JPH05299378A - Plasma processing device - Google Patents
Plasma processing deviceInfo
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- JPH05299378A JPH05299378A JP10079792A JP10079792A JPH05299378A JP H05299378 A JPH05299378 A JP H05299378A JP 10079792 A JP10079792 A JP 10079792A JP 10079792 A JP10079792 A JP 10079792A JP H05299378 A JPH05299378 A JP H05299378A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ加工装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】プラズマを利用して反応性イオンエッチ
ングとかプラズマＣＶＤ、ＰＶＤ等の加工を行なうプラ
ズマ加工は、高活性的状態を容易に得ることができるの
で、この特徴をエッチングや膜形成に利用することによ
り、通常の化学反応などでは困難な加工も低温下で容易
に実現することができる。2. Description of the Related Art Since plasma processing using plasma such as reactive ion etching or processing such as plasma CVD or PVD can easily obtain a highly active state, this characteristic is utilized for etching or film formation. By doing so, it is possible to easily realize processing, which is difficult by a normal chemical reaction, at a low temperature.
【０００３】ところで、プラズマ加工におけるプラズマ
の発生には気中放電が用いられる。放電により生成され
たプラズマはイオン、電子、ラジカルが存在し、ランダ
ム運動をしており、熱運動している粒子はマクスウェル
の速度分布に従っている。その電子の温度をＴｅ、イオ
ンの温度をＴｉ、ガス粒子の温度をＴｇとすると、ガス
圧の低いところで、 Ｔｅ ＞＞ Ｔｉ ≒ Ｔｇ となり、非平衡状態となる。この非平衡のプラズマ状態
では系全体の温度は低いが熱的に非平衡で電子、イオ
ン、ラジカルなどの様々な内部エネルギーをもった粒子
が存在し、化学的に活性で、低温で化学反応を起こす。By the way, air discharge is used to generate plasma in plasma processing. Ions, electrons, and radicals are present in the plasma generated by the discharge, and the particles are in random motion, and the particles in thermal motion follow Maxwell's velocity distribution. Let Te be the temperature of the electrons, Ti be the temperature of the ions, and Tg be the temperature of the gas particles, then Te >> Ti ≈ Tg at a low gas pressure, resulting in a non-equilibrium state. In this non-equilibrium plasma state, the temperature of the entire system is low, but there are particles that are thermally non-equilibrium and have various internal energies such as electrons, ions, radicals, etc. Wake up.
【０００４】そこでこの非平衡状態でプラズマ全体の温
度は低くて化学反応が実現できるところから、イオンエ
ッチングによる精密加工とか、イオンプレーティングの
薄膜加工等の加工が電子材料、記憶材料、光材料、機械
材料の分野で利用されている。Therefore, in this non-equilibrium state, since the temperature of the whole plasma is low and a chemical reaction can be realized, precision processing by ion etching or processing such as thin film processing of ion plating is performed for electronic materials, memory materials, optical materials, It is used in the field of mechanical materials.
【０００５】従来このような非平衡プラズマの発生、制
御には周波数が影響を及ぼすことが知られており、その
ため、反応の選択性の改善に周波数制御を行なって反応
を高めるよう制御しているが、この周波数制御だけでは
イオン化率、活性度を充分に高めることができず、この
ため加工速度を充分向上させることができなかった。It has been conventionally known that the frequency influences the generation and control of such non-equilibrium plasma. Therefore, the frequency control is performed to improve the selectivity of the reaction and control is performed to enhance the reaction. However, the ionization rate and activity cannot be sufficiently increased only by this frequency control, and therefore the processing speed cannot be sufficiently improved.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の欠点
に鑑み、非平衡プラズマを効果的に発生させ、常にイオ
ン化率及び活性化度を高く維持し、プラズマ処理すべき
基板との相互作用により望ましい反応を生じさせて加工
を行い、加工特性を向上させ得るプラズマ加工装置を提
供することを目的とする。In view of the above-mentioned drawbacks, the present invention effectively generates a non-equilibrium plasma, constantly maintains a high ionization rate and a high degree of activation, and interacts with a substrate to be plasma-treated. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of improving processing characteristics by causing a more desirable reaction to perform processing.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、プラズマを利用して加工を行なう装置に
於いて、反応ガス媒体の圧力を周期的若しくは振動的に
増減、変動させる手段を設け、非平衡プラズマを発生さ
せるよう構成したことを特徴とする。プラズマ発生用電
源としてパルス電源を用い、該パルス電源と上記反応ガ
ス媒体の圧力変動手段とを同期制御するよう構成するこ
とが推奨される。In order to achieve the above object, the present invention is an apparatus for processing using plasma, in which the pressure of a reaction gas medium is increased or decreased periodically or oscillatingly. It is characterized in that a means is provided and a non-equilibrium plasma is generated. It is recommended to use a pulse power source as a plasma generating power source and to synchronously control the pulse power source and the pressure varying means of the reaction gas medium.
【０００８】[0008]
【作用】本発明は上記のように、反応ガス媒体の圧力を
周期的若しくは振動的に増減、変動させるようにしたか
ら、極めて多くのエネルギーステートを持つ多重エネル
ギーのプラズマが高密度に生成し、活性度が高く、これ
によるプラズマ反応が多重のエネルギーレベルで多重反
応し、加工速度を高め、エッチングや膜形成加工を効果
的に行なうことができるものである。As described above, according to the present invention, since the pressure of the reaction gas medium is increased or decreased cyclically or oscillatingly, multi-energy plasma having extremely many energy states is generated at high density, The activity is high, and the plasma reaction due to the multiple reactions occurs at multiple energy levels, the processing speed is increased, and etching and film forming processing can be effectively performed.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、図面を参照しつゝ本発明を具体的に説
明する。図１は本発明に係るプラズマ加工装置をエッチ
ング加工に適用した一実施例を示すもので、１が真空処
理室で、排気口11より真空ポンプによって真空排気さ
れ、プラズマ発生に必要な反応ガス媒体が供給口12より
供給される。２はテープ状の被加工物で、リール5aから
5bへ順次移動しながら加工される。３はプラズマ発生用
電極、４はパターン形成用のマスク、６は被加工物２と
電極３間にパルス電圧を印加してプラズマを発生させる
パルス電源である。７は真空処理室１の容器壁に設けた
振動ダイヤフラムで、駆動電源８によって振動する。９
はＮＣ制御装置で、リール5a及び5bの巻き取り駆動とパ
ルス電源６及び振動ダイヤフラム７の駆動電源８の同期
制御を行なう。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment in which a plasma processing apparatus according to the present invention is applied to etching processing. Reference numeral 1 denotes a vacuum processing chamber, which is evacuated by a vacuum pump from an exhaust port 11 and is a reaction gas medium required for plasma generation. Is supplied from the supply port 12. 2 is a tape-shaped work piece from the reel 5a
It is processed while sequentially moving to 5b. Reference numeral 3 is a plasma generating electrode, 4 is a mask for pattern formation, and 6 is a pulse power source for applying a pulse voltage between the workpiece 2 and the electrode 3 to generate plasma. A vibrating diaphragm 7 is provided on the container wall of the vacuum processing chamber 1, and is vibrated by a driving power source 8. 9
Is an NC control device which controls the winding of reels 5a and 5b and the synchronous control of the pulse power source 6 and the drive power source 8 of the vibration diaphragm 7.
【００１０】供給口12から供給する反応ガス媒体として
はＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ3 Ｆ4 、ＣＣｌ4 などのハロゲ
ン化炭素が用いられるが、エッチング速度の増大、選択
性の向上、レジスト劣化防止などのためＯ2 、Ｎ2 、Ｈ
2 、Ｈｅ、Ａｒなどを混合する。エッチング加工は供給
された反応ガス媒体にパルス電源６より高周波パルスを
加え、放電によって発生するラジカル又はイオンがシリ
コンと反応して揮発性物質を作りエッチングが進行す
る。反応ガス媒体は排気口11の排気によって気流を形成
しながら反応し、反応に伴って発生する蒸気を排気、除
去し、このプラズマ反応を行なわせながら被加工物テー
プ２を移動して連続的にエッチング処理する。Although a halogenated carbon such as CF 4 , CHF 3 , C 3 F 4 and CCl 4 is used as the reaction gas medium supplied from the supply port 12, the etching rate is increased, the selectivity is improved, and resist deterioration is prevented. O 2 , N 2 , H for
2 , He, Ar, etc. are mixed. In the etching process, a high frequency pulse is applied from the pulse power source 6 to the supplied reaction gas medium, radicals or ions generated by the discharge react with silicon to form a volatile substance, and etching proceeds. The reaction gas medium reacts while forming a gas flow by the exhaust of the exhaust port 11, exhausts and removes vapor generated by the reaction, and moves the workpiece tape 2 continuously while performing the plasma reaction. Etching is performed.
【００１１】振動ダイヤフラム７は、加工中、駆動電源
８によって容器壁で振動を繰り返し、この振動によって
真空処理室１内の反応ガス媒体は圧力が振動的に強弱変
化し、このため発生プラズマは反応ガス媒体圧力が変動
することによって非平衡となり、極めて多くのエネルギ
ーステートを持つ多重エネルギーのプラズマが発生す
る。The vibration diaphragm 7 repeatedly vibrates on the container wall by the driving power source 8 during processing, and the vibration causes the pressure of the reaction gas medium in the vacuum processing chamber 1 to vibrate violently, which causes the generated plasma to react. The change in gas medium pressure causes non-equilibrium and multi-energy plasma with extremely many energy states is generated.
【００１２】即ち、気体の法則によれば、ｐｖ＝ＲＴ
〔Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度〕においてＴを一定にす
るとき、圧力ｐを増大すれば体積ｖが減少し、反対にｐ
を減少すればｖが増大する。一方、平均自由行程は、λ
≒（α・ｎ／ｖ）-1〔ｎ：分子数、α：気体分子の有効
断面積〕であるから、前記のように体積ｖに変化がある
と平均自由行程が変化し、体積ｖに比例してλが大小に
変化する。この平均自由行程は気体分子や原子などが他
の分子や原子などと衝突しながら進むとき、あいつぐ衝
突の間に進む道の平均長さであり、これが変化すること
はプラズマ中のイオン、電子、ラジカル等がランダム運
動するとき、その運動エネルギーが多くのエネルギース
テートをもち、イオン再結合速度、拡散係数、イオンエ
ネルギー、モビリティ、イオン衝突頻度数等が全て変化
することになり、極めて多電のエネルギーをもったプラ
ズマが形成されることを示す。従ってこの活性度の高い
プラズマによるプラズマ反応は多重となり、エッチング
加工の加工速度が増大し、高速の安定した加工が進めら
れる。又反応が多重となるので蒸気、切削粉等が加工部
分に付着することが少なくなり、極めて効率の高い加工
が進められる。That is, according to the law of gas, pv = RT
When T is constant at [R: gas constant, T: absolute temperature], increasing the pressure p decreases the volume v, and conversely p
If v is decreased, v increases. On the other hand, the mean free path is λ
≈ (α · n / v) −1 [n: number of molecules, α: effective cross-sectional area of gas molecule], so if the volume v changes as described above, the mean free path changes and the volume v becomes Λ changes proportionally. This mean free path is the average length of the path that a gas molecule or atom travels while colliding with other molecules or atoms. When radicals move in random motion, their kinetic energy has many energy states, and the ion recombination rate, diffusion coefficient, ion energy, mobility, frequency of ion collisions, etc. all change. It is shown that a plasma with a pulse is formed. Therefore, the plasma reaction due to this highly active plasma becomes multiple, the processing speed of etching processing increases, and high-speed and stable processing is promoted. Further, since the reactions are multiple, the vapor, cutting powder, etc. are less likely to adhere to the processed portion, and the processing with extremely high efficiency can be promoted.
【００１３】又、ＮＣ制御装置９によって、パルス電源
６と振動駆動電源８を同期制御し、例えば、振動ダイヤ
フラム７の振動制御によって反応ガス媒体圧力を高めた
ときパルス電源６から電極３にパルス電圧を印加して放
電を発生させるとか、それと逆に反応ガス媒体圧力が低
下したときパルス放電を行なうといったように同期制御
することによって更に高密度の活性度の高いプラズマを
発生させることができ、これにより加工速度を一層増大
させることができる。Further, the NC power supply 6 and the vibration drive power supply 8 are synchronously controlled by the NC control device 9, and, for example, when the reaction gas medium pressure is increased by the vibration control of the vibration diaphragm 7, the pulse voltage is applied from the pulse power supply 6 to the electrode 3. It is possible to generate a plasma with a higher density and higher activity by synchronously controlling by applying a pulse to generate a discharge or, on the contrary, performing a pulse discharge when the pressure of the reaction gas medium decreases. By this, the processing speed can be further increased.
【００１４】又、プラズマ利用の加工は薄膜形成に用い
ることができる。図示しないが、真空蒸着にプラズマを
付加してイオンプレーティング加工することができ、基
板への密着性の向上、機能性薄膜の形成などが可能とな
る。又、プラズマＣＶＤによる表面改質にも利用するこ
とができる。Processing using plasma can be used for forming a thin film. Although not shown, plasma can be added to the vacuum vapor deposition to perform the ion plating process, and the adhesion to the substrate can be improved and the functional thin film can be formed. It can also be used for surface modification by plasma CVD.
【００１５】[0015]
【発明の効果】以上のように、本発明は、プラズマを利
用して加工を行なう装置において、反応ガス媒体圧力を
振動的に変化させ、非平衡プラズマを発生させるように
したものであるから、極めて、多くのエネルギーステー
トを持つ多重エネルギーのプラズマを高密度に形成で
き、活性度が高く、これによるプラズマ反応が多重のエ
ネルギーレベルで多重反応をし、加工速度を高め、エッ
チングや膜形成加工を高効率で行なうことができる。As described above, according to the present invention, in the apparatus for processing using plasma, the pressure of the reaction gas medium is changed oscillatingly to generate non-equilibrium plasma. It is possible to form a multi-energy plasma with extremely many energy states at a high density, the activity is high, and the plasma reaction due to this causes multiple reactions at multiple energy levels, increasing the processing speed, etching and film formation processing. It can be performed with high efficiency.
【図１】本発明に係るプラズマ加工装置の一実施例構成
図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention.
1 真空処理室 2 被加工物テープ 3 プラズマ発生用電極 4 マスク 5a,5b リール 6 パルス電源 7 振動ダイヤフラム 8 駆動電源 9 ＮＣ制御装置 1 Vacuum processing chamber 2 Workpiece tape 3 Plasma generation electrode 4 Mask 5a, 5b reel 6 Pulse power supply 7 Vibration diaphragm 8 Drive power supply 9 NC controller
Claims (2)
いて、反応ガス媒体の圧力を周期的若しくは振動的に増
減、変動させる手段を用い、非平衡プラズマを発生させ
るよう構成したことを特徴とするプラズマ加工装置。1. An apparatus for processing using plasma, characterized in that a non-equilibrium plasma is generated by using means for increasing or decreasing the pressure of a reaction gas medium periodically or oscillatingly. And plasma processing equipment.
け、該パルス電源と上記反応ガス媒体の圧力変動手段と
を同期制御するよう構成したことを特徴とする請求項１
に記載のプラズマ加工装置。2. A pulse power source is provided as a power source for plasma generation, and the pulse power source and the pressure varying means of the reaction gas medium are synchronously controlled.
The plasma processing apparatus described in 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10079792A JPH05299378A (en) | 1992-04-21 | 1992-04-21 | Plasma processing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10079792A JPH05299378A (en) | 1992-04-21 | 1992-04-21 | Plasma processing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05299378A true JPH05299378A (en) | 1993-11-12 |
Family
ID=14283407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10079792A Pending JPH05299378A (en) | 1992-04-21 | 1992-04-21 | Plasma processing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05299378A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6566272B2 (en) | 1999-07-23 | 2003-05-20 | Applied Materials Inc. | Method for providing pulsed plasma during a portion of a semiconductor wafer process |
-
1992
- 1992-04-21 JP JP10079792A patent/JPH05299378A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6566272B2 (en) | 1999-07-23 | 2003-05-20 | Applied Materials Inc. | Method for providing pulsed plasma during a portion of a semiconductor wafer process |
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