属メッシュを
以て構成し、前記第1および第2の空間を隔離する隔膜
の、少なくとも前記第2の空間側の表面に導電膜をコー
ティングし、前記金属メッシュおよび導電膜を接地した
ことを特徴とする請求項1記載の電子励起によるプロセ
ス装置。
2. The differential pressure support member is made of a metal mesh, a diaphragm separating the first and second spaces is coated with a conductive film on at least a surface on the second space side, and the metal 2. A process device using electronic excitation according to claim 1, wherein the mesh and the conductive film are grounded.
【請求項3】  前記隔膜の膜厚を、0.5〜1.5μ
mとしたことを特徴とする請求項1記載の電子励起によ
るプロセス装置。
3. The thickness of the diaphragm is 0.5 to 1.5μ.
2. A process device using electronic excitation according to claim 1, characterized in that m is defined as m.
【請求項4】  前記第2の空間に反応ガスを循環させ
、第1の空間からの電子線で励起してプラズマを発生さ
せるように構成したことを特徴とする請求項1記載の電
子励起によるプロセス装置。
4. The method according to claim 1, wherein a reaction gas is circulated in the second space and excited by an electron beam from the first space to generate plasma. Process equipment.
【請求項5】  電子を発生し、高真空に維持される第
1の空間を画成する第1の容器と、この第1の空間で発
生された電子による励起によって所定のプロセスを実行
する第2の空間を画成する第2の容器と、これら第1お
よび第2の容器で画成される第1および第2の空間を隔
離するように配置され、前記第1空間および第2空間の
差圧を支持し得る機械的強度を有し、導電性を有すると
ともに電子に対する透過性の高い隔膜とを具えたことを
特徴とする電子励起によるプロセス装置。
5. A first container defining a first space that generates electrons and is maintained in a high vacuum; and a first container that performs a predetermined process by excitation by the electrons generated in the first space. a second container defining a second space; and a first space and a second space defined by the first and second containers; A process device using electronic excitation, comprising a diaphragm that has mechanical strength capable of supporting differential pressure, is electrically conductive, and is highly permeable to electrons.
【請求項6】  前記隔膜を、不純物イオンを注入した
シリコンを以て形成したことを特徴とする請求項5記載
の電子線よるプロセス装置。
6. The electron beam processing apparatus according to claim 5, wherein the diaphragm is formed of silicon into which impurity ions are implanted.
【請求項7】  前記隔膜を、シリコン基板の表面にポ
リイミド膜またはボロン、カーボンおよび窒素の化合物
膜をコーティングして形成したことを特徴とする請求項
5記載の電子励起によるプロセス装置。
7. A process device using electronic excitation according to claim 5, wherein the diaphragm is formed by coating a surface of a silicon substrate with a polyimide film or a compound film of boron, carbon, and nitrogen.
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