技術と応用

ドライエッチング

ドライエッチングの原理

エッチング加工はウェーハ上に所望の回路やパターンを作り出すための微細加工処理になります。
それは大体においてレジスト・マスクを形成した後に行なわれるので、プロセス上はリソグラフィーと一対になっており、広義リソグラフィーの後半プロセスと言うことができます。
エッチングプロセスは微細加工（マイクロメーター～ナノメーター級の加工）が可能であり、半導体、フラットパネル（ディスプレイ）、MEMS、光学デバイス等、様々なデバイス製作工程において、必要不可欠なプロセスです。

エッチング加工は、主に、以下の２つの方法に大別されます。

• ➢ウェットエッチング：　薬品溶液内で行うエッチングプロセス
• ➢ドライエッチング：　真空容器内の放電プラズマ中や反応性ガス中で行うエッチングプロセス

以下に、典型的なドライエッチ装置の構成と装置内におけるエッチングメカニズムに関る現象を示します。
装置内部には一対の平行円板電極が設けられ、一方の電極表面上にウェーハが載せられてRF 電圧が印加され、他方の電極は設置電位でまたその表面に設けられたシャワーヘッドから反応ガスが供給されます。
電極間では放電によりプラズマが発生し、ガス分子が励起されてエッチング作用を果す活性ラジカルやイオンとなります。
活性ラジカルとウェーハ表面における化学反応によりエッチング生成物が生じて表面から脱離する。
電極とプラズマの間には短い間隔のオンシースが生じて電極表面のウェーハを陽イオンで衝撃するが、これはラジカルの起こす化学反応や反応成生物脱離を促進したり、スパッタエッチングを起こします。脱離した反応成生物はガスとなり真空容器内から排気されます。

エッチング源とプロセスパラメーター

エッチング源とプロセスパラメーター
ドライエッチングには、以下の様な様々なプラズマ源が使用されますが、ICP（誘導結合プラズマ）を使用したものが主流となっています。
理由は、プラズマ分布の制御が行いやすく、低圧力で、高密度なプラズマが生成可能で、エッチング速度の向上と、エッチング形状の制御が行いやすい為です。
但し、エッチングの用途に合わせて、容量性プラズマ(CCP)や、マイクロ波プラズマ、イオンビームエッチング等もプラズマ源として使用されます。

イオンビームエッチングのメカニズム

エッチング加工はウェーハ上に所望の回路やパターンを作り出すための微細加工処理になります。
それは大体においてレジスト・マスクを形成した後に行なわれるので、プロセス上はリソグラフィーと一対になっており、広義リソグラフィーの後半プロセスと言うことができます。
エッチングプロセスは微細加工（マイクロメーター～ナノメーター級の加工）が可能であり、半導体、フラットパネル（ディスプレイ）、MEMS、光学デバイス等、様々なデバイス製作工程において、必要不可欠なプロセスです。

• ➢イオン密度はイオン源のプラズマソースで制御し、イオンエネルギーは、グリッドのDC加速電圧（DC電圧供給による負Bias電圧）で制御します。従って、各々独立に制御可能です。
• ➢～0.1Torrの低圧力（RIE装置と比較して1桁低い圧力）でプロセスを行うため、イオンの平均自由工程が長く、衝突によるエネルギーの損失も少ない。
• ➢高加速電圧（>1kV）によって、エッチングレートは10˜30nm/min程度が得られます。
• ➢RIEではエッチングできない材料（エッチング反応生成物が揮発しない材料）でも使用する事が可能で、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)等の材料のエッチングにも使用されます。また、イオンビームエッチング装置は、「斜め回析格子のエッチング」にも使用されます。

イオンビームエッチングプロセスの分類

・ RIBE(Reactive Ion Beam Etching):
反応性イオンビームエッチングの略。 反応性ガスは、イオン源のプラズマチャンバー内に、Arガスと共に導入され、イオン化された後、グリッドで加速され、反応性イオンビームとして基板に照射します。

・ CAIBE（Chemical Assisted Ion Beam Etching）:
化学アシストイオンビームエッチングの略。反応性ガスは、イオン源より下流の反応室に導入され、イオン源からのArイオンによるイオン衝撃と、反応性ガスによる化学反応によってエッチングを行います。

各エッチングにおける反応プロセスの違い

・ケミカルエッチング：
フリーラジカル（活性種）が被エッチング材料と反応してエッチングを行う。
（例）高圧反応性ガスエッチング

・物理エッチングやスパッタエッチング：
イオンがその場の電場（自己バイアス等）で加速されて、被エッチング材料に衝突して、物理的にエッチングを行う。

・イオンアシストエッチング：
ケミカルエッチングと物理エッチングのコンビネーションで、他の単独のエッチングプロセスより高速のエッチングが可能です。

エッチングガスと反応副生成物

エッチングで使用するガスは、ガスと対象膜のエッチング反応生成物の蒸気圧温度が低いものを選択します。
蒸気圧温度が高い場合、エッチングされた反応生成物が気化せずに堆積されて、エッチング反応が阻害され、また、処理室内部（処理室壁やICP石英板等）に反応生成物が付着・堆積して、パーティクルの発生要因となります。

表1. 各種エッチング材料と使用するガス

表2. 各種材料のハロゲン化合物の融点と蒸発温度

エッチングの重要なファクター