JP5550196B2 - Substrate etching method and sapphire substrate manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、有機レジストをマスクとしてサファイア基板をエッチング加工する基板エッチング方法およびサファイア基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a substrate etching method for etching a sapphire substrate using an organic resist as a mask, and a method for manufacturing a sapphire substrate.
半導体レーザ等の発光素子の製造分野においては、GaN系化合物半導体結晶を成長させるための基板として、サファイア基板が広く用いられている。そして、半導体結晶の成長制御および光取り出し効率の向上などを目的として、サファイア基板の表面に微細な凹凸形状を形成することが知られている。下記特許文献1には、塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、有機材料からなるレジスト層(エッチングマスク)が形成されたサファイア基板の表面をエッチングする方法が記載されている。 In the field of manufacturing light emitting devices such as semiconductor lasers, sapphire substrates are widely used as substrates for growing GaN-based compound semiconductor crystals. It is known to form a fine concavo-convex shape on the surface of the sapphire substrate for the purpose of controlling the growth of the semiconductor crystal and improving the light extraction efficiency. Patent Document 1 listed below describes a method for etching the surface of a sapphire substrate on which a resist layer (etching mask) made of an organic material is formed by dry etching using a chlorine-based gas.
しかしながら、エッチングガスとして塩素系ガスを用いるドライエッチングにおいては、レジスト層に対するサファイア基板のエッチングレートの比(エッチング選択比)が低く、エッチング加工量の倍以上の厚みのレジスト層を基板上に形成する必要があった。また、レジスト層の厚みが増大することで、レジスト層の露光精度が低下し、微細なレジストパターンを精度よく形成することが困難であった。 However, in dry etching using a chlorine-based gas as an etching gas, the ratio of the etching rate of the sapphire substrate to the resist layer (etching selection ratio) is low, and a resist layer having a thickness more than twice the etching amount is formed on the substrate. There was a need. Further, the increase in the thickness of the resist layer decreases the exposure accuracy of the resist layer, and it is difficult to form a fine resist pattern with high accuracy.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、有機レジストに対する基板のエッチング選択性を高めることができる基板エッチング方法およびサファイア基板の製造方法を提供することにある。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a substrate etching method and a sapphire substrate manufacturing method capable of enhancing the etching selectivity of a substrate with respect to an organic resist.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る基板エッチング方法は、有機レジストが表面に形成されたアルミニウム化合物基板を真空チャンバ内に配置する工程を含む。
上記真空チャンバ内に、炭化水素を含むプラズマを形成するための有機部材が配置される。
上記真空チャンバ内に、エッチングガスが導入される。
上記真空チャンバ内に、上記炭化水素を含むプラズマを形成することで、上記有機レジストをマスクとして上記基板の表面がエッチングされる。In order to achieve the above object, a substrate etching method according to an embodiment of the present invention includes a step of placing an aluminum compound substrate having an organic resist formed on a surface thereof in a vacuum chamber.
An organic member for forming plasma containing hydrocarbons is disposed in the vacuum chamber.
An etching gas is introduced into the vacuum chamber.
By forming plasma containing the hydrocarbon in the vacuum chamber, the surface of the substrate is etched using the organic resist as a mask.
本発明の他の形態に係る基板エッチング方法は、有機レジストが表面に形成されたアルミニウム化合物基板を真空チャンバ内に配置する工程を含む。
上記真空チャンバ内に、炭化水素を含むプラズマを形成するためのガスが導入される。
前記真空チャンバ内に、上記炭化水素を含むプラズマを形成することで、上記有機レジストをマスクとして上記基板の表面がエッチングされる。A substrate etching method according to another aspect of the present invention includes a step of placing an aluminum compound substrate having an organic resist formed on a surface thereof in a vacuum chamber.
A gas for forming a plasma containing hydrocarbons is introduced into the vacuum chamber.
By forming plasma containing the hydrocarbon in the vacuum chamber, the surface of the substrate is etched using the organic resist as a mask.
また、上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るサファイア基板の製造方法は、有機レジストが表面に形成されたサファイア基板を真空チャンバ内に配置する工程を含む。
上記真空チャンバの内部に、炭化水素を含むプラズマを形成するための炭化水素源が導入または配置される。
上記真空チャンバ内に、上記炭化水素を含むプラズマを形成することで、上記有機レジストをマスクとして上記基板の表面がエッチングされる。In order to achieve the above object, a method for manufacturing a sapphire substrate according to an embodiment of the present invention includes a step of placing a sapphire substrate having an organic resist formed on a surface thereof in a vacuum chamber.
A hydrocarbon source for forming a plasma containing hydrocarbons is introduced or arranged in the vacuum chamber.
By forming plasma containing the hydrocarbon in the vacuum chamber, the surface of the substrate is etched using the organic resist as a mask.
本発明の一実施形態に係る基板エッチング方法は、有機レジストが表面に形成されたアルミニウム化合物基板を真空チャンバ内に配置する工程を含む。
上記真空チャンバの内部に、炭化水素を含むプラズマを形成するための炭化水素源が導入または配置される。
上記真空チャンバ内に、上記炭化水素を含むプラズマを形成することで、上記有機レジストをマスクとして上記基板の表面がエッチングされる。A substrate etching method according to an embodiment of the present invention includes a step of placing an aluminum compound substrate having an organic resist formed on a surface thereof in a vacuum chamber.
A hydrocarbon source for forming a plasma containing hydrocarbons is introduced or arranged in the vacuum chamber.
By forming plasma containing the hydrocarbon in the vacuum chamber, the surface of the substrate is etched using the organic resist as a mask.
上記基板エッチング方法は、炭化水素を含むプラズマの形成により、アルミニウム化合物基板のエッチングを進行させる。その一方で、上記基板エッチング方法は、プラズマによって生成された、炭化水素源に由来する上記炭化水素系の反応物をレジスト上に堆積させることで、プラズマによるレジストのエッチングの進行を抑制する。したがって、上記基板エッチング方法によれば、レジストのエッチングレートを低下させることができるので、レジストに対する基板のエッチング選択性を高めることができ、レジストを厚く形成せずとも、基板の表面に微細な凹凸パターンを形成することができる。 In the substrate etching method, etching of an aluminum compound substrate proceeds by forming plasma containing hydrocarbons. On the other hand, the substrate etching method suppresses the progress of the etching of the resist by the plasma by depositing the hydrocarbon-based reactant derived from the hydrocarbon source generated by the plasma on the resist. Therefore, according to the above substrate etching method, the etching rate of the resist can be reduced, so that the etching selectivity of the substrate with respect to the resist can be increased, and fine irregularities are formed on the surface of the substrate without forming the resist thickly. A pattern can be formed.
上記基板の構成材料であるアルミニウム化合物には、サファイア等のアルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物などが含まれる。 The aluminum compound that is a constituent material of the substrate includes aluminum oxide such as sapphire, aluminum nitride, and the like.
上記炭化水素を含むプラズマは、上記真空チャンバの内部に導入、配置または形成された炭化水素源の存在下で形成されたエッチングガスのプラズマである。
真空チャンバの内部に導入される炭化水素源には、気体の有機物質が含まれる。真空チャンバの内部に配置された炭化水素源には、バルク状(固体)の有機物質と、真空チャンバの内壁面や各種構成部品(防着板、ステージなど)に形成された有機膜が含まれる。これにより、基板のエッチング時、エッチングガスのプラズマにより、上記有機物質から炭化水素系の反応物を生成することができる。The plasma containing hydrocarbons is an etching gas plasma formed in the presence of a hydrocarbon source introduced, arranged or formed inside the vacuum chamber.
The hydrocarbon source introduced into the vacuum chamber includes gaseous organic substances. The hydrocarbon source disposed inside the vacuum chamber includes a bulk (solid) organic material and an organic film formed on the inner wall surface of the vacuum chamber and various components (such as a deposition plate and a stage). . Accordingly, during the etching of the substrate, a hydrocarbon-based reactant can be generated from the organic material by the plasma of the etching gas.
上記エッチングガスとしては、Cl2、BCl3などの塩素系ガスを用いることができる。プラズマにより形成された塩素系ラジカルは基板表面と反応し、AlCl等の揮発性物質を生成させる。一方、炭化水素系の反応物(CxHy(x、yは自然数))は、揮発せずに基板上に堆積しつつ、プラズマ中のイオンによるスパッタ作用で基板表面から除去される。以上の過程が継続されることで、レジストをエッチングから保護しつつ、基板のエッチングを進行させることができる。As the etching gas, a chlorine-based gas such as Cl 2 or BCl 3 can be used. Chlorine radicals formed by the plasma react with the substrate surface to generate volatile substances such as AlCl. On the other hand, hydrocarbon-based reactants (CxHy (x and y are natural numbers)) are removed from the substrate surface by the sputtering effect of ions in the plasma while being deposited on the substrate without volatilization. By continuing the above process, the substrate can be etched while protecting the resist from etching.
上記炭化水素を含むプラズマは、塩素系のエッチングガスと水素または炭化水素系ガスとの混合ガスのプラズマで形成されてもよい。あるいは、上記炭化水素を含むプラズマは、フルオロカーボン系またはフルオロハイドロカーボン系のエッチングガスと水素または炭化水素系ガスとの混合ガスのプラズマで形成されてもよい。 The plasma containing hydrocarbons may be formed by a plasma of a mixed gas of a chlorine-based etching gas and hydrogen or a hydrocarbon-based gas. Alternatively, the plasma containing hydrocarbons may be formed by a plasma of a mixed gas of a fluorocarbon-based or fluorohydrocarbon-based etching gas and hydrogen or a hydrocarbon-based gas.
本発明の一実施形態に係るサファイア基板の製造方法は、有機レジストが表面に形成されたサファイア基板を真空チャンバ内に配置する工程を含む。
上記真空チャンバの内部に、炭化水素を含むプラズマを形成するための炭化水素源が導入または配置される。
上記真空チャンバ内に、上記炭化水素を含むプラズマを形成することで、上記有機レジストをマスクとして上記基板の表面がエッチングされる。The manufacturing method of the sapphire substrate which concerns on one Embodiment of this invention includes the process of arrange | positioning the sapphire substrate in which the organic resist was formed in the surface in a vacuum chamber.
A hydrocarbon source for forming a plasma containing hydrocarbons is introduced or arranged in the vacuum chamber.
By forming plasma containing the hydrocarbon in the vacuum chamber, the surface of the substrate is etched using the organic resist as a mask.
上記サファイア基板の製造方法によれば、レジストのエッチングレートを低下させることができるので、レジストに対する基板のエッチング選択性を高めることができる。これにより、レジストの厚みを低減できるとともに、表面に微細な凹凸パターンが形成されたサファイア基板を製造することができる。 According to the method for manufacturing a sapphire substrate, the etching rate of the resist can be reduced, and thus the etching selectivity of the substrate with respect to the resist can be increased. Thereby, while being able to reduce the thickness of a resist, the sapphire substrate by which the fine uneven | corrugated pattern was formed in the surface can be manufactured.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係るエッチング装置の構成構成図である。本実施形態のエッチング装置1は、真空チャンバ10を有する。真空チャンバ10は、真空ポンプ15に接続されており、内部が所定の圧力に減圧されることが可能である。<First Embodiment>
FIG. 1 is a configuration diagram of an etching apparatus according to the first embodiment of the present invention. The etching apparatus 1 of this embodiment has a
真空チャンバ10の内部には、基板Sを支持するステージ11と、ステージ11と対向するように真空チャンバ10の上壁に配置された対向電極12とが設置されている。さらに、真空チャンバ10の内部へエッチングガス(エッチャント)を導入するためのガス導入管13が、真空チャンバ10に接続されている。エッチングガスには例えば塩素系ガスが用いられ、本実施形態では、BCl2がメインガスとして用いられる。Inside the
ステージ11は接地電位に接続されており、対向電極12は、ブロッキングコンデンサ21を介して高周波電源22に接続されている。対向電極12は、高周波電源22から所定周波数(例えば13.56MHz)の高周波電力が印加されることでステージ11と容量結合し、エッチングガスのプラズマPを形成する。
The
なお、プラズマPは、上述の容量結合型プラズマ(CCP:Capacitive Coupled Plasma)に限られず、例えば対向電極12の代わりに高周波コイル(アンテナ)を設置した、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductive Coupled Plasma)であってもよい。
The plasma P is not limited to the above-described capacitively coupled plasma (CCP). For example, an inductively coupled plasma (ICP) in which a high-frequency coil (antenna) is installed instead of the
基板Sは、アルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物等のアルミニウム化合物で形成され、本実施形態では、基板Sには、LED(Light Emitting Diode)基板としてサファイア基板が用いられる。基板Sの表面には、所定形状にパターニングされた、有機材料からなるレジストRが形成されている。レジストRは、基板Sの表面にドット状、ストライプ状等の所定の凹凸パターンを形成するためのエッチングマスクとして機能する。 The substrate S is formed of an aluminum compound such as aluminum oxide or aluminum nitride. In this embodiment, a sapphire substrate is used as the LED (Light Emitting Diode) substrate. On the surface of the substrate S, a resist R made of an organic material patterned in a predetermined shape is formed. The resist R functions as an etching mask for forming a predetermined uneven pattern such as a dot shape or a stripe shape on the surface of the substrate S.
また、真空チャンバ10の内部には、防着板14が配置されている。防着板14は、ステージ11と対向電極12との間のプラズマ形成空間の周囲を囲むように設置され、真空チャンバ10の内壁面へのエッチング反応物の付着を防止する。
In addition, a
そして、本実施形態のエッチング装置1は、プラズマPの形成空間に面する位置に配置された有機部材31を有する。図1に示す例では、有機部材31は、ステージ11の上面に配置され、基板Sの周囲を囲む環状に形成されている。なお、有機部材31は、環状に形成される場合に限られず、基板Sの周囲の複数箇所に分割して配置されてもよい。
And the etching apparatus 1 of this embodiment has the
有機部材31の構成材料としては、種々の樹脂材料を用いることができ、例えば、ポリイミド(PI)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ尿素などが用いられる。また、レジストRと同種の有機物質で形成されたバルクあるいは成形体が、有機部材31として用いられてもよい。有機部材31は、後述するように、炭化水素を含むプラズマPを形成するための炭化水素源として用いられる。
As a constituent material of the
次に、上記エッチング装置1を用いた基板Sのエッチング方法について説明する。 Next, a method for etching the substrate S using the etching apparatus 1 will be described.
所定形状にパターニングされたレジストRを表面に有する基板Sがステージ11の上面に設置された後、真空チャンバ10は、真空ポンプ15の駆動により所定の圧力(例えば5.0×10E−3Pa〜5×10E−4Pa)に減圧される。そして、ガス導入管13を介して真空チャンバ10の内部にエッチングガス(BCl3)が導入される。一方、高周波電源22により対向電極12へ高周波電力が印加されることで、真空チャンバ10の内部にエッチングガスのプラズマPが形成される。After the substrate S having the resist R patterned in a predetermined shape on the surface is placed on the upper surface of the
プラズマにより形成されたエッチングガスのラジカルは、レジストRによって被覆されていない基板Sの表面と反応し、AlCl、BO等の揮発性物質を生成させる。反応式は以下のとおりである。
BCl3+Al2O3 → AlCl↑+BO↑ …(1)
これにより、レジストRをエッチングマスクとする基板Sのエッチングが進行する。The radicals of the etching gas formed by the plasma react with the surface of the substrate S that is not covered with the resist R, and generate volatile substances such as AlCl and BO. The reaction formula is as follows.
BCl 3 + Al 2 O 3 → AlCl ↑ + BO ↑ (1)
Thereby, the etching of the substrate S using the resist R as an etching mask proceeds.
一方、プラズマPに含まれるイオンは、ステージ11に向かってバイアスされ、基板Sの表面をスパッタする。このとき、レジストRもまたイオンによりスパッタされることでエッチングされる。
On the other hand, ions contained in the plasma P are biased toward the
本実施形態のエッチング装置1においては、ステージ11の上面に有機部材31が配置されている。有機部材31は、プラズマPの形成空間に臨むように配置されることで、基板Sと同様にプラズマPによるアタックを受けてスパッタされ、そのスパッタ粒子がプラズマPによって分解される。したがって、プラズマPには、有機部材31の分解生成物である炭化水素系の反応物(CxHy(x、yは自然数))が含まれることになる。炭化水素系の反応物は、揮発せずに基板Sの表面に堆積しつつ、プラズマ中のイオンによるスパッタ作用で基板Sの表面から除去される。
In the etching apparatus 1 of this embodiment, the
一方、上記炭化水素系の反応物は、レジストRの表面にも堆積するため、レジストRのエッチングの進行を抑制する保護膜として機能する。これにより、レジストRのエッチングレートを低下させることができるので、レジストRに対する基板Sのエッチング選択性を高めることができ、レジストRを厚く形成せずとも、表面に微細な凹凸パターンが形成されたサファイア基板を製造することができる。 On the other hand, since the hydrocarbon-based reactant is also deposited on the surface of the resist R, it functions as a protective film that suppresses the progress of etching of the resist R. Thereby, since the etching rate of the resist R can be reduced, the etching selectivity of the substrate S with respect to the resist R can be increased, and a fine uneven pattern is formed on the surface without forming the resist R thick. A sapphire substrate can be manufactured.
なお、プラズマPによって生成される炭化水素反応物は、有機部材31に由来する炭化水素成分のみならずレジストRに由来する炭化水素成分も含まれる。本実施形態では、炭化水素源である有機部材31をレジストRとは別に設けることで、炭化水素反応物の生成量を増加させて、レジストRの保護機能を得るようにしている。
The hydrocarbon reactant generated by the plasma P includes not only the hydrocarbon component derived from the
図3は、基板Sのエッチングレート及びレジストRに対するエッチング選択比(基板のエッチングレート/レジストのエッチングレート)との関係を示す一実験結果であり、(A)は有機部材31があるときの実験結果、(B)は有機部材31がないときの実験結果をそれぞれ示す。このときの実験条件としては、BCl3の流量が30sccm、プロセス圧力が0.5Pa、アンテナパワーが600W、バイアスパワーが60Wである。FIG. 3 is a result of an experiment showing the relationship between the etching rate of the substrate S and the etching selectivity with respect to the resist R (substrate etching rate / resist etching rate), and (A) shows the experiment when the
エッチングレート及び選択比は、有機部材31が無いときに比べて、有機部材31が有るときの方がいずれも高い。エッチングレートが向上する理由は、BCl3のBによる還元作用によりAl2O3のOが抜かれるが、同様にCでも同じ効果が得られることによる。エッチング選択比の向上率の理由は、有機部材31を由来とする炭化水素系の反応物によって、レジストRのエッチングレートが低下したことによる。The etching rate and selectivity are higher when the
以上のように、本実施形態によれば、レジストRの厚みを大きくすることなく、基板Sの表面に所望の凹凸パターンを形成することができる。これにより、レジスト塗布工程を簡素化できるとともに、レジスト材の材料コストを削減することができる。また、レジストRの厚みを低減できることで、露光条件の調整が容易になり、これにより露光精度の向上が図れるようになる。さらに、パターン精度の優れたレジストRを基板Sの表面に形成できるため、基板Sの表面に微細な凹凸パターンを高精度に形成することができる。これにより、デバイスの性能を向上させることができる。 As described above, according to this embodiment, a desired uneven pattern can be formed on the surface of the substrate S without increasing the thickness of the resist R. Thereby, while being able to simplify a resist application | coating process, the material cost of a resist material can be reduced. Further, since the thickness of the resist R can be reduced, the exposure conditions can be easily adjusted, thereby improving the exposure accuracy. Furthermore, since the resist R having excellent pattern accuracy can be formed on the surface of the substrate S, a fine uneven pattern can be formed on the surface of the substrate S with high accuracy. Thereby, the performance of the device can be improved.
炭化水素源としての有機部材31は、独立した部材で構成される場合に限られず、真空チャンバ10内の構成部品の表面に形成された有機膜などであってもよい。図2に、プラズマPの形成空間に対向する防着板14の内面に、炭化水素源としての有機膜32を形成したエッチング装置2の構成例を示す。この構成例によっても図1を参照して説明した実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
The
<第2の実施形態>
図4は、本発明の第2の実施形態に係るエッチング装置3の概略構成図である。図において、上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。<Second Embodiment>
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an
本実施形態のエッチング装置3においては、エッチングガスとして、塩素系ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスが用いられる。特に本実施形態では、塩素系ガスとしてBCl3が用いられ、炭化水素系ガスとしてメタン(CH4)が用いられる。炭化水素系ガスは、炭化水素を含むプラズマPを形成するための炭化水素源として用いられる。In the
塩素系ガス及び炭化水素系ガスは、各々所定の流量に制御されてガス導入管13を介して真空チャンバ10内へ導入される。エッチング装置3は、対向電極12に高周波電力を印加することで、導入されたエッチングガスのプラズマを形成する。これにより、ステージ11上に配置された基板Sが、レジストRをマスクとしてエッチングされる。
The chlorine-based gas and the hydrocarbon-based gas are each controlled to a predetermined flow rate and introduced into the
上記エッチングガス(BCl3+CH4)と基板Sとの間の反応は、典型的には以下のとおりである。
Al2O3+BCl3+CH4→AlCl↑+BO↑+CO↑+CxHy↓ …(2)
(2)式の反応生成物において、AlCl、BO及びCOは揮発し、CxHyは揮発せずに基板S上に堆積する。基板S上の炭化水素系反応物CxHyは、レジストRのエッチングの進行を抑制する保護膜として機能し、レジストRのエッチングレートを低下させる。これにより、レジストRに対する基板Sのエッチング選択性を高めることができる。The reaction between the etching gas (BCl 3 + CH 4 ) and the substrate S is typically as follows.
Al 2 O 3 + BCl 3 + CH 4 → AlCl ↑ + BO ↑ + CO ↑ + CxHy ↓ (2)
In the reaction product of the formula (2), AlCl, BO and CO are volatilized, and CxHy is not volatilized and is deposited on the substrate S. The hydrocarbon-based reactant CxHy on the substrate S functions as a protective film that suppresses the progress of etching of the resist R, and lowers the etching rate of the resist R. Thereby, the etching selectivity of the board | substrate S with respect to the resist R can be improved.
図5は、エッチングガス(BCl3+CH4)に対するCH4の割合(%)とエッチングレート及びエッチング選択比との関係を示す一実験結果である。このときの実験条件としては、ガスの総流量が30sccm、プロセス圧力が0.5Pa、アンテナパワーが200W、バイアスパワーが40Wである。図5に示すように、エッチングガス中のCH4の割合が増加するにつれて、レジストRに対する基板Sのエッチング選択比は向上する一方、エッチングレートは低下することが確認された。これは、炭化水素系反応物CxHyの生成量の増加により、レジストRの保護効果が高まる反面、基板S上の反応物CxHyのスパッタによる除去効率が低下するためであると考えられる。図5の結果から、レジストRの保護の実効性と生産性を考慮したとき、エッチングガス(BCl3+CH4)に対するCH4の割合は、10%以上50%以下とすることができる。FIG. 5 shows one experimental result showing the relationship between the ratio (%) of CH 4 to the etching gas (BCl 3 + CH 4 ), the etching rate, and the etching selectivity. As experimental conditions at this time, the total gas flow rate is 30 sccm, the process pressure is 0.5 Pa, the antenna power is 200 W, and the bias power is 40 W. As shown in FIG. 5, it was confirmed that as the ratio of CH 4 in the etching gas increases, the etching selectivity of the substrate S to the resist R is improved while the etching rate is decreased. This is thought to be due to an increase in the production amount of the hydrocarbon-based reactant CxHy, which increases the protective effect of the resist R, but reduces the removal efficiency of the reactant CxHy on the substrate S by sputtering. From the result of FIG. 5, when considering the effectiveness and productivity of protecting the resist R, the ratio of CH 4 to the etching gas (BCl 3 + CH 4 ) can be 10% or more and 50% or less.
本実施形態においても、上述の第1の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。すなわち本実施形態によれば、レジストRの厚みを大きくすることなく、基板Sの表面に所望の凹凸パターンを形成することができる。これにより、レジスト塗布工程を簡素化できるとともに、レジスト材の材料コストを削減することができる。また、レジストRの厚みを低減できることで、露光条件の調整が容易になり、これにより露光精度の向上が図れるようになる。さらに、パターン精度の優れたレジストRを基板Sの表面に形成できるため、基板Sの表面に微細な凹凸パターンを高精度に形成することができる。これにより、デバイスの性能を向上させることができる。 Also in the present embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment described above can be obtained. That is, according to the present embodiment, a desired uneven pattern can be formed on the surface of the substrate S without increasing the thickness of the resist R. Thereby, while being able to simplify a resist application | coating process, the material cost of a resist material can be reduced. Further, since the thickness of the resist R can be reduced, the exposure conditions can be easily adjusted, thereby improving the exposure accuracy. Furthermore, since the resist R having excellent pattern accuracy can be formed on the surface of the substrate S, a fine uneven pattern can be formed on the surface of the substrate S with high accuracy. Thereby, the performance of the device can be improved.
<第3の実施形態>
続いて、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態では、第2の実施形態と同様に、図4に示したエッチング装置3が用いられる。本実施形態では、エッチングガスとして、フルオロハイドロカーボン系ガスと水素(H2)との混合ガスが用いられる。フルオロハイドロカーボン系ガスとしては、CHF3、CH2F2、CH3Fなどが挙げられ、本実施形態ではCHF3が用いられる。上記各ガスは、エッチングガスとしてだけでなく、炭化水素を含むプラズマPを形成するための炭化水素源として用いられる。<Third Embodiment>
Subsequently, a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the
フルオロハイドロカーボン系ガス及び水素は、各々所定の流量に制御されてガス導入管13を介して真空チャンバ10内へ導入される。エッチング装置3は、対向電極12に高周波電力を印加することで、導入されたエッチングガスのプラズマを形成する。これにより、ステージ11上に配置された基板Sが、レジストRをマスクとしてエッチングされる。
The fluorohydrocarbon gas and hydrogen are each controlled to a predetermined flow rate and introduced into the
上記エッチングガス(CHF3+H2)と基板Sとの間の反応は、典型的には以下のとおりである。
Al2O3+CHF3+H2 → AlF↓+CO↑+CxHy↓ …(3)
(3)式の反応生成物において、COは揮発し、AlF、CxHyは揮発せずに基板S上に堆積する。プラズマ中のイオンは、基板S上のAlFをスパッタ除去することで、基板Sのエッチングを進行させる。また、基板S上の炭化水素系反応物CxHyは、レジストRのエッチングの進行を抑制する保護膜として機能し、レジストRのエッチングレートを低下させる。これにより、レジストRに対する基板Sのエッチング選択性を高めることができる。The reaction between the etching gas (CHF 3 + H 2 ) and the substrate S is typically as follows.
Al 2 O 3 + CHF 3 + H 2 → AlF ↓ + CO ↑ + CxHy ↓ (3)
In the reaction product of the formula (3), CO is volatilized, and AlF and CxHy are deposited on the substrate S without being volatilized. The ions in the plasma advance the etching of the substrate S by removing AlF on the substrate S by sputtering. Further, the hydrocarbon-based reactant CxHy on the substrate S functions as a protective film that suppresses the progress of etching of the resist R, and lowers the etching rate of the resist R. Thereby, the etching selectivity of the board | substrate S with respect to the resist R can be improved.
図6は、エッチングガス(CHF3+H2)のH2の流量(sccm)とエッチングレート及びエッチング選択比との関係を示す一実験結果である。このときの実験条件としては、CHF3の流量が50sccm、プロセス圧力が0.3Pa、アンテナパワーが350W、バイアスパワーが250Wである。図6に示すように、エッチングガス中のH2の割合が増加するにつれて、レジストRに対する基板Sのエッチング選択比は向上する一方、エッチングレートは低下することが確認された。これは、炭化水素系反応物CxHyの生成量の増加により、レジストRの保護効果が高まる反面、基板S上の反応物CxHyのスパッタによる除去効率が低下するためであると考えられる。図6の結果から、レジストRの保護の実効性と生産性を考慮したとき、H2の流量は、20sccm以上40sccm以下とすることができる。また、エッチングガス(CHF3+H2)に対するH2の割合は、10%以上50%以下とすることができる。FIG. 6 shows one experimental result showing the relationship between the flow rate (sccm) of H 2 of the etching gas (CHF 3 + H 2 ), the etching rate, and the etching selectivity. As experimental conditions at this time, the flow rate of CHF 3 is 50 sccm, the process pressure is 0.3 Pa, the antenna power is 350 W, and the bias power is 250 W. As shown in FIG. 6, it was confirmed that as the ratio of H 2 in the etching gas increases, the etching selectivity of the substrate S to the resist R is improved while the etching rate is decreased. This is thought to be due to an increase in the production amount of the hydrocarbon-based reactant CxHy, which increases the protective effect of the resist R, but reduces the removal efficiency of the reactant CxHy on the substrate S by sputtering. From the results of FIG. 6, when considering the effectiveness and productivity of protecting the resist R, the flow rate of H 2 can be set to 20 sccm or more and 40 sccm or less. Further, the ratio of H 2 to the etching gas (CHF 3 + H 2 ) can be 10% or more and 50% or less.
本実施形態においても、上述の第1の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。すなわち本実施形態によれば、レジストRの厚みを大きくすることなく、基板Sの表面に所望の凹凸パターンを形成することができる。これにより、レジスト塗布工程を簡素化できるとともに、レジスト材の材料コストを削減することができる。また、レジストRの厚みを低減できることで、露光条件の調整が容易になり、これにより露光精度の向上が図れるようになる。さらに、パターン精度の優れたレジストRを基板Sの表面に形成できるため、基板Sの表面に微細な凹凸パターンを高精度に形成することができる。これにより、デバイスの性能を向上させることができる。 Also in the present embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment described above can be obtained. That is, according to the present embodiment, a desired uneven pattern can be formed on the surface of the substrate S without increasing the thickness of the resist R. Thereby, while being able to simplify a resist application | coating process, the material cost of a resist material can be reduced. Further, since the thickness of the resist R can be reduced, the exposure conditions can be easily adjusted, thereby improving the exposure accuracy. Furthermore, since the resist R having excellent pattern accuracy can be formed on the surface of the substrate S, a fine uneven pattern can be formed on the surface of the substrate S with high accuracy. Thereby, the performance of the device can be improved.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。 The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
例えば以上の第1の実施形態では、炭化水素源としての有機部材31、32をステージ11の上面あるいは防着板14の内面にそれぞれ形成したが、有機部材の配置例は上記の例に限定されない。例えば、プラズマ形成空間に露出する真空チャンバの内面、対向電極を固定する固定部周辺、さらには、基板Sをトレイに載せてステージ上に載置する場合には当該トレイの表面に、上記有機部材が配置あるいは形成されてもよい。
For example, in the first embodiment described above, the
また、以上の第2の実施形態では、エッチングガスとして塩素系ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスを用いたが、塩素系ガスと水素との混合ガスでエッチングガスを構成してもよい。同様に、以上の第3の実施形態では、エッチングガスとしてフルオロハイドロカーボン系ガスと水素との混合ガスを用いたが、フルオロハイドロカーボン系ガスに代えてフルオロカーボン系ガス(CF4、C3F8、C4F8など)を、水素に代えて炭化水素系ガス(CH4など)を用いてもよい。これらのエッチングガスによっても、上述と同様の効果を得ることができる。Moreover, in the above 2nd Embodiment, although mixed gas of chlorine gas and hydrocarbon gas was used as etching gas, you may comprise etching gas with the mixed gas of chlorine gas and hydrogen. Similarly, in the above third embodiment, a mixed gas of a fluorohydrocarbon gas and hydrogen is used as an etching gas, but a fluorocarbon gas (CF 4 , C 3 F 8 ) is used instead of the fluorohydrocarbon gas. , C 4 F 8, etc.) may be replaced with hydrogen and a hydrocarbon gas (CH 4, etc.) may be used. Even with these etching gases, the same effects as described above can be obtained.
1、2、3…エッチング装置
10…真空チャンバ
11…ステージ
12…対向電極
13…ガス導入管
14…防着板
15…真空ポンプ
31、32…有機部材
P…プラズマ
R…レジスト
S…基板DESCRIPTION OF
Claims (6)
炭化水素を含むプラズマを形成するための有機部材を前記真空チャンバ内に配置し、
エッチングガスを前記真空チャンバ内に導入し、
前記真空チャンバ内に、前記炭化水素を含むプラズマを形成することで、前記有機レジストをマスクとして前記基板の表面をエッチングする
基板エッチング方法。 An aluminum compound substrate on which an organic resist is formed is placed in a vacuum chamber,
An organic member for forming a plasma containing hydrocarbons is disposed in the vacuum chamber;
Introducing an etching gas into the vacuum chamber;
A substrate etching method in which the surface of the substrate is etched using the organic resist as a mask by forming plasma containing the hydrocarbon in the vacuum chamber.
前記エッチングガスは、塩素系ガスを含む
基板エッチング方法。 The substrate etching method according to claim 1,
The etching gas includes a chlorine-based gas.
炭化水素と、塩素またはフッ素とを含むプラズマを形成するため、炭化水素ガスと、塩素またはフッ素とを含むガスを前記真空チャンバ内に導入し、
前記真空チャンバ内に、前記炭化水素と、塩素またはフッ素とを含むプラズマを形成することで、前記有機レジストをマスクとして前記基板の表面をエッチングする
基板エッチング方法。 An aluminum compound substrate on which an organic resist is formed is placed in a vacuum chamber,
To form a hydrocarbon, a plasma containing a chlorine or fluorine, introduced a hydrocarbon gas, a gas containing chlorine or fluorine in the vacuum chamber,
A substrate etching method in which a plasma containing the hydrocarbon and chlorine or fluorine is formed in the vacuum chamber to etch the surface of the substrate using the organic resist as a mask.
フルオロカーボン系またはフルオロハイドロカーボン系のエッチングガスと水素または炭化水素系ガスとの混合ガスを前記真空チャンバ内に導入し、
前記真空チャンバ内に、前記混合ガスのプラズマを形成することで、前記有機レジストをマスクとして前記基板の表面をエッチングする
基板エッチング方法。 An aluminum compound substrate on which an organic resist is formed is placed in a vacuum chamber,
Introducing a mixed gas of fluorocarbon-based or fluorohydrocarbon-based etching gas and hydrogen or hydrocarbon-based gas into the vacuum chamber;
A substrate etching method for etching the surface of the substrate using the organic resist as a mask by forming plasma of the mixed gas in the vacuum chamber .
前記基板は、酸化アルミニウム基板または窒化アルミニウム基板である
基板エッチング方法。 A substrate etching method according to any one of claims 1 , 3 and 4 , comprising:
The substrate etching method is a substrate etching method, wherein the substrate is an aluminum oxide substrate or an aluminum nitride substrate.
炭化水素を含むプラズマを形成するための炭化水素源を前記真空チャンバ内に導入または配置し、
塩素又はフッ素を含むガスを前記真空チャンバ内に導入し、
前記真空チャンバ内に、前記炭化水素と、塩素またはフッ素とを含むプラズマを形成することで、前記有機レジストをマスクとして前記基板の表面をエッチングする
サファイア基板の製造方法。 A sapphire substrate with an organic resist formed on the surface is placed in a vacuum chamber,
Introduction or placing the hydrocarbon source for forming a plasma containing a hydrocarbon into the vacuum chamber,
Introducing a gas containing chlorine or fluorine into the vacuum chamber;
A method for manufacturing a sapphire substrate, wherein a plasma containing the hydrocarbon and chlorine or fluorine is formed in the vacuum chamber to etch the surface of the substrate using the organic resist as a mask.
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