プラズマエッチング装置
【課題】サファイアのエッチングにおいて選択比を高めることの可能なプラズマエッチング装置を提供する。
【解決手段】プラズマエッチング装置は、レジストマスクを有したエッチング対象物であるサファイア基板Ｓを収容する真空槽１０と、三塩化ホウ素を含むガスで真空槽１０内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、サファイア基板Ｓが載置されるトレイ２０と、サファイア基板Ｓの端面の周囲に配置される包囲部材としてのトレイカバー２１とを備える。トレイカバー２１はトレイ２０上のうちサファイア基板Ｓ以外の部分を覆っており、その表面は、樹脂から形成されている。
【解決手段】プラズマエッチング装置は、レジストマスクを有したエッチング対象物であるサファイア基板Ｓを収容する真空槽１０と、三塩化ホウ素を含むガスで真空槽１０内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、サファイア基板Ｓが載置されるトレイ２０と、サファイア基板Ｓの端面の周囲に配置される包囲部材としてのトレイカバー２１とを備える。トレイカバー２１はトレイ２０上のうちサファイア基板Ｓ以外の部分を覆っており、その表面は、樹脂から形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の技術は、プラズマを用いてサファイア基板をエッチングするプラズマエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体を発光層として有する発光ダイオードでは、従来から、発光層をエピタキシャル成長させるための基材としてサファイア基板が広く用いられている。また、こうした発光ダイオードの製造工程においては、発光層からの光の取り出し効率を高めるためにサファイア基板の表面に凹凸が形成され、該凹凸を形成するための技術として、例えば特許文献１に記載のように、プラズマエッチング技術が多用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３１８４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したサファイア基板のプラズマエッチングでは、通常、エッチングガスとして三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）が用いられ、下記式１に示される反応が進行することによりサファイア基板のエッチングが行われる。このとき、サファイア基板と同じ雰囲気に曝されるレジストパターンには、エッチング反応の生成物であるホウ素酸化物やそれの中間生成物である酸化源が接触することになる。その結果、式１に示される反応によって確かにサファイア基板のエッチングは進行するものの、他方では、こうしたエッチングの進行とともに、少なからずレジストマスクのエッチングも進行することとなる。そして、近年では、発光ダイオードの微細化の進行にともない、上記の凹凸形状に高アスペクト化が求められるため、上述したプラズマエッチング技術では、サファイア基板の選択比が上記要請を満たす程度には得られ難いという問題が生じている。結果として、レジストパターンを厚く形成することやメタルマスクを形成すること等の処置が必要となるために、製造工程の非効率化や複雑化を招く要因にもなっていた。
【０００５】
Ａｌ２Ｏ３＋ＢＣｌ３ → ＡｌｘＣｌｙ↑＋ＢｘＯｙＣｌｚ↑ …（式１）
本開示の技術は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、サファイアのエッチングにおいて選択比を高めることの可能なプラズマエッチング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様は、レジストマスクを有したエッチング対象物であるサファイア基板を収容する真空槽と、三塩化ホウ素を含むガスで前記真空槽内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記サファイア基板の端面の周囲に配置される包囲部材とを備え、前記包囲部材の表面が樹脂からなることを要旨とする。
【０００７】
上述したように、三塩化ホウ素を含むガスから生成されたプラズマでサファイアがエッチングされる際には、レジストマスクの酸化剤となり得る酸素若しくは酸素含有物質が生成される。この際、本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様によれば、エッチング時に生成される上記酸化剤の一部が、包囲部材の表面との反応によって消費されるため、レジストマスクに供給される酸化剤の量が先の消費量分だけ抑えられるようになる。さらに、プラズマ中の粒子が包囲部材の表面に衝突することによって、包囲部材の表面から樹脂がはじき出され、その後、こうした粒子の一部がレジストマスク上に堆積することによって、レジストマスク上に樹脂が供給される。そして、上述した酸化剤の消費とこの樹脂の供給とによってレジストマスクの酸化が抑制される結果、レジストマスクのエッチングレートを低下させることが可能になる。すなわち、エッチングにおけるサファイア基板の選択比を高めることが可能となる。
【０００８】
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様は、前記樹脂がポリイミドであることを要旨とする。
サファイア基板の端面の周囲に配置される包囲部材は、プラズマに曝されることによって高温となる場合がある。この点、本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様によれば、塩素に対する化学的な耐性を有する樹脂のうちで耐熱性に優れたポリイミドにより包囲部材が形成されるため、他の樹脂と比べて包囲部材の熱的な劣化を抑えることが可能である。
【０００９】
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様は、レジストマスクを有したエッチング対象物であるサファイア基板を収容する真空槽と、三塩化ホウ素を含むガスで前記真空槽内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記サファイア基板の端面の周囲に配置される包囲部材とを備え、前記包囲部材の表面が、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化イットリウム、及びアルミニウムの少なくとも１つからなることを要旨とする。
【００１０】
従来のように包囲部材の材料として酸化アルミニウムや石英が用いられる場合、プラズマ中の粒子の衝突によって包囲部材の表面から酸素が放出されることにより、レジストマスクの酸化剤となる物質が生じる。これに対し、本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様によれば、酸化アルミニウムや石英と比べて、包囲部材の表面から酸素が放出され難くなる。したがって、レジストマスクの酸化が抑制されるため、レジストマスクのエッチングレートを低下させることが可能になる。すなわち、エッチングにおけるサファイア基板の選択比を高めることが可能となる。
【００１１】
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様は、前記包囲部材が、基材と、該包囲部材の表面を構成して前記基材の表面を被覆する被覆部とを有することを要旨とする。
包囲部材には、例えばプラズマから与えられる熱によって変形しない程度の熱的な耐性が求められ、またサファイア基板の端面を囲む形状に加工され得る程度の加工性が求められる。この点、本発明におけるプラズマエッチング装置の一態様によれば、包囲部材を基材と被覆部とから形成しているため、例えば基材を形成する材料と被覆部を形成する材料とを互いに異ならせるなど、その材料の選択肢を広げることが可能となる。そのため、被覆部の形成材料において熱的な耐性や加工性が不足する場合であっても、基材の形成材料における熱的な耐性や加工性によって包囲部材としての要請が満たされ得ることになる。
【００１２】
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様は、前記包囲部材が、一体形成されたものであることを要旨とする。
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様によれば、包囲部材を基材と被覆部から形成する場合に比べて、包囲部材を少ない工程数で製造することが可能となる。
【００１３】
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様は、前記包囲部材の表面は、アルミニウムからなり、前記プラズマ生成部は、三塩化ホウ素及び塩素を含むガスから前記プラズマを生成することを要旨とする。
【００１４】
包囲部材の表面がアルミニウムから形成される場合、包囲部材の表面は、サファイア基板表面と同様に、塩素を含むエッチャントと反応する。本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様によれば、添加ガスとして塩素ガスが加えられることによってプラズマ中の塩素が増加するため、サファイア基板表面と反応する塩素が減少することでサファイア基板のエッチングレートが低下することを抑制することが可能となる。
【００１５】
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様は、複数の前記サファイア基板が載置されるトレイを備え、前記包囲部材は、前記トレイ上のうち前記サファイア基板以外の部分を覆うトレイカバーであることを要旨とする。
【００１６】
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様では、トレイカバーは複数のサファイア基板の間を埋めるように配置されているため、例えば外周リングやクランプリングのように１枚の基板の外周部分に円環状に配置される部材に比べて、サファイア基板の表面積に対する部材の表面積が大きくなる。したがって、上述のようなエッチングにおけるサファイア基板の選択比を高める効果をより顕著に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示におけるプラズマエッチング装置を具体化した第１実施形態について、その全体構成を真空槽の断面構造とともに示す装置構成図。
【図２】同第１実施形態におけるトレイ及びトレイカバーの斜視構造を示す斜視図。
【図３】同第１実施形態におけるトレイ及びトレイカバーの断面構造を示す断面図。
【図４】同第１実施形態におけるエッチングのメカニズムを示す概念図。
【図５】本開示におけるプラズマエッチング装置を具体化した第２実施形態について、そのエッチングのメカニズムを示す概念図。
【図６】本開示におけるプラズマエッチング装置の変形例について、その断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１実施形態］
以下、本開示におけるプラズマエッチング装置の第１実施形態について図１〜図４を参照して説明する。まず、プラズマエッチング装置の全体構成について、図１を参照して説明する。なお、本実施形態のプラズマエッチング装置は、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）を用いて、発光ダイオードの製造工程におけるサファイア基板のエッチングを行うエッチング装置を想定している。
【００１９】
図１に示されるように、円筒状の真空槽１０の上面における開口部には、石英からなる誘電窓１１が、開口部を封止するように取り付けられている。真空槽１０内における誘電窓１１の下方には、サファイア基板Ｓが載置されるトレイ２０を支持するステージ１２が設置されている。トレイ２０には、レジストマスクを有した複数のサファイア基板Ｓが載置され、トレイ２０上におけるサファイア基板Ｓ以外の部分は、トレイカバー２１によって覆われている。そして、これらトレイ２０とトレイカバー２１とは、クランプ部材１３によって、ステージ１２上に固定されている。
【００２０】
ステージ１２には、サファイア基板Ｓに負のバイアス電圧を印加するバイアス用高周波電源ＲＦ１が、バイアス用整合器ＭＢ１を介して接続されている。バイアス用高周波電源ＲＦ１は、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚである高周波電力を出力する。また、真空槽１０の底部には、該真空槽１０内を所定の圧力に減圧する排気部１４が接続されている。排気部１４は、例えば、ターボ分子ポンプと、その後段に接続されたドライポンプと、これらポンプの排気速度を調節するバルブとから構成されている。
【００２１】
一方、真空槽１０の外側には、誘電窓１１と互いに向い合うように渦巻き状の誘導アンテナ１５が設置されている。誘導アンテナ１５には、アンテナ用高周波電源ＲＦ２が、アンテナ用整合器ＭＢ２を介して接続されている。アンテナ用高周波電源ＲＦ２は、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚである高周波電力を誘導アンテナ１５に供給する。また、真空槽１０には、該真空槽１０内における誘電窓１１の下部に三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを供給する反応ガス供給部１６が接続されている。そして、アンテナ用高周波電源ＲＦ２が誘導アンテナ１５に高周波電力を供給すると、誘電窓１１を介して真空槽１０内に高周波エネルギーが伝播されることで、三塩化ホウ素ガスからプラズマが生成される。このように生成されたプラズマによって、サファイア基板Ｓがレジストマスクの形状に応じた所望の形状にエッチングされる。
【００２２】
なお、本実施形態のプラズマエッチング装置では、上述した誘電窓１１、排気部１４、誘導アンテナ１５、アンテナ用高周波電源ＲＦ２、及び反応ガス供給部１６がプラズマ生成部を構成している。
【００２３】
次に、上述のトレイ２０及びトレイカバー２１の構成について、図２，図３を参照して説明する。
図２に示されるように、トレイ２０を構成する円板状のトレイ本体２０ａの上面には、トレイ本体２０ａよりも小径の円板状をなす５つの載置部２０ｂが突設されている。載置部２０ｂは、その上面にサファイア基板Ｓが載置される部分であって、載置部２０ｂの直径はサファイア基板Ｓの直径よりもやや小さく形成されている。これらトレイ本体２０ａ及び載置部２０ｂは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）もしくは石英（ＳｉＯ２）によって一体的に形成されている。
【００２４】
一方、トレイカバー２１は、トレイ本体２０ａと同じ直径を有する円板状に形成され、トレイ２０の載置部２０ｂが嵌め込まれる５つの嵌入孔２２を有している。図３に示されるように、５つの嵌入孔２２の各々は、下段円形孔２２ａと上段円形孔２２ｂとからなる２段の円形孔である。このうち、下段円形孔２２ａの直径及び高さは、載置部２０ｂの直径ｄ１及び高さｈ１と等しい。また、上段円形孔２２ｂの直径ｄ２は、サファイア基板Ｓの直径と等しく、また上段円形孔２２ｂの高さｈ２は、サファイア基板Ｓの厚さの１〜２倍程度である。こうしたトレイカバー２１を形成する材料は、従来の酸化アルミニウムや石英とは異なる樹脂の一つであるポリイミドである。
【００２５】
そして、トレイカバー２１の下段円形孔２２ａにトレイ２０の載置部２０ｂが嵌め込まれることによって、トレイカバー２１がトレイ２０上に固定される。また、トレイカバーの上段円形孔２２ｂとトレイ２０の載置部２０ｂの上面とにより形成される凹部内に、サファイア基板Ｓが載置される。こうして、サファイア基板Ｓは、その端面の周囲に配置されるトレイカバー２１によってトレイ２０上に固定されることとなる。そして、トレイカバー２１が上記ポリイミドから形成されることによって、レジストマスクのエッチングレートに対するサファイア基板のエッチングレートの比である選択比が高められる。
【００２６】
次に、本実施形態のプラズマエッチング装置の作用について、図４を参照して説明する。なお、図４では、説明の便宜上、サファイア基板Ｓ上のレジストマスク３０の大きさが、サファイア基板Ｓやトレイカバー２１の大きさに対して誇張されている。
【００２７】
図４に示されるように、サファイア基板Ｓのエッチング時には、三塩化ホウ素ガスから生成されたプラズマ中の正イオンのうち塩素を含む正イオンであるエッチャントＰ１が、負のバイアス電圧が印加されたサファイア基板Ｓの表面に引き込まれる。エッチャントＰ１が引き込まれると、レジストマスク３０に覆われていないサファイア基板Ｓの表面では、サファイアとエッチャントとが反応することによって、揮発性のＡｌＣｌ３粒子Ｐ２が生成される。また、サファイア基板Ｓの表面では、酸素もしくは酸素を含むホウ化物等、酸素を含む揮発性の粒子Ｐ３が生成され、これによってサファイア基板Ｓがその厚さ方向にエッチングされる。この際、酸素を含む粒子Ｐ３が樹脂の酸化剤としての性質を有するため、粒子Ｐ３の一部がレジストマスク３０と反応してＣＯやＣＯ２となる一方で、同様に粒子Ｐ３の一部がポリイミドからなるトレイカバー２１表面とも反応してＣＯやＣＯ２となって排気される。
【００２８】
すなわち、従来のように、トレイカバー２１が酸化アルミニウムや石英から形成されている場合、酸素を含む粒子Ｐ３は、トレイカバー２１表面と反応することはなく、専らレジストマスク３０と反応する。そのため、サファイア基板のエッチングが進行するにつれて、レジストマスク３０のエッチングも進行することとなっていた。これに対して、本実施形態では、酸素を含む粒子Ｐ３がトレイカバー２１表面とも反応するため、トレイカバー２１が酸化アルミニウムや石英から形成されている場合と比べて、レジストマスク３０と反応する粒子Ｐ３を減少させることができる。これにより、レジストマスク３０のエッチングが抑制されてレジストマスク３０のエッチングレートが低下することとなる。その結果、レジストマスクのエッチングレートに対するサファイア基板のエッチングレートの比である選択比を高めることが可能となる。
【００２９】
また、トレイカバー２１にはサファイア基板Ｓと同様に負のバイアス電圧が印加されているため、トレイカバー２１の表面には、プラズマ中における正の電荷を帯びた粒子Ｐ４が引き込まれる。そして、正の電荷を帯びた粒子Ｐ４がトレイカバー２１と衝突することによって、ポリイミド粒子Ｐ５がトレイカバー２１の表面からはじき出され、はじき出されたポリイミド粒子Ｐ５が、サファイア基板Ｓ上に堆積する。このとき、サファイア基板Ｓのうちで露出した部分、すなわちエッチングが進行している部分は、レジストマスク３０で囲まれている。そのため、エッチングが進行している部分に堆積するポリイミド粒子Ｐ５は、レジストマスク３０に堆積するポリイミド粒子Ｐ５よりも自ずと少なくなる。すなわち、トレイカバー２１から放出されたポリイミド粒子Ｐ５がレジストマスク３０に堆積するため、レジストマスク３０の表面には、エッチングの進行中に樹脂であるポリイミドが供給され続けることとなる。したがって、こうした現象からもレジストマスク３０のエッチングレートが低下することとなる。その結果、エッチングにおけるサファイア基板Ｓの選択比をさらに高めることが可能となる。
【００３０】
また、複数のサファイア基板Ｓの間を埋めるようにトレイカバー２１が配置されるため、例えばサファイア基板Ｓの外周を囲う円環状の外周リングがポリイミドで形成される態様に比べて、ポリイミドの表面積が大きくなる。したがって、上述のような作用による効果をより顕著に得ることができる。
【００３１】
なお、トレイカバー２１の材料としては、ポリイミドに代えて、例えばポリテトラフルオロチレン（テフロン：登録商標）等の他の樹脂を用いてもよい。これによっても、上述のメカニズムと同様のメカニズムによって、エッチングにおけるサファイア基板の選択比を高めることが可能となる。ただし、ポリイミドは耐熱性に優れた樹脂であるため、プラズマに曝されることによって１００℃を超える高温となる場合があるトレイカバーの材料に特に適している。
【００３２】
［実施例］
以下、上記実施形態の実施例を詳細に説明する。
まず、直径が６インチのサファイア基板の表面に厚さが３μｍのレジストマスクを形成してエッチング用のサファイア基板を作成した。次いで、ポリイミドからなるトレイカバーを有するトレイに３つのサファイア基板を載置し、三塩化ホウ素ガスから生成したプラズマによって、これら３つのサファイア基板のエッチングを行った。その後、レジストマスクの厚さとサファイア基板のレジストマスクで覆われていない部分の厚さとを走査型電子顕微鏡を用いて測定して、レジストマスクのエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）とサファイア基板のエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）を算出した。そして、レジストマスクのエッチングレートに対するサファイア基板のエッチングレートの比（［サファイア基板のエッチングレート］／［レジストマスクのエッチングレート］）である実施例１の選択比を求めた。なお、サファイア基板のエッチングは、以下の条件にて行われた。
【００３３】
・三塩化ホウ素ガスの流量 ２０〜２００ｓｃｃｍ
・アンテナ用高周波電源の出力 ５００〜３０００Ｗ
・バイアス用高周波電源の出力 ５０〜２０００Ｗ
・真空槽内の圧力 ０．１〜２Ｐａ
また、酸化アルミニウムからなるトレイカバーを有するトレイにエッチング用のサファイア基板を載置し、その他の条件を実施例１と同じくして、比較例１の選択比を求めた。
【００３４】
また、石英からなるトレイカバーを有するトレイにエッチング用のサファイア基板を載置し、その他の条件を実施例１と同じくして、比較例２の選択比を求めた。
その結果、比較例１及び比較例２の選択比は約０．４であった。これに対し、実施例１の選択比は、０．９〜１．０であった。すなわち、従来のように酸化アルミニウム製や石英製のトレイカバーを用いた場合、選択比が０．４程度にとどまることに対し、ポリイミド製のトレイカバーを用いた場合には、１に近い選択比が得られることが確認された。
【００３５】
以上説明したように、第１実施形態のプラズマエッチング装置によれば、以下に列記する効果が得られるようになる。
（１）サファイア基板Ｓの端面の周囲に配置される包囲部材としてのトレイカバー２１を、樹脂から形成した。これにより、サファイア基板Ｓのエッチング時に生成される酸化剤の一部が、トレイカバー２１の表面との反応によって消費されるため、レジストマスク３０に供給される酸化剤の量が先の消費量分だけ抑えられるようになる。さらに、プラズマ中の粒子がトレイカバー２１の表面に衝突することによって、トレイカバー２１の表面から樹脂がはじき出され、その後、こうした粒子の一部がレジストマスク３０上に堆積することによって、レジストマスク３０上に樹脂が供給される。そして、上述した酸化剤の消費とこの樹脂の供給とによってレジストマスク３０の酸化が抑制される結果、レジストマスク３０のエッチングレートを低下させることが可能になる。すなわち、エッチングにおけるサファイア基板Ｓの選択比を高めることが可能となる。
【００３６】
（２）特に、樹脂としてポリイミドを用いた。これにより、特に高い選択比を得ることが可能となる。また、トレイカバー２１は、プラズマに曝されることによって１００℃を超える高温となる場合があるが、ポリイミドは耐熱性に優れており、こうしたトレイカバー２１の材料として特に適している。
【００３７】
（３）トレイカバー２１を、一体形成されたものとした。これにより、トレイカバー２１を少ない工程数で製造することができる。また、トレイカバー２１の表面が酸化により消費されていっても、上記（１）の効果を長く維持することが可能であり、ひいてはトレイカバー２１を交換する頻度を少なくすることができる。
［第２実施形態］
以下、本開示におけるプラズマエッチング装置を具体化した第２実施形態について、図５を参照して説明する。なお、本実施形態は、上記第１実施形態と比較して、トレイカバーの材質が異なっている。そのため、以下では、こうした相違点を中心に説明する。
【００３８】
本実施形態では、トレイカバーを窒化ホウ素（ＢＮ）から一体形成している。そして、これにより、エッチングにおけるサファイア基板の選択比を高めている。
続いて、本実施形態のプラズマエッチング装置の作用について、図５を参照して説明する。なお、図５でも、図４と同様に、説明の便宜上、サファイア基板Ｓ上のレジストマスク３０の大きさが、サファイア基板Ｓやトレイカバー２３の大きさに対して誇張されている。
【００３９】
図５に示されるように、サファイア基板Ｓのエッチング時には、第１実施形態と同様、三塩化ホウ素ガスから生成されたプラズマ中の正イオンのうち塩素を含む正イオンであるエッチャントＰ１が、負のバイアス電圧が印加されたサファイア基板Ｓの表面に引き込まれる。エッチャントＰ１が引き込まれると、レジストマスク３０に覆われていないサファイア基板Ｓの表面では、サファイアとエッチャントとが反応することによって、揮発性のＡｌＣｌ３粒子Ｐ２が生成される。また、サファイア基板Ｓの表面では、酸素もしくは酸素を含むホウ化物等、酸素を含む揮発性の粒子Ｐ３が生成される。そして、粒子Ｐ３の一部はレジストマスク３０と反応し、ＣＯやＣＯ２となって排気される。
【００４０】
一方、トレイカバー２３にもサファイア基板Ｓと同様に負のバイアス電圧が印加されているため、トレイカバー２３の表面には、プラズマ中における正の電荷を帯びた粒子Ｐ４が引き込まれる。従来のように、トレイカバーが酸化アルミニウムや石英から形成されている場合、酸化アルミニウムや石英はその構成原素に酸素を含むため、正の電荷を帯びた粒子Ｐ４の衝突によって、トレイカバー表面から酸素が放出される。そして、このトレイカバー表面から放出された酸素やその反応物が、上記粒子Ｐ３と同様、レジストマスクの酸化剤として働くために、レジストマスク３０のエッチングが進行することとなっていた。
【００４１】
しかし、本実施形態では、トレイカバー２３が窒化ホウ素から形成されているため、正の電荷を帯びた粒子Ｐ４が衝突しても、トレイカバー２３の表面から酸素が放出されることがない。したがって、トレイカバー２３が酸化アルミニウムや石英から形成されている場合と比べて、レジストマスク３０を酸化させる物質を減少させることができる。これにより、レジストマスク３０のエッチングが抑制されてレジストマスク３０のエッチングレートが低下することとなる。その結果、エッチングにおけるサファイア基板Ｓの選択比を高めることが可能となる。
【００４２】
なお、トレイカバー２３の材料としては、窒化ホウ素の他に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、及びアルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。これらの材料を用いた場合にも、上述のメカニズムと同様のメカニズムによって、エッチングにおけるサファイア基板Ｓの選択比を高めることが可能となる。ちなみに、酸化イットリウムはその構成元素に酸素を含むものの、原子間の結合が強固であるため、酸素が放出され難い性質を有している。
【００４３】
［実施例］
以下、上記実施形態の実施例を詳細に説明する。
まず、直径が６インチのサファイア基板の表面に厚さが６μｍのレジストマスクを形成してエッチング用のサファイア基板を作成した。次いで、窒化ホウ素からなるトレイカバーを有するトレイに３つのサファイア基板を載置し、三塩化ホウ素ガスから生成したプラズマによって、これら３つのサファイア基板のエッチングを行った。その後、レジストマスクの厚さとサファイア基板のレジストマスクで覆われていない部分の厚さとを走査型電子顕微鏡を用いて測定して、レジストマスクのエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）とサファイア基板のエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）を算出した。そして、レジストマスクのエッチングレートに対するサファイア基板のエッチングレートの比（［サファイア基板のエッチングレート］／［レジストマスクのエッチングレート］）である実施例２の選択比を求めた。なお、サファイア基板のエッチングは、以下の条件にて行われた。
【００４４】
・三塩化ホウ素ガスの流量 ２０〜２００ｓｃｃｍ
・アンテナ用高周波電源の出力 ５００〜３０００Ｗ
・バイアス用高周波電源の出力 ５０〜２０００Ｗ
・真空槽内の圧力 ０．１〜２Ｐａ
また、窒化アルミニウムからなるトレイカバーを有するトレイにエッチング用のサファイア基板を載置し、その他の条件を実施例２と同じくして、実施例３の選択比を求めた。
【００４５】
また、炭化珪素からなるトレイカバーを有するトレイにエッチング用のサファイア基板を載置し、その他の条件を実施例２と同じくして、実施例４の選択比を求めた。
また、酸化イットリウムからなるトレイカバーを有するトレイにエッチング用のサファイア基板を載置し、その他の条件を実施例２と同じくして、実施例５の選択比を求めた。
【００４６】
また、アルミニウムからなるトレイカバーを有するトレイにエッチング用のサファイア基板を載置し、その他の条件を実施例２と同じくして、実施例６の選択比を求めた。
その結果、実施例２の選択比は約０．７であった。また、実施例３の選択比は約０．６、実施例４の選択比は０．５〜０．６、実施例５の選択比は約０．５、実施例６の選択比は約０．６であった。このように、従来のように酸化アルミニウム製や石英製のトレイカバーを用いた場合、すなわち第１実施形態に記載の比較例１及び比較例２の選択比が０．４程度にとどまることに対し、上記実施例２〜６では０．４よりも高い選択比が得られることが確認された。
【００４７】
以上説明したように、第２実施形態のプラズマエッチング装置によれば、以下に列記する効果が得られるようになる。
（４）サファイア基板Ｓの端面の周囲に配置される包囲部材としてのトレイカバー２３を、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化イットリウム、及びアルミニウムのいずれか１つから形成した。従来のように酸化アルミニウム製や石英製のトレイカバーが用いられる場合、プラズマ中の粒子の衝突によってトレイカバー２３表面から酸素が放出されることにより、レジストマスク３０の酸化剤となる物質が生じていた。これに対し、トレイカバー２３の材料として上記の材料を用いた場合には、トレイカバー２３の表面から酸素が放出され難くなる。したがって、レジストマスク３０の酸化が抑制されるため、レジストマスク３０のエッチングレートを低下させることができるようになる。すなわち、エッチングにおけるサファイア基板Ｓの選択比を高めることが可能となる。
【００４８】
（５）トレイカバー２３を、一体形成されたものとした。これにより、トレイカバー２３を少ない工程数で製造することができる。
なお、上記の各実施形態は、例えば以下のような形態にて実施することもできる。
【００４９】
・上記実施形態では、トレイカバーが各材料から一体形成されているものとしたが、図６に示されるように、トレイカバー２４を、基材２４ａと基材２４ａの表面を被覆する被覆部２４ｂとから構成するようにしてもよい。トレイカバー２４には、例えばプラズマから与えられる熱によって変形しない程度の熱的な耐性が求められ、またサファイア基板の端面を囲む形状に加工され得る程度の加工性が求められる。この点、トレイカバー２４を基材２４ａと被覆部２４ｂとから形成するようにすれば、その材料の選択肢も広がることとなる。例えば、基材２４ａを従来と同様に酸化アルミニウムや石英等から形成し、被覆部２４ｂを、樹脂、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化イットリウム、及びアルミニウムのいずれかから形成するようにすれば、従来の材料の利点を生かしつつ上記（１）、もしくは（２）の効果を得ることができる。この場合、被覆部２４ｂは溶射や各種の膜形成方法を用いて形成するようにすればよい。
【００５０】
・上記のようにトレイカバー２４を基材２４ａと樹脂からなる被覆部２４ｂとにより形成する場合、トレイの外周部上のトレイカバーよりトレイの中央部上のトレイカバーの方が、被覆部２４ｂの厚さが大きくなるようにするとよい。トレイの中央部上、すなわちトレイカバーのうち複数のサファイア基板で挟まれる部分では、サファイア基板の枚数分だけサファイアのエッチングによって生じる酸素を含む粒子がトレイカバー表面に供給される一方、トレイの外周部上では、少なくともトレイの外側からは酸素を含む粒子が供給されない。したがって、トレイカバー２４の被覆部２４ｂは、トレイの中央部上の方が、外周部上よりも酸化によって多く消費される。この点、トレイの中央部上のトレイカバーの被覆部２４ｂの厚さを大きくして樹脂量を多くすることにより、トレイカバー表面における被覆部２４ｂが局所的に消失することを抑制することが可能となり、ひいては、基材２４ａの露出によるトレイカバーの交換の頻度を少なくすることができる。
【００５１】
・上記実施形態では、プラズマを生成するガスとして三塩化ホウ素ガスを用いたが、添加ガスとして、ＨＢｒ、Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ａｒ，Ｎ２、Ｈｅ、Ｘｅ、及びＨ２の少なくとも１つを用いるようにしてもよい。こうした添加ガスを用いる場合、反応ガス全体に対する三塩化ホウ素ガスの割合は、６０％〜９５％にするとサファイア基板のエッチングを進行させる上で好ましい。
【００５２】
・一体形成されたトレイカバー２３、もしくは基材２４ａと被覆部２４ｂとからなるトレイカバー２４の被覆部２４ｂをアルミニウムから形成する場合には、特に、上記添加ガスとしてＣｌ２を加えるようにするとよい。トレイカバー表面の材料としてアルミニウムを用いた場合、このトレイカバー表面は、サファイア基板表面と同様に塩素を含むエッチャントと反応する。したがって、添加ガスとしてＣｌ２を加えてプラズマ中の塩素を増加させることにより、サファイア基板表面と反応する塩素が減少してサファイア基板のエッチングレートが低下することを抑制することができる。
【００５３】
・上記実施形態及び変形例では、トレイカバー２１，２３、もしくはトレイカバー２４の被覆部２４ｂを、樹脂、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化イットリウム、及びアルミニウムのいずれか１つの材料から形成するようにしたが、２つ以上の材料を組み合わせて、トレイカバーを部分的に異なる材料からなるものとしてもよい。また、上記材料から形成する部分は、少なくともトレイカバーの表面、すなわちトレイカバーの被覆部の表面であればよい。
【００５４】
・トレイ内に載置されるサファイア基板の数は１枚でも複数枚でもよく、その数は任意である。
・包囲部材として、トレイカバーの他に、基板の外周に配置されて基板の位置ずれを抑制する外周リングや、基板の外周部にて基板をステージ上に固定するクランプリング等を採用してもよい。要は、包囲部材は、サファイア基板の端面の周囲に配置される部材であればよい。
【００５５】
・上記実施形態ではプラズマエッチング装置として、誘導結合型プラズマを用いて発光ダイオードの製造工程におけるサファイア基板のエッチングを行うエッチング装置を想定したが、プラズマを用いてサファイア基板のエッチングを行うエッチング装置であれば、プラズマの生成方法やサファイア基板の用途はこれに限られない。
【符号の説明】
【００５６】
１０…真空槽、１１…誘電窓、１２…ステージ、１３…クランプ部材、１４…排気部、１５…誘導アンテナ、１６…反応ガス供給部、２０…トレイ、２１，２３，２４…トレイカバー、２４ａ…基材、２４ｂ…被覆部、３０…レジストマスク、ＭＢ１…バイアス用整合器、ＭＢ２…アンテナ用整合器、ＲＦ１…バイアス用高周波電源、ＲＦ２…アンテナ用高周波電源、Ｓ…サファイア基板。
【技術分野】
【０００１】
本開示の技術は、プラズマを用いてサファイア基板をエッチングするプラズマエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体を発光層として有する発光ダイオードでは、従来から、発光層をエピタキシャル成長させるための基材としてサファイア基板が広く用いられている。また、こうした発光ダイオードの製造工程においては、発光層からの光の取り出し効率を高めるためにサファイア基板の表面に凹凸が形成され、該凹凸を形成するための技術として、例えば特許文献１に記載のように、プラズマエッチング技術が多用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３１８４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したサファイア基板のプラズマエッチングでは、通常、エッチングガスとして三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）が用いられ、下記式１に示される反応が進行することによりサファイア基板のエッチングが行われる。このとき、サファイア基板と同じ雰囲気に曝されるレジストパターンには、エッチング反応の生成物であるホウ素酸化物やそれの中間生成物である酸化源が接触することになる。その結果、式１に示される反応によって確かにサファイア基板のエッチングは進行するものの、他方では、こうしたエッチングの進行とともに、少なからずレジストマスクのエッチングも進行することとなる。そして、近年では、発光ダイオードの微細化の進行にともない、上記の凹凸形状に高アスペクト化が求められるため、上述したプラズマエッチング技術では、サファイア基板の選択比が上記要請を満たす程度には得られ難いという問題が生じている。結果として、レジストパターンを厚く形成することやメタルマスクを形成すること等の処置が必要となるために、製造工程の非効率化や複雑化を招く要因にもなっていた。
【０００５】
Ａｌ２Ｏ３＋ＢＣｌ３ → ＡｌｘＣｌｙ↑＋ＢｘＯｙＣｌｚ↑ …（式１）
本開示の技術は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、サファイアのエッチングにおいて選択比を高めることの可能なプラズマエッチング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様は、レジストマスクを有したエッチング対象物であるサファイア基板を収容する真空槽と、三塩化ホウ素を含むガスで前記真空槽内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記サファイア基板の端面の周囲に配置される包囲部材とを備え、前記包囲部材の表面が樹脂からなることを要旨とする。
【０００７】
上述したように、三塩化ホウ素を含むガスから生成されたプラズマでサファイアがエッチングされる際には、レジストマスクの酸化剤となり得る酸素若しくは酸素含有物質が生成される。この際、本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様によれば、エッチング時に生成される上記酸化剤の一部が、包囲部材の表面との反応によって消費されるため、レジストマスクに供給される酸化剤の量が先の消費量分だけ抑えられるようになる。さらに、プラズマ中の粒子が包囲部材の表面に衝突することによって、包囲部材の表面から樹脂がはじき出され、その後、こうした粒子の一部がレジストマスク上に堆積することによって、レジストマスク上に樹脂が供給される。そして、上述した酸化剤の消費とこの樹脂の供給とによってレジストマスクの酸化が抑制される結果、レジストマスクのエッチングレートを低下させることが可能になる。すなわち、エッチングにおけるサファイア基板の選択比を高めることが可能となる。
【０００８】
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様は、前記樹脂がポリイミドであることを要旨とする。
サファイア基板の端面の周囲に配置される包囲部材は、プラズマに曝されることによって高温となる場合がある。この点、本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様によれば、塩素に対する化学的な耐性を有する樹脂のうちで耐熱性に優れたポリイミドにより包囲部材が形成されるため、他の樹脂と比べて包囲部材の熱的な劣化を抑えることが可能である。
【０００９】
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様は、レジストマスクを有したエッチング対象物であるサファイア基板を収容する真空槽と、三塩化ホウ素を含むガスで前記真空槽内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記サファイア基板の端面の周囲に配置される包囲部材とを備え、前記包囲部材の表面が、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化イットリウム、及びアルミニウムの少なくとも１つからなることを要旨とする。
【００１０】
従来のように包囲部材の材料として酸化アルミニウムや石英が用いられる場合、プラズマ中の粒子の衝突によって包囲部材の表面から酸素が放出されることにより、レジストマスクの酸化剤となる物質が生じる。これに対し、本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様によれば、酸化アルミニウムや石英と比べて、包囲部材の表面から酸素が放出され難くなる。したがって、レジストマスクの酸化が抑制されるため、レジストマスクのエッチングレートを低下させることが可能になる。すなわち、エッチングにおけるサファイア基板の選択比を高めることが可能となる。
【００１１】
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様は、前記包囲部材が、基材と、該包囲部材の表面を構成して前記基材の表面を被覆する被覆部とを有することを要旨とする。
包囲部材には、例えばプラズマから与えられる熱によって変形しない程度の熱的な耐性が求められ、またサファイア基板の端面を囲む形状に加工され得る程度の加工性が求められる。この点、本発明におけるプラズマエッチング装置の一態様によれば、包囲部材を基材と被覆部とから形成しているため、例えば基材を形成する材料と被覆部を形成する材料とを互いに異ならせるなど、その材料の選択肢を広げることが可能となる。そのため、被覆部の形成材料において熱的な耐性や加工性が不足する場合であっても、基材の形成材料における熱的な耐性や加工性によって包囲部材としての要請が満たされ得ることになる。
【００１２】
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様は、前記包囲部材が、一体形成されたものであることを要旨とする。
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様によれば、包囲部材を基材と被覆部から形成する場合に比べて、包囲部材を少ない工程数で製造することが可能となる。
【００１３】
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様は、前記包囲部材の表面は、アルミニウムからなり、前記プラズマ生成部は、三塩化ホウ素及び塩素を含むガスから前記プラズマを生成することを要旨とする。
【００１４】
包囲部材の表面がアルミニウムから形成される場合、包囲部材の表面は、サファイア基板表面と同様に、塩素を含むエッチャントと反応する。本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様によれば、添加ガスとして塩素ガスが加えられることによってプラズマ中の塩素が増加するため、サファイア基板表面と反応する塩素が減少することでサファイア基板のエッチングレートが低下することを抑制することが可能となる。
【００１５】
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様は、複数の前記サファイア基板が載置されるトレイを備え、前記包囲部材は、前記トレイ上のうち前記サファイア基板以外の部分を覆うトレイカバーであることを要旨とする。
【００１６】
本開示におけるプラズマエッチング装置の一態様では、トレイカバーは複数のサファイア基板の間を埋めるように配置されているため、例えば外周リングやクランプリングのように１枚の基板の外周部分に円環状に配置される部材に比べて、サファイア基板の表面積に対する部材の表面積が大きくなる。したがって、上述のようなエッチングにおけるサファイア基板の選択比を高める効果をより顕著に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示におけるプラズマエッチング装置を具体化した第１実施形態について、その全体構成を真空槽の断面構造とともに示す装置構成図。
【図２】同第１実施形態におけるトレイ及びトレイカバーの斜視構造を示す斜視図。
【図３】同第１実施形態におけるトレイ及びトレイカバーの断面構造を示す断面図。
【図４】同第１実施形態におけるエッチングのメカニズムを示す概念図。
【図５】本開示におけるプラズマエッチング装置を具体化した第２実施形態について、そのエッチングのメカニズムを示す概念図。
【図６】本開示におけるプラズマエッチング装置の変形例について、その断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１実施形態］
以下、本開示におけるプラズマエッチング装置の第１実施形態について図１〜図４を参照して説明する。まず、プラズマエッチング装置の全体構成について、図１を参照して説明する。なお、本実施形態のプラズマエッチング装置は、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）を用いて、発光ダイオードの製造工程におけるサファイア基板のエッチングを行うエッチング装置を想定している。
【００１９】
図１に示されるように、円筒状の真空槽１０の上面における開口部には、石英からなる誘電窓１１が、開口部を封止するように取り付けられている。真空槽１０内における誘電窓１１の下方には、サファイア基板Ｓが載置されるトレイ２０を支持するステージ１２が設置されている。トレイ２０には、レジストマスクを有した複数のサファイア基板Ｓが載置され、トレイ２０上におけるサファイア基板Ｓ以外の部分は、トレイカバー２１によって覆われている。そして、これらトレイ２０とトレイカバー２１とは、クランプ部材１３によって、ステージ１２上に固定されている。
【００２０】
ステージ１２には、サファイア基板Ｓに負のバイアス電圧を印加するバイアス用高周波電源ＲＦ１が、バイアス用整合器ＭＢ１を介して接続されている。バイアス用高周波電源ＲＦ１は、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚである高周波電力を出力する。また、真空槽１０の底部には、該真空槽１０内を所定の圧力に減圧する排気部１４が接続されている。排気部１４は、例えば、ターボ分子ポンプと、その後段に接続されたドライポンプと、これらポンプの排気速度を調節するバルブとから構成されている。
【００２１】
一方、真空槽１０の外側には、誘電窓１１と互いに向い合うように渦巻き状の誘導アンテナ１５が設置されている。誘導アンテナ１５には、アンテナ用高周波電源ＲＦ２が、アンテナ用整合器ＭＢ２を介して接続されている。アンテナ用高周波電源ＲＦ２は、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚである高周波電力を誘導アンテナ１５に供給する。また、真空槽１０には、該真空槽１０内における誘電窓１１の下部に三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスを供給する反応ガス供給部１６が接続されている。そして、アンテナ用高周波電源ＲＦ２が誘導アンテナ１５に高周波電力を供給すると、誘電窓１１を介して真空槽１０内に高周波エネルギーが伝播されることで、三塩化ホウ素ガスからプラズマが生成される。このように生成されたプラズマによって、サファイア基板Ｓがレジストマスクの形状に応じた所望の形状にエッチングされる。
【００２２】
なお、本実施形態のプラズマエッチング装置では、上述した誘電窓１１、排気部１４、誘導アンテナ１５、アンテナ用高周波電源ＲＦ２、及び反応ガス供給部１６がプラズマ生成部を構成している。
【００２３】
次に、上述のトレイ２０及びトレイカバー２１の構成について、図２，図３を参照して説明する。
図２に示されるように、トレイ２０を構成する円板状のトレイ本体２０ａの上面には、トレイ本体２０ａよりも小径の円板状をなす５つの載置部２０ｂが突設されている。載置部２０ｂは、その上面にサファイア基板Ｓが載置される部分であって、載置部２０ｂの直径はサファイア基板Ｓの直径よりもやや小さく形成されている。これらトレイ本体２０ａ及び載置部２０ｂは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）もしくは石英（ＳｉＯ２）によって一体的に形成されている。
【００２４】
一方、トレイカバー２１は、トレイ本体２０ａと同じ直径を有する円板状に形成され、トレイ２０の載置部２０ｂが嵌め込まれる５つの嵌入孔２２を有している。図３に示されるように、５つの嵌入孔２２の各々は、下段円形孔２２ａと上段円形孔２２ｂとからなる２段の円形孔である。このうち、下段円形孔２２ａの直径及び高さは、載置部２０ｂの直径ｄ１及び高さｈ１と等しい。また、上段円形孔２２ｂの直径ｄ２は、サファイア基板Ｓの直径と等しく、また上段円形孔２２ｂの高さｈ２は、サファイア基板Ｓの厚さの１〜２倍程度である。こうしたトレイカバー２１を形成する材料は、従来の酸化アルミニウムや石英とは異なる樹脂の一つであるポリイミドである。
【００２５】
そして、トレイカバー２１の下段円形孔２２ａにトレイ２０の載置部２０ｂが嵌め込まれることによって、トレイカバー２１がトレイ２０上に固定される。また、トレイカバーの上段円形孔２２ｂとトレイ２０の載置部２０ｂの上面とにより形成される凹部内に、サファイア基板Ｓが載置される。こうして、サファイア基板Ｓは、その端面の周囲に配置されるトレイカバー２１によってトレイ２０上に固定されることとなる。そして、トレイカバー２１が上記ポリイミドから形成されることによって、レジストマスクのエッチングレートに対するサファイア基板のエッチングレートの比である選択比が高められる。
【００２６】
次に、本実施形態のプラズマエッチング装置の作用について、図４を参照して説明する。なお、図４では、説明の便宜上、サファイア基板Ｓ上のレジストマスク３０の大きさが、サファイア基板Ｓやトレイカバー２１の大きさに対して誇張されている。
【００２７】
図４に示されるように、サファイア基板Ｓのエッチング時には、三塩化ホウ素ガスから生成されたプラズマ中の正イオンのうち塩素を含む正イオンであるエッチャントＰ１が、負のバイアス電圧が印加されたサファイア基板Ｓの表面に引き込まれる。エッチャントＰ１が引き込まれると、レジストマスク３０に覆われていないサファイア基板Ｓの表面では、サファイアとエッチャントとが反応することによって、揮発性のＡｌＣｌ３粒子Ｐ２が生成される。また、サファイア基板Ｓの表面では、酸素もしくは酸素を含むホウ化物等、酸素を含む揮発性の粒子Ｐ３が生成され、これによってサファイア基板Ｓがその厚さ方向にエッチングされる。この際、酸素を含む粒子Ｐ３が樹脂の酸化剤としての性質を有するため、粒子Ｐ３の一部がレジストマスク３０と反応してＣＯやＣＯ２となる一方で、同様に粒子Ｐ３の一部がポリイミドからなるトレイカバー２１表面とも反応してＣＯやＣＯ２となって排気される。
【００２８】
すなわち、従来のように、トレイカバー２１が酸化アルミニウムや石英から形成されている場合、酸素を含む粒子Ｐ３は、トレイカバー２１表面と反応することはなく、専らレジストマスク３０と反応する。そのため、サファイア基板のエッチングが進行するにつれて、レジストマスク３０のエッチングも進行することとなっていた。これに対して、本実施形態では、酸素を含む粒子Ｐ３がトレイカバー２１表面とも反応するため、トレイカバー２１が酸化アルミニウムや石英から形成されている場合と比べて、レジストマスク３０と反応する粒子Ｐ３を減少させることができる。これにより、レジストマスク３０のエッチングが抑制されてレジストマスク３０のエッチングレートが低下することとなる。その結果、レジストマスクのエッチングレートに対するサファイア基板のエッチングレートの比である選択比を高めることが可能となる。
【００２９】
また、トレイカバー２１にはサファイア基板Ｓと同様に負のバイアス電圧が印加されているため、トレイカバー２１の表面には、プラズマ中における正の電荷を帯びた粒子Ｐ４が引き込まれる。そして、正の電荷を帯びた粒子Ｐ４がトレイカバー２１と衝突することによって、ポリイミド粒子Ｐ５がトレイカバー２１の表面からはじき出され、はじき出されたポリイミド粒子Ｐ５が、サファイア基板Ｓ上に堆積する。このとき、サファイア基板Ｓのうちで露出した部分、すなわちエッチングが進行している部分は、レジストマスク３０で囲まれている。そのため、エッチングが進行している部分に堆積するポリイミド粒子Ｐ５は、レジストマスク３０に堆積するポリイミド粒子Ｐ５よりも自ずと少なくなる。すなわち、トレイカバー２１から放出されたポリイミド粒子Ｐ５がレジストマスク３０に堆積するため、レジストマスク３０の表面には、エッチングの進行中に樹脂であるポリイミドが供給され続けることとなる。したがって、こうした現象からもレジストマスク３０のエッチングレートが低下することとなる。その結果、エッチングにおけるサファイア基板Ｓの選択比をさらに高めることが可能となる。
【００３０】
また、複数のサファイア基板Ｓの間を埋めるようにトレイカバー２１が配置されるため、例えばサファイア基板Ｓの外周を囲う円環状の外周リングがポリイミドで形成される態様に比べて、ポリイミドの表面積が大きくなる。したがって、上述のような作用による効果をより顕著に得ることができる。
【００３１】
なお、トレイカバー２１の材料としては、ポリイミドに代えて、例えばポリテトラフルオロチレン（テフロン：登録商標）等の他の樹脂を用いてもよい。これによっても、上述のメカニズムと同様のメカニズムによって、エッチングにおけるサファイア基板の選択比を高めることが可能となる。ただし、ポリイミドは耐熱性に優れた樹脂であるため、プラズマに曝されることによって１００℃を超える高温となる場合があるトレイカバーの材料に特に適している。
【００３２】
［実施例］
以下、上記実施形態の実施例を詳細に説明する。
まず、直径が６インチのサファイア基板の表面に厚さが３μｍのレジストマスクを形成してエッチング用のサファイア基板を作成した。次いで、ポリイミドからなるトレイカバーを有するトレイに３つのサファイア基板を載置し、三塩化ホウ素ガスから生成したプラズマによって、これら３つのサファイア基板のエッチングを行った。その後、レジストマスクの厚さとサファイア基板のレジストマスクで覆われていない部分の厚さとを走査型電子顕微鏡を用いて測定して、レジストマスクのエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）とサファイア基板のエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）を算出した。そして、レジストマスクのエッチングレートに対するサファイア基板のエッチングレートの比（［サファイア基板のエッチングレート］／［レジストマスクのエッチングレート］）である実施例１の選択比を求めた。なお、サファイア基板のエッチングは、以下の条件にて行われた。
【００３３】
・三塩化ホウ素ガスの流量 ２０〜２００ｓｃｃｍ
・アンテナ用高周波電源の出力 ５００〜３０００Ｗ
・バイアス用高周波電源の出力 ５０〜２０００Ｗ
・真空槽内の圧力 ０．１〜２Ｐａ
また、酸化アルミニウムからなるトレイカバーを有するトレイにエッチング用のサファイア基板を載置し、その他の条件を実施例１と同じくして、比較例１の選択比を求めた。
【００３４】
また、石英からなるトレイカバーを有するトレイにエッチング用のサファイア基板を載置し、その他の条件を実施例１と同じくして、比較例２の選択比を求めた。
その結果、比較例１及び比較例２の選択比は約０．４であった。これに対し、実施例１の選択比は、０．９〜１．０であった。すなわち、従来のように酸化アルミニウム製や石英製のトレイカバーを用いた場合、選択比が０．４程度にとどまることに対し、ポリイミド製のトレイカバーを用いた場合には、１に近い選択比が得られることが確認された。
【００３５】
以上説明したように、第１実施形態のプラズマエッチング装置によれば、以下に列記する効果が得られるようになる。
（１）サファイア基板Ｓの端面の周囲に配置される包囲部材としてのトレイカバー２１を、樹脂から形成した。これにより、サファイア基板Ｓのエッチング時に生成される酸化剤の一部が、トレイカバー２１の表面との反応によって消費されるため、レジストマスク３０に供給される酸化剤の量が先の消費量分だけ抑えられるようになる。さらに、プラズマ中の粒子がトレイカバー２１の表面に衝突することによって、トレイカバー２１の表面から樹脂がはじき出され、その後、こうした粒子の一部がレジストマスク３０上に堆積することによって、レジストマスク３０上に樹脂が供給される。そして、上述した酸化剤の消費とこの樹脂の供給とによってレジストマスク３０の酸化が抑制される結果、レジストマスク３０のエッチングレートを低下させることが可能になる。すなわち、エッチングにおけるサファイア基板Ｓの選択比を高めることが可能となる。
【００３６】
（２）特に、樹脂としてポリイミドを用いた。これにより、特に高い選択比を得ることが可能となる。また、トレイカバー２１は、プラズマに曝されることによって１００℃を超える高温となる場合があるが、ポリイミドは耐熱性に優れており、こうしたトレイカバー２１の材料として特に適している。
【００３７】
（３）トレイカバー２１を、一体形成されたものとした。これにより、トレイカバー２１を少ない工程数で製造することができる。また、トレイカバー２１の表面が酸化により消費されていっても、上記（１）の効果を長く維持することが可能であり、ひいてはトレイカバー２１を交換する頻度を少なくすることができる。
［第２実施形態］
以下、本開示におけるプラズマエッチング装置を具体化した第２実施形態について、図５を参照して説明する。なお、本実施形態は、上記第１実施形態と比較して、トレイカバーの材質が異なっている。そのため、以下では、こうした相違点を中心に説明する。
【００３８】
本実施形態では、トレイカバーを窒化ホウ素（ＢＮ）から一体形成している。そして、これにより、エッチングにおけるサファイア基板の選択比を高めている。
続いて、本実施形態のプラズマエッチング装置の作用について、図５を参照して説明する。なお、図５でも、図４と同様に、説明の便宜上、サファイア基板Ｓ上のレジストマスク３０の大きさが、サファイア基板Ｓやトレイカバー２３の大きさに対して誇張されている。
【００３９】
図５に示されるように、サファイア基板Ｓのエッチング時には、第１実施形態と同様、三塩化ホウ素ガスから生成されたプラズマ中の正イオンのうち塩素を含む正イオンであるエッチャントＰ１が、負のバイアス電圧が印加されたサファイア基板Ｓの表面に引き込まれる。エッチャントＰ１が引き込まれると、レジストマスク３０に覆われていないサファイア基板Ｓの表面では、サファイアとエッチャントとが反応することによって、揮発性のＡｌＣｌ３粒子Ｐ２が生成される。また、サファイア基板Ｓの表面では、酸素もしくは酸素を含むホウ化物等、酸素を含む揮発性の粒子Ｐ３が生成される。そして、粒子Ｐ３の一部はレジストマスク３０と反応し、ＣＯやＣＯ２となって排気される。
【００４０】
一方、トレイカバー２３にもサファイア基板Ｓと同様に負のバイアス電圧が印加されているため、トレイカバー２３の表面には、プラズマ中における正の電荷を帯びた粒子Ｐ４が引き込まれる。従来のように、トレイカバーが酸化アルミニウムや石英から形成されている場合、酸化アルミニウムや石英はその構成原素に酸素を含むため、正の電荷を帯びた粒子Ｐ４の衝突によって、トレイカバー表面から酸素が放出される。そして、このトレイカバー表面から放出された酸素やその反応物が、上記粒子Ｐ３と同様、レジストマスクの酸化剤として働くために、レジストマスク３０のエッチングが進行することとなっていた。
【００４１】
しかし、本実施形態では、トレイカバー２３が窒化ホウ素から形成されているため、正の電荷を帯びた粒子Ｐ４が衝突しても、トレイカバー２３の表面から酸素が放出されることがない。したがって、トレイカバー２３が酸化アルミニウムや石英から形成されている場合と比べて、レジストマスク３０を酸化させる物質を減少させることができる。これにより、レジストマスク３０のエッチングが抑制されてレジストマスク３０のエッチングレートが低下することとなる。その結果、エッチングにおけるサファイア基板Ｓの選択比を高めることが可能となる。
【００４２】
なお、トレイカバー２３の材料としては、窒化ホウ素の他に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、及びアルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。これらの材料を用いた場合にも、上述のメカニズムと同様のメカニズムによって、エッチングにおけるサファイア基板Ｓの選択比を高めることが可能となる。ちなみに、酸化イットリウムはその構成元素に酸素を含むものの、原子間の結合が強固であるため、酸素が放出され難い性質を有している。
【００４３】
［実施例］
以下、上記実施形態の実施例を詳細に説明する。
まず、直径が６インチのサファイア基板の表面に厚さが６μｍのレジストマスクを形成してエッチング用のサファイア基板を作成した。次いで、窒化ホウ素からなるトレイカバーを有するトレイに３つのサファイア基板を載置し、三塩化ホウ素ガスから生成したプラズマによって、これら３つのサファイア基板のエッチングを行った。その後、レジストマスクの厚さとサファイア基板のレジストマスクで覆われていない部分の厚さとを走査型電子顕微鏡を用いて測定して、レジストマスクのエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）とサファイア基板のエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）を算出した。そして、レジストマスクのエッチングレートに対するサファイア基板のエッチングレートの比（［サファイア基板のエッチングレート］／［レジストマスクのエッチングレート］）である実施例２の選択比を求めた。なお、サファイア基板のエッチングは、以下の条件にて行われた。
【００４４】
・三塩化ホウ素ガスの流量 ２０〜２００ｓｃｃｍ
・アンテナ用高周波電源の出力 ５００〜３０００Ｗ
・バイアス用高周波電源の出力 ５０〜２０００Ｗ
・真空槽内の圧力 ０．１〜２Ｐａ
また、窒化アルミニウムからなるトレイカバーを有するトレイにエッチング用のサファイア基板を載置し、その他の条件を実施例２と同じくして、実施例３の選択比を求めた。
【００４５】
また、炭化珪素からなるトレイカバーを有するトレイにエッチング用のサファイア基板を載置し、その他の条件を実施例２と同じくして、実施例４の選択比を求めた。
また、酸化イットリウムからなるトレイカバーを有するトレイにエッチング用のサファイア基板を載置し、その他の条件を実施例２と同じくして、実施例５の選択比を求めた。
【００４６】
また、アルミニウムからなるトレイカバーを有するトレイにエッチング用のサファイア基板を載置し、その他の条件を実施例２と同じくして、実施例６の選択比を求めた。
その結果、実施例２の選択比は約０．７であった。また、実施例３の選択比は約０．６、実施例４の選択比は０．５〜０．６、実施例５の選択比は約０．５、実施例６の選択比は約０．６であった。このように、従来のように酸化アルミニウム製や石英製のトレイカバーを用いた場合、すなわち第１実施形態に記載の比較例１及び比較例２の選択比が０．４程度にとどまることに対し、上記実施例２〜６では０．４よりも高い選択比が得られることが確認された。
【００４７】
以上説明したように、第２実施形態のプラズマエッチング装置によれば、以下に列記する効果が得られるようになる。
（４）サファイア基板Ｓの端面の周囲に配置される包囲部材としてのトレイカバー２３を、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化イットリウム、及びアルミニウムのいずれか１つから形成した。従来のように酸化アルミニウム製や石英製のトレイカバーが用いられる場合、プラズマ中の粒子の衝突によってトレイカバー２３表面から酸素が放出されることにより、レジストマスク３０の酸化剤となる物質が生じていた。これに対し、トレイカバー２３の材料として上記の材料を用いた場合には、トレイカバー２３の表面から酸素が放出され難くなる。したがって、レジストマスク３０の酸化が抑制されるため、レジストマスク３０のエッチングレートを低下させることができるようになる。すなわち、エッチングにおけるサファイア基板Ｓの選択比を高めることが可能となる。
【００４８】
（５）トレイカバー２３を、一体形成されたものとした。これにより、トレイカバー２３を少ない工程数で製造することができる。
なお、上記の各実施形態は、例えば以下のような形態にて実施することもできる。
【００４９】
・上記実施形態では、トレイカバーが各材料から一体形成されているものとしたが、図６に示されるように、トレイカバー２４を、基材２４ａと基材２４ａの表面を被覆する被覆部２４ｂとから構成するようにしてもよい。トレイカバー２４には、例えばプラズマから与えられる熱によって変形しない程度の熱的な耐性が求められ、またサファイア基板の端面を囲む形状に加工され得る程度の加工性が求められる。この点、トレイカバー２４を基材２４ａと被覆部２４ｂとから形成するようにすれば、その材料の選択肢も広がることとなる。例えば、基材２４ａを従来と同様に酸化アルミニウムや石英等から形成し、被覆部２４ｂを、樹脂、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化イットリウム、及びアルミニウムのいずれかから形成するようにすれば、従来の材料の利点を生かしつつ上記（１）、もしくは（２）の効果を得ることができる。この場合、被覆部２４ｂは溶射や各種の膜形成方法を用いて形成するようにすればよい。
【００５０】
・上記のようにトレイカバー２４を基材２４ａと樹脂からなる被覆部２４ｂとにより形成する場合、トレイの外周部上のトレイカバーよりトレイの中央部上のトレイカバーの方が、被覆部２４ｂの厚さが大きくなるようにするとよい。トレイの中央部上、すなわちトレイカバーのうち複数のサファイア基板で挟まれる部分では、サファイア基板の枚数分だけサファイアのエッチングによって生じる酸素を含む粒子がトレイカバー表面に供給される一方、トレイの外周部上では、少なくともトレイの外側からは酸素を含む粒子が供給されない。したがって、トレイカバー２４の被覆部２４ｂは、トレイの中央部上の方が、外周部上よりも酸化によって多く消費される。この点、トレイの中央部上のトレイカバーの被覆部２４ｂの厚さを大きくして樹脂量を多くすることにより、トレイカバー表面における被覆部２４ｂが局所的に消失することを抑制することが可能となり、ひいては、基材２４ａの露出によるトレイカバーの交換の頻度を少なくすることができる。
【００５１】
・上記実施形態では、プラズマを生成するガスとして三塩化ホウ素ガスを用いたが、添加ガスとして、ＨＢｒ、Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ａｒ，Ｎ２、Ｈｅ、Ｘｅ、及びＨ２の少なくとも１つを用いるようにしてもよい。こうした添加ガスを用いる場合、反応ガス全体に対する三塩化ホウ素ガスの割合は、６０％〜９５％にするとサファイア基板のエッチングを進行させる上で好ましい。
【００５２】
・一体形成されたトレイカバー２３、もしくは基材２４ａと被覆部２４ｂとからなるトレイカバー２４の被覆部２４ｂをアルミニウムから形成する場合には、特に、上記添加ガスとしてＣｌ２を加えるようにするとよい。トレイカバー表面の材料としてアルミニウムを用いた場合、このトレイカバー表面は、サファイア基板表面と同様に塩素を含むエッチャントと反応する。したがって、添加ガスとしてＣｌ２を加えてプラズマ中の塩素を増加させることにより、サファイア基板表面と反応する塩素が減少してサファイア基板のエッチングレートが低下することを抑制することができる。
【００５３】
・上記実施形態及び変形例では、トレイカバー２１，２３、もしくはトレイカバー２４の被覆部２４ｂを、樹脂、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化イットリウム、及びアルミニウムのいずれか１つの材料から形成するようにしたが、２つ以上の材料を組み合わせて、トレイカバーを部分的に異なる材料からなるものとしてもよい。また、上記材料から形成する部分は、少なくともトレイカバーの表面、すなわちトレイカバーの被覆部の表面であればよい。
【００５４】
・トレイ内に載置されるサファイア基板の数は１枚でも複数枚でもよく、その数は任意である。
・包囲部材として、トレイカバーの他に、基板の外周に配置されて基板の位置ずれを抑制する外周リングや、基板の外周部にて基板をステージ上に固定するクランプリング等を採用してもよい。要は、包囲部材は、サファイア基板の端面の周囲に配置される部材であればよい。
【００５５】
・上記実施形態ではプラズマエッチング装置として、誘導結合型プラズマを用いて発光ダイオードの製造工程におけるサファイア基板のエッチングを行うエッチング装置を想定したが、プラズマを用いてサファイア基板のエッチングを行うエッチング装置であれば、プラズマの生成方法やサファイア基板の用途はこれに限られない。
【符号の説明】
【００５６】
１０…真空槽、１１…誘電窓、１２…ステージ、１３…クランプ部材、１４…排気部、１５…誘導アンテナ、１６…反応ガス供給部、２０…トレイ、２１，２３，２４…トレイカバー、２４ａ…基材、２４ｂ…被覆部、３０…レジストマスク、ＭＢ１…バイアス用整合器、ＭＢ２…アンテナ用整合器、ＲＦ１…バイアス用高周波電源、ＲＦ２…アンテナ用高周波電源、Ｓ…サファイア基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジストマスクを有したエッチング対象物であるサファイア基板を収容する真空槽と、
三塩化ホウ素を含むガスで前記真空槽内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記サファイア基板の端面の周囲に配置される包囲部材とを備え、
前記包囲部材の表面が樹脂からなる
プラズマエッチング装置。
【請求項２】
前記樹脂がポリイミドである
請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
レジストマスクを有したエッチング対象物であるサファイア基板を収容する真空槽と、
三塩化ホウ素を含むガスで前記真空槽内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記サファイア基板の端面の周囲に配置される包囲部材とを備え、
前記包囲部材の表面が、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化イットリウム、及びアルミニウムの少なくとも１つからなる
プラズマエッチング装置。
【請求項４】
前記包囲部材が、
基材と、
該包囲部材の表面を構成して前記基材の表面を被覆する被覆部とを有する
請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項５】
前記包囲部材が、一体形成されたものである
請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項６】
前記包囲部材の表面は、アルミニウムからなり、
前記プラズマ生成部は、三塩化ホウ素及び塩素を含むガスから前記プラズマを生成する
請求項３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項７】
複数の前記サファイア基板が載置されるトレイを備え、
前記包囲部材は、前記トレイ上のうち前記サファイア基板以外の部分を覆うトレイカバーである
請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１】
レジストマスクを有したエッチング対象物であるサファイア基板を収容する真空槽と、
三塩化ホウ素を含むガスで前記真空槽内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記サファイア基板の端面の周囲に配置される包囲部材とを備え、
前記包囲部材の表面が樹脂からなる
プラズマエッチング装置。
【請求項２】
前記樹脂がポリイミドである
請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
レジストマスクを有したエッチング対象物であるサファイア基板を収容する真空槽と、
三塩化ホウ素を含むガスで前記真空槽内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記サファイア基板の端面の周囲に配置される包囲部材とを備え、
前記包囲部材の表面が、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化イットリウム、及びアルミニウムの少なくとも１つからなる
プラズマエッチング装置。
【請求項４】
前記包囲部材が、
基材と、
該包囲部材の表面を構成して前記基材の表面を被覆する被覆部とを有する
請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項５】
前記包囲部材が、一体形成されたものである
請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項６】
前記包囲部材の表面は、アルミニウムからなり、
前記プラズマ生成部は、三塩化ホウ素及び塩素を含むガスから前記プラズマを生成する
請求項３に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項７】
複数の前記サファイア基板が載置されるトレイを備え、
前記包囲部材は、前記トレイ上のうち前記サファイア基板以外の部分を覆うトレイカバーである
請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマエッチング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１０１９９２（Ｐ２０１３−１０１９９２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４３５９４（Ｐ２０１１−２４３５９４）
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月７日（２０１１．１１．７）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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