NLD プラズマエッチング装置の機能および操作方法

1. NLDプラズマエッチング装置の機能および操作方法NLDプラズマエッチング装置の機能および操作方法 大阪府立産業技術総合研究所 生産技術部　特殊加工Ｇ　研究員　　　福田　宏輝

2. 周期＝0.25μm 幅＝0.125μm 石英基板 プラズマエッチング装置を用いた微細加工 マスク 基板 リソグラフィーで マスクパターンを形成 エッチング マスクを除去

3. 　　　　　　エッチング 【１】ウェットエッチング 　　　　　　　　　　・・・　液体薬品で腐食させる 【２】ドライエッチング　（プラズマエッチング） 　　　　　　　　　　・・・　イオンをぶつけて加工する

4. ウェットエッチング 等方性エッチング 幅＞＞深さ 幅＜深さ 幅 幅 深さ 深さ マスク 広がって余分な部分まで エッチングされる （サイドエッチング）

5. ドライエッチング（プラズマエッチング） 　　　　　　　　　　異方性エッチング 幅＜深さ イオン 幅 マスク 深さ 基板 イオンが基板へほぼ垂直に入射 　　　垂直にほれる

6. 「プラズマエレクトロニクス」，菅井秀郎，オーム社「プラズマエレクトロニクス」，菅井秀郎，オーム社 Ｎ － － ＋ Ｎ ＋ Ｎ Ｎ － ＋ ＋ Ｎ プラズマとは・・・ プラズマ 　　　　　　　原子が電離を起こし、 正イオンと電子に分かれた荷電粒子を含む気体 　（例） 　　自然　・・・　恒星，電離層，オゾン，雷， 　　人工　・・・　核融合炉，アーク溶接，蛍光灯，ロウソクの炎 密度　・・・　106 ～ 1025個/m3 温度　・・・　102 ～ 109K

7. プラズマの生成 電子 イオン核 振動電場 プラズマ プラズマ プラズマ 電源 電源 電源 コイルに高周波電流を流す 強い電波を当てる 平行板に高周波電圧をかける

8. ＋ Ｎ Ｎ Ｎ ＋ － － ＋ 基板へのイオンの引き込み プラズマ中で基板に高周波をかける 基板に負の電圧がかかる ＋イオンが基板に高速で入射（ほぼ垂直に） プラズマ 高周波 電源 高周波 電源

9. CF3 CF2 CF2 CF3 CF3 e- e- e- F- F* CF4 CF4 基板との反応 CF4を用いたSiO2のエッチングの例 ラジカルが表面に付着し，基板と反応 イオン衝撃のある部分は，反応が活発 異方性エッチングされる 様々なイオン やラジカル ＋イオンが加速 マスク ラジカル SiO2 SiO2+2CF2→　SiF4↑+2CO↑

10. 反応性イオンエッチング エッチングには2つの側面がある 【1】　物理的な側面 　　　　　・・・イオンの衝撃で破壊 【2】　化学的な側面 　　　　　・・・ラジカルと反応 ■　反応性イオンエッチング (Reactive Ion Etching : RIE) 　　　・・・　基板材料とガスが反応する ■　スパッタ・エッチング 　　　・・・　イオンの衝撃による破壊のみ 　　　　　　 （例） Arガス F，Cl，Br 等のハロゲン系が多い 　　　　　　プラズマで分解されたとき、活性の高い分子 　　　　　　（ラジカル）をつくるから

11. エッチング速度 ■　エッチング速度・・・エッチングガス，エッチング条件，基板の材質により変化 ■　特にバイアス・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

12. 選択比 マスクもエッチングされる ・・・イオン衝撃で破壊される マスク 基板 エッチング エッチング ■　選択比・・・エッチングガス，エッチング条件，マスクの材質により変化 　　　　　　　　　（例）　電子線レジスト・・・1～5ぐらい 　　　　　　　　　　選択比の大きくなる条件を選ぶ必要がある ■　エッチング可能な深さ　＝　選択比　×　マスクの膜厚

13. ULVAC製　NLD-800エッチング装置 NLD-800 NLD-800 （ULVAC製） ■　NLD (Neutral Loop Discharge : NLD) 方式を採用 ■　到達真空度＝6.7×10-4Pa 　　 操作圧力＝7×10-2Pa～6.7Pa ■　アンテナ電源（最大出力）＝13.56MHz（2kW） 　　 バイアス電源（最大出力）＝13.56MHz（1kW） ■　基板温度＝-30～＋30℃ ■　基板サイズ（最大）＝φ100mm ■　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

14. 磁気中性線プラズマ（Neutral Loop Discharge : NLD） NLD（Neutral Loop Discharge）の特徴 高密度プラズマ生成が可能（10-1Pa台でArで1011cm-3以上） 　　　　　　　　　　　　良好な均一性 磁気中性線 (Nuetral Loop : NL) 磁場＝0 Neutral Point 磁気コイル コイル （RF用） ガス供給口 RF 磁気コイル 基板 ポンプ RF

15. 　　　エッチング例1 0.125μm Line & Space，高さ = 0.2μm (石英基板 )の作製 アスペクト比＝1.6 　 レジスト （NEB-22 A2） エッチング レジスト除去 0.25μm SiO2 0.1μm 0.2μm エッチング装置：NLD-800 エッチングガス：CF4(20sccm),CH2F2(11sccm) 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：18sec エッチング速度：0.7μm/min 選択比：1.4 レジスト・パターン SiO2・パターン

16. 　　　　　　　　　　　リフト・オフ ・・・元のレジスト・パターンとポジネガ反転した、金属・パターンが作製できる レジスト ポジ型レジスト塗布 （例）ZEP520-12 　　　膜厚＝250nm 基板 真空蒸着 （例）Ni，Cr 　　　膜厚＝100nm 電子線描画 溶剤でレジストを除去 （リフト・オフ） 金属膜による逆パターンができる 現像

17. 　　 エッチング例2 0.2μm Line & Space ，深さ = 1.35μm (石英基板 ) アスペクト比＝6.8 0.1 μm 1.35 μm Ni 除去 エッチング Ni SiO2 エッチング装置：NLD-800 エッチングガス：CF4(51sccm) 圧力：0.4Pa アンテナパワー：300W バイアスパワー：100W エッチング時間：7min エッチング速度：0.19μm/min Niパターン SiO2・パターン

18. 　　　エッチング例3 Ni マスクを用いたSiO2のエッチング　・・・深溝・・・ 0.05 μm エッチング Ni SiO2 0.5μm Line & Space 高さ＝2.8μm アスペクト比＝5.6 エッチング装置：NLD-800 エッチングガス：CF4(82sccm),CH2F2(11～14sccm), O2(3～5sccm) 圧力：0.4Pa アンテナパワー：1200W バイアスパワー：100W エッチング時間：7～9min エッチング速度：0.4μm/min 1μm Line & Space 高さ＝3.7μm アスペクト比＝3.7

19. 　　　　　　　　　マスクの後退 エッチング条件によっては、 マスク端の部分が特にエッチングされ、尖った構造になる場合がある 金属マスク エッチング 基板 エッチング例 エッチング例 SiO2基板 元パターン：3μmL&S SiO2基板 元パターン： 2μmL&S

20. 　エッチング例4 マスクの後退を利用したエッチング例 エッチング 0.05 μm Ni SiO2 エッチング装置：NLD-800 エッチングガス：CF4(82sccm),CH2F2(14sccm), O2(10sccm) 圧力：0.4Pa アンテナパワー：1200W バイアスパワー：500W エッチング時間：5min 元パターン：格子構造（線幅：1μm） 　　　　　尖った構造の応用例 ①　反射防止構造　②　型抜きが容易 　　　　反射防止効果をもつ表面構造 元パターン：0.125μmのドット（周期：0.25μm） 0.125μm

21. 　　　　　　　　　　　　　おわりに ■　基板サイズ　・・・　＜100mmφ 　　　　　　　　　　　　　　　 （100mmφのトレーに載せ，エッチングを行います） ■　材質　・・・　SiO2，Si の経験あり（その他の材質についてもご相談ください） ■　パターンサイズ 　　　　横方向　・・・　＞0.1μm 　　　　縦方向　・・・　＜数μm（横方向のパターンサイズに大きく依存） ■　使用可能ガス　・・・　CF4，CH2F2，CHF3，C3F8，C4F8，SF6，Ar，O2，Cl2 ■　設計通りの加工を行うことは容易ではなく、また必ず条件出しが必要になります。 　　 どうぞ、ご相談ください。