Transcript プラズマエッチングによるレジストパターン転写実習

「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
イオンの入射方向で制御
マスク
マスク
基板
等方性エッチング
基板
異方性エッチング
反応性イオンエッチング
ガス（CF4など）
－
N
プラズマ
RF
＋
N
ア
ン
テ
ナ
電
源
N
－
＋
＋
基板
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
■ 化学的な側面
SiO2 + 2CF2（CF3+CF） → SiF4↑ + 2CO↑
電極
エ
ッ
チ
ン
グ
・
レ
イ
ト
反応性イオン・エッチ
化学的
スパッタ・エッチ
物理的
エッチング・レイト[n m /m in ]
RF バイアス電源
600
400
200
0
イオン・エネルギー
石英のエッチング
ガス：ArとCF4
CF4割合＝ CF4 /(CF4 +Ar)
0
20
40
60
80
C F 4 割合　[% ]
100
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
コイル
（RF用）
磁気中性線が形成される
磁場＝0
Neutral Point
ガス供給口
RF
磁
気
コ
イ
ル
基板
ロードロック
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
■ 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
1200
1000
400
300
200
100
ガス：CF4 50sccm
圧力：0.4Pa
バイアス・パワー：100W
0
0
500
1000
アンテナ・パワー [W]
1500
エッチング速度 [nm/min]
エッチング速度 [nm/min]
500
800
600
400
200
ガス：CF4 50sccm
圧力：0.4Pa
アンテナ・パワー=1500W
0
0
200
400
600
バイアス・パワー [W]
800
選択比
マスクもエッチングされる
マスク
基板
エ
ッ
チ
ン
グ
エ
ッ
チ
ン
グ
基板のエッチング速度
選択比＝
マスクのエッチング速
度
■ 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
基板
テープ等
250nm
レジスト
30
秒
エ
ッ
チ
ン
グ
基板のエッチング量＝400nm
レジストの 〃 ＝250－（450-400）＝200nm
エッチングレイト＝800nm/min
選択比＝400nm/200nm＝2
400nm
450nm
本日行って頂くエッチング条件
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
125nm Line & Space
レジスト・パターン
＜レジスト除去の条件＞
ガス：O2=200sccm
圧力：1.4Pa
アンテナパワー：1500W
バイアスパワー：0W
エッチング時間：120sec
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
11:00
11:30
1145
12:00
13:00
13:15
13:45