(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを導入してマイクロ波や高周波を用いて高密度プラズマを形成し、基板電極上に焦電性高誘電体材料の基板を載置して、基板を加工するエッチング装置において、表面上に加工すべき基板を受ける受け面凹部を形成し、基板受け面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部と、裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とを形成し、裏面凹部から基板受け面凹部に貫通する複数のガス流通路を形成したアルミニウムから成る基板トレーを有し、基板電極上に装着した際に基板を基板トレー上にクランプリングにより固定すると共に主として基板トレーの裏面側に冷却ガスを流すようにように構成したことを特徴とする焦電性高誘電体のエッチング装置。
【請求項２】
基板トレーの裏面凹部から周囲接触面部までの高さが５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の焦電性高誘電体のエッチング装置。
【請求項３】
真空チャンバ内にガスを導入してマイクロ波や高周波を用いて高密度プラズマを形成し、基板電極上に焦電性高誘電体材料の基板を載置して、基板を加工するエッチング方法において、表面上に加工すべき基板を受ける受け面凹部を形成し、基板トレーの表面における基板受け面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部と、裏面凹部を囲んで基板電極と接触する接触面部とを形成し、裏面凹部から基板受け面凹部に貫通する複数のガス流通路を形成したアルミニウムから成る基板トレーを用いて、基板電極上に加工すべき基板を装着し、冷却ガスを主として基板トレーの裏面側に沿って流すことを特徴とする焦電性高誘電体のエッチング方法。
【請求項４】
基板トレーに供給される冷却ガスの漏れ量を７ｓｃｃｍ以下に設定して処理中の基板温度を１００℃以下に維持することを特徴とする請求項３に記載の焦電性高誘電体のエッチング方法。
【請求項５】
基板トレー上に載置する基板を、基板に実質的な機械的応力を与えずしかも基板の処理中に発生する応力を逃がすことのできる程度のクランプ力で保持することを特徴とする請求項３に記載の焦電性高誘電体のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光導波路用の光変調器に利用され得るＬｉＮｂＯ３やＰＺＴ等の焦電性高誘電率材料をプラズマ中で加工するエッチング方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のエッチング装置においては、基板電極表面は耐食性を考慮して２０〜３０μｍの陽極酸化膜で被覆され、基板押さえ治具あるいはクランプ材料はアルミナで構成され、また基板押さえ治具あるいはクランプ裏面はアルミナ素地のままである。
【０００３】
ところで、従来のエッチング装置における基板保持機構の主たる目的は、熱伝導性を良くすることにあった。従って、高誘電率材料のように、プラズマ照射により表面電位と裏面電位の間に大きな隔たりがなく、高電圧（静電）破壊が生じないので、形状制御と均一エッチングが可能な基板電極構造であれば良かった。従来技術においては、例えば金属マスクを用いてＳｉＯ２をエッチングした場合、僅かにアンダーカットが発生することが見出される。ＳｉＯ２は電荷を持たないプラズマ中の活性種と反応することはなくイオン衝撃でエッチングが進行する。イオンと電子の表面への到達量の僅かな差によって発生した電荷によりマスク金属が帯電し誘電体内部と異なった電位が発生する。従って、入射イオンの軌道は表面の金属マスクに帯電した電荷の作用で曲げられ、その結果アンダーカットが発生すると解釈できる。
【０００４】
誘電率の低い誘電体ではこのように僅かなアンダーカットが生じるだけで基板割れの問題は発生しない。しかし、誘電率の高い誘電体では帯電する電荷量が多く静電破壊にまで達することが数多くの実験で確認された。これまでの実験では、密度１０１１ｃｍ−３のＡｒ＋Ｃ４Ｆ８プラズマを用いてＬｉＮｂＯ３をエッチングしたとき５分間は基板の割れが発生しなかったものの１０分では割れが発生した。この基板の割れは主として温度むら及びチャージアップが要因であることが判った。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記のような従来装置に伴う問題点である温度むら及びチャージアップを解消して基板の割れを発生しないようにしたエッチング方法及び装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の発明によれば、真空チャンバ内にガスを導入してマイクロ波や高周波を用いて高密度プラズマを形成し、基板電極上に焦電性高誘電体材料の基板を載置して、基板を加工するエッチング装置において、表面上に加工すべき基板を受ける受け面凹部を形成し、基板受け面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部と、裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とを形成し、裏面凹部から基板受け面凹部に貫通する複数のガス流通路を形成したアルミニウムから成る基板トレーを有し、基板電極上に装着した際に基板を基板トレー上にクランプリングにより固定すると共に主として基板トレーの裏面側に冷却ガスを流すことができるようにように構成したことを特徴としている。
【０００７】
基板トレーの裏面凹部から周囲接触面部までの高さは５〜１００μｍ、好ましくは、１０〜５０μｍに設定され得る。
【０００８】
このように構成した本発明によるエッチング装置では、高誘電体基板の装着された基板トレーの裏面及び表面に一様に冷却ガスを流すことができるように構成されているので、基板に対して温度むらの生じるのが防止でき、それによりチャージアップも防止されるようになる。
【０００９】
また、本発明の第２の発明によれば、真空チャンバ内にガスを導入してマイクロ波や高周波を用いて高密度プラズマを形成し、基板電極上に焦電性高誘電体材料の基板を載置して、基板を加工するエッチング方法において、表面上に加工すべき基板を受ける受け面凹部を形成し、基板トレーの表面における基板受け面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部と、裏面凹部を囲んで基板電極と接触する接触面部とを形成し、裏面凹部から基板受け面凹部に貫通する複数のガス流通路を形成したアルミニウムから成る基板トレーを用いて、基板電極上に加工すべき基板を装着し、冷却ガスを主として基板トレーの裏面側に流すことを特徴としている。
【００１０】
このように構成した本発明によるエッチング方法では、高誘電体基板のエッチング時に基板を支持している基板トレーの裏側に主として冷却ガスを流すようにしているので、良好な冷却効率を得ることができるようになる。
【００１１】
本発明の方法においては、基板トレーに供給される冷却ガスの漏れ量は７ｓｃｃｍ以下に設定され処理中の基板温度を１００℃以下に維持するようにされ得る。
【００１２】
また、基板トレー上に載置する基板は好ましくは、基板に実質的な機械的応力を与えずしかも基板の処理中に発生する応力を逃がすことのできる程度のクランプ力で保持され得る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１には、高誘電体基板をエッチングする際に用いる本発明の一実施の形態によるエッチング装置の要部を示す。図１において、１は基板電極であり、アルミニウムで構成され、図示していない真空チャンバー内に配置されている。基板電極１上には基板トレー２が載置される。この基板トレー２の表面上には、ＬｉＮｂＯ３やＰＺＴ等の焦電性高誘電率材料の基板３を受ける受け面凹部２ａが形成され、この受け面凹部２ａは基板３の形状及び外寸に合わせて構成され、そして受け面凹部２ａの表面は高平坦度及び高平滑度となるようにし、絶縁物である基板との接触面積をできるだけ広く確保するようにしている。また、基板トレー２の裏面には、基板受け面凹部２ａに対応した部分に裏面凹部２ｂが形成され、この裏面凹部２ｂは基板電極１に接触する周囲接触面部２ｃで画定されている。周囲接触面部２ｃは高平坦度及び高面精度に形成されている。さらに、基板トレー２には、その裏面凹部２ｂから基板受け面凹部２ａに貫通する複数のガス流路２ｄが形成されている。基板トレー２の裏面側における裏面凹部２ｂの底面と周囲接触面部２ｃとの間の段差は、Ｈｅガスによる良好な冷却効率を得る観点から５〜１００μｍ、好ましくは、１０〜５０μｍに設定され得る。
【００１４】
基板電極１には図示したようにＨｅガスの通路１ａが設けられ、この通路１ａの外端は真空チャンバー外に設けられた流量調節用のマスフローメーター４を介してＨｅガス供給源５が接続されている。通路１ａの内端は基板トレー２の裏面凹部２ｂに連通するようにされ、それにより、Ｈｅガス供給源５からマスフローメーター４及び基板電極１の通路１ａを介して基板トレー２の裏面及び表面にＨｅガスが供給できるようにされている。
【００１５】
また、基板電極１上には、基板トレー２を位置決めするためのガイドリング６が配置されている。このガイドリング６によって位置決めされた基板トレー２に載置された基板３はクランプリング７によって本実施の形態では３点で支持されている。この場合、基板３に対する押圧力は、基板に過大な機械的応力を与えずしかも基板の処理中に発生する応力を逃がすことのできる程度に設定されるべきである。クランプリング７の構成材料としてはアルミナのような高誘電体材料は一般に金属酸化物であり、エッチング速度が低く、エッチング耐性が強いので、アルミナが最も適している。
【００１６】
このように構成した図示装置の動作について説明する。
図示していないローディング室に用意された基板トレーに載置された基板は、基板電極１上に搬入され、ガイドリング６によって位置決めされ、基板トレー２の裏面側における周囲接触面部２ｃを基板電極１の表面に密着させて保持される。Ｈｅガス供給源５からマスフローメーター４及び基板電極１の通路１ａを介して基板トレー２の裏面及び表面にＨｅガスが１７３０Ｐａまで導入され、基板トレー２を所望の冷却温度に設定する。この場合、好ましくはＨｅガス供給源５からマスフローメーター４及び基板電極１の通路１ａを介して導入されたＨｅガスは主として基板トレー２の裏側すなわち基板電極１と基板トレー２の周囲接触面部２ｃとの間に沿って流れる（漏れる）ようにされ、基板トレー２の表面側すなわち基板トレー２の表面と基板３との間には滞留するが実質的に流れない（漏れない）ようにされる。
【００１７】
基板トレー２におけるＨｅガスの漏れ量について以下の条件で測定した結果を図３に示す。
Ｈｅガス供給源５からマスフローメーター４及び基板電極１の通路１ａを介して基板トレー２に導入されるＨｅガスの圧力を１７３０Ｐａとし、プラズマ放電なしでＬｉＮｂＯ３基板を基板トレー２に載置して測定した。
【００１８】
次に、ＡｒとＣ４Ｆ８の混合ガスを真空チャンバー（図示していない）に１００ｓｃｃｍ導入し、真空チャンバー内の圧力を０．３３Ｐａにし、プラズマ形成用誘導コイル（図示していない）に高周波数電力を６００Ｗ、基板電極２に高周波バイアス電力を３５０Ｗ印加しエッチングを行った。その結果、３０分間のエッチング時間において基板トレー２におけるＨｅガスの漏れ量は７ｓｃｃｍ以下に保持され、それにより基板３の温度はほぼ１００℃以下に維持され、エッチング中の熱流入による温度上昇を抑えることができ、それによる熱応力も抑制でき、基板割れを発生せず３０分のエッチングが可能であった。
【００１９】
図２には、本発明の別の実施の形態によるエッチング装置の要部を示す。図１と対応する部分は同じ符号で示す。
図２に示す構造では、基板トレー２の裏面側の周辺部に段部を設ける代りに、厚さ４０μｍの環状緩衝材８が貼られている。その他の構造は図１に示す実施の形態の場合と実質的に同じである。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によるエッチング装置においては、表面上に加工すべき基板を受ける受け面凹部を形成し、基板受け面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部と、裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とを形成し、裏面凹部から基板受け面凹部に貫通する複数のガス流通路を形成したアルミニウムから成る基板トレーを有し、基板電極上に装着した際に基板を基板トレー上にクランプリングにより固定すると共に主として基板トレーの裏面側に冷却ガスを流すようにように構成したことにより、処理中基板はほぼ一様な温度に維持され、温度むら及びそれによるチャージアップが抑制でき、基板割れを起こさずに高誘電体加工が可能になるという効果を奏する。
【００２１】
また、本発明によるエッチング方法においては、表面上に加工すべき基板を受ける受け面凹部を形成し、基板トレーの表面における基板受け面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部と、裏面凹部を囲んで基板電極と接触する接触面部とを形成し、裏面凹部から基板受け面凹部に貫通する複数のガス流通路を形成したアルミニウムから成る基板トレーを用いて、基板電極上に加工すべき基板を装着し、冷却ガスを主として基板トレーの裏面側に沿って流すことにより、基板に対する良好な冷却効率が得られ、その結果、処理中基板をほぼ一様な温度に維持することができ、温度むら及びそれによるチャージアップが抑制でき、基板割れを起こさずに高誘電体加工が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるエッチング装置の要部を示す概略断面図。
【図２】本発明の別の実施の形態におけるエッチング装置の要部を示す概略断面図。
【図３】基板トレーにおけるＨｅガスの漏れ量の測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１  ：基板電極
１ａ：ガスの通路
２  ：基板トレー
２ａ：受け面凹部
２ｂ：裏面凹部
２ｃ：周囲接触面部
２ｄ：ガス流路
３  ：焦電性高誘電率材料の基板
４  ：マスフローメーター
５  ：Ｈｅガス供給源
６  ：ガイドリング
７  ：クランプリング
【図１】
0003640385.tif 000002
【図２】
0003640385.tif 000003
【図３】
0003640385.tif 000004