JP2004179236A - ドライエッチング装置、及びドライエッチング方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】エッチング後に工程数を増大させる原因となるレジストを一切用いずにドライエッチング法によって、ガラス等の誘電体基板面に対して所望の緩やかな曲面形状を備えた半球状（凸レンズ状）の凸部を形成することを始めて可能にしたドライエッチング装置等を提供する。
【解決手段】誘電体基板５１の一方の主面上に半球状の凸部５２を複数個形成するドライエッチング装置であって、誘電体基板を吸着する支持面１２を備えた第１電極１１と、第２電極２１と、真空容器３１と、真空容器内にエッチングガスを供給するガス供給手段３５と、高周波電源４０と、第１電極の支持面に設けた各吸引孔に負圧を導入することにより支持面上に誘電体基板を吸引保持させる負圧生成手段１４と、を備え、第１電極の支持面が低インピーダンス部１２ｂとこの低インピーダンス部に囲まれた高インピーダンス部１２ａとで構成され、高インピーダンス部は誘電体基板の一方の主面に形成すべき凸部５１に対応する位置に形成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】誘電体基板５１の一方の主面上に半球状の凸部５２を複数個形成するドライエッチング装置であって、誘電体基板を吸着する支持面１２を備えた第１電極１１と、第２電極２１と、真空容器３１と、真空容器内にエッチングガスを供給するガス供給手段３５と、高周波電源４０と、第１電極の支持面に設けた各吸引孔に負圧を導入することにより支持面上に誘電体基板を吸引保持させる負圧生成手段１４と、を備え、第１電極の支持面が低インピーダンス部１２ｂとこの低インピーダンス部に囲まれた高インピーダンス部１２ａとで構成され、高インピーダンス部は誘電体基板の一方の主面に形成すべき凸部５１に対応する位置に形成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘電体基板を加工するためのドライエッチング装置、及びドライエッチング方法の改良に関し、特に誘電体基板の片面に滑らかな曲面を有する断面略円弧状の凸部を加工する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ加工技術としてプラズマによるドライエッチング方法が、半導体装置の電子回路形成や液晶パネルの加工等、様々な分野で広く用いられている。プラズマによるドライエッチング方法としては等方性エッチングと異方性エッチングに大別される。前者は、加工対象となる基板の片面全体を均一にエッチングする技術であり、主に半導体基板の高速エッチング等で利用されている（例えば、特許文献１参照）。後者は、深さ方向に方向性をもったエッチングを行う技術であり、主にマスク（レジスト）と併用することにより回路パターン等の複雑且つ微細なパターン形成に利用されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１７３９９５公報
【特許文献２】特開平９−９２６４４号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のプラズマによるエッチング方法は、加工対象となる基板の片面全体を均一にエッチングするか、マスクを使用して選択的にエッチングするかの何れかしかできない。また、選択的なエッチングをマスクのパターンを変更しながら複数回行うことにより、表面に任意の形状を形成することも可能であるが、マスク形成と除去の工数が増えて生産性が低く、コスト高になりやすいという問題がある。
ところで、本発明者は、半導体基板用のドライエッチング装置を用いて水晶振動子の素材である圧電基板の表面をドライエッチングで均一に加工する実験を行った。その結果、半導体基板では現れなかった滑らかな曲面を有する凸部が形成される現象を発見した。本発明者は凸部が形成される現象について鋭意考察を行ったところ、以下のようなことが明らかとなった。
（１）凸部は、半導体（シリコン）基板では形成されなかった。
（２）凸部に対応する位置には圧電基板を下部電極に吸引保持するための吸引孔があり、インピーダンスが周囲より高くなっていた。
本発明は以上のような発見に基づいてなされたものであり、誘電体基板の片面に、滑らかな曲面を有する断面略円弧状の凸部を形成することができるドライエッチング装置及びドライエッチング方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明に係るドライエッチング装置は、誘電体基板の一方の主面上に断面略円弧状の凸部を形成するドライエッチング装置であって、加工対象となる誘電体基板を保持する支持面を有する第１電極と、この支持面側に対向配置された第２電極と、前記第１電極及び第２電極を収容する真空容器と、前記真空容器内の圧力を減圧する排気手段と、前記真空容器内にエッチングガスを供給するガス供給手段と、前記第１電極と前記第２電極との間に高周波電力を供給してエッチングガスをプラズマ状態に移行させる高周波電源と、を備え、前記第１電極の支持面が低インピーダンス部とこの低インピーダンス部に囲まれた高インピーダンス部とで構成され、前記高インピーダンス部は前記誘電体基板の一方の主面に形成すべき凸部に対応する位置に形成されていることを特徴とする。
誘電体基板の主面上に、なだらかな曲線状の輪郭を備えた半球状、球面状、その他の形状の凸部を大量生産するためには、大面積の誘電体基板をドライエッチングする方法が最適である。
この発明によれば、誘電体基板を支持する下部電極に複数の高インピーダンス部（例えば、吸引孔）を備えたドライエッチング装置を用いて、所定の手順にてドライエッチングを実施することにより、レジスト塗布等を行わないで、誘電体基板の所望位置に半球状（球面状）、その他の所望形状の凸部を形成することができる。凸部の突出長、径寸法等については、吸引孔の開口径、エッチングレート等を適宜変更することにより、任意に調整することが可能となり、得られる凸部の形状を均一化することができる。
【０００５】
請求項２の発明は、請求項１において、前記高インピーダンス部が前記支持面に形成された孔部であることを特徴とする。
高インピーダンス部は、金属等から成る第１電極の支持面（低インピーダンス部）よりも高いインピーダンスを有する部分であるため、プラズマから第１電極に流れるイオン電流の高低差を形成し、エッチング速度に所望の変化を確保することができる。支持面に貫通形成した孔部（空隙）は、高インピーダンス部として機能することが明らかである。
請求項３の発明は、請求項２において、前記孔部に負圧を導入することにより前記支持面上に誘電体基板を保持する負圧生成手段を備えたことを特徴とする。支持面に誘電体基板を保持する保持手段としては、種々の構成を想定できるが、例えば高インピーダンス部としての孔部から負圧を導入して支持面に誘電体基板を吸引保持するように構成すれば、構成を簡略化する上で有効である。この吸引孔とは負圧生成手段としての保持手段に連通された孔部のことであり、第２電極よりもインピーダンスが高い高インピーダンス部として機能するものである。請求項４の発明は、請求項１において、前記高インピーダンス部が前記支持面に埋設された高インピーダンス材によって形成されていることを特徴とする。
孔部内を空隙とする代わりに、孔部内に第１電極の低インピーダンス部よりもインピーダンスが高い材料を充填してもよい。
請求項５の発明は、請求項４において、前記高インピーダンス材が、ガラス、セラミックスの少なくとも一つを含むことを特徴とする。
前記高インピーダンス材料としては、ガラス、或いはセラミックスの何れかであってもよい。
【０００６】
請求項６の発明は、請求項１乃至５において、前記高インピーダンス部の平面形状が円形であることを特徴とする。
高インピーダンス部の形状は種々選定可能であるが、例えば平面形状を円形とすることにより、半球状、断面円弧状の凸部を形成することができる。
請求項７の発明は、請求項１乃至５において、前記高インピーダンス部の平面形状が細長形状であることを特徴とする。
高インピーダンス部の平面形状を細長い形状とすることにより、誘電体基板面に形成される凸部の形状を細長い形状、例えば長円形、楕円形、小判形、長方形等、任意の細長い形状とすることができる。
請求項８の発明は、請求項１において、前記支持面上に、前記誘電体基板の端面に当接して位置決めする位置決め手段を備えたことを特徴とする。
第１電極の支持面には、吸引孔によって吸着保持される誘電体基板を位置決めするための位置決め手段が配置されているので、第１電極上の位置決め手段に沿って加工対象物としての誘電体基板をセットするだけで位置決めが完了するので、作業性を向上し、しかも凸部の形成位置を正確化することができる。
請求項９の発明は、請求項１乃至８において、前記第１電極の支持面に低インピーダンス部とこの低インピーダンス部に囲まれた複数の高インピーダンス部とを形成し、前記高インピーダンス部を前記誘電体基板の一方の主面に形成すべき複数の凸部に対応する複数の位置に形成したことを特徴とする。
第１電極の支持面に設けた高インピーダンス部を低インピーダンス部によって包囲した構成とすることにより、高インピーダンス部と低インピーダンス部との間にイオン電流の高低差を発生させて、近傍に位置する誘電体基板面に対するエッチング速度に変化を持たせることが可能となり、低インピーダンス部から高インピーダンス部に向かうほど高さが漸増する凸部を形成することができる。
このような高インピーダンス部を支持面上に複数設けることにより、同形状の凸部を複数個同時形成することが可能となる。
【０００７】
請求項１０の発明は、請求項１において、前記第２電極の前記第１電極側の面にガス吹出部を設け、前記ガス供給手段から供給されるエッチングガスを前記吹出部より前記真空容器内に供給することを特徴とする。
第２電極のガス吹き出し部から第１電極に向かってガスを供給することにより、第１電極上でのエッチング速度の分布を均一化すると共に、エッチング速度を高めることができる。
請求項１１の発明に係るドライエッチング方法は、加工対象となる誘電体基板を保持する支持面を有する第１電極とこの支持面側に対向配置された第２電極を真空容器内に備えたプラズマ処理装置によって誘電体基板の一方の主面に凸部を形成するドライエッチング方法であって、前記第１電極の支持面に低インピーダンス部と、この低インピーダンス部に囲まれた高インピーダンス部を予め形成しておき、前記高インピーダンス部とその周囲の低インピーダンス部を覆う状態で誘電体基板を前記支持面により保持するステップと、前記真空容器内の圧力を減圧するとともに、前記真空容器内にエッチングガスを供給するステップと、前記第１電極と前記第２電極間に高周波電力を供給してエッチングガスをプラズマ状態に移行させ、プラズマ状態となったエッチングガスにより前記誘電体基板の主面をエッチングするエッチングステップと、を含み、前記エッチングステップによって前記誘電体基板の主面の前記高インピーダンス部に対応する位置に断面略円弧状の凸部を形成することを特徴とする。
これによれば、レジストを成膜する等の手数をかけずに、一連のドライエッチング工程を実施するだけで、所望箇所に、所望寸法の半球状（球面状）、その他の形状の凸部を備えた誘電体基板を形成することができる。なお、保持手段としては、チャック等の機械的保持手段、負圧による吸引手段等々、種々の構成を採用できる。保持手段を機械的保持手段とする場合には、高インピーダンス部としては、貫通孔としての孔部、或いは孔部に充填した高インピーダンス材を採用することができる。保持手段を負圧生成手段とする場合には、高インピーダンス部として支持面に形成した孔部（吸引孔）を採用する。
請求項１２の発明は、請求項１１において、前記高インピーダンス部が前記支持面に形成された孔部であることを特徴とする。
この発明によれば、請求項２の発明と同等の作用を得ることができる。
【０００８】
請求項１３の発明は、請求項１２において、前記孔部に負圧を導入することにより前記支持面上に誘電体基板を保持することを特徴とする。
この発明によれば、請求項３の発明と同等の作用を得ることができる。
請求項１４の発明は、前記高インピーダンス部が前記支持面に埋設された高インピーダンス材によって形成されていることを特徴とする請求項１１に記載のドライエッチング方法。
この発明によれば、請求項４の発明と同等の作用を得ることができる。
請求項１５の発明は、請求項１４において、前記高インピーダンス材が、ガラス、セラミックスの少なくとも一つを含むことを特徴とする。
この発明によれば、請求項５と同等の作用を得ることができる。
請求項１６の発明は、請求項１１乃至１５において、前記高インピーダンス部の平面形状を円形とすることにより、前記誘電体基板の主面に略球面状の細長凸部を形成することを特徴とする。
この発明によれば、請求項６と同等の作用を得ることができる。
請求項１７の発明は、請求項１１乃至１５において、前記高インピーダンス部の平面形状を細長形状とすることにより、前記誘電体基板の主面に断面略円弧状の細長凸部を形成することを特徴とする。
この発明によれば、請求項７と同等の作用を得ることができる。
請求項１８の発明は、加工対象となる誘電体基板を保持する支持面を有する第１電極とこの支持面側に対向配置された第２電極を真空容器内に備えたプラズマ処理装置によって誘電体基板の一方の主面に複数の凸部を形成するドライエッチング方法であって、前記第１電極の支持面に低インピーダンス部と、この低インピーダンス部に囲まれた複数の高インピーダンス部を予め形成しておき、一枚の誘電体基板を前記複数の高インピーダンス部とその周囲の低インピーダンス部を覆う状態で前記支持面により保持するステップと、前記真空容器内の圧力を減圧するとともに、前記真空容器内にエッチングガスを供給するステップと、前記第１電極と前記第２電極間に高周波電力を供給してエッチングガスをプラズマ状態に移行させ、プラズマ状態となったエッチングガスにより前記誘電体基板の主面をエッチングするエッチングステップと、を含み、前記エッチングステップによって前記誘電体基板の主面の前記複数の高インピーダンス部に対応する位置に断面略円弧状の凸部を形成することを特徴とする。
この発明によれば、請求項９と同等の作用を得ることができる。
【０００９】
請求項１９の発明は、請求項１８において、前記高インピーダンス部が前記支持面に形成された孔部であることを特徴とする。
この発明によれば、請求項１２と同等の作用を得ることができる。
請求項２０の発明は、請求項１９において、前記孔部に負圧を導入することにより前記支持面上に誘電体基板を保持することを特徴とする。
この発明によれば、請求項１３と同等の作用を得ることができる。
請求項２１の発明は、請求項１８において、前記高インピーダンス部が前記支持面に埋設された高インピーダンス材によって形成されていることを特徴とする。
この発明によれば、請求項１４と同等の作用を得ることができる。
請求項２２の発明は、請求項２２において、前記高インピーダンス材が、ガラス、セラミックスの少なくとも一つを含むことを特徴とする。
この発明によれば、請求項１５と同等の作用を得ることができる。
請求項２３の発明は、請求項１８乃至２２において、前記高インピーダンス部の平面形状を円形とすることにより、前記誘電体基板の主面に略球面状の凸部を形成することを特徴とする。
この発明によれば、請求項１６と同等の作用を得ることができる。
請求項２４の発明は、請求項１８乃至２２において、前記高インピーダンス部の平面形状を細長形状とすることにより、前記誘電体基板の主面に断面略円弧状の細長凸部を形成することを特徴とする。
この発明によれば、請求項１７と同等の作用を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係るドライエッチング装置の概略構成を示す断面図、要部拡大断面図、及び更なる拡大断面図である。
なお、以下の実施形態では、誘電体基板として水晶基板等の圧電基板を用いた例を示すが、これは一例であり、本発明はあらゆる誘電体基板に適用することができる。
このドライエッチング装置１は、所要の面積を備えた誘電体基板５１の一方の主面上に半球状の凸部５２を複数個形成するための装置である。このドライエッチング装置によって、誘電体基板５１としての水晶基板母材を加工対象とする場合には、最終的に得られる水晶基板個片は一方の主面上に凸部５２を備えたコンベックス形状、或いはベベル形状の水晶基板となる。
このドライエッチング装置１は、加工対象としての誘電体基板５１を吸着支持する支持面１２を有した第１電極（下部電極）１１と、第１電極１１と平行に対向配置された第２電極（上部電極）２１と、第１及び第２電極１１、２１を収容する真空容器３１と、該真空容器３１内にエッチングガスＧを供給するガス供給手段（ガスボンベ）３５と、真空容器３１内のガスＧを排気するガス排気手段（真空ポンプ）３６と、第１及び第２電極１１、２１間に高周波電力を供給する高周波電源４０と、これらを制御する図示しない制御部（ＣＰＵ）と、を備えている。
【００１１】
第１及び第２電極１１、２１と真空容器３１との間は絶縁されている。第２電極２１は接地され、第１電極１１は高周波電源４０と接続されている。高周波電源４０の他端は接地されている。
第２電極２１の内部には、ガス供給手段３５に接続するガス供給路２１ａが形成されており、このガス供給路２１ａの吹き出し口２１ｂの前面には、通気性を有する多孔板２１ｃが装着されている。この多孔板２１ｃは、第２電極２１の第１電極側の面に設けたガス吹き出し部となっている。このように第２電極２１のガス吹き出し部から第１電極１１に向かってガスを供給することにより、第１電極１１上でのエッチング速度の分布を均一化すると共に、エッチング速度を高めることができる。
なお、ガス供給手段３５から供給されるガスを真空容器３１内に吹き出すための吹き出し口は必ずしも第２電極の電極面に設けなくともよく、真空容器の側壁の他の部位に設けてもよい。
第１電極１１は、一定の肉厚を有したアルミ等の導体から成り、その支持面１２には複数の円形の吸引孔（高インピーダンス部）１２ａを有すると共に、内部には各吸引孔１２ａと連通する共通吸引路１３を備え、共通吸引路１３を介して各吸引孔１２ａに真空ポンプ（負圧生成手段＝保持手段）１４からの負圧を導入することにより、支持面１２上の誘電体基板５１を吸引して密着状態で保持する。高インピーダンス部としての吸引孔１２ａの外周には、これを包囲するように低インピーダンス部１２ｂ（支持面本体）が位置している。吸引孔１２ａは、一枚の誘電体基板５１の面積内に包含される位置関係にて集中配置された吸引孔群を構成し、各吸引孔群により夫々一枚の誘電体基板５１を吸着保持するように構成されている。この吸引孔群は、支持面１２上に複数群設けることを妨げず、また、一つの支持面上の各吸引孔群を構成する個々の吸引孔の開口径を異ならせるようにしてもよい。
【００１２】
本発明の特徴の一つは、吸引孔群を構成する各吸引孔１２ａが、個々の誘電体基板５１の一方の主面（上面）に形成すべき複数の半球状の凸部５２に対応する位置に配置されている点にある。従って、半球状の凸部５２を形成すべき位置に対応するように、予め所要の開口径を有した各吸引孔１２ａを設けておくことにより、格別のレジスト等を用いることなく、エッチング完了時には、各吸引孔１２ａに一対一で対応する位置関係にて誘電体基板５１の主面上に半球状の凸部５２が形成されることとなる。
吸引孔１２ａは、高インピーダンス部として機能する空隙（孔部）であり、この空隙が支持面１２を構成する金属等の低インピーダンス部１２ｂよりも高いインピーダンスを持つことにより、低インピーダンス部１２ｂとの間にイオン電流の高低差を発生させて近傍に位置する誘電体基板部分に対するエッチング速度に変化をもたせることが可能となる。
なお、この例では、高インピーダンス部としての吸引孔１２ａを真空ポンプ１４に接続して誘電体基板の保持手段を兼ねているが、誘電体基板を保持する手段としてはチャック、その他の機械的な保持手段であってもよい。機械的な保持手段によって誘電体基板５１を支持面１２に保持する場合には、高インピーダンス部として単なる貫通孔としての孔部を設けてもよいし、この孔部内にガラス、セラミック等の絶縁材料（高インピーダンス材）を充填した構成としてもよい。いずれの場合にも、高インピーダンス部は、第２電極２１のインピーダンスよりも高いインピーダンスをもつこととなる。
要するに本発明にあっては、第１電極１１の支持面１２に低インピーダンス部１２ｂと、この低インピーダンス部１２ｂにより包囲された高インピーダンス部（吸引孔、或いは高インピーダンス材）１２ａを形成するとともに、高インピーダンス部を誘電体基板５１の一方の主面に形成すべき各凸部５２に対応する位置に配置した構成が特徴的である。
【００１３】
図２（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は、第１電極１１の支持面１２の要部構成を示す斜視図、ドライエッチングを受けた誘電体基板の外観を示す図、及び個片の構成図である。
第１電極１１の支持面１２上には、一枚の誘電体基板５１を位置決めするためのガイド突起１５が突設され、ガイド突起１５は誘電体基板５１の形状に応じて、その外周縁を位置決めできる構成となっている。このガイド突起１５により位置決めされる誘電体基板５１が載置される支持面の特定領域には、複数の吸引孔１２ａから成る吸引孔群が形成され、一つの吸引孔群上に一枚の誘電体基板を載置したときに全ての吸引孔の上部開口が誘電体基板によって塞がれる。
この実施形態では、矩形の誘電体基板５１を使用するため、予め誘電体基板の外形寸法に適合したＬ字型に配置されたガイド突起１５に沿って、誘電体基板５１を位置決めしつつ支持面１２上に載置する。この状態で負圧生成手段１４を作動させて真空吸引を行いつつ、エッチングガスをプラズマ状態にしてドライエッチングを実施することにより、図２（ｂ）に示した如く、各吸引孔１２ａに対応する位置に凸部５２を有した誘電体基板が形成される。
この誘電体基板５１上の各凸部５２の表面及びその裏面に蒸着等により、夫々励振電極膜５７ａ、リード電極膜５７ｂを付着した後で、個片毎に分割することにより、水晶振動素子（圧電振動素子）５５が完成する。即ち、この水晶振動素子５５は、所定形状に切断された水晶基板５６の中央部表裏両面に夫々励振電極膜５７ａ、リード電極膜５７ｂを夫々形成した構成を備えている。
なお、この水晶振動素子５５は、水晶基板５６の中央部両面に凸部を備えた従来タイプとは異なり、水晶基板５６の片面中央部にのみ凸部５２が形成されているが、従来タイプに劣らない程度に十分なエネルギー閉じ込め効果を備えていることが確認されている。従って、水晶振動素子として十分に機能することが明らかである。
【００１４】
次に、上記の如き構成を備えたドライエッチング装置１を用いて誘電体基板５１の一方の主面上に半球状の凸部５２を複数個形成する工程は次の通りである。まず、真空容器３１の図示しない開閉蓋を開放して、下側に位置する第１電極１１の支持面１２上の所定箇所に誘電体基板５１を載置する。この際、支持面上に配置された一つの吸引孔群を一枚の誘電体基板５１にて塞いだ状態となる。
次いで、前記開閉蓋を閉止してから、真空ポンプ１４から共通吸引路１３、吸引孔１２ａに負圧を導入して支持面１２上の誘電体基板５１を吸着させる。
次に、ガス排気手段３６を作動させて真空容器３１内を減圧し、圧力が所望の値まで低下したら、ガス供給手段３５から真空容器３１内にエッチングガスＧを供給する。
供給されるエッチングガスＧの流量が安定した後に、高周波電源４０から第１及び第２電極１１、２１間に高周波電力を供給してエッチングガスをプラズマ状態に移行せしめ、このプラズマ状態となったエッチングガスのエネルギーによって誘電体基板５１の主面をエッチングする。
エッチング工程では、第１電極１１の支持面１２に形成した各吸引孔１２ａに対応する誘電体基板の主面部分に、半球状（断面略円弧状）の凸部５２を形成することができる。
エッチング終了後は、高周波電源４０による高周波電力の供給を停止すると共に、ガス供給手段からのエッチングガスＧの供給を停止する。その後、ガス排気手段３６による真空排気を停止して真空ポンプ３１内の圧力を大気圧に戻し、真空ポンプ１４をＯＦＦにして第１電極１１上から誘電体基板５１を取り出し可能な状態とする。
【００１５】
本発明は、次の如き現象の発見に基づいてなされたものである。即ち、本発明者は、誘電体基板５１を、第１電極１１の支持面１２に設けた吸引孔１２ａからの真空吸引によって吸着支持した状態で、プラズマ状態にあるエッチングガスによるエッチングを実施する際には、各吸引孔１２ａに対応する誘電体基板５１の主面部分のみが局部的にエッチングされにくくなり、吸引孔１２ａが存在しない支持面（電極面１２ｂ）に対応する主面部分はエッチングされ易くなるという現象を見出した。
仮に、従来、真空吸引により電極上に吸着保持した誘電体基板を、ドライエッチングにより加工する作業を行った当業者が、吸引孔に対応する誘電体基板主面に凸部が形成されることに気づいたとしても、このような凸部を有した誘電体基板は不良品として扱われるのが常識であった。なぜならば、誘電体基板主面全面を均等に削り取る目的でドライエッチングを行うからである。従って、本発明の新規性、進歩性は、ドライエッチング装置の第１電極に形成された吸引孔を利用しての主面に凸部を形成する点にあり、格別のレジストを用いることなくエッチングを実行するだけで、所望形状の凸部を備えた誘電体基板を得ることができるという効果を有する。
本発明のドライエッチング装置、及びエッチング方法は、上述の現象を利用したものであり、図１（ｃ）に示す如く、円形の各吸引孔１２ａの直上位置にある誘電体基板の主面部分のみが略半球状の凸部５２にエッチングされる。なお、ここで半球状とは、正確な意味での半球形状のみならず、凸レンズの如く断面形状が左右対称な円弧面（曲面）をなしている状態を全て含む。また、図示のようにこの半球状の凸部５２の曲面形状は裾部から頂部まで全体としてなだらかな湾曲面となっている。
従って、誘電体基板５１上に形成する各凸部５２に相当する位置に対応するように個々の吸引孔１２ａの位置を予め設定しておくことにより、格別のレジスト膜を用いることなく、エッチングの終了と同時に全ての凸部５２の形成を一括して完了することができる。従って、工程を簡略化することができる。
なお、上記の各実施形態に係るドライエッチング装置、ドライエッチング方法によって水晶基板等の圧電基板を加工する場合には、誘電体基板５１として水晶基板等の圧電基板を用い、圧電基板個片毎に凸部５２が形成される。従って、個々の凸部５２の形状、寸法、配列、ピッチ等については、支持面１２上における高インピーダンス部１２ａの形状、寸法、配列、ピッチ等によって決定されることとなる。
【００１６】
図３（ａ）は吸引孔１２ａとその周辺部の等価回路を示すものである。（イ）は吸引孔１２ａの周辺部の等価回路、（ロ）は吸引穴１２ａの等価回路、ｉ１、ｉ２はプラズマから第１電極１１に流れるイオン電流である。誘電体基板５１は誘電率ε１を有する誘電体であるから等価回路（イ）は（数１）で示されるキャパシタとなる。なお、ｄ１は、誘電体基板５１の厚さである。
（数１）
Ｃ１∝ε１／ｄ１
また、吸引孔１２ａ（孔部）は、誘電率ε２を有する誘電体であるから、等価回路（ロ）は（数１）で示されたキャパシタと（数２）で示されるキャパシタの直列回路となる。なお、ｄ２は、吸引穴１２ａの深さ（厚さ）である。
（数２）
Ｃ２∝ε２／ｄ２
ここで、ｄ１＜＜ｄ２（ｄ１は１００μｍ以下、ｄ２は３ｍｍ以上）なので、Ｃ１＞＞Ｃ２となる。
また、等価回路（イ）のインピーダンスＺ１並びに等価回路（ロ）のインピーダンスＺ２は、（数３）となる。
（数３）
Ｚ１∝１／Ｃ１
Ｚ２∝（１／Ｃ１）＋（１／Ｃ２）
従って、等価回路（イ）（ロ）のインピーダンスの関係は、Ｚ１＜＜Ｚ２となるので、等価回路（イ）のイオン電流ｉ１は等価回路（ロ）のイオン電流ｉ２よりも大きくなる。図３（ａ）に示すように、イオン電流は吸引孔１２ａの周辺部から中央部に向かうほど漸次小さくなる。エッチング速度は、イオン電流が大きいほど速くなるので、吸引孔１２ａ中央部ではその周辺部よりも誘電体基板５１はエッチングされにくくなる。しかも、イオン電流は吸引孔１２ａの周辺部から中央部に向かう程漸次小さくなるので、図３（ｂ）の破線で示すように吸引孔１２ａ上に位置する誘電体基板５１には袖部から頂部に向かって滑らかな曲線を有する凸部５２（レンズ状の凸部）が形成される。
【００１７】
次に、図４は、本発明の実施形態の具体的な実施例を示す図である。
この実施例においては、厚さ８０μｍの誘電体基板５１を図１に示した第１電極１１の支持面１２上に載置して上記手順にてドライエッチングを行った。
なお、吸引孔１２ａの直径は１８５０μｍ、エッチングガスは六フッ化イオウとヘリウムとの混合ガス、エッチングレートは約０．２μｍ／ｍｉｎである。
この結果、各吸引孔１２ａに対応する誘電体基板の主面上に、図示した如く最大突出高さが２００００Å（２μｍ）で、直径が１７０５μｍの半球状の凸部５２を得ることができた。
以上、本発明の実施の形態を水晶振動子となる圧電基板（水晶板）に凸部を形成する例で説明したが、本発明は圧電基板以外の誘電体基板、例えばガラスやセラミック材、プラスチック材にも適用可能である。
また、吸引孔１２ａ（高インピーダンス部）の平面形状を円形とすることにより形成される凸部５２の平面形状は円形となり、縦断面形状は円弧状（半球状）となるが、製造可能な凸部の形状はこれに限らず、吸引孔１２ａ（高インピーダンス部）の平面形状を種々変形することにより、所望形状の凸部を製造することができる。例えば、楕円形、長円形、小判型等々の凸部を製造する場合には、各形状に相当する平面形状の吸引孔１２ａ（高インピーダンス部）を備えた支持面１２を用意すればよい。図５、図６はこのように細長い平面形状の凸部を形成する例を示すものである。第１電極１１の支持面１２には、平面形状が細長の高インピーダンス部６０が形成されている。この高インピーダンス部６０を覆うようにして圧電基板母材５１を支持面１２上に載置してプラズマによるドライエッチングを行うと、細長い山脈状の凸部５２Ａが高インピーダンス部６０に対応する位置に形成される。この凸部５２Ａの平面形状は、高インピーダンス部６０の平面形状と同様な細長形状となる。凸部５２Ａの長手方向の断面（Ａ−Ａ断面）形状は略台形状となり、長手方向に直交する断面（Ｂ−Ｂ断面）形状は略円弧状となる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の誘電体基板のドライエッチング装置によれば、誘電体基板を支持する下部電極に複数の吸引孔を備えたドライエッチング装置を用いて、所定の手順にてドライエッチングを実施することにより、レジスト塗布等を行わないで、誘電体基板の複数の所望位置に半球状、長円状、その他の形状の凸部を形成することができる。凸部の突出長、径寸法等については、吸引孔の開口径、エッチングレート等を適宜変更することにより、任意に調整することが可能となり、得られる凸部の形状を均一化することができる。また、誘電体基板には無負荷の状態で加工できるため、薄い誘電体基板に対する加工が容易となる。
更に、第１電極にガイド突起を設けることにより、ガイド突起に沿って加工対象物としての誘電体基板をセットするだけで位置決めが完了するので、作業性を向上し、しかも凸部の形成位置を正確化することができる。
本発明の誘電体基板のドライエッチング方法によれば、レジストを成膜する等の手数をかけずに、一連のドライエッチング工程を実施するだけで、所望箇所に、所望寸法の半球状、その他の形状の凸部を複数備えた誘電体基板を形成することができる。
以上のように本発明によれば、工数の増大による生産性の低下、コストアップを招く原因となるレジスト塗布作業を一切伴わずにドライエッチング法によって、圧電基板、その他の誘電体基板片面中央部に対して所望の緩やかな曲面形状を備えた半球状（凸レンズ状）、その他の所望形状の凸部を形成することを始めて可能にしたドライエッチング装置、ドライエッチング方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係るドライエッチング装置の概略構成を示す断面図、要部拡大断面図、及び更なる拡大断面図。
【図２】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は、第１電極の支持面の要部構成を示す斜視図、ドライエッチングを受けた誘電体基板の外観を示す図、及び個々の凸部の拡大図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の原理を説明する図。
【図４】本発明の一実施例を示す説明図。
【図５】本発明の他の実施形態による高インピーダンス部の例を示す図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は形成された凸部の形状を示す断面図。
【符号の説明】
１ ドライエッチング装置、１１ 第１電極（下部電極）、１２ 支持面、１２ａ 吸引孔、１２ｂ 電極面、１３ 共通吸引路、１４ 真空ポンプ、１５ ガイド突起、２１ 第２電極（上部電極）、３１ 真空容器、３５ ガス供給手段（ガスボンベ）、３６ ガス排気手段（真空ポンプ）と、４０ 高周波電源、５１ 誘電体基板（母材）、５２、５２Ａ 凸部、５５ 水晶振動素子、５６ 水晶基板、５７ａ 励振電極膜、５７ｂ リード電極膜、６０ 高インピーダンス部。
【発明の属する技術分野】
本発明は誘電体基板を加工するためのドライエッチング装置、及びドライエッチング方法の改良に関し、特に誘電体基板の片面に滑らかな曲面を有する断面略円弧状の凸部を加工する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ加工技術としてプラズマによるドライエッチング方法が、半導体装置の電子回路形成や液晶パネルの加工等、様々な分野で広く用いられている。プラズマによるドライエッチング方法としては等方性エッチングと異方性エッチングに大別される。前者は、加工対象となる基板の片面全体を均一にエッチングする技術であり、主に半導体基板の高速エッチング等で利用されている（例えば、特許文献１参照）。後者は、深さ方向に方向性をもったエッチングを行う技術であり、主にマスク（レジスト）と併用することにより回路パターン等の複雑且つ微細なパターン形成に利用されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１７３９９５公報
【特許文献２】特開平９−９２６４４号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のプラズマによるエッチング方法は、加工対象となる基板の片面全体を均一にエッチングするか、マスクを使用して選択的にエッチングするかの何れかしかできない。また、選択的なエッチングをマスクのパターンを変更しながら複数回行うことにより、表面に任意の形状を形成することも可能であるが、マスク形成と除去の工数が増えて生産性が低く、コスト高になりやすいという問題がある。
ところで、本発明者は、半導体基板用のドライエッチング装置を用いて水晶振動子の素材である圧電基板の表面をドライエッチングで均一に加工する実験を行った。その結果、半導体基板では現れなかった滑らかな曲面を有する凸部が形成される現象を発見した。本発明者は凸部が形成される現象について鋭意考察を行ったところ、以下のようなことが明らかとなった。
（１）凸部は、半導体（シリコン）基板では形成されなかった。
（２）凸部に対応する位置には圧電基板を下部電極に吸引保持するための吸引孔があり、インピーダンスが周囲より高くなっていた。
本発明は以上のような発見に基づいてなされたものであり、誘電体基板の片面に、滑らかな曲面を有する断面略円弧状の凸部を形成することができるドライエッチング装置及びドライエッチング方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明に係るドライエッチング装置は、誘電体基板の一方の主面上に断面略円弧状の凸部を形成するドライエッチング装置であって、加工対象となる誘電体基板を保持する支持面を有する第１電極と、この支持面側に対向配置された第２電極と、前記第１電極及び第２電極を収容する真空容器と、前記真空容器内の圧力を減圧する排気手段と、前記真空容器内にエッチングガスを供給するガス供給手段と、前記第１電極と前記第２電極との間に高周波電力を供給してエッチングガスをプラズマ状態に移行させる高周波電源と、を備え、前記第１電極の支持面が低インピーダンス部とこの低インピーダンス部に囲まれた高インピーダンス部とで構成され、前記高インピーダンス部は前記誘電体基板の一方の主面に形成すべき凸部に対応する位置に形成されていることを特徴とする。
誘電体基板の主面上に、なだらかな曲線状の輪郭を備えた半球状、球面状、その他の形状の凸部を大量生産するためには、大面積の誘電体基板をドライエッチングする方法が最適である。
この発明によれば、誘電体基板を支持する下部電極に複数の高インピーダンス部（例えば、吸引孔）を備えたドライエッチング装置を用いて、所定の手順にてドライエッチングを実施することにより、レジスト塗布等を行わないで、誘電体基板の所望位置に半球状（球面状）、その他の所望形状の凸部を形成することができる。凸部の突出長、径寸法等については、吸引孔の開口径、エッチングレート等を適宜変更することにより、任意に調整することが可能となり、得られる凸部の形状を均一化することができる。
【０００５】
請求項２の発明は、請求項１において、前記高インピーダンス部が前記支持面に形成された孔部であることを特徴とする。
高インピーダンス部は、金属等から成る第１電極の支持面（低インピーダンス部）よりも高いインピーダンスを有する部分であるため、プラズマから第１電極に流れるイオン電流の高低差を形成し、エッチング速度に所望の変化を確保することができる。支持面に貫通形成した孔部（空隙）は、高インピーダンス部として機能することが明らかである。
請求項３の発明は、請求項２において、前記孔部に負圧を導入することにより前記支持面上に誘電体基板を保持する負圧生成手段を備えたことを特徴とする。支持面に誘電体基板を保持する保持手段としては、種々の構成を想定できるが、例えば高インピーダンス部としての孔部から負圧を導入して支持面に誘電体基板を吸引保持するように構成すれば、構成を簡略化する上で有効である。この吸引孔とは負圧生成手段としての保持手段に連通された孔部のことであり、第２電極よりもインピーダンスが高い高インピーダンス部として機能するものである。請求項４の発明は、請求項１において、前記高インピーダンス部が前記支持面に埋設された高インピーダンス材によって形成されていることを特徴とする。
孔部内を空隙とする代わりに、孔部内に第１電極の低インピーダンス部よりもインピーダンスが高い材料を充填してもよい。
請求項５の発明は、請求項４において、前記高インピーダンス材が、ガラス、セラミックスの少なくとも一つを含むことを特徴とする。
前記高インピーダンス材料としては、ガラス、或いはセラミックスの何れかであってもよい。
【０００６】
請求項６の発明は、請求項１乃至５において、前記高インピーダンス部の平面形状が円形であることを特徴とする。
高インピーダンス部の形状は種々選定可能であるが、例えば平面形状を円形とすることにより、半球状、断面円弧状の凸部を形成することができる。
請求項７の発明は、請求項１乃至５において、前記高インピーダンス部の平面形状が細長形状であることを特徴とする。
高インピーダンス部の平面形状を細長い形状とすることにより、誘電体基板面に形成される凸部の形状を細長い形状、例えば長円形、楕円形、小判形、長方形等、任意の細長い形状とすることができる。
請求項８の発明は、請求項１において、前記支持面上に、前記誘電体基板の端面に当接して位置決めする位置決め手段を備えたことを特徴とする。
第１電極の支持面には、吸引孔によって吸着保持される誘電体基板を位置決めするための位置決め手段が配置されているので、第１電極上の位置決め手段に沿って加工対象物としての誘電体基板をセットするだけで位置決めが完了するので、作業性を向上し、しかも凸部の形成位置を正確化することができる。
請求項９の発明は、請求項１乃至８において、前記第１電極の支持面に低インピーダンス部とこの低インピーダンス部に囲まれた複数の高インピーダンス部とを形成し、前記高インピーダンス部を前記誘電体基板の一方の主面に形成すべき複数の凸部に対応する複数の位置に形成したことを特徴とする。
第１電極の支持面に設けた高インピーダンス部を低インピーダンス部によって包囲した構成とすることにより、高インピーダンス部と低インピーダンス部との間にイオン電流の高低差を発生させて、近傍に位置する誘電体基板面に対するエッチング速度に変化を持たせることが可能となり、低インピーダンス部から高インピーダンス部に向かうほど高さが漸増する凸部を形成することができる。
このような高インピーダンス部を支持面上に複数設けることにより、同形状の凸部を複数個同時形成することが可能となる。
【０００７】
請求項１０の発明は、請求項１において、前記第２電極の前記第１電極側の面にガス吹出部を設け、前記ガス供給手段から供給されるエッチングガスを前記吹出部より前記真空容器内に供給することを特徴とする。
第２電極のガス吹き出し部から第１電極に向かってガスを供給することにより、第１電極上でのエッチング速度の分布を均一化すると共に、エッチング速度を高めることができる。
請求項１１の発明に係るドライエッチング方法は、加工対象となる誘電体基板を保持する支持面を有する第１電極とこの支持面側に対向配置された第２電極を真空容器内に備えたプラズマ処理装置によって誘電体基板の一方の主面に凸部を形成するドライエッチング方法であって、前記第１電極の支持面に低インピーダンス部と、この低インピーダンス部に囲まれた高インピーダンス部を予め形成しておき、前記高インピーダンス部とその周囲の低インピーダンス部を覆う状態で誘電体基板を前記支持面により保持するステップと、前記真空容器内の圧力を減圧するとともに、前記真空容器内にエッチングガスを供給するステップと、前記第１電極と前記第２電極間に高周波電力を供給してエッチングガスをプラズマ状態に移行させ、プラズマ状態となったエッチングガスにより前記誘電体基板の主面をエッチングするエッチングステップと、を含み、前記エッチングステップによって前記誘電体基板の主面の前記高インピーダンス部に対応する位置に断面略円弧状の凸部を形成することを特徴とする。
これによれば、レジストを成膜する等の手数をかけずに、一連のドライエッチング工程を実施するだけで、所望箇所に、所望寸法の半球状（球面状）、その他の形状の凸部を備えた誘電体基板を形成することができる。なお、保持手段としては、チャック等の機械的保持手段、負圧による吸引手段等々、種々の構成を採用できる。保持手段を機械的保持手段とする場合には、高インピーダンス部としては、貫通孔としての孔部、或いは孔部に充填した高インピーダンス材を採用することができる。保持手段を負圧生成手段とする場合には、高インピーダンス部として支持面に形成した孔部（吸引孔）を採用する。
請求項１２の発明は、請求項１１において、前記高インピーダンス部が前記支持面に形成された孔部であることを特徴とする。
この発明によれば、請求項２の発明と同等の作用を得ることができる。
【０００８】
請求項１３の発明は、請求項１２において、前記孔部に負圧を導入することにより前記支持面上に誘電体基板を保持することを特徴とする。
この発明によれば、請求項３の発明と同等の作用を得ることができる。
請求項１４の発明は、前記高インピーダンス部が前記支持面に埋設された高インピーダンス材によって形成されていることを特徴とする請求項１１に記載のドライエッチング方法。
この発明によれば、請求項４の発明と同等の作用を得ることができる。
請求項１５の発明は、請求項１４において、前記高インピーダンス材が、ガラス、セラミックスの少なくとも一つを含むことを特徴とする。
この発明によれば、請求項５と同等の作用を得ることができる。
請求項１６の発明は、請求項１１乃至１５において、前記高インピーダンス部の平面形状を円形とすることにより、前記誘電体基板の主面に略球面状の細長凸部を形成することを特徴とする。
この発明によれば、請求項６と同等の作用を得ることができる。
請求項１７の発明は、請求項１１乃至１５において、前記高インピーダンス部の平面形状を細長形状とすることにより、前記誘電体基板の主面に断面略円弧状の細長凸部を形成することを特徴とする。
この発明によれば、請求項７と同等の作用を得ることができる。
請求項１８の発明は、加工対象となる誘電体基板を保持する支持面を有する第１電極とこの支持面側に対向配置された第２電極を真空容器内に備えたプラズマ処理装置によって誘電体基板の一方の主面に複数の凸部を形成するドライエッチング方法であって、前記第１電極の支持面に低インピーダンス部と、この低インピーダンス部に囲まれた複数の高インピーダンス部を予め形成しておき、一枚の誘電体基板を前記複数の高インピーダンス部とその周囲の低インピーダンス部を覆う状態で前記支持面により保持するステップと、前記真空容器内の圧力を減圧するとともに、前記真空容器内にエッチングガスを供給するステップと、前記第１電極と前記第２電極間に高周波電力を供給してエッチングガスをプラズマ状態に移行させ、プラズマ状態となったエッチングガスにより前記誘電体基板の主面をエッチングするエッチングステップと、を含み、前記エッチングステップによって前記誘電体基板の主面の前記複数の高インピーダンス部に対応する位置に断面略円弧状の凸部を形成することを特徴とする。
この発明によれば、請求項９と同等の作用を得ることができる。
【０００９】
請求項１９の発明は、請求項１８において、前記高インピーダンス部が前記支持面に形成された孔部であることを特徴とする。
この発明によれば、請求項１２と同等の作用を得ることができる。
請求項２０の発明は、請求項１９において、前記孔部に負圧を導入することにより前記支持面上に誘電体基板を保持することを特徴とする。
この発明によれば、請求項１３と同等の作用を得ることができる。
請求項２１の発明は、請求項１８において、前記高インピーダンス部が前記支持面に埋設された高インピーダンス材によって形成されていることを特徴とする。
この発明によれば、請求項１４と同等の作用を得ることができる。
請求項２２の発明は、請求項２２において、前記高インピーダンス材が、ガラス、セラミックスの少なくとも一つを含むことを特徴とする。
この発明によれば、請求項１５と同等の作用を得ることができる。
請求項２３の発明は、請求項１８乃至２２において、前記高インピーダンス部の平面形状を円形とすることにより、前記誘電体基板の主面に略球面状の凸部を形成することを特徴とする。
この発明によれば、請求項１６と同等の作用を得ることができる。
請求項２４の発明は、請求項１８乃至２２において、前記高インピーダンス部の平面形状を細長形状とすることにより、前記誘電体基板の主面に断面略円弧状の細長凸部を形成することを特徴とする。
この発明によれば、請求項１７と同等の作用を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係るドライエッチング装置の概略構成を示す断面図、要部拡大断面図、及び更なる拡大断面図である。
なお、以下の実施形態では、誘電体基板として水晶基板等の圧電基板を用いた例を示すが、これは一例であり、本発明はあらゆる誘電体基板に適用することができる。
このドライエッチング装置１は、所要の面積を備えた誘電体基板５１の一方の主面上に半球状の凸部５２を複数個形成するための装置である。このドライエッチング装置によって、誘電体基板５１としての水晶基板母材を加工対象とする場合には、最終的に得られる水晶基板個片は一方の主面上に凸部５２を備えたコンベックス形状、或いはベベル形状の水晶基板となる。
このドライエッチング装置１は、加工対象としての誘電体基板５１を吸着支持する支持面１２を有した第１電極（下部電極）１１と、第１電極１１と平行に対向配置された第２電極（上部電極）２１と、第１及び第２電極１１、２１を収容する真空容器３１と、該真空容器３１内にエッチングガスＧを供給するガス供給手段（ガスボンベ）３５と、真空容器３１内のガスＧを排気するガス排気手段（真空ポンプ）３６と、第１及び第２電極１１、２１間に高周波電力を供給する高周波電源４０と、これらを制御する図示しない制御部（ＣＰＵ）と、を備えている。
【００１１】
第１及び第２電極１１、２１と真空容器３１との間は絶縁されている。第２電極２１は接地され、第１電極１１は高周波電源４０と接続されている。高周波電源４０の他端は接地されている。
第２電極２１の内部には、ガス供給手段３５に接続するガス供給路２１ａが形成されており、このガス供給路２１ａの吹き出し口２１ｂの前面には、通気性を有する多孔板２１ｃが装着されている。この多孔板２１ｃは、第２電極２１の第１電極側の面に設けたガス吹き出し部となっている。このように第２電極２１のガス吹き出し部から第１電極１１に向かってガスを供給することにより、第１電極１１上でのエッチング速度の分布を均一化すると共に、エッチング速度を高めることができる。
なお、ガス供給手段３５から供給されるガスを真空容器３１内に吹き出すための吹き出し口は必ずしも第２電極の電極面に設けなくともよく、真空容器の側壁の他の部位に設けてもよい。
第１電極１１は、一定の肉厚を有したアルミ等の導体から成り、その支持面１２には複数の円形の吸引孔（高インピーダンス部）１２ａを有すると共に、内部には各吸引孔１２ａと連通する共通吸引路１３を備え、共通吸引路１３を介して各吸引孔１２ａに真空ポンプ（負圧生成手段＝保持手段）１４からの負圧を導入することにより、支持面１２上の誘電体基板５１を吸引して密着状態で保持する。高インピーダンス部としての吸引孔１２ａの外周には、これを包囲するように低インピーダンス部１２ｂ（支持面本体）が位置している。吸引孔１２ａは、一枚の誘電体基板５１の面積内に包含される位置関係にて集中配置された吸引孔群を構成し、各吸引孔群により夫々一枚の誘電体基板５１を吸着保持するように構成されている。この吸引孔群は、支持面１２上に複数群設けることを妨げず、また、一つの支持面上の各吸引孔群を構成する個々の吸引孔の開口径を異ならせるようにしてもよい。
【００１２】
本発明の特徴の一つは、吸引孔群を構成する各吸引孔１２ａが、個々の誘電体基板５１の一方の主面（上面）に形成すべき複数の半球状の凸部５２に対応する位置に配置されている点にある。従って、半球状の凸部５２を形成すべき位置に対応するように、予め所要の開口径を有した各吸引孔１２ａを設けておくことにより、格別のレジスト等を用いることなく、エッチング完了時には、各吸引孔１２ａに一対一で対応する位置関係にて誘電体基板５１の主面上に半球状の凸部５２が形成されることとなる。
吸引孔１２ａは、高インピーダンス部として機能する空隙（孔部）であり、この空隙が支持面１２を構成する金属等の低インピーダンス部１２ｂよりも高いインピーダンスを持つことにより、低インピーダンス部１２ｂとの間にイオン電流の高低差を発生させて近傍に位置する誘電体基板部分に対するエッチング速度に変化をもたせることが可能となる。
なお、この例では、高インピーダンス部としての吸引孔１２ａを真空ポンプ１４に接続して誘電体基板の保持手段を兼ねているが、誘電体基板を保持する手段としてはチャック、その他の機械的な保持手段であってもよい。機械的な保持手段によって誘電体基板５１を支持面１２に保持する場合には、高インピーダンス部として単なる貫通孔としての孔部を設けてもよいし、この孔部内にガラス、セラミック等の絶縁材料（高インピーダンス材）を充填した構成としてもよい。いずれの場合にも、高インピーダンス部は、第２電極２１のインピーダンスよりも高いインピーダンスをもつこととなる。
要するに本発明にあっては、第１電極１１の支持面１２に低インピーダンス部１２ｂと、この低インピーダンス部１２ｂにより包囲された高インピーダンス部（吸引孔、或いは高インピーダンス材）１２ａを形成するとともに、高インピーダンス部を誘電体基板５１の一方の主面に形成すべき各凸部５２に対応する位置に配置した構成が特徴的である。
【００１３】
図２（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は、第１電極１１の支持面１２の要部構成を示す斜視図、ドライエッチングを受けた誘電体基板の外観を示す図、及び個片の構成図である。
第１電極１１の支持面１２上には、一枚の誘電体基板５１を位置決めするためのガイド突起１５が突設され、ガイド突起１５は誘電体基板５１の形状に応じて、その外周縁を位置決めできる構成となっている。このガイド突起１５により位置決めされる誘電体基板５１が載置される支持面の特定領域には、複数の吸引孔１２ａから成る吸引孔群が形成され、一つの吸引孔群上に一枚の誘電体基板を載置したときに全ての吸引孔の上部開口が誘電体基板によって塞がれる。
この実施形態では、矩形の誘電体基板５１を使用するため、予め誘電体基板の外形寸法に適合したＬ字型に配置されたガイド突起１５に沿って、誘電体基板５１を位置決めしつつ支持面１２上に載置する。この状態で負圧生成手段１４を作動させて真空吸引を行いつつ、エッチングガスをプラズマ状態にしてドライエッチングを実施することにより、図２（ｂ）に示した如く、各吸引孔１２ａに対応する位置に凸部５２を有した誘電体基板が形成される。
この誘電体基板５１上の各凸部５２の表面及びその裏面に蒸着等により、夫々励振電極膜５７ａ、リード電極膜５７ｂを付着した後で、個片毎に分割することにより、水晶振動素子（圧電振動素子）５５が完成する。即ち、この水晶振動素子５５は、所定形状に切断された水晶基板５６の中央部表裏両面に夫々励振電極膜５７ａ、リード電極膜５７ｂを夫々形成した構成を備えている。
なお、この水晶振動素子５５は、水晶基板５６の中央部両面に凸部を備えた従来タイプとは異なり、水晶基板５６の片面中央部にのみ凸部５２が形成されているが、従来タイプに劣らない程度に十分なエネルギー閉じ込め効果を備えていることが確認されている。従って、水晶振動素子として十分に機能することが明らかである。
【００１４】
次に、上記の如き構成を備えたドライエッチング装置１を用いて誘電体基板５１の一方の主面上に半球状の凸部５２を複数個形成する工程は次の通りである。まず、真空容器３１の図示しない開閉蓋を開放して、下側に位置する第１電極１１の支持面１２上の所定箇所に誘電体基板５１を載置する。この際、支持面上に配置された一つの吸引孔群を一枚の誘電体基板５１にて塞いだ状態となる。
次いで、前記開閉蓋を閉止してから、真空ポンプ１４から共通吸引路１３、吸引孔１２ａに負圧を導入して支持面１２上の誘電体基板５１を吸着させる。
次に、ガス排気手段３６を作動させて真空容器３１内を減圧し、圧力が所望の値まで低下したら、ガス供給手段３５から真空容器３１内にエッチングガスＧを供給する。
供給されるエッチングガスＧの流量が安定した後に、高周波電源４０から第１及び第２電極１１、２１間に高周波電力を供給してエッチングガスをプラズマ状態に移行せしめ、このプラズマ状態となったエッチングガスのエネルギーによって誘電体基板５１の主面をエッチングする。
エッチング工程では、第１電極１１の支持面１２に形成した各吸引孔１２ａに対応する誘電体基板の主面部分に、半球状（断面略円弧状）の凸部５２を形成することができる。
エッチング終了後は、高周波電源４０による高周波電力の供給を停止すると共に、ガス供給手段からのエッチングガスＧの供給を停止する。その後、ガス排気手段３６による真空排気を停止して真空ポンプ３１内の圧力を大気圧に戻し、真空ポンプ１４をＯＦＦにして第１電極１１上から誘電体基板５１を取り出し可能な状態とする。
【００１５】
本発明は、次の如き現象の発見に基づいてなされたものである。即ち、本発明者は、誘電体基板５１を、第１電極１１の支持面１２に設けた吸引孔１２ａからの真空吸引によって吸着支持した状態で、プラズマ状態にあるエッチングガスによるエッチングを実施する際には、各吸引孔１２ａに対応する誘電体基板５１の主面部分のみが局部的にエッチングされにくくなり、吸引孔１２ａが存在しない支持面（電極面１２ｂ）に対応する主面部分はエッチングされ易くなるという現象を見出した。
仮に、従来、真空吸引により電極上に吸着保持した誘電体基板を、ドライエッチングにより加工する作業を行った当業者が、吸引孔に対応する誘電体基板主面に凸部が形成されることに気づいたとしても、このような凸部を有した誘電体基板は不良品として扱われるのが常識であった。なぜならば、誘電体基板主面全面を均等に削り取る目的でドライエッチングを行うからである。従って、本発明の新規性、進歩性は、ドライエッチング装置の第１電極に形成された吸引孔を利用しての主面に凸部を形成する点にあり、格別のレジストを用いることなくエッチングを実行するだけで、所望形状の凸部を備えた誘電体基板を得ることができるという効果を有する。
本発明のドライエッチング装置、及びエッチング方法は、上述の現象を利用したものであり、図１（ｃ）に示す如く、円形の各吸引孔１２ａの直上位置にある誘電体基板の主面部分のみが略半球状の凸部５２にエッチングされる。なお、ここで半球状とは、正確な意味での半球形状のみならず、凸レンズの如く断面形状が左右対称な円弧面（曲面）をなしている状態を全て含む。また、図示のようにこの半球状の凸部５２の曲面形状は裾部から頂部まで全体としてなだらかな湾曲面となっている。
従って、誘電体基板５１上に形成する各凸部５２に相当する位置に対応するように個々の吸引孔１２ａの位置を予め設定しておくことにより、格別のレジスト膜を用いることなく、エッチングの終了と同時に全ての凸部５２の形成を一括して完了することができる。従って、工程を簡略化することができる。
なお、上記の各実施形態に係るドライエッチング装置、ドライエッチング方法によって水晶基板等の圧電基板を加工する場合には、誘電体基板５１として水晶基板等の圧電基板を用い、圧電基板個片毎に凸部５２が形成される。従って、個々の凸部５２の形状、寸法、配列、ピッチ等については、支持面１２上における高インピーダンス部１２ａの形状、寸法、配列、ピッチ等によって決定されることとなる。
【００１６】
図３（ａ）は吸引孔１２ａとその周辺部の等価回路を示すものである。（イ）は吸引孔１２ａの周辺部の等価回路、（ロ）は吸引穴１２ａの等価回路、ｉ１、ｉ２はプラズマから第１電極１１に流れるイオン電流である。誘電体基板５１は誘電率ε１を有する誘電体であるから等価回路（イ）は（数１）で示されるキャパシタとなる。なお、ｄ１は、誘電体基板５１の厚さである。
（数１）
Ｃ１∝ε１／ｄ１
また、吸引孔１２ａ（孔部）は、誘電率ε２を有する誘電体であるから、等価回路（ロ）は（数１）で示されたキャパシタと（数２）で示されるキャパシタの直列回路となる。なお、ｄ２は、吸引穴１２ａの深さ（厚さ）である。
（数２）
Ｃ２∝ε２／ｄ２
ここで、ｄ１＜＜ｄ２（ｄ１は１００μｍ以下、ｄ２は３ｍｍ以上）なので、Ｃ１＞＞Ｃ２となる。
また、等価回路（イ）のインピーダンスＺ１並びに等価回路（ロ）のインピーダンスＺ２は、（数３）となる。
（数３）
Ｚ１∝１／Ｃ１
Ｚ２∝（１／Ｃ１）＋（１／Ｃ２）
従って、等価回路（イ）（ロ）のインピーダンスの関係は、Ｚ１＜＜Ｚ２となるので、等価回路（イ）のイオン電流ｉ１は等価回路（ロ）のイオン電流ｉ２よりも大きくなる。図３（ａ）に示すように、イオン電流は吸引孔１２ａの周辺部から中央部に向かうほど漸次小さくなる。エッチング速度は、イオン電流が大きいほど速くなるので、吸引孔１２ａ中央部ではその周辺部よりも誘電体基板５１はエッチングされにくくなる。しかも、イオン電流は吸引孔１２ａの周辺部から中央部に向かう程漸次小さくなるので、図３（ｂ）の破線で示すように吸引孔１２ａ上に位置する誘電体基板５１には袖部から頂部に向かって滑らかな曲線を有する凸部５２（レンズ状の凸部）が形成される。
【００１７】
次に、図４は、本発明の実施形態の具体的な実施例を示す図である。
この実施例においては、厚さ８０μｍの誘電体基板５１を図１に示した第１電極１１の支持面１２上に載置して上記手順にてドライエッチングを行った。
なお、吸引孔１２ａの直径は１８５０μｍ、エッチングガスは六フッ化イオウとヘリウムとの混合ガス、エッチングレートは約０．２μｍ／ｍｉｎである。
この結果、各吸引孔１２ａに対応する誘電体基板の主面上に、図示した如く最大突出高さが２００００Å（２μｍ）で、直径が１７０５μｍの半球状の凸部５２を得ることができた。
以上、本発明の実施の形態を水晶振動子となる圧電基板（水晶板）に凸部を形成する例で説明したが、本発明は圧電基板以外の誘電体基板、例えばガラスやセラミック材、プラスチック材にも適用可能である。
また、吸引孔１２ａ（高インピーダンス部）の平面形状を円形とすることにより形成される凸部５２の平面形状は円形となり、縦断面形状は円弧状（半球状）となるが、製造可能な凸部の形状はこれに限らず、吸引孔１２ａ（高インピーダンス部）の平面形状を種々変形することにより、所望形状の凸部を製造することができる。例えば、楕円形、長円形、小判型等々の凸部を製造する場合には、各形状に相当する平面形状の吸引孔１２ａ（高インピーダンス部）を備えた支持面１２を用意すればよい。図５、図６はこのように細長い平面形状の凸部を形成する例を示すものである。第１電極１１の支持面１２には、平面形状が細長の高インピーダンス部６０が形成されている。この高インピーダンス部６０を覆うようにして圧電基板母材５１を支持面１２上に載置してプラズマによるドライエッチングを行うと、細長い山脈状の凸部５２Ａが高インピーダンス部６０に対応する位置に形成される。この凸部５２Ａの平面形状は、高インピーダンス部６０の平面形状と同様な細長形状となる。凸部５２Ａの長手方向の断面（Ａ−Ａ断面）形状は略台形状となり、長手方向に直交する断面（Ｂ−Ｂ断面）形状は略円弧状となる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の誘電体基板のドライエッチング装置によれば、誘電体基板を支持する下部電極に複数の吸引孔を備えたドライエッチング装置を用いて、所定の手順にてドライエッチングを実施することにより、レジスト塗布等を行わないで、誘電体基板の複数の所望位置に半球状、長円状、その他の形状の凸部を形成することができる。凸部の突出長、径寸法等については、吸引孔の開口径、エッチングレート等を適宜変更することにより、任意に調整することが可能となり、得られる凸部の形状を均一化することができる。また、誘電体基板には無負荷の状態で加工できるため、薄い誘電体基板に対する加工が容易となる。
更に、第１電極にガイド突起を設けることにより、ガイド突起に沿って加工対象物としての誘電体基板をセットするだけで位置決めが完了するので、作業性を向上し、しかも凸部の形成位置を正確化することができる。
本発明の誘電体基板のドライエッチング方法によれば、レジストを成膜する等の手数をかけずに、一連のドライエッチング工程を実施するだけで、所望箇所に、所望寸法の半球状、その他の形状の凸部を複数備えた誘電体基板を形成することができる。
以上のように本発明によれば、工数の増大による生産性の低下、コストアップを招く原因となるレジスト塗布作業を一切伴わずにドライエッチング法によって、圧電基板、その他の誘電体基板片面中央部に対して所望の緩やかな曲面形状を備えた半球状（凸レンズ状）、その他の所望形状の凸部を形成することを始めて可能にしたドライエッチング装置、ドライエッチング方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係るドライエッチング装置の概略構成を示す断面図、要部拡大断面図、及び更なる拡大断面図。
【図２】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は、第１電極の支持面の要部構成を示す斜視図、ドライエッチングを受けた誘電体基板の外観を示す図、及び個々の凸部の拡大図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の原理を説明する図。
【図４】本発明の一実施例を示す説明図。
【図５】本発明の他の実施形態による高インピーダンス部の例を示す図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は形成された凸部の形状を示す断面図。
【符号の説明】
１ ドライエッチング装置、１１ 第１電極（下部電極）、１２ 支持面、１２ａ 吸引孔、１２ｂ 電極面、１３ 共通吸引路、１４ 真空ポンプ、１５ ガイド突起、２１ 第２電極（上部電極）、３１ 真空容器、３５ ガス供給手段（ガスボンベ）、３６ ガス排気手段（真空ポンプ）と、４０ 高周波電源、５１ 誘電体基板（母材）、５２、５２Ａ 凸部、５５ 水晶振動素子、５６ 水晶基板、５７ａ 励振電極膜、５７ｂ リード電極膜、６０ 高インピーダンス部。
Claims (24)
- 誘電体基板の一方の主面上に断面略円弧状の凸部を形成するドライエッチング装置であって、
加工対象となる誘電体基板を保持する支持面を有する第１電極と、この支持面側に対向配置された第２電極と、前記第１電極及び第２電極を収容する真空容器と、前記真空容器内の圧力を減圧する排気手段と、前記真空容器内にエッチングガスを供給するガス供給手段と、前記第１電極と前記第２電極との間に高周波電力を供給してエッチングガスをプラズマ状態に移行させる高周波電源と、を備え、
前記第１電極の支持面が低インピーダンス部とこの低インピーダンス部に囲まれた高インピーダンス部とで構成され、前記高インピーダンス部は前記誘電体基板の一方の主面に形成すべき凸部に対応する位置に形成されていることを特徴とするドライエッチング装置。 - 前記高インピーダンス部が前記支持面に形成された孔部であることを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング装置。
- 前記孔部に負圧を導入することにより前記支持面上に誘電体基板を保持する負圧生成手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載のドライエッチング装置。
- 前記高インピーダンス部が前記支持面に埋設された高インピーダンス材によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング装置。
- 前記高インピーダンス材が、ガラス、セラミックスの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項４に記載のドライエッチング装置。
- 前記高インピーダンス部の平面形状が円形であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のドライエッチング装置。
- 前記高インピーダンス部の平面形状が細長形状であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のドライエッチング装置。
- 前記支持面上に、前記誘電体基板の端面に当接して位置決めする位置決め手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング装置。
- 前記第１電極の支持面に低インピーダンス部とこの低インピーダンス部に囲まれた複数の高インピーダンス部とを形成し、前記高インピーダンス部を前記誘電体基板の一方の主面に形成すべき複数の凸部に対応する複数の位置に形成したことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のドライエッチング装置。
- 前記第２電極の前記第１電極側の面にガス吹出部を設け、前記ガス供給手段から供給されるエッチングガスを前記吹出部より前記真空容器内に供給することを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング装置。
- 加工対象となる誘電体基板を保持する支持面を有する第１電極とこの支持面側に対向配置された第２電極を真空容器内に備えたプラズマ処理装置によって誘電体基板の一方の主面に凸部を形成するドライエッチング方法であって、
前記第１電極の支持面に低インピーダンス部と、この低インピーダンス部に囲まれた高インピーダンス部を予め形成しておき、前記高インピーダンス部とその周囲の低インピーダンス部を覆う状態で誘電体基板を前記支持面により保持するステップと、
前記真空容器内の圧力を減圧するとともに、前記真空容器内にエッチングガスを供給するステップと、
前記第１電極と前記第２電極間に高周波電力を供給してエッチングガスをプラズマ状態に移行させ、プラズマ状態となったエッチングガスにより前記誘電体基板の主面をエッチングするエッチングステップと、を含み、
前記エッチングステップによって前記誘電体基板の主面の前記高インピーダンス部に対応する位置に断面略円弧状の凸部を形成することを特徴とするドライエッチング方法。 - 前記高インピーダンス部が前記支持面に形成された孔部であることを特徴とする請求項１１に記載のドライエッチング方法。
- 前記孔部に負圧を導入することにより前記支持面上に誘電体基板を保持することを特徴とする請求項１２に記載のドライエッチング方法。
- 前記高インピーダンス部が前記支持面に埋設された高インピーダンス材によって形成されていることを特徴とする請求項１１に記載のドライエッチング方法。
- 前記高インピーダンス材が、ガラス、セラミックスの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１４に記載のドライエッチング方法。
- 前記高インピーダンス部の平面形状を円形とすることにより、前記誘電体基板の主面に略球面状の凸部を形成することを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載のドライエッチング方法。
- 前記高インピーダンス部の平面形状を細長形状とすることにより、前記誘電体基板の主面に断面略円弧状の細長凸部を形成することを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載のドライエッチング方法。
- 加工対象となる誘電体基板を保持する支持面を有する第１電極とこの支持面側に対向配置された第２電極を真空容器内に備えたプラズマ処理装置によって誘電体基板の一方の主面に複数の凸部を形成するドライエッチング方法であって、
前記第１電極の支持面に低インピーダンス部と、この低インピーダンス部に囲まれた複数の高インピーダンス部を予め形成しておき、一枚の誘電体基板を前記複数の高インピーダンス部とその周囲の低インピーダンス部を覆う状態で前記支持面により保持するステップと、
前記真空容器内の圧力を減圧するとともに、前記真空容器内にエッチングガスを供給するステップと、
前記第１電極と前記第２電極間に高周波電力を供給してエッチングガスをプラズマ状態に移行させ、プラズマ状態となったエッチングガスにより前記誘電体基板の主面をエッチングするエッチングステップと、を含み、
前記エッチングステップによって前記誘電体基板の主面の前記複数の高インピーダンス部に対応する位置に断面略円弧状の凸部を形成することを特徴とするドライエッチング方法。 - 前記高インピーダンス部が前記支持面に形成された孔部であることを特徴とする請求項１８に記載のドライエッチング方法。
- 前記孔部に負圧を導入することにより前記支持面上に誘電体基板を保持することを特徴とする請求項１９に記載のドライエッチング方法。
- 前記高インピーダンス部が前記支持面に埋設された高インピーダンス材によって形成されていることを特徴とする請求項１８に記載のドライエッチング方法。
- 前記高インピーダンス材が、ガラス、セラミックスの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２１に記載のドライエッチング方法。
- 前記高インピーダンス部の平面形状を円形とすることにより、前記誘電体基板の主面に略球面状の凸部を形成することを特徴とする請求項１８乃至２２の何れか一項に記載のドライエッチング方法。
- 前記高インピーダンス部の平面形状を細長形状とすることにより、前記誘電体基板の主面に断面略円弧状の細長凸部を形成することを特徴とする請求項１８乃至２２の何れか一項に記載のドライエッチング方法。
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|---|---|---|---|---|
| KR100651349B1 (ko) | 2003-09-30 | 2006-11-29 | 세이코 엡슨 가부시키가이샤 | 표면 처리 방법 |
| JP2007101649A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Oki Electric Ind Co Ltd | 光学レンズ，および，光学レンズの製造方法 |
| CN100451775C (zh) * | 2005-09-02 | 2009-01-14 | 株式会社日立工业设备技术 | 基板组装装置和基板组装方法 |
| JP2010002357A (ja) * | 2008-06-23 | 2010-01-07 | Akim Kk | 振動子片特性検査装置及び振動子片特性検査方法 |
| JP2013008731A (ja) * | 2011-06-22 | 2013-01-10 | Asahi Kasei Corp | 加工方法 |
-
2002
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