大気圧プラズマによるマスクレス垂直深堀エッチング法の開発

利用大气压等离子体的无掩模垂直深蚀刻方法的开发

• 批准号: 18H05891
• 负责人: 中澤 謙太
• 金额: $ 1.91万
• 依托单位: Shizuoka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-08-24 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18H05891/
• 关键词: 大気圧プラズマ; マイクロマシニング; MEMS

本研究では大気圧プラズマによるマスクレス垂直深堀エッチングに関する研究を実施した．垂直深堀エッチング法はMicroelectromechanical Systemsなどを製作するために非常に重要な技術である．現在において垂直深堀するためには，エッチングとパッシベーションを交互に行うことで側壁を保護しながら底面をエッチングするボッシュ法，低温下でのエッチングプラズマの異方性を利用したクライオエッチングなどが主に利用されている．またこれらの方法はいずれも低圧力環境下におけるもので，大口径ウエハにおける一括処理を対象としている．真空環境を利用する方法では，真空排気装置や計器類など高価な装置であることが問題である．一方，大気圧プラズマ発生装置は真空環境を必要とせず低コストである．さらに，大気圧下であるため生成されたプラズマは直ちに減衰するため局在化することが容易である．本研究では以上のような低コストであることや局在化が容易であるといった特徴をもつ大気圧プラズマを用い，局在化したプラズマを走査することでエッチングした．エッチング装置はプラズマ発生機構と位置決め機構から構成される．プラズマ発生機構は，ガラス管とその外周に備えられた高電圧電極からなる．ガラス管は熱引き加工により先鋭化し，先端を所望の開口直径に調整したものを用いた．ガラス管内にアルゴンガスを流入させ，高電圧電極に数kVの高電圧を印加しプラズマを発生した．位置決めには，走査型プローブ顕微鏡と同様の原理を用いてガラス管先端と被加工試料との距離を設定する．製作した装置を用いて，エッチングレートや位置決めに関する実験を行った．エッチングレートは10 μm/min程度であった．また，SPMの原理を用いてガラス管を位置決めすることができた．本研究の成果をもとに科学研究費助成事業の若手研究において引き続きさらに発展させていきたい．

在这项研究中，我们进行了利用大气压等离子体的无掩模垂直深蚀刻的研究。垂直深蚀刻是制造微机电系统的一项非常重要的技术。目前，用于进行深垂直挖掘的主要方法包括博世法（通过交替蚀刻和钝化来蚀刻底面同时保护侧壁）和低温蚀刻（利用低温蚀刻等离子体的各向异性）。已经完成了。此外，所有这些方法都是在低压环境下进行的，旨在用于大直径晶圆的批量处理。使用真空环境的方法的问题在于它们需要昂贵的设备，例如真空排气设备和仪器。另一方面，大气压等离子体发生器不需要真空环境，成本低廉。此外，由于等离子体处于大气压下，因此产生的等离子体立即衰减，从而易于将其定域化。本研究采用常压等离子体，具有成本低、易于定位的特点，通过扫描局域等离子体进行蚀刻。蚀刻系统由等离子体产生机构和定位机构组成。等离子体产生机构由玻璃管和放置在其外周的高压电极组成。通过热拔将玻璃管削尖，并将尖端调整至所需的开口直径。通过将氩气流入玻璃管并对高压电极施加几kV的高压来产生等离子体。为了定位，玻璃管尖端和待处理样品之间的距离是使用与扫描探针显微镜相同的原理来设置的。使用制造的设备，我们进行了有关蚀刻速率和定位的实验。蚀刻速率约为10μm/分钟。此外，我们还能够利用 SPM 原理定位玻璃管。基于这项研究的结果，我们希望继续在科学研究资助资助的年轻研究人员领域进一步发展这项研究。