JPH07228985A - Low temperature dry etching method and device therefor - Google Patents

Low temperature dry etching method and device therefor

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JPH07228985A
JPH07228985A JP2076994A JP2076994A JPH07228985A JP H07228985 A JPH07228985 A JP H07228985A JP 2076994 A JP2076994 A JP 2076994A JP 2076994 A JP2076994 A JP 2076994A JP H07228985 A JPH07228985 A JP H07228985A
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dry etching
gas
substrate
reaction chamber
temperature dry
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克之 井本
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Abstract

PURPOSE:To satisfy all of the characteristics of the side face of an oxide film on a substrate by controlling the dry etching conditions. CONSTITUTION:A waveguide sample 10 as an oxide film-coated substrate is sent from a spare chamber 2 to a reaction chamber 1-1, and the WSi film and photoresist are etched off to form a core pattern. The sample 10 is introduced into a reaction chamber 1-2 through the spare chamber 2, and the core layer is dry-etched at a low temp. based on the core pattern. As the optimum condition at this time, the substrate is controlled to <=-20 deg.C, the gaseous Ar flow rate is superimposed on the gaseous CHF3 flow rate by >=2 times in the gaseous etchant, and the total flow rate is controlled to >=60cc/min. The reaction chamber 1-2 is kept at : 2.66 Pa, and the power of a high-frequency power source 6-2 applied between the electrodes is controlled to >=450W. After etching, the sample is returned to the reaction chamber 1-1 to remove the WSi film on the core pattern, and finally the sample 10 is discharged into the atmosphere from one spare chamber 2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は被エッチング材を低温度
に保ち、その被エッチング材表面をドライエッチングす
る低温ドライエッチング方法およびその装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a low temperature dry etching method and apparatus for keeping a material to be etched at a low temperature and dry etching the surface of the material to be etched.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、酸化膜や金属膜を垂直性良くドラ
イエッチングする方法として、被エッチング用基板温度
を0℃以下の低温度に保持・制御し、深さ方向のエッチ
ング速度をイオンアシスト効果により維持したまま、側
面でのラジカル反応を抑圧する、いわゆる低温ドライエ
ッチング技術が注目されるようになってきた。
2. Description of the Related Art Recently, as a method of dry-etching an oxide film or a metal film with good verticality, the temperature of the substrate to be etched is maintained and controlled at a low temperature of 0.degree. Therefore, a so-called low temperature dry etching technique, which suppresses the radical reaction on the side surface while maintaining the above, has been attracting attention.

【0003】図9は本発明者が検討用に用いた反応性イ
オンエッチングによる低温ドライエッチング装置の概略
構成図を示したものである。これはエッチングを行う反
応室1と、被エッチング用基板としての試料10の挿入
/取出しを行う予備室2とからなる。
FIG. 9 is a schematic block diagram of a low temperature dry etching apparatus by reactive ion etching used by the present inventor for study. This comprises a reaction chamber 1 for etching and a preliminary chamber 2 for inserting / removing a sample 10 as a substrate to be etched.

【0004】まず、石英系ガラス基板で構成した試料1
0は試料挿入/試料取出し系12を介して予備室2に搬
送される。その後、予備室2は排気系4により真空排気
される。一方、反応室1内は予備室2からの試料10を
受け入れるよう、排気系3にて高真空(1.33×10
-1〜1.33×10-2Pa)に保たれている。また、試料
10を載置するための下部電極5−2は、電極内に冷媒
を矢印9−1から矢印9−2のように流すことによっ
て、試料10を0℃以下の低温に保つようにしてある。
First, sample 1 composed of a quartz glass substrate
0 is conveyed to the preparatory chamber 2 via the sample insertion / extraction system 12. After that, the preliminary chamber 2 is evacuated by the exhaust system 4. On the other hand, in the reaction chamber 1, a high vacuum (1.33 × 10 3) is provided by the exhaust system 3 so as to receive the sample 10 from the preliminary chamber 2.
-1 to 1.33 × 10 -2 Pa). In addition, the lower electrode 5-2 for mounting the sample 10 keeps the sample 10 at a low temperature of 0 ° C. or lower by causing a refrigerant to flow in the electrode as shown by arrows 9-1 and 9-2. There is.

【0005】次に、予備室2が所望の真空度(1.33
Pa以下)に達したら、気密バルブとしてのゲートバルブ
11を開いて試料10を予備室2から反応室1の下部電
極5−2上に移送し、その下部電極5−2上に載置す
る。次いで試料10の裏面にHeガス供給系8の矢印方
向にHeを吹き付けて試料10の低温化を促進させてお
く。
Next, the auxiliary chamber 2 is set to a desired vacuum degree (1.33).
(Pa or less), the gate valve 11 as an airtight valve is opened to transfer the sample 10 from the preliminary chamber 2 onto the lower electrode 5-2 of the reaction chamber 1 and to place it on the lower electrode 5-2. Next, He is sprayed on the back surface of the sample 10 in the direction of the arrow of the He gas supply system 8 to accelerate the temperature reduction of the sample 10.

【0006】その後、上部電極5−1と下部電極5−2
との間に高周波電源6を印加してプラズマを発生させ、
そのプラズマ雰囲気中にエッチングガス(この場合、石
英系ガラス膜をエッチングするためにCHF3 ガスを用
いる。)を流しながらエッチングを行う方法である。こ
の方法において、石英系ガラス膜のエッチングは、その
膜上にパターニングされたWSi膜をマスクに用いて行
う。
After that, the upper electrode 5-1 and the lower electrode 5-2.
High-frequency power source 6 is applied between and to generate plasma,
This is a method of performing etching while flowing an etching gas (CHF 3 gas is used to etch the silica glass film in this case) in the plasma atmosphere. In this method, the quartz glass film is etched by using the WSi film patterned on the film as a mask.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法にお
いて、試料10の温度(0℃〜−40℃)、反応室内の
真空度(13.3〜1.33Pa)、CHF3 のエッチン
グガス流量(10〜50cc/min)、高周波電源6のパワ
(300〜500W)を種々変えてエッチングした膜側
面の垂直性、膜側面の荒れ、サブトレンチ、エッチング
レート及びエッチング選択比(=(酸化膜のエッチング
レート)/(WSi膜のエッチングレート))を評価し
た結果、上記評価項目をすべて満足する条件を見い出す
ことができなかった。すなわち、 (1) 膜側面の垂直性を良くし、側面の荒れを小さくす
るには、CHF3 のガス流量を少なくし、高真空に保た
なければならないが、反面、エッチングレートは低下
し、サブトレンチが大きく発生することがわかった。逆
にエッチングレートを大きくし、サブトレンチを小さく
するために、CHF3 の流量を多くすると、垂直性が劣
化し、また側面の荒れも大きくなることがわかった。
However, in this method, the temperature of the sample 10 (0 ° C to -40 ° C), the degree of vacuum in the reaction chamber (13.3 to 1.33 Pa), the flow rate of the etching gas of CHF 3 ( 10 to 50 cc / min), the verticality of the film side surface etched by variously changing the power (300 to 500 W) of the high frequency power source 6, the roughness of the film side surface, the sub-trench, the etching rate and the etching selection ratio (= (oxide film etching As a result of evaluating (rate) / (etching rate of WSi film)), it was not possible to find conditions satisfying all the above evaluation items. That is, (1) In order to improve the verticality of the side surface of the film and reduce the roughness of the side surface, it is necessary to reduce the gas flow rate of CHF 3 and maintain a high vacuum, but on the other hand, the etching rate decreases, It was found that large sub-trench occurred. On the contrary, it was found that if the flow rate of CHF 3 is increased in order to increase the etching rate and reduce the size of the sub-trench, the verticality deteriorates and the side surface becomes rough.

【0008】(2) またCHF3 ガスによりWSi膜も
エッチングされて、そのパターン幅が次第に狭くなって
いくことは避けられないが、WSi膜と石英系ガラス酸
化膜とのエッチング選択比を大きくしないと、WSi膜
のエッチングが早く進んでその幅が小さくなり、それに
伴い石英系ガラス酸化膜のパターン幅が所望の値よりも
著しく小さくなってしまうことがわかった。
(2) It is unavoidable that the WSi film is also etched by the CHF 3 gas and its pattern width gradually narrows, but the etching selection ratio between the WSi film and the silica glass oxide film is not increased. It was found that the etching of the WSi film progressed rapidly and the width thereof became smaller, and accordingly, the pattern width of the silica glass oxide film became significantly smaller than the desired value.

【0009】(3) また真空度を悪くすると、エッチン
グレートは大きくなるが、垂直性が劣化し、かつ側面の
荒れも大きくなることがわかった。
(3) Further, it has been found that when the degree of vacuum is lowered, the etching rate is increased, but the verticality is deteriorated and the side surface is also roughened.

【0010】(4) またCHF3 ガスは有害であり、量
が多くなると人体へ危害を加えるばかりか、反応室内や
排気系への反応生成物の付着を促進し、低温ドライエッ
チングの再現性を低下させ、しかも装置寿命の劣化を促
進することもわかった。
(4) Further, CHF 3 gas is harmful, and when the amount thereof is large, not only does it harm the human body, but it also promotes the adhesion of reaction products to the reaction chamber and the exhaust system, thus improving the reproducibility of low temperature dry etching. It has also been found that it lowers and accelerates the deterioration of the device life.

【0011】そこで本発明の目的は、前記した従来技術
の欠点を解消し、被エッチング材表面ないし基板上の酸
化膜側面の垂直性、膜側面の荒れ、サブトレンチ、およ
びエッチングレート更には選択比のいずれについても全
て満足する特性を実現することが可能な低温ドライエッ
チング方法およびその装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to improve the verticality of the side surface of the material to be etched or the side surface of the oxide film, the roughness of the side surface of the film, the sub-trench, the etching rate and the selectivity. It is an object of the present invention to provide a low temperature dry etching method and an apparatus therefor capable of realizing the characteristics satisfying all of the above.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】まず、第1の発明は、予
備室に挿入した被エッチング材を気密バルブを介して反
応室に搬送し、反応室内で基板を0℃以下の低温に保っ
て被エッチング材表面をフッ素系ガスを用いて低温ドラ
イエッチングする際に、フッ素系ガス流量に不活性ガス
流量を2倍以上重畳させて反応室内に流し、かつ反応室
内の真空度を2.66Pa以下に保ってエッチングするよ
うにしたことを特徴とする低温ドライエッチング方法で
ある。
First, in the first invention, the material to be etched inserted in the preliminary chamber is conveyed to the reaction chamber through an airtight valve, and the substrate is kept at a low temperature of 0 ° C. or lower in the reaction chamber. When the surface of the material to be etched is subjected to low temperature dry etching using a fluorine-based gas, the flow rate of the inert gas is overlapped with the flow rate of the fluorine-based gas by a factor of 2 or more to flow into the reaction chamber. The low-temperature dry etching method is characterized in that the etching is performed while maintaining the temperature.

【0013】第2の発明は、第1の発明において、被エ
ッチング材が酸化膜付き基板であり、低温ドライエッチ
ングされる被エッチング材表面が酸化膜付き基板の酸化
膜であることを特徴とする低温ドライエッチング方法で
ある。
A second invention is characterized in that, in the first invention, the material to be etched is a substrate with an oxide film, and the surface of the material to be etched subjected to low temperature dry etching is an oxide film of the substrate with an oxide film. This is a low temperature dry etching method.

【0014】第3の発明は、第2の発明において、基板
の温度を−20℃以下に保ち、フッ素系ガス流量と不活
性ガス流量との総流量を60cc/min以上流すようにした
ことを特徴とする低温ドライエッチング方法である。
A third aspect of the invention is that in the second aspect of the invention, the temperature of the substrate is kept at -20 ° C. or less and the total flow rate of the fluorine-based gas flow rate and the inert gas flow rate is set to 60 cc / min or more. It is a characteristic low temperature dry etching method.

【0015】第4の発明は、第2及び第3の発明におい
て、酸化膜として、SiO2 、あるいはSiO2 にP,
Ti,Ge,B,Ta,Er,Pr,Nd,Zn,S
n,Nなどのドーパンドが少なくとも1種添加されたも
のを用いたことを特徴とする低温ドライエッチング方法
である。なお、酸化膜としては上記のものが好ましい
が、これ以外にSiON、SiOx y z でもよい。
A fourth aspect of the present invention is the same as the second and third aspects, wherein the oxide film is SiO 2 or P is formed on SiO 2 .
Ti, Ge, B, Ta, Er, Pr, Nd, Zn, S
This is a low-temperature dry etching method characterized in that at least one dopant such as n or N is added. The above oxide film is preferable, but SiON or SiO x N y H z may be used instead.

【0016】第5の発明は、第4の発明において、フッ
素系ガスとしてCHF3 を用いたことを特徴とする低温
ドライエッチング方法である。
A fifth invention is a low temperature dry etching method according to the fourth invention, wherein CHF 3 is used as the fluorine-based gas.

【0017】第6の発明は、第5の発明において、CH
3 ガス流量を30cc/min以上とし、不活性ガス流量と
CHF3 ガス流量の総量を60cc/min以上流し、かつ真
空度を2.66Pa以下、プラズマを発生させる高周波パ
ワを450W以上、基板の温度を−20℃以下にしたこ
とを特徴とする低温ドライエッチング方法である。
A sixth invention is the same as the fifth invention, except that CH
F 3 gas flow rate is 30 cc / min or more, total flow rate of inert gas and CHF 3 gas is 60 cc / min or more, vacuum degree is 2.66 Pa or less, high frequency power for generating plasma is 450 W or more, substrate is A low temperature dry etching method is characterized in that the temperature is set to -20 ° C or lower.

【0018】第7の発明は、第1から第6の発明におい
て、不活性ガスがArガスであることを特徴とする低温
ドライエッチング方法である。
A seventh invention is the low-temperature dry etching method according to the first to sixth inventions, wherein the inert gas is Ar gas.

【0019】第8の発明は、酸化膜付き基板の挿入/取
出しを行う予備室と、フッ素系のガスと不活性ガスとを
供給でき、少なくともフッ素系ガス流量に不活性ガス流
量を2倍以上重畳させて供給することが可能なエッチン
グ用ガス供給系と、室内を2.66Pa以下に真空排気す
ることが可能な排気系とを設けた少なくとも1つの反応
室と、予備室と反応室とを接続するゲートバルブと、反
応室内に設けられ一方の電極上に酸化膜付き基板が置か
る一対の電極と、この一対の電極間に300W以上の高
周波パワを印加する手段と、少なくとも1つの反応室内
の基板を0℃以下に保持する手段と、予備室に対して上
記基板の挿入・取出し、及び予備室と少なくとも1つの
反応室間の基板の移送をゲートバルブを通して行う手段
とを備え、少なくとも基板の酸化膜をエッチングするこ
とのできる低温ドライエッチング装置である。
An eighth aspect of the present invention is capable of supplying a preliminary chamber for inserting / removing a substrate with an oxide film, a fluorine-based gas and an inert gas, and at least twice the inert gas flow rate as the fluorine-based gas flow rate. At least one reaction chamber provided with an etching gas supply system capable of being superposed and supplied, and an exhaust system capable of evacuating the chamber to 2.66 Pa or less, a preliminary chamber and a reaction chamber. A gate valve to be connected, a pair of electrodes provided in the reaction chamber on which an oxide film-coated substrate is placed, a means for applying high-frequency power of 300 W or more between the pair of electrodes, and at least one reaction chamber Means for holding the substrate at 0 ° C. or lower, and means for inserting / removing the substrate into / from the spare chamber and transferring the substrate between the spare chamber and at least one reaction chamber through a gate valve. Also is cold dry etching apparatus capable of etching the oxide film on the substrate.

【0020】第9の発明は、第8の発明において、反応
室の残りの少なくとも1つを、酸化膜をエッチングする
反応室以外として、酸化膜上面のメタル膜をフォトレジ
ストマスクを用いてエッチングする反応室としたことを
特徴とする低温ドライエッチング装置である。
In a ninth aspect based on the eighth aspect, at least one of the remaining reaction chambers other than the reaction chamber for etching the oxide film is used to etch the metal film on the upper surface of the oxide film using a photoresist mask. This is a low temperature dry etching apparatus characterized by being used as a reaction chamber.

【0021】第10の発明は、第8及び第9の発明にお
いて、酸化膜付き基板としてその裏面が平坦なものを用
い、一方の電極上に気密封止状態で置いた上記酸化膜付
き基板の裏面に、反応室外からHeガスを供給して基板
裏面をHeガス雰囲気に保持するようにしたことを特徴
とする低温ドライエッチング装置である。
A tenth aspect of the present invention is the substrate having an oxide film according to the eighth and ninth aspects, wherein the substrate having a flat back surface is used as the substrate having an oxide film and the substrate having an oxide film is placed on one electrode in an airtightly sealed state. The low-temperature dry etching apparatus is characterized in that He gas is supplied to the back surface from outside the reaction chamber so that the back surface of the substrate is kept in a He gas atmosphere.

【0022】第11の発明は、第8ないし第10の発明
において、反応室に設けた排気系の口径面積を酸化膜付
き基板の面積よりも大きくして上述した2.66Pa以下
の真空度を実現できるようにしたことを特徴とする低温
ドライエッチング装置である。
An eleventh aspect of the present invention is the eighth to tenth aspects of the invention, wherein the area of the exhaust system provided in the reaction chamber is larger than the area of the substrate with an oxide film so that the degree of vacuum is 2.66 Pa or less. This is a low temperature dry etching apparatus characterized by being realized.

【0023】[0023]

【作用】第1の発明ないし第2の発明は、フッ素系ガス
流量に不活性ガス流量を2倍以上重畳させて流すことに
よって、フッ素系ガスは勿論のこと、エッチング用ガス
のトータル流量を増やす方法である。フッ素系ガス流量
は、エッチングの評価項目において、垂直性,側面の平
滑性と、サブトレンチ,エッチングレートとで相反する
結果が生じる。
In the first and second aspects of the invention, the total flow rate of the etching gas as well as the fluorine-based gas is increased by causing the flow rate of the inert gas to overlap the flow rate of the fluorine-based gas at least twice. Is the way. Regarding the flow rate of the fluorine-based gas, in the etching evaluation item, the verticality, the smoothness of the side surface, the sub-trench, and the etching rate may conflict with each other.

【0024】すなわち、フッ素系ガスの増大は、垂直性
および側面の平滑性を劣化させるが、サブトレンチ,エ
ッチングレートは改善される。そこで、このようにフッ
素系ガスおよびトータル流量を増やしてやることで、垂
直性,側面の平滑性と、サブトレンチ,エッチングレー
トとの両立を図っている。
That is, the increase of the fluorine-containing gas deteriorates the verticality and the smoothness of the side surface, but the sub-trench and the etching rate are improved. Therefore, by increasing the fluorine-based gas and the total flow rate in this manner, it is possible to achieve both verticality, side surface smoothness, sub-trench, and etching rate.

【0025】しかし、トータル流量を増やすと真空度が
低下する。そこで、本発明では高速・高真空排気の可能
なポンプを用いて真空度を2.66Pa以下にする。その
結果、エッチングした基板表面ないし酸化膜側面の垂直
性および側面の荒れを良好に保つことができる。これ
は、特に基板上に形成した酸化膜からなる導波路のコア
パターンをドライエッチングにより断面略矩形状に加工
する上では極めて良好な結果をもたらす。
However, if the total flow rate is increased, the degree of vacuum will decrease. Therefore, in the present invention, the degree of vacuum is set to 2.66 Pa or less by using a pump capable of high speed and high vacuum exhaust. As a result, the verticality of the etched substrate surface or the side surface of the oxide film and the roughness of the side surface can be favorably maintained. This brings very good results particularly when the core pattern of the waveguide made of an oxide film formed on the substrate is processed into a substantially rectangular cross section by dry etching.

【0026】たとえば、光分波器、光合波器、光フィル
タ、光方向性結合器などのような波長選択機能をもった
導波路型光デバイスを実現する場合、コア側面の垂直性
が乱れると、上記光デバイスの波長特性(たとえば、中
心波長とか、2つの波長間の分離度など)が変化してし
まう。またコア側面の荒れも上記波長特性の変化は勿論
のこと、光伝搬損失の増大も招く。従って、側面を90
°に垂直性良く、かつ側面の荒れを少なくすることは極
めて重要となる。
For example, when a waveguide type optical device having a wavelength selection function such as an optical demultiplexer, an optical multiplexer, an optical filter, an optical directional coupler, etc. is realized, the verticality of the side surface of the core is disturbed. However, the wavelength characteristics of the optical device (for example, the central wavelength or the degree of separation between two wavelengths) change. Further, the roughness of the side surface of the core causes not only the change of the wavelength characteristics but also the increase of the light propagation loss. Therefore, 90
It is extremely important to have good verticality to ° and to reduce side surface roughness.

【0027】他方、本発明ではフッ素系ガスの流量を多
くしているので、サブトレンチがほとんど発生しなくな
ると共に、エッチングレートも向上する。このサブトレ
ンチの形状は後述するが、これの発生も光デバイスの波
長特性を劣化させ、また損失の増大も招く。さらに、導
波路のコア内への光の閉じ込めが不均一になり、偏光依
存性を生じさせるので、上記波長選択機能をもった光デ
バイスを実現する上で、従来大きな障害となっていた。
しかし、本発明によれば、これも改善できることから、
極めて大きな効果が得られる。
On the other hand, in the present invention, since the flow rate of the fluorine-based gas is increased, the sub-trench is hardly generated and the etching rate is improved. Although the shape of the sub-trench will be described later, the occurrence thereof also deteriorates the wavelength characteristics of the optical device and causes an increase in loss. Further, the confinement of light in the core of the waveguide becomes non-uniform and polarization dependency is caused, which has been a major obstacle to the realization of the optical device having the wavelength selection function.
However, according to the present invention, since this can also be improved,
An extremely large effect can be obtained.

【0028】なお、フッ素系ガスの増大は、前述したよ
うに、垂直性および側面の平滑性を劣化させるが、本発
明ではフッ素系ガスに不活性ガスを2倍以上に重畳して
流しているので、垂直性及び側面の平滑性の劣化を防ぐ
ことができる。
As described above, the increase of the fluorine-based gas deteriorates the verticality and the smoothness of the side surface, but in the present invention, the inert gas is superposed with the fluorine-based gas more than twice. Therefore, deterioration of the verticality and the smoothness of the side surface can be prevented.

【0029】また、フッ素系ガスの増大は、酸化膜に対
するエッチング選択比が小さくなり、コアパターン幅の
目減り量が大きくなるという問題があったが、フッ素系
ガスに不活性ガスを重畳させることで選択比を大幅に向
上させることができる。
Further, the increase of the fluorine-based gas causes a problem that the etching selection ratio with respect to the oxide film becomes small and the reduction amount of the core pattern width becomes large. However, when the inert gas is superposed on the fluorine-based gas. The selection ratio can be greatly improved.

【0030】第3の発明によれば、基板温度が低くなれ
ばなる程、エッチングした表面への反応生成物がつき易
くなってサブトレンチが発生する。そこで、フッ素系ガ
ス流量と不活性ガス流量のトータル流量を60cc/min以
上流してサブトレンチの発生を抑圧するようにしたもの
である。
According to the third aspect of the invention, the lower the substrate temperature is, the more easily reaction products are attached to the etched surface, and the sub-trench is generated. Therefore, the total flow rate of the fluorine-based gas flow rate and the inert gas flow rate is set to 60 cc / min or more to suppress the generation of the sub-trench.

【0031】なお、本発明のように、エッチング中の基
板温度を−20℃以下に保ってエッチングすることは、
例えば、導波路の中、あるいは上面に予め電子回路素子
あるいは、光回路素子を形成しておいた状態の基板をエ
ッチングする場合に、上記素子のダメージレスに極めて
有効である。なぜならば、導波路のコアの厚みは、通
常、3μm 以上、数10μm と非常に厚いので、ドライ
エッチング時間も1時間以上の長時間にわたる。このよ
うな長時間、基板を高温状態(通常、冷却しない場合に
は数百℃の高温状態になる。)にさらしておくと、上記
素子にダメージを与えるばかりか、コア、あるいはバッ
ファ層内の屈折率制御用ドーパントの移動による屈折率
分布の変化やOH- の移動をもたらし、光学特性の劣化
を生じさせるからである。
It should be noted that, as in the case of the present invention, it is possible to perform etching while maintaining the substrate temperature during etching at -20 ° C. or lower.
For example, in the case of etching a substrate in which an electronic circuit element or an optical circuit element is formed in advance in the waveguide or on the upper surface, it is extremely effective to damage the above element. This is because the thickness of the core of the waveguide is usually as thick as 3 μm or more and several tens of μm, so that the dry etching time also takes a long time of 1 hour or more. If the substrate is exposed to a high temperature state (usually a high temperature of several hundreds of degrees Celsius if not cooled) for such a long time, not only will the element be damaged, but the core or buffer layer This is because the movement of the refractive index controlling dopant causes a change in the refractive index distribution and the movement of OH , which causes the deterioration of the optical characteristics.

【0032】第4の発明のように、エッチングする酸化
膜として、SiO2 は勿論のこと、SiO2 にP,T
i,Ge,B,Ta,Zn,Sn,Zr,Er,Pr,
Nd,Nなどの屈折率制御用、熱膨張係数制御用、機能
性付加用などのドーパントが少なくとも1種添加された
ものに適用すれば、これを容易にエッチングすることが
できる。しかも、前述したように、低温プロセスである
ので、ドーパントの拡散などが全く生ぜず、プロセスの
過程で所望の光学特性の劣化を未然に予防することがで
きる。これは高精度な導波路を実現する上で極めて有効
である。
[0032] As in the fourth invention, the oxide film is etched, SiO 2 is of course, P to SiO 2, T
i, Ge, B, Ta, Zn, Sn, Zr, Er, Pr,
If it is applied to a material to which at least one dopant such as Nd and N for controlling the refractive index, for controlling the thermal expansion coefficient, and for adding functionality is added, this can be easily etched. Moreover, as described above, since the process is a low temperature process, the diffusion of the dopant does not occur at all, and it is possible to prevent deterioration of desired optical characteristics during the process. This is extremely effective in realizing a highly accurate waveguide.

【0033】また、上記酸化膜をエッチングするマスク
材として、メタル膜(例えば、WSi、W、Ta、T
i、Al、Ni、Crなどの金属膜)、レジスト膜など
を用いても、エッチング中に高温に曝されることがない
ので、上記メタル膜、あるいはレジスト膜が変質するこ
とがなく、安定にエッチングすることができる。その結
果、コアパターン幅の目減り量が極めて少ないものを実
現することができ、所望の光学特性をもった光デバイス
を設計通りに作成できる。
A metal film (eg, WSi, W, Ta, T) is used as a mask material for etching the oxide film.
Even if a metal film (i, Al, Ni, Cr, etc.) or a resist film is used, it is not exposed to high temperature during etching, so that the metal film or the resist film is not deteriorated and stable. It can be etched. As a result, it is possible to realize a core pattern having a very small reduction amount, and it is possible to manufacture an optical device having desired optical characteristics as designed.

【0034】第5の発明によれば、上記酸化膜をエッチ
ングするガスとして、CHF3 ガスが好ましいが、それ
以外に、C2 6 、C3 8 、C4 8 、CF4 などの
フッ素系ガス、あるいは上記ガスを少なくとも1種混合
したガス、さらにはC2 4などを添加したものでもよ
い。
According to the fifth aspect of the invention, CHF 3 gas is preferable as the gas for etching the oxide film, but other than that, C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F 8 , CF 4 etc. It may be a fluorine-based gas, a gas in which at least one of the above gases is mixed, or a gas to which C 2 H 4 or the like is added.

【0035】第6の発明によれば、プロセスパラメータ
であるCHF3 ガス流量を30cc/min以上とし、不活性
ガス流量とCHF3 ガス流量の総量を60cc/min以上流
し、かつ真空度を2.66Pa以下、プラズマを発生させ
る高周波パワを450W以上、基板の温度を−20℃以
下という最適な値に規定したので、エッチング評価項目
のすべてを一層良好に満足することができる。
According to the sixth aspect, the CHF 3 gas flow rate, which is a process parameter, is 30 cc / min or more, the total amount of the inert gas flow rate and the CHF 3 gas flow rate is 60 cc / min or more, and the degree of vacuum is 2. Since the optimum high frequency power of 66 Pa or less for generating plasma and 450 W or more for the substrate temperature and -20 ° C. or less for the substrate are satisfied, all of the etching evaluation items can be more satisfactorily satisfied.

【0036】第7の発明によれば、不活性ガスをArガ
スとしたので、エッチング評価項目のすべてを一層安定
に満足することができる。特に、コアパターンの目減り
量の点では、実施例で詳述するように、HeやN2 等の
不活性ガスに比較して、Arガスを用いる方がより選択
比を大きくできるため、目減り量が少ないという効果が
ある。
According to the seventh invention, since the inert gas is Ar gas, all the etching evaluation items can be satisfied more stably. In particular, in terms of the reduction amount of the core pattern, as will be described in detail in the examples, the selection ratio can be increased by using Ar gas as compared with an inert gas such as He or N 2, so that the reduction amount can be reduced. There is an effect that there is little.

【0037】第8の発明によれば、反応室に、フッ素系
のガス流量に不活性ガス流量を2倍以上重畳させて供給
することが可能なガス供給系と、室内を2.66Pa以下
に真空排気することが可能な排気系とをもたせている。
またエッチングレートを高めるために反応室内の電極間
に300W以上の高周波パワを印加させ、反応室内の基
板を0℃以下に保持させるようにしてある。しかも予備
室を介して挿入・取出しを行なう様にするとともに、予
備室と反応室とを気密性のゲートバルブで接続してこれ
らの室間を自動的に搬送するようにしてあるので、垂直
性、側面の平滑性、サブトレンチ、コア幅の目減り、エ
ッチングレートなどの諸特性をすべて満足したエッチン
グを行うことができる。
According to the eighth aspect of the present invention, the gas supply system capable of supplying the flow rate of the fluorine-based gas by superimposing the flow rate of the inert gas on the flow rate of the inert gas to the reaction chamber by a factor of 2 or more, and the pressure in the chamber to 2.66 Pa or less. It has an exhaust system capable of vacuum exhaust.
Further, in order to increase the etching rate, a high frequency power of 300 W or more is applied between the electrodes in the reaction chamber to keep the substrate in the reaction chamber at 0 ° C. or lower. Moreover, it is designed to be inserted / removed through the spare chamber, and the spare chamber and the reaction chamber are connected by an airtight gate valve to automatically convey between these chambers, so vertical It is possible to perform etching satisfying all the characteristics such as the smoothness of the side surface, the sub-trench, the reduction of the core width, and the etching rate.

【0038】第9の発明によれば、反応室の残りの少な
くとも1つを、酸化膜上面のメタル膜をエッチングする
反応室とすることによって、酸化膜上面のメタル膜をエ
ッチングした後、連続して酸化膜をエッチングすること
ができ、また両室はゲートバルブを介して接続されてい
るため基板を大気中に取り出さなくても良いので、ごみ
や不純物等の付着によるパターンの欠陥を防止すること
ができる。また、大気中に出ないので、大気中OH
- (水酸基イオン)が酸化膜に付着したり、酸化膜中に
拡散することがなく、低損失な導波路を製造することが
できる。
According to the ninth invention, at least one of the remaining reaction chambers is used as a reaction chamber for etching the metal film on the upper surface of the oxide film, so that the metal film on the upper surface of the oxide film is continuously etched. The oxide film can be etched by using a gate valve, and since both chambers are connected via a gate valve, the substrate does not have to be taken out into the atmosphere, so pattern defects due to dust or impurities can be prevented. You can Also, since it does not go into the atmosphere, OH in the atmosphere
- (Hydroxyl ion) does not adhere to the oxide film or diffuse into the oxide film, and a low-loss waveguide can be manufactured.

【0039】第10の発明のように、酸化膜付き基板と
してその裏面が平坦なものを用いるとともに、酸化膜付
き基板の裏面と電極との間を気密封止して、基板の裏面
をHeガス雰囲気に保持するようにすると、Heガスは
反応室内にリークすることなく、基板裏面をHe雰囲気
に保持することができ、効率的に基板を低温に保持させ
ることができる。
As in the tenth invention, a substrate having a flat back surface is used as the substrate with an oxide film, and the back surface of the substrate with an oxide film is hermetically sealed between the electrodes so that the back surface of the substrate is filled with He gas. When kept in the atmosphere, the He gas can keep the back surface of the substrate in the He atmosphere without leaking into the reaction chamber, and the substrate can be efficiently kept at a low temperature.

【0040】第11の発明のように、反応室の排気系の
口径面積を酸化膜付き基板の面積よりも大きくすると、
高速、かつ確実に2.66Pa以下の真空度が得られる。
As in the eleventh aspect, when the area of the exhaust system of the reaction chamber is larger than the area of the substrate with an oxide film,
High speed and surely a vacuum degree of 2.66 Pa or less can be obtained.

【0041】[0041]

【実施例】図1に本発明の反応性イオンエッチングによ
る低温ドライエッチング装置の第1の実施例を示す。こ
こでは被エッチング材として後に詳述する導波路試料1
0(図2(a)参照)を用いた。
FIG. 1 shows a first embodiment of a low temperature dry etching apparatus by reactive ion etching according to the present invention. Here, as the material to be etched, a waveguide sample 1 which will be described in detail later is used.
0 (see FIG. 2A) was used.

【0042】この装置は、ドライエッチングを行う2つ
の反応室1−1、1−2と、各反応室内をそれぞれ真空
排気する排気系3−1、3−2、各反応室に搬送する前
に真空状態を作る予備室2が設けられている。さらに、
その予備室2内を真空排気する排気系4、一方の反応室
1−1と予備室2をつなぐケーブルバルブ11−1、他
方の反応室1−2と予備室2をつなぐゲートバルブ11
−2、一方の反応室1−1内へエッチングガス(N
3 、CF4 など)を供給するガス供給系14、他方の
反応室1−2内へエッチングガスCHF3 を供給するC
HF3 ガス供給系7が設けられている。
This apparatus has two reaction chambers 1-1 and 1-2 for dry etching, exhaust systems 3-1 and 3-2 for evacuating each reaction chamber, and before transporting to each reaction chamber. A preliminary chamber 2 for creating a vacuum state is provided. further,
An exhaust system 4 for evacuating the inside of the auxiliary chamber 2, a cable valve 11-1 connecting the reaction chamber 1-1 and the auxiliary chamber 2 on one side, and a gate valve 11 connecting the reaction chamber 1-2 and the auxiliary chamber 2 on the other side.
-2, an etching gas (N
Gas supply system 14 for supplying F 3 , CF 4, etc., and C for supplying etching gas CHF 3 into the other reaction chamber 1-2.
An HF 3 gas supply system 7 is provided.

【0043】また反応室1−2には、上記エッチングガ
スCHF3 流量に2倍以上のArガス流量を重畳させて
反応室1−2内に導入するためのArガス供給系21が
設けられている。このArガスの導入は酸化膜を垂直性
良く、かつ側面荒れが少なく、さらにサブトレンチの発
生を抑えると共に、エッチング後の酸化膜(コア)パタ
ーン幅の減少(目減り)を低減するのに極めて有効であ
る。なお、Arガスの代りに、He、N2 などの不活性
ガスを用いても同様な効果を期待することができる。
In addition, the reaction chamber 1-2 is provided with an Ar gas supply system 21 for introducing the flow rate of the Ar gas which is more than double the flow rate of the CHF 3 into the reaction chamber 1-2. There is. The introduction of this Ar gas is very effective in improving the verticality of the oxide film, reducing the side surface roughness, suppressing the occurrence of sub-trench, and reducing the reduction (blurring) of the oxide film (core) pattern width after etching. Is. Similar effects can be expected by using an inert gas such as He or N 2 instead of Ar gas.

【0044】さらに、図1の装置には、一方の反応室1
−1内に設置した上部電極13−1と試料10を載せる
下部電極13−2との間に印加する高周波電源6−1、
他方の反応室1−2内に設置した上部電極5−1と試料
10を載せる下部電極5−2との間に印加する高周波電
源6−2、各反応室1−1および1−2内の下部電極1
3−2及び5−2上の試料10を低温に冷却するために
矢印9−1から9−2で示した方向に冷媒を流す冷媒循
環系9を備える。図示例から分かるように、本実施例の
反応室はいずれも、平行平板反応性イオンエッチング装
置を構成している。このうち、冷媒循環系9を設けた反
応室1−1および1−2により低温ドライエッチングが
行なわれる。
Furthermore, in the apparatus of FIG. 1, one reaction chamber 1
-1, a high frequency power source 6-1 applied between the upper electrode 13-1 installed in -1 and the lower electrode 13-2 on which the sample 10 is placed,
A high-frequency power source 6-2 applied between the upper electrode 5-1 installed in the other reaction chamber 1-2 and the lower electrode 5-2 on which the sample 10 is placed, and in each reaction chamber 1-1 and 1-2. Lower electrode 1
A coolant circulation system 9 is provided to flow the coolant in the directions indicated by arrows 9-1 to 9-2 in order to cool the sample 10 on 3-2 and 5-2 to a low temperature. As can be seen from the illustrated example, each of the reaction chambers of this example constitutes a parallel plate reactive ion etching apparatus. Of these, low temperature dry etching is performed in the reaction chambers 1-1 and 1-2 provided with the coolant circulation system 9.

【0045】また各反応室1−1および1−2内の試料
10を載せる下部電極13−1および5−2の中央部に
試料10を嵌め込む穴13−21および5−21をそれ
ぞれ設け、試料10の裏面と下部電極13−1または5
−2との間をOリングにより気密封止できるようにして
ある。下部電極13−1および5−2には、この気密封
止部に通じるHeガス供給系8を設け、試料10の裏面
へHeガスを吹き付けて試料10の低温化を促進できる
ようになっている。
Further, holes 13-21 and 5-21 for fitting the sample 10 are provided in the central portions of the lower electrodes 13-1 and 5-2 on which the sample 10 is placed in the reaction chambers 1-1 and 1-2, respectively. Back surface of sample 10 and lower electrode 13-1 or 5
An air-tight seal can be made between the -2 and -2. The lower electrodes 13-1 and 5-2 are provided with a He gas supply system 8 communicating with the hermetically sealed portion, and He gas can be blown to the back surface of the sample 10 to accelerate the temperature reduction of the sample 10. .

【0046】さらに、予備室2内へ試料10を挿入し、
予備室2から試料を取り出す試料挿入/試料取出し系1
2、そして結露を防ぐために予備室2内へガス(N2
Ar、O2 、O、Heなど)を導入するためのガス供給
系15、さらに図示しないが予備室2と2つの反応室1
−1、1−2間を試料10を移送する移送系を備える。
この移送系と上記試料挿入/試料取出し系12とから搬
送手段が構成される。次に、この低温ドライエッチング
装置を用いてドライエッチングする方法を図2と照らし
合わせて説明する。
Further, the sample 10 is inserted into the preliminary chamber 2,
Sample insertion / sample extraction system 1 for taking out a sample from the spare chamber 2
2, and to prevent dew condensation, gas (N 2 ,
A gas supply system 15 for introducing Ar, O 2 , O, He, etc.), a spare chamber 2 and two reaction chambers 1 (not shown).
A transfer system for transferring the sample 10 between the first and second points is provided.
The transfer system and the sample insertion / removal system 12 constitute a conveying means. Next, a method of dry etching using this low temperature dry etching apparatus will be described with reference to FIG.

【0047】まず、予備室2の試料挿入/試料取出し系
12から挿入される試料を図2(a)で説明する。試料
は厚み1mm、直径3インチのSiO2 基板を用いた。こ
の基板の裏面は平坦に加工されている。SiO2 基板の
代わりにSi、InP、GaAsなどの半導体、石英系
および多成分系のガラス、LiNbO3 、LiTaO3
などの誘電体、磁性体などを用いても良い。この試料は
基板16上に順にバッファ層20とコア層19とWSi
膜18が形成されており、WSi膜18の上にフォトレ
ジストパターン17がパターニングされているものであ
る。
First, the sample inserted from the sample insertion / sample extraction system 12 in the preliminary chamber 2 will be described with reference to FIG. As the sample, a SiO 2 substrate having a thickness of 1 mm and a diameter of 3 inches was used. The back surface of this substrate is processed flat. Instead of the SiO 2 substrate, semiconductors such as Si, InP, GaAs, quartz-based and multi-component glass, LiNbO 3 , LiTaO 3
Alternatively, a dielectric material, a magnetic material, or the like may be used. This sample has a buffer layer 20, a core layer 19, and a WSi on the substrate 16 in this order.
The film 18 is formed, and the photoresist pattern 17 is patterned on the WSi film 18.

【0048】バッファ層20はSiO2 からなり、厚さ
約10μm である。コア層19には酸化膜が用いられ
る。例えば、SiO2 にTiO2 、GeO2 、P2 5
などの屈折率制御用添加物を0.数重量%から10数重
量%添加した膜、あるいはSiON、SiOx y z
などである。この実施例ではSiO2 にTiO2 を1重
量%添加した膜(膜厚約8μm )を用いた。WSi膜1
8はコア層19をエッチングするためのマスク材となる
ことから、厚さ約1μm に形成されている。フォトレジ
ストパターン17はWSi膜18をドライエッチングに
よりパターン化するためのマスク材であり、その膜厚は
選択比の関係から0.5〜1μm に選ばれている。
The buffer layer 20 is made of SiO 2 and has a thickness of about 10 μm. An oxide film is used for the core layer 19. For example, SiO 2 , TiO 2 , GeO 2 , P 2 O 5
A refractive index controlling additive such as 0. Films with a few wt% to a few dozen wt% added, or SiON, SiO x N y H z
And so on. In this example, a film (thickness of about 8 μm) in which 1% by weight of TiO 2 was added to SiO 2 was used. WSi film 1
Since 8 serves as a mask material for etching the core layer 19, it has a thickness of about 1 μm. The photoresist pattern 17 is a mask material for patterning the WSi film 18 by dry etching, and its film thickness is selected to be 0.5 to 1 μm in view of the selection ratio.

【0049】さて、この図2(a)の試料10を、図1
に示す予備室2内に挿入後、ガス供給系15の矢印方向
から予備室2内に、露点が−60℃以下のN2 ガス(あ
るいはAr、He、O2 などのガスでもよい。)を流し
ながら(ガス流量100cc/min)、予備室2内を排気系
4で真空排気して乾燥させる。これに併せて2つの反応
室1−1及び1−2も排気系3−1、3−2で真空排気
する。予備室2および反応室1−1、1−2内の真空度
を1.33×10-1Pa以下に保った後、一方の反応室1
−1につながるゲートバルブ11−1を開いて試料10
を予備室2から反応室1−1へ搬送し、下部電極13−
2上に載置する。そして、冷媒循環系9とHeガス供給
系8とにより、基板を−40℃に冷却する。次にゲート
バルブ11−1を閉じ、ガス供給系14の矢印方向から
NF3 ガスを20cc/min流し、上部電極13−1と下部
電極13−2との間に高周波電源6−1(高周波パワ2
0W)を印加し、両電極間13−1と13−2間にプラ
ズマを発生させた。この時の反応室1−1内の真空度は
1.33Paになるように排気系3−1を設定した。その
結果、約6分でWSi膜18のエッチングは終了した。
この状態の試料を図2(b)に示す。エッチングされた
WSiパターンの幅はフォトレジストパターン幅に対し
てわずかに1%の幅減りしかなかった。これは低温エッ
チングのため、フォトレジストの損傷やエッチングがほ
とんどなかったためと考えられる。また、エッチングさ
れたWSi側面も極めて平滑であった。
Now, the sample 10 shown in FIG.
After being inserted into the preparatory chamber 2 shown in (1), N 2 gas (or a gas such as Ar, He, O 2 or the like) having a dew point of −60 ° C. or lower is introduced into the preparatory chamber 2 from the direction of the arrow of the gas supply system 15. While flowing (gas flow rate 100 cc / min), the inside of the preliminary chamber 2 is evacuated by the exhaust system 4 to dry. Along with this, the two reaction chambers 1-1 and 1-2 are also evacuated by the evacuation systems 3-1 and 3-2. After maintaining the vacuum degree in the preliminary chamber 2 and the reaction chambers 1-1 and 1-2 at 1.33 × 10 −1 Pa or less, one of the reaction chambers 1
Open the gate valve 11-1 connected to -1 and sample 10
Is transferred from the preliminary chamber 2 to the reaction chamber 1-1, and the lower electrode 13-
Place on top of 2. Then, the substrate is cooled to −40 ° C. by the coolant circulation system 9 and the He gas supply system 8. Next, the gate valve 11-1 is closed, NF 3 gas is caused to flow at 20 cc / min from the direction of the arrow of the gas supply system 14, and the high frequency power source 6-1 (high frequency power source) is provided between the upper electrode 13-1 and the lower electrode 13-2. Two
0 W) was applied to generate plasma between the electrodes 13-1 and 13-2. The exhaust system 3-1 was set so that the degree of vacuum in the reaction chamber 1-1 at this time was 1.33 Pa. As a result, the etching of the WSi film 18 was completed in about 6 minutes.
A sample in this state is shown in FIG. The width of the etched WSi pattern was reduced by only 1% with respect to the width of the photoresist pattern. It is considered that this is because the photoresist was hardly damaged or etched because of the low temperature etching. In addition, the etched WSi side surface was also extremely smooth.

【0050】次に、ガス供給系14から供給するエッチ
ングガスをNF3 ガスからCF4 ガスに切り換え、同様
にしてプラズマ雰囲気下でエッチングを行い、表面のフ
ォトレジストパターンの膜を取り除いた(図2
(c))。
Next, the etching gas supplied from the gas supply system 14 was switched from NF 3 gas to CF 4 gas, and etching was similarly carried out in a plasma atmosphere to remove the photoresist pattern film on the surface (FIG. 2).
(C)).

【0051】その後、ガス供給系14を閉じてCF4
スの供給を止め、高周波電源6−1をオフ後、ゲートバ
ルブ11−1を開いて、試料10を予備室2内に移送系
により送り返した。そして再び予備室2内にN2 ガスを
100cc/min流しつつ、高真空排気を行った。
Thereafter, the gas supply system 14 is closed to stop the supply of CF 4 gas, the high frequency power source 6-1 is turned off, the gate valve 11-1 is opened, and the sample 10 is sent back into the auxiliary chamber 2 by the transfer system. It was Then, high vacuum evacuation was performed again while flowing N 2 gas in the preliminary chamber 2 at 100 cc / min.

【0052】次に、他方の反応室1−2内の下部電極5
−2内に循環系9から冷媒を矢印9−1から9−2のよ
うに流し、下部電極5−2も低温(この実施例では−4
0℃)に制御した。そして高速のターボ分子ポンプを備
え、口径面積が基板の面積よりも大きい排気系3−2で
高真空排気(1.33×10-2Pa以下)された反応室1
−2内に試料10を搬送した。
Next, the lower electrode 5 in the other reaction chamber 1-2
-2, a refrigerant is made to flow from the circulation system 9 as indicated by arrows 9-1 to 9-2, and the lower electrode 5-2 is also at a low temperature (-4 in this embodiment).
The temperature was controlled at 0 ° C. The reaction chamber 1 is equipped with a high-speed turbo molecular pump, and is evacuated to a high vacuum (1.33 × 10 -2 Pa or less) by an exhaust system 3-2 having a diameter area larger than that of the substrate.
The sample 10 was conveyed in -2.

【0053】すなわち、他方の反応室1−2につながる
ゲートバルブ11−2を開き、予備室2から反応室1−
2の下部電極5−2上に試料を搬送する。下部電極5−
2上に試料10を載せた後、Heガスを試料10の裏面
へ矢印方向から5cc/min吹きつけて、試料10をHeガ
スによりHe雰囲気にして、−40℃の低温化を促進し
た。このHeガスは反応室1−2内には漏れ出ないよう
に、試料10を下部電極5−2上にクランプしてある。
すなわち、試料10の裏面へHeの一定ガス圧が加わる
ように構成されている。
That is, the gate valve 11-2 connected to the other reaction chamber 1-2 is opened, and the preliminary chamber 2 is moved to the reaction chamber 1-
The sample is conveyed onto the second lower electrode 5-2. Lower electrode 5-
After the sample 10 was placed on the sample 2, He gas was blown to the back surface of the sample 10 from the direction of the arrow at 5 cc / min to place the sample 10 in the He atmosphere with the He gas to accelerate the temperature reduction to −40 ° C. The sample 10 is clamped on the lower electrode 5-2 so that the He gas does not leak into the reaction chamber 1-2.
That is, the constant gas pressure of He is applied to the back surface of the sample 10.

【0054】このようにして試料10を所望の低温(−
40℃)に保ち、真空排気しつつガス供給系7の矢印方
向からCHF3 ガスを流し、上部電極5−1と下部電極
5−2間に高周波電源6−2を印加し、プラズマを発生
させてコア層19の低温ドライエッチングを行った。こ
の状態を図2(d)に示す。
In this way, the sample 10 was cooled to a desired low temperature (-
CHF 3 gas is made to flow from the direction of the arrow of the gas supply system 7 while maintaining the temperature at 40 ° C.), and a high frequency power source 6-2 is applied between the upper electrode 5-1 and the lower electrode 5-2 to generate plasma. The low temperature dry etching of the core layer 19 was performed. This state is shown in FIG.

【0055】反応室1−2でのエッチング終了後、ガス
供給系7、21を閉じてCHF3 ガス及びArガスを止
め、高周波電源6−2をオフとし、ゲートバルブ11−
2を開いて、試料10をN2 ガスが100cc/min流され
つつ真空排気されている予備室2内へ移送した。移送
後、再度一方の反応室1−1につながるゲートバルブ1
1−1を開き、試料10を予備室2から反応室1−1の
下部電極13−2上に載置した。そしてガス供給系14
の矢印方向からNF3 ガスを流し、上部電極13−1と
下部電極13−2との間に高周波パワ(20W)を印加
しつつ、1.33Paの真空度に保ちながらコアパターン
19上のWSi膜18をドライエッチングにより取り除
き、図2(e)の構造を得た。
After completion of etching in the reaction chamber 1-2, the gas supply systems 7 and 21 are closed to stop CHF 3 gas and Ar gas, the high frequency power source 6-2 is turned off, and the gate valve 11-
2 was opened, and the sample 10 was transferred into the preliminary chamber 2 which was evacuated while N 2 gas was flowed at 100 cc / min. After transfer, gate valve 1 connected to one reaction chamber 1-1 again
1-1 was opened, and the sample 10 was placed from the preliminary chamber 2 onto the lower electrode 13-2 of the reaction chamber 1-1. And gas supply system 14
NF 3 gas is caused to flow in the direction of the arrow, and high-frequency power (20 W) is applied between the upper electrode 13-1 and the lower electrode 13-2, while maintaining a vacuum degree of 1.33 Pa and WSi on the core pattern 19. The film 18 was removed by dry etching to obtain the structure shown in FIG.

【0056】その後、ガス供給系14を閉じてNF3
スを止め、高周波電源6−1をオフし、ゲートバルブ1
1−1を開いて試料10を予備室2内へ搬送した。次
に、しばらくN2 ガスを流しつつ真空排気をした後、予
備室2内の真空排気を止め、N2 ガスの導入を引続き行
って予備室2内をN2 ガスで充満させ、予備室2内の真
空を解除して試料10を大気中へ取り出した。
Thereafter, the gas supply system 14 is closed to stop the NF 3 gas, the high frequency power source 6-1 is turned off, and the gate valve 1
The sample No. 1-1 was opened and the sample 10 was conveyed into the preliminary chamber 2. Next, after vacuum evacuation while flowing N 2 gas for a while, vacuum evacuation in the preliminary chamber 2 is stopped, and N 2 gas is continuously introduced to fill the preliminary chamber 2 with N 2 gas. The vacuum inside was released, and the sample 10 was taken out into the atmosphere.

【0057】以下に、上述したプロセスにしたがった種
々の実験例を示す。この実験例には、本発明方法による
実施例の他に、従来の方法による比較例を含めた。
Various experimental examples according to the above-mentioned process will be shown below. In addition to the examples according to the method of the present invention, this experimental example includes comparative examples according to the conventional method.

【0058】(比較例1)真空度を1.33Paに保ち、
高周波パワ(RFパワ)を300Wとして、CHF3
スを10cc/min流しながら90分間エッチングを行っ
た。その結果、エッチングしたコア側面の垂直性は図3
(a)に示すごとく、良好であった。また側面荒れも図
4(a)のごとく良好であった。しかしエッチングレー
トは400オングストローム/min(以下、A/min)と低
く、また図5に示すごとく、コア側面22に反応生成物
24が付着し、これによりサブトレンチ23が発生し
た。このサブトレンチ23は、前述したように、導波路
の構造の不均一性による散乱損失を増大させると共に、
波長特性や偏光特性を劣化させる。さらにコア幅の目減
り量はWSi幅に比し、10%近い値であり、これも問
題であった。
(Comparative Example 1) The vacuum degree was kept at 1.33 Pa,
The high frequency power (RF power) was set to 300 W and etching was performed for 90 minutes while flowing CHF 3 gas at 10 cc / min. As a result, the verticality of the side surface of the etched core is shown in FIG.
As shown in (a), it was good. The side surface roughness was also good as shown in FIG. However, the etching rate was as low as 400 Å / min (hereinafter, A / min), and as shown in FIG. 5, the reaction product 24 adhered to the side surface 22 of the core, whereby the sub-trench 23 was generated. As described above, the sub-trench 23 increases scattering loss due to non-uniformity of the waveguide structure, and
It deteriorates wavelength characteristics and polarization characteristics. Further, the reduction amount of the core width is close to 10% of the WSi width, which is also a problem.

【0059】なお、図3(b)に示すコア側面は、CH
3 ガスが10cc/minよりも少ない場合を示している。
The side surface of the core shown in FIG.
It shows the case where the F 3 gas is less than 10 cc / min.

【0060】(比較例2)真空度を1.33Paに保ち、
高周波パワを300Wとして、CHF3 ガスを40cc/m
in流しながら90分間エッチングを行った。その結果、
エッチングしたコア側面の垂直性は図3(c)のごとく
デーパ状になった。つまり、垂直性は劣化した。またそ
の側面も図4(b)に示すごとく荒れを生じた。逆にエ
ッチングレートは500A/minと増大し、また図5のよ
うなサブトレンチ23も殆ど無くなった。さらにコア幅
の目減り量は第1の実験よりも悪くなった。
(Comparative Example 2) The degree of vacuum was kept at 1.33 Pa,
High frequency power is 300W and CHF 3 gas is 40cc / m
Etching was performed for 90 minutes while flowing in. as a result,
The perpendicularity of the side surface of the etched core became a shape of a taper as shown in FIG. That is, the verticality deteriorated. Further, its side surface was also roughened as shown in FIG. On the contrary, the etching rate increased to 500 A / min, and the sub-trench 23 as shown in FIG. 5 almost disappeared. Furthermore, the reduction amount of the core width was worse than in the first experiment.

【0061】(比較例3)真空度を2.66Paに保ち、
後は比較例1と同じ条件にしてエッチングを行った。そ
の結果、垂直性、側面の荒れはいずれも劣化し、またサ
ブトレンチも発生した。その代わりに、エッチングレー
トは約1.2倍に増大した。この場合も、コア幅の目減
り量は第1の実験よりも悪くなった。
(Comparative Example 3) The vacuum degree was kept at 2.66 Pa,
After that, etching was performed under the same conditions as in Comparative Example 1. As a result, the verticality and the roughness of the side surface deteriorated, and sub-trench also occurred. Instead, the etching rate increased about 1.2 times. Also in this case, the reduction amount of the core width was worse than in the first experiment.

【0062】(比較例4)試料の温度を−40℃から0
℃に変更し、残りの条件は比較例1の条件と同じでエッ
チングを行った。その結果、垂直性、側面の荒れはいず
れも劣化したが、サブトレンチは低減し、エッチングレ
ートも増大した。この場合もコア幅の目減り量は益々大
きくなった。
(Comparative Example 4) The temperature of the sample was changed from -40 ° C to 0.
The etching was carried out under the same conditions as in Comparative Example 1 except that the temperature was changed to ° C. As a result, the verticality and the roughness of the side surface were deteriorated, but the sub-trench was reduced and the etching rate was increased. Also in this case, the reduction amount of the core width was further increased.

【0063】以上のように、垂直性、側面の荒れ、サブ
トレンチ、エッチングレート、コア幅の精度のすべてを
満足する条件を得ることができなかった。そこで、本発
明のArガスをCHF3 ガスに重畳させる方法を検討し
た。
As described above, it was not possible to obtain the conditions satisfying all of the verticality, the side surface roughness, the sub-trench, the etching rate, and the accuracy of the core width. Therefore, a method of superposing Ar gas of the present invention on CHF 3 gas was examined.

【0064】(比較例5)比較例1の条件に、Arガス
流量を10cc/min重畳して流し、コア膜のエッチングを
行った結果、コア側面はほぼ90°にエッチングされ、
その側面の荒れは少なかった。しかし、サブトレンチは
相変らず発生している。更に、エッチングレートの向上
もなかった。次に、Arガス流量を15cc/minに増やし
て見たが、あまり変化は見られなかった。但し、コア幅
の目減り量はWSi幅に比し、3%以下であり、Arガ
スを重畳させることにより、コア幅の目減り量が大幅に
低減することを確認した。
(Comparative Example 5) Under the conditions of Comparative Example 1, Ar gas flow rate was superposed at 10 cc / min and the core film was etched. As a result, the side surface of the core was etched to about 90 °,
There was little roughness on that side. However, the sub-trench still occurs. Furthermore, the etching rate was not improved. Next, the Ar gas flow rate was increased to 15 cc / min, and no change was observed. However, the reduction amount of the core width was 3% or less compared to the WSi width, and it was confirmed that the reduction amount of the core width was significantly reduced by superimposing Ar gas.

【0065】(実施例1)比較例2の条件に、Arガス
流量を125cc/min重畳して流し、コア膜のエッチング
を行った。その結果、垂直性、側面の平滑性は極めて良
好であり、またサブトレンチもほとんど発生しなかっ
た。さらにエッチングレートも比較例2とほぼ同等の大
きな値を得ることができ、コア幅の目減り量も比較例5
なみとなり、当初の目標をすべて満足する結果を得るこ
とができた。また、この条件からArガス流量を少しず
つ減らして同様な実験を行なった結果、Arガス流量が
80cc/min以上から効果があることがわかった。
Example 1 The core film was etched under the conditions of Comparative Example 2 by superposing an Ar gas flow rate of 125 cc / min. As a result, the verticality and the smoothness of the side surface were extremely good, and sub trenches were hardly generated. Further, the etching rate can be as large as that of Comparative Example 2, and the reduction amount of the core width is also Comparative Example 5.
By the way, I was able to obtain the results that met all the initial goals. Further, as a result of conducting a similar experiment from this condition by gradually reducing the Ar gas flow rate, it was found that the Ar gas flow rate of 80 cc / min or more was effective.

【0066】(実施例2)実施例1の条件において、C
HF3 ガス流量を40cc/minから30cc/minに変更し、
また真空度も1.33Paから1.995Paに変更して、
約90分間のエッチングを行った。その結果、垂直性、
側面の平滑性は共に良好であり、またサブトレンチもほ
とんど発生しなかった。エッチングレート、コア幅の目
減り量もほとんど変わらなかった。また、この場合にも
Arガス流量は60cc/min以上から有効な効果がでるこ
とがわかった。
Example 2 Under the conditions of Example 1, C
Change the HF 3 gas flow rate from 40cc / min to 30cc / min,
Also, change the degree of vacuum from 1.33Pa to 1.995Pa,
The etching was performed for about 90 minutes. As a result, verticality,
The smoothness of the side surfaces was good, and sub trenches were hardly generated. The etching rate and the reduction amount of the core width were almost unchanged. Also in this case, it was found that an effective effect can be obtained when the Ar gas flow rate is 60 cc / min or more.

【0067】(実施例3)実施例2の条件において、高
周波パワを300Wから450Wに変更し、同様に90
分間のエッチングを行った結果、エッチングレートは約
1000A/minに向上した。また垂直性、側面の平滑
性、サブトレンチ、コア幅の目減り量ともいずれも良好
であった。
(Embodiment 3) Under the conditions of Embodiment 2, the high frequency power is changed from 300 W to 450 W, and similarly 90
As a result of performing the etching for 1 minute, the etching rate was improved to about 1000 A / min. The verticality, the smoothness of the side surface, the sub-trench, and the reduction amount of the core width were all good.

【0068】これらを表1に示した。表1の結果をまと
めて整理すると、プロセスパラメータと評価項目との関
係は表2のようになることがわかった。なお、WSiと
酸化膜との選択比(=(酸化膜のエッチングレート)/
(WSiのエッチングレート))は15以上の値であ
り、導波路用のコア膜をエッチングするのに十分な値で
あった。
These are shown in Table 1. When the results of Table 1 are summarized and arranged, it is found that the relationship between process parameters and evaluation items is as shown in Table 2. Note that the selection ratio of WSi to the oxide film (= (etching rate of oxide film) /
(WSi etching rate) was a value of 15 or more, which was a sufficient value for etching the core film for the waveguide.

【0069】[0069]

【表1】 [Table 1]

【0070】[0070]

【表2】 [Table 2]

【0071】すなわち、CHF3 ガス流量は垂直性,側
面の平滑性と、サブトレンチ,エッチングレートとの間
に相反する結果が生ずるため、その中間の値をとり、≧
30cc/minとし、その分だけArガス流量をCHF3
2倍以上で総量は60cc/min以上流すことによって、垂
直性と側面の平滑性の劣化を抑える。
That is, since the CHF 3 gas flow rate has a contradictory result between the verticality and the smoothness of the side surface, and the sub-trench and the etching rate, take an intermediate value, and ≧
The flow rate of Ar gas is set to 30 cc / min, and the flow rate of Ar gas is twice that of CHF 3 and the total flow rate is 60 cc / min or more, thereby suppressing deterioration of verticality and side smoothness.

【0072】真空度はできる限り高真空が望ましいこと
から、≦2.66Paとした。高周波パワは垂直性、側面
の荒れ、サブトレンチには直接的に影響せず、エッチン
グレートに寄与するため、できる限り高い方が望ましい
ことから≧450Wとした。温度は導波路上あるいは中
に形成されている光素子や電子回路素子にダメージを与
えないためと、垂直性、側面の平滑性を良くし、エッチ
ングしたコアパターン幅の目減りを小さくするためにも
できる限り低温(≦−20℃)が好ましい。なお、図2
において、SiH4 とN2 OとN2 ガスを用い、コア層
19としてプラズマCVD法で形成したSiOx y
z 膜を同様にエッチングしたが、前述の結果とほぼ同等
の特性を得ることができた。
Since it is desirable that the degree of vacuum is as high as possible, the degree of vacuum is set to ≤2.66 Pa. Since the high frequency power does not directly affect the verticality, the side surface roughness, and the sub-trench and contributes to the etching rate, it is desirable to be as high as possible. The temperature is used to prevent damage to optical elements and electronic circuit elements formed on or in the waveguide, to improve verticality and smoothness of side surfaces, and to reduce the loss of the etched core pattern width. The lowest temperature possible (≦ −20 ° C.) is preferable. Note that FIG.
In the above, SiO x N y H formed by plasma CVD method as the core layer 19 using SiH 4 , N 2 O and N 2 gas.
The z film was etched in the same manner, but it was possible to obtain characteristics almost equivalent to the above results.

【0073】なお、本発明のように、フッ素系ガスにA
rガス流量を2倍以上重畳して流し、かつ反応室を2.
66Pa以下に高速排気するため、排気系3−2には排気
速度が500l/sec以上のターボ分子ポンプまたはロー
タリーポンプを用いて排気を行った。また排気系3−2
の排気管には直径が6インチの大口径排気管を用いた。
すなわち、エッチングする基板の面積(直径2インチ〜
直径5インチ)よりも大面積の口径を有する排気管を用
いて排気することが必須条件となる。これも本実施例の
低温ドライエッチング装置の特徴の一つである。
As in the present invention, A
The flow rate of the r gas is superposed twice or more, and the reaction chamber is set to 2.
In order to exhaust at a high speed of 66 Pa or less, the exhaust system 3-2 was exhausted by using a turbo molecular pump or a rotary pump having an exhaust rate of 500 l / sec or more. Exhaust system 3-2
A large-diameter exhaust pipe having a diameter of 6 inches was used as the exhaust pipe.
That is, the area of the substrate to be etched (2 inches in diameter ~
It is an indispensable condition to exhaust gas using an exhaust pipe having a diameter larger than 5 inches. This is also one of the features of the low temperature dry etching apparatus of this embodiment.

【0074】次に、上記低温ドライエッチング装置を用
いて試作した導波路構成の光合分波器の試作結果につい
て説明する。
Next, description will be made on the experimental results of the optical multiplexer / demultiplexer having the waveguide structure, which was experimentally manufactured using the above-mentioned low temperature dry etching apparatus.

【0075】図6(a)および(b)は導波路型光合分
波器の概略図を示したもので、(a)は全体平面図、
(b)は(a)のa−a’断面図をそれぞれ示したもの
である。まず(a)に示したように、矢印26のごとく
光合分波器の入力端に入射した波長λ1 およびλ2 の光
信号はコア25−1内を伝搬し、結合領域29内に達
し、コア25−1とコア25−2間を干渉しながら伝搬
して光合分波器の出力端から矢印27−1および27−
2のごとく、波長λ1 およびλ2 の光信号がそれぞれ分
波されて出力される。
FIGS. 6A and 6B are schematic views of a waveguide type optical multiplexer / demultiplexer, wherein FIG. 6A is an overall plan view,
(B) shows the aa 'sectional view of (a), respectively. First, as shown in (a), the optical signals of wavelengths λ 1 and λ 2 that are incident on the input end of the optical multiplexer / demultiplexer as shown by arrow 26 propagate in the core 25-1 and reach the coupling region 29. Propagating while interfering between the core 25-1 and the core 25-2, the arrows 27-1 and 27-
2, the optical signals of wavelengths λ 1 and λ 2 are demultiplexed and output.

【0076】この構成において、低損失で分波し、かつ
波長分離度を良くするためには、前述したように、それ
ぞれのコア25−1および25−2の側面の垂直性が良
く、側面の荒れが小さく、サブトレンチも小さく、かつ
それぞれのコア25−1及び25−2の幅減りを小さく
抑えなければならない。コア25−1および25−2の
幅及び厚さWを8μm 、コア25−1と25−2との間
隔Sを5.5μm とし、コア25−1(25−2)とク
ラッド28との比屈折率差を0.25%として試作した
光合分波器の分波特性を評価した。その結果を図7の実
線(本実施例の方法により作成した光合分波器)および
点線(比較例の方法により作成した光合分波器)で示
す。ただし、設計値ではλ1 =1.3μm 、λ2 =1.
55μm とした。
In this structure, in order to perform demultiplexing with low loss and to improve wavelength separation, as described above, the side surfaces of the cores 25-1 and 25-2 have good verticality, and The roughness should be small, the sub-trench should be small, and the width reduction of the cores 25-1 and 25-2 should be suppressed. The width and thickness W of the cores 25-1 and 25-2 are 8 μm, the interval S between the cores 25-1 and 25-2 is 5.5 μm, and the ratio between the core 25-1 (25-2) and the clad 28 is The demultiplexing characteristics of the prototyped optical multiplexer / demultiplexer were evaluated with a refractive index difference of 0.25%. The results are shown by the solid line (optical multiplexer / demultiplexer produced by the method of this example) and the dotted line (optical multiplexer / demultiplexer produced by the method of the comparative example) in FIG. 7. However, in design values, λ 1 = 1.3 μm, λ 2 = 1.
It was set to 55 μm.

【0077】本実施例の方法のものは、それぞれの分波
すべき中心波長のずれがほとんどないのに対して、比較
例の方法のものはかなりの中心波長のずれ(約0.12
μm)が生じた。また伝搬損失も本実施例の方法のもの
が小さかった。これも側面の荒れ、サブトレンチの大幅
な低減に依存したものである。さらに、波長λ1 とλ2
との間のアイソレーションも本実施例の方法のものは2
0数dB以上あるのに対し、比較例の方法のものは、ぎり
ぎり20dB程度のアイソレーションしか得られないこと
がわかった。以上のように、本実施例の方法は導波路の
光学特性にも良好な結果が得られることがわかった。
In the method of this embodiment, there is almost no shift in the center wavelength to be demultiplexed, whereas in the method of the comparative example, there is a considerable shift in the center wavelength (about 0.12).
μm) occurred. The propagation loss of the method of this example was also small. This is also due to the side surface being roughened and the sub-trench being greatly reduced. Furthermore, the wavelengths λ 1 and λ 2
The isolation between and is 2 in the method of this embodiment.
It was found that the method of the comparative example could obtain isolation of only about 20 dB, while the value of 0 dB or more was obtained. As described above, it was found that the method of the present example also provided good results for the optical characteristics of the waveguide.

【0078】図8は本発明の低温ドライエッチング装置
を簡略化した第2の実施例を示したものである。これ
は、図1の装置において、反応室1−1を省略して、低
温ドライエッチングの可能な反応室を1個だけ予備室2
につないだ構成の低温ドライエッチング装置であり、図
2(d)の低温ドライエッチングプロセスを行なう。
FIG. 8 shows a second embodiment in which the low temperature dry etching apparatus of the present invention is simplified. In the apparatus shown in FIG. 1, the reaction chamber 1-1 is omitted and only one reaction chamber capable of low temperature dry etching is used as the preliminary chamber 2.
This is a low temperature dry etching apparatus connected to the above, and performs the low temperature dry etching process of FIG.

【0079】なお、本発明は上記実施例に限定されな
い。まず、反応室は3室、さらには4室以上でもよい。
すなわち、反応室を1個または2個以上設けることによ
って、エッチングすべき膜を、1層膜、2層膜、3層
膜、さらには多層膜からなるメタル、あるいは酸化物、
あるいはメタルと酸化物の複合膜等とすることができ
る。これらの反応室はいずれも共通の予備室を介してつ
ながるように構成される。
The present invention is not limited to the above embodiment. First, the number of reaction chambers may be three, and further four or more.
That is, by providing one or two or more reaction chambers, the film to be etched can be a metal or oxide composed of a one-layer film, a two-layer film, a three-layer film, and a multilayer film,
Alternatively, it may be a composite film of metal and oxide. All of these reaction chambers are configured to be connected via a common auxiliary chamber.

【0080】また、上記実施例1〜3においては、Ar
ガスを重畳させる場合について述べたが、Arガスに代
えてHe或いはN2 ガスを用いた場合のコアの垂直性、
側面の平滑性、サブトレンチ、エッチングレートはAr
ガスを用いた場合とほぼ同等であり、またHe或いはN
2 ガスを用いた場合の選択比は10以上、コア幅の目減
り量はWSi幅に比し5%以下であり、十分に本発明の
目的を達成することができることを確認している。
Further, in the above Examples 1 to 3, Ar
The case where the gases are superposed has been described, but the verticality of the core when He or N 2 gas is used instead of Ar gas,
Side smoothness, sub-trench, etching rate is Ar
It is almost the same as when using gas, and He or N
The selection ratio when 2 gases were used was 10 or more, and the reduction amount of the core width was 5% or less of the WSi width, confirming that the object of the present invention can be sufficiently achieved.

【0081】さらに、ドライエッチング装置は平行平板
型反応性イオンエッチング装置に限定されるものではな
く、他のドライエッチング装置であってもよい。また、
上記実施例ではWSi膜等をエッチングする一方の反応
室1−1でも低温ドライエッチングを行うようにした
が、反応室1−1内の下部電極13−2における冷媒循
環系9およびHeガス供給系8による冷却を省略して、
通常のドライエッチングを行うようにしても良い。また
試料も上記実施例に限定されず、半導体IC用などの被
エッチング材を用いることができる。
Further, the dry etching apparatus is not limited to the parallel plate type reactive ion etching apparatus, and may be another dry etching apparatus. Also,
In the above-described embodiment, the low temperature dry etching is performed in the reaction chamber 1-1 that is one side for etching the WSi film or the like. Omit the cooling by 8,
Ordinary dry etching may be performed. Also, the sample is not limited to the above-mentioned embodiment, and a material to be etched such as for semiconductor IC can be used.

【0082】[0082]

【発明の効果】【The invention's effect】

(1) 請求項1に記載の発明によれば、エッチングした
被エッチング材表面の側面の垂直性をほぼ90°に保
ち、かつその側面の荒れおよびサブトレンチをほとんど
生じさせず、さらにエッチングレートも十分に大きい状
態でエッチングすることができる。また不活性ガスを重
畳して流すことはCHF3 ガスのような有害なガスを十
分に希釈する作用が働くため、人体への危害を低減でき
る。また、反応室内や排気系への反応生成物の付着を大
幅に低減する効果があり、低温ドライエッチングの再現
性を高め、かつ装置寿命の劣化を予防することもでき
る。さらに、不活性ガスを重畳させたことにより、エッ
チングした酸化膜の幅減り量を小さく抑えることができ
る。
(1) According to the invention of claim 1, the verticality of the side surface of the etched material surface is maintained at about 90 °, and the side surface is not roughened and the sub-trench is hardly generated, and the etching rate is also high. It can be etched in a sufficiently large state. Further, the flow of the inert gas in a superimposed manner has an action of sufficiently diluting a harmful gas such as CHF 3 gas, so that the harm to the human body can be reduced. Further, it has an effect of significantly reducing the adhesion of reaction products to the reaction chamber and the exhaust system, can enhance the reproducibility of low temperature dry etching, and can prevent the deterioration of the life of the apparatus. Further, by overlapping the inert gas, the width reduction amount of the etched oxide film can be suppressed to be small.

【0083】(2) 請求項2に記載の発明によれば、請
求項1の効果に加え、エッチングする基板上、あるいは
基板中に光素子や電子回路素子が形成されている場合に
は、これらにもダメージを与えることなくエッチングす
ることができる。これは、たとえば導波路のようなパタ
ーンをエッチングにより形成する場合に、所望の光学特
性(損失特性、波長特性、偏波特性等)を容易に実現す
ることが可能となる。
(2) According to the invention of claim 2, in addition to the effect of claim 1, when an optical element or an electronic circuit element is formed on or in the substrate to be etched, these It can be etched without damage. This makes it possible to easily realize desired optical characteristics (loss characteristics, wavelength characteristics, polarization characteristics, etc.) when a pattern such as a waveguide is formed by etching.

【0084】(3) 請求項3に記載の発明によれば、表
面への反応生成物が付着しにくくなるため、サブトレン
チの発生を抑圧することができる。
(3) According to the third aspect of the present invention, since the reaction product is less likely to adhere to the surface, it is possible to suppress the generation of sub-trench.

【0085】(4) 請求項4に記載の発明によれば、ド
ーパントの拡散などを生じずに、容易にエッチングする
ことができ、光学特性の劣化を未然に防止することがで
きる。 (5) 請求項5に記載の発明によれば、酸化膜に適した
エッチング用ガスを用いたので、エッチングを良好に行
なうことができる。
(4) According to the invention described in claim 4, it is possible to easily carry out etching without causing diffusion of the dopant, and it is possible to prevent deterioration of optical characteristics. (5) According to the invention described in claim 5, since the etching gas suitable for the oxide film is used, the etching can be favorably performed.

【0086】(6) 請求項6に記載の発明によれば、エ
ッチングのための各プロセスパラメータを最適な値に規
定したので、エッチング諸特性のすべてを一層良好に満
足させることができる。
(6) According to the invention described in claim 6, since each process parameter for etching is set to an optimum value, it is possible to satisfy all of the various etching characteristics more satisfactorily.

【0087】(7) 請求項7に記載の発明によれば、不
活性ガスをArガスとしたのでより安定にエッチングす
ることができる。加えて、エッチングした酸化膜の幅減
り量低減の点で、He、N2 等の不活性ガスを用いる場
合に比較して、優れた効果を奏する。
(7) According to the invention described in claim 7, since the inert gas is Ar gas, etching can be performed more stably. In addition, in terms of reduction of the width of the etched oxide film, an excellent effect is obtained as compared with the case of using an inert gas such as He or N 2 .

【0088】(8) 請求項8に記載の発明によれば、装
置を良好な各プロセスパラメータが得られるように構成
したので、エッチング諸特性のすべて満足したエッチン
グを行うことができる。
(8) According to the invention described in claim 8, since the apparatus is configured to obtain good process parameters, it is possible to carry out etching satisfying all etching characteristics.

【0089】(9) 請求項9に記載の発明によれば、メ
タル膜のエッチング後、続けて酸化膜をエッチングでき
るため、作業効率が良く、しかもごみや不要な不純物等
の付着あるいは混入を有効に防止できる。
(9) According to the invention described in claim 9, since the oxide film can be continuously etched after etching the metal film, work efficiency is good, and dust or unnecessary impurities are attached or mixed effectively. Can be prevented.

【0090】(10) 請求項10に記載の発明によれば、
反応室内にHeガスをリークすることなく、効率的に基
板を低温に保持することができる。
(10) According to the invention of claim 10,
The substrate can be efficiently kept at a low temperature without leaking He gas into the reaction chamber.

【0091】(11) 請求項11に記載の発明によれば、
高速、かつ確実に所望の高真空度が得られる。
(11) According to the invention of claim 11,
The desired high degree of vacuum can be reliably obtained at high speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の低温ドライエッチング装置の第1の実
施例を説明するための装置の概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an apparatus for explaining a first embodiment of a low temperature dry etching apparatus of the present invention.

【図2】本発明の低温ドライエッチング方法の実施例を
説明するための導波路の製造工程図。
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a waveguide for explaining an embodiment of a low temperature dry etching method of the present invention.

【図3】低温ドライエッチング条件の違いによるエッチ
ング酸化膜の垂直性を示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing verticality of an etching oxide film due to a difference in low temperature dry etching conditions.

【図4】低温ドライエッチング条件の違いによるエッチ
ング酸化膜の側面荒れを示す説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing side surface roughness of an etching oxide film due to a difference in low temperature dry etching conditions.

【図5】低温ドライエッチングによるエッチング酸化膜
のサブトレンチの発生状況を示す説明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state of generation of sub-trench of an etching oxide film by low temperature dry etching.

【図6】本実施例の低温ドライエッチング装置を用いて
試作した導波路構成の光合分波器の概略図。
FIG. 6 is a schematic diagram of an optical multiplexer / demultiplexer having a waveguide structure, which is prototyped using the low temperature dry etching apparatus of this embodiment.

【図7】図6に示す導波路型光合分波器の実施例と従来
例との比較特性図。
FIG. 7 is a comparative characteristic diagram between the example of the waveguide type optical multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 6 and a conventional example.

【図8】本発明の低温ドライエッチング装置の第2の実
施例を説明するための装置の概略構成図。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an apparatus for explaining a second embodiment of the low temperature dry etching apparatus of the present invention.

【図9】本発明の検討用に用いた低温ドライエッチング
装置の概略構成図。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a low temperature dry etching apparatus used for studying the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1−1 反応室 1−2 反応室 2 予備室 3−1 排気系 3−2 排気系 4 排気系 5−21 穴 7 CHF3 ガス供給系 8 Heガス供給系 9 冷媒循環系 10 試料 11−1 ゲートバルブ 11−2 ゲートバルブ 12 試料挿入/試料取出し系 13−21 穴 14 ガス供給系 15 ガス供給系 21 Arガス供給系1-1 Reaction Chamber 1-2 Reaction Chamber 2 Preliminary Chamber 3-1 Exhaust System 3-2 Exhaust System 4 Exhaust System 5-21 Hole 7 CHF 3 Gas Supply System 8 He Gas Supply System 9 Refrigerant Circulation System 10 Sample 11-1 Gate valve 11-2 Gate valve 12 Sample insertion / extraction system 13-21 hole 14 Gas supply system 15 Gas supply system 21 Ar gas supply system

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】予備室に挿入した被エッチング材を気密バ
ルブを介して反応室に搬送し、該反応室内で上記基板を
0℃以下の低温に保って上記被エッチング材の表面をフ
ッ素系ガスを用いて低温ドライエッチングする際に、上
記フッ素系ガスの流量に不活性ガスの流量を2倍以上重
畳させて上記反応室内に流し、かつ上記反応室内の真空
度を2.66Pa以下に保ってエッチングするようにした
ことを特徴とする低温ドライエッチング方法。
1. A material to be etched inserted in a preparatory chamber is conveyed to a reaction chamber through an airtight valve, and the substrate is kept at a low temperature of 0 ° C. or lower in the reaction chamber so that the surface of the material to be etched is a fluorine-based gas. When performing low-temperature dry etching using, the flow rate of the inert gas is made to overlap the flow rate of the fluorine-based gas by a factor of 2 or more, the flow rate is made to flow in the reaction chamber, and the vacuum degree in the reaction chamber is kept at 2.66 Pa or less. A low temperature dry etching method characterized in that etching is performed.
【請求項2】請求項1に記載の低温ドライエッチング方
法において、上記被エッチング材が酸化膜付き基板であ
り、低温ドライエッチングされる被エッチング材表面が
上記酸化膜付き基板の酸化膜であることを特徴とする低
温ドライエッチング方法。
2. The low temperature dry etching method according to claim 1, wherein the material to be etched is a substrate with an oxide film, and the surface of the material to be etched to be low temperature dry etched is an oxide film of the substrate with an oxide film. And a low temperature dry etching method.
【請求項3】請求項2に記載の低温ドライエッチング方
法において、上記基板の温度を−20℃以下に保ち、フ
ッ素系ガス流量と不活性ガス流量との総流量を60cc/m
in以上流すようにしたことを特徴とする低温ドライエッ
チング方法。
3. The low-temperature dry etching method according to claim 2, wherein the temperature of the substrate is maintained at -20 ° C. or lower and the total flow rate of the fluorine-based gas and the inert gas is 60 cc / m 2.
A low temperature dry etching method characterized in that a flow rate of at least in is applied.
【請求項4】請求項2または3に記載の低温ドライエッ
チング方法において、上記酸化膜がSiO2 、あるいは
SiO2 にP,Ti,Ge,B,Ta,Er,Pr,N
d,Zn,Sn,Nなどのドーパンドが少なくとも1種
添加されたものであることを特徴とする低温ドライエッ
チング方法。
4. The low temperature dry etching method according to claim 2 or 3, wherein the oxide film is SiO 2 , or SiO 2 contains P, Ti, Ge, B, Ta, Er, Pr, N.
A low-temperature dry etching method, characterized in that at least one dopant such as d, Zn, Sn, N is added.
【請求項5】請求項4に記載の低温ドライエッチング方
法において、上記フッ素系ガスとしてCHF3 を用いた
ことを特徴とする低温ドライエッチング方法。
5. The low temperature dry etching method according to claim 4, wherein CHF 3 is used as the fluorine-based gas.
【請求項6】請求項5に記載の低温ドライエッチング方
法において、CHF3 ガス流量を30cc/min以上とし、
不活性ガス流量とCHF3 ガス流量の総量を60cc/min
以上流し、かつ真空度を2.66Pa以下、プラズマを発
生させる高周波パワを450W以上、基板の温度を−2
0℃以下にしたことを特徴とする低温ドライエッチング
方法。
6. The low-temperature dry etching method according to claim 5, wherein the CHF 3 gas flow rate is 30 cc / min or more,
The total flow rate of inert gas and CHF 3 gas is 60cc / min.
Flowing above, vacuum degree is 2.66Pa or less, high frequency power generating plasma is 450W or more, and substrate temperature is -2.
A low-temperature dry etching method characterized in that the temperature is 0 ° C. or lower.
【請求項7】請求項1ないし6に記載の低温ドライエッ
チング方法において、上記不活性ガスがArガスである
ことを特徴とする低温ドライエッチング方法。
7. The low temperature dry etching method according to claim 1, wherein the inert gas is Ar gas.
【請求項8】酸化膜付き基板の挿入/取出しを行う予備
室と、フッ素系のガスと不活性ガスとを供給でき、少な
くともフッ素系ガス流量に不活性ガス流量を2倍以上重
畳させて供給することが可能なエッチング用ガス供給系
と、室内を2.66Pa以下に真空排気することが可能な
排気系とを設けた少なくとも1つの反応室と、上記予備
室と反応室とを接続するゲートバルブと、上記反応室内
に設けられ一方の電極上に酸化膜付き基板が置かれる一
対の電極と、該一対の電極間に300W以上の高周波パ
ワを印加する手段と、上記少なくとも1つの反応室内の
基板を0℃以下に保持する手段と、上記予備室に対して
上記基板の挿入・取出し、及び予備室と少なくとも1つ
の反応室間の基板の移送をゲートバルブを通して行う搬
送手段とを備え、少なくとも上記基板の酸化膜をエッチ
ングすることのできる低温ドライエッチング装置。
8. A preliminary chamber for inserting / removing a substrate with an oxide film, a fluorinated gas and an inert gas can be supplied, and the fluorinated gas flow is superposed at least twice as much as the inert gas flow. At least one reaction chamber provided with an etching gas supply system capable of performing vacuum exhaust and an exhaust system capable of evacuating the chamber to 2.66 Pa or less, and a gate connecting the preliminary chamber and the reaction chamber. A valve, a pair of electrodes provided in the reaction chamber on which an oxide film-coated substrate is placed, a means for applying high-frequency power of 300 W or more between the pair of electrodes, and at least one reaction chamber in the reaction chamber. A means for holding the substrate at 0 ° C. or lower, and a carrying means for inserting / removing the substrate into / from the preliminary chamber and transferring the substrate between the preliminary chamber and at least one reaction chamber through a gate valve, Even without cold dry etching apparatus capable of etching the oxide film of the substrate.
【請求項9】請求項8に記載の低温ドライエッチング装
置において、上記反応室の残りの少なくとも1つを、酸
化膜上面のメタル膜をフォトレジストマスクを用いてエ
ッチングする反応室としたことを特徴とする低温ドライ
エッチング装置。
9. The low temperature dry etching apparatus according to claim 8, wherein at least one of the remaining reaction chambers is a reaction chamber for etching the metal film on the upper surface of the oxide film using a photoresist mask. Low temperature dry etching equipment.
【請求項10】請求項8または9に記載の低温ドライエ
ッチング装置において、上記酸化膜付き基板としてその
裏面が平坦なものを用い、上記一方の電極上に気密封止
状態で置いた上記酸化膜付き基板の裏面に、反応室外か
らHeガスを供給して基板裏面をHeガス雰囲気に保持
するようにしたことを特徴とする低温ドライエッチング
装置。
10. The low-temperature dry etching apparatus according to claim 8, wherein the substrate with an oxide film has a flat back surface, and the oxide film is placed on the one electrode in a hermetically sealed state. A low temperature dry etching apparatus, characterized in that He gas is supplied to the back surface of the attached substrate from outside the reaction chamber so that the back surface of the substrate is kept in a He gas atmosphere.
【請求項11】請求項8ないし10のいずれかに記載の
低温ドライエッチング装置において、上記反応室に設け
た排気系の口径面積を上記酸化膜付き基板の面積よりも
大きくして上記2.66Pa以下の真空度を得るようにし
たことを特徴とする低温ドライエッチング装置。
11. The low-temperature dry etching apparatus according to claim 8, wherein the area of the exhaust system provided in the reaction chamber is larger than the area of the substrate with an oxide film and 2.66 Pa. A low temperature dry etching apparatus characterized in that the following vacuum degree is obtained.
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