プラズマエッチング方法
【課題】 テーパー角度を９０度未満とするプラズマエッチング方法を提供する。
【解決手段】 反応性エッチングガスとしてフッ素と酸素とを真空容器１内に導入し、コイル６に高周波電力を供給して誘導結合型プラズマ７を発生し、このプラズマによって基板電極８上にエッチング部材１０として配置されたシリコンをエッチングし、基板電極８に基板電極用交流電源１１から供給する交流電力の周波数によってシリコンにエッチングされる形状を制御する。
【解決手段】 反応性エッチングガスとしてフッ素と酸素とを真空容器１内に導入し、コイル６に高周波電力を供給して誘導結合型プラズマ７を発生し、このプラズマによって基板電極８上にエッチング部材１０として配置されたシリコンをエッチングし、基板電極８に基板電極用交流電源１１から供給する交流電力の周波数によってシリコンにエッチングされる形状を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体等の電子デバイスやマイクロマシンの製造、ナノインプリント技術で使用する金型の製造に利用されるプラズマエッチング方法及に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体等の電子デバイスやマイクロマシンの製造、ナノインプリント技術で使用する金型の製造において、近年、プラズマ処理によるドライエッチング加工技術の重要性は高まっている。従来のプラズマ処理によるドライエッチング方法の一例を、図１を参照して説明する。このエッチング方法では、誘導結合型プラズマ源を用いたプラズマ処理装置を使用する。このプラズマ処理装置は、例えば特許文献１に開示されているものと類似のものである。図１において、真空容器１内に、ガス供給装置２から反応性エッチングガスとして所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプシステム３により排気を行い、調圧弁４により真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、コイル用高周波電源５により１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、真空容器１の外周面に設けたコイル６に供給することにより、真空容器１内に誘導結合型プラズマ７が発生し、基板電極８上に載置された静電チャック９により、基板電極８に密着された基板１０に対してプラズマ処理を行うことができる。また、基板電極８に電力を供給するための基板電極用交流電源１１が設けられている。
【０００３】
図２に、このプラズマ処理装置でエッチングによって作成された金型１２の一部を示す。図２において符号１３はエッチング用のマスクである。金型１２は、シリコン製で、その上面にエッチング用のマスク１３を配置して、静電チャック９により基板電極８に密着され、プラズマエッチングされる。この金型１２におけるエッチングされずに残って傾斜面が、それが突出している面と成す角度αをテーパー角度とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６-２８６５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図２に示すようなナノインプリント技術で使われる金型１２を作成する際、金型１２のテーパー角度が例えば角度βで示すように９０°以上であった場合、金型１２を基板に押し当てた後、基板から離型する際に、アンカー効果により離型性が悪くなる。そこで、離型性を良くする方法の一つとして、アンカー効果対策として金型のテーパー角を角度αで示すように９０°以下にする必要性が生じる。特に、金型材料をシリコンとした場合、上述した誘導結合型プラズマ源を用いたプラズマ処理が含まれるドライエッチングによって、シリコンをエッチングしたときのテーパー角度は９０°以上となる。
【０００６】
本発明は、テーパー角度を９０度未満とするプラズマエッチング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様のプラズマエッチング方法は、反応性エッチングガスとしてフッ素と酸素とを用いたプラズマエッチング加工方法において、エッチング部材にエッチングされる形状を、前記エッチング部材に印加される交流電力の周波数によって、制御するものである。例えば真空槽を真空に排気した後、フッ素と酸素と反応性エッチングガスとして、導入し、真空槽に高周波電力を印加して、反応性ガスをプラズマ化する。エッチング部材は、例えば基板電極上に配置され、基板電極に交流電力を印加する。プラズマ化された反応性ガスがエッチング部材に向かい、エッチング部材をエッチングする。基板電極に印加される交流電力の周波数を、適切に選択することによって、エッチング部材のエッチング形状を制御する。エッチング部材としては、例えば、シリコンを使用することができる。
【発明の効果】
【０００８】
このようにエッチング部材に印加される高電流の周波数を適切に選択することによってテーパー角度を９０度未満とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の１実施形態のプラズマエッチング方法に使用する装置の概略構成図である。
【図２】テーパー角度の説明図である。
【図３】図１のエッチング方法によって作成したナノインプリント用の金型の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態のプラズマエッチング方法は、図１に示した誘導結合型プラズマ源を用いたプラズマ処理装置を使用するもので、真空容器１内の基板電極８に静電チャック９により、基板１０として例えばシリコン部材を密着させる。なお、基板電極８は、冷却装置を備え、温度管理されている。真空容器１内にガス供給源２から処理ガスを供給しつつ真空容器１内をターボ分子式ポンプシステム３によって排気し、調圧弁４により真空容器１内を所定の圧力に制御しながら、高周波電力、例えば周波数１３．５６ＭＨｚのコイル用高周波電力を基板電極１０の上部に設けられたコイル６の一端をなす給電点に供給する。これによって、真空容器１内に誘導結合型プラズマ７が発生する。基板電極１０に基板電極用交流電源１１から基板電極用交流電力を供給し、基板最表面を処理する。基板電極用交流電源１１は、その周波数を可変することができるものである。
【００１１】
具体的には、基板１０を基板電極８上に配置されている静電チャック９上に搭載する。そして、静電チャック９が発生させる静電気力により基板１０を静電チャック９と密着させる。静電チャック９と基板１０との間には小さな体積の空間が存在するが、ここにヘリウムを１０００Ｐａ以上の圧力になるまで充填する。これにより、基板１０と基板電極９との熱伝導は上昇する。
【００１２】
真空容器１内に反応性ガスとして、六フッ化硫黄と酸素を２：１〜１：１の割合でガス供給源２から流し、調圧弁４により処理圧力を例えば５Ｐａに調整する。コイル用高周波電力を例えば１００Ｗ〜２０００Ｗの範囲でコイル６に印加することにより、誘導結合型プラズマ７が励起される。
【００１３】
基板電極８に交流電力を、例えば０Ｗ〜５００Ｗの範囲で基板電極８に印加することにより、基板１０には誘導結合型プラズマ７中に存在するイオンを積極的に入射させ、基板１０のエッチングを促進させる。この時、基板電極用交流電力の周波数を変化させることで、例えばナノインプリントで使用する金型のテーパー角度を制御することが可能となる。
【００１４】
また、この時、基板電極を温度調整することにより、静電チャックにより熱伝導率を良く密着されている基板の温度を調整することができ、基板温度を変化させることでテーパー角度を制御することが可能となる。
【００１５】
実施例として、反応性ガスとして六フッ化硫黄と酸素とをほぼ２：１の割合で真空容器１内に導入し、処理圧力を５Ｐａに調整し、コイル用高周波電力（周波数：１３．５６ＭＨｚ）４００Ｗをコイルに印加し、基板電極用交流電力３０Ｗを−１５℃に温度調整された基板電極１０に印加する。この時の基板電極用交流周波数を５００ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚそして２７ＭＨｚとした場合のエッチング形状を図３に示す。エッチングテーパー角度は、５００ｋＨｚで８９．８６度、１３．５６ＭＨｚで８７．８１度、２７ＭＨｚで８５．９６度とそれぞれなり、基板電極用交流周波数が高くなると共に、テーパー角度は低くなっている。このように基板電極用交流周波数を高くすることによって、テーパー角度を低くできる
【００１６】
それは、以下の理由と推測される。一般的に基板電極近傍のプラズマ密度ｎｓは、基板電極用交流周波数をｆ、基板電極用交流電源の交流電圧をＶ、ωを２πｆとすると、ｎｓ∝ω２Ｖで表される。この式から明らかなように、基板電極用交流周波数ｆが高いほど、基板電極近傍のプラズマ密度ｎｓが高くなる。基板１０として、シリコンを使用した場合、シリコンは四フッ化シリコンとして気化し、エッチングされる。そして、気化した四フッ化シリコンは、プラズマ中で再分解され、一部は酸化シリコンとして生成される。この生成された酸化シリコンは、固体となり、基板１０上に付着し、そのうちエッチングされた側壁（図２に符号Ａで示す）へ堆積した酸化シリコン膜が、側壁保護膜となる。このエッチング表面へ堆積した酸化シリコンにプラズマ７中のイオンがエネルギーを持って流入し、酸化シリコンはたたき出される。酸化シリコンの側壁保護膜の成長速度は、プラズマ密度が高まることにより増加する。つまり、交流電源周波数が高くなると、酸化シリコンの側壁保護膜の成長速度も大きくなる。そのため、順テーパー形状のシリコンのエッチングを交流電源周波数により制御することが可能となる。
【００１７】
上記の実施形態では、反応性ガスとして六フッ化硫黄と酸素とを使用したが、これに代えて、例えばＣＦ４やＣ４Ｆ８等を使用することもできる。コイル用高周波電力の周波数として１３．５６ＭＨｚを使用したが、これに限らず、例えば１ＭＨｚ乃至１００ＭＨｚの周波数を使用することができる。エッチング部材としてはシリコンを使用したが、これに代えて、例えば石英や窒化シリコン等を使用することもできる。上記の実施形態では、ナノインプリントで使用する金型を製作したが、これに限ったものではなく、例えば半導体等の電子デバイスやマイクロマシンの製造にも使用することができる。
【符号の説明】
【００１８】
１ 真空容器
２ ガス供給装置
３ ターボ分子ポンプシステム
４ 調圧弁
５ コイル用高周波電源
６ コイル
７ 誘導結合型プラズマ
８ 基板電極
１０ 基板
１１ 基板電極用交流電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体等の電子デバイスやマイクロマシンの製造、ナノインプリント技術で使用する金型の製造に利用されるプラズマエッチング方法及に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体等の電子デバイスやマイクロマシンの製造、ナノインプリント技術で使用する金型の製造において、近年、プラズマ処理によるドライエッチング加工技術の重要性は高まっている。従来のプラズマ処理によるドライエッチング方法の一例を、図１を参照して説明する。このエッチング方法では、誘導結合型プラズマ源を用いたプラズマ処理装置を使用する。このプラズマ処理装置は、例えば特許文献１に開示されているものと類似のものである。図１において、真空容器１内に、ガス供給装置２から反応性エッチングガスとして所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプシステム３により排気を行い、調圧弁４により真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、コイル用高周波電源５により１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、真空容器１の外周面に設けたコイル６に供給することにより、真空容器１内に誘導結合型プラズマ７が発生し、基板電極８上に載置された静電チャック９により、基板電極８に密着された基板１０に対してプラズマ処理を行うことができる。また、基板電極８に電力を供給するための基板電極用交流電源１１が設けられている。
【０００３】
図２に、このプラズマ処理装置でエッチングによって作成された金型１２の一部を示す。図２において符号１３はエッチング用のマスクである。金型１２は、シリコン製で、その上面にエッチング用のマスク１３を配置して、静電チャック９により基板電極８に密着され、プラズマエッチングされる。この金型１２におけるエッチングされずに残って傾斜面が、それが突出している面と成す角度αをテーパー角度とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６-２８６５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図２に示すようなナノインプリント技術で使われる金型１２を作成する際、金型１２のテーパー角度が例えば角度βで示すように９０°以上であった場合、金型１２を基板に押し当てた後、基板から離型する際に、アンカー効果により離型性が悪くなる。そこで、離型性を良くする方法の一つとして、アンカー効果対策として金型のテーパー角を角度αで示すように９０°以下にする必要性が生じる。特に、金型材料をシリコンとした場合、上述した誘導結合型プラズマ源を用いたプラズマ処理が含まれるドライエッチングによって、シリコンをエッチングしたときのテーパー角度は９０°以上となる。
【０００６】
本発明は、テーパー角度を９０度未満とするプラズマエッチング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様のプラズマエッチング方法は、反応性エッチングガスとしてフッ素と酸素とを用いたプラズマエッチング加工方法において、エッチング部材にエッチングされる形状を、前記エッチング部材に印加される交流電力の周波数によって、制御するものである。例えば真空槽を真空に排気した後、フッ素と酸素と反応性エッチングガスとして、導入し、真空槽に高周波電力を印加して、反応性ガスをプラズマ化する。エッチング部材は、例えば基板電極上に配置され、基板電極に交流電力を印加する。プラズマ化された反応性ガスがエッチング部材に向かい、エッチング部材をエッチングする。基板電極に印加される交流電力の周波数を、適切に選択することによって、エッチング部材のエッチング形状を制御する。エッチング部材としては、例えば、シリコンを使用することができる。
【発明の効果】
【０００８】
このようにエッチング部材に印加される高電流の周波数を適切に選択することによってテーパー角度を９０度未満とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の１実施形態のプラズマエッチング方法に使用する装置の概略構成図である。
【図２】テーパー角度の説明図である。
【図３】図１のエッチング方法によって作成したナノインプリント用の金型の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態のプラズマエッチング方法は、図１に示した誘導結合型プラズマ源を用いたプラズマ処理装置を使用するもので、真空容器１内の基板電極８に静電チャック９により、基板１０として例えばシリコン部材を密着させる。なお、基板電極８は、冷却装置を備え、温度管理されている。真空容器１内にガス供給源２から処理ガスを供給しつつ真空容器１内をターボ分子式ポンプシステム３によって排気し、調圧弁４により真空容器１内を所定の圧力に制御しながら、高周波電力、例えば周波数１３．５６ＭＨｚのコイル用高周波電力を基板電極１０の上部に設けられたコイル６の一端をなす給電点に供給する。これによって、真空容器１内に誘導結合型プラズマ７が発生する。基板電極１０に基板電極用交流電源１１から基板電極用交流電力を供給し、基板最表面を処理する。基板電極用交流電源１１は、その周波数を可変することができるものである。
【００１１】
具体的には、基板１０を基板電極８上に配置されている静電チャック９上に搭載する。そして、静電チャック９が発生させる静電気力により基板１０を静電チャック９と密着させる。静電チャック９と基板１０との間には小さな体積の空間が存在するが、ここにヘリウムを１０００Ｐａ以上の圧力になるまで充填する。これにより、基板１０と基板電極９との熱伝導は上昇する。
【００１２】
真空容器１内に反応性ガスとして、六フッ化硫黄と酸素を２：１〜１：１の割合でガス供給源２から流し、調圧弁４により処理圧力を例えば５Ｐａに調整する。コイル用高周波電力を例えば１００Ｗ〜２０００Ｗの範囲でコイル６に印加することにより、誘導結合型プラズマ７が励起される。
【００１３】
基板電極８に交流電力を、例えば０Ｗ〜５００Ｗの範囲で基板電極８に印加することにより、基板１０には誘導結合型プラズマ７中に存在するイオンを積極的に入射させ、基板１０のエッチングを促進させる。この時、基板電極用交流電力の周波数を変化させることで、例えばナノインプリントで使用する金型のテーパー角度を制御することが可能となる。
【００１４】
また、この時、基板電極を温度調整することにより、静電チャックにより熱伝導率を良く密着されている基板の温度を調整することができ、基板温度を変化させることでテーパー角度を制御することが可能となる。
【００１５】
実施例として、反応性ガスとして六フッ化硫黄と酸素とをほぼ２：１の割合で真空容器１内に導入し、処理圧力を５Ｐａに調整し、コイル用高周波電力（周波数：１３．５６ＭＨｚ）４００Ｗをコイルに印加し、基板電極用交流電力３０Ｗを−１５℃に温度調整された基板電極１０に印加する。この時の基板電極用交流周波数を５００ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚそして２７ＭＨｚとした場合のエッチング形状を図３に示す。エッチングテーパー角度は、５００ｋＨｚで８９．８６度、１３．５６ＭＨｚで８７．８１度、２７ＭＨｚで８５．９６度とそれぞれなり、基板電極用交流周波数が高くなると共に、テーパー角度は低くなっている。このように基板電極用交流周波数を高くすることによって、テーパー角度を低くできる
【００１６】
それは、以下の理由と推測される。一般的に基板電極近傍のプラズマ密度ｎｓは、基板電極用交流周波数をｆ、基板電極用交流電源の交流電圧をＶ、ωを２πｆとすると、ｎｓ∝ω２Ｖで表される。この式から明らかなように、基板電極用交流周波数ｆが高いほど、基板電極近傍のプラズマ密度ｎｓが高くなる。基板１０として、シリコンを使用した場合、シリコンは四フッ化シリコンとして気化し、エッチングされる。そして、気化した四フッ化シリコンは、プラズマ中で再分解され、一部は酸化シリコンとして生成される。この生成された酸化シリコンは、固体となり、基板１０上に付着し、そのうちエッチングされた側壁（図２に符号Ａで示す）へ堆積した酸化シリコン膜が、側壁保護膜となる。このエッチング表面へ堆積した酸化シリコンにプラズマ７中のイオンがエネルギーを持って流入し、酸化シリコンはたたき出される。酸化シリコンの側壁保護膜の成長速度は、プラズマ密度が高まることにより増加する。つまり、交流電源周波数が高くなると、酸化シリコンの側壁保護膜の成長速度も大きくなる。そのため、順テーパー形状のシリコンのエッチングを交流電源周波数により制御することが可能となる。
【００１７】
上記の実施形態では、反応性ガスとして六フッ化硫黄と酸素とを使用したが、これに代えて、例えばＣＦ４やＣ４Ｆ８等を使用することもできる。コイル用高周波電力の周波数として１３．５６ＭＨｚを使用したが、これに限らず、例えば１ＭＨｚ乃至１００ＭＨｚの周波数を使用することができる。エッチング部材としてはシリコンを使用したが、これに代えて、例えば石英や窒化シリコン等を使用することもできる。上記の実施形態では、ナノインプリントで使用する金型を製作したが、これに限ったものではなく、例えば半導体等の電子デバイスやマイクロマシンの製造にも使用することができる。
【符号の説明】
【００１８】
１ 真空容器
２ ガス供給装置
３ ターボ分子ポンプシステム
４ 調圧弁
５ コイル用高周波電源
６ コイル
７ 誘導結合型プラズマ
８ 基板電極
１０ 基板
１１ 基板電極用交流電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応性エッチングガスとしてフッ素と酸素とを用いたプラズマエッチング加工方法において、エッチング部材にエッチングされる形状を、前記エッチング部材に印加される交流電力の周波数によって、制御するプラズマエッチング方法。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマエッチング方法において、前記エッチング部材がシリコンであるプラズマエッチング方法。
【請求項１】
反応性エッチングガスとしてフッ素と酸素とを用いたプラズマエッチング加工方法において、エッチング部材にエッチングされる形状を、前記エッチング部材に印加される交流電力の周波数によって、制御するプラズマエッチング方法。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマエッチング方法において、前記エッチング部材がシリコンであるプラズマエッチング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−９３５１７（Ｐ２０１３−９３５１７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６０３８（Ｐ２０１１−２３６０３８）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００１９２５６７）神港精機株式会社 (54)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００１９２５６７）神港精機株式会社 (54)
【Ｆターム（参考）】
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