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

纳米临界场控制超快各向异性选择性刻蚀研究

基本信息

批准号：
14040211
负责人：
堀勝
金额：
$ 2.88万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

マイクロ波励起大気圧非平衡プラズマを開発し、ウェットとドライプロセスを融合したナノ臨界場を形成し、シリコン酸化膜の超高速、異方性加工を行い、下記の成果を得た。1)マイクロ波励起大気圧非平衡プラズマ中にNF_3ガスとH_2Oを導入して、SiO_2膜の超高速加工(14μm/min)を実現した。さらに、プラズマと基板との距離をミリメーターオーダーで制御することによって、SiO_2/Siのエッチング選択比(200以上)を達成した。プラズマと基板の距離は、エッチング特性を決める極めて重要な因子であることを見出した。距離が短い場合は、SiO_2およびSiともに高速加工が可能である。一方、距離を5mm以上離すことによって、上記選択比加工が実現できることが分かった。2)上記選択比加工の機構を解明するためにICCDによる発光の空間分布を計測した。その結果、フッ素原子はプラズマと基板間の距離が5mmにおいて消滅し、基板上においてはHFが多量に存在していることが分かった。HFは、H_2Oの存在下では、HF^<2->となり、SiO_2のエッチング種として作用するため、SiO_2/Siの大きな選択比が得られると推測される。一方、プラズマと基板距離が短い場合は、フッ素原子が基板上に多量に存在しているために、SiO_2とともにSiも高速にエッチングされ、両者の選択比が得られないと考えられる。3)同プラズマプロセスを有機薄膜のエッチングに適応した結果、酸素ガスにH2Oを添加したドライ・ウェット融合プロセスによって、有機薄膜の高速加工を実現することにも成功した。4)気相および表面での反応ダイナミックスをモニタリングするために波長可変フェムト秒レーザを用いて近赤外領域の吸収分光を試みた。水分子の吸収スペクトルが得られ、同計測システムが大気圧プラズマのモニタリングツールとして有望であることを明らかにした。5)ウェット・ドライの融合プロセスによって生じるナノ臨界場の制御は、今後の新しいプロセスを拓くものであり、本研究成果はこれらのプロセスを独自に提案し、その有効性を示した。本プロセスの産業界への導入を進めて行く予定である。

我们开发了微波激发的大气非平衡等离子体，创建了湿法和干法相结合的纳米临界场，并对氧化硅薄膜进行了超高速各向异性加工，获得了以下结果。 1)通过在微波激发大气非平衡等离子体中引入NF_3气体和H_2O,实现了SiO_2薄膜的超高速加工(14μm/min)。此外，通过将等离子体与衬底之间的距离控制在毫米量级，我们实现了SiO_2/Si的刻蚀选择性（大于200）。我们发现等离子体与基板之间的距离是决定蚀刻特性的极其重要的因素。如果距离短，则SiO_2和Si均可进行高速加工。另一方面，发现通过将距离分开5mm以上可以实现上述选择比加工。 2）为了阐明上述选择性处理的机制，我们通过ICCD测量了光发射的空间分布。结果发现，当等离子体与基板之间的距离为5mm时，氟原子消失，基板上存在大量的HF。在H_2O存在下，HF变成HF^<2->并充当SiO_2的蚀刻物质，因此推测可以获得大的SiO_2/Si选择比。另一方面，当等离子体与衬底之间的距离较短时，衬底上存在大量的氟原子，因此Si与SiO_2一起被高速蚀刻，并且认为两者之间的选择比无法获得。 3) 由于将相同的等离子体工艺应用于蚀刻有机薄膜，我们成功地利用在氧气中添加H2O的干/湿熔融工艺实现了有机薄膜的高速加工。 4）为了监测气相和表面的反应动力学，我们尝试使用波长可调的飞秒激光器在近红外区域进行吸收光谱。获得了水分子的吸收光谱，表明该测量系统有望作为大气压等离子体的监测工具。 5）湿/干聚变过程产生的纳米临界场的控制将在未来开辟新的工艺，本研究成果独立提出了这些工艺并证明了其有效性。我们计划继续将该流程引入行业。