JPH05283370A - Fine processing device - Google Patents

Fine processing device

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Publication number
JPH05283370A
JPH05283370A JP7716392A JP7716392A JPH05283370A JP H05283370 A JPH05283370 A JP H05283370A JP 7716392 A JP7716392 A JP 7716392A JP 7716392 A JP7716392 A JP 7716392A JP H05283370 A JPH05283370 A JP H05283370A
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JP
Japan
Prior art keywords
plasma
processed
reaction gas
magnetic field
supply means
Prior art date
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Pending
Application number
JP7716392A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Nagakubo
雅夫 永久保
Naohito Mizuno
直仁 水野
Yoshitaka Goto
吉孝 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NipponDenso Co Ltd filed Critical NipponDenso Co Ltd
Priority to JP7716392A priority Critical patent/JPH05283370A/en
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Abstract

PURPOSE:To materialize the processing of high aspect structure with an optional length and where both the shape and the finishing face are highly accurate, regardless of the quality of material to be processed. CONSTITUTION:The mixed gas of the reaction gas and the inert gas supplied from a reaction gas supply means 12 and an inert gas supply means 13 is introduced into a vacuum vessel 11. A plasma generation source 16 is provided on one side of this vacuum vessel 1, and the mixed gas is made plasma by this plasma generation source 16. This plasma P is throttled into a beam shape at and around the surface of a material 22 to be processed, by the magnetic field generated by electromagnetic coils 25, 26, and 27, and it is applied to material 22 to be processed. Hereby, reactive seeds such as ions, radicals, or the likes high in reactive activity in excited condition within a plasma beam Po chemically react on the surface of the material 22 to be processed, receiving the assistance of the application energy of the plasma beam Po, whereby the surface of the material 22 to be processed is etched (or deposited) on an atom level.

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、プラズマビームを被加
工材料に照射して微細加工を施す機能を備えた微細加工
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fine processing apparatus having a function of irradiating a material to be processed with a plasma beam to perform fine processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、微細トレンチや微細穴を形成する
微細加工装置の代表的なものとして、放電加工装置が知
られている。この放電加工装置は、図7に示すように、
オイル貯溜槽1内のオイル1a中に被加工材料2をホル
ダ電極3に保持させて設置している。そして、被加工材
料2の上方には、タングステン線等からなる加工電極4
が送り機構5により上下動可能且つ回転可能に支持され
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an electric discharge machining apparatus has been known as a typical micromachining apparatus for forming fine trenches and fine holes. This electric discharge machine, as shown in FIG.
The material 2 to be processed is held by the holder electrode 3 in the oil 1a in the oil storage tank 1 and installed. Then, above the material 2 to be processed, a processing electrode 4 made of a tungsten wire or the like is provided.
Is supported by the feed mechanism 5 so as to be vertically movable and rotatable.

【0003】そして、微細加工時には、送り機構5の動
作により加工電極4を回転させながら被加工材料2の方
向(下方)へ送り出すと共に、ホルダ電極3(被加工材
料2)と加工電極4との間に放電回路6を介して直流高
電圧Vを印加した状態にする。これにより、被加工材料
2と加工電極4との間に放電を発生させて、被加工材料
2に放電痕(クレータ)を形成し、その放電痕の集積と
して例えば図8に示すような加工穴7を形成するもので
ある。
At the time of fine processing, the feed mechanism 5 operates to rotate the processing electrode 4 and feed it in the direction (downward) of the material 2 to be processed, and at the same time, the holder electrode 3 (material 2 to be processed) and the processing electrode 4 are moved. A high DC voltage V is applied through the discharge circuit 6 in the meantime. As a result, an electric discharge is generated between the material 2 to be processed and the processing electrode 4 to form an electric discharge mark (crater) on the material 2 to be processed, and the accumulation of the electric discharge mark forms, for example, a processing hole as shown in FIG. 7 is formed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記放
電加工装置では、微細加工が放電痕の集積として実現さ
れるものであるため、仕上げ面粗さが概して粗いという
いう欠点がある。
However, in the above-mentioned electric discharge machining apparatus, since the fine machining is realized as the accumulation of electric discharge marks, there is a drawback that the finished surface roughness is generally rough.

【0005】この場合、放電エネルギーE=C・V
2(C;コンデンサ容量,V;極間の印加電圧)を微小
にすれば仕上げ面粗さをある程度小さくできるが、放電
エネルギーEを微小にするためには、装置における浮遊
容量をできるだけ低減する必要があり、装置コストが高
くなってしまう欠点がある。しかも、放電を発生させる
ために被加工材料2が導電性材料に限られてしまい、加
工対象範囲が狭いという欠点もある。
In this case, the discharge energy E = C · V 2 /
2 (C: capacitor capacity, V: voltage applied between electrodes) can be made small to a small extent, but in order to make discharge energy E small, it is necessary to reduce stray capacitance in the device as much as possible. However, there is a drawback that the device cost becomes high. Moreover, since the material 2 to be processed is limited to the conductive material in order to generate the electric discharge, there is a drawback that the processing target range is narrow.

【0006】更に、図8に示すように、加工穴7の深さ
が大きくなる(アスペクト比が大きくなる)に従って、
加工電極4は被加工材料2中を進むことになるので、加
工電極4先端における放電のみならず周側面からも図8
の矢印で示すように放電が進行することになる。このた
め、被加工材料2上面における穴径L1 と下方における
穴径L2 との間で差異が生じ、均一な穴径を得ることが
できないという欠点もある。
Further, as shown in FIG. 8, as the depth of the processed hole 7 increases (the aspect ratio increases),
Since the machining electrode 4 advances through the material 2 to be machined, not only the discharge at the tip of the machining electrode 4 but also the peripheral side surface of FIG.
The discharge proceeds as indicated by the arrow. For this reason, there is a disadvantage that a hole diameter L1 on the upper surface of the material 2 to be processed and a hole diameter L2 on the lower side are different from each other and a uniform hole diameter cannot be obtained.

【0007】この様な放電加工装置の他に、ハイアスペ
クト構造の形成に利用されるものとして、LIGA(Li
thograpie Galvanoformung Abformung)プロセスがあ
る。このLIGAプロセスは、PMMA(ポリメタクリ
ル酸メチル)レジストを基板に厚く塗布し、X線、電子
線等によりフォトリソグラフィを行い、このレジストの
型に金属等を鋳込む方法(電鋳等)によってハイアスペ
クト構造を形成するものである。
In addition to such an electric discharge machining apparatus, LIGA (Li
thograpie Galvanoformung Abformung) process. In this LIGA process, PMMA (polymethylmethacrylate) resist is applied thickly on a substrate, photolithography is performed by X-rays, electron beams, etc., and metal or the like is cast into the mold of this resist to achieve high-quality. It forms an aspect structure.

【0008】しかしながら、LIGAプロセスでは、高
価なSOR(Synchrotron OrbitalRadiation )を用い
る必要があり、装置コストが大幅に高くなってしまうと
いう欠点がある。
However, in the LIGA process, it is necessary to use an expensive SOR (Synchrotron Orbital Radiation), and there is a disadvantage that the cost of the apparatus is significantly increased.

【0009】本発明は、この様な従来の事情を考慮して
なされたものであり、従ってその目的は、被加工材料の
材質を問わず、形状精度、仕上げ面ともに高精度で、任
意の深さのハイアスペクト構造の加工を低コストで実現
できる微細加工装置を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of such conventional circumstances, and therefore, its object is to achieve high precision in both shape accuracy and finished surface regardless of the material of the material to be processed, and at any depth. Another object of the present invention is to provide a fine processing apparatus capable of realizing high aspect structure processing at low cost.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の微細加工装置は、反応ガスを供給する反応
ガス供給手段と、供給された反応ガスをプラズマ化する
プラズマ生成源と、生成されたプラズマを被加工材料の
表面近傍において磁界又は電界によりビーム状に収束さ
せて被加工材料に照射するプラズマ収束手段とを備えた
構成となっている(請求項1)。
In order to achieve the above object, a fine processing apparatus of the present invention comprises a reaction gas supply means for supplying a reaction gas, a plasma generation source for converting the supplied reaction gas into a plasma, A plasma converging means for converging the generated plasma in a beam shape near the surface of the material to be processed by a magnetic field or an electric field and irradiating the material to be processed is provided (claim 1).

【0011】この場合、前記反応ガス供給手段は、被加
工材料表面のプラズマビーム照射部近傍に、反応ガスを
供給するようにしても良い(請求項2)。
In this case, the reaction gas supply means may supply the reaction gas near the plasma beam irradiation portion on the surface of the material to be processed (claim 2).

【0012】また、前記プラズマ収束手段は、磁界又は
電界を変化させることによって、被加工材料に対するプ
ラズマビームの照射位置を変化させる機能を備えていて
も良い(請求項3)。
The plasma converging means may have a function of changing the irradiation position of the plasma beam on the material to be processed by changing the magnetic field or the electric field (claim 3).

【0013】[0013]

【作用】上記構成によれば、反応ガス供給手段により供
給された反応ガスを、プラズマ生成源によりプラズマ化
し、生成されたプラズマにプラズマ収束手段の発生する
磁界又は電界を印加することで、プラズマを被加工材料
の表面近傍においてビーム状に収束させて被加工材料に
照射する。これにより、プラズマビーム中の励起状態に
ある化学的に活性度の高いイオンやラジカル等の反応種
が、プラズマビームの照射エネルギーの補助を受けて被
加工材料表面と化学反応することにより被加工材料表面
を原子レベルでエッチング(又はデポジション)する。
そのため、被加工材料の材質を問わず微細加工が可能に
なると共に、従来の放電加工に比べて、形状精度、仕上
げ面ともに高精度である。
According to the above structure, the reaction gas supplied by the reaction gas supply means is turned into plasma by the plasma generation source, and the magnetic field or electric field generated by the plasma converging means is applied to the generated plasma to generate the plasma. The material to be processed is irradiated with a beam in the vicinity of the surface of the material to be processed. As a result, the reactive species such as chemically active ions and radicals in the excited state in the plasma beam chemically react with the surface of the material to be processed with the assistance of the irradiation energy of the plasma beam, and Etch (or deposit) the surface at the atomic level.
Therefore, fine processing is possible regardless of the material of the material to be processed, and the shape accuracy and the finished surface are highly accurate as compared with the conventional electric discharge machining.

【0014】しかも、プラズマビームは、プラズマ収束
手段の発生する磁界又は電界により十分に絞り込まれた
平行ビームとすることができるから、その照射時間を変
えることにより任意の深さのハイアスペクト構造の加工
を低コストで実現することが可能となる。また、被加工
材料のプラズマビーム照射部の温度がさほど高くならな
いので、熱による被加工材料の損傷も防止できる。
Moreover, since the plasma beam can be made into a parallel beam which is sufficiently narrowed down by the magnetic field or electric field generated by the plasma converging means, the irradiation time can be changed to process the high aspect structure of any depth. Can be realized at low cost. Further, since the temperature of the plasma beam irradiation portion of the material to be processed does not rise so much, damage to the material to be processed due to heat can be prevented.

【0015】一方、プラズマ中の反応種の寿命が長い場
合には、その反応種が照射部以外の部分にも拡散してそ
の部分をエッチング(又はデポジション)してしまうお
それがあるが、この場合でも、請求項2のように被加工
材料表面のプラズマビーム照射部近傍に反応ガスを供給
すれば、反応種の不必要な拡散は避けられ、非照射部が
エッチング(又はデポジション)されてしまうこともな
い。
On the other hand, when the life of the reactive species in the plasma is long, the reactive species may diffuse into a portion other than the irradiation portion and etch (or deposit) the portion. Even in this case, if the reaction gas is supplied to the vicinity of the plasma beam irradiation portion on the surface of the material to be processed as described in claim 2, unnecessary diffusion of the reactive species is avoided, and the non-irradiation portion is etched (or deposited). It won't end up.

【0016】また、請求項3のようにプラズマ収束手段
の発生する磁界又は電界を変化させることによって、被
加工材料に対するプラズマビームの照射位置を加工形状
に合わせて変化させれば、被加工材料の位置を変化させ
なくても、加工形状を所望の形状にすることができる。
Further, by changing the magnetic field or the electric field generated by the plasma converging means as in claim 3, the irradiation position of the plasma beam on the material to be processed is changed according to the processing shape, so that the material to be processed is changed. The processed shape can be a desired shape without changing the position.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の第1実施例を図1及び図2に
基づいて説明する。プラズマPを封じ込める真空槽11
内には、反応ガス供給手段12及び不活性ガス供給手段
13からそれぞれ吸気バルブ14,15を通して供給さ
れる反応ガスと不活性ガスとの混合ガスが導入される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Vacuum chamber 11 for containing plasma P
A mixed gas of a reaction gas and an inert gas supplied from the reaction gas supply means 12 and the inert gas supply means 13 through the intake valves 14 and 15, respectively, is introduced therein.

【0018】この真空槽11の図1の左側部分には、例
えばECR(電子サイクロトロン共鳴)型のプラズマ生
成源16が設けられている。このECR型のプラズマ生
成源16は、真空槽11に連通する電離室17と、この
電離室17内に磁界を加える電磁コイル18を備え、マ
グネトロン(図示せず)で発生したマイクロ波を導波管
19を通して電離室17内に導入して、この電離室17
内で前記混合ガスをマイクロ波放電励起により電離させ
てプラズマ化するものである。この場合、電離室17内
に導入されるマイクロ波の周波数は、電磁コイル18に
よる磁界で決まる電子のサイクロトロン共鳴周波数に一
致している。これにより、ガス分子の電子が共鳴的に加
速されることで、ガス分子が励起・電離されてプラズマ
化されるものである。この様にして、放電室17内で生
成されたプラズマは、電離室17の開口部17aから真
空槽11内に放出される。
On the left side portion of the vacuum chamber 11 in FIG. 1, an ECR (electron cyclotron resonance) type plasma generation source 16 is provided. The ECR type plasma generation source 16 is provided with an ionization chamber 17 communicating with the vacuum chamber 11 and an electromagnetic coil 18 for applying a magnetic field in the ionization chamber 17, and guides microwaves generated by a magnetron (not shown). It is introduced into the ionization chamber 17 through a pipe 19 and the ionization chamber 17
The mixed gas is ionized by microwave discharge excitation in the inside to be turned into plasma. In this case, the frequency of the microwave introduced into the ionization chamber 17 matches the cyclotron resonance frequency of the electrons determined by the magnetic field generated by the electromagnetic coil 18. As a result, the electrons of the gas molecule are resonantly accelerated, and the gas molecule is excited and ionized to be turned into plasma. In this way, the plasma generated in the discharge chamber 17 is discharged into the vacuum chamber 11 through the opening 17a of the ionization chamber 17.

【0019】一方、真空槽11の図1の右側部分には、
ベローズ20により照射室21が設けられ、この照射室
21内に被加工材料22が絶縁ホルダ23によって保持
されている。この被加工材料22には、バイアス電源2
4により適当なバイアス電圧が印加できるようになって
いる。尚、被加工材料22が絶縁物(誘電体)である場
合には、バイアス電源24は高周波電源とする。
On the other hand, in the right side portion of the vacuum chamber 11 in FIG.
An irradiation chamber 21 is provided by the bellows 20, and a material 22 to be processed is held in the irradiation chamber 21 by an insulating holder 23. This work material 22 includes a bias power source 2
4 makes it possible to apply an appropriate bias voltage. When the material 22 to be processed is an insulator (dielectric), the bias power supply 24 is a high frequency power supply.

【0020】また、真空槽11の被加工材料22に近い
部分には、プラズマ収束手段たる2種類の電磁コイル2
5,26が設けられ、これら両電磁コイル25,26の
発生する磁界によってプラズマPを被加工材料22の表
面近傍においてビーム状に収束させて被加工材料22に
照射するものである。更に、このプラズマビームPoを
被加工材料22の表面において微小径に絞り込むため
に、被加工材料22後方の絶縁ホルダ23の背面側に
も、プラズマ収束手段たる微小な電磁コイル27が設け
られている。この場合、プラズマビームPo の径等の微
調整は、前述したベローズ20を伸縮させることによっ
て、被加工材料22及び電磁コイル27を前後させて行
うようになっている。一方、反応に使われたガスは、排
気バルブ28を通して排出される。
Further, in the portion of the vacuum chamber 11 near the material 22 to be processed, two types of electromagnetic coils 2 serving as plasma focusing means are provided.
5, 26 are provided, and the magnetic field generated by both electromagnetic coils 25, 26 converges the plasma P into a beam shape in the vicinity of the surface of the material 22 to be processed and irradiates the material 22 to be processed. Further, in order to narrow the plasma beam Po to a minute diameter on the surface of the material 22 to be processed, a minute electromagnetic coil 27 as a plasma converging means is also provided on the back side of the insulating holder 23 behind the material 22 to be processed. .. In this case, the fine adjustment of the diameter of the plasma beam Po is performed by expanding and contracting the bellows 20 to move the material 22 to be processed and the electromagnetic coil 27 back and forth. On the other hand, the gas used for the reaction is exhausted through the exhaust valve 28.

【0021】尚、本実施例の微細加工装置は、真空槽1
1内に発生させるプラズマPを分光して反応をモニタし
たり、或は、各電磁コイル25,26,27への通電電
流量や印加電圧を調整して磁界分布を変えることによ
り、加工幅や深さを調整したり、加工速度を高速化する
ことも可能となっている。
The microfabrication apparatus according to this embodiment has a vacuum chamber 1
The plasma P generated in 1 is dispersed to monitor the reaction, or the magnetic field distribution is changed by adjusting the amount of current passed to each electromagnetic coil 25, 26, 27 and the applied voltage to change the processing width and It is also possible to adjust the depth and increase the processing speed.

【0022】この場合、真空槽11内に供給する反応ガ
スは、被加工材料22の材質に応じて、例えばHBr,
O,F,Br,CF,Cl等のエッチングガスを用
いれば、被加工材料16にトレンチ加工を施すことがで
きる。一方、デポジションガス(例えばSiH,WF
/H混合ガス等)を使用すれば、そのデポジション
作用によりプラズマビーム照射部に微小突起を成長させ
ることができ、それによって被加工材料22の表面に任
意のパターンで描画したり、或は成長した微小突起をマ
イクロマシンの構成部品として利用することも可能であ
る。
In this case, the reaction gas supplied into the vacuum chamber 11 is, for example, HBr, depending on the material of the material 22 to be processed.
By using an etching gas such as O, F, Br, CF 4 , Cl 2 or the like, the material 16 to be processed can be subjected to trench processing. On the other hand, the deposition gas (eg SiH 4 , WF
4 / H 2 mixed gas, etc.), it is possible to grow fine projections on the plasma beam irradiation portion by the deposition action, thereby drawing in an arbitrary pattern on the surface of the material 22 to be processed, or It is also possible to use the grown fine protrusions as a component of a micromachine.

【0023】一方、上記反応ガスと混合する不活性ガス
としては、例えばアルゴンを使用すれば良く、この不活
性ガスの存在によりプラズマPを安定的に維持すること
ができる。
On the other hand, as the inert gas mixed with the above reaction gas, for example, argon may be used, and the plasma P can be stably maintained due to the presence of this inert gas.

【0024】次に、上記構成の微細加工装置を用いて行
うトレンチ加工について説明する。例えば、被加工材料
22としてシリコン半導体を用いた場合には、反応ガス
としてハロゲン系エッチングガス(HBr)を使用す
る。この反応ガス(HBr)と不活性ガス(アルゴン
等)との混合ガスを真空槽11内に供給して、ECR型
のプラズマ生成源16により電離させてプラズマ化する
と、このプラズマPは、真空槽11内で被加工材料22
の表面近傍において各電磁コイル25,26の発生する
磁界によりビーム状に収束される。このプラズマビーム
Po は、更に、被加工材料22の表面において被加工材
料22後方の微小な電磁コイル27の発生する磁界によ
り微小径に絞り込まれて、被加工材料22の表面に照射
される。
Next, the trench processing performed by using the fine processing apparatus having the above structure will be described. For example, when a silicon semiconductor is used as the material 22 to be processed, a halogen-based etching gas (HBr) is used as the reaction gas. When a mixed gas of this reaction gas (HBr) and an inert gas (argon or the like) is supplied into the vacuum chamber 11 and ionized by the ECR type plasma generation source 16 to generate plasma, this plasma P is generated in the vacuum chamber. Work material 22 in 11
The magnetic field generated by each of the electromagnetic coils 25, 26 near the surface of the beam is converged into a beam. The plasma beam Po is further focused on the surface of the material 22 to be processed by a magnetic field generated by a minute electromagnetic coil 27 behind the material 22 to be processed, and is irradiated onto the surface of the material 22 to be processed.

【0025】これにより、プラズマビームPo 中の励起
状態にある化学的に活性度の高いイオンやラジカル等の
反応種が、被加工材料22表面のプラズマビーム照射部
に付着し、これがプラズマビームPo の照射エネルギー
の補助を受けて被加工材料22表面と化学反応すること
により、被加工材料22表面を原子レベルでエッチング
して微細穴29を形成する。この際、被加工材料22に
対し、バイアス電源24により適当なバイアス電圧を印
加すれば、微小径のプラズマビームPo が被加工材料2
2に効果的に照射されるようになる。
As a result, reactive species such as chemically active ions and radicals in the excited state in the plasma beam Po adhere to the plasma beam irradiation part on the surface of the material 22 to be processed, and this reacts with the plasma beam Po. By chemically reacting with the surface of the material 22 to be processed with the assistance of irradiation energy, the surface of the material 22 to be processed is etched at the atomic level to form the fine holes 29. At this time, if an appropriate bias voltage is applied to the material 22 to be processed by the bias power source 24, the plasma beam Po having a small diameter is generated.
2 is effectively irradiated.

【0026】ところで、反応ガスとしてHBrを用いた
場合の被加工材料(Si)22の表面での主反応は次ぎ
のようになる。
The main reaction on the surface of the material to be processed (Si) 22 when HBr is used as the reaction gas is as follows.

【0027】Si+HBr→SiHBrx+H この主反応が微小な反応領域30において進行し、被加
工材料(Si)22の表面がエッチングされ、生成され
た主反応生成物(SiHBrx)は、被加工材料(S
i)22のエッチング側壁に付着・堆積し、エッチング
に対する保護膜31を形成する。
Si + HBr → SiHBrx + H This main reaction proceeds in the minute reaction region 30, the surface of the material to be processed (Si) 22 is etched, and the generated main reaction product (SiHBrx) is the material to be processed (SHBrx).
i) Adhere and deposit on the etching sidewall of 22 to form a protective film 31 against etching.

【0028】プラズマビームPo の照射を続ける間は、
上述したエッチングとエッチング側壁への保護膜31の
堆積が継続し、任意の深さの微細穴29を深さ方向に均
一な内径で形成することができる。
While the irradiation of the plasma beam Po is continued,
The above-described etching and deposition of the protective film 31 on the etching side wall are continued, and the fine holes 29 having an arbitrary depth can be formed with a uniform inner diameter in the depth direction.

【0029】このとき、プラズマビームPo と被加工材
料22との間の位置関係を一定に保ちながら、各電磁コ
イル25,26,27の発生する磁界分布を変化させて
プラズマビームPo の照射位置を加工形状に合わせて変
化させれば、被加工材料22の位置を変化させなくて
も、任意のパターンでトレンチを形成することが可能と
なる。
At this time, while the positional relationship between the plasma beam Po and the material 22 to be processed is kept constant, the distribution of the magnetic fields generated by the electromagnetic coils 25, 26 and 27 is changed to change the irradiation position of the plasma beam Po. If the shape is changed according to the processed shape, the trench can be formed in an arbitrary pattern without changing the position of the material 22 to be processed.

【0030】この様にして微細加工した被加工材料22
は、そのまま使用することは勿論、これを型として利用
し、この型に金属等を流し込む方法(電鋳等)により複
数のハイアスペクト構造を形成することも可能である。
Workpiece material 22 finely processed in this way
Of course, it is possible to use it as it is, and to form a plurality of high aspect structures by using this as a mold and pouring a metal or the like into the mold (electroforming or the like).

【0031】斯かるプラズマビームPo による微細加工
は、プラズマビームPo 中の励起状態にある化学的に活
性度の高いイオンやラジカル等の反応種が、プラズマビ
ームPo の照射エネルギーの補助を受けて被加工材料2
2表面と化学反応することにより被加工材料22表面を
原子レベルでエッチングするものであるため、被加工材
料22の材質も、半導体、金属(導電体)、絶縁体(誘
電体)を問わず、微細加工が可能であると共に、従来の
放電加工に比べて、形状精度、仕上げ面ともに高精度で
ある。
In the fine processing using the plasma beam Po, reactive species such as chemically active ions and radicals in an excited state in the plasma beam Po are covered with the assistance of irradiation energy of the plasma beam Po. Processing material 2
Since the surface of the material to be processed 22 is etched at the atomic level by chemically reacting with the surface 2, the material of the material to be processed 22 may be semiconductor, metal (conductor) or insulator (dielectric). It is capable of fine machining and has higher precision in shape and finished surface than conventional electrical discharge machining.

【0032】しかも、プラズマビームPo は、各電磁コ
イル25,26,27の発生する磁界により十分に絞り
込まれた平行ビームとすることができるから、その照射
時間を変えることにより任意の深さのハイアスペクト構
造の加工を低コストで実現することが可能となる。ま
た、被加工材料22のプラズマビーム照射部の温度がさ
ほど高くならないので、熱による被加工材料22の損傷
も防止できる。
Moreover, since the plasma beam Po can be made into a parallel beam which is sufficiently narrowed down by the magnetic fields generated by the electromagnetic coils 25, 26, 27, the irradiation time can be changed so that the plasma beam Po has a high depth of arbitrary depth. The processing of the aspect structure can be realized at low cost. Further, since the temperature of the plasma beam irradiation portion of the work material 22 does not rise so much, it is possible to prevent the work material 22 from being damaged by heat.

【0033】上述した第1実施例では、プラズマ生成源
16として、ECR型のプラズマ生成源を採用したが、
図3に示す本発明の第2実施例のように、電子銃32を
採用しても良い。この電子銃32は、熱陰極33と陽極
34とを備え、熱陰極33から放出される電子が熱陰極
33と陽極34との間で例えば100eV程度に加速さ
れて、真空槽11内に電子ビームとなって放出される。
この電子ビームは、真空槽11内に導入された前記混合
ガスの分子に衝突し、これを励起・電離させてプラズマ
Pを発生させる。このプラズマPは、各電磁コイル2
5,26,27の発生する磁界により被加工材料22の
表面近傍においてビーム状に絞り込まれる。このプラズ
マビームPo が被加工材料22に照射されて、そのエッ
チングとエッチング側壁への保護膜31の堆積を行うこ
とになる。尚、前述した第1実施例と同一部分には同一
符号を付して説明を省略する。
In the above-described first embodiment, the ECR type plasma generation source is adopted as the plasma generation source 16,
An electron gun 32 may be employed as in the second embodiment of the present invention shown in FIG. The electron gun 32 includes a hot cathode 33 and an anode 34. Electrons emitted from the hot cathode 33 are accelerated between the hot cathode 33 and the anode 34 to, for example, about 100 eV to generate an electron beam in the vacuum chamber 11. Will be released.
The electron beam collides with the molecules of the mixed gas introduced into the vacuum chamber 11 and excites / ionizes the molecules to generate plasma P. This plasma P is generated by each electromagnetic coil 2
The magnetic fields generated by 5, 26 and 27 narrow the light beam into a beam near the surface of the material 22 to be processed. The material 22 to be processed is irradiated with the plasma beam Po, and the etching and the deposition of the protective film 31 on the etching sidewall are performed. The same parts as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0034】また、第1及び第2の両実施例では、被加
工材料22がセットされる照射室21をプラズマ生成源
16(電子銃32)と対向する位置に設けたが、図4に
示す本発明の第3実施例のように、照射室21を、電磁
コイル18,25の発生する磁力線と直交する位置に設
けて、排気バルブ28をプラズマ生成源16と対向する
位置に設けても良い。この場合、真空槽11内のプラズ
マPは、電磁コイル18,25の発生するミラー型磁界
によって閉じ込められる。
Further, in both the first and second embodiments, the irradiation chamber 21 in which the material 22 to be processed is set is provided at a position facing the plasma generation source 16 (electron gun 32). As in the third embodiment of the present invention, the irradiation chamber 21 may be provided at a position orthogonal to the magnetic lines of force generated by the electromagnetic coils 18 and 25, and the exhaust valve 28 may be provided at a position facing the plasma generation source 16. .. In this case, the plasma P in the vacuum chamber 11 is confined by the mirror type magnetic field generated by the electromagnetic coils 18 and 25.

【0035】この第3実施例でも、照射室21の近傍
(プラズマPの境界付近)には、プラズマ収束手段たる
電磁コイル26が設けられ、この電磁コイル26と被加
工材料22の後方に設置した微小な電磁コイル27とが
作り出す磁界によって、プラズマPが被加工材料22の
表面近傍においてビーム状に絞られる。このプラズマビ
ームPo が被加工材料22に照射され、前述した第1及
び第2の両実施例と同じく、エッチングとエッチング側
壁への保護膜31の堆積を行うことになる。尚、前述し
た第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省
略する。
Also in the third embodiment, an electromagnetic coil 26 as a plasma converging means is provided near the irradiation chamber 21 (near the boundary of the plasma P), and is installed behind the electromagnetic coil 26 and the material 22 to be processed. The magnetic field generated by the minute electromagnetic coil 27 causes the plasma P to be focused into a beam near the surface of the material 22 to be processed. The material 22 to be processed is irradiated with the plasma beam Po, and etching and deposition of the protective film 31 on the etching side wall are performed as in the first and second embodiments. The same parts as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0036】ところで、プラズマP中の反応種の寿命が
長い場合には、その反応種が照射部以外の部分にも拡散
してその部分をエッチング(又はデポジション)してし
まうおそれがあるが、この場合には、図5及び図7に示
す本発明の第4実施例のように構成すれば良い。
By the way, when the life of the reactive species in the plasma P is long, there is a possibility that the reactive species may diffuse into a portion other than the irradiation portion and etch (or deposit) the portion. In this case, it may be configured as in the fourth embodiment of the present invention shown in FIGS.

【0037】この第4実施例では、反応ガス供給手段1
2から供給される反応ガスを、ノズル35を通して、プ
ラズマビームPo1の照射部近傍に導入する。従って、真
空槽11内のプラズマP1 は、主として不活性ガスがプ
ラズマ化したものであり、反応ガスのプラズマ化(エッ
チング又はデポジションに寄与する反応種の生成)は照
射室21内のプラズマビームPo1を照射する微小領域3
6のみにて局所的に進行することになる。このため、反
応種の不必要な拡散は避けられ、非照射部(微細穴29
以外の部分)がエッチングされてしまうこともない。
尚、前述した第1実施例と同一部分には同一符号を付し
て説明を省略する。
In the fourth embodiment, the reaction gas supply means 1
The reaction gas supplied from No. 2 is introduced into the vicinity of the irradiation portion of the plasma beam Po1 through the nozzle 35. Therefore, the plasma P1 in the vacuum chamber 11 is mainly the plasma of the inert gas, and the plasma conversion of the reaction gas (the generation of the reactive species that contributes to etching or deposition) is performed by the plasma beam Po1 in the irradiation chamber 21. Area 3 to irradiate
Only 6 will proceed locally. Therefore, unnecessary diffusion of the reactive species is avoided, and the non-irradiated portion (the fine holes 29
(Parts other than) are not etched.
The same parts as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0038】上述した第1乃至第4の各実施例では、い
ずれも、被加工材料22の後方にプラズマ収束手段とし
て電磁コイル27を設けたが、これを永久磁石に代えて
も良い。
In each of the first to fourth embodiments described above, the electromagnetic coil 27 is provided as the plasma focusing means behind the material 22 to be processed, but this may be replaced with a permanent magnet.

【0039】その他、プラズマ収束手段は、磁界を発生
するものに限らず、電界を発生してプラズマを収束させ
るようにしても良い等、本発明は要旨を逸脱しない範囲
内で種々の変形が可能である。
In addition, the plasma converging means is not limited to the one for generating a magnetic field, but may be an electric field for converging the plasma, etc. The present invention can be variously modified without departing from the scope of the invention. Is.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、反応ガス供給手段により供給された反応ガスを、プ
ラズマ生成源によりプラズマ化し、生成されたプラズマ
にプラズマ収束手段の発生する磁界又は電界を印加する
ことで、プラズマを被加工材料の表面近傍においてビー
ム状に収束させて被加工材料に照射し、被加工材料表面
を原子レベルでエッチング(又はデポジション)するよ
うにしたので、被加工材料の材質を問わず微細加工が可
能になると共に、従来の放電加工に比べて、形状精度、
仕上げ面ともに高精度である。
As is apparent from the above description, the present invention converts the reaction gas supplied by the reaction gas supply means into plasma by the plasma generation source, and the generated plasma is subjected to the magnetic field or electric field generated by the plasma converging means. Is applied, the plasma is converged into a beam in the vicinity of the surface of the material to be processed and irradiated on the material to be processed, and the surface of the material to be processed is etched (or deposited) at the atomic level. Fine processing is possible regardless of the material used, and shape accuracy, compared to conventional electrical discharge machining,
The finished surface is highly accurate.

【0041】しかも、プラズマビームは、プラズマ収束
手段の発生する磁界又は電界により十分に絞り込まれた
平行ビームとすることができるから、その照射時間を変
えることにより任意の深さのハイアスペクト構造の加工
を低コストで実現することが可能となる。
Moreover, since the plasma beam can be made into a parallel beam which is sufficiently narrowed down by the magnetic field or electric field generated by the plasma converging means, the irradiation time can be changed to process the high aspect structure of any depth. Can be realized at low cost.

【0042】更に、被加工材料表面のプラズマビーム照
射部近傍に反応ガスを供給するようにしたので、エッチ
ング(又はデポジション)に寄与する反応種の不必要な
拡散は避けられ、非照射部がエッチング(又はデポジシ
ョン)されてしまうこともない。
Further, since the reaction gas is supplied to the vicinity of the plasma beam irradiation portion on the surface of the material to be processed, unnecessary diffusion of the reactive species contributing to etching (or deposition) can be avoided and the non-irradiation portion can be prevented. It will not be etched (or deposited).

【0043】また、プラズマ収束手段の発生する磁界又
は電界を変化させることによって、被加工材料に対する
プラズマビームの照射位置を加工形状に合わせて変化さ
せるようにしたので、被加工材料の位置を変化させなく
ても、加工形状を所望の形状にすることができる。
Further, by changing the magnetic field or electric field generated by the plasma converging means, the irradiation position of the plasma beam on the material to be processed is changed in accordance with the processing shape, so that the position of the material to be processed is changed. Even if it does not exist, the processed shape can be made into a desired shape.

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

【図1】本発明の第1実施例を示す微細加工装置全体の
断面図
FIG. 1 is a sectional view of the entire microfabrication device showing a first embodiment of the present invention.

【図2】プラズマビーム照射部分の拡大断面図FIG. 2 is an enlarged sectional view of a plasma beam irradiation portion.

【図3】本発明の第2実施例を示す微細加工装置全体の
断面図
FIG. 3 is a sectional view of the entire microfabrication device showing a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3実施例を示す微細加工装置全体の
断面図
FIG. 4 is a sectional view of the entire microfabrication apparatus showing a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4実施例を示す微細加工装置全体の
断面図
FIG. 5 is a sectional view of the entire microfabrication apparatus showing a fourth embodiment of the present invention.

【図6】プラズマビーム照射部分の拡大断面図FIG. 6 is an enlarged sectional view of a plasma beam irradiation portion.

【図7】従来の放電加工装置の概略を示すシステム構成
FIG. 7 is a system configuration diagram showing an outline of a conventional electric discharge machine.

【図8】従来の放電加工による加工穴部分の拡大断面図FIG. 8 is an enlarged sectional view of a hole processed by conventional electric discharge machining.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11は真空槽、12は反応ガス供給手段、13は不活性
ガス供給手段、16はプラズマ生成源、18は電磁コイ
ル、21は照射室、22は被加工材料、23は絶縁ホル
ダ、24はバイアス電源、25乃至27は電磁コイル
(プラズマ収束手段)、31は保護膜、32は電子銃
(プラズマ生成源)、35はノズルである。
Reference numeral 11 is a vacuum tank, 12 is a reaction gas supply means, 13 is an inert gas supply means, 16 is a plasma generation source, 18 is an electromagnetic coil, 21 is an irradiation chamber, 22 is a work material, 23 is an insulating holder, and 24 is a bias. A power source, 25 to 27 are electromagnetic coils (plasma focusing means), 31 is a protective film, 32 is an electron gun (plasma generation source), and 35 is a nozzle.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応ガスを供給する反応ガス供給手段
と、供給された反応ガスをプラズマ化するプラズマ生成
源と、生成されたプラズマを被加工材料の表面近傍にお
いて磁界又は電界によりビーム状に収束させて被加工材
料に照射するプラズマ収束手段とを備えたことを特徴と
する微細加工装置。
1. A reaction gas supply means for supplying a reaction gas, a plasma generation source for converting the supplied reaction gas into a plasma, and the generated plasma in the form of a beam near a surface of a material to be processed by a magnetic field or an electric field. And a plasma focusing means for irradiating the material to be processed.
【請求項2】 前記反応ガス供給手段は、被加工材料表
面のプラズマビーム照射部近傍に、反応ガスを供給する
ようにしたことを特徴とする請求項1記載の微細加工装
置。
2. The microfabrication apparatus according to claim 1, wherein the reaction gas supply means supplies the reaction gas to the vicinity of the plasma beam irradiation portion on the surface of the material to be processed.
【請求項3】 前記プラズマ収束手段は、磁界又は電界
を変化させることによって、被加工材料に対するプラズ
マビームの照射位置を変化させる機能を備えていること
を特徴とする請求項1又は2記載の微細加工装置。
3. The fine structure according to claim 1, wherein the plasma converging means has a function of changing an irradiation position of the plasma beam onto the material to be processed by changing a magnetic field or an electric field. Processing equipment.
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