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NLD プラズマエッチング装置の機能および操作方法

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NLD プラズマエッチング装置の機能および操作方法 - PowerPoint PPT Presentation


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NLD プラズマエッチング装置の機能および操作方法. 大阪府立産業技術総合研究所 生産技術部 特殊加工G 研究員   福田 宏輝. 周期= 0.25μm. 幅= 0.125μm. 石英基板. プラズマエッチング装置を用いた微細加工. マスク. 基板. リソグラフィーで マスクパターンを形成. エッチング. マスクを除去.       エッチング 【 1 】 ウェットエッチング           ・・・ 液体薬品で腐食させる 【 2 】 ドライエッチング  (プラズマエッチング)           ・・・ イオンをぶつけて加工する. ウェットエッチング

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Presentation Transcript
slide1

NLDプラズマエッチング装置の機能および操作方法NLDプラズマエッチング装置の機能および操作方法

大阪府立産業技術総合研究所

生産技術部 特殊加工G 研究員   福田 宏輝

slide2

周期=0.25μm

幅=0.125μm

石英基板

プラズマエッチング装置を用いた微細加工

マスク

基板

リソグラフィーで

マスクパターンを形成

エッチング

マスクを除去

slide3

      エッチング

【1】ウェットエッチング

          ・・・ 液体薬品で腐食させる

【2】ドライエッチング (プラズマエッチング)

          ・・・ イオンをぶつけて加工する

slide4

ウェットエッチング

等方性エッチング

幅>>深さ

幅<深さ

深さ

深さ

マスク

広がって余分な部分まで

エッチングされる

(サイドエッチング)

slide5

ドライエッチング(プラズマエッチング)

          異方性エッチング

幅<深さ

イオン

マスク

深さ

基板

イオンが基板へほぼ垂直に入射

   垂直にほれる

slide6

「プラズマエレクトロニクス」,菅井秀郎,オーム社「プラズマエレクトロニクス」,菅井秀郎,オーム社

プラズマとは・・・

プラズマ

       原子が電離を起こし、

正イオンと電子に分かれた荷電粒子を含む気体

 (例)

  自然 ・・・ 恒星,電離層,オゾン,雷,

  人工 ・・・ 核融合炉,アーク溶接,蛍光灯,ロウソクの炎

密度 ・・・ 106 ~ 1025個/m3

温度 ・・・ 102 ~ 109K

slide7

プラズマの生成

電子

イオン核

振動電場

プラズマ

プラズマ

プラズマ

電源

電源

電源

コイルに高周波電流を流す

強い電波を当てる

平行板に高周波電圧をかける

slide8

基板へのイオンの引き込み

プラズマ中で基板に高周波をかける

基板に負の電圧がかかる

+イオンが基板に高速で入射(ほぼ垂直に)

プラズマ

高周波

電源

高周波

電源

slide9

CF3

CF2

CF2

CF3

CF3

e-

e-

e-

F-

F*

CF4

CF4

基板との反応

CF4を用いたSiO2のエッチングの例

ラジカルが表面に付着し,基板と反応

イオン衝撃のある部分は,反応が活発

異方性エッチングされる

様々なイオン

やラジカル

+イオンが加速

マスク

ラジカル

SiO2

SiO2+2CF2→ SiF4↑+2CO↑

slide10

反応性イオンエッチング

エッチングには2つの側面がある

【1】 物理的な側面

     ・・・イオンの衝撃で破壊

【2】 化学的な側面

     ・・・ラジカルと反応

■ 反応性イオンエッチング

(Reactive Ion Etching : RIE)

   ・・・ 基板材料とガスが反応する

■ スパッタ・エッチング

   ・・・ イオンの衝撃による破壊のみ

       (例) Arガス

F,Cl,Br 等のハロゲン系が多い

      プラズマで分解されたとき、活性の高い分子

      (ラジカル)をつくるから

slide11

エッチング速度

■ エッチング速度・・・エッチングガス,エッチング条件,基板の材質により変化

■ 特にバイアス・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

slide12

選択比

マスクもエッチングされる

・・・イオン衝撃で破壊される

マスク

基板

エッチング

エッチング

■ 選択比・・・エッチングガス,エッチング条件,マスクの材質により変化

         (例) 電子線レジスト・・・1~5ぐらい

          選択比の大きくなる条件を選ぶ必要がある

■ エッチング可能な深さ = 選択比 × マスクの膜厚

slide13

ULVAC製 NLD-800エッチング装置

NLD-800

NLD-800 (ULVAC製)

■ NLD (Neutral Loop Discharge : NLD) 方式を採用

■ 到達真空度=6.7×10-4Pa

   操作圧力=7×10-2Pa~6.7Pa

■ アンテナ電源(最大出力)=13.56MHz(2kW)

   バイアス電源(最大出力)=13.56MHz(1kW)

■ 基板温度=-30~+30℃

■ 基板サイズ(最大)=φ100mm

■ 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

slide14

磁気中性線プラズマ(Neutral Loop Discharge : NLD)

NLD(Neutral Loop Discharge)の特徴

高密度プラズマ生成が可能(10-1Pa台でArで1011cm-3以上)

            良好な均一性

磁気中性線

(Nuetral Loop : NL)

磁場=0

Neutral Point

磁気コイル

コイル

(RF用)

ガス供給口

RF

磁気コイル

基板

ポンプ

RF

slide15

   エッチング例1

0.125μm Line & Space,高さ = 0.2μm (石英基板 )の作製

アスペクト比=1.6

  レジスト

(NEB-22 A2)

エッチング

レジスト除去

0.25μm

SiO2

0.1μm

0.2μm

エッチング装置:NLD-800

エッチングガス:CF4(20sccm),CH2F2(11sccm)

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:18sec

エッチング速度:0.7μm/min

選択比:1.4

レジスト・パターン

SiO2・パターン

slide16

           リフト・オフ

・・・元のレジスト・パターンとポジネガ反転した、金属・パターンが作製できる

レジスト

ポジ型レジスト塗布

(例)ZEP520-12

   膜厚=250nm

基板

真空蒸着

(例)Ni,Cr

   膜厚=100nm

電子線描画

溶剤でレジストを除去

(リフト・オフ)

金属膜による逆パターンができる

現像

slide17

   エッチング例2

0.2μm Line & Space ,深さ = 1.35μm (石英基板 )

アスペクト比=6.8

0.1

μm

1.35

μm

Ni 除去

エッチング

Ni

SiO2

エッチング装置:NLD-800

エッチングガス:CF4(51sccm)

圧力:0.4Pa

アンテナパワー:300W

バイアスパワー:100W

エッチング時間:7min

エッチング速度:0.19μm/min

Niパターン

SiO2・パターン

slide18

   エッチング例3

Ni マスクを用いたSiO2のエッチング ・・・深溝・・・

0.05

μm

エッチング

Ni

SiO2

0.5μm Line & Space

高さ=2.8μm

アスペクト比=5.6

エッチング装置:NLD-800

エッチングガス:CF4(82sccm),CH2F2(11~14sccm),

O2(3~5sccm)

圧力:0.4Pa

アンテナパワー:1200W

バイアスパワー:100W

エッチング時間:7~9min

エッチング速度:0.4μm/min

1μm Line & Space

高さ=3.7μm

アスペクト比=3.7

slide19

         マスクの後退

エッチング条件によっては、

マスク端の部分が特にエッチングされ、尖った構造になる場合がある

金属マスク

エッチング

基板

エッチング例

エッチング例

SiO2基板

元パターン:3μmL&S

SiO2基板

元パターン: 2μmL&S

slide20

 エッチング例4

マスクの後退を利用したエッチング例

エッチング

0.05

μm

Ni

SiO2

エッチング装置:NLD-800

エッチングガス:CF4(82sccm),CH2F2(14sccm),

O2(10sccm)

圧力:0.4Pa

アンテナパワー:1200W

バイアスパワー:500W

エッチング時間:5min

元パターン:格子構造(線幅:1μm)

     尖った構造の応用例

① 反射防止構造 ② 型抜きが容易

    反射防止効果をもつ表面構造

元パターン:0.125μmのドット(周期:0.25μm)

0.125μm

slide21

             おわりに

■ 基板サイズ ・・・ <100mmφ

                (100mmφのトレーに載せ,エッチングを行います)

■ 材質 ・・・ SiO2,Si の経験あり(その他の材質についてもご相談ください)

■ パターンサイズ

    横方向 ・・・ >0.1μm

    縦方向 ・・・ <数μm(横方向のパターンサイズに大きく依存)

■ 使用可能ガス ・・・ CF4,CH2F2,CHF3,C3F8,C4F8,SF6,Ar,O2,Cl2

■ 設計通りの加工を行うことは容易ではなく、また必ず条件出しが必要になります。

   どうぞ、ご相談ください。