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JP5714348B2 - Method for vapor phase chemical etching of substrate - Google Patents

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JP5714348B2 JP2011017139A JP2011017139A JP5714348B2 JP 5714348 B2 JP5714348 B2 JP 5714348B2 JP 2011017139 A JP2011017139 A JP 2011017139A JP 2011017139 A JP2011017139 A JP 2011017139A JP 5714348 B2 JP5714348 B2 JP 5714348B2
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Description

本発明は、研削された外周面を有する基板について、その上面と外周面とを均一に気相化学エッチングする上で好適な基板の気相化学エッチング方法に関する。   The present invention relates to a method for vapor-phase chemical etching of a substrate suitable for uniformly vapor-phase chemical etching of the upper surface and the outer peripheral surface of a substrate having a ground outer peripheral surface.

従来より、半導体や光学素子等の基板の表面を研磨するための方法として、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)が知られている(例えば、特許文献1参照。)。CMPでは、円板状の定盤上に表面に研磨布が貼り付けられた研磨体を配置し、次に被研磨体を回転させ、研磨対象となる基板を回転させながら研磨体に押し付ける。そして、この研磨体上で、研磨対象としての基板を回転させる等の相対運動を行わせることにより、基板の表面の機械的研磨が行われる。このとき、研磨体と基板との間には研磨剤を供給することにより、当該研磨剤による化学的作用を発揮させることで、基板の表面の化学的研磨が実現される。この研磨剤は、一般に、酸化セリウムを主成分とするものが用いられている。CMPを利用することにより、例えば、10nm程度の径からなる凸部であれば大概除去することが可能となる。   Conventionally, chemical mechanical polishing (CMP) is known as a method for polishing the surface of a substrate such as a semiconductor or an optical element (see, for example, Patent Document 1). In CMP, a polishing body having a polishing cloth attached to a surface is placed on a disk-shaped surface plate, and then the object to be polished is rotated and pressed against the polishing body while rotating the substrate to be polished. Then, the surface of the substrate is mechanically polished by performing a relative motion such as rotating the substrate as an object to be polished on the polishing body. At this time, chemical polishing of the surface of the substrate is realized by supplying a polishing agent between the polishing body and the substrate to exert a chemical action by the polishing agent. As this abrasive, one having cerium oxide as a main component is generally used. By using CMP, for example, a convex portion having a diameter of about 10 nm can be almost removed.

ところで特許文献1の開示技術によれば、研磨剤としていわゆるレアメタルとして知られる酸化セリウムを用いる必要がある。酸化セリウムは、その産出国が限られている等の理由により非常に高価なものであり、製造コストを低減させる観点からは、ナノスケール以上のサイズの凸部をCMPによることなく平坦化できるような方法の提案が望まれていた。また、この特許文献1の開示技術によれば、10nm以下の数nmのオーダの凸部、或いは1nm以下のオーダの凸部については好適に研磨することができないという問題点があった。特にかかる数ナノオーダでの研磨は、例えば、ハードディスクや光ディスク等のような、ナノオーダの凹凸が僅かに存在した場合に品質を大幅に低下させてしまう製品に応用する場合において特に強い要望があるため、これに応えることができる研磨方法が特に近年において望まれていた。   By the way, according to the technique disclosed in Patent Document 1, it is necessary to use cerium oxide known as a so-called rare metal as an abrasive. Cerium oxide is very expensive because its production country is limited. From the viewpoint of reducing the manufacturing cost, it is possible to flatten a convex part having a size larger than nanoscale without CMP. Proposal of a new method was desired. In addition, according to the disclosed technique of Patent Document 1, there is a problem that a convex part of the order of several nm of 10 nm or less, or a convex part of the order of 1 nm or less cannot be suitably polished. In particular, polishing in the order of several nanometers has a particularly strong demand in the case of application to a product that greatly deteriorates the quality when there are slight irregularities in the nanoorder, such as hard disks and optical disks, for example. In recent years, a polishing method capable of meeting this demand has been desired.

このため、近接場光を利用したエッチング方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。この近接場光を利用したエッチング方法では、エッチングガス雰囲気中においてエッチングガス分子の吸収端波長より長波長の光を基板に照射することにより、その基板の表面に形成されたナノスケールの凸部に近接場光を発生させ、その近接場光に基づき非断熱過程を経てエッチングガス分子を解離させることによって、そのナノスケールの凸部を選択的にエッチングすることを特徴としている。   For this reason, an etching method using near-field light has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In this etching method using near-field light, by irradiating the substrate with light having a wavelength longer than the absorption edge wavelength of the etching gas molecules in the etching gas atmosphere, the nanoscale protrusions formed on the surface of the substrate are irradiated. It is characterized by selectively etching the nanoscale protrusions by generating near-field light and dissociating etching gas molecules through a non-adiabatic process based on the near-field light.

特開平11−129155号公報JP-A-11-129155 特開2009−94345号公報JP 2009-94345 A

大津元一、小林潔"ナノフォトニクスの基礎"オーム社、P141、P206〜P208(2006年)Genichi Otsu, Kiyoshi Kobayashi "Nanophotonics Basics" Ohm, P141, P206-P208 (2006)

ところで、上述した特許文献2に開示の技術によれば、近接場光はあくまで外部から照射する光に基づいて発生させることを前提としたものである。このため、例えば円盤状の光ディスクに対して引用文献2に開示の手法によりエッチングを行う場合には、光が照射される光ディスクの上面に形成された微小な凹凸を除去することができる反面、研削された側端面、更には側端面と上面、並びに側端面と底面との角を面取りすることにより形成されるチャンファー部等には、外部から光が到達しない場合もある。その結果、側端面やチャンファー部に形成された凹凸には近接場光を発生させることができず、ガス分子を解離させることによるエッチングを実現することができない。即ち、光ディスクや基板等のような立体形状の上面のみならず、外周面を始めとした各面に対しても同時に光を照射させることができないため、近接場光を発生させることができない結果、全ての面について同時に均一なエッチングを行うことができないという問題点があった。   By the way, according to the technique disclosed in Patent Document 2 described above, it is assumed that near-field light is generated based on light emitted from the outside. For this reason, for example, when etching is performed on a disk-shaped optical disc by the method disclosed in the cited document 2, minute unevenness formed on the upper surface of the optical disc irradiated with light can be removed, but grinding is performed. In some cases, light does not reach the chamfered portion formed by chamfering the corners between the side end surfaces, the side end surfaces and the top surface, and the side end surfaces and the bottom surface. As a result, the near-field light cannot be generated on the unevenness formed on the side end face or the chamfer portion, and etching by dissociating gas molecules cannot be realized. That is, not only the three-dimensional upper surface such as an optical disk or a substrate, but also the respective surfaces including the outer peripheral surface cannot be irradiated with light at the same time, so that the near-field light cannot be generated. There is a problem that uniform etching cannot be performed on all surfaces simultaneously.

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、光ディスクや基板等のような立体形状の上面と外周面とを均一にエッチングすることが可能な基板のエッチング方法を提供することにある。   Therefore, the present invention has been devised in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to uniformly etch the upper surface and outer peripheral surface of a three-dimensional shape such as an optical disk or a substrate. It is an object of the present invention to provide a possible substrate etching method.

請求項1に係る基板の気相化学エッチング方法は、基板をエッチングガス雰囲気中に配置し、上記エッチングガスを構成するガス分子の吸収端波長以上の光を上記基板内に入射させ、上記入射された上記光を上記基板上面と基板底面との間で反射させ、上記反射される光が上記基板内から外部へと出射されることによる伝搬光に基づいて上記エッチングガスを解離させてその出射面に光の回折限界以下のピッチで形成された凹凸をエッチングし、及び/又は当該伝搬光に基づいて上記凹凸における少なくとも角部に近接場光を発生させ、この発生させた近接場光に基づいて上記エッチングガスを解離させてエッチングすることを特徴とする。 In the method for vapor phase chemical etching of a substrate according to claim 1, the substrate is placed in an etching gas atmosphere, and light having an absorption edge wavelength or more of gas molecules constituting the etching gas is incident on the substrate. The light is reflected between the substrate top surface and the substrate bottom surface, and the etching gas is dissociated based on the propagating light generated when the reflected light is emitted from the substrate to the outside. Etching the irregularities formed at a pitch below the diffraction limit of light and / or generating near-field light at least at the corners of the irregularities based on the propagation light, and based on the generated near-field light Etching is performed by dissociating the etching gas.

請求項2に係る基板の気相化学エッチング方法は、請求項1記載の発明において、側端面を有する基板をエッチングガス雰囲気中に配置し、上記基板内に入射された上記光を上記基板上面と基板底面との間で反射させつつ上記側端面まで導き、上記側端面を介して外部へと出射されることによる伝搬光に基づいて、その側端面に形成された凹凸をエッチングし、及び/又は当該伝搬光に基づいて上記凹凸における少なくとも角部に近接場光を発生させ、この発生させた近接場光に基づいて上記エッチングガスを解離させてエッチングすることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a gas phase chemical etching method for a substrate according to the first aspect of the invention, wherein the substrate having a side end face is disposed in an etching gas atmosphere, and the light incident on the substrate is irradiated with the upper surface of the substrate. Guide to the side end surface while reflecting between the bottom surface of the substrate, etch the unevenness formed on the side end surface based on the propagation light emitted to the outside through the side end surface, and / or Based on the propagating light, near-field light is generated at least at the corners of the unevenness, and the etching gas is dissociated and etched based on the generated near-field light.

請求項3に係る基板の気相化学エッチング方法は、請求項1又は2記載の発明において、上記光をプリズムを介して上記基板上面に対して斜めに入射させることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the method for vapor phase chemical etching of a substrate according to the first or second aspect, wherein the light is incident obliquely on the upper surface of the substrate through a prism.

上述した構成からなる本発明によれば、光ディスクや基板等のような立体形状の上面のみならず、外周面、底面を始めとした各面に対しても同時に近接場光を発生させることができ、全ての面について同時に均一なエッチングを行うことが可能となる。   According to the present invention having the above-described configuration, near-field light can be generated not only on a three-dimensional top surface such as an optical disc or a substrate but also on each surface including an outer peripheral surface and a bottom surface. It is possible to perform uniform etching on all surfaces simultaneously.

本発明を適用したエッチング処理を行うための気相化学エッチング装置を示す図である。It is a figure which shows the vapor phase chemical etching apparatus for performing the etching process to which this invention is applied. 本発明によるエッチング対象としての基板の拡大図である。It is an enlarged view of the board | substrate as an etching object by this invention. エッチングガスのガス分子の原子核間距離に対するポテンシャルエネルギーの関係について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship of the potential energy with respect to the internuclear distance of the gas molecule of etching gas. 断熱過程及び非断熱過程のメカニズムについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mechanism of an adiabatic process and a non-adiabatic process. 外周面から外部へ出射された伝搬光に基づいて近接場光を発生させる場合について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where near field light is generated based on the propagation light radiate | emitted outside from the outer peripheral surface. 近接場光による気相化学エッチングのメカニズムについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mechanism of the gaseous-phase chemical etching by a near field light. 基板の表面にガス分子が吸着したときのガス分子のポテンシャルエネルギーを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the potential energy of a gas molecule when a gas molecule adsorb | sucks to the surface of a board | substrate. 断熱過程と非断熱過程の双方が同時に生じている場合について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the case where both the heat insulation process and the non-adiabatic process have arisen simultaneously.

以下、本発明を適用した基板の気相化学エッチング方法を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out a gas phase chemical etching method of a substrate to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

本発明に係る気相化学エッチング方法では、次に説明するような気相化学エッチング装置1を利用して後述のエッチング処理を行う。   In the gas phase chemical etching method according to the present invention, an after-mentioned etching process is performed using a gas phase chemical etching apparatus 1 as described below.

気相化学エッチング装置1は、図1に示すように、第1実施形態において、チャンバ11と、チャンバ11内に配設されたステージ13と、チャンバ11に接続されたガス供給管23と、チャンバ11外に配設された光源14とを備えている。   As shown in FIG. 1, the vapor-phase chemical etching apparatus 1 includes a chamber 11, a stage 13 disposed in the chamber 11, a gas supply pipe 23 connected to the chamber 11, and a chamber in the first embodiment. 11 and a light source 14 disposed outside.

ステージ13は、その上面に基板2が載置されるものである。なお、基板2の上面には、後述するプリズム3が載置される。ステージ13は、基板2の位置、向きを調整するための位置調整機構や、基板2を加熱するための加熱機構等が設けられていてもよく、これらを制御することにより、基板の表面をエッチング処理するときの反応速度をコントロールすることが可能となる。   The stage 13 is a substrate on which the substrate 2 is placed. A prism 3 described later is placed on the upper surface of the substrate 2. The stage 13 may be provided with a position adjusting mechanism for adjusting the position and orientation of the substrate 2, a heating mechanism for heating the substrate 2, etc., and by controlling these, the surface of the substrate is etched. It becomes possible to control the reaction rate at the time of processing.

ガス供給管23からは、基板2の表面をエッチング処理するためのエッチングガスが供給される。エッチングガスとしては、例えば、Cl2(塩素)、BCl3(三塩化ホウ素)、CCl4(四塩化炭素)等の塩素系ガス、SiH4(モノシラン)、Si26(ジシラン)等のシラン系ガスが挙げられる。ガス供給管23からは、上述のエッチングガスと混合してN2、He、Ar等の不活性ガスが供給されていてもよい。 An etching gas for etching the surface of the substrate 2 is supplied from the gas supply pipe 23. Examples of the etching gas include chlorine-based gases such as Cl 2 (chlorine), BCl 3 (boron trichloride), and CCl 4 (carbon tetrachloride), and silanes such as SiH 4 (monosilane) and Si 2 H 6 (disilane). System gases. From the gas supply pipe 23, an inert gas such as N 2 , He, or Ar may be supplied by mixing with the above-described etching gas.

光源14は、図示しない駆動電源による制御に基づき、所定の波長を有する光を射出するものである。光源14は、射出された光がチャンバ11の外面に設けられた窓15を透過してステージ13上の基板2に照射されるようにその位置が調整されている。光源14は、例えば、レーザーダイオード等から構成される。光源14は、基板2に照射される光の照射範囲を制御するため、偏光レンズ、集束レンズ等を有する光学系を備えていてもよい。光源14から射出される光の波長は後述する。   The light source 14 emits light having a predetermined wavelength based on control by a driving power source (not shown). The position of the light source 14 is adjusted so that the emitted light passes through a window 15 provided on the outer surface of the chamber 11 and is irradiated onto the substrate 2 on the stage 13. The light source 14 is composed of, for example, a laser diode. The light source 14 may include an optical system having a polarizing lens, a focusing lens, and the like in order to control the irradiation range of light irradiated on the substrate 2. The wavelength of light emitted from the light source 14 will be described later.

また、気相化学エッチング装置1は、チャンバ11内の気体を吸引するポンプ16と、チャンバ11内の圧力を検出する圧力センサ17と、圧力センサ17により検出されたチャンバ内圧に基づいて開閉するバタフライバルブ18とを備えており、これらにより、チャンバ11内の内圧の自動制御が実現可能とされている。   The vapor-phase chemical etching apparatus 1 includes a pump 16 that sucks the gas in the chamber 11, a pressure sensor 17 that detects the pressure in the chamber 11, and a butterfly that opens and closes based on the chamber internal pressure detected by the pressure sensor 17. The valve 18 is provided, and these enable automatic control of the internal pressure in the chamber 11.

本発明を適用した気相化学エッチング方法による平坦化の対象となる基板2は、例えば、ガラス、アルミニウム、シリコンや、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA:polymenthyl methacrylate)のようなプラスチック等から構成される。図2は、この基板2の拡大図を示している。基板2は、例えば、磁気ディスク用基板、光ディスク用基板等の記録媒体用基板として用いられるものであってもよく、上面2a、外周面2b、底面2cによって囲まれる立体形状で構成されている。このうち、少なくとも外周面2bは通常研削される。また、この基板2の上面2a上にはプリズム3が載置されるが、その形状は特に限定されるものではないが、少なくとも基板2の上面2aに対して斜めから光を入射することができる形状とされている必要がある。   The substrate 2 to be planarized by the vapor-phase chemical etching method to which the present invention is applied is made of, for example, glass, aluminum, silicon, plastic such as polymethyl methacrylate resin (PMMA). . FIG. 2 shows an enlarged view of the substrate 2. The substrate 2 may be used as a recording medium substrate such as a magnetic disk substrate or an optical disk substrate, and is configured in a three-dimensional shape surrounded by an upper surface 2a, an outer peripheral surface 2b, and a bottom surface 2c. Among these, at least the outer peripheral surface 2b is usually ground. Further, the prism 3 is placed on the upper surface 2a of the substrate 2, but the shape thereof is not particularly limited, but light can be incident on the upper surface 2a of the substrate 2 at an angle. It needs to be shaped.

次に、本発明を適用した気相化学エッチング方法について説明する。先ずエッチング処理すべき基板2をステージ13に載置し、さらにその基板2の上面2aにプリズム3を載置する。次にチャンバ11内を密閉状態に保持し、所定圧力、所定温度に制御する。続いて、ガス供給管23からエッチングガスを供給する。なお、このプリズム3の代替として、例えば半球レンズを載置するようにしてもよい。いずれの場合においても、基板2に対して光を斜め方向から入射可能な程度に光路を偏光できる形状で構成されていれば、いかなるものに代替可能である。   Next, a gas phase chemical etching method to which the present invention is applied will be described. First, the substrate 2 to be etched is placed on the stage 13, and the prism 3 is placed on the upper surface 2 a of the substrate 2. Next, the inside of the chamber 11 is kept sealed, and controlled to a predetermined pressure and a predetermined temperature. Subsequently, an etching gas is supplied from the gas supply pipe 23. As an alternative to the prism 3, for example, a hemispherical lens may be placed. In any case, any configuration can be used as long as the optical path can be polarized to such an extent that light can be incident on the substrate 2 from an oblique direction.

このエッチング工程では、エッチングガス雰囲気中において次に説明するような条件を満足する波長の伝搬光を光源14からプリズム3を介して基板2に照射する。図2に示すように、プリズム3を介して基板2の上面2aから斜め方向に入射された光は、上面2aと底面2cとの間で反射させつつ外周面2bまで導く。そして、この外周面2bを介して基板2内から外部へと出射される伝搬光に基づいてエッチングガスを解離させて当該外周面2b表面に形成された凹凸をエッチングする。また、これとともに、当該伝搬光に基づいて凹凸における少なくとも角部に近接場光を発生させ、この発生させた近接場光に基づいてエッチングガスを解離させてエッチングする。   In this etching step, the substrate 2 is irradiated from the light source 14 through the prism 3 with propagating light having a wavelength that satisfies the following conditions in an etching gas atmosphere. As shown in FIG. 2, the light incident in the oblique direction from the upper surface 2a of the substrate 2 via the prism 3 is guided to the outer peripheral surface 2b while being reflected between the upper surface 2a and the bottom surface 2c. Then, the unevenness formed on the surface of the outer peripheral surface 2b is etched by dissociating the etching gas based on the propagating light emitted from the inside of the substrate 2 to the outside through the outer peripheral surface 2b. At the same time, near-field light is generated at least at the corners of the irregularities based on the propagation light, and etching is performed by dissociating the etching gas based on the generated near-field light.

光源14から出射される伝搬光の波長は、エッチングガスのガス分子の吸収端波長より長波長とする。これは、基板2の表面から離れた気相中でのエッチングガスのガス分子が解離してしまうのを防止しつつ、光源14から射出された伝搬光を基板まで到達させるためである。   The wavelength of propagating light emitted from the light source 14 is longer than the absorption edge wavelength of the gas molecules of the etching gas. This is because the propagating light emitted from the light source 14 reaches the substrate while preventing the gas molecules of the etching gas in the gas phase away from the surface of the substrate 2 from dissociating.

図3は、エッチングガスのガス分子の原子核間距離に対するポテンシャルエネルギーの関係について示している。   FIG. 3 shows the relationship of the potential energy with respect to the internuclear distance of the gas molecules of the etching gas.

エッチングガスにより基板2の表面をエッチングする上では、エッチングガスのガス分子を構成する複数の原子を解離させてラジカルを生成する必要がある。このガス分子を構成する複数の原子を十分に引き離すためのエネルギーが解離エネルギーEbに相当する。   In etching the surface of the substrate 2 with the etching gas, it is necessary to generate radicals by dissociating a plurality of atoms constituting gas molecules of the etching gas. The energy for sufficiently separating the plurality of atoms constituting the gas molecule corresponds to the dissociation energy Eb.

ここで、光の照射によりガス分子を解離させるうえでは、断熱過程、非断熱過程の何れかを経ることになる。   Here, when the gas molecules are dissociated by irradiation with light, the gas molecules are subjected to either an adiabatic process or a non-adiabatic process.

断熱過程とは、ガス分子の電子の基底準位と励起準位とのエネルギー差Ea以上の光エネルギーをもつ伝搬光を照射することにより、ガス分子の電子を基底準位から励起準位に直接励起させる過程をいう。電子が励起準位に励起されたガス分子は、図に示すような方向Pに解離させることが可能となる。   The adiabatic process is a process in which the electrons of a gas molecule are directly transferred from the ground level to the excited level by irradiating propagating light having a light energy equal to or greater than the energy difference Ea between the ground level and the excited level of the gas molecule. It refers to the process of excitation. The gas molecules in which electrons are excited to the excited level can be dissociated in the direction P as shown in the figure.

非断熱過程(フォノン援用過程)とは、近接場光によりガス分子を振動準位へ励起させて、これにより、ガス分子を解離させる過程をいう。このとき、非断熱過程は、ガス分子が複数の振動準位を介して励起準位にまで多段階的に励起される過程S1と、解離エネルギーEb以上のエネルギー準位の振動準位まで直接又は多段階的に励起される過程S2との何れかに分類される。解離エネルギーEb以上のエネルギー準位又は励起準位まで励起されたガス分子は、解離させることが可能となる。   A non-adiabatic process (phonon-assisted process) refers to a process in which gas molecules are excited to a vibration level by near-field light and thereby dissociate gas molecules. At this time, the non-adiabatic process includes a process S1 in which gas molecules are excited in a multistage manner through a plurality of vibration levels to an excitation level, and a vibration level of an energy level equal to or higher than the dissociation energy Eb. It is classified into any one of the processes S2 excited in multiple steps. Gas molecules excited to an energy level or an excitation level equal to or higher than the dissociation energy Eb can be dissociated.

断熱過程と非断熱過程とは、図4に示すような、原子同士の結合をバネで置き換えたモデルにより説明することができる。   The adiabatic process and the non-adiabatic process can be explained by a model in which bonds between atoms are replaced by springs as shown in FIG.

一般に、伝搬光の波長は分子の寸法に比べると遥かに大きいため、分子レベルでは、伝搬光の照射により空間的に一様な電場が発生するものと考えることができる。このとき、ガス分子中の複数の電子は、図4(a)に示すように、伝搬光の照射により同振幅、同位相で振動することになる。また、ガス分子中の原子核は電子と比べて重いため、この電子の振動には追従することがない。この結果、伝搬光の照射により、電子のみが振動して原子核が振動しないことになる。このような、ガス分子の励起過程に分子振動が関わらないものが断熱過程に相当する(非特許文献1参照。)。   In general, since the wavelength of propagating light is much larger than the size of the molecule, it can be considered that a spatially uniform electric field is generated by irradiation of propagating light at the molecular level. At this time, as shown in FIG. 4A, the plurality of electrons in the gas molecule vibrate with the same amplitude and the same phase by irradiation with the propagating light. Further, since the atomic nucleus in the gas molecule is heavier than the electron, it does not follow the vibration of the electron. As a result, only the electrons vibrate and the nuclei do not vibrate due to the irradiation of propagating light. Such a gas molecule excitation process that does not involve molecular vibration corresponds to an adiabatic process (see Non-Patent Document 1).

一方、近接場光はその空間的な電場勾配が物体表面から離れるにつれて急峻に低下するため、分子レベルでは、空間的に不均一な電場が発生するものと考えることができる。このとき、ガス分子中の複数の電子は、図4(b)に示すように、近接場光の照射により異なる振動をすることになる。また、この複数の電子の振動により、原子核も振動することになる。この結果、ガス分子を振動準位に励起させることが可能となる。これが非断熱過程に相当する。このような、ガス分子の励起過程に分子振動に関わるものが非断熱過程に相当する。   On the other hand, since the near-field light sharply decreases as the spatial electric field gradient moves away from the object surface, it can be considered that a spatially nonuniform electric field is generated at the molecular level. At this time, as shown in FIG. 4B, the plurality of electrons in the gas molecules vibrate differently due to irradiation with near-field light. In addition, the nucleus also vibrates due to the vibration of the plurality of electrons. As a result, the gas molecules can be excited to the vibration level. This corresponds to a non-adiabatic process. Such a process related to molecular vibration in the gas molecule excitation process corresponds to a non-adiabatic process.

本発明では、図5に示すように外周面2bから外部へ伝搬光が出射されるが、この伝搬光が外周面2bに形成された凸部4を通過する過程で当該凸部4の少なくとも角部において近接場光が発生する。ここで伝搬光を凸部4に照射することにより、近接場光が発生する角部とは、図6(a)に示すように凸部4の先端に相当する先鋭化部分43である。この先鋭化部分43において近接場光が選択的に発生すると、当該発生した近接場光によりエッチングガス分子51が解離されてラジカル52が生成される。このラジカル52は、近接場光が発生した先鋭化部分43近傍のみにおいて選択的に生成される。そして、この生成されたラジカル52は、これに最も近接する先鋭化部分43と選択的に反応することになる。その結果、図6(b)に示すように、先鋭化部分43がラジカル52の活性によりエッチングされることになる。そして先鋭化部分43がエッチングされると、この凸部42において更に先鋭化部分43'が形成されるが、これに対しても近接場光が選択的に発生し、エッチングガス分子51を解離させてラジカル52を先鋭化部分43'近傍において選択的に形成されることができる。その結果、この先鋭化部分43'は、ラジカル52と反応することによりエッチングされることになる。   In the present invention, propagating light is emitted from the outer peripheral surface 2b to the outside as shown in FIG. 5, and at least a corner of the convex portion 4 in the process of passing this propagating light through the convex portion 4 formed on the outer peripheral surface 2b. Near-field light is generated in the part. Here, the corner portion where the near-field light is generated by irradiating the propagating light to the convex portion 4 is a sharpened portion 43 corresponding to the tip of the convex portion 4 as shown in FIG. When near-field light is selectively generated in the sharpened portion 43, the etching gas molecules 51 are dissociated by the generated near-field light, and radicals 52 are generated. The radical 52 is selectively generated only in the vicinity of the sharpened portion 43 where the near-field light is generated. Then, the generated radical 52 selectively reacts with the sharpened portion 43 closest to the radical 52. As a result, the sharpened portion 43 is etched by the activity of the radicals 52 as shown in FIG. When the sharpened portion 43 is etched, a sharpened portion 43 ′ is further formed in the convex portion 42, but near-field light is selectively generated in this way, and the etching gas molecules 51 are dissociated. Thus, the radical 52 can be selectively formed in the vicinity of the sharpened portion 43 ′. As a result, the sharpened portion 43 ′ is etched by reacting with the radical 52.

また、近接場光が発生する角部は、かかる先鋭化部分のみならず、凹部5、凸部4を構成するいかなる角部分をも含む。凹部5もここでいう角部に含まれ、図6(b)に示すように近接場光が発生し、この発生した近接場光に基づいて発生させたラジカル52により当該凹部5が平滑化されることになる。   Further, the corner portion where the near-field light is generated includes not only the sharpened portion but also any corner portion constituting the concave portion 5 and the convex portion 4. The concave portion 5 is also included in the corner portion, and near-field light is generated as shown in FIG. 6B, and the concave portion 5 is smoothed by the radical 52 generated based on the generated near-field light. Will be.

上述したように、基板2の外周面2bの局所領域における近接場光の発生と、エッチングガス分子51の解離によるラジカル活性、先鋭化部分43の反応が繰り返し実行されることにより、最終的には図6(c)に示すように、角部をエッチングすることにより表面を平滑化させ、表面粗さを低減させることが可能となる。   As described above, the generation of near-field light in the local region of the outer peripheral surface 2 b of the substrate 2, the radical activity due to the dissociation of the etching gas molecules 51, and the reaction of the sharpened portion 43 are repeatedly performed. As shown in FIG. 6C, by etching the corners, the surface can be smoothed and the surface roughness can be reduced.

なお、上述した近接場光によるエッチングは、外周面2bのみならず、上面2a又は底面2cにおいても同様に実現可能である。例えば、基板2内に入射した光は、上面2aと底面2cとを互いに反射しながら外周面2bへと導かれる過程で、図5に示すように上面2aからも少なからず光が出射する場合がある。この上面2aから外部へと出射した伝搬光が、上面2aに形成された凸部4を通過する過程で当該凸部4の少なくとも角部において近接場光が発生する。この発生した近接場光により、エッチングガス分子がラジカルに解離し、上述と同様のメカニズムで上面2aの平坦化を図ることが可能となる。同様に下面2cについても平坦化を図ることが可能となる。   Note that the above-described etching using near-field light can be similarly realized not only on the outer peripheral surface 2b but also on the upper surface 2a or the bottom surface 2c. For example, light incident on the substrate 2 may be emitted from the top surface 2a as shown in FIG. 5 in the process of being guided to the outer peripheral surface 2b while reflecting the top surface 2a and the bottom surface 2c from each other. is there. Near-field light is generated at least at the corners of the convex portion 4 in the process in which the propagating light emitted from the upper surface 2a passes through the convex portion 4 formed on the upper surface 2a. Due to the generated near-field light, the etching gas molecules are dissociated into radicals, and the upper surface 2a can be flattened by the same mechanism as described above. Similarly, the lower surface 2c can be flattened.

なお、本発明は、上述した非断熱過程に加えて、以下に説明する断熱過程に基づいて、ガス分子をラジカルに解離させるようにしてもよい。光源14からは、上述の通り、ガス分子の吸収端波長より長波長の光を照射しているので、気相中ではガス分子が解離しない。しかしながら、基板2における上面2a、外周面2b、底面2cの何れか1以上にガス分子が吸着した場合、図7に示すように、基板2とガス分子との相互作用によりガス分子にエネルギーが与えられ、ガス分子の励起準位が方向Qに示すように小さくなり、基底準位から励起準位までのエネルギー差が小さくなる。このため、基板2の表面においては、ガス分子の吸収端波長より長波長の伝搬光を照射していても、基板2の表面に吸着しているガス分子を断熱過程を経て解離させることが可能となる。   In addition to the non-adiabatic process described above, the present invention may dissociate gas molecules into radicals based on the adiabatic process described below. Since the light source 14 emits light having a wavelength longer than the absorption edge wavelength of the gas molecules as described above, the gas molecules are not dissociated in the gas phase. However, when gas molecules are adsorbed on any one or more of the upper surface 2a, the outer peripheral surface 2b, and the bottom surface 2c of the substrate 2, energy is given to the gas molecules due to the interaction between the substrate 2 and the gas molecules as shown in FIG. As a result, the excitation level of the gas molecule decreases as shown in the direction Q, and the energy difference from the ground level to the excitation level decreases. For this reason, even if the surface of the substrate 2 is irradiated with propagation light having a wavelength longer than the absorption edge wavelength of the gas molecules, the gas molecules adsorbed on the surface of the substrate 2 can be dissociated through an adiabatic process. It becomes.

このとき、基板2の露出部4の表面に吸着しているガス分子を断熱過程を経て解離させるうえでは、エッチングガスのガス分子の解離エネルギーをEbとしたときに、0.5×Eb以上の光エネルギーを有する波長の光を照射することが好ましい。これにより、基板2における上面2a、外周面2b、底面2cに吸着しているガス分子を断熱過程を経て解離させることが可能となる。ただし、この場合、基板2の表面において断熱過程を経て解離されるガス分子は確率的に僅かなものであるので、エッチング速度を増大させるうえでは、照射する伝搬光の光強度を増大させておく。また、基板2の表面に吸着しているガス分子を断熱過程を経て解離させるうえでは、エッチングガスの吸収端波長をλ1としたときに、(λ1+λ1/10)以下の波長の光を照射するようにすれば、エッチング速度を更に増大させることが可能となる。 At this time, in order to dissociate the gas molecules adsorbed on the surface of the exposed portion 4 of the substrate 2 through an adiabatic process, when the dissociation energy of the gas molecules of the etching gas is defined as Eb, 0.5 × Eb or more It is preferable to irradiate light having a wavelength having light energy. Thereby, it becomes possible to dissociate the gas molecules adsorbed on the upper surface 2a, the outer peripheral surface 2b, and the bottom surface 2c of the substrate 2 through an adiabatic process. However, in this case, since the number of gas molecules dissociated through the heat insulation process on the surface of the substrate 2 is stochastically small, the light intensity of the propagating light to be irradiated is increased in order to increase the etching rate. . Also, the gas molecules adsorbed on the surface of the substrate 2 in terms of dissociating through the adiabatic process, the absorption edge wavelength of the etching gas when the λ 1, (λ 1 + λ 1/10) or less of light having a wavelength If the irradiation is performed, the etching rate can be further increased.

このような現象を実現するための波長の一例を挙げると、例えば、エッチングガスのガス分子としてCl2を用いる場合、Cl2のガス分子の吸収端波長が400nmであることから、これより長波長である403nm、408nm等の波長の伝搬光を照射すればよい。このような波長は、InGaNレーザ等から射出される。 An example of the wavelength for realizing such a phenomenon is, for example, when Cl 2 is used as the gas molecule of the etching gas, since the absorption edge wavelength of the Cl 2 gas molecule is 400 nm, the wavelength is longer than this. What is necessary is just to irradiate the propagation light of wavelength, such as 403 nm and 408 nm. Such a wavelength is emitted from an InGaN laser or the like.

以上、本発明によれば、光ディスクや基板等のような立体形状の上面2aのみならず、外周面2b、底面2cを始めとした各面に対しても同時に近接場光を発生させることができ、全ての面について同時に均一なエッチングを行うことが可能となる。   As described above, according to the present invention, near-field light can be generated not only on a three-dimensional upper surface 2a such as an optical disk or a substrate but also on each surface including the outer peripheral surface 2b and the bottom surface 2c. It is possible to perform uniform etching on all surfaces simultaneously.

なお、本発明は、上面2a、外周面2b、底面2cの全ての面についてエッチングを行う場合に限定されるものではなく、外周面2bから出射した伝搬光に基づいて当該外周面2bのみをエッチングする形態としてもよいことは勿論である。また外周面2b以外でも、上面2a又は底面2cから出射した伝搬光に基づいて当該上面2a又は底面2cのみをエッチングする形態としてもよいことは勿論である。   The present invention is not limited to the case where all of the upper surface 2a, outer peripheral surface 2b, and bottom surface 2c are etched, and only the outer peripheral surface 2b is etched based on the propagation light emitted from the outer peripheral surface 2b. Of course, it is good also as a form to do. In addition to the outer peripheral surface 2b, it is a matter of course that only the top surface 2a or the bottom surface 2c may be etched based on the propagation light emitted from the top surface 2a or the bottom surface 2c.

また、上述した実施の形態においては、断熱過程と非断熱過程がともに生じている場合について説明をしたが、これに限定されるものではなく、いずれか一方の過程が生じていればよいことは勿論である。   Moreover, in the above-described embodiment, the case where both the heat insulation process and the non-adiabatic process occur has been described. However, the present invention is not limited to this, and any one of the processes may be generated. Of course.

但し、上述した断熱過程と非断熱過程の双方が同時に生じていることがより望ましい。その理由として、図8(a)に示すように、断熱過程により、当初の基板2の表面2dから全体的に深さ方向へ削り取ることができ、また図8(b)に示すように、非断熱過程により、その削り取られた表面2eに発生した微小な凹凸に近接場光を発生させてこれをエッチングすることが可能となる。その結果、深さ方向の研磨と、表面凹凸の除去の双方を同時に実現することが可能となる。   However, it is more desirable that both the above-described heat insulation process and non-adiabatic process occur simultaneously. The reason for this is that, as shown in FIG. 8 (a), the entire surface 2d of the substrate 2 can be scraped in the depth direction by the heat insulation process, and as shown in FIG. By the heat insulation process, it becomes possible to generate near-field light on the minute unevenness generated on the scraped surface 2e and etch it. As a result, both polishing in the depth direction and removal of surface irregularities can be realized simultaneously.

更に本発明では、研削された側端面のみならず、側端面と上面、並びに側端面と底面との角を面取りすることにより得られるチャンファー部の凹凸も同様にエッチングすることができることは勿論である。   Furthermore, in the present invention, not only the ground side end face, but also the chamfer portion irregularities obtained by chamfering the corners of the side end face and the top face and the side end face and the bottom face can be etched as well. is there.

1 気相化学エッチング装置
2 基板
2a 上面
2b 外周面
2c 底面
3 プリズム
4 凸部
11 チャンバ
13 ステージ
14 光源
15 窓
16 ポンプ
17 圧力センサ
18 バタフライバルブ
23 ガス供給管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas-phase chemical etching apparatus 2 Substrate 2a Upper surface 2b Outer peripheral surface 2c Bottom surface 3 Prism 4 Protrusion 11 Chamber 13 Stage 14 Light source 15 Window 16 Pump 17 Pressure sensor 18 Butterfly valve 23 Gas supply pipe

Claims (3)

基板をエッチングガス雰囲気中に配置し、
上記エッチングガスを構成するガス分子の吸収端波長以上の光を上記基板内に入射させ、
上記入射された上記光を上記基板上面と基板底面との間で反射させ、
上記反射される光が上記基板内から外部へと出射されることによる伝搬光に基づいて上記エッチングガスを解離させてその出射面に光の回折限界以下のピッチで形成された凹凸をエッチングし、
及び/又は当該伝搬光に基づいて上記凹凸における少なくとも角部に近接場光を発生させ、この発生させた近接場光に基づいて上記エッチングガスを解離させてエッチングすること
を特徴とする基板の気相化学エッチング方法。
Place the substrate in the etching gas atmosphere,
Incident light in the substrate above the absorption edge wavelength of gas molecules constituting the etching gas,
The incident light is reflected between the substrate top surface and the substrate bottom surface,
The etching gas is dissociated based on propagating light generated when the reflected light is emitted from the substrate to the outside, and the unevenness formed at a pitch below the diffraction limit of light is etched on the emission surface.
And / or generating near-field light in at least the corners of the unevenness based on the propagating light, and dissociating and etching the etching gas based on the generated near-field light. Phase chemical etching method.
側端面を有する基板をエッチングガス雰囲気中に配置し、
上記基板内に入射された上記光を上記基板上面と基板底面との間で反射させつつ上記側端面まで導き、
上記側端面を介して外部へと出射されることによる伝搬光に基づいて、その側端面に形成された凹凸をエッチングし、
及び/又は当該伝搬光に基づいて上記凹凸における少なくとも角部に近接場光を発生させ、この発生させた近接場光に基づいて上記エッチングガスを解離させてエッチングすること
を特徴とする請求項1記載の基板の気相化学エッチング方法。
A substrate having side end faces is placed in an etching gas atmosphere,
Guiding the light incident on the substrate to the side end surface while reflecting between the substrate upper surface and the substrate bottom surface,
Based on the propagating light by being emitted to the outside through the side end surface, the unevenness formed on the side end surface is etched,
And / or near-field light is generated in at least corners of the unevenness based on the propagation light, and the etching gas is dissociated and etched based on the generated near-field light. A method for vapor phase chemical etching of a substrate as described.
上記光をプリズムを介して上記基板上面に対して斜めに入射させること
を特徴とする請求項1又は2記載の基板の気相化学エッチング方法。
The method for vapor phase chemical etching of a substrate according to claim 1 or 2, wherein the light is incident obliquely on the upper surface of the substrate through a prism.
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