(57)【要約】熱膨張係数の大きい被加工物をドライエッチングする際に、エッチング中に受ける熱変形や熱衝撃により被加工物の割れが解消されるエッチング装置及び方法の提供。凸型形状の表面を有する電極構造体を設けてなり、この凸型形状が、電極構造体の横断面と同心円の凸型形状であり、この凸型形状の高さが０．２〜１．０ｍｍである。このドライエッチング装置を用いて熱膨張係数が３０×１０−７／℃以上である材料からなる被加工物をエッチングする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸型形状の表面を有する電極構造体を備えていることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記凸型形状が、電極構造体の横断面と同心円の凸型形状であり、この凸型形状の高さが０．２〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１載のドライエッチング装置。
【請求項３】
真空チャンバー内の上部にプラズマ発生部及び下部に基板電極部を設け、誘電体材料で構成されたプラズマ発生部側壁の外側に第一の高周波電源に接続されたプラズマ発生用高周波アンテナコイルを設け、前記基板電極部には第二の高周波電源から高周波バイアス電力が印加される電極構造体を設け、この電極構造体に対向させて前記プラズマ発生部内に対向電極を設け、そして前記高周波アンテナコイルの外側に磁場コイルを設けてなるドライエッチング装置において、前記電極構造体が凸型形状の表面を有していることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項４】
前記凸型形状が、電極構造体の横断面と同心円の凸型形状であり、この凸型形状の高さが０．２〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項３載のドライエッチング装置。
【請求項５】
真空チャンバー内の上部にプラズマ発生部及び下部に基板電極部を設け、誘電体材料で構成されたプラズマ発生部側壁の外側に第一の高周波電源に接続されたプラズマ発生用高周波アンテナコイルを設け、前記基板電極部には第二の高周波電源から高周波バイアス電力が印加される電極構造体を設け、この電極構造体に対向させて前記プラズマ発生部内に対向電極を設け、前記高周波アンテナコイルの外側に磁場コイルを設け、そして前記アンテナコイルと第一の高周波電源との間の給電路の途中に分岐デバイスとして可変コンデンサーを設けて対向電極へ接続されるように構成されているドライエッチング装置において、前記電極構造体が凸型形状の表面を有していることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項６】
前記凸型形状が、電極構造体の横断面と同心円の凸型形状であり、この凸型形状の高さが０．２〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項５載のドライエッチング装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のドライエッチング装置を用いて、３０×１０−７／℃以上の熱膨張係数を有する材料からなる被加工物をドライエッチングすることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項８】
前記被加工物が、石英、水晶又はガラスからなるものであることを特徴とする請求項７記載のドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライエッチング装置及び方法に関し、特に凸型形状の表面を有する電極構造体を備えたドライエッチング装置及びこの装置を用いたドライエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、音叉型水晶振動子や厚みすべり型水晶振動子等の超小型水晶振動子、電極、光応用素子、表面弾性波素子(ＳＡＷデバイス)、マイクロセンサ、及びマイクロアクチュエータ等を作製する際に、水晶や石英やガラス等の高精度な加工技術が要求され始めており、ウエットで行われていた加工技術の限界に差し掛かっている。【０００３】
そのため、ドライエッチング加工を用いることが考えられるが、水晶や石英やガラス等のように熱膨張係数の大きい材料はドライエッチングの際の温度によって熱変形を伴いやすいという問題がある。場合によっては、熱変形や熱衝撃でエッチング中に被加工物が割れてしまうこともある。【０００４】
しかしながら、熱膨張係数の大きい被加工物をドライエッチングする際に、エッチング中に受ける熱変形や、熱衝撃による被加工物の割れを解消する満足すべき技術はいまだにないのが現状である。【０００５】
例えば、水晶振動子をフォトリソグラフィー技術と化学エッチング技術とにより製造する方法が知られている(例えば、特許文献１参照)が、必ずしも上記問題を解決できるものではない。【０００６】
【特許文献１】特開平５−３１５８８１号公報(特許請求の範囲)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、従来技術の問題点を解決することにあり、熱膨張係数の大きい被加工物をドライエッチングする際に、エッチング中に受ける熱変形や、熱衝撃による被加工物の割れを解消するドライエッチング装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のドライエッチング装置は、凸型形状の表面を有する電極構造体を備えていることを特徴とする。このような電極構造体を用いることにより、エッチング中に受ける熱変形や、熱衝撃による被加工物の割れを解消することができる。【０００９】
この凸型形状は、電極構造体の横断面と同心円の凸型形状であり、この凸型形状の高さは０．２〜１．０ｍｍであることを特徴とする。この凸型形状部底面からの高さが０．２ｍｍ未満であると、エッチング中に被加工物の中心領域と周辺領域との間で温度差が出てしまい、面内の温度分布が不均一となって被加工物の熱変形や割れの原因となる。また、凸型形状部底面からの高さが１．０ｍｍを超えると被加工物を電極構造体にチャッキングする際に割れてしまうことがある。【００１０】
本発明のドライエッチング装置はまた、真空チャンバー内の上部にプラズマ発生部及び下部に基板電極部を設け、誘電体材料で構成されたプラズマ発生部側壁の外側に第一の高周波電源に接続されたプラズマ発生用高周波アンテナコイルを設け、基板電極部には第二の高周波電源から高周波バイアス電力が印加される電極構造体を設け、この電極構造体に対向させてプラズマ発生部内に対向電極を設け、この対向電極は好ましくはプラズマ発生部側壁の上部フランジに絶縁体を介して密封固着され、電位的に浮遊状態として構成された浮遊電極であり、そして高周波アンテナコイルの外側に磁場コイルを設けてなるドライエッチング装置において、電極構造体が凸型形状の表面を有していることを特徴とする。この凸型形状は、電極構造体の横断面と同心円の凸型形状であり、この凸型形状の高さは０．２〜１．０ｍｍであることを特徴とする。この範囲を外れると、上記したような問題が生じる。【００１１】
本発明のドライエッチング装置はさらに、真空チャンバー内の上部にプラズマ発生部及び下部に基板電極部を設け、誘電体材料で構成されたプラズマ発生部側壁の外側に第一の高周波電源に接続されたプラズマ発生用高周波アンテナコイルを設け、基板電極部には第二の高周波電源から高周波バイアス電力が印加される電極構造体を設け、この電極構造体に対向させてプラズマ発生部内に対向電極を設け、この対向電極は好ましくはプラズマ発生部側壁の上部フランジに絶縁体を介して密封固着され、電位的に浮遊状態として構成された浮遊電極であり、高周波アンテナコイルの外側に磁場コイルを設け、そしてアンテナコイルと第一の高周波電源との間の給電路の途中に分岐デバイスとして可変コンデンサーを設けて対向電極へ接続されるように構成されているドライエッチング装置において、電極構造体が凸型形状の表面を有していることを特徴とする。この凸型形状は、電極構造体の横断面と同心円の凸型形状であり、この凸型形状の高さが０．２〜１．０ｍｍであることを特徴とする。この範囲を外れると、上記したような問題が生じる。【００１２】
本発明のドライエッチング方法は、上記したドライエッチング装置を用いて、３０×１０−７／℃以上の熱膨張係数を有する材料からなる被加工物をドライエッチングすることを特徴とする。かくして得られた加工物は、エッチング中に受ける熱変形や、熱衝撃による割れが観察されなかった。この被加工物は、石英、水晶又はガラス等からなるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ドライエッチング装置内に設ける電極構造体の表面形状を凸型形状とすることにより、熱膨張係数の大きい被加工物をドライエッチングする際に、エッチング中に受ける熱変形や、熱衝撃による被加工物の割れが解消されるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のドライエッチング装置に用いる電極構造体の側面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るドライエッチング装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の別の実施の形態に係るドライエッチング装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明のドライエッチング装置を用いて加工した基板の断面ＳＥＭ写真であって、(ａ)は基板の中心部分、(ｂ)は基板の端部分である。
【図５】従来のドライエッチング装置を用いて加工した基板の断面ＳＥＭ写真であって、(ａ)は基板の中心部分、(ｂ)は基板の端部分である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のドライエッチング装置は、熱膨張係数が３０×１０−７／℃以上である材料からなる被加工物を公知のプロセス条件下でドライエッチングするために使用される。この装置は、プラズマ源等の熱源に対して凸型形状の表面を有するものである。この凸型形状の表面とは所定の曲率を有する曲面を有するものである。本発明のドライエッチング装置は、この凸型形状の高さ、すなわち曲率中心からの高さが０．２〜１．０ｍｍである電極構造体を備えたものである。【００１６】
この電極構造体は、プラズマ熱等の熱で基板としての被加工物が反る方向になじむように設置されているので、エッチング中に被加工物に大きな応力がかからず、エッチング中の被加工物の変形や割れの問題が解決できると共に、被加工物面内の温度分布の均一性や、エッチング形状の均一性が向上し、高精度な大面積エッチングが可能となる。【００１７】
本発明のドライエッチング装置に設ける電極構造体は、図１にその断面を模式的に示すように、被加工物に対して凸型形状の表面を有する電極構造体１である。この電極構造体１は、その表面に、プラズマ熱源に対して同心円の凸型形状部１ａを有している。被加工物は、その中心をこの凸型形状部の中心に整合するように載置することが好ましい。この凸型形状部は、その頂部の高さ(すなわち、その中心点の高さ)が、上記したようにその底面から０．２〜１．０ｍｍになるように構成されており、また、メカクランプ等のチャッキング手段により被加工物を電極構造体に固定するための押さえ代(この押さえ代は、被加工物の大きさに依存するが、例えば１０ｃｍの大きさの被加工物で、好ましくは、５ｍｍ程度)が凸型形状部の底面の外周部外側に設けられていることが好ましい。【００１８】
上記のような凸型形状の表面を有する電極構造体ではなく、表面が平坦形状である従来の電極構造体を用いると、プラズマ熱などの熱源により、エッチング中の被加工物の変形や割れが生じ、被加工物面内の温度分布が不均一となり、また、エッチング形状が不均一となり、高精度なエッチングができない。【００１９】
本発明に係るドライエッチング装置によりエッチング加工される被加工物としては、熱膨張係数が３０×１０−７／℃以上である材料からなるものであればよい。例えば、石英、水晶(天然及び合成)、ガラス及びサファイア等が挙げられる。ガラスとしては、上記熱膨張係数を有するものであり、例えば、各種のソーダガラス、硼珪酸ガラス、カリガラス、ソーダカリガラス、リチウム珪酸ガラス、光学ガラス等を挙げることができる。【００２０】
上記被加工物の厚みは、６００μｍ以下であることが好ましい。６００μｍを超えると、エッチング中に割れる可能性が高く、厚みの下限は、市販されている範囲のものであれば充分所期の目的を達成できる。【００２１】
本発明のドライエッチング装置は、好ましくは、上記したように、真空チャンバー内の上部にプラズマ発生部及び下部に基板電極部を設け、誘電体材料で構成されたプラズマ発生部側壁の外側に第一の高周波電源に接続されたプラズマ発生用高周波アンテナコイルを設け、基板電極部には第二の高周波電源から高周波バイアス電力が印加される基板電極構造体を設け、この基板電極構造体に対向させてプラズマ発生部内に対向電極を設け、この対向電極は好ましくはプラズマ発生部側壁の上部フランジに絶縁体を介して密封固着され、電位的に浮遊状態として構成された浮遊電極であり、そして前記高周波アンテナコイルの外側に磁場コイルを設けてなるドライエッチング装置において、電極構造体が、その横断面と同心円の凸型形状の表面を有し、かつこの凸型形状の高さが０．２〜１．０ｍｍであるように構成されている。このように構成された電極構造体を備えたエッチング装置を用いることにより、上記したような利点を有するエッチングが可能となる。【００２２】
以下、上記した本発明のエッチング装置として、ＮＬＤエッチング装置を例にとり、図２及び３を参照して説明する。ＮＬＤエッチング装置及びその装置を用いるエッチング方法について説明するが、勿論、磁場コイルを設けないエッチング装置や、スパッタリング装置等であっても、上記したような表面が凸型形状である電極構造体を備えていれば良い。【００２３】
図２に、磁気中性線放電エッチング装置の概略の構成を模式的に示す。このエッチング装置は、真空チャンバー２１を有し、その上部は誘電体円筒状壁により形成されたプラズマ発生部２２であり、下部は基板電極部２３である。プラズマ発生部２２の壁(誘電体側壁)の外側に設けられた三つの磁場コイル２４、２５及び２６によって、プラズマ発生部２２内に環状磁気中性線２７が形成される。磁場コイル２４、２５及び２６と誘電体側壁の外側との間には、プラズマ発生用高周波アンテナコイル２８が配置され、この高周波アンテナコイル２８は、高周波電源２９に接続され、磁場コイルによって形成された磁気中性線２７に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するように構成されている。【００２４】
磁気中性線２７の作る面と平行して、下部の基板電極部２３内には、電極構造体３０が絶縁体部材３１を介して設けられている。この電極構造体３０は、その表面に凸型形状部３０ａを有しており、ブロッキングコンデンサー３２を介して高周波バイアス電力を印加する高周波電源３３に接続され、ブロッキングコンデンサー３２によって電位的に浮遊電極になっており、負のバイアス電位となる。また、プラズマ発生部２２の天板３４は誘電体側壁の上部フランジに密封固着され、対向電極を形成している。天板３４にはプラズマ発生部２２側の面に、真空チャンバー２１内ヘエツチングガスを導入するガス導入口を有するシャワープレートが設けられ、このガス導入口は、図示していないが、ガス供給路及びエッチングガスの流量を制御するガス流量制御装置を介してエッチングガス供給源に接続されている。基板電極部２３には排気口３５が設けられている。【００２５】
図３に本発明の別のＮＬＤエッチング装置を示す。図２と同じ構成要素には同じ参照番号を付する。図３に示すエッチング装置は、図２の場合と同様に、真空チャンバー２１を有し、その上部は誘電体円筒状壁により形成されたプラズマ発生部２２であり、下部は基板電極部２３である。プラズマ発生部２２の側壁(誘電体側壁)の外側に設けられた磁場コイル(図中には磁場コイル２４、２５及び２６が示されている)によって、プラズマ発生部２２内に環状磁気中性線２７が形成される。磁場コイル２４、２５及び２６と誘電体側壁の外側との間には、プラズマ発生用高周波アンテナコイル２８が配置され、この高周波アンテナコイル２８は、第一の高周波電源２９に接続され、磁場コイルによって形成された磁気中性線２７に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するように構成されている。【００２６】
磁気中性線２７の作る面と平行して、下部の基板電極部２３内には、上記した凸型形状部３０ａを表面に有する電極構造体３０が絶縁体部材３１を介して設けられている。この電極構造体３０は、ブロッキングコンデンサー３２を介して高周波バイアス電力を印加する第二の高周波電源３３に接続され、ブロッキングコンデンサー３２によって電位的に浮遊電極になっており、負のバイアス電位となる。また、プラズマ発生部２２の天板３４は、誘電体側壁の上部フランジに密封固着され、対向電極を形成している。天板３４には、プラズマ発生部２２側の面に、真空チャンバー２１内ヘエツチングガスを導入するガス導入口を有するシャワープレートが設けられ、このガス導入口は、図示していないが、ガス供給路及びエッチングガスの流量を制御するガス流量制御装置を介してエッチングガス供給源に接続されている。基板電極部２３には排気口３５が設けられている。【００２７】
図３に示すエッチング装置は、２周波放電方式である。このエッチング装置では、上記したようにして、電極構造体３０と対向する位置に設けた接地電極を誘電体により電位的に浮遊状態とした対向電極として構成し、この対向電極(天板３４)に対して弱い高周波バイアス電力が印加できるように構成されている。プラズマ発生用高周波電源２９から誘導放電を発生させる高周波アンテナコイル２８へ至る給電路の途中の任意の位置に分岐路を設け、この分岐路に設けた可変コンデンサー３６を介して誘導放電用高周波電力の一部を対向電極に分岐印加し、対向電極に自己バイアスを発生させるように構成されている。【００２８】
図３に示すエッチング装置では、可変コンデンサー３６を用い、対向電極３４に印加させる電圧を所定の範囲内に設定できるように、駆動装置により可変コンデンサーの容量を可変、設定する機構が設けられていてもよい。【００２９】
上記したように、対向電極として機能する天板３４に対して、容量値制御装置を組み込んだ可変コンデンサー３６を介して高周波電力を分岐印加するように構成されている。すなわち、高周波電源２９から分岐路を経て天板(対向電極)３４に印加される電圧を変化させ得るように機能する可変コンデンサー３６が設けられている。また、誘導放電用高周波アンテナコイル２８への印加電圧値が所定の値(例えば、１８００Ｖ)になるようにする機構が設けられていてもよい。【００３０】
上記のようにして構成されたエッチング装置は、簡単な構造を有し、かつ、安価であり、印加する高周波電場が互いに干渉するという問題もなく、高効率のプラズマを形成することができる。また、対向電極である天板に所望の高周波電圧を印加することができるので、アンテナコイル２８に接続された高周波電源２９の給電路を分岐して、高周波電力を分岐し、可変コンデンサー３６を通して、アンテナコイルの内側に設置されたファラディシールド(又は静電場シールド)用浮遊電極に、高周波電力の一部を分岐印加する方式の場合も、上記したように天板を浮遊電極とする方式の場合と同様に構成することができ、同様なエッチングを実行することができる。このファラディシールド用浮遊電極等は、高周波アンテナコイルの内側に設置することができる。【００３１】
上記ファラディシールドは、既知のファラディシールドであり、例えば、複数のスリットが平行に設けられ、このスリットの長手方向の中間にスリットと直交してアンテナコイルが設けられた金属板である。スリットの長手方向の両端には、短冊状金属板の電位を同じにする金属縁が設けられている。アンテナコイルの静電場は金属板によりシールドされるが、誘導磁場はシールドされない。この誘導磁場がプラズマ中に入り誘導電場を形成する。スリットの幅は、目的に応じて適宜設計でき、０．５〜１０ｍｍ程度のものが用いられるが、通常は、１〜２ｍｍのスリットで十分である。スリットの幅が広すぎると静電場の浸みこみが起こり、好ましくない。スリットの厚みは、〜２ｍｍ程度である。【００３２】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
【実施例１】
【００３３】
図１に示す凸型形状の電極構造体を備えた図２に示すＮＬＤエッチング装置を用いて、以下の工程からなるエッチングプロセスを行った。【００３４】
基板としての被加工物は、熱膨張係数７１×１０−７／℃を有する水晶であって、その厚みが５００μｍであるものを用いた。基板をメカクランプにより表面が凸型形状である電極構造体(この凸型形状の高さは０．５ｍｍであった)に、それぞれの中心を整合させるようにチャッキングして固定した後、電極構造体と基板との間にＨｅガスを所望の圧力(４００Ｐａ)まで充填した。【００３５】
プラズマ発生用高周波電源２９(１３．５６ＭＨｚ)の電力を１８００Ｗ(アンテナパワー)、基板バイアス高周波電源３３(１２．５６ＭＨｚ)の電力を４００Ｗ(バイアスパワー)の条件下で、エッチングガス(Ｃ４Ｆ８ガス)を導入し、０．６７Ｐａの圧力下、基板設定温度２０℃で所定の時間放電し、基板のエッチングを行った。【００３６】
エッチング中の基板の変形や割れは、上記したように基板裏面に接触しているＨｅガスの流量で簡易的にモニターした。本実施例では、上記エッチング中に基板の変形も割れも観測されなかった。【００３７】
また、かくして得られた基板のエッチング結果について、基板の断面ＳＥＭ写真を図４(ａ)及び(ｂ)に示す。図４(ａ)は基板の中心部分、また、図４(ｂ)は基板の端部分におけるエッチング形状を示す。この図４から明らかなように、凸型形状の表面を有する電極構造体を用いると、基板面内でばらつきのないエッチングを得ることが可能になった。【００３８】
さらに、エッチング中の基板面内の温度分布は均一であった。
(比較例１)【００３９】
実施例１記載のエッチングプロセスを繰り返した。但し、ドライエッチング装置として従来の表面が平坦の電極構造体を備えた装置を用いた。【００４０】
上記エッチングにおいて熱変形が発生し、基板が変形した。【００４１】
また、得られた基板のエッチング結果について、基板の断面ＳＥＭ写真を図５(ａ)及び(ｂ)に示す。図５(ａ)は基板の中心部分、また、図５(ｂ)は基板の端部分におけるエッチング形状を示す。この図５から明らかなように、表面が平坦形状の電極構造体を用いると、基板中心部分と端部分とではエッチング形状が異なり、面内でばらつきが発生していることが分かる。【００４２】
さらに、エッチング中の基板面内の温度分布は、基板中心部分が端部分よりも相当高温になり、面内温度分布は不均一であった。
(比較例２)【００４３】
基板として、熱膨張係数２０×１０−７／℃のガラスを用いた以外は実施例１記載のエッチングプロセスを繰り返した。エッチング中に、基板の熱変形が生じると共に、基板の割れが観測された。
【実施例２】
【００４４】
エッチングガスとして、Ｃ４Ｆ８ガスの代わりに、ＣＦ４ガスを用いて実施例１記載のエッチングプロセスを繰り返してエッチングを実施した。エッチング結果は、実施例１の場合と同様であった。
【実施例３】
【００４５】
基板として、熱膨張係数１３２×１０−７／℃の水晶を用いた以外は実施例１記載のエッチングプロセスを繰り返した。エッチング結果は、実施例１の場合と同様であった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明によれば、ドライエッチング装置内に設ける電極構造体の表面形状を凸型形状とすることにより、熱膨張係数の大きい被加工物をドライエッチングする際に、エッチング中に受ける熱変形や、熱衝撃により被加工物の割れが解消される。従って、本発明は、水晶や石英やガラス等のように熱膨張係数の大きい被加工物をドライエッチングして、例えば、音叉型水晶振動子や厚みすべり型水晶振動子等の超小型水晶振動子、電極、光応用素子、表面弾性波素子(ＳＡＷデバイス)、マイクロセンサ、及びマイクロアクチュエータ等を作製する技術分野において適用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2008029854.tif 000009
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