JP2000286236A - Method for etching crystal lens - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、水晶を３０μｍ以
下の薄肉にプラズマを用いてエッチングする技術に関
し、高い周波数の発振器用水晶体を製造する技術として
有用である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique of etching a thin quartz crystal having a thickness of 30 .mu.m or less by using plasma, and is useful as a technique for manufacturing a high-frequency crystal for an oscillator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】安定した周波数信号を発生する発振器と
して、水晶が使用されているが、高い周波数を発振させ
るためには、水晶を肉厚を薄くする必要がある。近年周
波数は５０ＭＨｚを超える周波数が要求されてきて、肉
厚を３０μｍ以下の薄く加工する必要が多くなってき
た。従来、水晶の肉厚を薄くする方法としては、切削機
械で切削する方法、機械ラッピングによる方法、水晶表
面にマスクを付着し、エッチング液に入れて化学的にエ
ッチングする方法がある。前者の機械的加工法は３０μ
ｍ程の厚みが加工限界であった。又後者の湿式エッチン
グ方法では、結晶欠陥，不純物が含有する部分が深くエ
ッチングされ、穴があくことがあり、製品歩留りが悪
く、しかも加工表面の面が粗く、又加工時間がかかると
いう問題点があった。2. Description of the Related Art Quartz is used as an oscillator for generating a stable frequency signal. However, in order to oscillate a high frequency, it is necessary to reduce the thickness of the crystal. In recent years, a frequency exceeding 50 MHz has been required, and it has become necessary to reduce the thickness to 30 μm or less. Conventionally, as a method of reducing the thickness of a quartz crystal, there are a method of cutting with a cutting machine, a method of mechanical lapping, a method of attaching a mask to the quartz crystal surface, and chemically etching the crystal in an etchant. The former mechanical processing method is 30μ
The thickness of about m was the processing limit. In the latter wet etching method, there is a problem that a portion containing crystal defects and impurities is deeply etched, a hole may be formed, a product yield is poor, a processing surface is rough, and a processing time is required. there were.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、従来のこれらの問題点を解消し、３０μｍ
以下の薄肉に加工歩留りよく、短時間で加工でき、又加
工面の面に粗さがないという優れた水晶体のエッチング
加工法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The problem to be solved by the present invention is to solve these conventional problems and to provide a 30 μm
An object of the present invention is to provide an excellent method of etching a crystalline lens which can be processed to a thin wall having a high processing yield in a short time and has no roughness on a processed surface.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決した本
発明の構成は、 １） 希薄エッチングガス中に非加工面にマスクを被覆
した水晶体を置き、同水晶体の外周に直交する方向に電
場と磁場を与えて、水晶体の外周に電子流を形成させ
て、同電子流の電子でエッチングガスを電離させて高密
度均一プラズマを生成させてプラズマで水晶体表面をエ
ッチングすることを特徴とする水晶体のエッチング方法 ２） 電場が高周波の交番電場である前記１）記載の水
晶体のエッチング加工法 ３） 電場が直流による一方向の電場である前記１）記
載の水晶体のエッチング加工法 ４） エッチングガスがフッ化炭素（ＣＦ4 ）であり、
電場を直流電場とし、これに酸素ガスを１０〜３０％の
混合比率で添加した前記３）記載の水晶体のエッチング
加工法 ５） 磁場が交番磁場である前記１）〜４）何れか記載
の水晶体のエッチング加工法 にある。Means for Solving the Problems The constitution of the present invention which has solved the above-mentioned problems is as follows: 1) A lens covered with a mask is placed on a non-processed surface in a dilute etching gas, and an electric field is applied in a direction perpendicular to the outer periphery of the lens. Applying a magnetic field to form an electron flow on the outer periphery of the lens, ionizing the etching gas with the electrons of the electron flow to generate a high-density uniform plasma, and etching the lens surface with the plasma. Etching method 2) Etching method for crystalline lens according to 1), wherein the electric field is a high frequency alternating electric field 3) Etching method for crystalline lens according to 1), wherein the electric field is a unidirectional electric field by direct current 4) Etching gas Carbonized (CF 4 )
The etching method of the lens according to the above 3), wherein the electric field is a DC electric field, and oxygen gas is added thereto at a mixing ratio of 10 to 30%. 5) The lens according to any one of the above 1) to 4), wherein the magnetic field is an alternating magnetic field. Etching method.
【０００５】[0005]
【発明の実施の形態】本発明のエッチングガスとして
は、フッ化炭素（ＣＦ4 ，Ｃ2Ｆ8）が一般的に使用さ
れ、フッ化炭素のみの場合と、他のガスを混合する場合
がある。添加ガスとしては、アルゴンガスＡｒ，酸素ガ
スＯ2 がある。又エッチングガスは１０-2〜１０-3ｔｏ
ｒｒ程度の希薄ガス状態とする。本発明の電場は、直流
電圧印加と、高周波電圧（ＲＦ）印加の方法があり、直
流電圧印加の場合は５００ｍＡ−１ＫＶ程度で、又ＲＦ
電圧は２００Ｗ程度の電源を用い、外部磁界型マグネト
ロン放電を可能にする。又、磁場も一方向の磁界と、方
向を交代的に変える交番磁界の印加の方法がある。交互
に反転させる交番磁場の方が、エッチングの均一性を向
上させることで好ましい。本発明の水晶体を載置する電
極板としてはＳＵＳ３１６板を使用するのがよい。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As an etching gas of the present invention, carbon fluoride (CF 4 , C 2 F 8 ) is generally used. is there. Examples of the additional gas include an argon gas Ar and an oxygen gas O 2 . The etching gas is 10 -2 to 10 -3 to
A rare gas state of about rr is set. The electric field of the present invention includes a method of applying a DC voltage and a method of applying a high-frequency voltage (RF). In the case of applying a DC voltage, the electric field is about 500 mA-1 KV.
A voltage of about 200 W is used for a power supply, and an external magnetic field type magnetron discharge is enabled. Also, there is a method of applying a magnetic field in one direction and an alternating magnetic field that alternately changes the direction. Alternating magnetic fields that are alternately reversed are preferred for improving the etching uniformity. As the electrode plate on which the lens of the present invention is mounted, a SUS316 plate is preferably used.
【０００６】[0006]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本実施例は、電場としてＤＣ，ＲＦ二つの電源を
可能にし、磁場は、コイルに正逆の二つの直流又は交流
を選択的供給できるようにし、一方向の磁界と一定の周
期で交互に方向を換える交番磁場とが発生できるように
している。陰極板としてＳＵＳ３１６板を使用し、水晶
体（エッチプレート）として８０μｍまで薄く機械加工
した５．５ｍ×３ｍｍの水晶体を陰極板の上に置く。こ
れを真空容器内に入れる。エッチングガスとして（ＣＦ
4 を圧力３×１０-3ｔｏｒｒ封入し、添加ガスとしてア
ルゴンガス（Ａｒ）を添加率０〜１００％、酸化ガス
（Ｏ2 ）を添加率０〜８０％添加する。磁場として容器
外のコイルによって水晶体内の磁束密度として７９〜５
５０ｇａｕｓｓ印加する。ＤＣとＲＦの電源で電場を形
成し、電子流によるプラズマを発生させて水晶体のエッ
チングの状態を確認した。ＤＣの場合３００ｍＡで、Ｒ
Ｆでは２００Ｗ（反射電力は略０である）をプラズマ発
生条件の基準とした。これにエッチングレ−トのパワー
依存性，磁束密度依存性，自己バイアスの磁束密度依存
性，自己バイアスの動作気圧依存性，Ａｒ添加依存性，
ＲＦ自己バイアスとＤＣ放電電圧のＡｒ添加依存性，Ｏ
2 添加依存性エッチングの状態を試験した。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment enables two power sources, DC and RF, as the electric field, and the magnetic field can selectively supply two direct or alternating direct currents or alternating currents to the coil. And an alternating magnetic field for changing the frequency can be generated. A SUS316 plate is used as a cathode plate, and a 5.5 mx 3 mm lens machined as thin as 80 µm as a lens (etch plate) is placed on the cathode plate. This is put in a vacuum container. As an etching gas (CF
4 is sealed at a pressure of 3 × 10 −3 torr, and argon gas (Ar) is added as an additive gas at an addition rate of 0 to 100%, and oxidizing gas (O 2 ) is added at an addition rate of 0 to 80%. As a magnetic field, the magnetic flux density in the crystalline lens is 79 to 5 by a coil outside the container.
Apply 50 gauss. An electric field was formed by DC and RF power supplies, and plasma was generated by an electron flow to confirm the state of etching of the crystalline lens. 300 mA for DC, R
In F, 200 W (reflection power is substantially 0) was used as a reference for the plasma generation conditions. The dependence of the etching rate on the power, the magnetic flux density, the self-bias on the magnetic flux density, the self-bias on the operating pressure, the Ar addition,
Dependence of RF self-bias and DC discharge voltage on Ar addition, O
(2) The state of the addition-dependent etching was tested.
【０００７】図１は、実施例の試験装置を示す説明図で
ある。図２は、水晶体と陰極板と磁場・磁場電流の配置
と方向を示す説明図である。図３は、実施例によるプラ
ズマエッチングの原理説明図である。図４は、実施例の
エッチング速度のパワー依存性を示す試験結果図であ
る。図５は、実施例のエッチング速度のＹ方向と磁束密
度依存性を示す試験結果図である。図６は、実施例のエ
ッチング速度のＸ方向と磁束密度依存性を示す試験結果
図である。図７は、実施例の磁界を反転させた場合のエ
ッチング速度のＹ方向と磁束密度依存性を示す試験結果
図である。図８は、実施例の磁界を反転させた場合のエ
ッチング速度のＸ方向と磁束密度依存性を示す試験結果
図である。図９は、実施例の自己バイアス電圧の磁束密
度依存性を示す試験結果図である。図１０は、実施例の
エッチング速度の磁束密度依存性のＤＣとＲＦ電源の比
較を示す試験結果図である。図１１は、実施例のエッチ
ング速度のＡｒ添加依存性のＤＣとＲＦ電源の比較を示
す試験結果図である。図１２は、実施例の自己バイアス
と放電電圧のＡｒ添加依存性のＤＣとＲＦ電源の比較を
示す試験結果図である。図１３は、実施例のエッチング
速度のＯ2 添加依存性のＤＣとＲＦ電源の比較を示す試
験結果図である。図１４は、実施例のＤＣ電源による水
晶体のエッチング状態を示す水晶体の拡大断面図であ
る。図１５は、実施例のＲＦ電源による水晶体のエッチ
ング状態を示す水晶体の拡大断面図である。図中、１は
エッチングされる対象である水晶体（エッチングプレー
ト）、１ａは水晶体１表面のマスク、１ｂはエッチング
領域、２は直径３０ｃｍ×１０２ｃｍ長さの筒状の真空
容器、３は水晶体１を載置するＳＵＳ３１６による１０
ｃｍ×２０ｃｍの陰極板、４は磁場を発生させる真空容
器２外側に配置されたコイル、４ａはコイル印加直流電
源、４ｂはコイル印加交流電源、４ｃは直流交流切換ス
イッチ、５は電場生成のためのＤＣ及びＲＦ電源を切換
スイッチで発生させる電源部、５ａは直流電圧を発生さ
せる最大出力５００ｍＡ−１ＫＶのＤＣ電源、５ｂは最
大出力２００Ｗの１３．５６ＭＨｚの交番電圧のＲＦ電
源、５ｃはＤＣとＲＦの電源切換スイッチ、６はエッチ
ングガスのＣＦ4のボンベ、７は添加ガスＡｒ，Ｏ2のボ
ンベ、８はＮ2 のボンベ、９は１０００リットル／秒の
ターボ分子ポンプ、１０は７６５リットル／分のロータ
リーポンプである。FIG. 1 is an explanatory view showing a test apparatus according to an embodiment. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the arrangement and directions of the crystalline lens, the cathode plate, the magnetic field and the magnetic field current. FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of plasma etching according to the embodiment. FIG. 4 is a test result diagram showing the power dependence of the etching rate in the example. FIG. 5 is a test result diagram showing the dependence of the etching rate on the Y direction and the magnetic flux density in the example. FIG. 6 is a test result diagram showing the dependence of the etching rate on the X direction and the magnetic flux density in the example. FIG. 7 is a test result diagram showing the dependence of the etching rate on the Y direction and the magnetic flux density when the magnetic field of the example is reversed. FIG. 8 is a test result diagram showing the dependence of the etching rate on the X direction and the magnetic flux density when the magnetic field of the example is reversed. FIG. 9 is a test result diagram showing the magnetic flux density dependency of the self-bias voltage of the example. FIG. 10 is a test result diagram showing a comparison between a DC and an RF power source, which depend on the magnetic flux density of the etching rate in the example. FIG. 11 is a test result diagram showing a comparison between the DC power and the RF power source in dependence of the etching rate on the addition of Ar in the example. FIG. 12 is a test result diagram showing a comparison between the DC and RF power sources of the self-bias and the Ar-addition dependence of the discharge voltage of the example. FIG. 13 is a test result diagram showing a comparison between DC and RF power sources depending on the O 2 addition of the etching rate in the example. FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view of the crystalline lens showing an etched state of the crystalline lens by the DC power supply of the example. FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view of the crystalline lens showing an etched state of the crystalline lens by the RF power supply of the example. In the figure, reference numeral 1 denotes a crystalline lens (etching plate) to be etched, 1a denotes a mask on the surface of the crystalline lens 1, 1b denotes an etching region, 2 denotes a cylindrical vacuum vessel having a diameter of 30 cm × 102 cm, and 3 denotes a crystalline lens. 10 by SUS316 to be placed
cm × 20 cm cathode plate, 4 is a coil arranged outside the vacuum vessel 2 for generating a magnetic field, 4a is a coil-applied DC power supply, 4b is a coil-applied AC power supply, 4c is a DC-AC switch, and 5 is for generating an electric field. A power supply unit for generating DC and RF power by a changeover switch, 5a is a DC power supply with a maximum output of 500mA-1KV for generating a DC voltage, 5b is an RF power supply with a maximum output of 200W and an alternating voltage of 13.56 MHz, and 5c is a DC power supply. RF power supply changeover switch, 6 is a cylinder of CF 4 of etching gas, 7 is a cylinder of additive gas Ar, O 2 , 8 is a cylinder of N 2 , 9 is a turbo molecular pump of 1000 liter / second, 10 is 765 liter / second. Minute rotary pump.
【０００８】本実施例のエッチングプレートは、水晶発
振器の為の８０μｍの厚みの水晶体１であり、表面には
マスク１ａを設け、エッチング領域１ｂと非エッチング
領域とを区分している（図２，３参照）。この水晶体１
を図１の真空容器２内の陰極板３に載せて、エッチング
ガスとしてボンベ６からＣＦ4 を、又添加ガスとしてＡ
ｒ，Ｏ2をボンベ７から真空容器２内に送り込んで、エ
ッチングガスＣＦ4を３×１０-3ｔｏｒｒの状態に、又
コイル４によって７９〜５５０ｇａｕｓｓの磁界を印加
する。アルゴンガスＡｒと酸素ガスＯ2 とは０〜１００
％，０〜８０％の添加可能とし、又電場として、電源部
５からＤＣ電源５ａ及び１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源５
ｂを選択的印加できるようにした。ＤＣ電源５ａでは３
００ｍＡ，ＲＦ電源５ｂでは入射電力２００Ｗ（反射電
力は略０）としてプラズマを発生させる。実施例中Ｙ方
向とは陰極板３上の磁界の方向座標を示し、Ｘ方向とは
陰極板３上のＹ方向と直交する方向座標を示す。電場Ｅ
・磁場Ｂ及び電子流方向（Ｅ×Ｂ）は図２に示してい
る。又、実施例におけるプラズマエッチングの原理図を
図３に示している。プラズマエッチングとして、（ａ）
イオン、（ｂ）中性ラジカル、（ｃ）その両方によるエ
ッチング場合がある。本実施例では、図１に示す装置で
もって、水晶体（エッチングプレート）１のエッチング
の種々の依存要素を変えて試験し、そのエッチングの状
態を試験した。その結果を以下説明する。The etching plate of this embodiment is a crystal 1 having a thickness of 80 μm for a crystal oscillator, and has a mask 1a on its surface to separate an etching region 1b from a non-etching region (FIG. 2). 3). This lens 1
Is placed on the cathode plate 3 in the vacuum vessel 2 of FIG. 1, CF 4 is supplied from a cylinder 6 as an etching gas, and A 4 is added as an additional gas.
r and O 2 are sent from the cylinder 7 into the vacuum vessel 2, and the etching gas CF 4 is applied in a state of 3 × 10 −3 torr and the coil 4 applies a magnetic field of 79 to 550 gauss. 0-100 The argon gas Ar and oxygen gas O 2
%, 0 to 80%, and a DC power supply 5a and a 13.56 MHz RF power supply 5
b can be selectively applied. 3 for DC power supply 5a
The plasma is generated at an incident power of 200 W (the reflected power is substantially 0) in the RF power supply 5b at 00 mA. In the examples, the Y direction indicates the direction coordinates of the magnetic field on the cathode plate 3, and the X direction indicates the direction coordinates orthogonal to the Y direction on the cathode plate 3. Electric field E
The magnetic field B and the electron flow direction (E × B) are shown in FIG. FIG. 3 shows a principle diagram of the plasma etching in the embodiment. As plasma etching, (a)
Etching may be performed by ions, (b) neutral radicals, and (c) both. In the present embodiment, a test was performed using the apparatus shown in FIG. 1 while changing various dependent elements of the etching of the crystalline lens (etching plate) 1, and the state of the etching was tested. The results will be described below.
【０００９】（１） エッチング速度の電源パワーの依
存性試験 磁束密度５５０ｇａｕｓｓ、動作気圧３×１０-3ｔｏｒ
ｒ（ＣＦ4 ）一定とし、ＤＣ電源５ａを１００〜５００
ｍＡ変え、又ＲＦ電源５ｂの電力を５０〜２００Ｗ変え
てエッチング速度（ＥＴＣＨ ＲＡＴＥ）又はその変動
を試験した。その結果を図４に示す。図４から分るよう
にＤＣ、ＲＦともパワーの増加に従ってエッチレートが
増加することがわかる。これはパワーの増加により高密
度プラズマが形成されたプラズマ中での電子とＣＦ4 分
子の衝突波数が増加して活性なイオンやラジカル密度が
高まり、ラジカルの吸着やイオンの入射、さらに反応生
物の脱離が効率的に進行していることを示している。(1) Dependency test of power supply power on etching rate Magnetic flux density 550 gauss, operating pressure 3 × 10 −3 torr
r (CF 4 ) constant, and the DC power supply 5a is set to 100 to 500
The etching rate (ETCH RATE) or its variation was tested by changing the mA and the power of the RF power supply 5b by 50 to 200W. FIG. 4 shows the results. As can be seen from FIG. 4, it can be seen that the etch rate increases as the power increases for both DC and RF. This is because the collision frequency between electrons and CF 4 molecules in the plasma in which a high-density plasma is formed due to the increase in power increases, and the density of active ions and radicals increases. This indicates that desorption is proceeding efficiently.
【００１０】（２） エッチング速度の磁束密度依存性
試験 ＲＦ２００Ｗ、動作気圧３×１０-3ｔｏｒｒ（ＣＦ4 ４
０ＣＣＭ）一定とし、磁束密度を変化させてエッチレー
ト空間分布を測定した。図５に磁界方向（Ｙ方向）のエ
ッチレートの空間分布を示す。磁界方向（Ｙ方向）では
印加する磁界の増加に伴ってエッチレートの差が小さく
なり比較的均一なプラズマが形成していると思われる。
図６にＥ×Ｂ方向（Ｘ方向）のエッチレート空間分布を
示す。Ｘ方向では、印加する磁界の増加に伴いエッチレ
ート空間分布は不均一になることがわかる。また、磁界
Ｂを１８０°反転させたときの磁束方向（Ｙ方向）のエ
ッチレート空間分布を図７に、Ｅ×Ｂ方向（Ｘ方向）の
エッチレート空間分布を図８に示す。エッチレートが原
点を中心に、磁界を反転していない場合と比較して、
（図５と図７，図６と図８を比較して）対称的になって
いることがわかる。従って、磁界の向きを交互に反転す
ることにより、プラズマの時間平均的な均一性を向上す
ることができると考えられる。図９に自己バイアスの磁
束密度依存性を示す。この結果より、磁束密度が増加し
た場合自己バイアスは減少することがわかる。これは磁
界の増加に伴いＲＦ電極シース内の電子が効率良く閉じ
込められたためと考えられる。従って、自己バイアスを
単独に制御するためには磁界以外の外部パラメータを変
化させる必要がある。(2) Magnetic flux density dependence test of etching rate RF 200 W, operating pressure 3 × 10 −3 torr (CF 4 4)
0CCM), and the etch rate spatial distribution was measured while changing the magnetic flux density. FIG. 5 shows the spatial distribution of the etch rate in the magnetic field direction (Y direction). In the direction of the magnetic field (Y direction), it is considered that the difference in the etch rate decreases as the applied magnetic field increases, and relatively uniform plasma is formed.
FIG. 6 shows an etch rate spatial distribution in the E × B direction (X direction). It can be seen that in the X direction, the spatial distribution of the etch rate becomes non-uniform as the applied magnetic field increases. FIG. 7 shows an etch rate spatial distribution in the magnetic flux direction (Y direction) when the magnetic field B is inverted by 180 °, and FIG. 8 shows an etch rate spatial distribution in the E × B direction (X direction). Compared to the case where the etch rate is not reversed around the origin,
(Comparing FIGS. 5 and 7 and FIGS. 6 and 8), it can be seen that they are symmetric. Therefore, it is considered that the time-average uniformity of the plasma can be improved by alternately reversing the direction of the magnetic field. FIG. 9 shows the magnetic flux density dependency of the self-bias. From this result, it is understood that the self-bias decreases when the magnetic flux density increases. This is probably because electrons in the RF electrode sheath were efficiently confined with the increase in the magnetic field. Therefore, in order to independently control the self-bias, it is necessary to change external parameters other than the magnetic field.
【００１１】（３） エッチング速度の磁束密度の依存
性のＤＣとＲＦ電源差の比較の試験 ＤＣでの放電電流３００ｍＡ（放電電圧５３０Ｖ）、Ｒ
Ｆ２００Ｗ、動作気圧３×１０-3ｔｏｒｒ（ＣＦ4 ）一
定として磁束密度を変化させてエッチング特性を計測し
た結果を図１０に示す。ＤＣマグネトロンプラズマで
は、磁束密度が低い場合にエッチレートが負となってい
る。これは、堆積物のＦＥ−ＳＥＭ観測により、ＣXＦY
プラズマ重合膜及び放電電極より放出されるＳＵＳ成分
とフッ素化合物が基板（ＳｉＯ2 ）表面に堆積している
ことが明らかになった。従って、比較的大きな（約４０
０ｇａｕｓｓ以上）磁束密度ではプラズマ密度が高くな
り、エッチングが堆積よりも優先されることがわかる。
これに対しＲＦは２００ｇａｕｓｓ前後にエッチレート
のピ−クがある。これは、磁界を増加させることにより
電極シース中に存在する電子のＥ×Ｂドリフト速度が増
大し、電子をシース中に長時間閉じ込めることによっ
て、電子とＣＦ4 分子の実効衝突確率が増加し高密度プ
ラズマが形成されたためと思われる。また、磁界が強く
なると図９のように自己バイアスの減少によって逆にＥ
×Ｂドリフト速度が低下した為と思われる。これによ
り、比較的弱磁界での高速エッチングが可能となり消費
電力を省力化できる。(3) Test of comparison between DC and RF power supply differences of magnetic flux density dependence of etching rate Discharge current at DC 300 mA (discharge voltage 530 V), R
FIG. 10 shows the results obtained by measuring the etching characteristics while changing the magnetic flux density while maintaining the F200W and the operating pressure at 3 × 10 −3 torr (CF 4 ). In DC magnetron plasma, when the magnetic flux density is low, the etch rate is negative. This is because the FE-SEM observation of the deposit, C X F Y
It was revealed that the SUS component and the fluorine compound released from the plasma polymerized film and the discharge electrode were deposited on the surface of the substrate (SiO 2 ). Therefore, it is relatively large (about 40
It can be seen that at the magnetic flux density (0 gauss or more), the plasma density becomes higher, and etching has priority over deposition.
In contrast, RF has an etch rate peak around 200 gauss. This is because, by increasing the magnetic field, the E × B drift velocity of the electrons present in the electrode sheath increases, and by confining the electrons in the sheath for a long time, the effective collision probability between the electrons and the CF 4 molecule increases, thereby increasing This is probably because a density plasma was formed. On the other hand, when the magnetic field increases, the self-bias decreases, as shown in FIG.
It is considered that the × B drift speed decreased. As a result, high-speed etching can be performed with a relatively weak magnetic field, and power consumption can be reduced.
【００１２】（４） エッチング速度のＡｒ添加依存性
試験 ＤＣでの放電電流３００ｍＡ（放電電圧５３０Ｖ）、Ｒ
Ｆ２００Ｗ、動作気圧３×１０-3ｔｏｒｒ（ＣＦ4 ＋Ａ
ｒ）、磁束密度５５０ｇａｕｓｓ一定として、Ａｒガス
添加率を変化させてエッチング特性を計測した結果を図
１１に示す。流量比（Ａｒ／ＣＦ4 ＋Ａｒ）０％ではＣ
Ｆ，ＣＦ2，ＣＦ3，ラジカル等による化学的エッチング
がおこり、１００％ではＡｒイオンがＳｉＯ2 表面をス
パッタリングすることによる物理的エッチングがおこる
と一般に知られている。本試験では流量比を調節して、
化学的エッチングから物理的エッチングへ移行する場合
のエッチレートの推移を調べた。Ａｒガス添加率が０％
と１００％のエッチレートの比率からＤＣ、ＲＦともに
化学的エッチングの進行が速いことがわかる。ＤＣでは
Ａｒの流量比の増加に従ってエッチレートが直線的には
減少していない。これは、Ａｒの混合ガスの場合にＡｒ
イオンの入射エネルギーにより、ＳｉＯ2 表面の内部エ
ネルギーが増加し、ＣＦ，ＣＦ2，ＣＦ3，ラジカルとの
化学反応が促進したことによって起こる化学的、物理的
エッチングの特長をあわせ持つイオンアシストエッチン
グが生じているからと思われる。ＲＦではＣＦ4 流量比
の減少に従ってエッチレートが直線的に減少し、混合ガ
スによる相乗効果がないことがわかる。(4) Dependence test of etching rate on Ar addition Discharge current at DC of 300 mA (discharge voltage of 530 V), R
F200W, operating pressure 3 × 10 -3 torr (CF 4 + A
r), FIG. 11 shows the results obtained by measuring the etching characteristics while changing the Ar gas addition rate while keeping the magnetic flux density constant at 550 gauss. When the flow ratio (Ar / CF 4 + Ar) is 0%, C
It is generally known that chemical etching occurs due to F, CF 2 , CF 3 , radicals and the like, and at 100%, physical etching occurs by sputtering Ar ions on the SiO 2 surface. In this test, the flow ratio was adjusted,
The transition of the etch rate when transitioning from chemical etching to physical etching was examined. Ar gas addition rate is 0%
It can be seen from the ratio of etch rates of 100% and 100% that the progress of chemical etching is rapid in both DC and RF. In DC, the etch rate does not decrease linearly as the flow rate ratio of Ar increases. This is because Ar gas mixture
Due to the incident energy of ions, the internal energy of the SiO 2 surface is increased, and the chemical reaction with CF, CF 2 , CF 3 , and radicals is promoted. It seems to have occurred. In RF, the etch rate decreases linearly with a decrease in the CF 4 flow ratio, and it can be seen that there is no synergistic effect due to the mixed gas.
【００１３】（５） ＲＦ自己バイアスとＤＣ放電電圧
のＡｒ添加依存性試験 ＲＦマグネトロンプラズマ発生時のイオン入射エネルギ
ーに相当する自己バイアス（｜Ｖｄｃ｜）について調べ
た。図１２に図１１と同一条件でエッチングしたときの
｜Ｖｄｃ｜の推移を示す。ＣＦ4 とＡｒの混合ガス領域
では自己バイアスは１００Ｖ以下である。ＤＣマグネト
ロンプラズマ発生時にはシース電圧が約５００Ｖに達す
ることと比較すると非常に小さい。これらの低エネルギ
ーイオンがエッチング基材（ＳｉＯ2 ）に入射する場合
には、イオンの速度が小さいため、イオンと基材表面の
波動関数が重なり、電子の授受が行なわれる。つまり、
低エネルギーイオンは、ＳｉＯ2 に入射することにな
る。これによりＲＦではＡｒイオンのイオンアシスト効
果が小さいと思われる。(5) Dependence test of RF self-bias and DC discharge voltage on Ar addition The self-bias (| Vdc |) corresponding to the ion incident energy at the time of generating the RF magnetron plasma was examined. FIG. 12 shows the transition of | Vdc | when etching is performed under the same conditions as in FIG. In the mixed gas region of CF 4 and Ar, the self-bias is 100 V or less. When DC magnetron plasma is generated, the voltage is very small compared to the case where the sheath voltage reaches about 500 V. When these low-energy ions are incident on the etching base material (SiO 2 ), since the speed of the ions is low, the wave function of the ions and the base material surface overlap, and electrons are transferred. That is,
Low energy ions will be incident on SiO 2 . Thus, it seems that the ion assist effect of Ar ions is small in RF.
【００１４】（６） エッチング速度の酸素（Ｏ2 ）ガ
ス添加依存試験 次に、ＤＣでの放電電流３００ｍＡ（放電電圧５３０
Ｖ）、ＲＦ２００Ｗ、動作気圧３×１０-3ｔｏｒｒ（Ｃ
Ｆ4＋Ｏ2）、磁束密度５５０ｇａｕｓｓ一定として、Ｏ
2 ガス添加率を変化させてエッチング特性を計測した結
果を図１３に示す。本試験では、活性化したＯ2 原子に
よるエッチング反応への影響について調べた。ＤＣマグ
ネトロンプラズマではＯ2 添加２０％で最大値となっ
た。これは、エッチング中に生成するプラズマ重合膜Ｃ
XＦYと活性な酸素原子との反応によってＣＯ、ＣＯ2、
ＣＯＦ2等を生成してプラズマ重合成分が除去され、そ
の結果として、プラズマ重合膜の除去に消費されていた
フッ素原子がエッチング反応に消費されるようになり、
エッチレートが増大したものと思われる。ＤＣ電源で酸
素ガス混合比率が１０〜３０％では、無酸素状態に比べ
数割程度エッチングレートが向上する。しかし過剰なＯ
2 の添加は逆にエッチングを阻害してしまう。これは酸
素負イオンの生成による電子密度の減少ならびに生成し
たＳｉＦX が酸素原子と反応して酸素膜を形成するため
と思われる。一方、ＲＦマグネトロンプラズマにおいて
はＯ2 添加混合ガスによる相乗効果は見られず、プラズ
マ重合成分の堆積は起こらないと推測される。 （７） 図１４、１５にＤＣ電源とＲＦ電源とエッチン
グ加工面について比較している。これから分かるように
ＲＦ電源を使用するとエッチング加工面は粗さが少なく
美しく仕上り状態となる。(6) Dependence test of etching rate on oxygen (O 2 ) gas addition Next, a discharge current of 300 mA at DC (discharge voltage of 530)
V), RF 200 W, operating pressure 3 × 10 −3 torr (C
F 4 + O 2 ), and assuming that the magnetic flux density is 550 gauss constant, O
Changing the 2 gas addition rate shown in FIG. 13 the measurement results of the etching characteristics. In this test, the effect of activated O 2 atoms on the etching reaction was examined. The DC magnetron plasma becomes maximum at O 2 added 20%. This is due to the plasma polymerized film C generated during etching.
By the reaction of XF Y with an active oxygen atom, CO, CO 2 ,
The plasma polymerization component is removed by generating COF 2 and the like, and as a result, the fluorine atoms consumed for removing the plasma polymerization film are consumed for the etching reaction,
It seems that the etch rate has increased. When the mixing ratio of oxygen gas is 10 to 30% with a DC power supply, the etching rate is improved by about several percent as compared with an oxygen-free state. But excess O
Conversely, the addition of 2 hinders etching. This is presumably because the electron density decreases due to the generation of oxygen negative ions, and the generated SiF x reacts with oxygen atoms to form an oxygen film. On the other hand, in the RF magnetron plasma, no synergistic effect due to the O 2 -added mixed gas was observed, and it is presumed that the deposition of the plasma polymerization component does not occur. (7) FIGS. 14 and 15 compare a DC power supply, an RF power supply, and an etched surface. As can be seen from this, when the RF power source is used, the etched surface has a small roughness and is beautifully finished.
【００１５】[0015]
【発明の効果】以上の様に、本発明によれば真空容器内
にエッチングガスを封入し、これに直交する磁場と電場
を与えることで電子流を水晶体の外周に形成させてエッ
チングガスを電離させて高密度のプラズマを生成させる
ことで、水晶体の表面を２０μ以下の薄さに肉厚薄くエ
ッチング加工できた。本発明は湿式化学エッチングでな
いので、結晶欠陥、不純物によって大きく穴があくこと
がなく、均一にエッチングでき、エッチング加工の製品
歩留りを高める。又エッチング加工時間もドライプロセ
スであるので大巾に短縮できる。本発明でＲＦ電源を使
用すると、エッチング面の粗さがなく、美しい仕上り状
態にできる。又磁場を交番させると、比較的に弱磁界で
均一な高速エッチングが可能となり、消費電力を低減で
きる。又、本発明でＯ2 ガスをＤＣ電源でＣＦ4 ガス中
に１０〜３０％混合比率の量添加すればエッチング速度
を向上させることができる。As described above, according to the present invention, an etching gas is sealed in a vacuum vessel, and a magnetic field and an electric field perpendicular to the etching gas are applied to form an electron flow on the outer periphery of the crystalline lens, thereby ionizing the etching gas. As a result, high-density plasma was generated, and the surface of the crystalline lens could be etched to a thickness of 20 μm or less. Since the present invention is not wet chemical etching, etching can be performed uniformly without large holes due to crystal defects and impurities, and the product yield of the etching process can be increased. Further, since the etching process time is a dry process, it can be greatly reduced. When an RF power source is used in the present invention, a beautiful finished state can be obtained without roughness of an etched surface. When the magnetic field is alternated, uniform high-speed etching can be performed with a relatively weak magnetic field, and power consumption can be reduced. In the present invention, the etching rate can be improved by adding O 2 gas to CF 4 gas at a mixing ratio of 10 to 30% with a DC power supply.
【図１】実施例の試験装置を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a test apparatus according to an embodiment.
【図２】水晶体と陰極板と磁場・磁場電流の配置と方向
を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an arrangement and directions of a crystalline lens, a cathode plate, a magnetic field and a magnetic field current.
【図３】実施例によるプラズマエッチングの原理説明図
である。FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of plasma etching according to an embodiment.
【図４】実施例のエッチング速度のパワー依存性を示す
試験結果図である。FIG. 4 is a test result diagram showing power dependence of an etching rate in an example.
【図５】実施例のエッチング速度のＹ方向と磁束密度依
存性を示す試験結果図である。FIG. 5 is a test result diagram showing the dependence of the etching rate on the Y direction and the magnetic flux density in the example.
【図６】実施例のエッチング速度のＸ方向と磁束密度依
存性を示す試験結果図である。FIG. 6 is a test result diagram showing the dependence of the etching rate on the X direction and the magnetic flux density in the example.
【図７】実施例の磁界を反転させた場合のエッチング速
度のＹ方向と磁束密度依存性を示す試験結果図である。FIG. 7 is a test result diagram showing the dependence of the etching rate on the Y direction and the magnetic flux density when the magnetic field of the example is reversed.
【図８】実施例の磁界を反転させた場合のエッチング速
度のＸ方向と磁束密度依存性を示す試験結果図である。FIG. 8 is a test result diagram showing the dependence of the etching rate on the X direction and the magnetic flux density when the magnetic field of the example is reversed.
【図９】実施例の自己バイアス電圧の磁束密度依存性を
示す試験結果図である。FIG. 9 is a test result diagram showing the magnetic flux density dependency of the self-bias voltage of the example.
【図１０】実施例のエッチング速度の磁束密度依存性の
ＤＣとＲＦ電源の比較を示す試験結果図である。FIG. 10 is a test result diagram showing a comparison between DC and RF power sources in dependence of the etching rate on magnetic flux density in the example.
【図１１】実施例のエッチング速度のＡｒ添加依存性の
ＤＣとＲＦ電源の比較を示す試験結果図である。FIG. 11 is a test result diagram showing a comparison between DC and RF power sources in dependence of the etching rate on the addition of Ar in Example.
【図１２】実施例の自己バイアスと放電電圧のＡｒ添加
依存性のＤＣとＲＦ電源の比較を示す試験結果図であ
る。FIG. 12 is a test result diagram showing a comparison between a DC and an RF power supply in which the self-bias and the discharge voltage depend on the addition of Ar in Example.
【図１３】実施例のエッチング速度のＯ2 添加依存性の
ＤＣとＲＦ電源の比較を示す試験結果図である。FIG. 13 is a test result diagram showing a comparison between DC and RF power sources depending on the O 2 addition of the etching rate in the example.
【図１４】実施例のＤＣ電源による水晶体のエッチング
状態を示す水晶体の拡大断面図である。FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view of the crystalline lens, showing a state in which the crystalline lens is etched by the DC power supply of the example.
【図１５】実施例のＲＦ電源による水晶体のエッチング
状態を示す水晶体の拡大断面図である。FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view of the crystalline lens showing an etched state of the crystalline lens by the RF power supply of the example.
１ 水晶体（エッチングプレート） ２ 真空容器 ３ 陰極板 ４ コイル ４ａ コイル印加直流電源 ４ｂ コイル印加交流電源 ４ｃ 直流交流切換スイッチ ５ 電源部 ５ａ ＤＣ電源 ５ｂ ＲＦ電源 ５ｃ 電源切換スイッチ ６ ＣＦ4 のボンベ ７ Ａｒ・Ｏ2 のボンベ ８ Ｎ2 のボンベ ９ ターボ分子ポンプ １０ ロータリーポンプDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crystal lens (etching plate) 2 Vacuum container 3 Cathode plate 4 Coil 4a Coil application DC power supply 4b Coil application AC power supply 4c DC AC changeover switch 5 Power supply part 5a DC power supply 5b RF power supply 5c Power supply changeover switch 6 CF 4 cylinder 7 Ar. O 2 cylinder 8 N 2 cylinder 9 Turbo molecular pump 10 Rotary pump
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１２年３月２１日（２０００．３．２
１）[Submission date] March 21, 2000 (200.3.2
1)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【特許請求の範囲】[Claims]
【手続補正２】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００４[Correction target item name] 0004
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【０００４】かかる課題を解決した本発明の構成は、 １） 非加工面にマスクを被覆した水晶体を負電極に取
付け、同水晶体を取付けた負電極を希薄エッチングガス
中に配置するとともに正電極を負電極を挾むように外周
に配置し、前記正負電極に直流電圧を印加して電場を与
え、同電場の方向に直交するように磁場を与えて水晶体
のまわりを回転する電子流を形成し、同電子流の電子で
エッチングガスを電離させて高密度均一プラズマを生成
させてプラズマで水晶体表面をエッチングすることを特
徴とする水晶体のエッチング方法 ２） 非加工面にマスクを被覆した水晶体を電極に取付
け、同水晶体を取付けた電極を希薄エッチングガス中に
配置するとともに他方の電極を前記電極を挾むように外
周に配置し、前記２つの電極に交番電圧を印加して高周
波の交番電場を形成し、同交番電場の方向に直交するよ
うに磁場を与えて水晶体のまわりを回転する電子流を形
成し、同電子流の電子でエッチングガスを電離させて高
密度均一プラズマを生成させてプラズマで水晶体表面を
エッチングすることを特徴とする水晶体のエッチング方
法 ３） エッチングガスがフッ化炭素（ＣＦ4 ）であり、
電場を直流電場とし、これに酸素ガスを１０〜３０％の
混合比率で添加した前記１）記載の水晶体のエッチング
加工法 ４） 磁場が交番磁場である前記１）〜３）何れか記載
の水晶体のエッチング加工法 にある。[0004] The configuration of the present invention which has solved the above problems is 1).Take the lens with the mask covered on the non-processed surface as the negative electrode.
To the negative electrode with the lens attached, using a dilute etching gas.
With the positive electrode sandwiched between the positive and negative electrodes
And apply a DC voltage to the positive and negative electrodes to apply an electric field.
The crystal by applying a magnetic field perpendicular to the direction of the electric field.
Form an electron stream that rotates aroundWith the same electron flow
Generate high-density uniform plasma by ionizing etching gas
To etch the lens surface with plasma.
Characteristic lens etching method 2)Attach lens with electrode covered with mask on unprocessed surface
The electrode with the lens attached in a dilute etching gas.
And place the other electrode so that it sandwiches the electrode.
Arranged on the circumference and applying an alternating voltage to the two electrodes to increase the circumference
It forms an alternating field of waves and is orthogonal to the direction of the alternating field.
Applying a magnetic field to form an electron flow that rotates around the lens
And the ionization of the etching gas by the electrons of the same electron flow.
Generate a uniform density plasma and use the plasma to clean the lens surface
Etching method characterized by etching
Law 3)The etching gas is fluorocarbon (CF 4 ),
The electric field is a DC electric field, and oxygen gas is added to the electric field by 10 to 30%.
The method according to the above 1), which is added at a mixing ratio.Etching the lens
Processing method 4)4. The method according to any one of 1) to 3) above, wherein the magnetic field is an alternating magnetic field.
ofSee the lens etching method.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K057 DA04 DA20 DB20 DD02 DD03 DE08 DE14 DE20 DG12 DM02 DM03 DM24 DN01 5F004 AA00 BA04 BA08 BB07 BB11 BB12 BB13 BB18 CA01 DA01 DA23 DA25 DA26 DB03 5J108 BB02 CC04 MM08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K057 DA04 DA20 DB20 DD02 DD03 DE08 DE14 DE20 DG12 DM02 DM03 DM24 DN01 5F004 AA00 BA04 BA08 BB07 BB11 BB12 BB13 BB18 CA01 DA01 DA23 DA25 DA26 DB03 5J108 BB02 CC04 MM08
Claims (5)
クを被覆した水晶体を置き、同水晶体の外周に直交する
方向に電場と磁場を与えて、水晶体の外周に電子流を形
成させて、同電子流の電子でエッチングガスを電離させ
て高密度均一プラズマを生成させてプラズマで水晶体表
面をエッチングすることを特徴とする水晶体のエッチン
グ方法。1. A lens in which a mask is coated on a non-processed surface in a dilute etching gas, and an electric field and a magnetic field are applied in a direction orthogonal to the outer periphery of the lens to form an electron flow on the outer periphery of the lens. A method of etching a crystalline lens, comprising: ionizing an etching gas with electrons of an electron flow to generate a high-density uniform plasma; and etching the crystalline lens surface with the plasma.
記載の水晶体のエッチング加工法。2. The electric field according to claim 1, wherein the electric field is a high-frequency alternating electric field.
The etching method of the crystalline lens described.
求項１記載の水晶体のエッチング加工法。3. The method for etching a crystalline lens according to claim 1, wherein the electric field is a unidirectional electric field due to direct current.
であり、電場を直流電場とし、これに酸素ガスを１０〜
３０％の混合比率で添加した請求項３記載の水晶体のエ
ッチング加工法。4. The etching gas is fluorocarbon (CF 4 ).
The electric field is a DC electric field, and oxygen gas is
4. The method of etching a crystalline lens according to claim 3, wherein said lens is added at a mixing ratio of 30%.
か記載の水晶体のエッチング加工法。5. The method for etching a crystalline lens according to claim 1, wherein the magnetic field is an alternating magnetic field.
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