JP3445657B2 - ECR plasma etching method for diamond thin film - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、例えば、ダイヤモン
ド薄膜を用いた電界効果トランジスタ等の半導体ダイヤ
モンド電子デバイスの作製工程においてダイヤモンド薄
膜をエッチングするのに適用されるエッチング方法に関
するものであり、磁場とマイクロ波により発生する電場
とによって起こる電子サイクロトロン共鳴(ECR:El
ectronCyclotron Resonance)現象を利用して反応ガス
をプラズマ化し、生成されたプラズマ中のイオンを真空
容器内に配置された試料基板に照射してその試料基板上
のダイヤモンド薄膜をエッチング処理するダイヤモンド
薄膜のECRプラズマエッチング方法に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an etching method applied for etching a diamond thin film in the process of manufacturing a semiconductor diamond electronic device such as a field effect transistor using the diamond thin film, Electron cyclotron resonance (ECR: El caused by an electric field generated by microwaves)
ECR of a diamond thin film in which the reaction gas is turned into plasma using the ectron cyclotron resonance phenomenon, and the ions in the generated plasma are irradiated to the sample substrate placed in the vacuum container to etch the diamond thin film on the sample substrate. The present invention relates to a plasma etching method.
【0002】[0002]
【従来の技術】ダイヤモンドは、その硬度が高く、耐熱
性、耐薬品性、耐放射線性等に優れており、電気的には
優れた絶縁体でありながら、半導体化することが可能で
あり、そのバンドギャップが約5.4eVと大きいこと
から高温半導体としての応用が期待されている。また、
紫外から可視、赤外線の広い領域にわたって光学的に透
明であり、光学窓等への応用が検討されている。2. Description of the Related Art Diamond has a high hardness and is excellent in heat resistance, chemical resistance, radiation resistance and the like, and although it is an electrically excellent insulator, it can be made into a semiconductor. Since its band gap is as large as about 5.4 eV, its application as a high temperature semiconductor is expected. Also,
It is optically transparent over a wide range from ultraviolet to visible and infrared, and its application to optical windows is being studied.
【0003】このような優れた特性を持つダイヤモンド
の薄膜をプラズマ反応を利用して比較的容易に気相合成
できる方法が、1980年代前半に確立された。また、
バルクダイヤモンドと同様に、ホウ素(B)などの不純
物のドーピングにより、ダイヤモンド薄膜を半導体化で
きることが報告されている。そして、前述したような高
い機能性材料としてのダイヤモンド薄膜が持つポテンシ
ャルに鑑みて、ダイヤモンド薄膜をコーティングした超
硬工具、スピーカ振動板へのコーティング、半導体デバ
イス用のヒートシンク、ダイオードやトランジスタ等の
電子デバイスの開発が進められている。特に電子材料分
野において、半導体ダイヤモンド電子デバイスを作製す
るための微細加工要素技術の一つとして、ダイヤモンド
薄膜のエッチング技術が重要になってきている。In the first half of the 1980s, a method for relatively easily performing vapor phase synthesis of a diamond thin film having such excellent characteristics by utilizing a plasma reaction was established. Also,
Similar to bulk diamond, it has been reported that a diamond thin film can be made into a semiconductor by doping with an impurity such as boron (B). In consideration of the potential of the diamond thin film as a highly functional material as described above, a carbide tool coated with a diamond thin film, a speaker diaphragm coating, a heat sink for semiconductor devices, electronic devices such as diodes and transistors, etc. Is being developed. Particularly in the field of electronic materials, the diamond thin film etching technique is becoming important as one of the microfabrication element techniques for producing semiconductor diamond electronic devices.
【0004】前記したようにECRプラズマエッチング
方法は、磁場とマイクロ波により発生する電場とによっ
て起こる電子サイクロトロン共鳴現象を利用して反応ガ
スをプラズマ化し、生成されたプラズマ中のイオンを真
空容器内に配置された試料基板に照射してその試料基板
をエッチング処理するようにしたものである。周知のよ
うに、低ガス圧状態でガスを導入し、磁場を印加しマイ
クロ波パワーを供給してプラズマを生成すると、プラズ
マ中の電子は、磁場によるローレンツ力によって磁力線
に沿ってその磁力線に巻きつくように円運動する。その
円運動の周波数とマイクロ波の周波数とを一致させるよ
うに磁場強さを調整すると、共鳴吸収により、マイクロ
波のエネルギーが電子の運動エネルギーに効率よく変換
される。これが電子サイクロトロン共鳴であり、電子は
ガス分子に衝突して電離させ、次々とイオンと電子を発
生させ、プラズマ密度を増加させる。このような共鳴状
態にプラズマを保つと、電子衝突の促進により、10-4
Torr(1Torr=約133Pa)の低圧でも放電
が可能になる。このような低圧プラズマを用いると、イ
オンの平均自由行程が長くなるため、異方性の強いエッ
チングが可能となり、1μm以下の微細なパターンもエ
ッチングすることが可能となっている。マイクロ波とし
ては、通常、工業周波数である2.45GHzのものが
よく使用されるので、真空容器内の適当な領域でECR
条件を満たす磁場875Gsが発生するように磁場が印
加されるようになっている。As described above, the ECR plasma etching method uses the electron cyclotron resonance phenomenon caused by the magnetic field and the electric field generated by the microwave to convert the reaction gas into plasma, and the ions in the generated plasma are stored in a vacuum container. The sample substrate thus arranged is irradiated and the sample substrate is etched. As is well known, when gas is introduced in a low gas pressure state, a magnetic field is applied and microwave power is supplied to generate plasma, the electrons in the plasma are wound around the magnetic field lines along the magnetic field lines by the Lorentz force due to the magnetic field. Move circularly to get on. When the magnetic field strength is adjusted so that the frequency of the circular motion and the frequency of the microwave match, the microwave energy is efficiently converted into the electron kinetic energy by resonance absorption. This is electron cyclotron resonance, in which electrons collide with gas molecules and are ionized to generate ions and electrons one after another to increase the plasma density. If the plasma is kept in such a resonance state, the acceleration of electron collision promotes 10 −4.
Discharge is possible even at a low pressure of Torr (1 Torr = about 133 Pa). When such a low-pressure plasma is used, the mean free path of ions is lengthened, so that highly anisotropic etching is possible and even a fine pattern of 1 μm or less can be etched. As the microwave, the industrial frequency of 2.45 GHz is often used, so that the ECR is performed in an appropriate area in the vacuum container.
The magnetic field is applied so that the magnetic field 875 Gs satisfying the condition is generated.
【0005】さて、技術文献「S.A.Grot el al,Appl.Ph
ys.Lett.,Vol.61,No.19(1992),p.2326. 」では、磁場と
して発散磁場を用いたECRプラズマエッチングにより
単結晶ダイヤモンド薄膜をエッチングするようにした方
法が開示されている(従来技術1)。Now, the technical document "SAGrot el al, Appl.Ph
ys. Lett., Vol. 61, No. 19 (1992), p. 2326. ”discloses a method for etching a single crystal diamond thin film by ECR plasma etching using a divergent magnetic field as a magnetic field. (Prior art 1).
【0006】図4は前記従来技術1の方法の実施に用い
られたECRプラズマエッチング装置の構成を示す図で
ある。図4に示すように、このECRプラズマエッチン
グ装置は、真空容器51の外周まわりに一対をなす磁気
コイル52a,52bを比較的長い距離隔てて同軸状に
配置したものである。そして、真空容器51内において
試料基板Sを、マイクロ波導入側とは反対側に位置する
図における右側の磁気コイル52bより外側位置(図に
おける右側位置)に配置し、マイクロ波導入側から前記
試料基板S方向に徐々に磁場強度が減少する発散磁場に
よりプラズマ流として電子とともにイオンを試料基板S
へ輸送し、その発散するイオン流により試料基板S上の
単結晶ダイヤモンド薄膜をエッチングするようにしてい
る。FIG . 4 is a diagram showing the structure of an ECR plasma etching apparatus used for carrying out the method of the prior art 1. As shown in FIG. 4 , in this ECR plasma etching apparatus, a pair of magnetic coils 52a and 52b are coaxially arranged at a relatively long distance around the outer circumference of a vacuum container 51. Then, in the vacuum container 51, the sample substrate S is arranged at a position outside the magnetic coil 52b on the right side in the figure located on the side opposite to the microwave introduction side (the right side position in the figure), and the sample is introduced from the microwave introduction side. The divergent magnetic field in which the magnetic field strength gradually decreases in the direction of the substrate S causes the ions together with the electrons in the sample substrate S as a plasma flow.
The single crystal diamond thin film on the sample substrate S is etched by the diverging ion flow.
【0007】この従来技術1では、反応ガスとして酸素
ガスを用いた場合にはエッチング速度が200〜170
0Å/min(20〜170nm/min)の範囲にば
らつくため、反応ガスとして酸素ガスとアルゴンガスと
の混合ガス(酸素ガス濃度:12.9vol%)を用
い、反応ガス圧力が3.1mTorr、マイクロ波パワ
ーが1000Wにて単結晶ダイヤモンド薄膜のエッチン
グを行い、これによりエッチング速度が約86Å/mi
nでそのばらつきが約±20%以下になるようにしてエ
ッチング速度の再現性を向上させるようにしている。In this Prior Art 1, when oxygen gas is used as the reaction gas, the etching rate is 200 to 170.
Since it varies in the range of 0 Å / min (20 to 170 nm / min), a mixed gas of oxygen gas and argon gas (oxygen gas concentration: 12.9 vol%) is used as a reaction gas, and the reaction gas pressure is 3.1 mTorr, micro. The single crystal diamond thin film is etched at a wave power of 1000 W, resulting in an etching rate of about 86 Å / mi.
The variation of n is about ± 20% or less so that the reproducibility of the etching rate is improved.
【0008】技術文献「S.J.Pearton et al.,Electroni
cs letters 23rd April 1992,Vol.28,No.9,p.822. 」で
は、反応ガスとして酸素ガスのみを用いたECRプラズ
マエッチングにより多結晶ダイヤモンド薄膜をエッチン
グするようにした方法が開示されている(従来技術
2)。[0008] The technical document “SJ Pearlton et al., Electroni
"cs letters 23rd April 1992, Vol.28, No.9, p.822." discloses a method of etching a polycrystalline diamond thin film by ECR plasma etching using only oxygen gas as a reaction gas. (Prior art 2).
【0009】この従来技術2では、反応ガスとして酸素
ガスのみを用い、試料基板を載置する基板ホルダー(試
料台)に直流バイアス電圧を0〜−300Vの範囲で印
加することにより、エッチング速度の向上とその制御が
可能なことが示されている。そしてまた、酸素ガス圧力
を30mTorrまで高めることにより、約4000Å
/minという高いエッチング速度が得られている。In the prior art 2, only oxygen gas is used as a reaction gas, and a DC bias voltage is applied in the range of 0 to -300 V to a substrate holder (sample table) on which a sample substrate is mounted, so that the etching rate can be improved. It has been shown that improvements and their control are possible. Also, by increasing the oxygen gas pressure to 30 mTorr, about 4000 Å
A high etching rate of / min is obtained.
【0010】技術文献「S.Shikata et al.,2nd Interna
tional conference on the Application of diamond fi
lms and Related Materials,p.377,(1993)」では、反応
ガスとして酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用い
た反応性イオンエッチング法によりダイヤモンド薄膜を
エッチングするようにした方法が開示されている(従来
技術3)。Technical literature “S. Shikata et al., 2nd Interna
tional conference on the Application of diamond fi
"lms and Related Materials, p.377, (1993)" discloses a method of etching a diamond thin film by a reactive ion etching method using a mixed gas of oxygen gas and argon gas as a reaction gas. (Prior art 3).
【0011】この従来技術3では、前記混合ガスの酸素
ガス濃度が5vol%以上の場合には、ダイヤモンド薄
膜のエッチング面の表面粗さが増大すること、突起のな
い平滑なエッチング面が得られる酸素ガス濃度が1vo
l%以下の条件では、エッチング速度が150Å/mi
n以下となったことが示されている。In this prior art 3, when the oxygen gas concentration of the mixed gas is 5 vol% or more, the surface roughness of the etched surface of the diamond thin film increases, and oxygen that can obtain a smooth etched surface without protrusions is obtained. Gas concentration is 1 vo
Under the condition of 1% or less, the etching rate is 150Å / mi
It is shown that the number becomes n or less.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術1で
は、ダイヤモンド薄膜をECRプラズマエッチングする
に際し、反応ガスとして酸素ガスとアルゴンガスとの混
合ガス(酸素ガス濃度:12.9vol%)を用いるこ
とでエッチング速度の再現性を向上させるようになされ
ているが、これはエッチング速度が約86Å/min程
度と小さい領域でのことであり、また、試料基板の冷却
が考慮されておらずエッチング中に基板温度が250℃
程度まで上昇するため、エッチング速度に約±20%程
度のばらつきが生じ、エッチング速度の再現性が十分で
はない。なお、図4に示す装置によると、一対をなす磁
気コイルを比較的長い距離隔てて配置し、その一対をな
す磁気コイルによる発散磁場を用いるようにしているの
で、磁場の発散によるプラズマ流の広がり十分でなく、
試料基板面におけるエッチング速度の面内均一性(エッ
チング処理の均一性)が悪いという不具合もある。In the above-mentioned prior art 1, when a diamond thin film is ECR plasma etched, a mixed gas of oxygen gas and argon gas (oxygen gas concentration: 12.9 vol%) is used as a reaction gas. In order to improve the reproducibility of the etching rate, this is in the region where the etching rate is as small as about 86 Å / min, and the cooling of the sample substrate is not taken into consideration. Substrate temperature is 250 ° C
Since the etching rate increases to a certain degree, the etching rate varies by about ± 20%, and the reproducibility of the etching rate is not sufficient. According to the device shown in FIG. 4 , since a pair of magnetic coils are arranged at a relatively long distance and a divergent magnetic field is used by the pair of magnetic coils, the spread of the plasma flow due to the divergence of the magnetic field is performed. Not enough,
There is also a problem that the in-plane uniformity of the etching rate on the surface of the sample substrate (uniformity of etching treatment) is poor.
【0013】従来技術2では、ダイヤモンド薄膜をEC
Rプラズマエッチングするに際し、エッチング速度が、
バイアス電圧を例えば300V程度の範囲で変化させた
ときにそのバイアス電圧に対して直線的に増大せず、負
の約100Vまでの低バイアス電圧領域においてバイア
ス電圧の増加に対して急激に増大するため、エッチング
速度を精密に制御することが困難であった。In the prior art 2, the diamond thin film is EC
When performing R plasma etching, the etching rate is
For example, when the bias voltage is changed in the range of about 300V, the bias voltage does not increase linearly with respect to the bias voltage, but it rapidly increases with the increase of the bias voltage in the low bias voltage region up to about negative 100V. However, it was difficult to precisely control the etching rate.
【0014】従来技術3では、反応ガスとして酸素ガス
とアルゴンガスとの混合ガスを用いた反応性イオンエッ
チング法によりダイヤモンド薄膜をエッチングするに際
し、前記混合ガスの酸素ガス濃度が1vol%以下では
突起が生じない平滑なエッチング面が得られているが、
そのときのエッチング速度は150Å/min程度以下
であり、低エッチング速度領域の一部においてダイヤモ
ンド薄膜をそのエッチング面が表面荒れによる突起を生
じることなく平滑にエッチング処理し得るエッチング条
件しか見出されていない。In Prior Art 3, when a diamond thin film is etched by a reactive ion etching method using a mixed gas of oxygen gas and argon gas as a reaction gas, protrusions are generated when the oxygen gas concentration of the mixed gas is 1 vol% or less. A smooth etching surface that does not occur is obtained,
The etching rate at that time is about 150 Å / min or less, and only the etching condition that allows the diamond thin film to be etched smoothly in a part of the low etching rate region without causing protrusion due to surface roughness has been found. Absent.
【0015】エッチング面が突起を生じて平滑でない
と、作製された半導体ダイヤモンド電子デバイスの性能
が悪くなるという不具合がある。 The etching surface is not smooth due to protrusions
And the performance of the fabricated semiconductor diamond electronic device
There is a problem that is worse.
【0016】そこでこの発明の目的は、磁場とマイクロ
波により発生する電場とによって起こる電子サイクロト
ロン共鳴現象を利用して反応ガスをプラズマ化し、生成
されたプラズマ中のイオンを試料基板に照射してその試
料基板上のダイヤモンド薄膜をエッチング処理するに際
し、真空容器内に印加する磁場として発散磁場を用いた
場合において、ダイヤモンド薄膜をそのエッチング面が
表面荒れによる突起を生じることなく平滑にエッチング
処理することができるとともに、エッチング速度に関し
その再現性や制御性が良いエッチング処理を行うことが
できるダイヤモンド薄膜のECRプラズマエッチング方
法を提供することである。Therefore, an object of the present invention is to make a reactive gas into plasma by utilizing an electron cyclotron resonance phenomenon caused by a magnetic field and an electric field generated by a microwave, and irradiate the sample substrate with ions in the generated plasma. When a divergent magnetic field is used as the magnetic field applied to the vacuum container when etching the diamond thin film on the sample substrate, the diamond thin film can be etched smoothly without causing protrusions due to surface roughness. Another object of the present invention is to provide an ECR plasma etching method for a diamond thin film, which is capable of performing an etching process having good reproducibility and controllability with respect to the etching rate.
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】 請求項1の発明
は、磁場
を印加した真空容器内に反応ガスを導入するとともにマ
イクロ波導入窓からマイクロ波を導入し、前記磁場とマ
イクロ波により発生する電場とによって起こる電子サイ
クロトロン共鳴(ECR)現象を利用して反応ガスをプ
ラズマ化し、生成されたプラズマ中のイオンを真空容器
内に配置された試料基板に照射してその試料基板上のダ
イヤモンド薄膜をエッチング処理するダイヤモンド薄膜
のECRプラズマエッチング方法において、前記真空容
器内に印加する前記磁場として発散磁場を形成し、前記
試料基板に直流バイアス電圧を印加するとともに冷却を
施し、反応ガスとして酸素ガスとアルゴンガスとの混合
ガスでその酸素ガス濃度範囲が2〜20vol%である
混合ガスを用い、反応ガス圧力が10mTorr以下、
マイクロ波パワー面密度が2.0W/cm2以下にて前
記ダイヤモンド薄膜をエッチング処理すること、もしく
は、反応ガスとして酸素ガス単体、あるいは酸素ガスと
アルゴンガスとの混合ガスでその酸素ガス濃度範囲が2
0vol%超えである混合ガスを用い、反応ガス圧力が
10〜50mTorr、マイクロ波パワー面密度が5.
0W/cm2以下にて前記ダイヤモンド薄膜をエッチン
グ処理することを特徴とするものである。 According to a first aspect of the present invention , an electric field generated by the magnetic field and the microwave is introduced by introducing a reaction gas into a vacuum container to which a magnetic field is applied and introducing a microwave through a microwave introduction window. Using the electron cyclotron resonance (ECR) phenomenon caused by and, the reaction gas is turned into plasma, and the ions in the generated plasma are irradiated to the sample substrate placed in the vacuum container to etch the diamond thin film on the sample substrate. In the ECR plasma etching method of a diamond thin film to be processed, a divergent magnetic field is formed as the magnetic field applied in the vacuum chamber, a DC bias voltage is applied to the sample substrate and the sample substrate is cooled, and oxygen is used as a reaction gas. Gas and argon gas mixed gas whose oxygen gas concentration range is 2 to 20 vol% , The reaction gas pressure 10mTorr or less,
When the diamond thin film is etched at a microwave power areal density of 2.0 W / cm 2 or less, or oxygen gas alone or a mixed gas of oxygen gas and argon gas is used as a reaction gas, and the oxygen gas concentration range is Two
Using a mixed gas of more than 0 vol%, the reaction gas pressure is 10 to 50 mTorr, and the microwave power areal density is 5.
The diamond thin film is etched at 0 W / cm 2 or less.
【0019】請求項2の発明は、請求項1記載のダイヤ
モンド薄膜のECRプラズマエッチング方法において、
前記試料基板に印加する前記基板バイアスは、電圧範囲
が−10〜−500Vの直流電圧バイアスであり、前記
試料基板は、前記冷却が施されることにより、その基板
温度が100℃以下に保持されることを特徴とするもの
である。 The invention of claim 2 is the diamond according to claim 1.
In an ECR plasma etching method for a Mondo thin film,
The substrate bias applied to the sample substrate is within a voltage range.
Is a DC voltage bias of -10 to -500V, and
When the sample substrate is cooled, the substrate
Characterized in that the temperature is kept below 100 ° C
Is.
【0020】[0020]
【作用】本発明に係るダイヤモンド薄膜のECRプラズ
マエッチング方法では、反応ガスとしては、アルゴンガ
スのみではダイヤモンド薄膜がほとんどエッチングされ
ないので、酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガス、又は
酸素ガス単体を用いている。なお、エッチング速度は、
一般的に、酸素ガス濃度値に比例して増大する。さて、
反応ガスとして酸素ガスのみを用いてECRプラズマエ
ッチングを行った場合、低ガス圧力領域ではプラズマが
不安定化し、反応ガス圧力が10mTorrを下回る
と、ダイヤモンド薄膜のエッチング面にはその表面がぎ
ざぎざの鋸歯状となって突起が生じた。In the ECR plasma etching method for a diamond thin film according to the present invention, since the diamond thin film is hardly etched with only argon gas as the reaction gas, a mixed gas of oxygen gas and argon gas or an oxygen gas alone is used. There is. The etching rate is
Generally, it increases in proportion to the oxygen gas concentration value. Now,
When ECR plasma etching is performed using only oxygen gas as the reaction gas, the plasma becomes unstable in the low gas pressure region, and when the reaction gas pressure falls below 10 mTorr, the etched surface of the diamond thin film has a serrated surface. And a protrusion was formed.
【0021】そこで反応ガス圧力が10mTorr以下
において、反応ガスとして酸素ガスとアルゴンガスとの
混合ガスを用い、その混合ガスの酸素ガス濃度とマイク
ロ波パワー面密度とを変化させて実験した。その結果、
反応ガスとして酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガスで
その酸素ガス濃度範囲が2〜20vol%である混合ガ
スを用い、反応ガス圧力を10mTorr以下にし、マ
イクロ波パワー面密度を2.0W/cm2 以下にするこ
とにより、ダイヤモンド薄膜をそのエッチング面が突起
を生じることなく平滑にエッチングすることができた。
なお、前記マイクロ波パワー面密度は、マイクロ波導入
窓から投入したマイクロ波パワー値をマイクロ波導入窓
面積で除した値を表すものである。Therefore, an experiment was carried out at a reaction gas pressure of 10 mTorr or less, using a mixed gas of oxygen gas and argon gas as the reaction gas, and changing the oxygen gas concentration and the microwave power areal density of the mixed gas. as a result,
As the reaction gas, a mixed gas of oxygen gas and argon gas having an oxygen gas concentration range of 2 to 20 vol% is used, the reaction gas pressure is set to 10 mTorr or less, and the microwave power areal density is 2.0 W / cm 2. By the following, the diamond thin film could be etched smoothly without any protrusion on the etched surface.
The microwave power areal density represents a value obtained by dividing the microwave power value input from the microwave introduction window by the microwave introduction window area.
【0022】前記の場合、反応ガス圧力が10mTor
r以下において、プラズマのエネルギーであるマイクロ
波パワー面密度は、その値が2.0W/cm2 を超える
と、イオンダメージのためにダイヤモンド薄膜のエッチ
ング面に突起が生じることから、2.0W/cm2 以下
にする必要がある。そして、反応ガス圧力が10mTo
rr以下、かつ、マイクロ波パワー面密度が2.0W/
cm2 以下において、反応ガスである前記混合ガスの酸
素ガス濃度範囲が2vol%より低いと、ダイヤモンド
薄膜及びマスク材に対するダメージが顕著になるととも
に選択比も悪くなり、またエッチング面にも突起が生じ
るため、酸素ガス濃度の下限は2vol%とする必要が
ある。また、反応ガスである前記混合ガスの酸素ガス濃
度範囲が20vol%を超えると、アルゴンイオンによ
るダイヤモンド薄膜表面を平滑にする作用が低下してエ
ッチング面に突起が生じるので、酸素ガス濃度の上限は
20vol%とする必要がある。なお、反応ガス圧力を
10mTorr以下にすると、イオンシース幅に比べイ
オンの平均自由行程が長くなるため、試料基板面に対し
イオン入射角度を垂直にすることができ、垂直エッチン
グがより行いやすくなるという利点がある。In the above case, the reaction gas pressure is 10 mTorr.
Below r, the microwave power areal density, which is the energy of plasma, is 2.0 W / cm 2 when the value exceeds 2.0 W / cm 2 , since protrusions are generated on the etched surface of the diamond thin film due to ion damage. It must be below cm 2 . And, the reaction gas pressure is 10 mTo
rr or less and microwave power areal density of 2.0 W /
If the oxygen gas concentration range of the mixed gas as a reaction gas is lower than 2 vol% in cm 2 or less, the diamond thin film and the mask material will be significantly damaged and the selectivity will be deteriorated, and a protrusion will be formed on the etching surface. Therefore, the lower limit of the oxygen gas concentration needs to be 2 vol%. Further, when the oxygen gas concentration range of the mixed gas which is the reaction gas exceeds 20 vol%, the function of smoothing the diamond thin film surface by argon ions is lowered and projections are generated on the etching surface, so the upper limit of the oxygen gas concentration is It must be 20 vol%. When the reaction gas pressure is 10 mTorr or less, the mean free path of ions becomes longer than the ion sheath width, so that the ion incident angle can be made perpendicular to the sample substrate surface, and vertical etching becomes easier. There are advantages.
【0023】次にプラズマのエネルギーを高めてマイク
ロ波パワー面密度が5.0W/cm 2 以下において、反
応ガスとして、酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガス、
及び酸素ガス単体を用い、その混合ガスの酸素ガス濃度
と反応ガス圧力とを変化させて実験した。その結果、反
応ガスとして酸素ガス単体、あるいは酸素ガスとアルゴ
ンガスとの混合ガスでその酸素ガス濃度範囲が20vo
l%超えである混合ガスを用い、反応ガス圧力を10〜
50mTorrにし、マイクロ波パワー面密度が5.0
W/cm2 以下にすることにより、前述した酸素ガス濃
度範囲が2〜20vol%であるエッチング条件の場合
より高エッチング速度が得られる条件範囲にて、ダイヤ
モンド薄膜をそのエッチング面が突起を生じることなく
平滑にエッチングすることができた。Next, the plasma energy is increased to increase the microphone.
B wave power areal density 5.0 W / cm 2In the following,
As a reactive gas, a mixed gas of oxygen gas and argon gas,
And oxygen gas alone, the oxygen gas concentration of the mixed gas
And the reaction gas pressure was changed. As a result,
Oxygen gas alone, or oxygen gas and Argo
Oxygen gas concentration range is 20 vo with mixed gas
Using a mixed gas of more than 1%, the reaction gas pressure is 10 to
50mTorr, microwave power areal density 5.0
W / cm2By setting the following, the oxygen gas concentration
In the case of etching conditions in which the degree range is 2 to 20 vol%
In the condition range where a higher etching rate can be obtained, the diamond
Mondo thin film without etching protrusion on its etched surface
It could be etched smoothly.
【0024】この場合、マイクロ波パワー面密度が5.
0W/cm2 以下において、反応ガス圧力の範囲は、1
0〜50mTorrである必要がある。この範囲より低
圧力では、イオンダメージのためにダイヤモンド薄膜の
エッチング面に突起が生じ、また、上限反応ガス圧力
(50mTorr)を超えるとプラズマを発生させるこ
とができなかったためである。そして、マイクロ波パワ
ー面密度が5.0W/cm2 以下、かつ、反応ガス圧力
が10〜50mTorrにおいて、反応ガスである前記
混合ガスの酸素ガス濃度範囲は、20vol%以下で
は、アルゴンイオンによるイオンダメージのためにダイ
ヤモンド薄膜のエッチング面に突起が生じることから、
20vol%超えにする必要がある。なお、マイクロ波
パワー面密度を5.0W/cm2 より高めると、ダイヤ
モンド薄膜のエッチング面に突起が生じた。In this case, the microwave power area density is 5.
Below 0 W / cm 2 , the reaction gas pressure range is 1
It should be 0 to 50 mTorr. This is because if the pressure is lower than this range, protrusions are formed on the etched surface of the diamond thin film due to ion damage, and if the upper limit reaction gas pressure (50 mTorr) is exceeded, plasma cannot be generated. When the microwave power areal density is 5.0 W / cm 2 or less, and the reaction gas pressure is 10 to 50 mTorr, the oxygen gas concentration range of the reaction gas is 20 vol% or less, and ions due to argon ions are used. Since protrusions occur on the etched surface of the diamond thin film due to damage,
It is necessary to exceed 20 vol%. When the microwave power areal density was increased to more than 5.0 W / cm 2 , protrusions were formed on the etched surface of the diamond thin film.
【0025】本発明に係るダイヤモンド薄膜のECRプ
ラズマエッチング方法では、前記エッチング条件に加
え、試料基板にバイアス電圧を印加するとともに冷却を
施すようになされている。試料基板にバイアス電圧を印
加することにより、試料基板へのイオン入射エネルギー
を制御して、プラズマ密度とは独立にエッチング速度を
制御することができ、また、特に発散磁場の場合には垂
直エッチング性を高めることができる。そして、試料基
板にバイアス電圧を印加する場合には、試料基板にプラ
ズマ中でも安定してバイアス電圧を印加できるととも
に、エッチング速度をバイアス電圧に比例して直線的に
増減変化し得るようにすることがよい。In the ECR plasma etching method for a diamond thin film according to the present invention, in addition to the above etching conditions, a bias voltage is applied to the sample substrate and the sample substrate is cooled. By applying a bias voltage to the sample substrate, it is possible to control the ion incident energy to the sample substrate and control the etching rate independently of the plasma density. Can be increased. When the bias voltage is applied to the sample substrate, the bias voltage can be stably applied to the sample substrate even in plasma, and the etching rate can be linearly increased or decreased in proportion to the bias voltage. Good.
【0026】そのため、直流電圧バイアスの場合、その
値を−10〜−500Vの範囲に設定することが望まし
い。直流バイアス電圧が前記下限値(−10V)より小
さいときには、試料基板にプラズマ中でも安定してバイ
アス電圧を印加しにくく、また、バイアス電圧に対して
エッチング速度を直線的に増減変化させにくくエッチン
グ速度の制御性が低下し、一方、直流バイアス電圧が前
記上限値(−500V)より大きいときには、ダイヤモ
ンド薄膜へのダメージが大きくなるためである。 Therefore, in the case of DC voltage bias, it is desirable to set the value in the range of -10 to -500V. When the DC bias voltage is smaller than the lower limit value (-10 V) , it is difficult to stably apply the bias voltage to the sample substrate even in plasma, and it is difficult to increase or decrease the etching rate linearly with respect to the bias voltage. Controllability is reduced, while DC bias voltage
This is because when the value is larger than the upper limit value (−500 V) , damage to the diamond thin film becomes large.
【0027】そして、エッチング速度は基板温度によっ
ても変動するため、プラズマの影響による基板温度の上
昇を防いでエッチング速度の再現性の低下をなくすこと
が望ましい。そのため、冷却を施して基板温度が100
℃以下に保持されるようにすることがよい。Since the etching rate also changes depending on the substrate temperature, it is desirable to prevent the substrate temperature from rising due to the influence of plasma so as to prevent the reproducibility of the etching rate from decreasing. Therefore, the substrate temperature is reduced to 100 by cooling.
It is better to keep the temperature below ℃.
【0028】[0028]
【0029】以上のことから、磁場として発散磁場を用
いた本発明によるECRプラズマエッチング方法による
と、同様にして、ダイヤモンド薄膜をそのエッチング面
が突起を生じることなく平滑にエッチング処理すること
ができるとともに、エッチング速度に関しその再現性や
制御性が良いエッチング処理を行うことができる。そし
て、一対をなす磁気コイルは、より近接させて配置する
ことがよく、これによって試料基板面上おいてプラズマ
がよく広がりそのプラズマ密度が均一化されて、発散磁
場を用いることでエッチング速度の面内均一性に優れた
ダイヤモンド薄膜のエッチングを行うことができる。From the above, according to the ECR plasma etching method of the present invention using a divergent magnetic field as the magnetic field, the diamond thin film can be similarly etched smoothly without any protrusion on its etching surface. In addition, it is possible to perform an etching process with good reproducibility and controllability with respect to the etching rate. The pair of magnetic coils are preferably arranged closer to each other, so that the plasma spreads well on the surface of the sample substrate and the plasma density is made uniform. It is possible to etch a diamond thin film having excellent internal uniformity.
【0030】[0030]
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。ま
ず、ECRプラズマエッチング装置について説明する。
図1は本発明に係るECRプラズマエッチング方法の実
施に使用される発散磁場型ECRプラズマエッチング装
置の構成を示す図である。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. First, the ECR plasma etching apparatus will be described.
FIG. 1 is a divergent magnetic field type ECR plasma etching apparatus used for carrying out the ECR plasma etching method according to the present invention.
It is a figure which shows the structure of a table .
【0031】図1において、1は真空容器であり、この
真空容器1は、その上部に石英ガラス板よりなるマイク
ロ波導入窓1aを備えるとともにプラズマ化すべき反応
ガスを内部に導入するための図示しない反応ガス供給管
を備え、下部に真空引き装置(図示省略)に連なる排気
ポート1bが開口されている。排気ポート1bから真空
排気されて所定真空度に保持される真空容器1のマイク
ロ波導入窓1aの部位には、マグネトロン2からの周波
数2.45GHzのマイクロ波を真空容器1内に導入す
るための導波管3が接続されている。In FIG . 1, reference numeral 1 denotes a vacuum container, which is provided with a microwave introduction window 1a made of a quartz glass plate on the upper part thereof and not shown for introducing a reaction gas to be turned into plasma into the inside. A reaction gas supply pipe is provided, and an exhaust port 1b connected to a vacuuming device (not shown) is opened at the bottom. In order to introduce the microwave of frequency 2.45 GHz from the magnetron 2 into the vacuum container 1, at a portion of the microwave introduction window 1a of the vacuum container 1 which is evacuated from the exhaust port 1b and is maintained at a predetermined vacuum degree. The waveguide 3 is connected.
【0032】そして、図1に示すように、この実施例で
はマイクロ波導入窓1aを間にして、一対をなす磁気コ
イル14a,14bを近接させて配置し、この磁気コイ
ル14a,14bにより真空容器1内に発散磁場を印加
するようにしている。ECR条件を満たす磁場強度は8
75Gsである。 Then, as shown in FIG. 1, in this embodiment,
Is a pair of magnetic coils with the microwave introduction window 1a in between.
The coils 14a and 14b are arranged close to each other, and the magnetic coil
A divergent magnetic field is applied to the vacuum chamber 1 by the tools 14a and 14b.
I am trying to do it. The magnetic field strength that satisfies the ECR condition is 8
It is 75 Gs.
【0033】真空容器1内には図における上下方向へ移
動可能な試料台(試料基板支持台)5が配設されてお
り、この試料台5上には図示しない静電チャックにて試
料基板Sが着脱可能に載置されている。試料台5は上下
方向に移動調整可能になっている。そして、試料台5
は、その内部に図示しない水冷用配管路が設けられ、試
料基板Sを所定温度以下に保つために冷却水で冷却され
るようになっている。A sample table (sample substrate supporting table) 5 which is movable in the vertical direction in the drawing is arranged in the vacuum container 1, and a sample substrate S is mounted on the sample table 5 by an electrostatic chuck (not shown). Is detachably mounted. The sample table 5 is up and down
The movement can be adjusted in any direction. And the sample table 5
Is provided with a water cooling pipe line (not shown) therein, and is cooled with cooling water in order to keep the sample substrate S at a predetermined temperature or lower.
【0034】試料台5には、コンデンサ6を介してRF
発振器7により高周波電力が供給されて、これによって
試料基板Sに高周波の基板バイアスが印加できるように
なっている。RF発振器7は、その出力が10〜500
W、周波数が100〜700kHzである。また、試料
台5には、負極性の直流バイアス電源8による電圧が印
加されて、これによって試料基板Sに−10〜−500
Vの電圧範囲にて直流バイアス電圧が印加できるように
なっている。なお、高周波バイアスと直流バイアスとの
選択は、スイッチ9a,9bの切り換え操作にてできる
ようになっている。The sample table 5 is connected to the RF via a capacitor 6.
High-frequency power is supplied from the oscillator 7, whereby a high-frequency substrate bias can be applied to the sample substrate S. The output of the RF oscillator 7 is 10 to 500.
W, the frequency is 100 to 700 kHz. Further, a voltage from the negative DC bias power source 8 is applied to the sample table 5, whereby the sample substrate S is -10 to -500.
A DC bias voltage can be applied within the voltage range of V. The high frequency bias and the direct current bias can be selected by switching the switches 9a and 9b.
【0035】[0035]
【0036】[0036]
【0037】[0037]
【0038】[0038]
【0039】[0039]
【0040】[0040]
【0041】[0041]
【0042】[0042]
【0043】[0043]
【0044】実施例1 Example 1
【0045】図1に示す発散磁場型ECRプラズマエッ
チング装置を使用し、発散磁場を用いたECRプラズマ
を生成させてダイヤモンド薄膜のエッチングを行い、エ
ッチング面の表面形状を観察するとともに、エッチング
速度を測定した。この場合、基板上に熱フィラメントC
VD法により多結晶のダイヤモンド薄膜を形成し、その
ダイヤモンド薄膜上にSiO 2 薄膜のパターンでマスキ
ングを行ったものを試料基板Sとし、そのエッチング深
さよりエッチング速度を求めた。エッチングは、比較例
をも含めて、表1に示すように、反応ガスとして酸素ガ
スとアルゴンガスとの混合ガス、及び酸素ガス単体を用
い、その混合ガスの酸素ガス濃度とマイクロ波パワー面
密度とをパラメータとして変化させて行った。なお、反
応ガス圧力は1mTorr、試料基板への直流バイアス
電圧は−300Vとし、試料台5には冷却水による冷却
を施した。結果を表1に示す。なお表1において太線で
囲まれた例が本発明例である。Using the divergent magnetic field type ECR plasma etching apparatus shown in FIG . 1 , the ECR plasma using the divergent magnetic field is generated to etch the diamond thin film, and the surface shape of the etched surface is observed and the etching rate is measured. did. In this case, the hot filament C on the substrate
Polycrystalline diamond thin film is formed by VD method,
The pattern of SiO 2 thin film is used as a mask on the diamond thin film.
The processed substrate is used as the sample substrate S, and the etching depth
Then, the etching rate was obtained. In the etching , including the comparative example, as shown in Table 1 , a mixed gas of oxygen gas and argon gas and a simple substance of oxygen gas were used as a reaction gas, and the oxygen gas concentration and the microwave power areal density of the mixed gas were used. And were changed as parameters. The reaction gas pressure was 1 mTorr, the DC bias voltage to the sample substrate was -300 V, and the sample table 5 was cooled with cooling water. The results are shown in Table 1 . The examples surrounded by thick lines in Table 1 are examples of the present invention.
【0046】[0046]
【表1】 [Table 1]
【0047】表1に示すように、反応ガスとして酸素ガ
スとアルゴンガスとの混合ガスでその酸素ガス濃度範囲
が2〜20vol%である混合ガスを用い、反応ガス圧
力が10mTorr以下、マイクロ波パワー面密度が
2.0W/cm2以下にて、ダイヤモンド薄膜をそのエ
ッチング面が突起を生じることなく平滑にエッチングす
ることができた。なお、反応ガス圧力が10mTorr
を超えると、エッチング面に突起が生じた。As shown in Table 1 , a mixed gas of oxygen gas and argon gas having a concentration range of 2 to 20 vol% was used as the reaction gas, the reaction gas pressure was 10 mTorr or less, and the microwave power was set. When the surface density was 2.0 W / cm 2 or less, the diamond thin film could be etched smoothly without any protrusion on the etched surface. The reaction gas pressure is 10 mTorr
When it exceeded, protrusions were formed on the etched surface.
【0048】実施例2 Example 2
【0049】図1に示す発散磁場型ECRプラズマエッ
チング装置を使用し、発散磁場を用いたECRプラズマ
を生成させてダイヤモンド薄膜のエッチングを行い、エ
ッチング面の表面形状を観察するとともに、エッチング
速度を測定した。エッチングは、比較例をも含めて、表
2に示すように、反応ガスとして酸素ガスとアルゴンガ
スとの混合ガス、及び酸素ガス単体を用い、その混合ガ
スの酸素ガス濃度と反応ガス圧力とをパラメータとして
変化させて行った。なお、マイクロ波パワー面密度は
3.3W/cm2(マイクロ波パワー:1000W)、
試料基板への直流バイアス電圧は−300Vとし、試料
台5には冷却水による冷却を施した。結果を表2に示
す。なお表2において太線で囲まれた例が本発明例であ
る。The divergent magnetic field type ECR plasma etching apparatus shown in FIG . 1 was used to generate ECR plasma using a divergent magnetic field to etch the diamond thin film, observe the surface shape of the etched surface, and measure the etching rate. did. The etching is shown in the table, including the comparative example.
As shown in FIG. 2 , a mixed gas of oxygen gas and argon gas and a simple substance of oxygen gas were used as the reaction gas, and the oxygen gas concentration of the mixed gas and the reaction gas pressure were changed as parameters. The microwave power areal density is 3.3 W / cm 2 (microwave power: 1000 W),
The DC bias voltage to the sample substrate was set to -300V, and the sample table 5 was cooled by cooling water. The results are shown in Table 2 . The examples surrounded by thick lines in Table 2 are examples of the present invention.
【0050】[0050]
【表2】 [Table 2]
【0051】表2に示すように、反応ガスとして酸素ガ
ス単体、あるいは酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガス
でその酸素ガス濃度範囲が20vol%超えである混合
ガスを用い、反応ガス圧力が10〜50mTorr、マ
イクロ波パワー面密度が5.0W/cm2(マイクロ波
パワー:1500W)以下にて、エッチング速度が表2
の本発明例でのそれに比較して大きい領域において、ダ
イヤモンド薄膜をそのエッチング面が突起を生じること
なく平滑にエッチングすることができた。なお、マイク
ロ波パワー面密度が5.0W/cm2を超えると、エッ
チング面に突起が生じた。As shown in Table 2 , as the reaction gas, an oxygen gas alone or a mixed gas of oxygen gas and argon gas having an oxygen gas concentration range of more than 20 vol% is used, and the reaction gas pressure is 10 to 10. At 50 mTorr and a microwave power surface density of 5.0 W / cm 2 (microwave power: 1500 W) or less, the etching rate is shown in Table 2.
It was possible to smoothly etch the diamond thin film in a larger area than that in the example of the present invention without the projections on the etched surface. When the microwave power surface density exceeded 5.0 W / cm 2 , protrusions were formed on the etched surface.
【0052】実施例3 Example 3
【0053】図1に示す発散磁場型ECRプラズマエッ
チング装置を使用し、発散磁場を用いたECRプラズマ
を生成させてダイヤモンド薄膜のエッチングを行い、エ
ッチング速度の面内均一性を調査した。エッチング速度
の面内均一性を調べるため、この実施例では、試料台の
基板支持面の中央位置、及び、中央位置より周辺部方向
(半径方向)に5cm離れた位置までの1cmごとの位
置に、寸法1cm×1cmのダイヤモンド薄膜試料基板
をセットして、そのエッチングを行った。反応ガスは酸
素ガス、反応ガス圧力は10mTorr、マイクロ波パ
ワー面密度は3.3W/cm2(マイクロ波パワー:1
000W)、試料基板への直流バイアス電圧は−150
Vとし、試料台5には冷却水による冷却を施した。な
お、比較のため、同一エッチング条件にて、ミラー磁場
を用いたECRプラズマによるダイヤモンド薄膜のエッ
チングを行い、そのエッチング速度の面内均一性を調査
した。結果を図2に示す。Using the divergent magnetic field type ECR plasma etching apparatus shown in FIG . 1 , ECR plasma was generated using the divergent magnetic field to etch the diamond thin film, and the in-plane uniformity of the etching rate was investigated. In order to examine the in-plane uniformity of the etching rate, in this example, the sample was placed at the center position of the substrate support surface of the sample table and at positions of 1 cm intervals up to 5 cm away from the center position in the peripheral direction (radial direction). Then, a diamond thin film sample substrate having a size of 1 cm × 1 cm was set and etched. The reaction gas is oxygen gas, the reaction gas pressure is 10 mTorr, and the microwave power areal density is 3.3 W / cm 2 (microwave power: 1
000W), the DC bias voltage to the sample substrate is -150
V, and the sample table 5 was cooled with cooling water. For comparison, the diamond thin film was etched by ECR plasma using a mirror magnetic field under the same etching condition, and the in-plane uniformity of the etching rate was investigated. The results are shown in Figure 2 .
【0054】発散磁場を用いたECRプラズマによりダ
イヤモンド薄膜をエッチングした場合、前記中央位置と
これより5cm離れた位置とでのエッチング速度のばら
つきは、約2%以内であった。これに対して、ミラー磁
場を用いた場合、エッチング速度のばらつきは約5%で
あった。このように、発散磁場を用いることでエッチン
グ速度の面内均一性に優れたダイヤモンド薄膜のエッチ
ングを行うことができる。なお、発散磁場を用いた場
合、プラズマ密度の低下のためエッチング速度がミラー
磁場を用いた場合のそれに比較して低下することが認め
られた。When the diamond thin film was etched by ECR plasma using a divergent magnetic field, the variation in etching rate between the central position and the position 5 cm away from the central position was within about 2%. On the other hand, when the mirror magnetic field was used, the variation in etching rate was about 5%. As described above, by using the divergent magnetic field, it is possible to etch the diamond thin film having excellent in-plane uniformity of the etching rate. It was confirmed that the etching rate was lower when the divergent magnetic field was used than that when the mirror magnetic field was used because the plasma density was lowered.
【0055】実施例4 Example 4
【0056】図1に示す発散磁場型ECRプラズマエッ
チング装置を使用し、発散磁場を用いたECRプラズマ
を生成させ、試料基板に印加する直流バイアス電圧をゼ
ロから約−350Vの範囲で変化させてダイヤモンド薄
膜のエッチングを行い、基板バイアスによるエッチング
速度の制御性を調査した。反応ガスは酸素ガス、反応ガ
ス圧力は10mTorr、マイクロ波パワー面密度は
2.3W/cm2(マイクロ波パワー:700W)と
し、試料台5には冷却水による冷却を施した。結果を図
3に示す。図3に示すように、エッチング速度をバイア
ス電圧に比例して直線的に増減させることができた。な
おこのとき、エッチング速度のばらつきは5%以内であ
った。The divergent magnetic field type ECR plasma etching apparatus shown in FIG . 1 was used to generate ECR plasma using a divergent magnetic field, and the DC bias voltage applied to the sample substrate was changed in the range of zero to about -350 V to produce diamond. The thin film was etched and the controllability of the etching rate by the substrate bias was investigated. The reaction gas was oxygen gas, the reaction gas pressure was 10 mTorr, the microwave power area density was 2.3 W / cm 2 (microwave power: 700 W), and the sample table 5 was cooled with cooling water. Figure the result
3 shows. As shown in FIG. 3 , the etching rate could be linearly increased or decreased in proportion to the bias voltage. At this time, the variation in etching rate was within 5%.
【0057】[0057]
【0058】[0058]
【発明の効果】 本発明
によるダイヤモンド薄膜のECR
プラズマエッチング方法によると、ダイヤモンド薄膜
を、そのエッチング面がぎざぎざの鋸歯状となって例え
ば半導体ダイヤモンド電子デバイスの性能低下を招くよ
うな突起を生じることなく平滑にエッチング処理するこ
とができるとともに、エッチング速度に関しその再現性
や制御性が良いエッチング処理を行うことができ、また
発散磁場を用いたECRプラズマを利用しているので、
エッチング速度の面内均一性に優れたダイヤモンド薄膜
のエッチングを行うことができる。ECR of diamond thin film according to the present invention, according to the present invention
According to the plasma etching method, the diamond thin film can be subjected to a smooth etching process without producing projections that cause the etching surface to have a jagged sawtooth shape and deteriorate the performance of, for example, a semiconductor diamond electronic device. With respect to the above, it is possible to perform an etching process with good reproducibility and controllability, and since ECR plasma using a divergent magnetic field is used,
It is possible to etch a diamond thin film having excellent in-plane uniformity of etching rate.
【図1】本発明に係るECRプラズマエッチング方法の
実施に使用される発散磁場型ECRプラズマエッチング
装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a divergent magnetic field type ECR plasma etching apparatus used for carrying out an ECR plasma etching method according to the present invention.
【図2】本発明に係る図であって、試料基板中央からの
位置とエッチング速度との関係を示すグラフである。 FIG. 2 is a view according to the present invention, showing the center of a sample substrate.
It is a graph which shows the relationship between a position and an etching rate.
【図3】本発明に係る図であって、試料基板に印加する
直流バイアス電圧とエッチング速度との関係を示すグラ
フである。 FIG. 3 is a diagram according to the present invention, which is applied to a sample substrate.
A graph showing the relationship between the DC bias voltage and the etching rate.
It is.
【図4】従来技術1の方法の実施に用いられたECRプ
ラズマエッチング装置の構成を示す図である。 FIG. 4 is an ECR program used for performing the method of Prior Art 1;
It is a figure which shows the structure of a plasma etching apparatus.
1…真空容器 1a…マイクロ波導入窓 1b…排気ポ
ート 2…マグネトロン 3…導波管 5…試料台 6
…コンデンサ 7…RF発振器 8…直流バイアス電源
9a,9b…スイッチ 14a,14b…磁気コイル
S…試料基板DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum container 1a ... Microwave introduction window 1b ... Exhaust port 2 ... Magnetron 3 ... Waveguide 5 ... Sample stand 6
... Capacitor 7 ... RF oscillator 8 ... DC bias power supply 9a, 9b ... Switch 14a, 14b ... Magnetic coil S ... Sample substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木下 隆 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (72)発明者 野沢 俊久 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (56)参考文献 特開 平6−132254(JP,A) 特開 平5−326415(JP,A) 特開 平6−37046(JP,A) 特開 平6−5548(JP,A) 特開 平5−67586(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23F 4/00 G01R 33/64 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Takashi Kinoshita Takashi Tsukadai 1-5-5 Nishi-ku, Kobe-shi, Hyogo Prefecture Kobe Steel Co., Ltd. Kobe Research Institute of Technology (72) Toshihisa Nozawa Nishi-ku, Kobe-shi, Hyogo 1-5-5 Takatsukadai Kobe Steel Works, Ltd., Kobe Research Institute (56) References JP-A-6-132254 (JP, A) JP-A-5-326415 (JP, A) JP-A-6 -37046 (JP, A) JP-A-6-5548 (JP, A) JP-A-5-67586 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23F 4/00 G01R 33/64
Claims (2)
導入するとともにマイクロ波導入窓からマイクロ波を導
入し、前記磁場とマイクロ波により発生する電場とによ
って起こる電子サイクロトロン共鳴(ECR)現象を利
用して反応ガスをプラズマ化し、生成されたプラズマ中
のイオンを真空容器内に配置された試料基板に照射して
その試料基板上のダイヤモンド薄膜をエッチング処理す
るダイヤモンド薄膜のECRプラズマエッチング方法に
おいて、 前記真空容器内に印加する前記磁場として発散磁場を形
成し、前記試料基板に直流バイアス電圧を印加するとと
もに冷却を施し、反応ガスとして酸素ガスとアルゴンガ
スとの混合ガスでその酸素ガス濃度範囲が2〜20vo
l%である混合ガスを用い、反応ガス圧力が10mTo
rr以下、マイクロ波パワー面密度が2.0W/cm2
以下にて前記ダイヤモンド薄膜をエッチング処理するこ
と、もしくは、反応ガスとして酸素ガス単体、あるいは
酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガスでその酸素ガス濃
度範囲が20vol%超えである混合ガスを用い、反応
ガス圧力が10〜50mTorr、マイクロ波パワー面
密度が5.0W/cm2以下にて前記ダイヤモンド薄膜
をエッチング処理することを特徴とするダイヤモンド薄
膜のECRプラズマエッチング方法。1. An electron cyclotron resonance (ECR) phenomenon caused by the magnetic field and an electric field generated by the microwave is introduced by introducing a reaction gas into a vacuum container to which a magnetic field is applied and introducing a microwave through a microwave introduction window. In the ECR plasma etching method for a diamond thin film, the reaction gas is turned into plasma by utilizing, and the ions in the generated plasma are irradiated to the sample substrate arranged in the vacuum container to etch the diamond thin film on the sample substrate. A divergent magnetic field is formed as the magnetic field applied in the vacuum container.
Then , a DC bias voltage is applied to the sample substrate and the sample substrate is cooled, and a mixed gas of oxygen gas and argon gas is used as a reaction gas, and the oxygen gas concentration range is 2 to 20 vo.
Using a mixed gas of 1%, the reaction gas pressure is 10 mTo
rr or less, microwave power areal density of 2.0 W / cm 2
The diamond thin film is subjected to etching treatment below, or a reaction gas is prepared by using an oxygen gas alone or a mixed gas of oxygen gas and argon gas having an oxygen gas concentration range of more than 20 vol%. An ECR plasma etching method for a diamond thin film, which comprises etching the diamond thin film at a pressure of 10 to 50 mTorr and a microwave power surface density of 5.0 W / cm 2 or less.
スは、電圧範囲が−10〜−500Vの直流電圧バイア
スであり、前記試料基板は、前記冷却が施されることに
より、その基板温度が100℃以下に保持されることを
特徴とする請求項1記載のダイヤモンド薄膜のECRプ
ラズマエッチング方法。2. The substrate via applied to the sample substrate.
Is a DC voltage via with a voltage range of -10 to -500V.
And the sample substrate is subjected to the cooling.
That the substrate temperature is kept below 100 ° C.
The ECR plasma etching method of the diamond thin film according to claim 1 .
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