JPH07207468A - Etching device and etching method - Google Patents

Etching device and etching method

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JPH07207468A
JPH07207468A JP6018950A JP1895094A JPH07207468A JP H07207468 A JPH07207468 A JP H07207468A JP 6018950 A JP6018950 A JP 6018950A JP 1895094 A JP1895094 A JP 1895094A JP H07207468 A JPH07207468 A JP H07207468A
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JP
Japan
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etching
substrate
plasma
workpiece
electrode
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Application number
JP6018950A
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Japanese (ja)
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Shigenori Hayashi
茂則 林
Satoshi Teramoto
聡 寺本
Kenji Ito
健二 伊藤
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To execute etching with stable low-temp. plasma under a middle pressure without being affected by the insulation characteristic/resistance value of a substrate and to improve etching efficiency by grounding the surface of a work piece to prevent electrification. CONSTITUTION:Gas consisting essentially of a rare gas added with a halogen element is introduced into a discharge space 15 between a central conductor 11 constituted to a concentrical cylindrical shape and an outside conductor 12. High-frequency energy is then impressed thereto to form the plasma under a pressure of 5 to 150Torr. A conductive film is deposited and formed on a part of the surface of the substrate 1 and is grounded as an electrode thin film 18 at the time of etching the surface of the substrate 1 which is the work piece by using this plasma. As a result, the etching treatment stable over a wide range is executed and the substrate 1 is treated without exposing the substrate to a high temp.

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5〜150Torrの中
圧力で安定に放電させることが出来、かつ低温の放電プ
ラズマを得ることができるプラズマ発生装置を用いて、
基板を加熱すること無しに行われるエッチングにおい
て、基板の絶縁性/抵抗値に係わらず安定したエッチン
グを行う方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention uses a plasma generator capable of stably discharging at a medium pressure of 5 to 150 Torr and capable of obtaining discharge plasma at low temperature.
The present invention relates to a method of performing stable etching regardless of the insulating property / resistance value of a substrate in the etching performed without heating the substrate.

【0002】[0002]

【従来技術】大気圧状態は低電界では絶縁体であるが、
直流、交流、インパルス等の高電界を印加すると絶縁破
壊を起こし電流が流れるようになる(自続放電)。自続
放電はコロナ放電、グロー放電、アーク放電に分けられ
る。平等電界のときには自続放電に移るとただちに全路
破壊し、グロー放電もしくはアーク放電に移行するが、
不平等電界のときにはまず、電界の強い局部のみ絶縁破
壊され、コロナ放電が起こる。その後さらに電界を強く
すると全路破壊に発展していく。一般に大気圧空気中で
は全路破壊に移行するとき、グロー放電を経ずに速やか
にアーク放電に移行することが多い。これは、アーク放
電の特徴は入射イオンに起因する電極加熱による熱電子
放出(陰極輝点の存在)であるが、高圧力では電極に入
射するイオン数が低圧力時に比べて多いため、非常に短
い時間で電極が加熱され、熱電子放出されるようになる
ためと考えられている。電流が2A以下の場合にはグロ
ー放電する場合も知られているが、制御性が良くない。
一般に溶接加工、切断等の応用に用いられているのはア
ーク放電である。
2. Description of the Related Art Atmospheric pressure is an insulator at low electric fields,
When a high electric field such as direct current, alternating current, or impulse is applied, dielectric breakdown occurs and current starts to flow (self-sustaining discharge). Self-sustaining discharge is divided into corona discharge, glow discharge, and arc discharge. In the case of a uniform electric field, when it goes to self-sustaining discharge, all the roads are destroyed immediately, and it goes to glow discharge or arc discharge.
In the case of an unequal electric field, first, only local parts where the electric field is strong are dielectrically broken down, and corona discharge occurs. After that, if the electric field is further increased, the road will be destroyed. In general, in atmospheric pressure air, when the whole road is destroyed, the arc discharge is often made rapidly without passing through glow discharge. This is because arc discharge is characterized by thermionic emission (existence of cathode luminescent spots) due to electrode heating caused by incident ions, but at high pressure the number of ions incident on the electrode is higher than at low pressure, so it is extremely It is considered that the electrode is heated in a short time and thermions are emitted. It is known that glow discharge occurs when the current is 2 A or less, but the controllability is not good.
Arc discharge is generally used for applications such as welding and cutting.

【0003】アーク放電はその電極温度の高さ、陽光柱
温度(ガス温度)の高さを利用して、被加工物を溶解、
溶断することに用いられている。アーク放電を用いた加
工法においては、被加工部の温度が2000〜6000Kの高温
となるのが普通であり、低温(例えば室温)で被加工物
を加工することはできなかった。
Arc discharge utilizes the high electrode temperature and the positive column temperature (gas temperature) to melt the workpiece,
It is used for fusing. In the processing method using arc discharge, the temperature of the portion to be processed is usually as high as 2000 to 6000K, and the workpiece cannot be processed at a low temperature (for example, room temperature).

【0004】そこで、室温での基板処理、加工等を可能
とするため、大気圧で安定して放電を安定して起こさ
せ、低温プラズマを発生させる試みが行われている(S.K
anazawa et.al. J.Phys.D:Appl.Phys.21(1988)838-84
0)。大気圧で安定に放電を起こさせ、低温プラズマを発
生させるには、 1.放電空間をHeで充満する事 2.電極間に(放電経路に)絶縁体を挿入する事 3.少なくとも一方の電極は針状もしくはブラシ状とする
事 4.印加電界の周波数は3kHz以上とする事 が必要条件として知られている。絶縁体を電極間に挿入
するのは、放電がアーク放電に移行しないようにするた
めであり、印加電界周波数が3kHz以上なのは絶縁体を通
して電流を流すためであり、電極形状を針状もしくはブ
ラシ状とするのは、電界を不均一電界とすることにより
放電を開始しやすいようにするためである。
Therefore, in order to enable substrate processing and processing at room temperature, an attempt has been made to generate a low temperature plasma by causing a stable discharge at atmospheric pressure (SK).
anazawa et.al. J.Phys.D: Appl.Phys.21 (1988) 838-84
0). To generate stable low-temperature plasma at atmospheric pressure 1. Fill the discharge space with He 2. Insert an insulator between electrodes (in the discharge path) 3. At least one electrode It is known as a necessary condition that the frequency of the applied electric field is 3 kHz or higher. The insulator is inserted between the electrodes so that the discharge does not shift to arc discharge, and the applied electric field frequency of 3 kHz or more is for passing a current through the insulator.The electrode shape is needle-like or brush-like. The reason is that the electric field is made non-uniform to facilitate the initiation of discharge.

【0005】上記の方法によって得られるプラズマは1
00度以下の温度しか有していない。そして、この常圧
低温プラズマを用いてポリイミド等の有機物、シリコン
等の無機物の表面をエッチング処理することも試みられ
ている。しかしながら、これら方法は、大気圧で処理す
るものでありながら、反応空間内を一旦真空に減圧しそ
の後ヘリウム等のガスを充填するという工程を経ねばな
らないという煩雑さがあった。また、基板の処理は基板
上に於て均等に行われ、微小な領域を選択的に処理する
ことができないという欠点があった。さらにプラズマの
発生する領域が極めて微小な領域に限定されるため、大
面積においてプラズマを用いることは困難であった。
The plasma obtained by the above method is 1
It has a temperature below 00 degrees. It has also been attempted to etch the surface of an organic substance such as polyimide or an inorganic substance such as silicon by using this atmospheric pressure low temperature plasma. However, although these methods are carried out at atmospheric pressure, they have been complicated in that they have to undergo a step of once depressurizing the reaction space to a vacuum and then filling it with a gas such as helium. Further, the processing of the substrate is performed uniformly on the substrate, and there is a drawback that it is not possible to selectively process a minute area. Further, since the region where plasma is generated is limited to a very small region, it is difficult to use plasma in a large area.

【0006】また、大気圧でのプラズマは大気圧である
が故に粒子間の衝突確率が高いので(即ち平均自由行程
が短い)、空間中での電子─イオン再結合の確率も高く
なる。その結果プラズマは空間的に広がらず、電位勾配
の低下とともに急激に消滅してしまい、基板に到達する
ラジカルは非常に少なくなってしまうという欠点があっ
た。これを防止するには基板を出来るだけ放電領域に近
づければよいが、放電領域近傍では僅かの距離の変化で
ラジカル密度が大きく変化してしまうため、その制御性
が著しく悪くなるという別の問題が生じてしまう。
Further, since the plasma at atmospheric pressure has a high probability of collision between particles due to the atmospheric pressure (that is, the mean free path is short), the probability of electron-ion recombination in space also becomes high. As a result, the plasma does not spread spatially and disappears rapidly as the potential gradient decreases, and the number of radicals reaching the substrate becomes extremely small. To prevent this, the substrate should be brought as close as possible to the discharge region. However, in the vicinity of the discharge region, radical density greatly changes with a slight change in distance, which causes another problem that controllability is significantly deteriorated. Will occur.

【0007】また上記従来の大気圧でのグロー放電を用
いたエッチング処理方法は、被加工物が絶縁体の場合に
被加工物が帯電してしまうという問題があった。被加工
物に到達する電荷は主に電子であるので、被加工物が帯
電してしまうと電子が被加工物に到達しなくなってしま
う。その結果、電子とともに被加工物に到達するラジカ
ルの数も減少するのでエッチング効率が低下してしまっ
ていた。
Further, the above-mentioned conventional etching method using glow discharge at atmospheric pressure has a problem that the work piece is charged when the work piece is an insulator. Since the electric charge that reaches the workpiece is mainly electrons, if the workpiece is charged, the electrons will not reach the workpiece. As a result, the number of radicals that reach the object to be processed along with the electrons is reduced, so that the etching efficiency is reduced.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、大気圧のグ
ロー放電における諸問題を解決し、また被加工物が絶縁
体であっても効率良くエッチングが行えるようにするこ
とを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve various problems in glow discharge at atmospheric pressure, and to enable efficient etching even if the work piece is an insulator.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、反応圧力を5
〜150Torrとすることをまず特徴とする。さらに
被加工物表面の帯電を逃がすために、被加工物表面全体
もしくは一部に電極を設け、この電極を接地電位とする
ことによって、プラズマからの電子を逐次外部に逃が
し、それにより、基板表面を帯電させずに初期条件に維
持しつつ、プラズマによるエッチングを行うことを特徴
とする。
In the present invention, the reaction pressure is set to 5
The first feature is that the pressure is set to 150 Torr. Further, in order to release the charge on the surface of the work piece, an electrode is provided on the whole or a part of the surface of the work piece, and by setting this electrode to the ground potential, electrons from the plasma are sequentially released to the outside. It is characterized in that etching is performed by plasma while maintaining the initial condition without being charged.

【0010】さらに本発明においては、ハロゲン元素を
含む希ガスを主成分とする気体を用いることによって、
常圧で安定した放電を発生させ、被加工物を高温に曝す
ことなくエッチングを行うことを特徴とするものであ
る。希ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、ネオン、ク
リプトン、キセノンを用いることができる。
Further, in the present invention, by using a gas containing a rare gas containing a halogen element as a main component,
It is characterized in that stable discharge is generated at normal pressure and etching is performed without exposing the workpiece to high temperature. Helium, argon, neon, krypton, or xenon can be used as the rare gas.

【0011】また、本発明においては、被加工物表面に
導電膜を設けることにより被加工物の帯電現象を防止
し、エッチング効率を高めることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that a conductive film is provided on the surface of the workpiece to prevent the charging phenomenon of the workpiece and enhance the etching efficiency.

【0012】図1に本発明のエッチング装置の概念図を
示す。図1において、内側電極である中心導体(11)
と外側電極である外側導体(12)との間に円筒状絶縁
体(13)を配し、中心導体(11)と外側導体(1
2)とを各々電極としてそれらに交流電源(14)より
電磁エネルギーとして交流電界を印加する。放電空間
(15)にはヘリウムを主成分とするガスをボンベ(1
7)より流量制御器(16)を通して送流状態で供給す
る。なおボンベは一つしか示されていないが、ハロゲン
元素をヘリウムに添加すために必要に応じてガス供給系
が設けられることはいうまでもない。また、エッチング
されるべき基板(1)は常磁性体の基板ホルダー(2)
に保持されている。
FIG. 1 shows a conceptual diagram of the etching apparatus of the present invention. In FIG. 1, a central conductor (11) which is an inner electrode
A cylindrical insulator (13) is arranged between the outer conductor (12) and the outer conductor (12), and the center conductor (11) and the outer conductor (1)
2) and are used as electrodes, and an AC electric field is applied to them as electromagnetic energy from the AC power supply (14). A gas containing helium as a main component is supplied to the discharge space (15) in a cylinder (1
It is supplied from 7) through the flow controller (16) in a flow state. Although only one cylinder is shown, it goes without saying that a gas supply system is provided as necessary to add a halogen element to helium. The substrate (1) to be etched is a paramagnetic substrate holder (2).
Held in.

【0013】基板(1)は基板ホルダー(2)の上に設
置されている。基板(1)の表面には、接地電極となる
電極薄膜(18)を堆積させてある。この電極薄膜(1
8)の材料は、導電性材料、好ましくは金、白金、グラ
ファイト等の高導電性材料を蒸着して用いる。電極薄膜
(18)は、ハロゲン元素をヘリウムに添加してエッチ
ングする場合は、金または白金を用い、電極薄膜(1
8)がエッチングされにくくすることが望ましい。な
お、金または白金等はハロゲン系元素にエッチングされ
にくい金属であるため、エッチング対象である絶縁性基
板の表面を完全に被覆することがあってはならない。よ
って、電極薄膜(18)の堆積は基板のエッジの部分に
対して行なわれるのが望ましい。この電極薄膜(18)
は、必ずしも金属の蒸着薄膜を用いる必要は無く、ペー
スト状あるいは粘着テープ状の高導電性材料(例えばグ
ラファイトや金等のペースト、グラファイトや銅等の粘
着電導テープ等)を、基板のエッジ部分を中心にコーテ
ィングしたものを用いる方法でもよい。
The substrate (1) is placed on the substrate holder (2). An electrode thin film (18) serving as a ground electrode is deposited on the surface of the substrate (1). This electrode thin film (1
As the material of 8), a conductive material, preferably a highly conductive material such as gold, platinum or graphite, is vapor-deposited and used. The electrode thin film (18) is made of gold or platinum when etching is performed by adding a halogen element to helium.
It is desirable to prevent 8) from being easily etched. Since gold, platinum, or the like is a metal that is difficult to be etched by a halogen-based element, the surface of the insulating substrate to be etched must not be completely covered. Therefore, the electrode thin film (18) is preferably deposited on the edge portion of the substrate. This electrode thin film (18)
It is not necessary to use a metal vapor-deposited thin film, and a paste-like or adhesive tape-like highly conductive material (for example, a paste such as graphite or gold, an adhesive conductive tape such as graphite or copper) may be applied to the edge portion of the substrate. A method of using a coating on the center may be used.

【0014】また、この電極薄膜(18)は基板の一部
に配置するだけである程度の効果を得ることができる。
これは、被加工物表面に導電物があることで、被加工物
表面に帯電する電荷をある程度逃がすことができるから
である。
Further, the electrode thin film (18) can obtain a certain effect only by disposing it on a part of the substrate.
This is because the electric charge on the surface of the workpiece can be released to some extent by the presence of the conductive material on the surface of the workpiece.

【0015】中心導体(11)は直接プラズマに曝され
るためタングステン、タンタル等スパッタに強い金属が
有効である。また、ヘリウムを主体とする気体に弗素、
塩素等エッチング作用の強いハロゲン元素を含むガスを
添加した場合は、前述の様に金、白金等はハロゲン系元
素にエッチングされにくい金属であるので、中心導体
(11)を金、白金等で構成するか、表面にコーティン
グするのがよい。中心導体(11)の外径と外側導体
(12)の内径は次式を満たしていることが望ましい。
Since the central conductor (11) is directly exposed to plasma, metals such as tungsten and tantalum which are strong against spatter are effective. In addition, helium-based gas is fluorine,
When a gas containing a halogen element having a strong etching action such as chlorine is added, since gold, platinum and the like are metals that are difficult to be etched by the halogen element as described above, the central conductor (11) is composed of gold, platinum and the like. Or coat the surface. It is desirable that the outer diameter of the central conductor (11) and the inner diameter of the outer conductor (12) satisfy the following equation.

【0016】[0016]

【数1】 [Equation 1]

【0017】これは中心導体(11)と外側導体(1
2)の間の電界が不平等となる条件(コロナ発生条件)
となっており、放電開始が容易となる条件である。前記
条件はあくまで望ましい条件であり、前式の比が3より
も小さく、1に近い値であったとしても(実際には中心
導体(11)と外側導体(12)との間に円筒状絶縁体
(13)が挿入されるため1にはならない)、放電はコ
ロナ放電を経由する事なくグロー放電を起こすことがで
きるので、特にこの条件によって本発明が限定されるも
のではない。
This consists of a central conductor (11) and an outer conductor (1
Conditions where the electric field between 2) becomes unequal (corona generation condition)
Is a condition that makes it easy to start discharge. The above conditions are only desirable conditions, and even if the ratio of the above equation is smaller than 3 and is close to 1, (actually, the cylindrical insulation is provided between the center conductor (11) and the outer conductor (12)). Since the body (13) is inserted, it does not become 1), but since the discharge can cause the glow discharge without passing through the corona discharge, the present invention is not particularly limited by this condition.

【0018】円筒状絶縁体(13)は前記電極間で放電
がアーク放電に移行しないように設けられるものであ
り、その材質として石英ガラス、アルミナ等の無機物、
テフロン、ポリイミド、ポリエチレン、ポリエチレンテ
レフタレート等の有機物を用いることができる。尚、放
電に曝され、多少温度が上昇する可能性が存在するた
め、耐熱性の高い石英ガラス、アルミナ等が有効であ
る。また、絶縁体の誘電率は大きいほど中心導体と絶縁
体間のギャップにかかる電圧は高くなるため、より放電
開始しやすくなる。よって、アルミナ、ソーダガラス等
が有効である。円筒状絶縁体の厚さは絶縁体の比誘電率
によって変わり、また、中心導体と絶縁体間ギャップは
あまり大きすぎると実用的な交流電源の出力電圧を越え
るため、以下の範囲にすることが適当である。即ち、絶
縁体と中心電極の隙間は50mm以下、好ましくは10
mm以下であることが望ましい。
The cylindrical insulator (13) is provided so that the discharge does not transfer to an arc discharge between the electrodes, and its material is an inorganic substance such as quartz glass or alumina.
Organic substances such as Teflon, polyimide, polyethylene, and polyethylene terephthalate can be used. Since there is a possibility that the temperature will rise to some extent when exposed to electric discharge, quartz glass, alumina, etc., which have high heat resistance, are effective. Further, the larger the dielectric constant of the insulator is, the higher the voltage applied to the gap between the central conductor and the insulator is, so that the discharge is more easily started. Therefore, alumina and soda glass are effective. The thickness of the cylindrical insulator depends on the relative permittivity of the insulator, and if the gap between the center conductor and the insulator is too large, it exceeds the practical output voltage of the AC power supply. Appropriate. That is, the gap between the insulator and the center electrode is 50 mm or less, preferably 10 mm.
It is desirable that it is less than or equal to mm.

【0019】交流電源の周波数の下限は放電経路に挿入
された絶縁体によって発生する容量性のサセプタンスで
決定される。即ち、単位長さ当りの容量Cは中心導体と
絶縁体間のギャップ容量Cgと絶縁体容量Ciとの直列
合成容量で表わされ、各々
The lower limit of the frequency of the AC power supply is determined by the capacitive susceptance generated by the insulator inserted in the discharge path. That is, the capacitance C per unit length is expressed by the series combined capacitance of the gap capacitance Cg between the center conductor and the insulator and the insulator capacitance Ci, and

【0020】[0020]

【数2】 [Equation 2]

【0021】となる。ただし、中心導体半径をa、絶縁
体内径をb、外側電極内径をc、絶縁体の誘電率をε、
真空の誘電率をεoとする。同心円筒電極間に印加され
る電界は上記CgとCiの比で分圧される。絶縁体によ
るサセプタンスの値ωCが10-6〔S〕以上あれば放電
は安定していることは実験により確かめられている。
[0021] However, the center conductor radius is a, the insulator inner diameter is b, the outer electrode inner diameter is c, and the dielectric constant of the insulator is ε,
Let εo be the dielectric constant of a vacuum. The electric field applied between the concentric cylindrical electrodes is divided by the ratio of Cg and Ci. It has been confirmed by experiments that the discharge is stable if the susceptance value ωC due to the insulator is 10 −6 [S] or more.

【0022】放電空間(15)に供給される希ガスを主
成分とするガスは希ガスが70%以上含まれていること
が必要である。希ガスとしてはNe、Ar、Kr、Xe
を用いることができる。エッチングを行うために必要な
ハロゲン化合物のガスとしては、CF4 、CCl4 、N
3 等を用いることができる。CF4 を添加ガスとした
場合はCF4 濃度を4%以上にすると放電しないという
実験事実がある。しかし、CF4 濃度が0.5 %以下であ
るとほとんどエッチングが行なうことができない。また
CH4 、C24 等の炭化水素系ガスを添加すると炭素
膜の成膜も可能である。さらにSiH4 等を用いれば珪
素膜の成膜も可能である。
It is necessary that the rare gas-containing gas supplied to the discharge space (15) contains 70% or more of the rare gas. Ne, Ar, Kr, Xe as rare gas
Can be used. Gases of halogen compounds necessary for etching include CF 4 , CCl 4 , and N.
F 3 or the like can be used. There is an experimental fact that when CF 4 is used as the additive gas, no discharge occurs when the CF 4 concentration is 4% or more. However, if the CF 4 concentration is 0.5% or less, almost no etching can be performed. A carbon film can be formed by adding a hydrocarbon gas such as CH 4 or C 2 H 4 . Furthermore, a silicon film can be formed by using SiH 4 or the like.

【0023】前述のように反応ガスを希ガスに混合して
放電空間に導入するほかに、希ガスの準安定励起原子の
寿命の長いことを利用して、ガス流により希ガスのラジ
カルを基板表面等反応させたい領域に輸送し、該領域に
エッチングガスとしてハロゲン系の反応ガスを別に外部
ノズル等で供給し、ハロゲン化合物のラジカルを発生さ
せる方法もある。この場合、反応させたい領域にはイオ
ンは到達せず、ラジカルのみ供給させ得るから、被反応
物に電流が流れることがない。よって、被反応物として
生体を選ぶこともできる。即ち、歯や爪を必要に応じて
供給されたエッチングガスのラジカルにより削ることも
可能である。
As described above, the reaction gas is mixed with the rare gas and introduced into the discharge space. In addition, the long life of the metastable excited atoms of the rare gas is utilized to cause radicals of the rare gas to flow into the substrate. There is also a method in which radicals of a halogen compound are generated by transporting to a region such as a surface where a reaction is desired, and supplying a halogen-based reaction gas as an etching gas to the region through an external nozzle or the like. In this case, ions do not reach the region to be reacted and only radicals can be supplied, so that no current flows in the reaction target. Therefore, a living body can be selected as the reaction target. That is, it is possible to scrape the teeth and nails by radicals of the etching gas supplied as needed.

【0024】なお、本発明のプラズマ発生装置は供給ガ
ス流量を制御することにより、ラジカルの到達距離を制
御することができる。供給ガス流量を増せばそれに比例
して流速は増し、ラジカルの到達距離も長くなる。
The plasma generator of the present invention can control the reaching distance of radicals by controlling the flow rate of the supply gas. If the flow rate of the supply gas is increased, the flow velocity is increased in proportion to the flow rate, and the reaching distance of the radicals is lengthened.

【0025】また、被エッチング物すなわち被加工物
は、放電領域外の基板ばかりでなく、放電空間内の電極
自体が被エッチング物になる場合もある。これを利用し
て非常に鋭い尖端を有した針状物を形成することもでき
る。
The object to be etched, that is, the object to be processed may be not only the substrate outside the discharge region but also the electrode itself in the discharge space. It can also be used to form needles with very sharp tips.

【0026】[0026]

【作用】反応圧力を5〜150Torrの中圧力とする
ことで、大気圧放電に比較して広い範囲にわたってプラ
ズマ処理を行なうことができ、さららに簡単な真空排気
装置で実用化を果たすことができる。また被加工物表面
に接地電極を設けることにより、被加工物表面の電荷を
逃がすことができ、被加工物が絶縁物である場合でも帯
電によるエッチング効率の低下を避けることができる。
By setting the reaction pressure to a medium pressure of 5 to 150 Torr, plasma treatment can be performed over a wider range compared to atmospheric pressure discharge, and practical application can be achieved with an even simpler vacuum exhaust device. . Further, by providing the ground electrode on the surface of the workpiece, the charge on the surface of the workpiece can be released, and even if the workpiece is an insulator, it is possible to avoid a decrease in etching efficiency due to charging.

【0027】[0027]

【実施例】【Example】

「実施例1」図2に本発明のプラズマ発生装置の断面図
を示す。同軸円筒電極は中心導体(11)、円筒状絶縁
体(13)、外側導体(29)より構成される。図では
明確でないが、円筒状絶縁体(13)は外側導体(2
9)に密接して設けられている。本実施例では中心導体
(11)はステンレス、円筒状絶縁体(13)は石英ガ
ラス、外側導体(29)はステンレスを用いた。中心導
体(11)はMHV同軸接栓(21)に接続され、MH
V同軸接栓(21)につながれた同軸ケーブル(図示せ
ず)を介して交流電源より交流電界が印加され、中心導
体(11)と外部導体(29)との間で電磁エネルギー
が供給される。中心導体(11)と円筒状絶縁体(1
3)の間に供給されるヘリウム(本実施例では希ガスと
してヘリウムを用いる)を主成分とする気体は、ガス導
入口(20)より供給され、テフロン製絶縁体(22)
(27)の間を通って流れ込む。テフロン製絶縁体(2
2)(27)は不要な場所での放電を防止する役割もあ
る。匡体(23)(28)は締めつけ治具(25)(2
6)により固定される。匡体(23)(28)と締めつ
け治具(25)(26)はステンレスで作製され、外側
導体(29)と共に接地電位に保たれる。
Example 1 FIG. 2 shows a sectional view of the plasma generator of the present invention. The coaxial cylindrical electrode is composed of a central conductor (11), a cylindrical insulator (13), and an outer conductor (29). Although not clear in the figure, the cylindrical insulator (13) is
It is installed close to 9). In this example, the central conductor (11) was made of stainless steel, the cylindrical insulator (13) was made of quartz glass, and the outer conductor (29) was made of stainless steel. The center conductor (11) is connected to the MHV coaxial connector (21),
An AC electric field is applied from an AC power source via a coaxial cable (not shown) connected to the V coaxial plug (21), and electromagnetic energy is supplied between the center conductor (11) and the outer conductor (29). . The central conductor (11) and the cylindrical insulator (1
The gas containing helium (helium is used as a rare gas in this embodiment) as a main component supplied during 3) is supplied from the gas inlet port (20) and is made of a Teflon insulator (22).
It flows through between (27). Teflon insulator (2
2) (27) also has a role of preventing discharge in unnecessary places. The cases (23) (28) are tightening jigs (25) (2
It is fixed by 6). The housings (23) and (28) and the fastening jigs (25) and (26) are made of stainless steel and are kept at the ground potential together with the outer conductor (29).

【0028】導入されたヘリウムを主成分とする気体は
各部品の隙間より漏れないようにOリング(24)でシ
ールされている。また、円筒状絶縁体(13)と外側導
体(29)のと隙間には導電性の金属フォイルが充填さ
れている(図示せず)。
The introduced gas containing helium as a main component is sealed by an O-ring (24) so as not to leak from the gaps between the components. In addition, a gap between the cylindrical insulator (13) and the outer conductor (29) is filled with a conductive metal foil (not shown).

【0029】被加工物(1)としては、P型のSi基板
の(100)面を用いた。この基板(1)としては、抵
抗値が0.01Ωcm、0.4 Ωcm、10Ωcm、50Ωcm、100 Ωcm
のものをそれぞれ用意し、被加工物の電気抵抗の違いに
よるエッチング効率の違いを調べた。なお、基板ホルダ
ー(2)はパイレックスガラス(厚さ1.1mm)とし
た。
As the work piece (1), the (100) plane of a P type Si substrate was used. This board (1) has a resistance of 0.01 Ωcm, 0.4 Ωcm, 10 Ωcm, 50 Ωcm, 100 Ωcm
Each of these was prepared, and the difference in etching efficiency due to the difference in electrical resistance of the workpiece was investigated. The substrate holder (2) was made of Pyrex glass (thickness 1.1 mm).

【0030】基板(1)のエッチング面側の端部には約
2mm幅で金薄膜を蒸着し、接地電極となる電極薄膜(1
8)とした。電極薄膜周辺の模式図を、図3に示す。図
3において、エッチングされる基板(1)の周辺部に接
地された電極薄膜(18)が形成され、被エッチング面
にプラズマビームが照射される様子が示されている。こ
の設置された電極薄膜(18)があるので、プラズマビ
ームに従って基板(1)に到達する電子によって、被加
工物である基板(1)が帯電することを防ぐことができ
る。
A gold thin film having a width of about 2 mm was vapor-deposited on the end of the substrate (1) on the side of the etching surface to form an electrode thin film (1
8). A schematic diagram around the electrode thin film is shown in FIG. FIG. 3 shows a state in which a grounded electrode thin film (18) is formed on the periphery of the substrate (1) to be etched and the surface to be etched is irradiated with a plasma beam. Since the electrode thin film (18) is provided, it is possible to prevent the substrate (1), which is the workpiece, from being charged by the electrons that reach the substrate (1) according to the plasma beam.

【0031】電極薄膜(18)は、匡体(23)(2
8)と締めつけ治具(25)(26)、外側導体(2
9)と共に接地電位に保たれる。本実施例においては、
電極薄膜(18)に接する接触端子を介して外部導体
(29)と電気的に接続させ、電極薄膜(18)を設置
電位に保った。また、電極薄膜(18)を接地電極とせ
ず、電気的に何処にも接続せずに設ける構成も可能であ
るが、接地した時程の効果は得られない。
The electrode thin film (18) is made up of casings (23) (2
8) and tightening jigs (25) (26), outer conductor (2)
With 9) it is kept at ground potential. In this embodiment,
The electrode thin film (18) was maintained at the installation potential by electrically connecting it to the outer conductor (29) through the contact terminal in contact with the electrode thin film (18). Further, it is possible to provide the electrode thin film (18) without being used as a ground electrode and electrically connected to any place, but the same effect as when it is grounded cannot be obtained.

【0032】基板(1)と中心導体(11)の距離は2
mmである。なお、中心導体の直径は5mm、絶縁体外
径は12mm、絶縁体の厚さは1mmである
The distance between the substrate (1) and the central conductor (11) is 2
mm. The diameter of the central conductor is 5 mm, the outer diameter of the insulator is 12 mm, and the thickness of the insulator is 1 mm.

【0033】上記の装置にヘリウムを99.5sccm
とCF4 を0.5sccm供給し、プラズマが生じる領
域での圧力が100Torrとなるようにした状態にお
いて、周波数13.56MHzの高周波電力を500W加えたと
ころ安定な放電が得られ、この放電を10分間保持した。
この状態で、前述の各種抵抗を有するSi基板に対して
10分間のエッチングを行った。この結果、基板の抵抗
によらず一定のエッチングが得られていることが確認さ
れた。なお、プラズマの温度を熱電対で測定したとこ
ろ、約100度であった。このことから、被加工物表面
の温度も100度以下と推定される。
Helium was added to the above apparatus at 99.5 sccm.
And CF 4 are supplied at 0.5 sccm and the pressure in the plasma generation region is 100 Torr, a stable discharge is obtained when 500 W of high frequency power of 13.56 MHz is applied and this discharge is performed for 10 minutes. Held
In this state, the Si substrate having various resistances described above was etched for 10 minutes. As a result, it was confirmed that constant etching was obtained regardless of the resistance of the substrate. When the temperature of the plasma was measured with a thermocouple, it was about 100 degrees. From this, the temperature of the surface of the workpiece is estimated to be 100 degrees or less.

【0034】「比較例」本比較例では、被加工物の表面
の一部に接地電極を設置することの効果を確かめるため
に、実施例1において電極薄膜(18)を設けないで、
実施例1と同様なエッチングを行った場合の実験結果に
ついて記載する。
Comparative Example In this comparative example, in order to confirm the effect of installing the ground electrode on a part of the surface of the workpiece, the electrode thin film (18) in Example 1 was not provided,
The experimental results when the same etching as in Example 1 is performed will be described.

【0035】本比較例においては、プラズマ発生装置、
エッチング条件は電極薄膜(18)が存在しないことを
除いては実施例1と同じである。本比較例における基板
の被抵抗値に対するエッチング深さは、基板の抵抗値の
増大に伴ってエッチング速度が急速に減少する傾向が見
られた。即ち、基板の抵抗値にそのエッチング能力が大
きく影響を受けていることが確認された。
In this comparative example, a plasma generator,
The etching conditions are the same as in Example 1 except that the electrode thin film (18) is not present. Regarding the etching depth with respect to the resistance value of the substrate in this comparative example, the etching rate tended to decrease rapidly as the resistance value of the substrate increased. That is, it was confirmed that the etching ability of the substrate was greatly influenced by the resistance value of the substrate.

【0036】この比較例の結果より、電極薄膜(18)
を設けない場合には電気抵抗が大きい被加工物に対する
エッチング効率が極端に低下してしまうことが結論され
る。同時に実施例1の結果より、電極薄膜(18)を設
けて被加工物(この場合はSi基板(1))表面を接地
電位とした場合には、被加工物の電気抵抗に関係なく、
エッチングができることが明らかになった。そしてこの
ことから、絶縁物に対しても効率良くエッチングが行え
ることが明らかになった。
From the results of this comparative example, the electrode thin film (18)
It is concluded that the etching efficiency with respect to the work piece having a large electric resistance is extremely reduced if the step is not provided. At the same time, from the results of Example 1, when the electrode thin film (18) is provided and the surface of the workpiece (Si substrate (1) in this case) is at ground potential, regardless of the electrical resistance of the workpiece,
It became clear that etching was possible. From this, it has been clarified that the insulating material can be efficiently etched.

【0037】「実施例2」本実施例では、セラミックス
基板表面に電極薄膜を設けた場合のエッチングを試みた
例を示す。本実施例においては、被加工物となる基板材
料としては純度99.5%のアルミナ基板を用いた。電極薄
膜の設置方法は実施例1と同様である。上記アルミナ基
板に対し、実施例1と同様の実験条件にて該アルミナ基
板のエッチングを行った。その結果、電極薄膜の設置に
よる帯電現象の除去によって、エッチングが可能である
ことが確認された。本実施例の結果、実施例1で用いた
図2に示すプラズマ発生装置による各種絶縁物へのエッ
チング処理が可能である事が明らかになった。
[Embodiment 2] This embodiment shows an example in which etching is attempted when an electrode thin film is provided on the surface of a ceramic substrate. In this example, an alumina substrate having a purity of 99.5% was used as the substrate material to be processed. The method for installing the electrode thin film is the same as that in the first embodiment. The alumina substrate was etched under the same experimental conditions as in Example 1. As a result, it was confirmed that etching is possible by removing the charging phenomenon by installing the electrode thin film. As a result of this example, it was clarified that various plasma insulators shown in FIG. 2 used in Example 1 can be used for etching various insulators.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上述べたように、接地された電極を被
加工物の表面に設けると、対象材料の電気抵抗値に関わ
らず、5〜150Torrの圧力におけるプラズマ発生
装置を用いて、安定したエッチング作用を得ることがで
きる。そして大掛かりな真空排気装置を必要としない装
置で効率良くエッチングを行うことができる。
As described above, when the grounded electrode is provided on the surface of the work piece, it is stabilized by using the plasma generator at the pressure of 5 to 150 Torr regardless of the electric resistance value of the target material. An etching effect can be obtained. Then, etching can be efficiently performed by an apparatus that does not require a large-scale vacuum exhaust apparatus.

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

【図1】本発明のプラズマ発生装置の概略図を示す。FIG. 1 shows a schematic view of a plasma generator of the present invention.

【図2】本発明のプラズマ発生装置の実施例を示す。FIG. 2 shows an embodiment of the plasma generator of the present invention.

【図3】実施例の装置における電極薄膜周辺の模式図を
示す。
FIG. 3 is a schematic view of the vicinity of an electrode thin film in the device of the example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 基板ホルダー 11 中心導体 12 外部導体 13 円筒状絶縁体 14 高周波電源 15 放電空間 16 流量制御器 17 ボンベ 18 電極薄膜 20 ガス導入口 21 MHV同軸接栓 22 テフロン性絶縁体 23 匡体 24 Oリング 25 締めつけ治具 26 締めつけ治具 27 テフロン性絶縁体 28 匡体 29 外側導体 1 Substrate 2 Substrate Holder 11 Center Conductor 12 Outer Conductor 13 Cylindrical Insulator 14 High Frequency Power Supply 15 Discharge Space 16 Flow Controller 17 Cylinder 18 Electrode Thin Film 20 Gas Inlet 21 MHV Coaxial Plug 22 Teflon Insulator 23 Insulator 24 O Ring 25 Tightening jig 26 Tightening jig 27 Teflon insulator 28 Case 29 Outer conductor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 健二 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kenji Ito 398 Hase, Atsugi, Kanagawa Prefecture Semiconductor Conductor Energy Laboratory Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】同心円筒状に構成された外側電極並びに内
側電極と、前記外側電極と内側電極の隙間に挿入された
円筒状絶縁体とを有し、5〜150Torrの圧力でプ
ラズマを生じせしめてプラズマエッチングを行なうエッ
チング装置であって、 エッチングさせる被加工物表面の電位を接地電位とする
ために前記被加工物表面を接地させる構成を有すること
を特徴とするエッチング装置。
1. An outer electrode and an inner electrode each having a concentric cylindrical shape, and a cylindrical insulator inserted in a gap between the outer electrode and the inner electrode to generate plasma at a pressure of 5 to 150 Torr. 1. An etching apparatus for performing plasma etching according to claim 1, wherein the surface of the workpiece is grounded so that the surface of the workpiece to be etched has a ground potential.
【請求項2】5〜150Torrno圧力に保持された
ハロゲン元素が添加された希ガスを主成分とする気体に
電磁エネルギーを加えプラズマを形成し、該プラズマを
用いることにより、被加工物表面をエッチングするエッ
チング方法であって、 前記被加工物表面を接地電位に保持するために前記被加
工物表面には接地電極が設けられていることを特徴とす
るエッチング方法
2. A surface of an object to be processed is etched by applying electromagnetic energy to a gas containing a rare gas to which a halogen element is added, which is held at a pressure of 5 to 150 Torrno, as a main component to form plasma, and using the plasma. An etching method, characterized in that a ground electrode is provided on the surface of the workpiece in order to maintain the surface of the workpiece at a ground potential.
【請求項3】請求項2において、接地電極は、被加工物
表面の一部に導電性薄膜を堆積することによって形成さ
れることを特徴とするエッチング方法。
3. The etching method according to claim 2, wherein the ground electrode is formed by depositing a conductive thin film on a part of the surface of the workpiece.
【請求項4】5〜150Torrの圧力に保持されたハ
ロゲン元素が添加された希ガスを主成分とする気体に電
磁エネルギーを加えプラズマを形成し、該プラズマを用
いることにより、被加工物表面をエッチングするエッチ
ング方法であって、 前記被加工物表面に帯電する電荷を逃がすために、前記
被加工物表面の一部に導電膜を形成しエッチングを行う
ことを特徴とするエッチング方法
4. A plasma is formed by applying electromagnetic energy to a gas containing a noble gas to which a halogen element is added, which is held at a pressure of 5 to 150 Torr, as a main component, and the plasma is used. An etching method for etching, characterized in that a conductive film is formed on a part of the surface of the object to be etched in order to release electric charges charged on the surface of the object to be processed.
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