低コストで環境負荷の低い微細加工工程に関する研究とその応用に向けた検討
製品・機能評価課 升方康智、奈須野雅明、室 慧悟
1. 緒言

2.2 ナノインプリント法とナノ粒子を用いたプロセス

近年、半導体デバイス等の微細化が進み、また人工的にMacEtch 法では、エッチングにおいて高額な設備が不要形成した微細構造による回折、増強作用を用いた光学素であり、温室効果ガスを用いないといったメリットがあ子の開発も進んでいることから、微細加工工程においてるが、金属触媒のパターニングにはフォトリソグラフィより微細なパターンの形成が求められるようになったが、ー工程が主に用いられることから、微細パターンの形成

半導体デバイスや光学素子などの製造における微細加工には非常に高額な設備を必要とする点や、アルカリ溶液工程では、一般的に工程が複雑で高価な設備を用いるこなどを必要とするといった課題があった。また、被加工部とや、工程において大量のエネルギーや CF4, SF6 等の温でのエッチング液の液交換が行われる必要があり、液交室効果ガスを必要することによる環境への負荷が課題と換が行われやすい金属触媒の端部のみでエッチングが促なっている。今回、これらの課題の解決に向け、低コスト進され、被加工部がいびつな形になるという問題があっ

で工程が単純なウエットエッチングでありながら Si の異た。そこで我々は、ナノインプリント法と金属ナノ粒子を方性エッチングが可能であることや、温室効果ガスを用用いて金属触媒のパターニングを行い、MacEtch 法によりいないなどの利点を持つ

1)

アシストエッチング法(MacEtch 法)による微細加工法について検討を行う。

Si の微細加工を行うプロセスを提案した。そのプロセスを Fig.2 に示す。①Si 基板にレジストを塗布し、②ナノインプリント法でパターンを形成し、③金属ナノ粒子分散2. 実験方法

液を塗布することで金属触媒パターンを形成し、④2.1 メタルアシストエッチング法

MacEtch 法により Si の微細加工を行う手法である。ナノメタルアシストエッチング法(MacEtch 法)について説

粒子により金属触媒を形成することで、粒子間からエッ明する(Fig.1)①Si 基板上に貴金属(Ag、Au 等)触媒をパタチング液が被加工部まで到達、液交換が行われることで、ーニングした Si 基板をフッ酸と酸化剤(H2O2)を含む溶液

金属触媒の端部以外でもエッチングが進むと考えられる。に浸すことで、金属の表面で H2O2 が還元されホールを生成②このホールにより、触媒近傍の Si が酸化され、SiO2を形成③HF により溶解することでエッチングされ、溶解後、金属は再度 Si に接触する。この反応を繰り返すことで触媒直下の Si が選択的にエッチングされる。これにより、Si の異方性エッチングを行う手法である。

Fig. 2 Illustration of MacEtch Mechanism
2.3 プロセス手順

ナノインプリントに用いるレジストは、残膜を最小限にするため、レジスト(ZPP1700PG:日本ゼオン)を
Fig. 1 Illustration of MacEtch Mechanism

PGMEA で 1:5 の割合で希釈して粘度を下げたものを用いた。これを Si 基板上に滴下し、Ni モールドから転写した PDMS モールド(1μm ライン＆スペース、ドッ

富山県產業技術硏究開発センタｰ硏究報吿 No.37 (2023)

19ト、ホール)を押し付け、室温で乾燥させた後、モール電子顕微鏡により観察した被加工部の断面像を Fig. 4ドを離型し、Si 基板上にレジストパターンを形成した。に示す。エッチング深さは約 135nm にとどまっており、Si 基板上に存在するレジストの残膜を除去するため、

EB リソグラフィーを用いた通常の MacEtch 法においてO2 アッシング(50W, 90s)を行った。ナノ粒子分散液(紀報告されているレート 2)の 1/8 程度にとどまることが分か

州技研工業 AGK102 平均粒径 10-20nm)を滴下し、ホった。その要因としては、ナノ粒子を包む分散剤などの影ットプレート(90℃, 90s)で乾燥した後、過酸化水素を含響により、生成したホールが Si に注入されるのが阻害さ-3むフッ酸溶液(HF 3.56mol/L, H2O2 6.3×10 mol/L)に 3minれた可能性や、Ag 粒子がプロセス中に変質した可能性な浸漬して MacEtch 処理を施した。

どが考えられる。加熱処理など、分散剤を除去するプロセスを検討するとともに、エッチング液の比率、温度などの3. 実験結果および考察最適化により加工レートの向上が必要である。

ナノインプリント法とナノ粒子を用いた MacEtch 処理による加工結果を、Fig. 3 に示す。表面に 1μm ライン＆スペース、ホール、ドットパターンが形成されていることが分かる。金属ナノ粒子触媒を塗布せずに過酸化水素を含むフッ酸溶液に浸漬した場合、パターンは形成されず、触媒の効果により Si の酸化、溶解が促進され、MacEtch 法によるエッチングが行われたと考えられる。

Fig. 4 Si wefer etched by macetch process (a)Line andspace (b)hole (c) dot

4. 結言
ナノインプリント法により貴金属触媒ナノ粒子をパターニングし、MacEtch 処理により Si にミクロンオーダーの加工を施すプロセスを提案し、選択的エッチングが可能であることを示した。一方、加工レートは通常のMacEtch 法において報告されているものより低く、レートの改善が必要であることが分かった。
参考文献
1) X. Li and, et al., Appl. Phys. Lett. 77, 2572 (2000)
2) Hailiang Li et al.,Micromachines, 11(4), 378(2020)
Fig. 3 Si wefer etched by macetch process (a)Line andspace (b)hole (c) dot
キーワード：微細加工、環境負荷、MEMS

Research on Microfabrication Processes with Low-cost, Low Environmental Impact and their Application
Product and Function Evaluating Section; Yasutomo MASUGATA, Masaaki NASUNO and Keigo MUROIn recent years, the development of semiconductor devices, requires the formation of fine patterns. However, themicrofabrication process of semiconductor devices, optical elements, etc., generally requires complex processes and expensive
equipment, and the process requires large amounts of energy and greenhouse gases such as CF4, SF6.Which impose
environmental burdens. The process also requires large amounts of energy and greenhouse gases such as CF4 and SF6. In orderto solve these problems, we investigated a microfabrication method using the assisted etching method (MacEtch method), which
has the advantages of low cost, simple process, anisotropic etching of Si, and no use of greenhouse gases.

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Reports of the Toyama Industrial Technology R&D Center No.37 (2023)