JP2002294470A

JP2002294470A - エッチング方法

Info

Publication number: JP2002294470A
Application number: JP2001103046A
Authority: JP
Inventors: Minehiro Sotozaki; 峰広外崎; Koji Kitagawa; 浩司北川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2002-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】エッチング処理を短時間で行い、エッチング
技術を利用して製造される製品を短時間で製造可能な可
能なエッチング方法を提供する。【解決手段】基板Ｋ２に−１０ｋＶ以上−２ｋＶ以下
の範囲内の負のパルス状電圧を印加した状態において、
カウフマン型イオンソースによりエッチングイオン（酸
素イオン）を含むプラズマを発生させ、プラズマ中のエ
ッチングイオンにより、基板Ｋ２の表面に形成されたｔ
ａ−Ｃ薄膜にマスク２２を用いて選択的にエッチング処
理を施す。基板Ｋに対する負のパルス状電圧の印加によ
り、プラズマ密度が高まると共にエッチングイオンがｔ
ａ−Ｃ薄膜に対して導かれ易くなるため、エッチング速
度が増加し、ｔａ−Ｃ薄膜パターン２１Ｐが短時間で形
成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば金属または
絶縁物よりなる薄膜または基板（被処理体）にエッチン
グ処理を施すエッチング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、多方面の分野において、各種のエ
ッチング処理が利用されている。従来のエッチング手法
としては、例えば、数百ｅＶ〜数ｋｅＶのエネルギーに
加速されたイオン（例えばアルゴンイオン（Ａｒ⁺）
等）によりエッチング処理を行うイオンビームエッチン
グおよびプラズマ中に発生したプラズマイオンによりエ
ッチング処理を行うプラズマイオンエッチングなどの物
理的な作用を利用した物理ドライエッチングや、化学反
応などの化学的な作用を利用した化学ドライエッチング
などが挙げられる。物理ドライエッチングのうち、イオ
ンビームエッチングは、例えば、エッチング速度の制御
に優れ、エッチング処理が異方的に進行する面で利点を
有する一方、エッチング速度が比較的遅い面で欠点を抱
えている。一方、化学ドライエッチングは、ウエットエ
ッチングと同様に選択性に優れ、エッチング対象物（基
板等）の損傷が少なく、エッチング速度が比較的速い面
で利点を有する一方、処理可能な材質が限定され、エッ
チング処理が等方的に進行する面で欠点を抱えている。
なお、エッチング手法としては、上記した物理エッチン
グや化学エッチングの他、物理的作用および化学的作用
の双方の作用を併せ持つ物理化学エッチングも知られて
いる。この物理化学エッチングによれば、物理エッチン
グの利点（エッチング処理の異方的進行等）および化学
エッチングの利点（良好な選択比および迅速なエッチン
グ速度等）の双方を確保することが可能となる。

【０００３】図１３は、物理化学エッチングを利用した
従来のエッチング装置の構成の一例を模式的に表したも
のである。このエッチング装置は、例えばリアクティブ
イオンエッチング（ＲＩＥ；Reactive Ion Etching）処
理を行うものであり、主に、真空チャンバ１０１，電極
板１０２，コンデンサ１０３，ＲＦ（Radio Frequency
）電源１０４を含んで構成されている。このエッチン
グ装置では、例えば、電極板１０３上にエッチング対象
物（基板Ｋ１）が載置された状態において、真空チャン
バ１０内が所定の真空状態となるまで減圧されたのち、
真空チャンバ１０内にエッチングガスが導入される。そ
して、ＲＦ電源１０４により電極板１０２にＲＦ電圧が
印加されると、真空チャンバ１０１内にプラズマが発生
する。このとき、プラズマのエネルギーを利用してエッ
チングガス分子が電離または解離することにより、イオ
ンまたはラジカルが発生する。これらのイオンまたはラ
ジカルは、電極板１０２に対する電圧印加の作用により
加速され、基板Ｋ１に衝突し、これにより基板Ｋ１が比
較的短時間でエッチングされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た各種エッチング手法が利用されているにも関わらず、
その処理速度は未だ十分とは言えないという問題があっ
た。このため、エッチング技術を利用する工業分野等に
おいて、近年の各種製品等の量産傾向に応じて、より短
時間でエッチング処理を行うことが可能なエッチング技
術の開発が切望されている。特に、エッチング技術を利
用して各種製品等を製造する際には、例えば、エッチン
グ処理に要する時間が製品の製造時間に大きく影響する
ため、製品の製造時間を短縮するためにエッチング処理
に要する時間を短縮することが急務である。

【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、エッチング処理を短時間で行
い、エッチング技術を利用して製造される製品を短時間
で製造可能なエッチング方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の観点に係
るエッチング方法は、被処理体にエッチング処理を施す
方法であり、被処理体に−１０ｋＶ以上−２ｋＶ以下の
範囲内の負のパルス状電圧を印加した状態において、イ
オンを含むプラズマを発生させ、このプラズマ中のイオ
ンにより被処理体にエッチング処理を施すようにしたも
のである。

【０００７】本発明の第２の観点に係るエッチング方法
は、光透過性を有する被処理体にエッチング処理を施す
ことにより、被処理体に１または２以上の窪みを形成す
る方法であり、被処理体上に、エッチング処理が施され
るエッチング領域に対応する開口部を有するマスクを形
成したのち、被処理体に−１０ｋＶ以上−２ｋＶ以下の
範囲内の負のパルス状電圧を印加した状態において、イ
オンを含むプラズマを発生させ、開口部を有するマスク
を用いてプラズマ中のイオンにより被処理体にエッチン
グ処理を選択的に施すことにより、被処理体に１または
２以上の窪みを形成するようにしたものである。

【０００８】本発明の第１の観点に係るエッチング方法
では、被処理体に−１０ｋＶ以上−２ｋＶ以下の範囲内
の負のパルス状電圧が印加された状態において、イオン
を含むプラズマが発生し、このプラズマ中のイオンによ
り被処理体にエッチング処理が施される。これにより、
エッチング速度が増加するため、エッチング処理が短時
間で行われる。

【０００９】本発明の第２の観点に係るエッチング方法
では、光透過性を有する被処理体上に、エッチング処理
が施されるエッチング領域に対応する開口部を有するマ
スクが形成されたのち、被処理体に−１０ｋＶ以上−２
ｋＶ以下の範囲内の負のパルス状電圧が印加された状態
において、イオンを含むプラズマが発生し、開口部を有
するマスクを用いてプラズマ中のイオンにより被処理体
にエッチング処理が選択的に施されることにより、被処
理体に１または２以上の窪みが形成される。これによ
り、エッチング速度が増加し、エッチング処理を短時間
で行うことが可能となるため、被処理体に１または２以
上の窪みを形成することにより製造可能な、例えば光学
分野で有用な回折格子等を短時間で製造することが可能
となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１１】［第１の実施の形態］まず、図１を参照し
て、本発明の第１の実施の形態に係るエッチング方法に
用いられるエッチング装置の構成の一例について説明す
る。このエッチング装置は、例えば、基板の表面に形成
された薄膜に対してエッチング処理を施すことにより、
所望のパターン形状を有するように薄膜を加工するため
のものである。

【００１２】＜１．エッチング装置の構成＞図１は、エ
ッチング装置１０の構成の一例を表すものである。この
エッチング装置１０は、例えば、金属等により構成され
た真空チャンバ１と、この真空チャンバ１の壁面に配設
された複数（例えば３つ）の処理ソース２，３，４と、
排気管１Ｋを介して真空チャンバ１と接続された真空ポ
ンプ５と、処理ソース２〜４に対応してそれぞれ配設さ
れ、一端部が真空チャンバ１の内部に導入された複数
（例えば３つ）の導入端子６（６Ａ，６Ｂ，６Ｃ）と、
配線Ｓを介して導入端子６と接続され、導入端子６に対
してバイアス電圧を印加するバイアス電源７とを備えて
いる。各導入端子６Ａ〜６Ｃの一端部は、複数（例えば
３つ）の基板ホルダ８（８Ａ、８Ｂ，８Ｃ）とそれぞれ
連結されており、この基板ホルダ８に、処理対象となる
基板Ｋ２が装着されている。基板Ｋ２は、図示しない移
動アームにより、基板ホルダ８Ａ〜８Ｃ間を随時移動可
能になっている。なお、図１では、基板Ｋ２が基板ホル
ダ８Ａに装着されている場合を示している。

【００１３】処理ソース２は、例えば、カウフマン型イ
オンソースにより構成されており、主に、基板Ｋ２にエ
ッチング処理を施すものである。この処理ソース２は、
エッチング処理時において、イオン（エッチングイオ
ン）を生成可能なガス（エッチングガス）を用いて、エ
ッチングイオンを含むプラズマを真空チャンバ１の内部
に発生させる。エッチングガスとしては、例えば、酸素
（Ｏ₂），窒素（Ｎ₂），塩素（Ｃｌ₂）等の反応性ガ
スや、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスが挙げられる。
処理ソース２によりエッチング処理が行われる際には、
バイアス電源７により、基板Ｋ２に−１０ｋＶ〜−２ｋ
Ｖの範囲内の負のパルス状電圧が印加される。

【００１４】処理ソース３は、例えば、ＤＣ（Direct C
urrent）スパッタソースにより構成されており、主に、
基板Ｋ２にエッチング処理を施すことにより各種のマイ
クロマシン等を形成する際に成膜ソースとして機能し、
基板Ｋ２の表面に電極等を形成するものである。

【００１５】処理ソース４は、例えば、ＦＣＶＡ（Filt
ered Cathodic Vacuum Arc）イオンソースにより構成さ
れており、主に、基板Ｋ２の表面に薄膜を形成するもの
である。ＦＣＶＡイオンソースとは、カソードの溶融に
より生じた液滴を除去するための電磁フィルターを汎用
のカソーディックアークソースに付設したものである。
この処理ソース４は、例えば、イオン源として高密度カ
ーボンロッドにより構成されたカソードを有し、ストラ
イカートリガー電極を用いて発生させたアーク放電のエ
ネルギーを利用してカソードを蒸発させることにより、
真空チャンバ１の内部に炭素イオン（成膜イオン）を発
生させる。そして、この炭素イオンが基板Ｋ２の表面に
堆積することにより、炭素薄膜が形成される。処理ソー
ス４では、エッチングイオンを発生させるためにエッチ
ングガス等を要する処理ソース２（カウフマン型イオン
ソース）とは異なり、イオン生成用のガスを用いずに成
膜イオンを発生させることが可能であるため、高真空状
態を維持しつつ成膜イオンを発生させることが可能とな
る。なお、カソード材料としては、上記したカーボンの
代わりに、セラミックや、鉄（Ｆｅ），銅（Ｃｕ），ア
ルミニウム（Ａｌ）などの金属などを用いることも可能
である。

【００１６】真空ポンプ５は、例えば、ターボ分子ポン
プおよびメカニカルポンプを含んで構成されており、主
に、真空チャンバ１の内部に満たされているガス（例え
ば空気等）を排気管１Ｋを通じて排気し、所望の真空状
態となるまで真空チャンバ１の内部を減圧するものであ
る。

【００１７】導入端子６（６Ａ〜６Ｃ）は、例えば、汎
用の導入端子により構成されており、処理ソース２〜４
の処理条件等に応じてそれぞれ図中の矢印Ｙ１の方向に
移動可能になっている。この導入端子６には、例えば、
冷媒循環用の配管６Ｈが組み込まれており、この配管６
Ｈに冷媒Ｗを循環させることにより、基板ホルダ８に装
着された基板Ｋ２を冷却可能になっている。なお、導入
端子６は、例えば金属などの導電材料により構成されて
おり、真空チャンバ１に設けられた支持部材１Ｂにより
支持されている。この支持部材１Ｂは、例えば、セラミ
ックなどの絶縁性材料により構成されており、真空チャ
ンバ１と導入端子６とは支持部材１Ｂを介して電気的に
分離されている。

【００１８】バイアス電源７は、主に、基板ホルダ８に
装着された基板Ｋ２に対してパルス状電圧を印加するも
のである。パルス状電圧のパルスピーク値（パルス波
高），パルス立ち上がり時間，パルス間隔，パルス幅等
は、バイアス電源７により各導入端子６（６Ａ〜６Ｃ）
ごとに独立して調整可能になっている。このバイアス電
源７は、特に、処理ソース２によりエッチング処理が行
われる際、上記したように、基板Ｋ２に負のパルス状電
圧を印加する。このバイアス電源７により基板Ｋ２に負
のパルス状電圧が印加されたときに、真空チャンバ１の
内部に発生したプラズマ中のエッチングイオンが基板Ｋ
２に引き寄せられ、このエッチングイオンにより基板Ｋ
２にエッチング処理が施される。もちろん、このバイア
ス電源７は、パルス状電圧のみならず、必要に応じて一
定電圧を印加することも可能である。

【００１９】基板ホルダ８（８Ａ〜８Ｃ）は、基板Ｋ２
を保持するものであり、例えば、導入端子６と同様に、
金属等の導電材料により構成されている。基板Ｋ２は、
例えば、円盤状や矩形状の構造を有するものである。基
板Ｋ２の材質としては、例えば、各種金属，半導体，絶
縁体または樹脂などが挙げられる。

【００２０】なお、エッチング装置１０は、上記した一
連の構成要素の他、例えば、エッチング装置１０全体を
制御するためのマイクロコンピュータ，処理ソース２等
に各種ガスを供給するためのガスボンベ，真空チャンバ
１の外部に導出された導入端子６の他端部と接続され、
導入端子６を移動させるための駆動装置などを含んで構
成されている。

【００２１】＜２．エッチング方法＞次に、図１〜図６
を参照して、本実施の形態に係るエッチング方法の一例
について説明する。以下では、例えば、基板Ｋ２の表面
に炭素薄膜を形成したのち（成膜処理）、この炭素薄膜
を選択的にエッチングする（エッチング処理）ことによ
り、短冊状のパターン形状を有する炭素薄膜パターンを
形成する場合について説明する。図２は炭素薄膜の成膜
工程を表し、図３〜図５はエッチング工程を表してい
る。また、図６は、エッチング処理時において基板Ｋ２
に印加されるパルス状電圧の波形（Ａ）および電流変化
（Ｂ）をそれぞれ表している。なお、図２〜図５では、
各工程時におけるエッチング装置１０の要部（基板Ｋ２
の周辺部）のみを示すと共に、処理手順を判り易くする
ために基板Ｋ２等については断面構成を示している。

【００２２】炭素薄膜パターンを形成する際には、作業
者等により、以下のような準備作業が行われる。すなわ
ち、まず、例えば、シリコン（Ｓｉ）により構成された
基板Ｋ２が洗浄されたのち、基板ホルダ８Ｃに基板Ｋ２
が装着される（図２参照）。続いて、真空チャンバ１の
密閉状態が確認されたのち、キーボードなどの入力装置
を介して一連の処理条件（処理ソース２〜４，真空ポン
プ５，導入端子６，バイアス電源７等の動作条件等）が
入力される。最後に、真空ポンプ５が稼動され、真空チ
ャンバ１の内部が所望の真空状態となるまで減圧される
と共に、バイアス電源７が稼動され、基板ホルダ８に電
圧が印加される。また、配管６Ｈに冷媒Ｗが循環され、
基板ホルダ８Ｃにより保持された基板Ｋ２が冷却され
る。

【００２３】《２−１．成膜処理》準備作業が完了した
のち、まず、図２に示したように、例えば、処理ソース
４（ＦＣＶＡイオンソース）により基板Ｋ２に成膜処理
を施す。成膜処理を行う際には、例えば、処理ソース４
の動作電圧を約−２５Ｖとする。これにより、真空チャ
ンバ１の内部に約２５ｅＶのエネルギーを有する炭素イ
オン（成膜イオン）Ｎ１が連続的かつ高密度に発生し、
この炭素イオンＮ１が磁場中において選択的に濾過さ
れ、基板Ｋ２に誘導されることにより、図３に示したよ
うに、基板Ｋ２の表面に炭素薄膜、例えばｔａ−Ｃ（te
trahedral amorphous Carbon）２１が形成される。この
ｔａ−Ｃ薄膜２１は、例えば、約３０分間の成膜時間に
渡って約５０ｎｍの厚みを有するように形成される。

【００２４】《２−２．エッチング処理》続いて、図４
に示したように、移動アームを用いて、ｔａ−Ｃ薄膜２
１が形成された基板Ｋ２（以下、単に「基板Ｋ２等」と
いう。）を基板ホルダ８Ｃから基板ホルダ８Ａに移動さ
せたのち、引き続き移動アームを用いて、例えば連続的
に配列された複数（例えば２つ）の開口部２２Ｕを有す
るマスク２２をｔａ−Ｃ薄膜２１の表面に載置する。こ
のマスク２２は、例えばジアゾ樹脂やＰＭＭＡ（Polrme
thyl Methacrylate ）などの樹脂材料などにより構成さ
れており、真空チャンバ１の内部に予め用意されてい
る。

【００２５】続いて、図５に示したように、マスク２２
を用いると共に、エッチングガスとして例えば酸素ガス
を用いて、処理ソース２により全体にエッチング処理を
施す。エッチング処理を行う際には、例えば、エッチン
グ条件として、エッチングガスの導入量＝約３．０×１
０^-7ｍ³／ｓ（約１８ｓｃｃｍ），イオンビーム加速電
圧＝約２００Ｖ，イオンビーム加速電流＝約１０ｍＡ，
背景真空度（イオン放出前における真空チャンバ１内の
真空度）＝約２．９×１０^-4Ｐａ，動作真空度（イオン
放出後における真空チャンバ１内の真空度）＝約２．１
×１０^-2Ｐａとすると共に、バイアス電源７により基板
Ｋ２等に、負のパルスピーク値Ｖ＝−１０ｋＶ〜−２ｋ
Ｖの範囲内，より好ましくは−１０ｋＶ近傍，具体的に
は例えば−６ｋＶ，パルス幅Ｄ＝約６０μ秒，周期Ｔ＝
約１ｍ秒の条件（図６（Ａ）参照）で負のパルス状電圧
を印加する。このときのパルス電流値は約０．３Ａであ
った（図６（Ｂ）参照）。これにより、真空チャンバ１
の内部に酸素イオン（エッチングイオン）Ｎ２を含むプ
ラズマが発生し、このプラズマ中の酸素イオンＮ２がマ
スク２２の開口部２２Ｕを通じてｔａ−Ｃ薄膜２１に選
択的に衝突する。これにより、ｔａ−Ｃ薄膜２１のう
ち、マスク２２の開口部２２Ｕに対応する部分が選択的
に除去され、基板Ｋ２の表面に、連続して配列された複
数（例えば３つ）の短冊状のｔａ−Ｃ薄膜パターン２１
Ｐが選択的に形成される。このときのエッチング速度は
約４．２ｎｍ／分であり、エッチング時における基板Ｋ
２の温度は約２００°Ｃ程度であった。なお、イオンビ
ーム加速電流を約１６ｍＡとしたことを除き、他のエッ
チング条件を上記した一連の条件と同様にした際のエッ
チング処理時におけるエッチング速度は、約３．７ｎｍ
／分であった。

【００２６】最後に、基板Ｋ２等を真空チャンバ１の内
部から取り外したのち、マスク２２を除去することによ
り、短冊状のｔａ−Ｃ薄膜パターン２１Ｐが形成された
基板Ｋ２が完成する。

【００２７】＜３．第１の実施の形態に係る作用および
効果＞以上説明したように、本実施の形態では、基板Ｋ
２等に−１０ｋＶ以上−２ｋＶ以下の範囲内の負のパル
ス状電圧を印加した状態において、処理ソース２（カウ
フマン型イオンソース）によりエッチングイオン（酸素
イオン）Ｎ２を含むプラズマを発生させ、このプラズマ
中のエッチングイオンＮ２によりｔａ−Ｃ薄膜２１にエ
ッチング処理を施すようにしたので、以下のような理由
により、従来の各種エッチング手法を用いた場合より
も、ｔａ−Ｃ薄膜２１に対するエッチング処理を短時間
で行うことができる。

【００２８】すなわち、処理ソース２（カウフマン型イ
オンソース）によりエッチング処理を行う際、エッチン
グ処理を短時間で行うためには、処理ソース２により発
生したエッチングイオンＮ２を基板Ｋ２等まで十分に導
く必要がある。本実施の形態に係るエッチング処理で
は、基板Ｋ２等に−１０ｋＶ以上−２ｋＶ以下の範囲内
の負のパルス状電圧が印加されるため、この負のパルス
状電圧の印加作用によりエッチングイオンＮ２のプラズ
マ密度が高まると共に、エッチングイオンＮ２が基板Ｋ
２等に対して効率よく導かれ易くなる。これにより、処
理ソース２により発生したエッチングイオンＮ２のう
ち、イオン拡散等に起因してエッチング処理に寄与しな
い成分の割合は、エッチング処理時において基板Ｋ２等
に負のパルス状電圧を印加しない場合よりも少なくな
る。したがって、十分な量のエッチングイオンＮ２によ
りエッチング処理が行われ、これによりエッチング速度
が増加するため、エッチング処理は短時間で行われる。
なお、エッチング処理時において基板Ｋ２に印加される
負のパルス状電圧に関して、負のパルスピーク値Ｖが−
２ｋＶより大きくなると、シース距離が大きくなること
に起因してプラズマ密度が低下し、これによりエッチン
グ速度が低下してしまう。エッチング処理を行う際に
は、特に、負のパルス状電圧を−１０ｋＶ近傍とするこ
とにより、プラズマ密度が適正に確保され、エッチング
処理をより短時間で行うことができる。

【００２９】このことは、本実施の形態に係るエッチン
グ方法におけるエッチング速度が４．２ｎｍ／分であっ
たのに対し、負のパルス状電圧を印加しないことを除
き、他のエッチング条件が本実施の形態に係るエッチン
グ方法における条件と同様である場合のエッチング速度
が０．８ｎｍ／分であったことから明らかである。本実
施の形態に係るエッチング方法におけるエッチング速度
は、従来の各種エッチング手法のうち、比較的エッチン
グ速度が速いと認識されているＲＩＥによるエッチング
速度よりも速くなる。

【００３０】また、本実施の形態では、成膜処理時およ
びエッチング処理時における処理温度が比較的低い（約
２００°Ｃ程度）ＦＣＶＡイオンソース（処理ソース
４）やカウフマン型イオンソース（処理ソース２）を利
用しているので、処理温度が比較的高い（約４００°Ｃ
以上）半導体プロセスなどを用いた場合よりも、基板Ｋ
２等が高温下に晒されることがない。このため、高熱に
起因して基板Ｋ２等が処理中に変形または破損すること
などを防止することができる。

【００３１】また、本実施の形態では、上記した比較的
低い温度環境下において成膜処理およびエッチング処理
が行われる利点に基づき、基板Ｋ２の構成材料として、
比較的融点が高い金属材料等の他、比較的軟化温度が低
い樹脂材料などを用いることも可能となる。

【００３２】＜４．第１の実施の形態に係る変形例＞な
お、本実施の形態では、基板Ｋ２の表面にｔａ−Ｃ薄膜
２１を形成する場合について説明したが、必ずしもこれ
に限られるものではなく、基板Ｋ２の表面に形成する薄
膜の材質は自由に変更可能である。具体的な薄膜の材質
としては、例えば、セラミック，鉄，銅，アルミニウム
等の金属材料，ポリエチレン，ＰＥＴ（Polyethylene T
erephthalate），ガラス等の絶縁材料および磁気ヘッド
等に用いられるフェライト等の磁性材料などが挙げられ
る。このような場合においても、上記したｔａ−Ｃ薄膜
２１の場合と同様に、各種材質よりなる薄膜をエッチン
グ処理により短時間でパターニングすることができる。

【００３３】また、本実施の形態では、ｔａ−Ｃ薄膜２
１を短冊状にパターニングする場合について説明した
が、必ずしもこれに限られるものではなく、パターニン
グ形状は自由に変更可能である。パターニング形状の変
更は、マスク２２の開口部２２Ｕの形状を所望のパター
ニング形状に対応させることにより可能となる。

【００３４】［第２の実施の形態］次に、図７〜図１０
を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るエッチン
グ方法の一例について説明する。

【００３５】本実施の形態のエッチング方法は、上記第
１の実施の形態において説明したエッチング手法を利用
して透明基板を加工することにより、透明基板に１また
は２以上の窪みを形成し、例えば光学分野で有用な回折
格子を製造するものである。図７〜図１０は、本実施の
形態に係るエッチング方法を利用した回折格子の製造工
程を表すものである。なお、この回折格子は、例えば、
上記第１の実施の形態において示したエッチング装置１
０（図１）を利用することにより製造可能となる。以下
では、エッチング装置１０の動作等についてはその説明
を省略し、主に、回折格子の製造手順に言及して説明す
る。

【００３６】本実施の形態に係るエッチング方法により
回折格子を形成する際には、例えばガラスなどの透明な
基板Ｋ３を洗浄したのち、まず、図７に示したように、
例えば、基板Ｋ３のうち、エッチング処理が施されるこ
ととなる領域（エッチング領域）Ｒに対応する開口部３
０Ｕを有するマスク３０を選択的に形成する。マスク３
０を形成する際には、例えば、形成材料としてＰＭＭＡ
等を用いると共に、互いに異なる厚みを有する２つの短
冊状のマスク部分３０Ａ（厚みＨ１），３０Ｂ（厚みＨ
２＞Ｈ１）により開口部３０Ｕが構成されるようにす
る。なお、開口部３０Ｕの形成数は、後述する窪みＢ
（図８〜図１０参照）の形成数に応じて自由に設定可能
である。図７では、主に、マスク３０に形成された複数
の開口部３０Ｕのうち、２つの開口部３０Ｕの周辺構造
のみを図示している。ここで、マスク部分３０Ａ，３０
Ｂが本発明（請求項３）における「２つのマスク部分」
の一具体例に対応する。

【００３７】続いて、マスク３０を用いて、全体に、上
記第１の実施の形態において説明したエッチング処理と
同様のエッチング処理を施す。これにより、プラズマ中
のエッチングイオン（例えば酸素イオン）Ｎ２がマスク
３０（開口部３０Ｕ）を介して基板Ｋ３に対して選択的
に衝突することにより、基板Ｋ３のエッチング領域Ｒが
選択的に掘り下げられ、図８に示したように、基板Ｋ３
に、図中の奥行方向に延在する複数の窪みＢが選択的に
形成される。

【００３８】続いて、引き続き全体にエッチング処理を
施すことにより、図９に示したように、窪みＢが深さ方
向に拡張される。このとき、エッチング処理により、マ
スク３０自体も上面方向および側面方向からエッチング
されるため、マスク部分３０Ａの厚みＨ１およびマスク
部分３０Ｂの厚みＨ２が共に減少すると共に、マスク部
分３０Ａ，３０Ｂのうちの窪みＢ側の端縁が共に後退す
ることにより、窪みＢの幅が増加する。マスク部分３０
Ａ，３０Ｂのうちの窪みＢ側の端縁の後退量は、厚みＨ
１と厚みＨ２との差に応じてマスク部分３０Ａに対する
エッチング速度がマスク部分３０Ｂに対するエッチング
速度よりも大きくなることに起因し、マスク部分３０Ｂ
よりもマスク部分３０Ａについてより大きくなる。基板
Ｋ３に対するエッチング処理は、主に、窪みＢのうちの
マスク部分３０Ｂに近い側では鉛直下向き方向に進行す
る一方、マスク部分３０Ａに近い側では横方向に進行す
ることとなり、これにより、２つの斜面により構成され
た谷状の構造をなすように窪みＢが形成される。

【００３９】続いて、さらに、引き続き全体にエッチン
グ処理を施すことにより、図１０に示したように、窪み
Ｂの深さの拡張および幅の増加と共に、マスク３０（マ
スク部分３０Ａ、３０Ｂ）の厚みの減少が進行する。な
お、窪みＢの寸法（深さお，幅等）は、エッチング処理
時間を調整することにより自由に設定可能である。最後
に、窪みＢが所望の寸法を有するまでエッチング処理を
行ったのち、マスク３０を除去することにより、基板Ｋ
３に複数の窪みＢが形成され、回折格子が完成する。

【００４０】本実施の形態では、上記第１の実施の形態
において説明したエッチング方法を利用して基板Ｋ３に
窪みＢを形成するようにしたので、上記第１の実施の形
態において説明した場合と同様の作用により、基板Ｋ３
に窪みＢを短時間で形成することが可能となる。したが
って、ガラスなどの基板Ｋ３に複数の窪みＢを形成する
ことにより、光学分野で有用な回折格子を短時間で形成
することができる。

【００４１】さらに、本実施の形態では、互いに同一の
材料により構成され、互いに異なる厚みを有するマスク
部分３０Ａ（厚みＨ１）およびマスク部分３０Ｂ（Ｈ２
＞Ｈ１）によりを含むようにマスク３０を構成し、これ
らのマスク部分３０Ａ，３０Ｂにより開口部３０Ｕが構
成されるようにしたので、マスク部分３０Ａ，３０の厚
みの差異に起因するエッチング速度の差異を利用して、
２つの斜面により構成された谷状の構造をなすように窪
みＢを形成することができる。もちろん、窪みＢの寸法
（深さ，幅等）は、マスク部分３０Ａ，３０Ｂの厚みお
よびエッチング処理時間等を調整することにより自由に
設定可能である。

【００４２】本実施の形態における上記以外の作用，効
果および変形例等は、上記第１の実施の形態の場合と同
様である。

【００４３】なお、本実施の形態では、マスク部分３０
Ａ，３０Ｂの材料として互いに同一の材料を用い、マス
ク部分３０Ａ，３０Ｂの厚みが互いに異なるようにした
が（Ｈ２＞Ｈ１）、必ずしもこれに限られるものではな
い。図１１および図１２は、本実施の形態に係るエッチ
ング方法に対する変形例としてのエッチング方法を利用
した回折格子の製造工程を表すものであり、上記実施の
形態において説明した図７および図１０にそれぞれ対応
するものである。なお、図１１および図１２に示した構
成要素のうち、上記実施の形態において説明した構成要
素と同一の部分には同一の符号を付している。

【００４４】変形例としてのエッチング方法では、図１
１に示したように、基板Ｋ３の表面に、上記第１の実施
の形態におけるマスク部分３０Ａの替わりに、例えばＰ
ＭＭＡや銅等により構成された短冊状のマスク部分４０
を形成すると共に、マスク部分３０Ｂの替わりに、マス
ク部分４０に対するエッチング速度よりも大きいエッチ
ング速度を有し、例えばインデンカルボン酸等により構
成された短冊状のマスク部分５０を形成する。マスク部
分４０，５０を形成する際には、例えば、マスク部分４
０の厚みＨ３とマスク部分５０の厚みＨ４とが互いに一
致するようにする（Ｈ３＝Ｈ４）と共に、マスク部分４
０とマスク部分５０とにより開口部４５Ｕが構成される
ようにする。マスク部分４０，５０を用いて、上記実施
の形態の場合と同様のエッチング処理を基板Ｋ３に選択
的に施すことにより、図１２に示したように、マスク部
分４０，５０の材質の差異に起因するエッチング速度の
差異を利用し、上記実施の形態の場合と同様の構造的特
徴を有する窪みＢを基板Ｋ３に短時間で形成することが
できる。ここで、マスク部分４０，５０が本発明（請求
項４）における「２つのマスク部分」の一具体例に対応
する。

【００４５】以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発
明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定され
るものではなく、種々変形可能である。例えば、上記各
実施の形態において説明したエッチング方法に係るエッ
チング条件およびエッチング処理に用いたエッチング装
置の構成等は、必ずしも上記各実施の形態において説明
したものに限られるものではなく、基板Ｋ２，Ｋ３に−
１０ｋＶ〜−２ｋＶの範囲内の負のパルス状電圧を印加
した状態において、処理ソース２（カウフマン型イオン
ソース）により基板Ｋ２，Ｋ３にエッチング処理を施す
ことが可能な限り、自由に変更可能である。この場合に
おいても、上記実施の形態の場合と同様の効果を得るこ
とができる。

【００４６】また、上記第２の実施の形態では、本発明
のエッチング方法を利用し、光学分野において有用な回
折格子を製造する場合について説明したが、必ずしもこ
れに限られるものではなく、本発明のエッチング方法
は、エッチング処理を利用して製造可能な光学分野以外
の各種分野における各種構造物の製造に適用可能であ
る。この場合においても、エッチング処理の短時間化に
係る利点を享受し、各種構造物を短時間で製造すること
ができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載のエ
ッチング方法によれば、被処理体に−１０ｋＶ以上−２
ｋＶ以下の範囲内の負のパルス状電圧を印加した状態に
おいて、イオンを含むプラズマを発生させ、このプラズ
マ中のイオンにより被処理体にエッチング処理を施すよ
うにしたので、負のパルス状電圧の印加作用によりイオ
ンのプラズマ密度が高まると共に、イオンが被処理体に
対して効率よく導かれ易くなる。これにより、エッチン
グ速度が増加するため、従来の各種エッチング手法を用
いた場合よりもエッチング処理を短時間で行うことがで
きる。

【００４８】また、請求項２ないし請求項４のいずれか
１項に記載のエッチング方法によれば、光透過性を有す
る被処理体上に、エッチング処理が施されるエッチング
領域に対応する開口部を有するマスクを形成したのち、
被処理体に−１０ｋＶ以上−２ｋＶ以下の範囲内の負の
パルス状電圧を印加した状態において、イオンを含むプ
ラズマを発生させ、開口部を有するマスクを用いてプラ
ズマ中のイオンにより被処理体にエッチング処理を選択
的に施すことにより、被処理体に１または２以上の窪み
を形成するようにしたので、エッチング速度が増加し、
被処理体に１または２以上の窪みを短時間で形成するこ
とが可能となる。したがって、被処理体に１または２以
上の窪みを形成することにより製造可能な、例えば光学
分野で有用な回折格子等を短時間で製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るエッチング方
法において用いられるエッチング装置の構成の一例を表
す図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係るエッチング方
法における成膜工程を説明するための図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係るエッチング方
法におけるエッチング工程を説明するための図である。

【図４】図３に続く工程を説明するための図である。

【図５】図４に続く工程を説明するための図である。

【図６】エッチング処理時におけるパルス状電圧の波形
および電流変化を表す図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係るエッチング方
法を利用した回折格子の製造工程を説明するための図で
ある。

【図８】図７に続く工程を説明するための図である。

【図９】図８に続く工程を説明するための図である。

【図１０】図９に続く工程を説明するための図である。

【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るエッチング
方法に対する変形例としてのエッチング方法を利用した
回折格子の製造工程を説明するための図である。

【図１２】図１１に続く工程を説明するための図であ
る。

【図１３】物理化学エッチングを利用した従来のエッチ
ング装置の構成の一例を模式的に表す図である。

【符号の説明】１…真空チャンバ、２，３，４…処理ソース、５…真空
ポンプ、６（６Ａ、６Ｂ，６Ｃ）…導入端子、７…バイ
アス電源、８（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ）…基板ホルダ、１０
…エッチング装置、２１…ｔａ−Ｃ薄膜、２１Ｐ…ｔａ
−Ｃ薄膜パターン、２２，３０…マスク、２２Ｕ，３０
Ｕ，４５Ｕ…開口部、３０Ａ，３０Ｂ，４０，５０…マ
スク部分、Ｂ…窪み、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４…厚み、
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３…基板、Ｎ１…成膜イオン、Ｎ２…エ
ッチングイオン、Ｒ…エッチング領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H049 AA37 AA63 4K057 DA12 DB02 DB04 DB05 DD01 DE01 DE14 DE20 DG15 DM02 DN01 5F004 BA12 BB16 DA04 DA23 DA25 DA26 DB00 DB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理体にエッチング処理を施すエッチ
ング方法であって、前記被処理体に−１０ｋＶ以上−２
ｋＶ以下の範囲内の負のパルス状電圧を印加した状態に
おいて、イオンを含むプラズマを発生させ、このプラズ
マ中のイオンにより前記被処理体にエッチング処理を施
すことを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】光透過性を有する被処理体にエッチング
処理を施すことにより、前記被処理体に１または２以上
の窪みを形成するエッチング方法であって、前記被処理
体上に、エッチング処理が施されるエッチング領域に対
応する開口部を有するマスクを形成したのち、前記被処
理体に−１０ｋＶ以上−２ｋＶ以下の範囲内の負のパル
ス状電圧を印加した状態において、イオンを含むプラズ
マを発生させ、前記開口部を有するマスクを用いてプラ
ズマ中のイオンにより前記被処理体にエッチング処理を
選択的に施すことにより、前記被処理体に前記１または
２以上の窪みを形成することを特徴とするエッチング方
法。
【請求項３】前記開口部を構成し、互いに同一のエッ
チング速度を有し厚みが異なる２つのマスク部分を含む
ように前記マスクを形成することを特徴とする請求項２
記載のエッチング方法。
【請求項４】前記開口部を構成し、互いに異なるエッ
チング速度を有し厚みが同一の２つのマスク部分を含む
ように前記マスクを形成することを特徴とする請求項２
記載のエッチング方法。