ECRプラズマ法によるダイヤモンドの超微細加工

采用ECR等离子体法对金刚石进行超细加工

• 批准号: 10750096
• 负责人: 清原 修二
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Tokyo University of Science, Yamaguchi
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10750096/
• 关键词: CVDダイヤモンド薄膜; 電子サイクロトロン共鳴プラズマ; 原子間力顕微鏡; レーザラマン分光法; 微細ラインパターン; 電子ビームリソグラフィ; ナフテン酸金属塩; 電子サイクロトロン共鳴; ダイヤモンド; 酸素プラズマ

ダイヤモンド薄膜電子デバイスの技術課題の一つである微細加工技術に注目し、ダイヤモンドに対して活性な酸素ガスを用いてCVDダイヤモンド薄膜の電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ加工の加工特性(加工速度のマイクロ波パワー、ガス流量、負バイアス電圧依存性)について検討し、最適加工条件を見出した。実験試料には単結晶シリコン基板[10×10×5mm^3]上に熱フィラメントCVD法で合成し、表面を機械研摩により鏡面仕上げしたダイヤモンド薄膜[膜厚12μm、表面粗さRa10nm]を用いた。その加工は、ECR型プラズマ加工装置で行った。加工前後の表面粗さの測定には、原子間力顕微鏡(AFM)を用い、結晶構造の評価には、顕微レーザラマン分光法を用いた。また、電子ビームリソグラフィ技術を利用したCVD(化学気相合成)ダイヤモンド薄膜の超微細ラインパターン形成についても検討した。電子ビームリソグラフィで微細パターンを形成するのに最も重要なものがマスクレジストであるが、本研究では、酸素プラズマに対して耐性のあるナフテン酸金属塩をマスク材料として用いた。そのために、ナフテン酸金属塩の露光特性およびECR酸素プラズマ加工特性について検討し、最適露光条件で描画を行い、また得られた高選択比で加工を行い超微細ラインパターンを形成した。その結果、加工速度はガス流量の増加とともに増し、3sccmで最大となり、その後ガス流量の増加とともに減少した。これは3sccmまでの低ガス流領域では反応ガスが不足し、3sccm以上の高ガス流領域では活性種の排気によって制限されるため加工速度が減少すると考えられる。負のバイアス電圧-200Vまでは化学的作用により表面粗さは増加するが、それ以上では、化学的作用に物理的なスパッタリングの作用が相乗され表面粗さは減少した。バイアス電圧を印加しない場合、5hr加工後においても結晶構造に変化はなかったが、バイアス電圧-200Vを印加した場合、加工時間1hrまではダイヤモンドを示す1333cm^<-1>のピーク(sp^3軌道)と基板のシリコンを示すピーク(520cm^<-1>)のみであったが、2hr以上ではそれらに加えて無定形炭素を示す1500cm^<-1>付近にブロードなピークが現われ、5hrになるとグラファイトを示す1580cm^<-1>(sp^2軌道)のピークが現われ、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜に変化した。ECR酸素プラズマ条件:マイクロ波パワー300W、ガス流量3sccmで、基板バイアス電圧0V、-100V、-200Vにおいて選択比は、それぞれ約10、12、14が得られた。これらの条件で1時間加工後の線幅1、0.5μmのラインパターンの高さは、(a)V_b=0Vで約1μm、(b)Vb=-100Vで約2μm、(c)Vb=-200Vで約3μmと負のバイアス電圧が増すことで、化学的作用にスパッタリングによる物理的作用が相乗され、高さは得られたものの、スパッタされたマスクが表面に付着する残渣の影響で、表面性状が悪化することが分かった。また、顕微レーザラマン分光法を用いて、作製したパターンの結晶構造を評価した結果、作製前と同じラマンピークを示し、結晶構造に変化はなかった。

为了关注微加工技术，这是钻石薄膜电子设备的技术问题之一，我们研究了电子环节共振（ECR）血浆处理CVD钻石薄膜的处理特性（依赖加工速度，气流流量和负偏置电压），并使用氧气的氧气薄膜使用氧气的氧气薄膜，并发现了最佳处理条件。对于实验样品，通过热细丝CVD方法合成了钻石薄膜（薄膜厚度：12μm，表面粗糙度：RA10 nm）[10×10×10×5 mm^3]，并通过机械抛光镜镜面镜面。使用ECR类型等离子体处理设备进行处理。原子力显微镜（AFM）用于测量处理前后的表面粗糙度，并使用微观激光拉曼光谱法来评估晶体结构。我们还研究了使用电子束光刻技术的CVD（化学蒸气相合成）钻石薄膜的Ultrafine线模式的形成。掩模是在电子束光刻中形成精细图案的最重要的事情，但是在这项研究中，对氧血浆具有抗性的金属环盐盐被用作膜材料。为此，检查了金属环酯的暴露特性和ECR氧血浆加工特性，在最佳暴露条件下进行了绘图，并以高选择性比以高选择性比以形成超级动力线模式。结果，处理速度随着气流的增加而增加，在3 SCCM处达到其最大值，然后随着气流流量的增加而降低。人们认为这会导致低气流区域中的反应气体短缺至3个SCCM，并且处理速度的降低，因为在高气流区域中，由于活性物种的排气，高气流区域的反应气体受到限制，最高3 SCCM或更多。最多达到-200V的负偏置电压，由于化学作用，表面粗糙度增加，但在此之前，化学作用是通过物理溅射作用协同作用的，导致表面粗糙度的降低。在不施加偏置电压的情况下，即使在5小时处理后，晶体结构也不会变化，但是在施加-200 V的偏置电压时，仅在1333CM^<-1>>（SP^3轨道）的峰值（指示钻石）和硅峰在底物中的峰（520cm^<-1>>），直到1 hr。然而，在2小时及以上，在1500cm^<-1>附近出现了一个宽峰，表现出无定形碳，在5小时，在1580cm^<-1>（sp^2轨道）处出现了指示石墨的峰值出现，并显示为钻石（DLC）膜。 ECR氧血浆条件：微波功率为300 w，气流速为3 SCCM，在0 V，-100 V和-200 V的底物偏置电压下，选择性比分别为10、12和14。在这些条件下，1小时处理后的线宽度为1和0.5μm的线图的高度增加了（a）在v_b = 0V时约1μm，在Vb = -100V时约2μm，在Vb = -200V时约为3μm，使化学作用的属性相互启动，并且在效率上取得了较高的效果，并且可以确定效果，并且可以确定，并且可以确定该效果，并且可以确定，并且可以确定，并且可以确定该效果，并且可以确定该效果，并且可以确定该效果，并且距离被发现了。残留物粘附在溅射面罩表面的影响。此外，使用微观激光拉曼光谱法评估了制造图案的晶体结构，结果，与捏造之前相同的拉曼峰，并且晶体结构没有变化。

项目成果

S.Kiyohara,K.Ayano,K.Mori: "Micropattering of Chemical-Vapor-Deposited Diamond Films in Electron Beam Lithography"Jpn.J.Appl.Phys.. (印刷中). (2000)

S.Kiyohara、K.Ayano、K.Mori：“电子束光刻中化学气相沉积金刚石薄膜的微图案化”Jpn.J.Appl.Phys.（出版中）。

S.Kiyohara,Y.Yagi,K.Mori: "Plasma Etching of CVD Diamond Films Using an ECR-type Oxygen Source"Nano technology. 10巻・4号. 385-388 (1999)

S.Kiyohara、Y.Yagi、K.Mori：“使用 ECR 型氧源等离子蚀刻 CVD 金刚石薄膜”纳米技术，第 10 卷，第 4 期。385-388 (1999)