「プラズマエッチングによるレジストパターン転写実習」 大阪府立産業技術総合研究所 レジスト エッチング レジスト除去 合成石英 平成17年３月14日(月)、15日(火) 機器利用講習会「超微細光学素子を作る」
エッチング ■ 化学反応によるエッチング 結晶：面方位による反応性の違い 非晶質：方向性なし ■ イオンによるエッチング ■ 化学反応によるエッチング 結晶：面方位による反応性の違い 非晶質：方向性なし ■ イオンによるエッチング イオンの入射方向で制御 基板 マスク 基板 マスク 等方性エッチング 異方性エッチング
反応性イオンエッチング SiO2に対してCF4、C4F8などのフロンをエッチングガス として用いる ■ 物理的な側面 イオンの衝撃で破壊 ■ 物理的な側面 イオンの衝撃で破壊 ■ 化学的な側面 SiO2 + 2CF2（CF3+CF） → SiF4↑ + 2CO↑ － N RF ＋ プラズマ N アンテナ電源 N － ＋ ＋ 基板 電極 RF バイアス電源 反応性イオン・エッチ エッチング・レイト 化学的 石英のエッチング ガス：ArとCF4 CF4割合＝ CF4 /(CF4 +Ar) スパッタ・エッチ 物理的 イオン・エネルギー
NLD-800 （ULVAC製） 制御用ユニット ロードロック室 エッチング室 ■ 低圧（0.2～１Pa）、高密度（Ne(Ar)1～5x1011 cm-3）、低電子温度（Te2～3eV）のプラズマを用いている。 ■ NLD (Neutral Loop Discharge：磁気中性線 ) 方式を採用。 ■ 圧力が他のエッチング装置（2Pa～45Pa）より低いので低ラジカル密度でのエッチングが可能であり、 特に有機Low-k、石英の深掘、High-k材料のエッチングに適している。 ■ 低圧エッチングのため、ダスト発生確率が低く、平滑な底面、側面を得ることが出来る。 ■ アンテナ電源＝13.56MHz（最大出力2kW） バイアス電源＝13.56MHz（最大出力1kW） ■ 基板サイズ（最大）＝φ100mm、厚み5mm ■ エッチング均一性（φ100mmの石英基板，カタログ値） 基板内＝±5%以下 基板間＝±5%以下
磁気中性線プラズマ（Neutral Loop Discharge : NLD） 磁気コイル 磁気中性線が形成される コイル （RF用） 磁場＝0 Neutral Point ガス供給口 RF 磁気コイル ロードロック 基板 電極 真空ポンプ RF NLD（Neutral Loop Discharge）の特徴 ■低圧（ 10-1Pa台）で高密度プラズマ（ Arで1011cm-3以上）生成が可能。低電子温度。 ■磁気中性線を形成しているコイル磁場を制御することによりプラズマの空間分布を変化 させることが出来るので、均一性制御が可能。 この特長は市販されているエッチング装置ではNLDエッチング装置だけ。
エッチング・レイト ■ 基板がエッチングされる速度 ■ 基板の材質、エッチングガス，アンテナ、バイアス、・・により変化 ■ 基板がエッチングされる速度 ■ 基板の材質、エッチングガス，アンテナ、バイアス、・・により変化 ■ アンテナ・パワー、バイアス・パワーに大きく依存 バイアス・パワーが小さすぎると，エッチングが停止することもある
選択比 マスクもエッチングされる マスク 基板 ■ 選択比・・・基板の材質、マスクの材質、エッチングガス，バイアス、・・により変化 ■ 選択比・・・基板の材質、マスクの材質、エッチングガス，バイアス、・・により変化 （例） 電子線レジスト・・・1～5ぐらい Ni、Cr・・・数10～100ぐらい ■ エッチング可能な深さ ＝ 選択比 × マスクの膜厚
エッチングレイト、選択比を調べる 30秒エッチング 基板 250nm 450nm テープ等 レジスト 400nm エッチングレイト＝800nm/min 選択比＝400nm/200nm＝2
本日行って頂くエッチング条件 エッチング レジスト除去 ＜エッチングの条件＞ レジスト （NEB-22） SiO2 エッチング レジスト除去 0.2μm ＜エッチングの条件＞ ガス：CF4=8sccm(実20)，CH2F2=8sccm(実11) 圧力：0.8Pa アンテナパワー：1500W バイアスパワー：400W エッチング時間：15sec エッチング速度：0.8μm/min 選択比：1.4程度 ＜レジスト除去の条件＞ ガス：O2=200sccm 圧力：1.4Pa バイアスパワー：0W エッチング時間：120sec 125nm Line & Space レジスト・パターン 125nm Line & Space SiO2・パターン
作業の流れ 1) エッチング（30分） 2) ZYGOで段差を計測（15分） 3) パターンをSEMで観察（30分） 昼 食 10:30 昼 食 10:30 11:00 11:30 1145 12:00 13:00 13:15 13:45