JP2005298283A

JP2005298283A - ドライエッチング方法並びにマイクロレンズアレイ及びその作製方法

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Publication number: JP2005298283A
Application number: JP2004118002A
Authority: JP
Inventors: Masanori Ozawa; 正則小澤; Yasuhiro Morikawa; 泰宏森川; Toshio Hayashi; 俊雄林; Kouko Suu; 紅コウ鄒
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2004-04-13
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-04-13
Also published as: JP4399310B2

Abstract

【課題】サブトレンチ発生を抑制するエッチング方法並びにマイクロレンズアレイ及びその作製方法の提供。
【解決手段】プラズマ雰囲気で、基板にバイアス電圧を印加してエッチングする第一工程と、第一工程より低いバイアス電圧に変更してエッチングする第二工程とからなり、第一工程のエッチングガスがＣｘ_１Ｆｙ_１（ｘ_１＝２〜５であり、ｙ_１＝４〜１２であり、ｘ_１／ｙ_１≧０．４である）を添加ガスとして含むフロロカーボンガスであり、第二工程のエッチングガスがＣｘ_２Ｆｙ_２（ｘ_２＝１〜３であり、ｙ_２＝４〜８であり、ｘ_２／ｙ_２＜０．４である）を添加ガスとして含むフロロカーボンガスであり、第一工程で基板表面を平滑化した後に第二工程へ移行する際に、プラズマ放電継続状態でバイアス電圧、エッチングガスを変更する。このエッチング方法によりマイクロレンズアレイが得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ドライエッチング方法並びにマイクロレンズアレイ及びその作製方法に関し、特に、石英ガラスからなる基板等のガラス基板上にフォトレジストで所定のマスクパターンを形成し、このマスクパターンをガラス基板に転写させて表面凸状のマイクロレンズアレイを形成する際に、このガラス基板をドライエッチングする方法並びにマイクロレンズアレイ及びその作製方法に関する。

マイクロレンズアレイは、例えば光ファイバアレイから射出する光を収束光または平行光に変換するために用いられ、例えば次の工程を経て製造される。即ち、石英などのガラス基板上にフォトレジスト層を形成し、フォトレジスト層を、フォトリソグラフィによって球面状のマスクパターンに形成し、次いで、この球面状のマスクパターン上からドライエッチングによって下側のガラス基板の表面を加工して製造される。

この場合、エッチングガスとしてフロロカーボンガスを用い、一括してエッチング加工を行い、マスクパターンの薄い部分を深く、厚い部分を浅くエッチングすることにより、球面状のマスクパターンをガラス基板に転写して、表面凸状のマイクロレンズアレイを作製する。

ところで、ドライエッチングを行う際に、フロロカーボンガスを用いて一括してエッチングすると、ガラス基板の表面にクレーターのような異常穴（一般に「ディフェクト」と呼ばれる）が形成されることが知られている。

このため、プラズマ雰囲気でフロロカーボンガスを導入し、発生したイオンや中性ラジカル等の活性種とガラス基板との反応でエッチングを行うにあたり、全エッチング工程を通じて同じフロロカーボンガスを用い、エッチング初期には、高いバイアス電圧をガラス基板に印加してエッチングし、その後、低いバイアス電圧に変更してエッチングすることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２８４５４５号公報（特許請求の範囲）。

しかしながら、上記従来技術では、全エッチング工程において、主エッチングガスをＣＦ_４とし、これにＣ_３Ｆ_８を添加したエッチングガス、即ち、Ｃの数が少ないエッチングガス主体でエッチングを行っている。そのため、エッチング初期に高いバイアス電力を印加してマスクパターンで覆われたガラス基板をエッチングすると、図４に示すように、レジストパターンａの側壁ａ１へのプラズマからのイオン照射によって側壁周辺でエッチャント（イオン及びラジカルを含む中性物質）が生成され、このエッチャントがその側壁ａ１の下側のガラス基板ｂの表面まで達する。

この場合、側壁ａ１の下側に位置するガラス基板ｂのエッチング加工面には、その他のエッチング加工面ｂ１と比較して多くのエッチャントが存在することで、イオン照射量が多くなってエッチング速度が局所的に上昇する。その結果、側壁ａ１の下側、特にエッチャント密度の濃い壁面直下に位置するガラス基板ｂのエッチング加工面のエッチングが他の加工面のエッチングよりも進み、深くエッチングされて所謂サブトレンチｃが形成されるという問題があった。

そこで、上記点に鑑み、本発明の課題は、サブトレンチの発生を抑制してガラス基板を平滑にエッチング加工できるガラス基板のドライエッチング方法、並びにマイクロレンズアレイ及びその作製方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のドライエッチング方法は、真空チャンバ内へ、エッチングガスとしてフロロカーボンガスをプラズマ雰囲気で導入して、レジストマスクで覆われたガラス基板にバイアス電圧を印加してエッチングする第一工程と、この基板へのバイアス電圧を第一工程より低い電圧に変更してエッチングする第二工程とを含むドライエッチング方法において、該第一工程で導入するエッチングガスとして、Ｃｘ_１Ｆｙ_１（ただし、ｘ_１＝２〜５であり、ｙ_１＝４〜１２であり、ｘ_１／ｙ_１≧０．４である）を添加ガスとして含むフロロカーボンガスを用い、該第二工程で導入するエッチングガスとして、Ｃｘ_２Ｆｙ_２（ただし、ｘ_２＝１〜３であり、ｙ_２＝４〜８であり、ｘ_２／ｙ_２＜０．４である）を添加ガスとして含むフロロカーボンガスを用いてエッチングを行うことを特徴とする。

本発明によれば、エッチングガスとして第一工程で導入するフロロカーボンガス中の添加ガスとしてＣｘ_１Ｆｙ_１（ただし、ｘ_１＝２〜５であり、ｙ_１＝４〜１２であり、ｘ_１／ｙ_１≧０．４である）を含むようにし、第二工程で導入するフロロカーボンガス中の添加ガスとしてＣｘ_２Ｆｙ_２（ただし、ｘ_２＝１〜３であり、ｙ_２＝４〜８であり、ｘ_２／ｙ_２＜０．４である）を含むようにし、さらに印加するバイアス電圧を第一工程より第二工程の方が低くなるようにしてガラス基板をエッチングしているので、第一工程において、レジストパターンの側壁の下側に位置するガラス基板のエッチング加工面（壁面及び底面）に堆積層が形成され、局所的なエッチング速度の上昇が抑制される。その結果、サブトレンチの発生が防止されることにより、ガラス基板のエッチング加工面を平滑に加工できる。また、第一の工程は、基板表面を平滑化することを目的とするエッチングであるため、この工程では、対レジスト選択性のよいガスを添加ガスとして含むエッチングガスを用い、比較的短時間のエッチングを行う。エッチング時間があまりに短すぎると目的とするエッチングができず、また、長時間エッチングすると基板表面がエッチングされ過ぎ、目的物の形状の制御ができないという問題がある。

第一工程におけるエッチングガスとして、Ｃの数が２より小さく、ｘ_１／ｙ_１＜０．４である添加ガスを含むフロロカーボンガスを用いると、レジストパターンの側壁の下側に位置するガラス基板のエッチング加工面に堆積層を効果的に形成することができず、また、同工程におけるエッチングガスとして、Ｃの数が５を超え、ｘ_１／ｙ_１≧０．４である添加ガスを含むフロロカーボンガスを用いると、堆積が強く起こり過ぎ、ガラス基板をエッチングして所望の目的物（例えば、マイクロレンズアレイ）を得ることが困難である。

前記第一工程で基板表面を平滑化した後に第二工程へ移行するが、その際に、プラズマ放電を継続した状態でバイアス電圧を変更すると共に、エッチングガスを変更すればよい。これにより、サブトレンチも発生しないという効果が得られる。

前記第一工程で用いる添加ガスが、Ｃ_２Ｆ_４、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_１０、Ｃ_４Ｆ_１０、Ｃ_５Ｆ_１２、Ｃ_２Ｆ_２、Ｃ_３Ｆ_４、Ｃ_４Ｆ_６、及びＣ_５Ｆ_８から選ばれた少なくとも一種のフロロカーボンガスであること、また、前記第二工程で用いる添加ガスが、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、及びＣ_３Ｆ_８から選ばれた少なくとも一種のフロロカーボンガスであることが好ましい。

前記ガラス基板が石英ガラス基板であることが好ましい。

本発明のマイクロレンズアレイは、石英ガラス基板等のようなガラス基板の表面に、その形状がほぼ球面の一部をなす複数の凸部が配列してなり、これら凸部が、上記したドライエッチング方法に従って基板表面をプラズマエッチングすることにより得られたものであることを特徴とする。

本発明のマイクロレンズアレイの作製方法は、真空チャンバ内へ、エッチングガスとしてフロロカーボンガスをプラズマ雰囲気で導入して、レジストマスクで覆われた石英ガラス基板等のようなガラス基板にバイアス電圧を印加してエッチングする第一工程と、この基板へのバイアス電圧を第一工程より低い電圧に変更してエッチングする第二工程とを含むドライエッチング方法により基板表面をエッチングし、該基板表面に、その形状がほぼ球面の一部をなす複数の凸部が配列するマイクロレンズアレイを作製する方法において、該第一工程で導入するエッチングガスとしてＣｘ_１Ｆｙ_１（ただし、ｘ_１＝２〜５であり、ｙ_１＝４〜１２であり、ｘ_１／ｙ_１≧０．４である）を添加ガスとして含むフロロカーボンガスを用い、該第二工程で導入するエッチングガスとしてＣｘ_２Ｆｙ_２（ただし、ｘ_２＝１〜３であり、ｙ_２＝４〜８であり、ｘ_２／ｙ_２＜０．４である）を添加ガスとして含むフロロカーボンガスを用い、該第一工程で該基板表面を平滑化した後に第二工程へ移行し、その際に、プラズマ放電を継続した状態でバイアス電圧を変更すると共に、エッチングガスを変更することを特徴とする。

本発明の石英ガラス等からなるガラス基板のドライエッチング方法によれば、サブトレンチの発生を抑制してガラス基板を平滑にエッチングでき、また、このエッチング方法により得られたマイクロレンズアレイは、所望の凸部形状を有し、マイクロレンズアレイとして有用であるという効果を奏する。

図１に、本発明に従って、フォトレジストで覆われた石英ガラス基板等のガラス基板をドライエッチングして平滑加工するための誘導結合型のプラズマエッチング装置１を示す。このエッチング装置１は、低温、高密度プラズマによるエッチングが可能なものであり、ターボ分子ポンプ等の真空排気手段２ａを備えた真空チャンバー２を有する。この真空チャンバー２の上部には、誘電体円筒状壁により形成されたプラズマ発生部３が設けられ、その下部には、基板電極部４が設けられている。プラズマ発生部３の側壁（誘電体側壁）５の外側には、三つの磁場コイル６、７、８が設けられ、この磁場コイル６、７、８によって、プラズマ発生部３内に環状磁気中性線（図示せず）が形成される。誘電体側壁５の外壁にはプラズマ発生用高周波アンテナコイル９が配置され、この高周波アンテナコイル９は、高周波電源１０に接続され、三つの磁場コイル６、７、８によって形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するように構成されている。

磁気中性線の作る面と対向させて基板電極部４内には、フォトレジストで覆われた被処理基板Ｓを載置する基板電極１１が設けられている。この基板電極は、絶縁体１１ａを介して真空チャンバー２内に設置されている。この基板電極１１は、コンデンサー１２を介して高周波電源１３に接続され、電位的に浮遊電極となって負のバイアス電位となるように構成されている。また、プラズマ発生部３の天板１４は、誘電体側壁５の上部フランジに密封固定され、電位的に浮遊状態として対向電極を形成する。この天板１４の内面には、真空チャンバ２内にエッチングガスを導入するガス導入ノズル１５が設けられ、このガス導入ノズル１５が、ガス流量制御手段（図示せず）を介してガス源に接続されている。

上記エッチング装置１を用いてエッチング加工される被処理物は、例えば、石英ガラスからなる基板等のガラス基板Ｓ上にフォトレジスト層を形成し、フォトレジスト層をフォトリソグラフィによって球面状のマスクパターンに形成したものである。他の形状のマスクパターンでもよい。この場合のフォトレジスト材としては、例えばＴＤＵＲ−Ｐ０３６（東京応化工業株式会社製）等の公知のレジスト材料を用いることができる。

ところで、上記エッチング装置１を用いてドライエッチングを行う際に、フロロカーボンガスを用いて一括してエッチング加工して、マイクロレンズアレイを作製すると、主として基板Ｓ上に付着したごみがマイクロマスクとなって作用し、基板Ｓの表面にクレーターのような異常穴が形成される場合がある。この場合、エッチング初期には高いバイアス電圧を印加して基板Ｓをエッチングし、次いでより低いバイアス電圧を印加して基板Ｓをエッチングすれば、上記異常穴の発生は抑制できる。しかし、エッチング初期に高いバイアス電圧を基板に印加しただけでは、所謂サブトレンチが形成されることがあるので、このサブトレンチの形成を抑える工夫をする必要がある。

そこで、本発明者らは、エッチング工程を、フォトレジスト層で覆われた基板Ｓに高いバイアス電圧を印加してエッチングする第一工程と、この基板Ｓへ印加するバイアス電圧を第一工程より低下させてエッチングする第二工程とに分けると共に、第一工程においては、Ｃｘ_１Ｆｙ_１（ただし、ｘ_１＝２〜５であり、ｙ_１＝４〜１２であり、ｘ_１／ｙ_１≧０．４である）を添加ガスとして含むフロロカーボンガスをプラズマ雰囲気で導入し、また、第二工程においては、Ｃｘ_２Ｆｙ_２（ただし、ｘ_２＝１〜３であり、ｙ_２＝４〜８であり、ｘ_２／ｙ_２＜０．４である）を添加ガスとして含むフロロカーボンガスをプラズマ雰囲気で導入し、そして第一工程から第二工程に移行するとき、プラズマ放電を継続した状態でバイアス電力と共にガス種も変更してエッチングすることとした。

エッチング初期である第一工程は、基板表面を平坦化・平滑化することを目的とするエッチングであるため、この工程では、対レジスト選択性のよい添加ガスを含むエッチングガスを用い、比較的短時間のエッチング（例えば、２〜５分）を行う。２分未満であると目的とするエッチングができず、また、５分を超えてエッチングすると基板表面がエッチングされ過ぎ、目的とする形状の制御ができないという問題がある。

この場合、第一工程の添加ガスとしては、上記したように、Ｃｘ_１Ｆｙ_１（ただし、ｘ_１＝２〜５であり、ｙ_１＝４〜１２であり、ｘ_１／ｙ_１≧０．４である）で示されるＣ_２Ｆ_４、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_１０、Ｃ_４Ｆ_１０、Ｃ_５Ｆ_１２、Ｃ_２Ｆ_２、Ｃ_３Ｆ_４、Ｃ_４Ｆ_６、及びＣ_５Ｆ_８から選ばれた少なくとも一種を用い、また、第一工程よりも低いバイアス電圧を印加してエッチングする第二工程の添加ガスとしては、Ｃｘ_２Ｆｙ_２（ただし、ｘ_２＝１〜３であり、ｙ_２＝４〜８であり、ｘ_２／ｙ_２＜０．４である）で示されるＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、及びＣ_３Ｆ_８のようなガスを用いる。第一工程及び第二工程におけるエッチングガスが上記のような添加ガスを含んでいれば、残りのフロロカーボンガスには特に制限はない。即ち、第一工程におけるエッチングガスは、この工程の上記添加ガスと第二工程の添加ガスとの混合ガスであっても良いし、この添加ガスとその他のフロロカーボンガスとの混合ガスであっても良い。また、第二工程におけるエッチングガスは、この工程の上記添加ガスと第一工程の添加ガスとの混合ガスであっても良いし、この添加ガスとその他のフロロカーボンガスとの混合ガスであっても良い。例えば、第一工程でのエッチングガスが、Ｃ_３Ｆ_８とＣ_４Ｆ_８又はＣＦ_４との混合ガスであり、第二工程でのエッチングガスが、ＣＦ_４とＣ_３Ｆ_８又はＣ_４Ｆ_８との混合ガスであってもよい。

また、前記エッチングガスに、対レジスト選択比の制御のためにＯ_２等のような酸素含有ガスを添加することがが望ましい。この場合、総流量に対して３５％以下の流量で酸素含有ガスを添加すれば良い。この範囲を超えて酸素含有ガスを添加すると、所望のマイクロレンズが得られ難いという不具合が生じる。この酸素含有ガスとしては特に制限はなく、エッチングの際に通常用いられるものであればよい。

本発明におけるエッチングガスとして、フロロカーボンガスに酸素含有ガスを添加したものを使用する場合、第一工程で導入するエッチングガス中の添加ガスの割合は、総流量基準で５．５〜３３．３％程度であることが望ましい。この添加ガスの添加量が５．５％未満であると、高バイアスを印加した場合にサブトレンチが発生してしまい、このサブトレンチを抑制しながら基板表面の平滑加工を行うことができず、また、３３．３％を超えると堆積が強く起こりすぎて基板表面の平滑加工を行うことができない。

上記したように、第一工程で高バイアス電圧を基板に印加してエッチングすることで、異常穴の発生を抑制できると共に、第一工程で上記した添加ガスを含むエッチングガスを用いることで、高いバイアス電圧を印加して基板をエッチングする場合、レジストパターンの側壁の下側に位置する基板のエッチング加工面に堆積層が形成されるようになり、局所的なエッチング速度の上昇が抑制され、その結果、サブトレンチの発生が防止される。これは、マスクパターンが球面状であっても、他の形状であっても同じである。

この場合、Ｃの数が２より小さいフロロカーボンガスを添加ガスとして用いると、レジストパターンの側壁の下側に位置するガラス基板Ｓのエッチング加工面に堆積層を効果的に形成することができず、Ｃの数が５を超えるフロロカーボンガスを添加ガスとして用いると、堆積が強く起こり過ぎ、基板に対して所望のエッチングをすることができない。

第一工程での基板電極に接続された高周波電源の出力、即ち、バイアス電圧は、−５００〜−９００Ｖの範囲に設定され、第二工程でのこの高周波電源の出力、即ち、バイアス電圧は、−５０〜−４００Ｖの範囲に設定される。この範囲を外れると、基板表面における異常穴の発生が抑制できず、サブトレンチの発生も抑制できないという問題がある。この場合、プラズマ発生用高周波アンテナコイルに接続された高周波電源の出力（アンテナ電力）は、０．８〜１．２ｋＷの範囲、好ましくは１ｋＷに設定され、第二工程でのこの高周波電源の出力は、１〜１．５ｋＷの範囲、好ましくは１．２ｋＷに設定される。真空チャンバ内の作動圧力は、第一工程及び第二工程とも、０．５Ｐａ以下の圧力に設定する。

また、図２に示すように、第一工程から第二工程に移行する際に、プラズマ放電を継続した状態に保持するために、所定の移行時間（ｔ１）内において、エッチングガスの切換え、バイアス電圧用の高周波電源の出力の切換えを行うようにした。これにより、シースに漂う負に荷電した微粒子の基板への落下、付着を防止できるという効果が得られる。

上記においては、一層構造について説明したが、レジストの濡れ性や密着性を改善するための層を設けた２層構造膜の上に形成されたレジスト形状を転写する場合も本発明のドライエッチング方法は適用できる。このような濡れ性や密着性を改善するための層のエッチング速度は下層のガラス層よりも大きいため、レジスト形状をガラス基板へ転写する場合、ガラス層だけで目的物（例えば、マイクロレンズ）を形成する時よりも、サブトレンチが発生しやすく、また、一旦発生したサブトレンチは下層のガラス層に転写されたままエッチングが進行する。従って、濡れ性、密着性改善膜の設けられた多層構造の基板をエッチングする場合には、サブトレンチを発生させないエッチング方法が必要になるが、本発明のエッチング方法は、この問題をも解決することができる。

まず、石英ガラス基板Ｓ上に、スピンコータによりレジストを塗布し、フォトリソグラフィ工程でレジストパターンを形成した。レジストしては、ＴＤＵＲ−Ｐ０３６を使用し、レジスト層の厚さを約５００ｎｍとした。

次に、図１に示すエッチング装置１を用いて上記基板のエッチングを行った。この場合、第一工程でのエッチングガスとして、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８及びＯ_２（流量：５０：１０：３０(ｓｃｃｍ)とした）の混合ガスを用い、このエッチングガスを９０ｓｃｃｍのガス流量で真空チャンバ２内に導入した。

第一工程では、真空チャンバ２内の作動圧力を０．４Ｐａに設定し、プラズマ発生用高周波アンテナコイル９に接続した高周波電源１０の出力を１０００Ｗ、基板電極１１に接続した高周波電源１３の出力を３００Ｗ（バイアス電圧５００Ｖ）に設定し、エッチング初期に２分間、表面が平滑となるまで基板Ｓをエッチングした。

引き続き、プラズマ放電状態を継続した状態で、第一工程のエッチングガスを、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＦ_４及びＯ_２（流量：５０：１０：３０(ｓｃｃｍ)とした）の混合ガスに変更し、このエッチングガスを９０ｓｃｃｍのガス流量で真空チャンバ２内に導入した。

第二工程では、真空チャンバ２内の作動圧力を０．４Ｐａに設定し、基板電極１１に接続した高周波電源１３の出力を５０Ｗ（バイアス電圧−１５０Ｖ）、プラズマ発生用高周波アンテナコイル９に接続した高周波電源１０の出力を１．２ｋＷに設定し、５分間、さらに石英ガラス基板Ｓをエッチングした。

図３(ａ)〜３(ｃ)は、上記プロセス条件で石英ガラス基板Ｓをエッチングしてマイクロレンズアレイを作製したときの基板表面のＳＥＭ写真である。これによれば、異常穴やサブトレンチを生じることなく、レジストパターンを転写させて石英ガラス基板Ｓをエッチングでき、表面凸状のレンズ部分相互の間が平滑にエッチング加工できたことが判る。
（比較例１）

図１に示すエッチング装置１を用いて、実施例１と同様に作製した石英ガラス基板Ｓを二工程に分けてエッチングした。この場合、第一工程、第二工程とも、エッチングガスとして、Ｃ_３Ｆ_８及びＣＦ_４（Ｃ_３Ｆ_８：ＣＦ_４＝３０：９０ｓｃｃｍ）の混合ガスを用い、このエッチングガスを１２０ｓｃｃｍのガス流量で真空チャンバ２内に導入した。

第一工程では、真空チャンバ２内の作動圧力を０．４Ｐａに設定し、プラズマ発生用高周波アンテナコイル９に接続した高周波電源１０の出力を１０００Ｗ、基板電極１１に接続した高周波電源１３の出力を３００Ｗ（バイアス電圧−９００Ｖ）に設定し、エッチング初期に２分間、フォトレジストで覆われた石英ガラス基板Ｓをエッチングした。

引き続き、プラズマ放電状態を継続した状態で、第一工程のエッチングガスと同じ混合ガスを用い、このエッチングガスを９０ｓｃｃｍのガス流量で真空チャンバ２内に導入した。この第二工程では、真空チャンバ２内の作動圧力を０．４Ｐａに設定し、基板電極１１に接続した高周波電源１３の出力を５０Ｗ（バイアス電圧−１５０Ｖ）、プラズマ発生用高周波アンテナコイル９に接続した高周波電源１０の出力を１２００Ｗに設定し、２８分間、さらに石英ガラス基板Ｓをエッチングした。

上記条件で石英ガラス基板Ｓをエッチングしてマイクロレンズアレイを作製したときの基板表面のＳＥＭ写真によれば、異常穴の発生は抑制できているものの、サブトレンチが発生していた。

本発明によれば、基板にバイアス電圧を印加してエッチングする第一工程と、第一工程より低いバイアス電圧に変更してエッチングする第二工程とからなるプラズマエッチング方法において、第一工程及び第二工程におけるエッチングガスとして特定の添加ガスを含むフロロカーボンガスを用い、第一工程で基板表面を平滑化した後に第二工程へ移行する際に、プラズマ放電を継続した状態でバイアス電圧、エッチングガスを変更しているので、基板表面における異常穴の発生を抑制できると共に、局所的なエッチング速度の上昇が抑制され、その結果、サブトレンチの発生が防止され、基板を平滑にエッチング加工できる。そのため、本発明のエッチング方法は、例えば液晶表示素子に用いるマイクロレンズアレイ等を作製する分野に適用可能である。

本発明のエッチング方法を実施するプラズマエッチング装置を概略的に示す構成図。第一工程と第二工程とのエッチングガス及びバイアスパワーの切換えを説明するための図。 (ａ)〜(ｃ)は、本発明の方法で石英ガラス基板をエッチングしたときの基板表面のＳＥＭ写真。従来法により石英ガラス基板をエッチングしたときのサブトレンチの発生を説明するための模式図。

符号の説明

１エッチング装置２真空チャンバ
３プラズマ発生室４基板電極部
６、７、８磁場コイル９高周波アンテナコイル
１０高周波電源１１基板電極
１３高周波電源

Claims

真空チャンバ内へ、エッチングガスとしてフロロカーボンガスをプラズマ雰囲気で導入して、レジストマスクで覆われたガラス基板にバイアス電圧を印加してエッチングする第一工程と、この基板へのバイアス電圧を第一工程より低い電圧に変更してエッチングする第二工程とを含むドライエッチング方法において、該第一工程で導入するエッチングガスとして、Ｃｘ_１Ｆｙ_１（ただし、ｘ_１＝２〜５であり、ｙ_１＝４〜１２であり、ｘ_１／ｙ_１≧０．４である）を添加ガスとして含むフロロカーボンガスを用い、該第二工程で導入するエッチングガスとして、Ｃｘ_２Ｆｙ_２（ただし、ｘ_２＝１〜３であり、ｙ_２＝４〜８であり、ｘ_２／ｙ_２＜０．４である）を添加ガスとして含むフロロカーボンガスを用いてエッチングを行うことを特徴とするガラス基板のドライエッチング方法。
前記第一工程でガラス基板表面を平滑化した後に第二工程へ移行し、その際に、プラズマ放電を継続した状態でバイアス電圧を変更すると共に、エッチングガスを変更することを特徴とする請求項１記載のガラス基板のドライエッチング方法。
前記第一工程で用いる添加ガスが、Ｃ_２Ｆ_４、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_１０、Ｃ_４Ｆ_１０、Ｃ_５Ｆ_１２、Ｃ_２Ｆ_２、Ｃ_３Ｆ_４、Ｃ_４Ｆ_６、及びＣ_５Ｆ_８から選ばれた少なくとも一種のフロロカーボンガスであり、前記第二工程で用いる添加ガスが、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、及びＣ_３Ｆ_８から選ばれた少なくとも一種のフロロカーボンガスであることを特徴とする請求項１又は２記載のガラス基板のドライエッチング方法。
前記ガラス基板が石英ガラスからなる基板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラス基板のドライエッチング方法。
ガラス基板表面に、その形状がほぼ球面の一部をなす複数の凸部が配列してなり、これら凸部が、該基板表面を請求項１〜４のいずれかに記載のドライエッチング方法に従ってプラズマエッチングして得られたものであることを特徴とするマイクロレンズアレイ。
前記ガラス基板が石英ガラスからなる基板であることを特徴とする請求項５記載のマイクロレンズアレイ。
真空チャンバ内へ、エッチングガスとしてフロロカーボンガスをプラズマ雰囲気で導入して、レジストマスクで覆われたガラス基板にバイアス電圧を印加してエッチングする第一工程と、この基板へのバイアス電圧を第一工程より低い電圧に変更してエッチングする第二工程とを含むドライエッチング方法により基板表面をエッチングし、該基板表面に、その形状がほぼ球面の一部をなす複数の凸部が配列するマイクロレンズアレイを作製する方法において、該第一工程で導入するエッチングガスとしてＣｘ_１Ｆｙ_１（ただし、ｘ_１＝２〜５であり、ｙ_１＝４〜１２であり、ｘ_１／ｙ_１≧０．４である）を添加ガスとして含むフロロカーボンガスを用い、該第二工程で導入するエッチングガスとしてＣｘ_２Ｆｙ_２（ただし、ｘ_２＝１〜３であり、ｙ_２＝４〜８であり、ｘ_２／ｙ_２＜０．４である）を添加ガスとして含むフロロカーボンガスを用い、該第一工程で該基板表面を平滑化した後に第二工程へ移行し、その際に、プラズマ放電を継続した状態でバイアス電圧を変更すると共に、エッチングガスを変更することを特徴とするマイクロレンズアレイの作製方法。
前記ガラス基板が石英ガラスからなる基板であることを特徴とする請求項７記載のマイクロレンズアレイの作製方法。