【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.04.23】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22WS0011
利用課題名 / Title
ICP-RIEを利用したSiO2の深掘りエッチング
利用した実施機関 / Support Institute
早稲田大学 / Waseda Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代バイオマテリアル/Next-generation biomaterials（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
石英, ドライエッチング, NLD, ICP-RIE,電子顕微鏡/Electron microscopy,集束イオンビーム/Focused ion beam,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,スパッタリング/Sputtering
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
清水 久史
所属名 / Affiliation
東京大学 マイクロ・ナノ多機能デバイス連携研究機構 北森グループ
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
野崎義人,星野勝美,加藤篤,坂口千佳,関口哲志
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
WS-001：イオンビームスパッタ装置
WS-002：電子ビーム蒸着装置
WS-007：ICP-RIE装置
WS-012：電界放出型 走査電子顕微鏡
WS-010：集束イオン/電子ビーム加工観察装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
マイクロ流路の深さは数十umと深いことが多く、基板となる石英ガラスの加工にはNLD法などの高速エッチングが可能なRIE装置が使われている。しかし、一般に広く活用されているICP―RIE装置による深堀りエッチングへの期待も大きく、ここでは、サムコ社製のICP―RIE、ガス種としてC3F8、及び、高選択比を期待できるCr、Ni膜マスクを用いてエッチングを行い、エッチング面の平滑性に着目し検討を行った。特に、エッチングにより生じた突起、ピットの状態に注目しその影響因子を推察した。
実験 / Experimental
石英ガラス基板上に膜厚〜１.４umのNiマスクを形成し、ICP―RIEでエッチングを行った。選択比はRIE条件にもよるが約30−40である。ICP -RIEの代表的エッチング条件は、C3F8ガス圧力0.65Pa、Power/Bias power 800/120wである。この条件での石英ガラスのエッチング速度は大凡400nm/minであった。RIE後の形状観察には走査型電子顕微鏡、及び、集束イオン/電子ビーム加工装置を用いた。比較のために、NLD法、レジストマスク、CHF3ガスついても検討した。
結果と考察 / Results and Discussion
Fig.1に、いくつかの条件下でエッチングした石英ガラス表面のSEM像を示す。
a)NLD法でマスクを用いずエッチングした例である。 非常に平滑で良好な面が形成されている。これに対し(b)-(d)はICP―RIEでエッチングした場合である。(b)マスクを用いていないと(a)と同様に平滑な面が形成できる。しかし、(c)Niマスク、（d）Crマスク＋CHF3ガスでのエッチングでは激しい突起/ピット、生成物が見られる。バイアスパワーなども変化させたが大きな差は見られなかった。
突起、生成物を低減するには、これらがどのようなものであるかを把握することが重要である。Fig.2は、突起物の分析結果である。(a)は突起の断面STEM像、(b)は突起部のEDAX元素分析結果である。Si,Oが主成分で、マスクに用いた金属成分は明確には検出されていない。すなわち、突起組成はSiOxと思われる。 SiOxであるならフッ酸で除去可能と思われる。Fig.3 はその一例で、46％フッ酸に5min浸漬した後のSEM像である。突起はほぼ除去されている。
以上、NLD法に比較するとICP―RIE法はエッチング面の平滑性が劣化しやすいと言える。ただ、ガス種を変えることでその状態が変わることから、エッチング条件を見直しことで改善できる可能性がある。さらには、RIE中の温度上昇も影響しているものと思われ、グリスなどを用いて基板を確実に冷却することも重要と考える。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1 RIE後のSEM像
Fig.２ 突起物のSTEM/EDAX分析
Fig.3フッ酸処理後のSEM像
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本検討に御協力頂いた早稲田大学ナノライフ創新研究機構の野崎義人先生、星野勝美先生、坂口千佳先生、関口先生に感謝いたします。
NLD：磁気中性線放電(NLD：magnetic neutral loop discharge)プラズマエッチング装置
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件