ドライエッチング中に側壁が曲がるのはなぜですか？

イオン衝撃の不均一性

ドライエッチング通常は物理的効果と化学的効果を組み合わせたプロセスであり、イオン衝撃は重要な物理的エッチング方法である。エッチングプロセスイオンの入射角やエネルギー分布が不均一になる場合があります。

側壁上の位置によってイオンの入射角が異なる場合、イオンの側壁へのエッチング効果も異なります。イオンの入射角が大きい領域では、イオンの側壁へのエッチング効果が強くなり、その領域の側壁がより多くエッチングされ、側壁が湾曲します。さらに、イオンエネルギーの不均一な分布も同様の効果をもたらします。エネルギーの高いイオンはより効果的に材料を除去できるため、結果として、加工面の凹凸が生じます。エッチング異なる位置で側壁の角度が変化し、その結果、側壁が曲がります。

フォトレジストの影響

フォトレジストはドライエッチングにおいてマスクの役割を果たし、エッチングする必要のない領域を保護します。しかし、エッチング工程中のプラズマ衝撃や化学反応の影響を受け、性能が変化する可能性があります。

フォトレジストの厚さが不均一であったり、エッチングプロセス中の消費速度が一定でなかったり、フォトレジストと基板間の接着力が場所によって異なっていたりすると、エッチングプロセス中に側壁の保護が不均一になる可能性があります。例えば、フォトレジストが薄い部分や接着力が弱い部分では、下地材料がエッチングされやすくなり、その部分で側壁が曲がってしまう可能性があります。

基板材料特性の違い

エッチングされる基板材料自体には、結晶配向や領域ごとのドーピング濃度など、異なる特性がある場合があります。これらの違いは、エッチング速度とエッチング選択性に影響を与えます。
例えば、結晶シリコンでは、結晶方位によってシリコン原子の配列が異なり、エッチングガスとの反応性やエッチング速度も異なります。エッチングプロセスにおいて、材料特性の違いに起因するエッチング速度の違いにより、場所によって側壁のエッチング深さが不均一になり、最終的には側壁の曲がりが発生します。

設備関連の要因

エッチング装置の性能と状態もエッチング結果に重要な影響を与えます。例えば、反応室内のプラズマ分布の不均一性や電極の摩耗の不均一性といった問題は、エッチング中にウェーハ表面におけるイオン密度やエネルギーといったパラメータの分布の不均一性につながる可能性があります。

さらに、装置の温度制御の不均一性とガス流量のわずかな変動もエッチングの均一性に影響を与え、側壁の曲がりにつながる可能性があります。