(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、基板電極上に載置した基板を加工するエッチング装置において、
基板載置面を含む導電性トレーと、基板押え治具と、金属製の環状箔とから成り、導電性トレー上に載置された基板と基板押え治具との間に金属製の環状箔が挿入されていることを特徴とするエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬｉＮｂＯ３やＰＺＴ等の高誘電率材料をプラズマ中で加工するエッチング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ていた。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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような従来装置に伴う問題点を解決して、基板の割れを発生しないように基板表面電位と裏面電位との差を僅少に保つことのできる基板保持機構を備えたエッチング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、本発明によれば、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、基板電極上に載置した基板を加工するエッチング装置において、
基板載置面を含む導電性トレーと、基板押え治具と、金属製の環状箔とから成り、導電性トレー上に載置された基板と基板押え治具との間に金属製の環状箔が挿入されていることを特徴としている。
【０００７】
基板載置面の面精度は好ましくは、１μｍ以下に鏡面仕上げされ、平坦度が１０μｍ以下となるようにされ得る。
【０００９】
また、好ましくは、プラズマはパルス放電により形成され、基板バイアス用高周波電源として１０ＭＨｚ以上の高周波電源が使用され得る。
【００１０】
このように構成した本発明によるエッチング装置では、高誘電体基板のエッチング時に高誘電体表面に発生する電位とその裏面の電位との差を僅少にするために、基板載置面と基板表面に接する基板押さえ治具あるいはクランプ裏面を導体で構成しているので、基板割れを発生させずに数ミクロン以上の深さまで高誘電体のエッチングが可能となる。
【００１１】
また、パルス放電を用いると表面の帯電現象が減少するということが一般に知られており、これを利用して、基板押さえ治具あるいはクランプ裏面に導体膜を用いても帯電現象を抑えることが難しい基板に対しては、プラズマをパルス的に発生させ、基板表面における帯電をパルス休止中に補正する方法を用いることができる。この場合、基板バイアス周波数はできる限り高い方が望ましい。すなわち帯電現象は正負の荷電粒子の僅かな差によって発生する。１３．５６ＭＨｚのバイアス周波数を用いたとき、電子は（１／２）πの位相で数ナノ秒間基板に入射し、イオンは速度が遅く１３．５６ＭＨｚの周波数に追従できず定常的に基板表面に到達する。つまり、電子流入はパルス的に起こり、イオン流入は定常的に起こっている。この電子電流とイオン電流が均衡を保ち、基板電位はエッチング中ある値をとる。周波数が低いと、電子が補給される間隔、つまり（１／２）πから次の周期の（１／２）πまでの間隔が長くなり、その間イオン電流が流れつづけることになる。高誘電体のエッチングではこの間隔が短いほうが望ましい。
【００１２】
【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及び図２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おける基板保持機構を示す。図１及び図２において、１は基板ホルダであり、その上に金属製の基板載置電極２が取付けられている。金属製の基板載置電極２は上面中央に、基板３を載置するための隆起した基板載置領域２ａを備えている。この基板載置領域２ａの表面は１μｍ以下の鏡面仕上げにし、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。すなわち、基板載置領域２ａの表面は１μｍ以下の鏡面仕上げにより平滑度１μｍ以下、平坦度１０μｍ以下となるようにされる。
【００１３】
基板ホルダ１の側面、基板載置電極２の側面及び基板載置領域２ａを囲む基板載置電極２の周囲部分２ｂの表面には、アルミナのような誘電体材料層４で覆われている。
【００１４】
また５は基板保持機構のクランプ部材で、基板載置電極２の表面に対して垂直方向に上下に移動できるようにされている。クランプ部材５はアルミナのような誘電体材料から成り、その裏面には導体膜６が無電解めっき法、蒸着法又はスパッタリング法等により形成されている。
【００１５】
ところで、クランプ部材５は金属で形成すれば、その裏面に導体膜６を形成する必要はないが、装置の運転中にプラズマ照射によりクランプ部材５の表面もスパッタされ、基板押さえ治具又はクランプ部材６の材料が加工中の高誘電体表面に付着し、金属汚染を引き起こす恐れがある。従って、クランプ部材５の材料として金属を使用すると、金属のエッチング速度が大きいため、汚染と共に耐久性の問題も発生する。
【００１６】
これに対して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、金属よりもエッチング速度は低い。従って、クランプ部材５の材料としてはエッチング耐性の強いアルミナが最も適している。しかし、塩素系のガスを用いる場合には石英を使用することもできる。
【００１７】
クランプ部材５の裏面に導体膜を蒸着、スパッタ、無電解メッキ等で形成する代りに、薄い金属箔を接着してもよい。導体膜又は金属箔６の材料としては耐食性のあるＮｉ等が好ましいが、ＣｕやＡｌ等も使用することができる。
【００１８】
また、基板３上のマスクパターンは金属で構成されるのが望ましく、基板上のどの位置でもクランプ部材５の裏面の導体膜６と接する周辺部に繋がっていることが望ましい。
【００１９】
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ある基板を図示していない搬送ロボットにより、鏡面仕上げされた基板載置電極２の基板載置領域２ａ上に搬送し、基クランプ部材５により基板３を基板載置電極２の基板載置領域２ａ上に密着させて保持する。図示していないヘリウム冷却機構により基板３の裏面側にヘリウムを１５Ｔｏｒｒまで導入した。基板載置電極２の温度は図示していない冷媒を用いた冷却機構により−１０℃に設定した。
【００２０】
次に、ＡｒとＣ４Ｆ８の混合ガスを真空チャンバ（図示していない）に１００ｓｃｃｍ導入し、プラズマ形成用誘電コイル（図示していない）に１３．５６ＭＨｚの高周波数電力を１４００Ｗ、基板載置電極２に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を３５０Ｗ印加しエッチングを行った。この結果、従来の基板保持機構を用いたとき１０分以内で基板割れが発生していたが、まったく割れが発生せず３０分のエッチングが可能であった。
【００２１】
図３及び図４には、基板保持機構としてトレーを用いたときの本発明の実施の形態を示す。図３及び図４において、１１は基板ホルダで、その上に基板載置電極を構成する金属製のトレー１２が取付けられる。金属製のトレー１２の表面は粗さ１μｍ以下の精度で鏡面仕上げされている。図示例では、金属製のトレー１２は厚さ２ｍｍであり、周囲縁部には幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの環状縁部１２ａが形成されている。この環状縁部１２ａの内側領域には、環状縁部１２ａの内径にほぼ等しい外径と、処理すべき誘電体基板１３の外径より４ｍｍ小さい内径とをもつ厚さ０．１ｍｍ以下のＣｕ製の環状箔１４が設けられ、処理すべき誘電体基板１３を受けたときに、環状箔１４の内周縁部が２ｍｍ基板１３の外周縁部に重なるようにされている。また１５は基板１３に対する環状の基板押え冶具で、この環状の基板押え冶具１５はＡｌ２Ｏ３から成り、厚さ１．５ｍｍをもち、金属製のトレー１２の環状縁部１２ａの内側に収まり、その内径は処理すべき誘電体基板１３の外径より６ｍｍ小さく、基板１３の外周縁部に対する押え代が３ｍｍとなるように構成される。また、環状の基板押え冶具１５は、その内周縁部の下側に段部１５ａを備え、この段部１５ａの径方向奥行きは３．５ｍｍに構成されている。さらに、１６はクランプ部材であり、動作時に環状のの基板押え冶具１５を上面から押えるように構成されている。
【００２２】
また、図示していないが、基板１３をガス冷却できる基板冷却機構が基板ホルダ１１に組込まれている。基板１３はトレー１２に載置されたまま搬送される。
【００２３】
図３及び図４には環状箔１４としてはＣｕ箔を使用しているが、当然他の金属箔を使用しても良い。また、図３における各部の寸法は単に例示のためのものであり、この寸法に限定されるものではない。
【００２４】
図５及び図６には本発明の実施の形態の変形例を示す。この場合には、基板載置部を凸状構造としている金属製のトレー２１が使用され、金属製のトレー２１の基板載置領域２１ａの表面は１μｍ以下の鏡面仕上げにより平滑度１μｍ以下、平坦度１０μｍ以下となるようにされる。また２２はアルミナなどの誘電体材料から成る基板押え治具であり、その裏面は蒸着、スパッタ、無電解メッキ等の方法により金属膜２３が形成されている。図１及び図２に示す構造と同様に基板載置部を凸状構造とすることにより、図３及び図４に示すような凹状構造よりも面精度が得られ易いという利点がある。また、図３及び図４の場合と同様に、図示していないが基板２３を直接ガス冷却できる機構が設けられる。
【００２５】
図３、図４、図５及び図６に示すトレーを用いることによって、万が一割れた場合、破片が真空チャンバ内に残存しないで次の基板を用いることができる可能性が高くなる。すなわち図１及び図２に示す方式では、万が一基板が割れた場合、真空を破り破片を取り出さなければならない。この作業に通常２〜３時間要することになるが、図３、図４、図５及び図６に示すトレー方式では万が一割れたとしてもこの時間を節約できる可能性がある。
【００２６】
次に、パルス放電を用いたエッチングの例について説明する。
１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用いて１００ｋＨｚのパルスモジュレーション法によりパルス放電を行った。デュティー比１００％（放電休止時間０）から２０％間隔で変化させたところ６０％以下では基板割れがなく、３０分のエッチングを行うことができた。しかし、エッチ速度が低下したので所望の深さまで加工することはできなかった。このことより、所望の深さに加工するまで基板割れが発生しない条件を求めることはできてはいないが、より詳細に調べればその条件が求まるものと思われる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、基板載置部を鏡面加工し基板と載置部との接触面積を大きくすると共に、基板押え治具又はクランプの裏面に金属膜（箔）を形成して、プラズマ照射（エッチング）中に高誘電体表面と裏面間に発生する電位差を僅少にするように構成しているので、電圧破壊により基板割れを起こさずに数ミクロンから１０ミクロン以上の高誘電体加工が可能になるという効果を奏する。
【００２８】
基板押え治具あるいはクランプの裏面に導体膜（箔）を用いても帯電現象を抑えることが難しい基板に対しては、プラズマをパルス的に発生させ、基板表面における帯電をパルス休止中に補正する方法を用いることにより、より広範囲な高誘電体材料へ適用できる可能性が得られる。このことは来るべき、光通信分野のデバイス加工に明るい見通しをつける意味で大きな意義があり、その応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における基板保持機構の要部を示す概略分解図。
【図２】図1に示す基板保持機構による基板保持状態を示す概略図。
【図３】本発明の別の実施の形態における基板保持機構の要部を示す概略分解図。
【図４】図３に示す基板保持機構による基板保持状態を示す概略図。
【図５】図３に示す基板保持機構の変形例を示す概略分解図。
【図６】図５に示す基板保持機構による基板保持状態を示す概略図。
【符号の説明】
１：基板ホルダ
２：金属製の基板載置電極
２ａ：基板載置領域
３：基板
４：誘電体材料層
５：クランプ部材
６：導体膜
１１：基板ホルダ
１２：金属製のトレー
１２ａ：環状縁部
１３：処理すべき誘電体基板
１４：環状箔
１５：環状の基板押え冶具
１５ａ：段部
１６：クランプ部材
２１：金属製のトレー
２１ａ：基板載置領域
２２：基板押え治具
２３：基板
【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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【図６】
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