JP5264403B2

JP5264403B2 - プラズマエッチング装置において用いる基板トレイ、エッチング装置及びエッチング方法

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Publication number: JP5264403B2
Application number: JP2008265772A
Authority: JP
Inventors: 泰宏森川; 正幸佐藤; 敏幸中村; 光康浅野
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-10-14
Also published as: JP2010098011A

Description

本発明は、プラズマエッチング装置において用いる基板トレイ、エッチング装置及びエッチング方法に関し、例えば光導波路や光変調器に利用され得る基板をプラズマ雰囲気中で加工するためのエッチング装置及びエッチング方法、並びにプラズマエッチング装置において用いる基板トレイに関する。

従来、光変調器や光導波路等に利用される焦電性高誘電体材料をプラズマ中で加工するエッチング装置として、表面が陽極酸化膜で被覆された基板電極、アルミナで構成された基板押さえクランプ部材等を備えた装置が使用されていたが、焦電性高誘電体材料からなる基板を加工する際に、加工温度のムラ及びチャージアップが要因で基板割れが発生するという問題があった。また、基板割れが発生しやすい基板としては、焦電性高誘電体からなる基板の他に、基板トレイ上で基板の一部を貫通する処理を行った貫通基板があるが、この場合も、必ずしも満足すべき解決策は提案されていない。

そのため、温度ムラやチャージアップを解消するために、基板トレイの形状を改良し、基板の表面側や裏面側に冷却ガスを流すように構成したエッチング装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

また、焦電性高誘電体基板の割れ発生を抑制するために、基板載置面と基板押さえ治具又はクランプの基板に接触する面とを導体で構成し、基板表面電位と裏面電位との差を僅少に保つようにした基板保持機構を設けたエッチング装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この場合、導体としてＮｉ、Ｃｕ、Ａｌが用いられている。

特許第３６４０３８５号公報（特許請求の範囲）特許第３６４０３８６号公報（特許請求の範囲）特開２００２−３７３８８７号公報（特許請求の範囲）

上記前者の従来技術（特許文献１及び２）においては、熱伝導性を良くして温度ムラやチャージアップを解消したとしても、従来の基板トレイの形状では、基板を固定するクランプリング自体の温度上昇のために、加工時間が長くなるにつれて、基板自体が焦電効果で分極して基板トレイにくっつき、基板を剥がすのが困難になると共に、基板割れが発生するという問題がある。例えば、５枚に１枚程度から１０枚に１枚程度の基板割れが発生する。

また、上記後者の従来技術（特許文献３）においては、基板表面電位と裏面電位との差を僅少に保ったとしても、基板を固定するクランプリング自体の温度上昇のために、加工時間が長くなるにつれて、基板自体が焦電効果で分極して基板トレイにくっつき、基板を剥がすのが困難になると共に、基板割れが発生するという問題がある。

そこで、本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、温度ムラやチャージアップを解消するために、基板トレイの形状をさらに改良して、基板の裏面側に冷却ガスを十分に流すことができ、それにより基板温度を所定の温度まで冷却することができるような形状としたプラズマエッチング装置において用いる基板トレイ、この基板トレイを用いることにより、エッチング中に割れやすい基板の割れを生じることなく加工できるエッチング方法及びこの方法を実施するためのエッチング装置を提供することにある。

本発明の基板トレイは、プラズマエッチング装置で用いる基板トレイにおいて、表面に加工すべき基板を受ける第１の表面凹部が形成され、かつこの第１の表面凹部内に、該第１の表面凹部の深さより深い第２の表面凹部が該第１の表面凹部に隣接して形成されて、表面が２段の凹部を有するように構成されてなり、該第１及び第２の表面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部とこの裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とが形成され、この裏面凹部は、該周囲接触面部で画定され、該裏面凹部の底面と該周囲接触面部との間に段差を形成するように構成されており、該裏面凹部の中央部に突起部が形成され、そして該裏面凹部から該第２の表面凹部へと貫通する複数の冷却ガス流路が形成されたものであり、表面が平坦な基板電極上に装着して用いるものであることを特徴とする。

前記第２の表面凹部の深さが、５０〜１００μｍであることを特徴とする。また、前記基板の周縁部を載置する部分である第１の表面凹部の底面の幅が、最大３ｍｍであることを特徴とする。

前記深さである第１の表面凹部と第２の表面凹部との段差が５０μｍ未満であると、冷却ガスの量が少ないため、基板の冷却効率が悪くなり、結果として基板割れが発生し、段差が大きい程冷却効率が向上するが、段差が大きすぎると基板の搬送ができなくなるので、現在の装置構成では、１００μｍ以下であることが好ましい。また、第１の表面凹部の底面の幅は、基板の大きさにもよるが、一般に、最大３ｍｍ程度あれば、基板を載置する時に基板が撓むこともなく、平坦な状態で固定でき、この幅が１ｍｍ程度のようにあまり小さくなると、基板を載置して固定する時に基板が撓む恐れがあるので、好ましくは２ｍｍ程度以上である。

本発明のエッチング装置は、高密度プラズマ雰囲気で、基板電極上に載置される基板を加工するエッチング装置において、表面にリング状の凹部が形成された基板電極上に装着される基板トレイ内に載置される基板を基板トレイ上に固定するために基板の周縁部を押圧するように構成されたクランプリングを有してなり、該基板トレイが、表面に加工すべき基板を受ける第１の表面凹部が形成され、かつこの第１の表面凹部内に、該第１の表面凹部の深さより深い第２の表面凹部が該第１の表面凹部に隣接して形成されて、表面が２段の凹部を有するように構成され、また、該第１及び第２の表面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部とこの裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とが形成され、この裏面凹部は、該周囲接触面部で画定され、該裏面凹部の底面と該周囲接触面部との間に段差を形成するように構成されており、そして該裏面凹部から該第２の表面凹部へと貫通する複数の冷却ガス流路が形成されたものであることを特徴とする。
本発明のエッチング装置はまた、高密度プラズマ雰囲気で、基板電極上に載置される基板を加工するエッチング装置において、表面が平坦な基板電極上に装着される基板トレイ内に載置される基板を基板トレイ上に固定するために基板の周縁部を押圧するように構成されたクランプリングを有してなり、該基板トレイが、表面に加工すべき基板を受ける第１の表面凹部が形成され、かつこの第１の表面凹部内に、該第１の表面凹部の深さより深い第２の表面凹部が該第１の表面凹部に隣接して形成されて、表面が２段の凹部を有するように構成され、また、該第１及び第２の表面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部とこの裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とが形成され、この裏面凹部は、該周囲接触面部で画定され、該裏面凹部の底面と該周囲接触面部との間に段差を形成するように構成されており、該裏面凹部の中央部に突起部が形成され、そして該裏面凹部から該第２の表面凹部へと貫通する複数の冷却ガス流路が形成されたものであることを特徴とする。

前記第２の表面凹部の深さ、すなわち、第１の表面凹部の底面である第２の表面凹部の上面から第２の表面凹部の底面までの高さである段差が、５０〜１００μｍであることを特徴とする。冷却ガスの冷却効率から考えて、５０〜１００μｍ程度が好ましい。この深さである第１の表面凹部と第２の表面凹部との段差が５０μｍ未満であると、冷却ガスの量が少ないため、基板の冷却効率が悪くなり、結果として基板割れが発生し、段差が大きい程冷却効率が向上するが、段差が大きすぎると基板の搬送ができなくなるので、現在の装置構成では、１００μｍ以下であることが好ましい。

前記基板の周縁部を載置する部分である第１の表面凹部の底面の幅、すなわち、第２の表面凹部の上面である外周縁部の幅が、最大３ｍｍであることを特徴とする。基板の大きさにもよるが、一般に、最大３ｍｍ程度あれば、基板を載置する時に基板が撓むこともなく、平坦な状態で固定でき、この幅が１ｍｍ程度のようにあまり小さくなると、クランプリングにより基板を載置する時に基板が撓む恐れがあるので、好ましくは２ｍｍ程度以上である。

上記したように、基板トレイの表面に２段の表面凹部を設け、基板の周縁部以外の部分が基板トレイの表面と直接接触しないようにすることにより、基板に対する冷却効率が改良されて基板温度の上昇が抑えられ、エッチング加工中の基板割れが減少する。

本発明のエッチング方法は、真空チャンバ内にガスを導入してマイクロ波や高周波を用いて高密度プラズマを形成し、基板電極上に載置された基板を加工するエッチング方法において、基板の載置された基板トレイを表面が平坦な基板電極上に装着し、基板の周縁部をクランプリングで押圧して基板を基板トレイ上に固定し、冷却ガス流路に冷却ガスを流しながら基板を加工することからなり、該基板トレイとして、表面に加工すべき基板を受ける第１の表面凹部が形成され、かつこの第１の表面凹部内に、該第１の表面凹部の深さより深い第２の表面凹部が該第１の表面凹部に隣接して形成されて、表面が２段の凹部を有するように構成され、また、該第１及び第２の表面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部とこの裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とが形成され、この裏面凹部は、該周囲接触面部で画定され、該裏面凹部の底面と該周囲接触面部との間に段差を形成するように構成されており、該裏面凹部の中央部に突起部が形成され、そして該裏面凹部から該第２の表面凹部へと貫通する複数の冷却ガス流路が形成された基板トレイを用いて基板を加工することを特徴とする。
本発明のエッチング方法はまた、真空チャンバ内にガスを導入してマイクロ波や高周波を用いて高密度プラズマを形成し、基板電極上に載置された基板を加工するエッチング方法において、基板の載置された基板トレイを、表面にリング状の凹部が形成された基板電極上に装着し、基板の周縁部をクランプリングで押圧して基板を基板トレイ上に固定し、冷却ガス流路に冷却ガスを流しながら基板を加工することからなり、該基板トレイとして、表面に加工すべき基板を受ける第１の表面凹部が形成され、かつこの第１の表面凹部内に、該第１の表面凹部の深さより深い第２の表面凹部が該第１の表面凹部に隣接して形成されて、表面が２段の凹部を有するように構成され、また、該第１及び第２の表面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部とこの裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とが形成され、この裏面凹部は、該周囲接触面部で画定され、該裏面凹部の底面と該周囲接触面部との間に段差を形成するように構成されており、そして該裏面凹部から該第２の表面凹部へと貫通する複数の冷却ガス流路が形成された基板トレイを用いて基板を加工することを特徴とする。

前記エッチング方法において、第２の表面凹部の深さが、５０〜１００μｍであるように構成した基板トレイを用いることを特徴とする。このような基板トレイを用いてエッチングすれば、エッチング中の基板に対する冷却ガスの冷却効率が良いが、この深さである第１の表面凹部と第２の表面凹部との段差が５０μｍ未満であると、冷却ガスの量が少ないため、基板の冷却効率が悪くなり、結果として基板割れが発生し、この段差が１００μｍを超えると、現在の装置構成では基板の搬送ができなくなるおそれがある。

前記エッチング方法において、基板の周縁部を載置する部分である第１の表面凹部の底面の幅が、最大３ｍｍであるように構成した基板トレイを用いることを特徴とする。このような基板トレイを用いれば、基板を載置する時に基板が撓むこともなく、平坦な状態で固定できる。また、前記エッチング方法において、基板を、基板に実質的な機械的応力を与えず、しかも基板の加工中に発生する応力を逃がすことのできる程度のクランプ力で固定することを特徴とする。

本発明のエッチング方法によれば、基板トレイの表面に２段の表面凹部を設け、基板の周縁部以外の部分が基板トレイの表面と直接接触しないようにしてあるエッチング装置を用いることにより、基板に対する冷却効率が改良され、エッチング加工中の基板割れが減少する。

本発明によれば、割れやすい基板をエッチング加工する際に、加工中に基板を均一な低い温度に保持することができ、チャージアップが抑制できるので、基板割れを起こさずに、加工することができるという効果を奏する。

本発明に係る基板トレイの実施の形態によれば、プラズマエッチング装置で用いる基板トレイにおいて、その表面に加工すべき基板を受ける第１の表面凹部が形成され、かつこの第１の表面凹部内に第２の表面凹部が５０〜１００μｍの深さで形成されて、表面が２段の凹部を有するように構成されてなり、第１及び第２の表面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部とこの裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とが形成され、基板の周縁部を載置する部分である第１の表面凹部の底面の幅が、最大３ｍｍであり、そして裏面凹部から第２の表面凹部へと貫通する複数の冷却ガス流路が形成されたものであることが好ましい。

以下の本発明の実施の形態では、上記基板トレイに載置する基板として焦電性高誘電体基板を例にとり、エッチング方法及びそのために使用するエッチング装置について説明するが、本発明は、エッチング加工中に割れやすい基板に適用可能である。

本実施の形態で用いることができる焦電性高誘電体基板、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）からなる基板は、図１に示すように、１００℃から１５０℃、２００℃、３００℃と温度が高くなるにつれて、焦電効果（電圧発生）の発生が増加することが知られている。焦電効果が発生すると、分極して基板がチャージアップし、トレイに引っ付き易くなる。

従って、冷却ガスによる基板の冷却効果が悪いと、基板温度が高くなり、加工時間が長くなるにつれて、基板自体が焦電効果で分極して基板トレイにくっつき、基板を剥がすのが困難になると共に、基板の割れが生じるものと考えられる。そのため、基板の割れをなくすためには、基板に対する冷却効果を高めることが必要である。

本発明に係るエッチング装置の実施の形態によれば、高密度プラズマ雰囲気で、基板電極上に載置される焦電性高誘電体基板を加工するエッチング装置において、基板電極上に装着される基板トレイ内に載置される基板を基板トレイ上に固定するために基板の周縁部を押圧するように構成されたクランプリングを有してなり、該基板トレイが、表面に加工すべき基板を受ける第１の表面凹部が形成され、かつこの第１の表面凹部内に第２の表面凹部が形成されて、表面が２段の凹部を有するように構成され、また、該第１及び第２の表面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部とこの裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とが形成され、そして該裏面凹部から該第２の表面凹部へと貫通する複数の冷却ガス流路が形成されたものであることが好ましい。

上記エッチング装置において、第２の表面凹部の深さが、５０〜１００μｍであることが好ましく、基板の周縁部を載置する部分である第１の表面凹部の底面の幅が、最大３ｍｍであることが好ましい。

上記したように、基板トレイの表面に２段の表面凹部を設け、基板の周縁部以外の部分が基板トレイの表面と直接接触しないようにすることにより、基板に対する冷却効率が改良されて基板温度の上昇が抑えられ、エッチング加工中の基板割れが減少する。この場合、上記焦電性高誘電体基板の他に、基板割れが発生しやすい基板として、基板トレイ上で基板の一部を貫通する処理を行った貫通基板についても上記と同じエッチング装置を用いれば、エッチング加工中の基板割れが少なくなる。

本発明に係るエッチング方法の実施の形態によれば、真空チャンバ内にガスを導入してマイクロ波や高周波を用いて高密度プラズマを形成し、基板電極上に載置された基板を加工するエッチング方法において、基板の載置された基板トレイを基板電極上に装着し、基板の周縁部をクランプリングで押圧して基板を基板トレイ上に固定し、冷却ガス流路に冷却ガスを流しながら基板を加工することからなり、該基板トレイとして、表面に加工すべき基板を受ける第１の表面凹部が形成され、かつこの第１の表面凹部内に第２の表面凹部が形成されて、表面が２段の凹部を有するように構成され、また、該第１及び第２の表面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部とこの裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とが形成され、そして該裏面凹部から該第２の表面凹部へと貫通する複数の冷却ガス流路が形成された基板トレイを用いて基板を加工することが好ましい。

このエッチング方法において、第２の表面凹部の深さが、５０〜１００μｍである基板トレイを用いることが好ましく、基板の周縁部を載置する部分である第１の表面凹部の底面の幅が、最大３ｍｍである基板トレイを用いることが好ましく、そして基板を、基板に実質的な機械的応力を与えず、しかも基板の加工中に発生する応力を逃がすことのできる程度のクランプ力で固定することが好ましい。

本発明に係るエッチング装置の別の実施の形態によれば、ガスを導入してマイクロ波や高周波を用いて形成される高密度プラズマ雰囲気で、基板電極上に載置される焦電性高誘電体基板を加工するエッチング装置において、基板電極上に装着される基板トレイ内に載置される基板を基板トレイ上に固定するために基板の周縁部を所定のクランプ力で押圧できるように構成されたクランプリングを有してなり、基板トレイが、表面に加工すべき基板を受ける第１の表面凹部が形成され、かつこの第１の表面凹部内に第２の表面凹部が形成されて、表面が２段の凹部を有するようにして、基板を載置する際に、基板の周縁部以外の部分が直接基板トレイの表面に接触しないように構成され、また、第１及び第２の表面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部とこの裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とが形成され、そして裏面凹部から第２の表面凹部へと貫通する複数の冷却ガス流路が形成されたものであって、第２の表面凹部の上面、すなわち、第１の表面凹部の底面から第２の表面凹部の底面までの高さである段差が、５０〜１００μｍであり、また、基板の周縁部を載置する部分である第１の表面凹部の底面の幅、すなわち第２の表面凹部の上面外周縁部の幅が、最大３ｍｍとなるように構成された基板トレイである。

上記したように、基板トレイの表面に２段の凹部が設けられ、第１の表面凹部の底面である第２の表面凹部の上面の肩部に基板の周縁部が載置され、基板の載置部分以外の部分が基板トレイに直接接触しないように構成されている基板トレイを用いることにより、エッチング中に焦電性高誘電体基板を効率よく冷却することができるので、エッチング加工中の基板割れが極めて少なくなる。例えば、５００枚で１枚割れる程度になる。

本発明に係るエッチング方法の別の実施の形態によれば、真空チャンバ内にガスを導入してマイクロ波や高周波を用いて高密度プラズマを形成し、基板電極上に載置された焦電性高誘電体基板を加工するエッチング方法において、基板の載置された基板トレイを基板電極上に装着し、基板の周縁部を、クランプリングで、基板に実質的な機械的応力を与えず、しかも基板の加工中に発生する応力を逃がすことのできる程度のクランプ力で押圧して基板を基板トレイ上に固定し、冷却ガス流路に冷却ガスを流しながら基板を加工することからなり、基板トレイとして、表面に加工すべき基板を受ける第１の表面凹部が形成され、かつこの第１の表面凹部内に第２の表面凹部が形成されて、２段の凹部を有するように構成され、また、第１及び第２の表面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部とこの裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とが形成され、そして裏面凹部から第２の表面凹部へと貫通する複数の冷却ガス流路が形成された基板トレイであって、基板の周縁部を載置する部分である第１の表面凹部の底面の幅を最大３ｍｍとし、第１の表面凹部の底面から第２の表面凹部の底面までの高さである段差が５０〜１００μｍとなるように形成された基板トレイを用いて基板を加工する。

本発明において使用できる基板は、例えば焦電性高誘電体からなる基板や、基板トレイ上で基板の一部を貫通する処理を行った貫通基板等がある。この場合、焦電性高誘電体基板としては、特に制限される訳ではなく、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、ＰＺＴ、並びに酸化マグネシウム、酸化スカンジウム及び酸化チタンから選ばれた少なくとも１つをドープしたニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウム、さらに水晶からなる基板を挙げることができる。

図２に、焦電性高誘電体基板をエッチングする際に用いる本発明の一実施の形態に係るエッチング装置の要部を示す。

図２において、基板電極２１は、アルミニウムで構成され、図示していない真空チャンバ内に配置され、この基板電極２１の上に基板Ｓが載置された基板トレイ２２が装着されている。基板トレイ２２内に載置される基板Ｓを基板トレイ上に固定するために、基板Ｓの周縁部を押圧するように構成されたクランプリング２３が設けられている。このクランプリング２３は、基板Ｓに対して垂直に上下方向に移動できるように構成されており、その形状は、基板を押さえることができるものであれば、特に制限されない。

上記した基板トレイ２２において、その表面には、焦電性高誘電体からなる基板Ｓを受ける第１の表面凹部２２ａが、基板Ｓの形状及び外寸に合わせて形成されている。この表面凹部２２ａには、基板Ｓの縁部を載置するための外周縁部２２ｂを残して中央部にさらに第２の表面凹部２２ｃが形成されており、載置される基板Ｓの裏面全体が基板トレイ２２の表面に完全に接触しないように構成されている。すなわち、基板トレイ２２の表面には、２段の凹みを有する表面凹部が形成されている。この外周縁部２２ｂの表面は高平坦度及び高平滑度となるようにして、絶縁物である基板Ｓの周縁部との接触面積をできるだけ広く確保できるようにすることが好ましい。また、この外周縁部２２ｂの幅は、基板の大きさにもよるが、最大３ｍｍ程度、好ましくは２〜３ｍｍ程度であれば良く、この幅があまり小さいと、クランプリング２３により基板Ｓを固定したときに基板が撓むおそれがある。さらに、第２の表面凹部２２ｃの深さ、すなわち段差は、冷却ガスの冷却効率の点から考えて、５０〜１００μｍ程度が好ましい。

また、基板トレイ２２の裏面には、第１の表面凹部２２ａ及び第２の表面凹部２２ｃに対応した部分に裏面凹部２２ｄが形成され、この裏面凹部２２ｄは、基板電極２１に接触する周囲接触面部２２ｅで画定され、裏面凹部２２ｄの底面と周囲接触面部２２ｅとの間に段差を形成するように構成されている。この周囲接触面部２２ｅは高平坦度及び高面精度となるように形成されていることが好ましい。この裏面凹部２２ｄの形状、外寸には特に制限はなく、本発明の目的を達成できるように構成されていれば良く、その外寸が第１の表面凹部２２ａの外寸より大きくても小さくても良い。

さらに、基板トレイ２２には、基板電極２１を貫通してなる冷却ガスの通路２１ａを経て導入される冷却ガスを、基板トレイ２２の裏面凹部２２ｄから表面凹部２２ｃ及び２２ａへと流す複数の冷却ガス流路２２ｆが貫通して設けられている。基板トレイ２２の裏面凹部２２ｄの底面と周囲接触面部２２ｅとの間の段差は、Ｈｅ等の不活性ガスである冷却ガスによる良好な冷却効率を得るような高さ、例えば５０μｍ以上に設定することが好ましく、その上限は、現在の装置構成上、１ｍｍ程度である。

基板電極２１に設けられた冷却ガスの通路２１ａの導入口には、真空チャンバ外に配置されたマスフローメータ２４を介して冷却ガス供給源２５が接続されており、冷却ガス供給源２５からマスフローメータ２４及び通路２１ａを介して、基板トレイ２２の裏面、表面に冷却ガスが供給できるように構成されている。

基板電極２１上には、基板トレイ２２を位置決めするためのガイドリング２６が設けられており、このガイドリング２６によって位置決めされた基板トレイ２２上に載置された基板Ｓは、クランプリング２３によって、例えば３点で支持され固定される。この場合、基板Ｓに対する押圧力は、基板に過大な機械的応力を与えず、しかも基板の加工中に発生する応力を逃がすことができる程度の力に適宜設定すべきである。クランプリング２３は、アルミナのような高誘電体材料である金属酸化物から構成されることが好ましく、例えばプラズマ中でのエッチング速度が低く、エッチング耐性が強いアルミナが最も好ましい。

上記したエッチング装置では、基板トレイ２２の裏面凹部２２ｄの底面と周囲接触面部２２ｅとの間に段差を設けたが、この基板トレイ２２の裏面側の周辺部に段差を設ける代わりに、所定の厚さのリング状緩衝材を設けてもよい。

次に、上記のように構成された図２に示すエッチング装置の動作について説明する。

このエッチング装置を用いてエッチングする際には、真空チャンバ内にガスを導入してマイクロ波や高周波を用いて高密度プラズマを形成して行う。エッチングガスとしては、通常、焦電性高誘電体基板のエッチングに用いるガス、例えばフッ素系ガス（例えば、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_８、ＳＦ_６等）を用いることができる。

図示していないローディング室から搬送されてきた焦電性高誘電体基板Ｓが載置された基板トレイ２２を基板電極２１上に搬入し、ガイドリング２６により位置決めし、基板トレイ２２の裏面側の周囲接触面部２２ｅを基板電極２１の表面に密着させて装着する。次いで、基板トレイ２２の外周縁部２２ｂ上に載置された基板Ｓの周縁部を、クランプリング２３を用いて、基板Ｓに実質的な機械的応力を与えず、しかも基板Ｓの加工中に発生する応力を逃がすことのできる程度の押圧力で基板Ｓを基板トレイ２２上に固定する。

その後、冷却ガス供給源２５からマスフローメータ２４及び通路２１ａを介して、基板トレイ２２の裏面に冷却ガスを１７３０Ｐａまで導入し、そして冷却ガス流路２２ｆに冷却ガスを流して、基板トレイ２２ひいては基板Ｓを所望の冷却温度に設定し、この冷却ガスを流しながら基板Ｓをエッチング加工する。その結果、基板の温度上昇が抑えられ（ほぼ１２０℃以下）、基板割れを減少できた。

この場合、通路２１ａを介して導入された冷却ガスを、主として基板トレイ２２の裏面側すなわち基板電極２１と基板トレイ２２との間に沿って流れる（漏れる）ようにし、基板トレイ２２の表面側すなわち基板トレイ２２の表面と基板Ｓとの間には滞留するが実質的には流れない（漏れない）ようにしてもよいし、又は通路２１ａを介して導入された冷却ガスを、主として基板トレイ２２の表面側すなわち基板トレイ２２の表面と基板Ｓとの間に沿って流れる（漏れる）ようにし、基板トレイ２２の裏面側すなわち基板電極２１と基板トレイ２２との間には滞留するが実質的には流れない（漏れない）ようにしてもよい。

基板トレイ２２におけるＨｅガスの漏れ量について、図２に示すエッチング装置を用いて、冷却ガス供給源２５からマスフローメータ２４及び基板電極２１の通路２１ａを介して基板トレイ２２に導入される冷却ガス（Ｈｅガス）圧力を１７３０Ｐａとし、プラズマ放電なしでニオブ酸リチウム基板Ｓを基板トレイ２２上に載置して測定した。ＡｒとＣ_４Ｆ_８との混合ガスを真空チャンバ（図示せず）内に１００ｓｃｃｍ導入し、真空チャンバ内の圧力を０．３３Ｐａにし、プラズマ形成用誘導コイル（図示せず）に高周波数電力を６００Ｗ、基板電極２１に高周波バイアス電力を３５０Ｗ印加しエッチングを行った。その結果、エッチング時間中、基板トレイ２２におけるＨｅガスの漏れ量は７ｓｃｃｍ以下に保持され、それにより基板Ｓの温度はほぼ１００℃以下に維持され、エッチング中の熱流入によるクランプリング２３の先端部の温度上昇を抑えることができ、それによる熱応力も抑制でき、基板割れを発生せずにエッチングが可能であった。

本発明によれば、基板トレイとこの基板トレイを装着する基板電極とは、上記したように構成したものであれば、所望の目的を達成できるが、その他に、図３（ａ）〜（ｃ）に示すような構造を有するものであっても良い。

図３（ａ）は、図２に示す基板トレイ２２と同じ構造を有する基板トレイ３１を、表面にリング状の凹部３２ａが形成された基板電極３２上に装着した例を示す。この場合、基板トレイ３１の下方に存在する冷却ガスの量が多くとれ、冷却効率が高いというメリットがある。図２の場合と同様に、基板割れの減少という効果を達成できる。図３（ａ）において、３１ａは加工すべき基板Ｓを受ける第１の表面凹部、３１ｂは第１の表面凹部の底面である第２の表面凹部の外周縁部、３１ｃは第１の表面凹部３１ａ内に形成された第２の表面凹部、３１ｄは裏面凹部、３１ｅは裏面凹部３１ｄを囲んで基板電極に接触する周囲接触面部、３１ｆは複数の冷却ガス流路を示す。なお、図３（ａ）に示す裏面凹部３１ｄが形成されておらず、基板トレイ３１の裏面が平坦であっても良い。

図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す裏面凹部３１ｄの中央部にさらに突起（例えば、３０μｍ程度の高さのドテ）３１ｇを有している基板トレイ３１を表面が平坦な基板電極３２上に装着した例を示す。この場合、基板トレイの裏面と基板電極の表面との接触を防ぐことができ、図２の場合と同様な効果を達成できる。図３（ｂ）において、図３（ａ）と同じ構成要素には同じ参照番号を付してある。

図３（ｃ）は、上記した冷却ガス流路３１ｆとは異なる冷却ガス流路３１ｈが設けられている基板トレイ３１を図３（ｂ）に示す表面が平坦な基板電極３２上に装着した例を、その平面図及び断面図によって一緒に示す。平面図及びその線Ａ―Ａからみた断面図に示すように、基板トレイ３１には、基板トレイ３１の第２の表面凹部３１ｃの底面に丸に十文字のような形状の冷却ガス流路３１ｈが設けられている。図３（ｃ）において、図３（ａ）と同じ構成要素には同じ参照番号を付してある。

なお、上記実施の形態では、主として焦電性高誘電体からなる基板を用いる場合について説明したが、基板はこれに限られず、加工中に基板割れが発生しやすい基板であれば良く、例えば、基板トレイ上で基板の一部を貫通する処理を行った貫通基板などでも良い。

本発明のエッチング装置及びエッチング方法によれば、加工中に割れやすい基板をエッチングする際に、基板割れを減少させることができるので、光導波路や光変調器等の技術分野を含めた半導体装置分野で有効に利用できる。

ニオブ酸リチウム（ＬＮ）からなる基板における、温度と焦電効果（電圧発生）との関係を示すグラフ。本発明のエッチング装置の要部の一構成例を模式的に示す構成図。本発明のエッチング装置で用いる基板トレイと基板電極との変形例を示す断面図及び平面図。

符号の説明

２１基板電極２１ａ冷却ガスの通路
２２基板トレイ２２ａ第１の表面凹部
２２ｂ外周縁部２２ｃ第２の表面凹部
２２ｄ裏面凹部２２ｅ周囲接触面部
２２ｆ冷却ガス流路２３クランプリング
２４マスフローメータ２５冷却ガス供給源
２６ガイドリング３１基板トレイ
３１ａ第１の表面凹部３１ｂ外周縁部
３１ｃ第２の表面凹部３１ｄ裏面凹部
３１ｅ周囲接触面部３１ｆ冷却ガス流路
３１ｇ突起３１ｈ冷却ガス流路
３２基板電極３２ａリング状の凹部

Claims

プラズマエッチング装置で用いる基板トレイにおいて、表面に加工すべき基板を受ける第１の表面凹部が形成され、かつこの第１の表面凹部内に、該第１の表面凹部の深さより深い第２の表面凹部が該第１の表面凹部に隣接して形成されて、表面が２段の凹部を有するように構成されてなり、該第１及び第２の表面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部とこの裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とが形成され、この裏面凹部は、該周囲接触面部で画定され、該裏面凹部の底面と該周囲接触面部との間に段差を形成するように構成されており、該裏面凹部の中央部に突起部が形成され、そして該裏面凹部から該第２の表面凹部へと貫通する複数の冷却ガス流路が形成されたものであり、表面が平坦な基板電極上に装着して用いるものであることを特徴とする基板トレイ。
前記第２の表面凹部の深さが、５０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１記載の基板トレイ。
前記基板の周縁部を載置する部分である第１の表面凹部の底面の幅が、最大３ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板トレイ。
高密度プラズマ雰囲気で、基板電極上に載置される基板を加工するエッチング装置において、表面にリング状の凹部が形成された基板電極上に装着される基板トレイ内に載置される基板を基板トレイ上に固定するために基板の周縁部を押圧するように構成されたクランプリングを有してなり、該基板トレイが、表面に加工すべき基板を受ける第１の表面凹部が形成され、かつこの第１の表面凹部内に、該第１の表面凹部の深さより深い第２の表面凹部が該第１の表面凹部に隣接して形成されて、表面が２段の凹部を有するように構成され、また、該第１及び第２の表面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部とこの裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とが形成され、この裏面凹部は、該周囲接触面部で画定され、該裏面凹部の底面と該周囲接触面部との間に段差を形成するように構成されており、そして該裏面凹部から該第２の表面凹部へと貫通する複数の冷却ガス流路が形成されたものであることを特徴とするエッチング装置。
高密度プラズマ雰囲気で、基板電極上に載置される基板を加工するエッチング装置において、表面が平坦な基板電極上に装着される基板トレイ内に載置される基板を基板トレイ上に固定するために基板の周縁部を押圧するように構成されたクランプリングを有してなり、該基板トレイが、表面に加工すべき基板を受ける第１の表面凹部が形成され、かつこの第１の表面凹部内に、該第１の表面凹部の深さより深い第２の表面凹部が該第１の表面凹部に隣接して形成されて、表面が２段の凹部を有するように構成され、また、該第１及び第２の表面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部とこの裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とが形成され、この裏面凹部は、該周囲接触面部で画定され、該裏面凹部の底面と該周囲接触面部との間に段差を形成するように構成されており、該裏面凹部の中央部に突起部が形成され、そして該裏面凹部から該第２の表面凹部へと貫通する複数の冷却ガス流路が形成されたものであることを特徴とするエッチング装置。
前記第２の表面凹部の深さが、５０〜１００μｍであることを特徴とする請求項４又は５に記載のエッチング装置。
前記基板の周縁部を載置する部分である第１の表面凹部の底面の幅が、最大３ｍｍであることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のエッチング装置。
真空チャンバ内にガスを導入してマイクロ波や高周波を用いて高密度プラズマを形成し、基板電極上に載置された基板を加工するエッチング方法において、基板の載置された基板トレイを表面が平坦な基板電極上に装着し、基板の周縁部をクランプリングで押圧して基板を基板トレイ上に固定し、冷却ガス流路に冷却ガスを流しながら基板を加工することからなり、該基板トレイとして、表面に加工すべき基板を受ける第１の表面凹部が形成され、かつこの第１の表面凹部内に、該第１の表面凹部の深さより深い第２の表面凹部が該第１の表面凹部に隣接して形成されて、表面が２段の凹部を有するように構成され、また、該第１及び第２の表面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部とこの裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とが形成され、この裏面凹部は、該周囲接触面部で画定され、該裏面凹部の底面と該周囲接触面部との間に段差を形成するように構成されており、該裏面凹部の中央部に突起部が形成され、そして該裏面凹部から該第２の表面凹部へと貫通する複数の冷却ガス流路が形成された基板トレイを用いて基板を加工することを特徴とするエッチング方法。
真空チャンバ内にガスを導入してマイクロ波や高周波を用いて高密度プラズマを形成し、基板電極上に載置された基板を加工するエッチング方法において、基板の載置された基板トレイを、表面にリング状の凹部が形成された基板電極上に装着し、基板の周縁部をクランプリングで押圧して基板を基板トレイ上に固定し、冷却ガス流路に冷却ガスを流しながら基板を加工することからなり、該基板トレイとして、表面に加工すべき基板を受ける第１の表面凹部が形成され、かつこの第１の表面凹部内に、該第１の表面凹部の深さより深い第２の表面凹部が該第１の表面凹部に隣接して形成されて、表面が２段の凹部を有するように構成され、また、該第１及び第２の表面凹部に対応した裏面の部分に裏面凹部とこの裏面凹部を囲んで基板電極に接触する周囲接触面部とが形成され、この裏面凹部は、該周囲接触面部で画定され、該裏面凹部の底面と該周囲接触面部との間に段差を形成するように構成されており、そして該裏面凹部から該第２の表面凹部へと貫通する複数の冷却ガス流路が形成された基板トレイを用いて基板を加工することを特徴とするエッチング方法。
前記第２の表面凹部の深さが、５０〜１００μｍである基板トレイを用いることを特徴とする請求項８又は９に記載のエッチング方法。
前記基板の周縁部を載置する部分である第１の表面凹部の底面の幅が、最大３ｍｍである基板トレイを用いることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のエッチング方法。
前記基板を、基板に実質的な機械的応力を与えず、しかも基板の加工中に発生する応力を逃がすことのできる程度のクランプ力で固定することを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載のエッチング方法。