等方性エッチング

等方性エッチングとは

等方性エッチングとは、エッチングの反応がすべての方向に向かって行われることです。例えば、エッチングがウエハー表面のレジストに近い部分で開始された場合、すべての方向で腐食が進むとレジストの下をえぐるようにエッチングされます。等方性エッチングは、主にウェットエッチングで発生します。

等方性エッチングのメカニズム

等方性エッチングは、垂直方向だけではなく、水平方向にもエッチングが進むため、レジスト直下の膜が台形のような形になります。本来の狙い値であるマスクの寸法から、ずれが生じるため、不具合が起こる可能性があります。例えば、形状が不均一なため、局所的に電流密度が高まったり、局所的に応力が増加することなどが考えられます。等方性エッチングは、薬液によりどの方向からもエッチングされるウェットエッチングで主に発生します。なお、ドライエッチングでは、反応性ガスを供給した場合などに等方性エッチングになります。

異方性エッチングとの違い

等方性エッチングは、エッチングの反応がすべての方向に向かって行われるのに対し、異方性エッチングは、エッチングの反応が一方向に向かって行われます。等方性エッチングがレジストの下をえぐるようにエッチングされるのに対し、異方性エッチングでは、レジストの下をえぐることなくエッジの立った加工が行えます。

等方性エッチングになるケース

ウェットエッチング

ウェットエッチングは、主に洗浄装置の一部機能を使って化学的にエッチングを行うもので、すなわち金属やシリコンを溶かす薬液を使って削ります。薬液によってどの方向からもエッチングが進むため、基本的にウェットエッチングは等方性エッチングになります。ウェットエッチングの代表的な加工方式には、レジストパターンを形成した基板を薬液に浸すディップ方式、基板に薬液を噴霧するスプレー方式、回転台に基板を取り付けて薬液を滴下するスピン方式があります。

ドライエッチング

ドライエッチングでは、装置内に形成された電位差により、ガス中のイオンが基板に向かって垂直に加速されるため、異方性エッチングとなるのが一般的です。ドライエッチングで等方性エッチングとなるのは、プラズマや反応性ガスを使って行った場合です。例えばCF4のガスからFラジカルを作り、Si基板をエッチングすることにより等方性エッチングとなります。

等方性エッチングのメリット

等方性エッチングは、主にウェットエッチングからなりますが、このウェットエッチングでは、ドライエッチングのようにプラズマなどを使用しないので、基板へのダメージは比較的少ないです。また、プリント基板やFPCなどに使用されるミクロンオーダーの厚い金属膜のパターニングに向いています。部品を低コストで製造したい場合、大量生産したい場合にはウェットエッチングが向いています。装置もドライ加工と比較すると安いため、ランニングコストおよびイニシャルコストの両面において優れています。

等方性エッチングのデメリット

ウェットエッチングを行う場合、等方性エッチングではレジストの下が加工されるアンダーカットという現象が起き、微細なパターンの形成は困難です。特に、近年の集積度の高いレジストパターンにおいては、エッチングには、パターンに忠実なことが要求されているため、必ずしも要求どおりとはいかないウェットエッチングは、使われにくくなっています。また、主に等方性エッチングとなるウェットエッチングでは、薬液の制御が難しく、廃液処理が必要になります。

等方性エッチングを行うにあたって

等方性エッチングは、エッチングの反応が、垂直方向だけでなく水平方向にも進むことです。等方性エッチングは、薬剤を使って金属やシリコンを溶かすウェットエッチングが主となっています。基板へのダメージは少なく、また部品を低コストで大量生産したい場合に向いています。ただ、微細なパターンの形成には不向きであるという点には注意が必要です。

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