JP2006069857A

JP2006069857A - Plasma etching method and apparatus and resultant article

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Publication number: JP2006069857A
Application number: JP2004256589A
Authority: JP
Inventors: Seiji Sagawa; 誠二寒川; Yasuhiro Fujimura; 康浩藤村
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2006-03-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase etching speed in the work of a glass substrate by the plasma etching method. <P>SOLUTION: The glass substrate 6 on which a photoresist pattern is formed is placed on a substrate holder 4 by making the photoresist pattern-formed surface face upward. After a chamber 2 is evacuated, an etching gas for forming plasma is supplied at a prescribed flow rate. A high frequency power source of 13.56 MHz for forming the plasma is supplied to the chamber 2 from a radio frequency (RF) power source 12 for plasma etching through an antenna coil 8. The high frequency power source is pulse-modulated, for example to become 100-250 μs on-time and ≤10 μs off-time, through a pulse circuit 14 by a function generator 16 to be supplied. A bias voltage is applied to the glass substrate 6 from a bias power source 18. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ドライエッチング方法に閲し、特に高周波電界を用いて生成したプラズマを用いて基板表面のエッチングを行う方法と装置、並びにそれにより得られる物品、例えばマイクロレンズのような光学部品などの物品に関するものである。 The present invention relates to a dry etching method, in particular, a method and apparatus for etching a substrate surface using plasma generated using a high-frequency electric field, and an article obtained thereby, such as an optical component such as a microlens. It relates to goods.

光学部品の小型型化と高精度化が進んでいる。ガラスで形成した微細３次元形状を有する光学部品は樹脂成型等のものに比べて光学特性も耐環境性能も優れているため、にわかに注目を集めている。 Optical parts are becoming smaller and more accurate. An optical component having a fine three-dimensional shape formed of glass has attracted attention because it has superior optical characteristics and environmental resistance compared to resin molding and the like.

微細３次元形状の作成方法においてはドライエッチング法が広く用いられている。ドライエッチング法では、ベースとなるガラス基板上にレジスト等を用いて微細３次元形状を形成し、その微細３次元形状をプラズマを用いた異方性ドライエッチングにより基板に転写する。 A dry etching method is widely used as a method for creating a fine three-dimensional shape. In the dry etching method, a fine three-dimensional shape is formed on a base glass substrate using a resist or the like, and the fine three-dimensional shape is transferred to the substrate by anisotropic dry etching using plasma.

異方性ドライエッチングとして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、誘導結合プラズマエッチング（ＩＣＰ）、電子サイクロトロン共鳴プラズマエッチング（ＥＣＲ）及び磁気中性線放電プラズマエッチング（ＮＬＤ）が広く用いられている。 As anisotropic dry etching, reactive ion etching (RIE), inductively coupled plasma etching (ICP), electron cyclotron resonance plasma etching (ECR), and magnetic neutral discharge plasma etching (NLD) are widely used.

プラズマエッチングは半導体装置の製造プロセスで多用されている。半導体装置の製造プロセスでは、プラズマの持つ高エネルギーや電荷蓄積によりダメージが生じるという問題点がある。そこで、そのような高密度プラズマを用いる加工方法の問題点を解決するために、本発明者の一人である寒川によりパルス変調プラズマ技法が発案された。パルス変調プラズマ技法では、プラズマ生成用の高周波電界をそれより長い周期のμｓ（マイクロ秒）オーダーでパルス変調することにより、プラズマ中の電子温度を低下させる。 Plasma etching is frequently used in the manufacturing process of semiconductor devices. In the manufacturing process of a semiconductor device, there is a problem that damage is caused by high energy and charge accumulation of plasma. Therefore, in order to solve the problems of the processing method using such high-density plasma, a pulse-modulated plasma technique has been proposed by Samukawa, one of the inventors. In the pulse modulation plasma technique, the high-frequency electric field for plasma generation is pulse-modulated on the order of μs (microseconds) with a longer period, thereby lowering the electron temperature in the plasma.

半導体装置の製造プロセスに適用したパルス変調プラズマ技法の一例では、塩素プラズマ又はフロロカーボンプラズマを１０ｋＨｚ以上の周波数でパルス変調することにより、正イオンや中性粒子の密度を維持しながら電子温度を低下させ、シリコン基板へのダメージを低減するとともに、正負両イオンでエッチングすることで電荷蓄積を制御する（特許文献１参照。）。その方法によれば、塩素を用いたアルミ電極のエッチング又はフロロカーボンを用いたコンタクトホールのエッチングを行う際に、その基板表面に蓄積される電荷が減少し、ゲート酸化膜の劣化によるデバイス動作不良を抑制することができる。 In an example of a pulse modulation plasma technique applied to a semiconductor device manufacturing process, chlorine plasma or fluorocarbon plasma is pulse-modulated at a frequency of 10 kHz or more to lower the electron temperature while maintaining the density of positive ions and neutral particles. In addition to reducing damage to the silicon substrate, the charge accumulation is controlled by etching with both positive and negative ions (see Patent Document 1). According to this method, when an aluminum electrode is etched using chlorine or a contact hole is etched using fluorocarbon, the charge accumulated on the surface of the substrate is reduced, and the device malfunctions due to the deterioration of the gate oxide film. Can be suppressed.

半導体装置の製造プロセスに適用したパルス変調プラズマ技法の他の例では、塩素プラズマを１０〜１００μｓの周期でパルス変調してオフ時間中に多量の負イオンを生成させるとともに、６００ｋＨｚ以下の基板バイアス電圧を印加することにより、被エッチング基板に負イオンを導入してエッチングする（特許文献２，３参照。）。この方法によれば、磁場がある高密度プラズマ中でプラズマ密度分布を均一化でき、更に、電荷蓄積によるダメージがより少ないエッチングを実現できる。 In another example of a pulse modulation plasma technique applied to a semiconductor device manufacturing process, a chlorine plasma is pulse-modulated with a period of 10 to 100 μs to generate a large amount of negative ions during an off time, and a substrate bias voltage of 600 kHz or less. Is applied to etch the substrate to be etched by introducing negative ions (see Patent Documents 2 and 3). According to this method, it is possible to make the plasma density distribution uniform in a high-density plasma with a magnetic field, and to realize etching with less damage due to charge accumulation.

これまでのパルス変調プラズマ技法の適用は半導体装置の製造プロセスが中心であり、その目的が高エネルギーや電荷蓄積によるダメージを軽減することに置かれているため、パルス変調の条件もそのような目的に最適なものに設定されている。そのため、プラズマ生成用の高周波電界を短時間でオン・オフするためにパルス周波数は１０ｋＨｚ以上に設定されることが多い。これはパルス周波数が低いとパルス変調のパワーオン時間が長くなって連続放電に近い状態となるため、電子温度の低下や、負のイオン発生による電荷蓄積ダメージの低減等の効果が得られにくくなるからである。また、変調用パルスのデューティについても、同様の理由からオン時間よりもオフ時間の方を長くするように設定されることが多い。
特許第２９５７４０３号公報特許第２８４５１６３号公報特開平１０−２８４２９７号公報 The application of pulse-modulated plasma technology so far has been centered on the manufacturing process of semiconductor devices, and its purpose is to reduce damage due to high energy and charge accumulation, so the conditions of pulse modulation are also such a purpose. It is set to the most suitable one. Therefore, the pulse frequency is often set to 10 kHz or more in order to turn on and off the high-frequency electric field for plasma generation in a short time. This is because when the pulse frequency is low, the power-on time of the pulse modulation becomes long and it becomes a state similar to continuous discharge, so it is difficult to obtain effects such as a reduction in electron temperature and reduction of charge accumulation damage due to generation of negative ions. Because. Also, the duty of the modulation pulse is often set to make the off time longer than the on time for the same reason.
Japanese Patent No. 2957403 Japanese Patent No. 2845163 JP-A-10-284297

光学機器の分野では、近年のユニットの小型化により、ユニット内部に用いられる光学部品の小型化が進んでいる。また、厳しいコストダウン要求に応えるため、高精度な３次元形状部品を短時間で加工できる技術が求められている。
微細３次元形状の作成方法においてドライエッチング法が広く用いられており、そこではベースとなるガラス基板上にレジスト等を用いて微細３次元形状を形成し、それを、プラズマを用いた異方性ドライエッチングにより、基板に転写する技法が用いられている。 In the field of optical equipment, downsizing of optical components used in the unit is progressing due to downsizing of the unit in recent years. In addition, in order to meet strict cost reduction requirements, there is a demand for a technology that can process a highly accurate three-dimensional shaped part in a short time.
A dry etching method is widely used in a method for creating a fine three-dimensional shape, in which a fine three-dimensional shape is formed on a base glass substrate by using a resist or the like, and this is converted into an anisotropy using plasma. A technique of transferring to a substrate by dry etching is used.

光学部品を初め、表面に微細３次元形状を備えた物品をドライエッチング法により、短時間で高精度に加工するためには、ガラス基板のエッチング速度を高める条件を模索する必要がある。その際、半導体装置では電気的特性に関する劣化が重要な課題であるが、光学部品等を作成するのにプラズマエッチング方法を用いたとしても、そのようなダメージが問題になることはない。
本発明は、ガラス基板をプラズマエッチング方法により加工する際に、エッチング速度を高めることを目的とするものである。 In order to process an optical component and other articles having a fine three-dimensional shape on the surface by a dry etching method with high accuracy in a short time, it is necessary to search for conditions for increasing the etching rate of the glass substrate. At that time, deterioration in electrical characteristics is an important issue in a semiconductor device. However, even if a plasma etching method is used to produce an optical component or the like, such damage does not become a problem.
An object of the present invention is to increase an etching rate when a glass substrate is processed by a plasma etching method.

本発明は、高周波電界により励起されたプラズマを基板に照射して基板のエッチングを行うプラズマエッチング方法であるが、その際、エッチングされる基板は半導体基板ではなく、酸化ケイ素を含むガラス基板である点、及びダメージの軽減よりエッチング速度を高めるためにプラズマ生成用の高周波電界を１０ｋＨｚ以下の周波数でパルス変調する点に特徴をもっている。 The present invention is a plasma etching method for etching a substrate by irradiating the substrate with plasma excited by a high-frequency electric field. At this time, the substrate to be etched is not a semiconductor substrate but a glass substrate containing silicon oxide. This is characterized in that the high frequency electric field for plasma generation is pulse-modulated at a frequency of 10 kHz or less in order to increase the etching rate rather than reducing damage.

エッチングの対象とするガラス基板は酸化ケイ素を含むガラス基板であり、例えば耐熱ガラスや光学ガラスなどである。耐熱ガラスとしてはパイリックス（登録商標）、テンパックス（登録商標）、ネオセラム（登録商標）及び石英ガラスなどを挙げることができる。また、光学ガラスとしてはＳ−ＴＩＭ３５やＢＫ７を挙げることができる。 The glass substrate to be etched is a glass substrate containing silicon oxide, such as heat resistant glass or optical glass. Examples of the heat-resistant glass include Pyrix (registered trademark), Tempax (registered trademark), Neoceram (registered trademark), and quartz glass. Moreover, S-TIM35 and BK7 can be mentioned as optical glass.

本発明における加工方法は、具体的には、プラズマが照射されるガラス基板の表面には３次元形状をもつマスク材を形成し、そのマスク材及びガラス基板をプラズマでエッチングすることによりガラス基板にマスク材の３次元形状を転写するプラズマエッチング方法である。 Specifically, the processing method in the present invention forms a mask material having a three-dimensional shape on the surface of a glass substrate irradiated with plasma, and etches the mask material and the glass substrate with plasma to form the glass substrate. This is a plasma etching method for transferring a three-dimensional shape of a mask material.

本発明のプラズマエッチングが対象にするプラズマの種類は特に限定されるものではなく、反応性イオンエッチング、誘導結合プラズマ、電子サイクロトロン共鳴プラズマ又は磁気中性線放電プラズマのいずれであってもよい。本発明はいずれの方法により生成したプラズマに対しても適用することができる。 The kind of plasma targeted by the plasma etching of the present invention is not particularly limited, and may be any of reactive ion etching, inductively coupled plasma, electron cyclotron resonance plasma, or magnetic neutral discharge plasma. The present invention can be applied to plasma generated by any method.

プラズマ生成用の高周波電界の周波数は特に限定されるものではないが、例えば２.５６ＧＨｚ又は１３.５６ＭＨｚを使用する。そして、パルス変調用の周波数はそれより数桁低い１０ｋＨｚ以下に設定する。このような低周波でのパルス変調は連続放電に近い状態であるため、従来から半導体装置の製造プロセスで適用されているようなパルス変調の条件での電子温度の低下や負のイオン発生により基板へのダメージを軽減するという効果は期待できない。しかし、パルス変調により短時間のオフ時間を設けることにより、エッチングガスの１次解離が起きてイオン化したプラズマ種の再解離を抑制することが可能となり、結果としてプラズマ中のイオン密度が増大する。ガラスのエッチング反応はイオンが基板に入射することによって進行するイオンアシスト反応が中心であるため、イオン密度の増大がエッチング速度の増大につながる。そのようなオフ時間は、エッチングガスの種類や圧力により変動はするが、例えば２０μｓ以下、より好ましくは１０μｓ以下である。 The frequency of the high-frequency electric field for generating plasma is not particularly limited, but for example 2.56 GHz or 13.56 MHz is used. The frequency for pulse modulation is set to 10 kHz or less, which is several orders of magnitude lower than that. Since such low-frequency pulse modulation is close to continuous discharge, the substrate is caused by a decrease in electron temperature or generation of negative ions under pulse modulation conditions that are conventionally applied in semiconductor device manufacturing processes. The effect of reducing the damage to can not be expected. However, by providing a short off time by pulse modulation, it is possible to suppress the re-dissociation of ionized plasma species due to the primary dissociation of the etching gas, resulting in an increase in ion density in the plasma. Since the glass etching reaction is centered on an ion assist reaction that proceeds when ions enter the substrate, an increase in ion density leads to an increase in etching rate. Such off time varies depending on the type and pressure of the etching gas, but is, for example, 20 μs or less, more preferably 10 μs or less.

パルス変調では、電界がオンになって電子密度が定常状態に達するまでに２０〜３０μｓを必要とする。そのため、プラズマを安定させるためには変調用パルスのオン時間を５０μｓ以上とするのが好ましく、より好ましくは１００〜２５０μｓとする。 In pulse modulation, 20-30 μs is required until the electric field is turned on and the electron density reaches a steady state. Therefore, in order to stabilize the plasma, it is preferable that the on time of the modulation pulse is 50 μs or more, and more preferably 100 to 250 μs.

イオン密度をより増大させるためには、エッチングガスとしては高次解離反応の起き得るガス、例えばフロロカーボンガスや六フッ化硫黄など３原子以上で構成される化合物からなるガスが好ましい。
さらに基板側にバイアス電圧を印加するのが好ましい。そのバイアス電圧の周波数としては、例えば３ＭＨｚ以下が適当である。 In order to further increase the ion density, the etching gas is preferably a gas capable of causing a higher-order dissociation reaction, for example, a gas composed of a compound composed of three or more atoms such as fluorocarbon gas and sulfur hexafluoride.
Further, it is preferable to apply a bias voltage to the substrate side. For example, 3 MHz or less is appropriate as the frequency of the bias voltage.

本発明のプラズマエッチング装置は、エッチングガスが導入されるプラズマ生成室、プラズマ生成室内のエッチングガスを高周波電界により励起してプラズマを生成させる励起装置、及びプラズマ生成室内で被エッチング基板を支持する基板ホルダを備えたものであるが、特に被エッチング基板として酸化ケイ素を含むガラス基板をエッチングするものであり、励起装置はプラズマを生成させる高周波電界を１０ｋＨｚ以下の周波数でパルス変調するパルス回路を備えていることを特徴としている。 The plasma etching apparatus of the present invention includes a plasma generation chamber into which an etching gas is introduced, an excitation apparatus that generates plasma by exciting an etching gas in the plasma generation chamber with a high-frequency electric field, and a substrate that supports a substrate to be etched in the plasma generation chamber Although it is provided with a holder, it is particularly for etching a glass substrate containing silicon oxide as a substrate to be etched, and the excitation device has a pulse circuit for pulse-modulating a high-frequency electric field for generating plasma at a frequency of 10 kHz or less. It is characterized by being.

本発明はまた、酸化ケイ素を含むガラス基板の表面に３次元形状をもつ物品も含み、その３次元形状はガラス基板表面に形成されたマスク材の形状が本発明のプラズマエッチング方法によりそのガラス基板に転写されたものである。 The present invention also includes an article having a three-dimensional shape on the surface of a glass substrate containing silicon oxide, the shape of the mask material formed on the surface of the glass substrate being adjusted by the plasma etching method of the present invention. It has been transcribed.

本発明のプラズマエッチング方法は、プラズマ生成用の高周波電界を１０ｋＨｚ以下の周波数でパルス変調してガラス基板をエッチングするので、微細３次元形状を高精度に転写できるとともに、エッチング速度を増大させて加工速度の上昇が実現できる。 In the plasma etching method of the present invention, a glass substrate is etched by pulse-modulating a high-frequency electric field for plasma generation at a frequency of 10 kHz or less, so that a fine three-dimensional shape can be transferred with high accuracy and processed at an increased etching rate. An increase in speed can be realized.

変調用パルスのオン時間を５０μｓ以上とすればプラズマを安定させるのに好都合であり、また変調用パルスのオフ時間を２０μｓ以下とすればプラズマの再解離反応を抑制してプラズマ中のイオン密度を上げるのに好都合であり、エッチング反応にイオンの衝突エネルギーが必要となるガラス基板のエッチング速度をより向上させることができる。このようなパルス変調の条件は、負イオン入射による電荷蓄積緩和の効果は期待できないが、光学部品などのようにこれらのダメージの影響が少ない製品の加工速度上昇に大きな効果を発揮することができる。 If the on time of the modulation pulse is 50 μs or more, it is convenient to stabilize the plasma, and if the off time of the modulation pulse is 20 μs or less, the re-dissociation reaction of the plasma is suppressed and the ion density in the plasma is reduced. It is convenient to increase the etching rate of the glass substrate, which requires ion collision energy for the etching reaction. Such pulse modulation conditions cannot be expected to reduce the effect of charge accumulation due to negative ion incidence, but can greatly enhance the processing speed of products such as optical parts that are less affected by these damages. .

さらに基板側にバイアス電圧を印加すれば、正・負イオンがバイアス電圧に追従して加速されて基板に半周期ずつ交互に入射することになる。これにより、正イオンばかりでなく加速されて入射した負イオンによってもエッチングが進むので、エッチング速度をより向上させることができる。そのバイアス電圧の周波数があまり高くなるとイオンが追従できなくなるので、３ＭＨｚ以下が適当であり、より好ましくは６００ｋＨｚ以下である。
エッチングガスとして３原子以上で構成される化合物からなるガスを使用した場合は、連続放電のときはプラズマ種の再解離がより起きやすくなるが、本発明ではパルス変調により短時間のオフ時間を設けることによりプラズマ種の再解離を抑制することが可能となる。そのため、本発明はエッチングガスとして３原子以上で構成される化合物からなるガスを使用した場合により効果的に作用する。 Furthermore, if a bias voltage is applied to the substrate side, positive and negative ions are accelerated following the bias voltage and incident on the substrate alternately every half cycle. Accordingly, etching proceeds not only by positive ions but also by negative ions that are accelerated and incident, so that the etching rate can be further improved. If the frequency of the bias voltage becomes too high, ions cannot follow, so 3 MHz or less is appropriate, and more preferably 600 kHz or less.
When a gas composed of a compound composed of 3 atoms or more is used as an etching gas, re-dissociation of plasma species is more likely to occur during continuous discharge, but in the present invention, a short off time is provided by pulse modulation. As a result, re-dissociation of the plasma species can be suppressed. Therefore, the present invention works more effectively when a gas composed of a compound composed of 3 atoms or more is used as an etching gas.

図１は一実施例の誘導結合型プラズマエッチング装置を概略的に表わしたものであり、図２はその装置におけるプラズマ生成用の励起装置をブロック図として表わしたものである。
チャンバ２はプラズマ生成室を兼ねており、その内部には基板ホルダ４が設けられ、その上にエッチングしようとするガラス基板６が載置される。図示は省略されているが、チャンバ２には内部を真空排気するための排気機構と、プラズマを生成するエッチングガスを導入するためのガス導入部が接続されている。チャンバ２には基板搬送室（図示略）が隣接して接続されている。 FIG. 1 schematically shows an inductively coupled plasma etching apparatus according to an embodiment, and FIG. 2 shows a block diagram of an excitation device for plasma generation in the apparatus.
The chamber 2 also serves as a plasma generation chamber, in which a substrate holder 4 is provided, and a glass substrate 6 to be etched is placed thereon. Although not shown, the chamber 2 is connected to an exhaust mechanism for evacuating the interior and a gas introduction unit for introducing an etching gas for generating plasma. A substrate transfer chamber (not shown) is connected to the chamber 2 adjacently.

チャンバ２の外部側方を取り囲んで、チャンバ２内でプラズマを発生させるためのアンテナコイル８が配置されている。チャンバ２の主要な部分はステンレスなどの金属製であるが、アンテナコイル８と対向する部分にはアンテナコイル８で発生したマイクロ波を透過させることのできる石英ガラス又はセラミックス製の誘電体窓が設けられている。 An antenna coil 8 is disposed to surround the outside of the chamber 2 and generate plasma in the chamber 2. The main part of the chamber 2 is made of a metal such as stainless steel, but a dielectric window made of quartz glass or ceramics capable of transmitting the microwave generated by the antenna coil 8 is provided in a part facing the antenna coil 8. It has been.

アンテナコイル８にはマッチングボックス１０を介してプラズマを生成させるための高周波（ＲＦ）電源１２が接続されている。ＲＦ電源１２はプラズマ生成用の１３.５６ＭＨｚの周波数をもつ高周波電圧を供給することができる。ＲＦ電源１２から供給される高周波電圧をパルス変調するために、ＲＦ電源１２にはパルス回路１４が接続され、パルス周波数とそのオン時間及びオフ時間を設定するためのファンクションジェネレータ１６がパルス回路１４に接続されている。 A radio frequency (RF) power source 12 for generating plasma is connected to the antenna coil 8 via a matching box 10. The RF power source 12 can supply a high frequency voltage having a frequency of 13.56 MHz for plasma generation. In order to pulse-modulate the high-frequency voltage supplied from the RF power source 12, a pulse circuit 14 is connected to the RF power source 12, and a function generator 16 for setting the pulse frequency and its on time and off time is provided in the pulse circuit 14. It is connected.

基板ホルダ４は金属製であり、基板ホルダ４にはバイアス電源１８が接続されている。バイアス電源１８により基板ホルダ４を介してガラス基板６には６００ＫＨｚ〜１３.５６ＭＨｚのバイアス電圧が印加されるようになっている。 The substrate holder 4 is made of metal, and a bias power source 18 is connected to the substrate holder 4. A bias voltage of 600 KHz to 13.56 MHz is applied to the glass substrate 6 through the substrate holder 4 by the bias power source 18.

ガラス基板６のエッチングに先立ち、ガラス基板６の表面にはホトレジストにより微細３次元形状のパターンが写真製版により形成される。プラズマエッチングはそのホトレジストパターンをマスクとして、ホトレジストとガラス基板６をともにエッチングし、ホトレジストパターンをガラス基板６に転写する工程である。 Prior to the etching of the glass substrate 6, a fine three-dimensional pattern is formed on the surface of the glass substrate 6 by photolithography using a photoresist. Plasma etching is a process in which both the photoresist and the glass substrate 6 are etched using the photoresist pattern as a mask, and the photoresist pattern is transferred to the glass substrate 6.

この誘導結合型プラズマエッチング装置においてガラス基板６にプラズマエッチングを施すときは、ホトレジストパターンが形成されたガラス基板６を、ホトレジストパターン形成面を上にして基板ホルダ４上に載置する。そして、チャンバ２内を真空排気した後、プラズマを生成するためのエッチングガスを所定の流量で供給する。プラズマエッチングのためにＲＦ電源１２からプラズマ生成用の１３.５６ＭＨｚの高周波電源がアンテナコイル８からチャンバ２内に供給される。このとき、その高周波電源の供給は、ファンクションジェネレータ１６からパルス回路１４を介して、例えばオン時間１００〜２５０μｓ、オフ時間１０μｓ以下となるようにパルス変調される。また、バイアス電源１８によりガラス基板６にはバイアス電圧が印加される。 When plasma etching is performed on the glass substrate 6 in this inductively coupled plasma etching apparatus, the glass substrate 6 on which the photoresist pattern is formed is placed on the substrate holder 4 with the photoresist pattern forming surface facing up. Then, after the chamber 2 is evacuated, an etching gas for generating plasma is supplied at a predetermined flow rate. For plasma etching, a high frequency power of 13.56 MHz for plasma generation is supplied from the antenna coil 8 into the chamber 2 from the RF power source 12. At this time, the supply of the high-frequency power is pulse-modulated from the function generator 16 via the pulse circuit 14 such that the on time is 100 to 250 μs and the off time is 10 μs or less. A bias voltage is applied to the glass substrate 6 by the bias power source 18.

この誘導結合型プラズマエッチング装置において、ガラス基板６として石英ガラスをエッチングした。そのときのエッチング条件は、エッチングガスとしてＣＦ₄を１００ｓｃｃｍで供給し、圧力を５ｍＴｏｒｒとし、バイアス電圧として周波数６００ＫＨｚで電力１００Ｗで印加し、アンテナコイルから供給する１３.５６ＭＨｚのプラズマ生成用高周波電源の電力を５００Ｗとし、そのパルス変調のオン時間を３０μｓ、５０μｓ、７０μｓ、１２５μｓ及び５００μｓに設定して、それぞれでパルス変調のオフ時間を変化させた。そのときのエッチングレートを図３に示す。 In this inductively coupled plasma etching apparatus, quartz glass was etched as the glass substrate 6. The etching conditions at that time are CF ₄ supplied as an etching gas at 100 sccm, the pressure is set to 5 mTorr, the bias voltage is applied at a frequency of 600 KHz and the power is 100 W, and the 13.56 MHz plasma generating high-frequency power source supplied from the antenna coil is used. The power was set to 500 W, and the pulse modulation on time was set to 30 μs, 50 μs, 70 μs, 125 μs, and 500 μs, and the pulse modulation off time was changed in each case. The etching rate at that time is shown in FIG.

図３で、直線で示されるのは従来の連続放電プラズマによるエッチングレートである。オフ時間が１０μｓ以下であれば、測定したすべてのオン時間について連続放電プラズマよりも大きなエッチングレートを示している。オン時間が１２５μｓの場合は、オフ時間が３０μｓぐらいまでは連続放電プラズマよりもエッチングレートが大きくなっている。オン時間が５００μｓの場合は、オフ時間が５０μｓでも連続放電プラズマよりもなおエッチングレートが大きくなっている。このように、短いオフ時間を設けることにより連続放電プラズマよりもエッチングレートが大きくなるのは、連続放電プラズマの場合にＣＦ₄ガスがプラズマとなったときに発生するＣＦ₃イオンが再解離してＣＦ₂ラジカルになることによりプラズマ中のイオン密度が減少する現象が、短時間のオフ期間を設けることによって抑制することができるためであると考えられる。 In FIG. 3, the straight line indicates the etching rate by the conventional continuous discharge plasma. If the off time is 10 μs or less, the etching rate is higher than that of continuous discharge plasma for all the measured on times. When the on time is 125 μs, the etching rate is higher than that of the continuous discharge plasma until the off time is about 30 μs. When the on time is 500 μs, the etching rate is still higher than that of the continuous discharge plasma even when the off time is 50 μs. As described above, the etching rate becomes higher than that of the continuous discharge plasma by providing a short off time. The CF ₃ ions generated when the CF ₄ gas becomes plasma in the case of the continuous discharge plasma are re-dissociated. This is considered to be because the phenomenon that the ion density in the plasma decreases due to the CF ₂ radical can be suppressed by providing a short off period.

図４にオフ時間と電子の挙動を示す。（Ａ）はエッチングガスが塩素の場合、（Ｂ）はエッチングガスがアルゴンの場合で、横軸の時間は高周波電界をオフにした時点を基準０としてプラス側にオフ時間を表わしており、左側縦軸は電子密度ｎｅ、右側縦軸は電子温度Ｔｅである。プラズマ励起のための高周波電界がオフになると電子密度と電子温度が低下していく。一方、図５はオフ時間（横軸）と負イオン密度（縦軸）の関係を示しており、高周波電界がオフになると負イオンが増加していく。図４と図５の結果から、高周波電界がオフになると、そのオフ時間が短時間であれば、プラズマ密度は下がらず、電子温度が低下することがわかる。 FIG. 4 shows the off time and the behavior of electrons. (A) shows the case where the etching gas is chlorine, (B) shows the case where the etching gas is argon, and the time on the horizontal axis represents the off time on the plus side with reference to 0 when the high frequency electric field is turned off. The vertical axis represents the electron density ne, and the right vertical axis represents the electron temperature Te. When the high-frequency electric field for plasma excitation is turned off, the electron density and the electron temperature decrease. On the other hand, FIG. 5 shows the relationship between the off time (horizontal axis) and the negative ion density (vertical axis), and negative ions increase when the high-frequency electric field is turned off. From the results of FIGS. 4 and 5, it can be seen that when the high-frequency electric field is turned off, if the off time is short, the plasma density is not lowered and the electron temperature is lowered.

図６はパルス変調のオン時間とエッチングレートの関係を示したものである。エッチング条件は、エッチングガスとしてＣＦ₄を１００ｓｃｃｍで供給し、圧力を５ｍＴｏｒｒとし、バイアス電圧として周波数６００ＫＨｚで電力１００Ｗで印加し、アンテナコイルから供給する１３.５６ＭＨｚのプラズマ生成用高周波電源の電力を異ならせた。アンテナコイルに供給するプラズマ生成用高周波電源の電力は、（Ａ）では５００Ｗ、（Ｂ）では１０００Ｗ、（Ｃ）では１２５０Ｗとした。ガラス基板として石英ガラスをエッチングし、パルス変調のオフ時間は５μｓで固定した。直線で示されるのは連続放電プラズマの場合である。 FIG. 6 shows the relationship between the pulse modulation ON time and the etching rate. The etching conditions are as follows: CF ₄ is supplied as an etching gas at 100 sccm, the pressure is 5 mTorr, the bias voltage is applied at a frequency of 600 KHz and the power is 100 W, and the power of the 13.56 MHz plasma generating high frequency power source supplied from the antenna coil is different. Let The power of the plasma generating high frequency power source supplied to the antenna coil was 500 W in (A), 1000 W in (B), and 1250 W in (C). Quartz glass was etched as a glass substrate, and the pulse modulation off time was fixed at 5 μs. The straight line shows the case of continuous discharge plasma.

オン時間が２０μｓ以下というように短い場合はプラズマが安定せず、連続放電プラズマに対してエッチングレートでの寄与はないか、あったとしても少ない。
オン時間が１００〜２５０μｓの範囲で連続放電プラズマの場合よりもエッチングレートが大きくなっている。これは、その範囲のオン時間でプラズマ密度が高くなるためであると考えられる。 When the on-time is as short as 20 μs or less, the plasma is not stable, and there is little, if any, contribution to the continuous discharge plasma by the etching rate.
The etching rate is higher than the case of continuous discharge plasma when the on-time is in the range of 100 to 250 μs. This is presumably because the plasma density increases with the on-time within that range.

オン時間がさらに長くなって、２５０μｓを超えてくると、エッチングレートは連続放電プラズマの場合よりも大きいとはいうものの、その寄与は小さくなってくる。これはオン時間が長くなるにつれて連続放電プラズマに近づき、ＣＦ₃イオンの再解離が生じてくるためであると考えられる。 When the ON time is further increased and exceeds 250 μs, the etching rate is larger than that in the case of continuous discharge plasma, but the contribution becomes small. This is thought to be because the CF ₃ ions re-dissociate as the ON time becomes longer, approaching the continuous discharge plasma.

好ましい条件の一例であるオン時間／オフ時間＝１００μｓ／５μｓでは、パルス変調の周波数は約９.５ＫＨｚ、デューティ比は約９５％である。このように、本発明では、１０ＫＨｚ以下の低い周波数でパルス変調し、デューティ比が９０％を超えるといった、オン時間を長く、オフ時間を短くするといったパルス変調の条件設定が好ましいことがわかる。 In an example of preferable conditions, on time / off time = 100 μs / 5 μs, the frequency of pulse modulation is about 9.5 KHz, and the duty ratio is about 95%. As described above, in the present invention, it is understood that the pulse modulation condition setting such that the on-time is long and the off-time is short such that the pulse modulation is performed at a low frequency of 10 KHz or less and the duty ratio exceeds 90% is preferable.

本発明のプラズマエッチング方法は、ガラス基板をエッチングしてマイクロレンズアレイのような光学素子などを製造するのに利用することができる。 The plasma etching method of the present invention can be used to manufacture an optical element such as a microlens array by etching a glass substrate.

一実施例のプラズマエッチング装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the plasma etching apparatus of one Example. 同実施例におけるプラズマ駆動装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the plasma drive device in the Example. パルスオフ時間と石英ガラスエッチング速度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between pulse-off time and quartz glass etching rate. パルスオフ時間と電子の挙動を示す図であり、（Ａ）は塩素プラズマの場合、（Ｂ）はアルゴンプラズマの場合である。It is a figure which shows the pulse-off time and the behavior of an electron, (A) is the case of chlorine plasma, (B) is the case of argon plasma. パルスオフ時間とマイナスイオン密度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between pulse-off time and a negative ion density. パルスオン時間と石英ガラスエッチング速度の関係を示す図である。（Ａ）〜（Ｃ）はプラズマ励起電力とバイアス電力を異ならせた場合である。It is a figure which shows the relationship between pulse-on time and a quartz glass etching rate. (A)-(C) are the cases where the plasma excitation power and the bias power are different.

符号の説明Explanation of symbols

２チャンバ
４基板ホルダ
６ガラス基板
８アンテナコイル
１８バイアス電源
１０マッチングボックス
１２ＲＦ電源
１４パルス回路
１６ファンクションジェネレータ
2 Chamber 4 Substrate holder 6 Glass substrate 8 Antenna coil 18 Bias power supply 10 Matching box 12 RF power supply 14 Pulse circuit 16 Function generator

Claims

高周波電界により励起されたプラズマを基板に照射して基板のエッチングを行うプラズマエッチング方法において、
エッチングされる前記基板は酸化ケイ素を含むガラス基板であり、
プラズマ生成用の前記高周波電界が１０ｋＨｚ以下の周波数でパルス変調されていることを特徴とするプラズマエッチング方法。 In a plasma etching method of etching a substrate by irradiating the substrate with plasma excited by a high frequency electric field,
The substrate to be etched is a glass substrate comprising silicon oxide;
A plasma etching method, wherein the high-frequency electric field for plasma generation is pulse-modulated at a frequency of 10 kHz or less.

プラズマが照射される前記基板の表面には３次元形状をもつマスク材を形成し、そのマスク材及び前記基板を前記プラズマでエッチングすることにより基板にマスク材の３次元形状を転写する請求項１に記載のプラズマエッチング方法。 A mask material having a three-dimensional shape is formed on the surface of the substrate to which plasma is irradiated, and the mask material and the substrate are etched with the plasma to transfer the three-dimensional shape of the mask material to the substrate. The plasma etching method as described in 2.

前記パルス変調のオン時間が５０μｓ以上である請求項１又は２に記載のプラズマエッチング方法。 The plasma etching method according to claim 1, wherein an ON time of the pulse modulation is 50 μs or more.

前記パルス変調のオフ時間が２０μｓ以下である請求項１から３のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。 4. The plasma etching method according to claim 1, wherein an off time of the pulse modulation is 20 μs or less.

エッチングガスは３原子以上で構成される化合物からなるガスである請求項１から４のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。 The plasma etching method according to claim 1, wherein the etching gas is a gas composed of a compound composed of 3 atoms or more.

前記基板側にバイアス電圧を印加する請求項１から５のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。 6. The plasma etching method according to claim 1, wherein a bias voltage is applied to the substrate side.

エッチングガスが導入されるプラズマ生成室、前記プラズマ生成室内のエッチングガスを高周波電界により励起してプラズマを生成させる励起装置、及び前記プラズマ生成室内で被エッチング基板を支持する基板ホルダを備えたプラズマエッチング装置において、
該プラズマエッチング装置は被エッチング基板として酸化ケイ素を含むガラス基板をエッチングするものであり、
前記励起装置はプラズマを生成させる高周波電界を１０ｋＨｚ以下の周波数でパルス変調するパルス回路を備えていることを特徴とするプラズマエッチング装置。 Plasma etching comprising a plasma generation chamber into which an etching gas is introduced, an excitation device for generating plasma by exciting the etching gas in the plasma generation chamber by a high-frequency electric field, and a substrate holder for supporting a substrate to be etched in the plasma generation chamber In the device
The plasma etching apparatus is for etching a glass substrate containing silicon oxide as a substrate to be etched,
The excitation apparatus includes a pulse circuit that performs pulse modulation of a high-frequency electric field for generating plasma at a frequency of 10 kHz or less.

前記基板ホルダには周波数が３ＭＨｚ以下のバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加装置が接続されている請求項７に記載のプラズマエッチング装置。 8. The plasma etching apparatus according to claim 7, wherein a bias voltage applying device for applying a bias voltage having a frequency of 3 MHz or less is connected to the substrate holder.

酸化ケイ素を含むガラス基板の表面に３次元形状をもつ物品であり、前記３次元形状は前記ガラス基板表面に形成されたマスク材の形状が請求項１から６のいずれかのプラズマエッチング方法によりそのガラス基板に転写されたものであることを特徴とする３次元形状物品。
An article having a three-dimensional shape on the surface of a glass substrate containing silicon oxide, wherein the shape of the mask material formed on the surface of the glass substrate is determined by the plasma etching method according to any one of claims 1 to 6. A three-dimensional article characterized by being transferred to a glass substrate.