低エネルギー中性粒子エッチングの研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12750022
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小野 崇人 東北大学, 大学院・工学研究科, 講師 (90282095)
• キーワード: 高速原子線 / マイクロマシニング / 極薄片持ち梁 / 高感度センシング / ナノマシニング / 走査型プローブ顕微鏡 / 赤外線センサ

研究概要

半導体デバイスの小型化にともない、より一層の精密な加工技術が必要とされている。この加工技術に必要とされる条件は、高い異方性、高選択性、低ダメージなどである。イオンを用いたエッチングではその電荷がエッチング中に表面に蓄積するため、この電荷により入射イオンが曲げられ垂直な加工を困難としている。この効果は、酸化膜などの絶縁物の加工において特に顕著となる。このため、中性のエッチングガスを用いた異方性のエッチング技術の開発が求められている。一方、高選択性を満たすためにはエッチングに用いるガス種に反応活性種(ラジカル)を大量に用いることおよび低エネルギーのエネルギーでエッチングすることが必要とされる。本研究では前述した高精度の半導体加工に応用する目的で、低エネルギー中性粒子線源の開発を行った。
本装置は、高周波プラズマ生成室と高速原子線セルとから構成される。プラズマ生成室において高密度のプラズマを発生させたイオン・電子を、原子線生成室に供給する。高速原子線生成室では、中央のリングの陽極と周りの陰極間に低電圧を加えプラズマを発生させる。この際電子は、高速原子線源の両端で振動するため高密度のプラズマが発生できる。高速原子線生成室の出口に形成した微小な孔の中で電荷交換が起こりイオンは中性粒子として放出される。
本年度は装置を作製し、その評価やエッチングの特性を調べた。本装置の本体部分、つまり原子線源は自作した。原子線の中性化率やエネルギーをエネルギー分析器を用いて評価した。SF_6やCl_2などのガスを用いて、シリコンやGaAs,SiO_2薄膜等をエッチングし加工性能を調べた。ガスに活性な別のガス種を添加してエッチング反応かどのように変化するかを調べる。特に、加工形状、加工速度、シリコン酸化膜等との選択比を調べた。ヘリコンプラズマ部分への高周波投入電力依存性、アノードへの直流電圧の依存性、放電電流にたいする依存性などについても調べた。また開発した技術を利用して,高感度センサーの試作を行なった.また,走査型プローブ顕微鏡用のマイクロプローブや赤外線センサを作製した.

研究成果

• [文献書誌] Takahito Ono,Norimune Orimoto,Seungseoup Lee,Toshiki Simizu,Masayoshi Esashi: "RF-plasma assisted fast atom beam etching"Japanese Journal of Applied Physics. A13. 6978-6979 (2000)
• [文献書誌] Seung Seoup Lee,Takahito Ono,Kazuhiro Nakamura,Masayoshi Esashi: "Electrostatic servo controlled uncooled Infrared sensor with tunneling transducer"Sensors and Materials. 12・5. 301-313 (2000)
• [文献書誌] Jinling Yang,Takahito Ono and Masayoshi Esashi: "Mechanical Behavior of Ultrathin Microcantilever"Sensors and Actuators. 82. 102-107 (2000)
• [文献書誌] Jinling Yang,Takahito Ono and Masayoshi Esashi: "Surface effects and high quality factors in ultrathin single-crystal silicon cantilevers"Applied Physics Letters. 77. 3860-3862 (2000)
• [文献書誌] Takahito Ono,Dong Youn Sim and Masayoshi Esashi: "Micro-discharge and electric breakdown in a micro-gap"Journal of Micromechanics and Microengineering. 10. 445-451 (2001)
• [文献書誌] Phan Ngoc Minh,Takahito Ono and Masayoshi Esashi: "High throughput aperture near-field scanning optical microscopy"Review of Scientific Instruments. 71. 3111-3117 (2001)