JP3492933B2 - 水晶体のエッチング加工法 - Google Patents
水晶体のエッチング加工法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水晶を３０μｍ以
下の薄肉にプラズマを用いてエッチングする技術に関
し、高い周波数の発振器用水晶体を製造する技術として
有用である。
下の薄肉にプラズマを用いてエッチングする技術に関
し、高い周波数の発振器用水晶体を製造する技術として
有用である。
【０００２】
【従来の技術】安定した周波数信号を発生する発振器と
して、水晶が使用されているが、高い周波数を発振させ
るためには、水晶を肉厚を薄くする必要がある。近年周
波数は５０ＭＨｚを超える周波数が要求されてきて、肉
厚を３０μｍ以下の薄く加工する必要が多くなってき
た。従来、水晶の肉厚を薄くする方法としては、切削機
械で切削する方法、機械ラッピングによる方法、水晶表
面にマスクを付着し、エッチング液に入れて化学的にエ
ッチングする方法がある。前者の機械的加工法は３０μ
ｍ程の厚みが加工限界であった。又後者の湿式エッチン
グ方法では、結晶欠陥，不純物が含有する部分が深くエ
ッチングされ、穴があくことがあり、製品歩留りが悪
く、しかも加工表面の面が粗く、又加工時間がかかると
いう問題点があった。
して、水晶が使用されているが、高い周波数を発振させ
るためには、水晶を肉厚を薄くする必要がある。近年周
波数は５０ＭＨｚを超える周波数が要求されてきて、肉
厚を３０μｍ以下の薄く加工する必要が多くなってき
た。従来、水晶の肉厚を薄くする方法としては、切削機
械で切削する方法、機械ラッピングによる方法、水晶表
面にマスクを付着し、エッチング液に入れて化学的にエ
ッチングする方法がある。前者の機械的加工法は３０μ
ｍ程の厚みが加工限界であった。又後者の湿式エッチン
グ方法では、結晶欠陥，不純物が含有する部分が深くエ
ッチングされ、穴があくことがあり、製品歩留りが悪
く、しかも加工表面の面が粗く、又加工時間がかかると
いう問題点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来のこれらの問題点を解消し、３０μｍ
以下の薄肉に加工歩留りよく、短時間で加工でき、又加
工面の面に粗さがないという優れた水晶体のエッチング
加工法を提供することにある。
する課題は、従来のこれらの問題点を解消し、３０μｍ
以下の薄肉に加工歩留りよく、短時間で加工でき、又加
工面の面に粗さがないという優れた水晶体のエッチング
加工法を提供することにある。
【０００４】かかる課題を解決した本発明の構成は、
１） 非加工面にマスクを被覆した水晶体を負電極に取
付け、同水晶体を取付けた負電極を希薄エッチングガス
中に配置するとともに正電極を負電極を挾むように外周
に配置し、前記正負電極に直流電圧を印加して電場を与
え、同電場の方向に直交するように磁場を与えて水晶体
のまわりを回転する電子流を形成し、同電子流の電子で
エッチングガスを電離させて高密度均一プラズマを生成
させてプラズマで水晶体表面をエッチングすることを特
徴とする水晶体のエッチング方法 ２） 非加工面にマスクを被覆した水晶体を電極に取付
け、同水晶体を取付けた電極を希薄エッチングガス中に
配置するとともに他方の電極を前記電極を挾むように外
周に配置し、前記２つの電極に交番電圧を印加して高周
波の交番電場を形成し、同交番電場の方向に直交するよ
うに磁場を与えて水晶体のまわりを回転する電子流を形
成し、同電子流の電子でエッチングガスを電離させて高
密度均一プラズマを生成させてプラズマで水晶体表面を
エッチングすることを特徴とする水晶体のエッチング方
法 ３） エッチングガスがフッ化炭素（ＣＦ 4 ）であり、
電場を直流電場とし、これに酸素ガスを１０〜３０％の
混合比率で添加した前記１）記載の水晶体のエッチング
加工法 ４） 磁場が交番磁場である前記１）〜３）何れか記載
の水晶体のエッチング加工法にある。
付け、同水晶体を取付けた負電極を希薄エッチングガス
中に配置するとともに正電極を負電極を挾むように外周
に配置し、前記正負電極に直流電圧を印加して電場を与
え、同電場の方向に直交するように磁場を与えて水晶体
のまわりを回転する電子流を形成し、同電子流の電子で
エッチングガスを電離させて高密度均一プラズマを生成
させてプラズマで水晶体表面をエッチングすることを特
徴とする水晶体のエッチング方法 ２） 非加工面にマスクを被覆した水晶体を電極に取付
け、同水晶体を取付けた電極を希薄エッチングガス中に
配置するとともに他方の電極を前記電極を挾むように外
周に配置し、前記２つの電極に交番電圧を印加して高周
波の交番電場を形成し、同交番電場の方向に直交するよ
うに磁場を与えて水晶体のまわりを回転する電子流を形
成し、同電子流の電子でエッチングガスを電離させて高
密度均一プラズマを生成させてプラズマで水晶体表面を
エッチングすることを特徴とする水晶体のエッチング方
法 ３） エッチングガスがフッ化炭素（ＣＦ 4 ）であり、
電場を直流電場とし、これに酸素ガスを１０〜３０％の
混合比率で添加した前記１）記載の水晶体のエッチング
加工法 ４） 磁場が交番磁場である前記１）〜３）何れか記載
の水晶体のエッチング加工法にある。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明のエッチングガスとして
は、フッ化炭素（ＣＦ4 ，Ｃ2Ｆ8）が一般的に使用さ
れ、フッ化炭素のみの場合と、他のガスを混合する場合
がある。添加ガスとしては、アルゴンガスＡｒ，酸素ガ
スＯ2 がある。又エッチングガスは１０-2〜１０-3ｔｏ
ｒｒ程度の希薄ガス状態とする。本発明の電場は、直流
電圧印加と、高周波電圧（ＲＦ）印加の方法があり、直
流電圧印加の場合は５００ｍＡ−１ＫＶ程度で、又ＲＦ
電圧は２００Ｗ程度の電源を用い、外部磁界型マグネト
ロン放電を可能にする。又、磁場も一方向の磁界と、方
向を交代的に変える交番磁界の印加の方法がある。交互
に反転させる交番磁場の方が、エッチングの均一性を向
上させることで好ましい。本発明の水晶体を載置する電
極板としてはＳＵＳ３１６板を使用するのがよい。
は、フッ化炭素（ＣＦ4 ，Ｃ2Ｆ8）が一般的に使用さ
れ、フッ化炭素のみの場合と、他のガスを混合する場合
がある。添加ガスとしては、アルゴンガスＡｒ，酸素ガ
スＯ2 がある。又エッチングガスは１０-2〜１０-3ｔｏ
ｒｒ程度の希薄ガス状態とする。本発明の電場は、直流
電圧印加と、高周波電圧（ＲＦ）印加の方法があり、直
流電圧印加の場合は５００ｍＡ−１ＫＶ程度で、又ＲＦ
電圧は２００Ｗ程度の電源を用い、外部磁界型マグネト
ロン放電を可能にする。又、磁場も一方向の磁界と、方
向を交代的に変える交番磁界の印加の方法がある。交互
に反転させる交番磁場の方が、エッチングの均一性を向
上させることで好ましい。本発明の水晶体を載置する電
極板としてはＳＵＳ３１６板を使用するのがよい。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本実施例は、電場としてＤＣ，ＲＦ二つの電源を
可能にし、磁場は、コイルに正逆の二つの直流又は交流
を選択的供給できるようにし、一方向の磁界と一定の周
期で交互に方向を換える交番磁場とが発生できるように
している。陰極板としてＳＵＳ３１６板を使用し、水晶
体（エッチプレート）として８０μｍまで薄く機械加工
した５．５ｍ×３ｍｍの水晶体を陰極板の上に置く。こ
れを真空容器内に入れる。エッチングガスとして（ＣＦ
4 を圧力３×１０-3ｔｏｒｒ封入し、添加ガスとしてア
ルゴンガス（Ａｒ）を添加率０〜１００％、酸化ガス
（Ｏ2 ）を添加率０〜８０％添加する。磁場として容器
外のコイルによって水晶体内の磁束密度として７９〜５
５０ｇａｕｓｓ印加する。ＤＣとＲＦの電源で電場を形
成し、電子流によるプラズマを発生させて水晶体のエッ
チングの状態を確認した。ＤＣの場合３００ｍＡで、Ｒ
Ｆでは２００Ｗ（反射電力は略０である）をプラズマ発
生条件の基準とした。これにエッチングレ−トのパワー
依存性，磁束密度依存性，自己バイアスの磁束密度依存
性，自己バイアスの動作気圧依存性，Ａｒ添加依存性，
ＲＦ自己バイアスとＤＣ放電電圧のＡｒ添加依存性，Ｏ
2 添加依存性エッチングの状態を試験した。
する。本実施例は、電場としてＤＣ，ＲＦ二つの電源を
可能にし、磁場は、コイルに正逆の二つの直流又は交流
を選択的供給できるようにし、一方向の磁界と一定の周
期で交互に方向を換える交番磁場とが発生できるように
している。陰極板としてＳＵＳ３１６板を使用し、水晶
体（エッチプレート）として８０μｍまで薄く機械加工
した５．５ｍ×３ｍｍの水晶体を陰極板の上に置く。こ
れを真空容器内に入れる。エッチングガスとして（ＣＦ
4 を圧力３×１０-3ｔｏｒｒ封入し、添加ガスとしてア
ルゴンガス（Ａｒ）を添加率０〜１００％、酸化ガス
（Ｏ2 ）を添加率０〜８０％添加する。磁場として容器
外のコイルによって水晶体内の磁束密度として７９〜５
５０ｇａｕｓｓ印加する。ＤＣとＲＦの電源で電場を形
成し、電子流によるプラズマを発生させて水晶体のエッ
チングの状態を確認した。ＤＣの場合３００ｍＡで、Ｒ
Ｆでは２００Ｗ（反射電力は略０である）をプラズマ発
生条件の基準とした。これにエッチングレ−トのパワー
依存性，磁束密度依存性，自己バイアスの磁束密度依存
性，自己バイアスの動作気圧依存性，Ａｒ添加依存性，
ＲＦ自己バイアスとＤＣ放電電圧のＡｒ添加依存性，Ｏ
2 添加依存性エッチングの状態を試験した。
【０００７】図１は、実施例の試験装置を示す説明図で
ある。図２は、水晶体と陰極板と磁場・磁場電流の配置
と方向を示す説明図である。図３は、実施例によるプラ
ズマエッチングの原理説明図である。図４は、実施例の
エッチング速度のパワー依存性を示す試験結果図であ
る。図５は、実施例のエッチング速度のＹ方向と磁束密
度依存性を示す試験結果図である。図６は、実施例のエ
ッチング速度のＸ方向と磁束密度依存性を示す試験結果
図である。図７は、実施例の磁界を反転させた場合のエ
ッチング速度のＹ方向と磁束密度依存性を示す試験結果
図である。図８は、実施例の磁界を反転させた場合のエ
ッチング速度のＸ方向と磁束密度依存性を示す試験結果
図である。図９は、実施例の自己バイアス電圧の磁束密
度依存性を示す試験結果図である。図１０は、実施例の
エッチング速度の磁束密度依存性のＤＣとＲＦ電源の比
較を示す試験結果図である。図１１は、実施例のエッチ
ング速度のＡｒ添加依存性のＤＣとＲＦ電源の比較を示
す試験結果図である。図１２は、実施例の自己バイアス
と放電電圧のＡｒ添加依存性のＤＣとＲＦ電源の比較を
示す試験結果図である。図１３は、実施例のエッチング
速度のＯ2 添加依存性のＤＣとＲＦ電源の比較を示す試
験結果図である。図１４は、実施例のＤＣ電源による水
晶体のエッチング状態を示す水晶体の拡大断面図であ
る。図１５は、実施例のＲＦ電源による水晶体のエッチ
ング状態を示す水晶体の拡大断面図である。図中、１は
エッチングされる対象である水晶体（エッチングプレー
ト）、１ａは水晶体１表面のマスク、１ｂはエッチング
領域、２は直径３０ｃｍ×１０２ｃｍ長さの筒状の真空
容器、３は水晶体１を載置するＳＵＳ３１６による１０
ｃｍ×２０ｃｍの陰極板、４は磁場を発生させる真空容
器２外側に配置されたコイル、４ａはコイル印加直流電
源、４ｂはコイル印加交流電源、４ｃは直流交流切換ス
イッチ、５は電場生成のためのＤＣ及びＲＦ電源を切換
スイッチで発生させる電源部、５ａは直流電圧を発生さ
せる最大出力５００ｍＡ−１ＫＶのＤＣ電源、５ｂは最
大出力２００Ｗの１３．５６ＭＨｚの交番電圧のＲＦ電
源、５ｃはＤＣとＲＦの電源切換スイッチ、６はエッチ
ングガスのＣＦ4のボンベ、７は添加ガスＡｒ，Ｏ2のボ
ンベ、８はＮ2 のボンベ、９は１０００リットル／秒の
ターボ分子ポンプ、１０は７６５リットル／分のロータ
リーポンプである。
ある。図２は、水晶体と陰極板と磁場・磁場電流の配置
と方向を示す説明図である。図３は、実施例によるプラ
ズマエッチングの原理説明図である。図４は、実施例の
エッチング速度のパワー依存性を示す試験結果図であ
る。図５は、実施例のエッチング速度のＹ方向と磁束密
度依存性を示す試験結果図である。図６は、実施例のエ
ッチング速度のＸ方向と磁束密度依存性を示す試験結果
図である。図７は、実施例の磁界を反転させた場合のエ
ッチング速度のＹ方向と磁束密度依存性を示す試験結果
図である。図８は、実施例の磁界を反転させた場合のエ
ッチング速度のＸ方向と磁束密度依存性を示す試験結果
図である。図９は、実施例の自己バイアス電圧の磁束密
度依存性を示す試験結果図である。図１０は、実施例の
エッチング速度の磁束密度依存性のＤＣとＲＦ電源の比
較を示す試験結果図である。図１１は、実施例のエッチ
ング速度のＡｒ添加依存性のＤＣとＲＦ電源の比較を示
す試験結果図である。図１２は、実施例の自己バイアス
と放電電圧のＡｒ添加依存性のＤＣとＲＦ電源の比較を
示す試験結果図である。図１３は、実施例のエッチング
速度のＯ2 添加依存性のＤＣとＲＦ電源の比較を示す試
験結果図である。図１４は、実施例のＤＣ電源による水
晶体のエッチング状態を示す水晶体の拡大断面図であ
る。図１５は、実施例のＲＦ電源による水晶体のエッチ
ング状態を示す水晶体の拡大断面図である。図中、１は
エッチングされる対象である水晶体（エッチングプレー
ト）、１ａは水晶体１表面のマスク、１ｂはエッチング
領域、２は直径３０ｃｍ×１０２ｃｍ長さの筒状の真空
容器、３は水晶体１を載置するＳＵＳ３１６による１０
ｃｍ×２０ｃｍの陰極板、４は磁場を発生させる真空容
器２外側に配置されたコイル、４ａはコイル印加直流電
源、４ｂはコイル印加交流電源、４ｃは直流交流切換ス
イッチ、５は電場生成のためのＤＣ及びＲＦ電源を切換
スイッチで発生させる電源部、５ａは直流電圧を発生さ
せる最大出力５００ｍＡ−１ＫＶのＤＣ電源、５ｂは最
大出力２００Ｗの１３．５６ＭＨｚの交番電圧のＲＦ電
源、５ｃはＤＣとＲＦの電源切換スイッチ、６はエッチ
ングガスのＣＦ4のボンベ、７は添加ガスＡｒ，Ｏ2のボ
ンベ、８はＮ2 のボンベ、９は１０００リットル／秒の
ターボ分子ポンプ、１０は７６５リットル／分のロータ
リーポンプである。
【０００８】本実施例のエッチングプレートは、水晶発
振器の為の８０μｍの厚みの水晶体１であり、表面には
マスク１ａを設け、エッチング領域１ｂと非エッチング
領域とを区分している（図２，３参照）。この水晶体１
を図１の真空容器２内の陰極板３に載せて、エッチング
ガスとしてボンベ６からＣＦ4 を、又添加ガスとしてＡ
ｒ，Ｏ2をボンベ７から真空容器２内に送り込んで、エ
ッチングガスＣＦ4を３×１０-3ｔｏｒｒの状態に、又
コイル４によって７９〜５５０ｇａｕｓｓの磁界を印加
する。アルゴンガスＡｒと酸素ガスＯ2 とは０〜１００
％，０〜８０％の添加可能とし、又電場として、電源部
５からＤＣ電源５ａ及び１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源５
ｂを選択的印加できるようにした。ＤＣ電源５ａでは３
００ｍＡ，ＲＦ電源５ｂでは入射電力２００Ｗ（反射電
力は略０）としてプラズマを発生させる。実施例中Ｙ方
向とは陰極板３上の磁界の方向座標を示し、Ｘ方向とは
陰極板３上のＹ方向と直交する方向座標を示す。電場Ｅ
・磁場Ｂ及び電子流方向（Ｅ×Ｂ）は図２に示してい
る。又、実施例におけるプラズマエッチングの原理図を
図３に示している。プラズマエッチングとして、（ａ）
イオン、（ｂ）中性ラジカル、（ｃ）その両方によるエ
ッチング場合がある。本実施例では、図１に示す装置で
もって、水晶体（エッチングプレート）１のエッチング
の種々の依存要素を変えて試験し、そのエッチングの状
態を試験した。その結果を以下説明する。
振器の為の８０μｍの厚みの水晶体１であり、表面には
マスク１ａを設け、エッチング領域１ｂと非エッチング
領域とを区分している（図２，３参照）。この水晶体１
を図１の真空容器２内の陰極板３に載せて、エッチング
ガスとしてボンベ６からＣＦ4 を、又添加ガスとしてＡ
ｒ，Ｏ2をボンベ７から真空容器２内に送り込んで、エ
ッチングガスＣＦ4を３×１０-3ｔｏｒｒの状態に、又
コイル４によって７９〜５５０ｇａｕｓｓの磁界を印加
する。アルゴンガスＡｒと酸素ガスＯ2 とは０〜１００
％，０〜８０％の添加可能とし、又電場として、電源部
５からＤＣ電源５ａ及び１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源５
ｂを選択的印加できるようにした。ＤＣ電源５ａでは３
００ｍＡ，ＲＦ電源５ｂでは入射電力２００Ｗ（反射電
力は略０）としてプラズマを発生させる。実施例中Ｙ方
向とは陰極板３上の磁界の方向座標を示し、Ｘ方向とは
陰極板３上のＹ方向と直交する方向座標を示す。電場Ｅ
・磁場Ｂ及び電子流方向（Ｅ×Ｂ）は図２に示してい
る。又、実施例におけるプラズマエッチングの原理図を
図３に示している。プラズマエッチングとして、（ａ）
イオン、（ｂ）中性ラジカル、（ｃ）その両方によるエ
ッチング場合がある。本実施例では、図１に示す装置で
もって、水晶体（エッチングプレート）１のエッチング
の種々の依存要素を変えて試験し、そのエッチングの状
態を試験した。その結果を以下説明する。
【０００９】（１） エッチング速度の電源パワーの依
存性試験 磁束密度５５０ｇａｕｓｓ、動作気圧３×１０-3ｔｏｒ
ｒ（ＣＦ4 ）一定とし、ＤＣ電源５ａを１００〜５００
ｍＡ変え、又ＲＦ電源５ｂの電力を５０〜２００Ｗ変え
てエッチング速度（ＥＴＣＨ ＲＡＴＥ）又はその変動
を試験した。その結果を図４に示す。図４から分るよう
にＤＣ、ＲＦともパワーの増加に従ってエッチレートが
増加することがわかる。これはパワーの増加により高密
度プラズマが形成されたプラズマ中での電子とＣＦ4 分
子の衝突波数が増加して活性なイオンやラジカル密度が
高まり、ラジカルの吸着やイオンの入射、さらに反応生
物の脱離が効率的に進行していることを示している。
存性試験 磁束密度５５０ｇａｕｓｓ、動作気圧３×１０-3ｔｏｒ
ｒ（ＣＦ4 ）一定とし、ＤＣ電源５ａを１００〜５００
ｍＡ変え、又ＲＦ電源５ｂの電力を５０〜２００Ｗ変え
てエッチング速度（ＥＴＣＨ ＲＡＴＥ）又はその変動
を試験した。その結果を図４に示す。図４から分るよう
にＤＣ、ＲＦともパワーの増加に従ってエッチレートが
増加することがわかる。これはパワーの増加により高密
度プラズマが形成されたプラズマ中での電子とＣＦ4 分
子の衝突波数が増加して活性なイオンやラジカル密度が
高まり、ラジカルの吸着やイオンの入射、さらに反応生
物の脱離が効率的に進行していることを示している。
【００１０】（２） エッチング速度の磁束密度依存性
試験 ＲＦ２００Ｗ、動作気圧３×１０-3ｔｏｒｒ（ＣＦ4 ４
０ＣＣＭ）一定とし、磁束密度を変化させてエッチレー
ト空間分布を測定した。図５に磁界方向（Ｙ方向）のエ
ッチレートの空間分布を示す。磁界方向（Ｙ方向）では
印加する磁界の増加に伴ってエッチレートの差が小さく
なり比較的均一なプラズマが形成していると思われる。
図６にＥ×Ｂ方向（Ｘ方向）のエッチレート空間分布を
示す。Ｘ方向では、印加する磁界の増加に伴いエッチレ
ート空間分布は不均一になることがわかる。また、磁界
Ｂを１８０°反転させたときの磁束方向（Ｙ方向）のエ
ッチレート空間分布を図７に、Ｅ×Ｂ方向（Ｘ方向）の
エッチレート空間分布を図８に示す。エッチレートが原
点を中心に、磁界を反転していない場合と比較して、
（図５と図７，図６と図８を比較して）対称的になって
いることがわかる。従って、磁界の向きを交互に反転す
ることにより、プラズマの時間平均的な均一性を向上す
ることができると考えられる。図９に自己バイアスの磁
束密度依存性を示す。この結果より、磁束密度が増加し
た場合自己バイアスは減少することがわかる。これは磁
界の増加に伴いＲＦ電極シース内の電子が効率良く閉じ
込められたためと考えられる。従って、自己バイアスを
単独に制御するためには磁界以外の外部パラメータを変
化させる必要がある。
試験 ＲＦ２００Ｗ、動作気圧３×１０-3ｔｏｒｒ（ＣＦ4 ４
０ＣＣＭ）一定とし、磁束密度を変化させてエッチレー
ト空間分布を測定した。図５に磁界方向（Ｙ方向）のエ
ッチレートの空間分布を示す。磁界方向（Ｙ方向）では
印加する磁界の増加に伴ってエッチレートの差が小さく
なり比較的均一なプラズマが形成していると思われる。
図６にＥ×Ｂ方向（Ｘ方向）のエッチレート空間分布を
示す。Ｘ方向では、印加する磁界の増加に伴いエッチレ
ート空間分布は不均一になることがわかる。また、磁界
Ｂを１８０°反転させたときの磁束方向（Ｙ方向）のエ
ッチレート空間分布を図７に、Ｅ×Ｂ方向（Ｘ方向）の
エッチレート空間分布を図８に示す。エッチレートが原
点を中心に、磁界を反転していない場合と比較して、
（図５と図７，図６と図８を比較して）対称的になって
いることがわかる。従って、磁界の向きを交互に反転す
ることにより、プラズマの時間平均的な均一性を向上す
ることができると考えられる。図９に自己バイアスの磁
束密度依存性を示す。この結果より、磁束密度が増加し
た場合自己バイアスは減少することがわかる。これは磁
界の増加に伴いＲＦ電極シース内の電子が効率良く閉じ
込められたためと考えられる。従って、自己バイアスを
単独に制御するためには磁界以外の外部パラメータを変
化させる必要がある。
【００１１】（３） エッチング速度の磁束密度の依存
性のＤＣとＲＦ電源差の比較の試験 ＤＣでの放電電流３００ｍＡ（放電電圧５３０Ｖ）、Ｒ
Ｆ２００Ｗ、動作気圧３×１０-3ｔｏｒｒ（ＣＦ4 ）一
定として磁束密度を変化させてエッチング特性を計測し
た結果を図１０に示す。ＤＣマグネトロンプラズマで
は、磁束密度が低い場合にエッチレートが負となってい
る。これは、堆積物のＦＥ−ＳＥＭ観測により、ＣXＦY
プラズマ重合膜及び放電電極より放出されるＳＵＳ成分
とフッ素化合物が基板（ＳｉＯ2 ）表面に堆積している
ことが明らかになった。従って、比較的大きな（約４０
０ｇａｕｓｓ以上）磁束密度ではプラズマ密度が高くな
り、エッチングが堆積よりも優先されることがわかる。
これに対しＲＦは２００ｇａｕｓｓ前後にエッチレート
のピ−クがある。これは、磁界を増加させることにより
電極シース中に存在する電子のＥ×Ｂドリフト速度が増
大し、電子をシース中に長時間閉じ込めることによっ
て、電子とＣＦ4 分子の実効衝突確率が増加し高密度プ
ラズマが形成されたためと思われる。また、磁界が強く
なると図９のように自己バイアスの減少によって逆にＥ
×Ｂドリフト速度が低下した為と思われる。これによ
り、比較的弱磁界での高速エッチングが可能となり消費
電力を省力化できる。
性のＤＣとＲＦ電源差の比較の試験 ＤＣでの放電電流３００ｍＡ（放電電圧５３０Ｖ）、Ｒ
Ｆ２００Ｗ、動作気圧３×１０-3ｔｏｒｒ（ＣＦ4 ）一
定として磁束密度を変化させてエッチング特性を計測し
た結果を図１０に示す。ＤＣマグネトロンプラズマで
は、磁束密度が低い場合にエッチレートが負となってい
る。これは、堆積物のＦＥ−ＳＥＭ観測により、ＣXＦY
プラズマ重合膜及び放電電極より放出されるＳＵＳ成分
とフッ素化合物が基板（ＳｉＯ2 ）表面に堆積している
ことが明らかになった。従って、比較的大きな（約４０
０ｇａｕｓｓ以上）磁束密度ではプラズマ密度が高くな
り、エッチングが堆積よりも優先されることがわかる。
これに対しＲＦは２００ｇａｕｓｓ前後にエッチレート
のピ−クがある。これは、磁界を増加させることにより
電極シース中に存在する電子のＥ×Ｂドリフト速度が増
大し、電子をシース中に長時間閉じ込めることによっ
て、電子とＣＦ4 分子の実効衝突確率が増加し高密度プ
ラズマが形成されたためと思われる。また、磁界が強く
なると図９のように自己バイアスの減少によって逆にＥ
×Ｂドリフト速度が低下した為と思われる。これによ
り、比較的弱磁界での高速エッチングが可能となり消費
電力を省力化できる。
【００１２】（４） エッチング速度のＡｒ添加依存性
試験 ＤＣでの放電電流３００ｍＡ（放電電圧５３０Ｖ）、Ｒ
Ｆ２００Ｗ、動作気圧３×１０-3ｔｏｒｒ（ＣＦ4 ＋Ａ
ｒ）、磁束密度５５０ｇａｕｓｓ一定として、Ａｒガス
添加率を変化させてエッチング特性を計測した結果を図
１１に示す。流量比（Ａｒ／ＣＦ4 ＋Ａｒ）０％ではＣ
Ｆ，ＣＦ2，ＣＦ3，ラジカル等による化学的エッチング
がおこり、１００％ではＡｒイオンがＳｉＯ2 表面をス
パッタリングすることによる物理的エッチングがおこる
と一般に知られている。本試験では流量比を調節して、
化学的エッチングから物理的エッチングへ移行する場合
のエッチレートの推移を調べた。Ａｒガス添加率が０％
と１００％のエッチレートの比率からＤＣ、ＲＦともに
化学的エッチングの進行が速いことがわかる。ＤＣでは
Ａｒの流量比の増加に従ってエッチレートが直線的には
減少していない。これは、Ａｒの混合ガスの場合にＡｒ
イオンの入射エネルギーにより、ＳｉＯ2 表面の内部エ
ネルギーが増加し、ＣＦ，ＣＦ2，ＣＦ3，ラジカルとの
化学反応が促進したことによって起こる化学的、物理的
エッチングの特長をあわせ持つイオンアシストエッチン
グが生じているからと思われる。ＲＦではＣＦ4 流量比
の減少に従ってエッチレートが直線的に減少し、混合ガ
スによる相乗効果がないことがわかる。
試験 ＤＣでの放電電流３００ｍＡ（放電電圧５３０Ｖ）、Ｒ
Ｆ２００Ｗ、動作気圧３×１０-3ｔｏｒｒ（ＣＦ4 ＋Ａ
ｒ）、磁束密度５５０ｇａｕｓｓ一定として、Ａｒガス
添加率を変化させてエッチング特性を計測した結果を図
１１に示す。流量比（Ａｒ／ＣＦ4 ＋Ａｒ）０％ではＣ
Ｆ，ＣＦ2，ＣＦ3，ラジカル等による化学的エッチング
がおこり、１００％ではＡｒイオンがＳｉＯ2 表面をス
パッタリングすることによる物理的エッチングがおこる
と一般に知られている。本試験では流量比を調節して、
化学的エッチングから物理的エッチングへ移行する場合
のエッチレートの推移を調べた。Ａｒガス添加率が０％
と１００％のエッチレートの比率からＤＣ、ＲＦともに
化学的エッチングの進行が速いことがわかる。ＤＣでは
Ａｒの流量比の増加に従ってエッチレートが直線的には
減少していない。これは、Ａｒの混合ガスの場合にＡｒ
イオンの入射エネルギーにより、ＳｉＯ2 表面の内部エ
ネルギーが増加し、ＣＦ，ＣＦ2，ＣＦ3，ラジカルとの
化学反応が促進したことによって起こる化学的、物理的
エッチングの特長をあわせ持つイオンアシストエッチン
グが生じているからと思われる。ＲＦではＣＦ4 流量比
の減少に従ってエッチレートが直線的に減少し、混合ガ
スによる相乗効果がないことがわかる。
【００１３】（５） ＲＦ自己バイアスとＤＣ放電電圧
のＡｒ添加依存性試験 ＲＦマグネトロンプラズマ発生時のイオン入射エネルギ
ーに相当する自己バイアス（｜Ｖｄｃ｜）について調べ
た。図１２に図１１と同一条件でエッチングしたときの
｜Ｖｄｃ｜の推移を示す。ＣＦ4 とＡｒの混合ガス領域
では自己バイアスは１００Ｖ以下である。ＤＣマグネト
ロンプラズマ発生時にはシース電圧が約５００Ｖに達す
ることと比較すると非常に小さい。これらの低エネルギ
ーイオンがエッチング基材（ＳｉＯ2 ）に入射する場合
には、イオンの速度が小さいため、イオンと基材表面の
波動関数が重なり、電子の授受が行なわれる。つまり、
低エネルギーイオンは、ＳｉＯ2 に入射することにな
る。これによりＲＦではＡｒイオンのイオンアシスト効
果が小さいと思われる。
のＡｒ添加依存性試験 ＲＦマグネトロンプラズマ発生時のイオン入射エネルギ
ーに相当する自己バイアス（｜Ｖｄｃ｜）について調べ
た。図１２に図１１と同一条件でエッチングしたときの
｜Ｖｄｃ｜の推移を示す。ＣＦ4 とＡｒの混合ガス領域
では自己バイアスは１００Ｖ以下である。ＤＣマグネト
ロンプラズマ発生時にはシース電圧が約５００Ｖに達す
ることと比較すると非常に小さい。これらの低エネルギ
ーイオンがエッチング基材（ＳｉＯ2 ）に入射する場合
には、イオンの速度が小さいため、イオンと基材表面の
波動関数が重なり、電子の授受が行なわれる。つまり、
低エネルギーイオンは、ＳｉＯ2 に入射することにな
る。これによりＲＦではＡｒイオンのイオンアシスト効
果が小さいと思われる。
【００１４】（６） エッチング速度の酸素（Ｏ2 ）ガ
ス添加依存試験 次に、ＤＣでの放電電流３００ｍＡ（放電電圧５３０
Ｖ）、ＲＦ２００Ｗ、動作気圧３×１０-3ｔｏｒｒ（Ｃ
Ｆ4＋Ｏ2）、磁束密度５５０ｇａｕｓｓ一定として、Ｏ
2 ガス添加率を変化させてエッチング特性を計測した結
果を図１３に示す。本試験では、活性化したＯ2 原子に
よるエッチング反応への影響について調べた。ＤＣマグ
ネトロンプラズマではＯ2 添加２０％で最大値となっ
た。これは、エッチング中に生成するプラズマ重合膜Ｃ
XＦYと活性な酸素原子との反応によってＣＯ、ＣＯ2、
ＣＯＦ2等を生成してプラズマ重合成分が除去され、そ
の結果として、プラズマ重合膜の除去に消費されていた
フッ素原子がエッチング反応に消費されるようになり、
エッチレートが増大したものと思われる。ＤＣ電源で酸
素ガス混合比率が１０〜３０％では、無酸素状態に比べ
数割程度エッチングレートが向上する。しかし過剰なＯ
2 の添加は逆にエッチングを阻害してしまう。これは酸
素負イオンの生成による電子密度の減少ならびに生成し
たＳｉＦX が酸素原子と反応して酸素膜を形成するため
と思われる。一方、ＲＦマグネトロンプラズマにおいて
はＯ2 添加混合ガスによる相乗効果は見られず、プラズ
マ重合成分の堆積は起こらないと推測される。 （７） 図１４、１５にＤＣ電源とＲＦ電源とエッチン
グ加工面について比較している。これから分かるように
ＲＦ電源を使用するとエッチング加工面は粗さが少なく
美しく仕上り状態となる。
ス添加依存試験 次に、ＤＣでの放電電流３００ｍＡ（放電電圧５３０
Ｖ）、ＲＦ２００Ｗ、動作気圧３×１０-3ｔｏｒｒ（Ｃ
Ｆ4＋Ｏ2）、磁束密度５５０ｇａｕｓｓ一定として、Ｏ
2 ガス添加率を変化させてエッチング特性を計測した結
果を図１３に示す。本試験では、活性化したＯ2 原子に
よるエッチング反応への影響について調べた。ＤＣマグ
ネトロンプラズマではＯ2 添加２０％で最大値となっ
た。これは、エッチング中に生成するプラズマ重合膜Ｃ
XＦYと活性な酸素原子との反応によってＣＯ、ＣＯ2、
ＣＯＦ2等を生成してプラズマ重合成分が除去され、そ
の結果として、プラズマ重合膜の除去に消費されていた
フッ素原子がエッチング反応に消費されるようになり、
エッチレートが増大したものと思われる。ＤＣ電源で酸
素ガス混合比率が１０〜３０％では、無酸素状態に比べ
数割程度エッチングレートが向上する。しかし過剰なＯ
2 の添加は逆にエッチングを阻害してしまう。これは酸
素負イオンの生成による電子密度の減少ならびに生成し
たＳｉＦX が酸素原子と反応して酸素膜を形成するため
と思われる。一方、ＲＦマグネトロンプラズマにおいて
はＯ2 添加混合ガスによる相乗効果は見られず、プラズ
マ重合成分の堆積は起こらないと推測される。 （７） 図１４、１５にＤＣ電源とＲＦ電源とエッチン
グ加工面について比較している。これから分かるように
ＲＦ電源を使用するとエッチング加工面は粗さが少なく
美しく仕上り状態となる。
【００１５】
【発明の効果】以上の様に、本発明によれば真空容器内
にエッチングガスを封入し、これに直交する磁場と電場
を与えることで電子流を水晶体の外周に形成させてエッ
チングガスを電離させて高密度のプラズマを生成させる
ことで、水晶体の表面を２０μ以下の薄さに肉厚薄くエ
ッチング加工できた。本発明は湿式化学エッチングでな
いので、結晶欠陥、不純物によって大きく穴があくこと
がなく、均一にエッチングでき、エッチング加工の製品
歩留りを高める。又エッチング加工時間もドライプロセ
スであるので大巾に短縮できる。本発明でＲＦ電源を使
用すると、エッチング面の粗さがなく、美しい仕上り状
態にできる。又磁場を交番させると、比較的に弱磁界で
均一な高速エッチングが可能となり、消費電力を低減で
きる。又、本発明でＯ2 ガスをＤＣ電源でＣＦ4 ガス中
に１０〜３０％混合比率の量添加すればエッチング速度
を向上させることができる。
にエッチングガスを封入し、これに直交する磁場と電場
を与えることで電子流を水晶体の外周に形成させてエッ
チングガスを電離させて高密度のプラズマを生成させる
ことで、水晶体の表面を２０μ以下の薄さに肉厚薄くエ
ッチング加工できた。本発明は湿式化学エッチングでな
いので、結晶欠陥、不純物によって大きく穴があくこと
がなく、均一にエッチングでき、エッチング加工の製品
歩留りを高める。又エッチング加工時間もドライプロセ
スであるので大巾に短縮できる。本発明でＲＦ電源を使
用すると、エッチング面の粗さがなく、美しい仕上り状
態にできる。又磁場を交番させると、比較的に弱磁界で
均一な高速エッチングが可能となり、消費電力を低減で
きる。又、本発明でＯ2 ガスをＤＣ電源でＣＦ4 ガス中
に１０〜３０％混合比率の量添加すればエッチング速度
を向上させることができる。
【図１】実施例の試験装置を示す説明図である。
【図２】水晶体と陰極板と磁場・磁場電流の配置と方向
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図３】実施例によるプラズマエッチングの原理説明図
である。
である。
【図４】実施例のエッチング速度のパワー依存性を示す
試験結果図である。
試験結果図である。
【図５】実施例のエッチング速度のＹ方向と磁束密度依
存性を示す試験結果図である。
存性を示す試験結果図である。
【図６】実施例のエッチング速度のＸ方向と磁束密度依
存性を示す試験結果図である。
存性を示す試験結果図である。
【図７】実施例の磁界を反転させた場合のエッチング速
度のＹ方向と磁束密度依存性を示す試験結果図である。
度のＹ方向と磁束密度依存性を示す試験結果図である。
【図８】実施例の磁界を反転させた場合のエッチング速
度のＸ方向と磁束密度依存性を示す試験結果図である。
度のＸ方向と磁束密度依存性を示す試験結果図である。
【図９】実施例の自己バイアス電圧の磁束密度依存性を
示す試験結果図である。
示す試験結果図である。
【図１０】実施例のエッチング速度の磁束密度依存性の
ＤＣとＲＦ電源の比較を示す試験結果図である。
ＤＣとＲＦ電源の比較を示す試験結果図である。
【図１１】実施例のエッチング速度のＡｒ添加依存性の
ＤＣとＲＦ電源の比較を示す試験結果図である。
ＤＣとＲＦ電源の比較を示す試験結果図である。
【図１２】実施例の自己バイアスと放電電圧のＡｒ添加
依存性のＤＣとＲＦ電源の比較を示す試験結果図であ
る。
依存性のＤＣとＲＦ電源の比較を示す試験結果図であ
る。
【図１３】実施例のエッチング速度のＯ2 添加依存性の
ＤＣとＲＦ電源の比較を示す試験結果図である。
ＤＣとＲＦ電源の比較を示す試験結果図である。
【図１４】実施例のＤＣ電源による水晶体のエッチング
状態を示す水晶体の拡大断面図である。
状態を示す水晶体の拡大断面図である。
【図１５】実施例のＲＦ電源による水晶体のエッチング
状態を示す水晶体の拡大断面図である。
状態を示す水晶体の拡大断面図である。
１ 水晶体（エッチングプレート）
２ 真空容器
３ 陰極板
４ コイル
４ａ コイル印加直流電源
４ｂ コイル印加交流電源
４ｃ 直流交流切換スイッチ
５ 電源部
５ａ ＤＣ電源
５ｂ ＲＦ電源
５ｃ 電源切換スイッチ
６ ＣＦ4 のボンベ
７ Ａｒ・Ｏ2 のボンベ
８ Ｎ2 のボンベ
９ ターボ分子ポンプ
１０ ロータリーポンプ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/3065
Claims (4)
- 【請求項１】 非加工面にマスクを被覆した水晶体を負
電極に取付け、同水晶体を取付けた負電極を希薄エッチ
ングガス中に配置するとともに正電極を負電極を挾むよ
うに外周に配置し、前記正負電極に直流電圧を印加して
電場を与え、同電場の方向に直交するように磁場を与え
て水晶体のまわりを回転する電子流を形成し、同電子流
の電子でエッチングガスを電離させて高密度均一プラズ
マを生成させてプラズマで水晶体表面をエッチングする
ことを特徴とする水晶体のエッチング方法。 - 【請求項２】 非加工面にマスクを被覆した水晶体を電
極に取付け、同水晶体を取付けた電極を希薄エッチング
ガス中に配置するとともに他方の電極を前記電極を挾む
ように外周に配置し、前記２つの電極に交番電圧を印加
して高周波の交番電場を形成し、同交番電場の方向に直
交するように磁場を与えて水晶体のまわりを回転する電
子流を形成し、同電子流の電子でエッチングガスを電離
させて高密度均一プラズマを生成させてプラズマで水晶
体表面をエッチングすることを特徴とする水晶体のエッ
チング方法。 - 【請求項３】 エッチングガスがフッ化炭素（ＣＦ 4 ）
であり、電場を直流電場とし、これに酸素ガスを１０〜
３０％の混合比率で添加した請求項１記載の水晶体のエ
ッチング加工法。 - 【請求項４】 磁場が交番磁場である請求項１〜３何れ
か記載の水晶体のエッチング加工法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08789399A JP3492933B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 水晶体のエッチング加工法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08789399A JP3492933B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 水晶体のエッチング加工法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000286236A JP2000286236A (ja) | 2000-10-13 |
| JP3492933B2 true JP3492933B2 (ja) | 2004-02-03 |
Family
ID=13927576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08789399A Expired - Lifetime JP3492933B2 (ja) | 1999-03-30 | 1999-03-30 | 水晶体のエッチング加工法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3492933B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4867079B2 (ja) * | 2001-04-27 | 2012-02-01 | パナソニック株式会社 | 水晶重合板の製造方法 |
| JP5103025B2 (ja) * | 2006-02-10 | 2012-12-19 | 九州電通株式会社 | シリコンウェハの表面層の除去方法 |
-
1999
- 1999-03-30 JP JP08789399A patent/JP3492933B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000286236A (ja) | 2000-10-13 |
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