ナノ臨界場制御による超高速・異方性選択エッチングに関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14040211
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 堀 勝 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (80242824)
• Keywords: 大気圧 / プラズマ / エッチング / 高速エッチング / 高選択比 / 酸化シリコン幕 / ナノ臨界場 / HF

Research Abstract

マイクロ波励起非平衡大気圧プラズマを用いて大気圧雰囲気下において酸化シリコン薄膜のシリコン基板に対する超高速・異方性選択エッチングを試み、下記の成果を得た。
1)マイクロ波励起非衡大気圧プラズマ中にNF_3ガスをベースとして導入し、プラズマ源と基板間の距離依存性を調べた。その結果、基板間距離5mm以上では、急速にエッチング速度が減衰することが分かった。基板間距離5mm程度で高速エッチング(14μm/min)が実現できることを見出した。さらに、酸化シリコン薄膜とシリコン基板との選択比は200以上であり、同プラズマプロセスにより、超高速・超選択比エッチングが安定して得られることが分かった。
2)超高速エッチング中に少量の添加ガスを導入することにより、レジストマスクに対して、酸化シリコン膜を大気圧下において異方性エッチングできることを世界で初めて実現した。また、レジストとの選択比は、ほぼ無限大であり、当初の研究目的を実現することができた。
3)反応機構を解明するために、フーリエ変換赤外吸収分光法によってプラズマ下流の気相反応を計測した結果、気相中でHFが生成されていることが分かった。このHFが酸化シリコン膜表面に吸着した水と反応し、表面にモノレイヤーの液層(ナノ臨界場)が生成され、この液層の中での電気化学的反応によって超高速エッチングが実現されていることを解明した。
これらのナノメーターの液層の高精度制御が高精度のエッチングプロセスを構築する上で必要不可欠であると考えられる。

Research Products

• [Publications] K.Yamakawa et al.: "SiO2 Dry Etching Using Non-Equilibrium Atmospheric Pressure Micro-Plasma"Proc. The 3^<rd> International Workshop on basic Aspect of Non-equilibrium Plasma Interacting with Surface. 45 (2003)
• [Publications] K.Yamakawa et al.: "High-Speed Etching Process Using Non-equilibrium microwave Excited Atmospheric plasma"Proc. International Symposium on microwave science and its Application to Related Field. 142 (2002)