JP4250820B2 - Etching method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチング方法に係り、特にシリコン化合物表面をエッチングするためのエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
シリコンカーバイドは、耐熱性、耐放射線性、耐薬品性、及び耐摩耗性に優れ、さらに、ワイドバンドギャップであり、かつ、X線域で高い反射率を示す等の特徴を有している。そのため、シリコンカーバイドは、半導体デバイスやSR光用グレーティングへの適用が期待されている。
【0003】
現在、シリコンカーバイド基板は、多くの場合、ダイヤモンド線刻やレーザーアブレーションなどの物理的手法により加工されているが、微細パターンを短時間で及び高精度に形成するには化学的手法の適用が必須である。しかしながら、従来の化学的手法を用いてシリコンカーバイド基板上に微細パターンを短時間且つ高精度に形成するには幾つかの問題がある。
【0004】
例えば、リアクティブイオンエッチング(RIE)法等を用いてパターンエッチングを行う場合には、シリコンカーバイドよりも化学的耐性に優れたレジストが必要である。しかしながら、そのようなレジストは非現実的である。また、フォトエレクトロケミカル(PEC)法を用いた場合には、レジストは不要であるが、直描法であるため加工時間及び加工精度に問題がある。
【0005】
上記方法の他に、本発明者らは、化学的な手法として、ClF3ガスやNF3ガスのようなエッチャントガスを用いた光化学的パターンエッチング法を開発している。この方法は、エッチャントガスの光分解により生成したラジカルを用いて、シリコンカーバイド基板の表面でシリコンカーバイドをSiFn及びCFn或いはCNとして昇華させるものである。この方法によると、表面励起光であるレーザー光の露光部のみで上記昇華が生じるため、所望のパターンを高い精度で形成することが可能である。しかしながら、この方法は、ClF3ガスやNF3ガスのような危険なガスを必要とする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の方法によると、シリコンカーバイド基板のようなシリコン化合物基板の表面に化学的手法により微細パターンを高精度に形成するには、ClF3ガスやNF3ガス等の危険なガスが必要である。
【0007】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、シリコン化合物表面に微細パターンを比較的安全に形成することが可能なエッチング方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、シリコン化合物表面と紫外線を透過する窓部材との間にフッ化水素酸及び酸化剤を含有する薄液層を介在させ、窓部材側からシリコン化合物表面に向けて紫外線を照射することによりシリコン化合物表面の少なくとも一部を酸化させるとともに、それにより生成するシリコン酸化物を薄液層に含まれるフッ化水素酸で前記シリコン化合物表面から除去することを特徴とするエッチング方法を提供する。
【0009】
本発明のエッチング方法は、酸化剤を光励起することにより発生する活性の高い酸素原子と、シリコン化合物、例えばシリコンカーバイドからなるシリコン化合物表面を光励起することによって結合を切断されたSi及びCとの反応を利用している。この反応により生成するSiO2やCO2のような酸化物のうち、CO2のようなガスは薄液層中に拡散する。一方、SiO2等はシリコン化合物表面に残されるが、フッ化水素酸により容易に除去される。本発明のエッチング方法は、このような原理に基づいている。
【0010】
なお、上述した方法によるシリコン化合物表面のエッチングは酸化剤を用いなくとも実行することができるが、酸化剤を用いた場合、活性の高い酸素原子を極めて効率的に発生させることができる。そのため、本発明の方法によると、十分なエッチング深さを容易に実現することができる。
【0011】
上述したように、本発明の方法においては、エッチャントとして液体が用いられる。この場合、気体を用いた場合に比べて、被処理面であるシリコン化合物表面とエッチャントとの接触密度をより高めることができる。したがって、エッチングレートを向上させることが可能となる。
【0012】
また、本発明の方法によると、シリコン化合物のエッチングに、ClF3ガスやNF3ガスのような危険なガスは用いられず、代わりにフッ化水素酸が用いられる。フッ化水素酸は上記ガスに比べて取り扱いが比較的容易であるので、本発明の方法によると、安全にシリコン化合物表面に微細パターンを形成することが可能である。
【0013】
さらに、本発明の方法においては、シリコン化合物表面と窓部材とは、それらの間にフッ化水素酸及び酸化剤を含有する薄液層が介在するように配置される。このような構造は、例えば、毛細管現象を利用することにより形成することが可能である。この場合、シリコン化合物表面全体にフッ化水素酸及び酸化剤を均一に供給することができる。したがって、均質なエッチングを行うことが可能となる。また、この場合、必要なフッ化水素酸等の量は僅かであるため、より安全にエッチングを行うことができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面を参照しながらより詳細に説明する。
【0015】
図1は、本発明の一実施形態に係るエッチング方法に用いられる装置を概略的に示す図である。図1に示す装置10は、ArFエキシマレーザのような紫外線源12と、ホモジナイザ13と、ミラー14と、所定のパターンが形成されたフォトマスク15と、基板1を水平に載置する載置台(図示せず)とで主に構成されている。
【0016】
この装置10は、基板1上に載せられた窓部材2との間隙に毛細管現象により薄液層(図示せず)を形成させ、その上部から紫外線を照射する装置である。すなわち、この装置10は、紫外線源12から出力された紫外線(レーザー光)11を、多面体プリズムのようなホモジナイザ13で均一化した後、その進行方向をミラー14により鉛直方向下向きに変えて、フォトマスク15を介して窓部材2側から基板1に照射するものである。
【0017】
本発明の一実施形態によると、例えば、図1に示す装置10を用いて以下に示す方法によりシリコン化合物表面のエッチングが行われる。
【0018】
まず、少なくとも一方の主面がシリコンカーバイドやシリコンナイトライドのようなシリコン化合物で構成された基板1を準備する。この基板1は、少なくとも一方の主面がシリコン化合物で構成されていれば特に制限はなく、シリコン化合物からなる基板でもよい。また、この基板1は、表面にシリコン化合物層を有する基板であってもよい。なお、ここでは、基板1はシリコン化合物からなる基板であるものとする。
【0019】
次に、基板1のシリコン化合物表面に、フッ化水素酸と酸化剤とを含有するエッチャントを滴下する。エッチャントに用いられる酸化剤としては、H22、H2SO4、HNO3、KNO3、KMnO4、K2CrO4、K2Cr27、Ag2O、及びCuO等を挙げることができる。これら酸化剤は単独で用いてもよく、混合して用いてもよい。
【0020】
その後、基板1のシリコン化合物表面に窓部材2を載置する。基板1のシリコン化合物表面に存在するエッチャントの液滴は、毛細管現象により基板1と窓部材2との間に広げられる。その結果、エッチャントは、基板1と窓部材2との間に極めて薄い液膜である薄液層を形成する。
【0021】
このように、窓部材2はエッチャントと接触するので、上記エッチャントに対して耐性を有する必要がある。また、後述するように、窓部材2側から紫外線が照射されるので、窓部材2は紫外線を透過するものである必要がある。そのような材料としては、例えばサファイア、石英、合成石英ガラス、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、或いはFEPやPFAなどの透明フッ素樹脂板等を挙げることができる。
【0022】
なお、僅かではあるが、石英や合成石英ガラスはフッ化水素酸に、フッ化カルシウムやフッ化マグネシウムは水にそれぞれおかされる。そのため、これら材料からなる窓部材2を繰り返し使用した場合、窓部材2のエッチャントと接触する面に微細な凹凸が形成されることがあるが、ここで用いられるエッチャントは液体であるので、後述する紫外線照射の際に過剰な光散乱を生ずることはない。
【0023】
次に、上記装置10を用いて、窓部材2側から基板1に向けて紫外線11を照射する。上述したように、基板1と窓部材2との間には薄液層が介在しているので、基板1等は載置台(図示せず)上に水平に配置することが好ましい。
【0024】
また、紫外線11としては、例えば、300nm〜120nmの波長を有するものを用いることができる。この波長域において、それぞれの酸化剤は光吸収を有し、かつ光分解が行われる。但し、フッ化水素酸の吸収は160nm以下であるため、エッチング効率の良い波長域は300nm〜160nmであることを付記しておく。
【0025】
そのような紫外線11の光源12としては、ArFエキシマレーザ、KrFエキシマレーザ、Arエキシマレーザ、Krエキシマレーザ、F2レーザ、紫外レーザ光を出力する非線形結晶を用いたレーザ、Xe2 *エキシマランプ、XeClエキシマランプ、Arエキシマランプ、Krエキシマランプ、及びUVランプ等を挙げることができる。
【0026】
窓部材2側から基板1に向けて紫外線11を照射すると、露光部において選択的に上述したエッチングが生ずる。一方、未露光部では上記エッチングは生じない。その結果、基板1の表面には、フォトマスク15のパターンに対応したパターンが形成される。本実施形態に係る方法によると、以上のようにしてエッチングが行われる。
【0027】
本実施形態において、薄液層の厚さは、通常、100〜10μmの範囲内であり、好ましくは50〜20μmの範囲内である。薄液層の厚さが上記範囲内である場合、十分な量のエッチャントを基板1の表面に供給することができ、しかも、薄液層における紫外線11の過剰な吸収を抑制して、基板1の表面を十分に光励起することができる。
【0028】
本実施形態において、紫外線11のエネルギー密度は、100mJ/cm2以上であることが好ましく、500mJ/cm2以上であることがより好ましい。この場合、活性の高い酸素原子を十分に発生させることができ、しかも、基板1の表面を十分に光励起することができる。
【0029】
本実施形態においては、薄液層の組成に応じて紫外線源12を適宜選択することが好ましい。例えば、上記エッチャントがフッ化水素と水とを含有する場合は、紫外線源12として、ArFエキシマレーザ或いはXe2 *エキシマランプを使用することが好ましい。また、上記エッチャントがフッ化水素と過酸化水素とを含有する場合は、紫外線源12として、ArFエキシマレーザ、KrFエキシマレーザ、Arエキシマレーザ、Krエキシマレーザ、F2レーザ、非線形結晶を用いたレーザ、Xe2 *エキシマランプ、XeClエキシマランプ、Arエキシマランプ、Krエキシマランプ、Hgランプ、或いはD2ランプ等を使用することが好ましい。
【0030】
このように、薄液層の組成に応じて紫外線源12を適宜選択することにより、薄液層における紫外線11の過剰な吸収を抑制し、基板1の表面を十分に光励起することができる。すなわち、高いエッチングレートを得ることが可能となる。
【0031】
以上説明したように、本実施形態の方法においては、エッチャントとして気体ではなく液体が用いられるため、高いエッチングレートを実現することができる。また、本実施形態の方法において、エッチャントは毛細管現象を利用して薄液層として形成されるため、シリコン化合物表面全体にエッチャントを均一に供給することができる。したがって、均質なエッチングを行うことが可能となる。さらに、この場合、必要なフッ化水素溶液等の量は僅かであるため、より安全にエッチングを行うことができる。
【0032】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【0033】
上述した構造を有する装置10を用いて、以下に示す方法によりシリコン化合物表面のエッチングを行った。
【0034】
(実施例1)
まず、SiC基板1上にフッ化水素酸(H2O:HF=10:1)を滴下し、さらに、その上にサファイアガラス窓部材2を載置した。すなわち、毛細管現象を利用して、SiC基板1とサファイアガラス窓部材2とがフッ化水素酸からなる薄液層を介して積層された積層体を形成した。
【0035】
次に、図1に示す装置10を用いて、この積層体に、サファイアガラス窓部材2側から基板面に垂直にArFエキシマレーザー光11を400mJ/cm2のエネルギー密度で10000ショット照射した。その結果、75オングストロームのエッチング深さを実現することができた。
【0036】
なお、ArFエキシマレーザー光の代わりにKrFエキシマレーザー光を照射したところ、SiC基板1の表面は殆どエッチングされなかった。
【0037】
(実施例2)
SiC基板1上に過酸化水素水とフッ化水素酸との混合液(H22:HF=10:1)を滴下し、さらに、その上にサファイアガラス窓部材2を載置した。すなわち、毛細管現象を利用して、SiC基板1とサファイアガラス窓部材2とが、過酸化水素を酸化剤として含有するエッチャントの薄液層を介して積層された積層体を形成した。
【0038】
次に、図1に示す装置10を用いて、この積層体に、サファイアガラス窓部材2側から基板面に垂直にArFエキシマレーザー光11を256mJ/cm2のエネルギー密度で10000ショット照射した。その結果、30オングストロームのエッチング深さを実現することができた。
【0039】
(実施例3)
SiC基板1上に過酸化水素水とフッ化水素酸との混合液(H22:HF=10:1)を滴下し、さらに、その上にサファイアガラス窓部材2を載置した。すなわち、毛細管現象を利用して、SiC基板1とサファイアガラス窓部材2とが、過酸化水素を酸化剤として含有するエッチャントの薄液層を介して積層された積層体を形成した。
【0040】
次に、図1に示す装置10を用いて、この積層体に、サファイアガラス窓部材2側から基板面に垂直にKrFエキシマレーザー光11を400mJ/cm2のエネルギー密度で10000ショット照射した。その結果、120オングストロームのエッチング深さを実現することができた。
【0041】
(実施例4)
ArFエキシマレーザー光11のエネルギー密度を変えたこと以外は実施例1に示したのと同様の条件でSiC基板1のエッチングを行い、ArFエキシマレーザー光11のエネルギー密度とエッチング深さとの関係を調べた。また、KrFエキシマレーザー光11のエネルギー密度を変えたこと以外は実施例3に示したのと同様の条件でSiC基板1のエッチングを行い、KrFエキシマレーザー光11のエネルギー密度とエッチング深さとの関係を調べた。その結果を図2に示す。
【0042】
図2は、本発明の実施例に係るエッチング方法における紫外線11のエネルギー密度とエッチング深さとの関係を示すグラフである。図中、横軸は紫外線11のエネルギー密度を示し、縦軸はエッチング深さを示している。また、曲線21は、エッチャント及び紫外線11としてフッ化水素酸及びArFエキシマレーザー光を用いた場合に得られたデータを示し、曲線22は、エッチャント及び紫外線11として過酸化水素とフッ化水素との混合液及びKrFエキシマレーザー光を用いた場合に得られたデータを示している。
【0043】
曲線21及び22から明らかなように、エッチャント及び紫外線11としてフッ化水素酸及びArFエキシマレーザー光を用いた場合に比べ、エッチャント及び紫外線11として過酸化水素とフッ化水素との混合液及びKrFエキシマレーザー光を用いた場合において、より大きなエッチング深さを得ることができた。すなわち、酸化剤として過酸化水素を用い且つ紫外線11としてKrFエキシマレーザー光を用いた場合において、より速いエッチングレートを実現することができた。
【0044】
(実施例5)
SiC基板1上に濃硫酸(95%)とフッ化水素酸(40%)との混合液(H2SO4:HF=1:1)を滴下し、さらに、その上に石英ガラス窓部材2を載置した。すなわち、毛細管現象を利用して、SiC基板1と石英ガラス窓部材2とが、硫酸を酸化剤として含有するエッチャントの薄液層を介して積層された積層体を形成した。
【0045】
次に、図1に示す装置10を用いて、この積層体に、石英ガラス窓部材2側から基板面に垂直にKrFエキシマレーザー光11を400mJ/cm2のエネルギー密度で10000ショット照射した。その結果、45オングストロームのエッチング深さを実現することができた。
【0046】
(実施例6)
SiC基板1上に純水とフッ化水素酸(40%)との混合液(H2O:HF=3:1)を滴下し、さらに、その上にサファイアガラス窓部材2を載置した。すなわち、毛細管現象を利用して、SiC基板1とサファイアガラス窓部材2とが、純水を酸化剤として含有するエッチャントの薄液層を介して積層された積層体を形成した。
【0047】
次に、図1に示す装置10を用いて、この積層体に、サファイアガラス窓部材2側から基板面に垂直にArFエキシマレーザー光11を650mJ/cm2のエネルギー密度で10000ショット照射した。その結果、80オングストロームのエッチング深さを実現することができた。
【0048】
(実施例7)
SiC基板1上に硝酸(60%)とフッ化水素酸(40%)との混合液(HNO3:HF=1:1)を滴下し、さらに、その上に透明フッ素樹脂窓部材2を載置した。すなわち、毛細管現象を利用して、SiC基板1と透明フッ素樹脂窓部材2とが、硝酸を酸化剤として含有するエッチャントの薄液層を介して積層された積層体を形成した。
【0049】
次に、図1に示す装置10を用いて、この積層体に、透明フッ素樹脂窓部材2側から基板面に垂直にArFエキシマレーザー光11を650mJ/cm2のエネルギー密度で10000ショット照射した。その結果、90オングストロームのエッチング深さを実現することができた。
【0050】
(実施例8)
SiC基板1上に硝酸カリウム水溶液(1%)とフッ化水素酸(40%)との混合液(HNO3:HF=1:1)を滴下し、さらに、その上にサファイアガラス窓部材2を載置した。すなわち、毛細管現象を利用して、SiC基板1とサファイアガラス窓部材2とが、硝酸カリウムを酸化剤として含有するエッチャントの薄液層を介して積層された積層体を形成した。
【0051】
次に、図1に示す装置10を用いて、この積層体に、サファイアガラス窓部材2側から基板面に垂直にArFエキシマレーザー光11を650mJ/cm2のエネルギー密度で10000ショット照射した。その結果、95オングストロームのエッチング深さを実現することができた。
【0052】
(実施例9)
SiC基板1上に過マンガン酸カリウム水溶液(1%)とフッ化水素酸(40%)との混合液(KMnO4:HF=1:1)を滴下し、さらに、その上にサファイアガラス窓部材2を載置した。すなわち、毛細管現象を利用して、SiC基板1とサファイアガラス窓部材2とが、過マンガン酸カリウムを酸化剤として含有するエッチャントの薄液層を介して積層された積層体を形成した。
【0053】
次に、図1に示す装置10を用いて、この積層体に、サファイアガラス窓部材2側から基板面に垂直にArFエキシマレーザー光11を650mJ/cm2のエネルギー密度で10000ショット照射した。その結果、120オングストロームのエッチング深さを実現することができた。
【0054】
(実施例10)
SiC基板1上にクロム酸カリウム水溶液(1%)とフッ化水素酸(40%)との混合液(K2CrO4:HF=1:1)を滴下し、さらに、その上にサファイアガラス窓部材2を載置した。すなわち、毛細管現象を利用して、SiC基板1とサファイアガラス窓部材2とが、クロム酸カリウムを酸化剤として含有するエッチャントの薄液層を介して積層された積層体を形成した。
【0055】
次に、図1に示す装置10を用いて、この積層体に、サファイアガラス窓部材2側から基板面に垂直にArFエキシマレーザー光11を650mJ/cm2のエネルギー密度で10000ショット照射した。その結果、100オングストロームのエッチング深さを実現することができた。
【0056】
(実施例11)
SiC基板1上に重クロム酸カリウム水溶液(1%)とフッ化水素酸(40%)との混合液(K2Cr27:HF=1:1)を滴下し、さらに、その上にサファイアガラス窓部材2を載置した。すなわち、毛細管現象を利用して、SiC基板1とサファイアガラス窓部材2とが、重クロム酸カリウムを酸化剤として含有するエッチャントの薄液層を介して積層された積層体を形成した。
【0057】
次に、図1に示す装置10を用いて、この積層体に、サファイアガラス窓部材2側から基板面に垂直にArFエキシマレーザー光11を650mJ/cm2のエネルギー密度で10000ショット照射した。その結果、110オングストロームのエッチング深さを実現することができた。
【0058】
(実施例12)
SiC基板1上に酸化銀水溶液(1%)とフッ化水素酸(40%)との混合液(Ag2O:HF=1:1)を滴下し、さらに、その上にサファイアガラス窓部材2を載置した。すなわち、毛細管現象を利用して、SiC基板1とサファイアガラス窓部材2とが、酸化銀を酸化剤として含有するエッチャントの薄液層を介して積層された積層体を形成した。
【0059】
次に、図1に示す装置10を用いて、この積層体に、サファイアガラス窓部材2側から基板面に垂直にArFエキシマレーザー光11を650mJ/cm2のエネルギー密度で10000ショット照射した。その結果、85オングストロームのエッチング深さを実現することができた。
【0060】
(実施例13)
SiC基板1上に酸化銅水溶液(1%)とフッ化水素酸(40%)との混合液(CuO:HF=1:1)を滴下し、さらに、その上にサファイアガラス窓部材2を載置した。すなわち、毛細管現象を利用して、SiC基板1とサファイアガラス窓部材2とが、酸化銅を酸化剤として含有するエッチャントの薄液層を介して積層された積層体を形成した。
【0061】
次に、図1に示す装置10を用いて、この積層体に、サファイアガラス窓部材2側から基板面に垂直にArFエキシマレーザー光11を650mJ/cm2のエネルギー密度で10000ショット照射した。その結果、55オングストロームのエッチング深さを実現することができた。
【0062】
(実施例14)
SiC基板1上に純水とフッ化水素酸(40%)との混合液(H2O:HF=3:1)を滴下し、さらに、その上に合成石英ガラス窓部材2を載置した。すなわち、毛細管現象を利用して、SiC基板1と合成石英ガラス窓部材2とが、純水を酸化剤として含有するエッチャントの薄液層を介して積層された積層体を形成した。
【0063】
次に、図1に示す装置10を用いて、この積層体に、合成石英ガラス窓部材2側から基板面に垂直にXe2 *エキシマランプ光11を10分間照射した。その結果、30オングストロームのエッチング深さを実現することができた。
【0064】
(実施例15)
SiC基板1上に過酸化水素水(30%)とフッ化水素酸(40%)との混合液(H22:HF=3:1)を滴下し、さらに、その上に合成石英ガラス窓部材2を載置した。すなわち、毛細管現象を利用して、SiC基板1と合成石英ガラス窓部材2とが、過酸化水素を酸化剤として含有するエッチャントの薄液層を介して積層された積層体を形成した。
【0065】
次に、図1に示す装置10を用いて、この積層体に、合成石英ガラス窓部材2側から基板面に垂直にKrClエキシマランプ光(222nm)11を10分間照射した。その結果、60オングストロームのエッチング深さを実現することができた。
【0066】
(実施例16)
SiN基板1上に過酸化水素水(30%)とフッ化水素酸(40%)との混合液(H22:HF=3:1)を滴下し、さらに、その上に合成石英ガラス窓部材2を載置した。すなわち、毛細管現象を利用して、SiN基板1と合成石英ガラス窓部材2とが、過酸化水素を酸化剤として含有するエッチャントの薄液層を介して積層された積層体を形成した。
【0067】
次に、図1に示す装置10を用いて、この積層体に、合成石英ガラス窓部材2側から基板面に垂直にArFエキシマレーザ光11を650mJ/cm2のエネルギー密度で10000ショット照射した。その結果、100オングストロームのエッチング深さを実現することができた。
【0068】
(実施例17)
以下の方法により、紫外線11のエネルギー密度とエッチング深さとの関係を調べた。
【0069】
まず、SiC基板1上に過酸化水素水と15%のフッ化水素酸との混合液(H22:HF=10:1)を滴下し、さらに、その上にサファイアガラス窓部材2を載置した。すなわち、毛細管現象を利用して、SiC基板1とサファイアガラス窓部材2とが、過酸化水素を酸化剤として含有するエッチャントの薄液層を介して積層された積層体を形成した。次に、図1に示す装置10を用いて、この積層体に、サファイアガラス窓部材2側から基板面に垂直にArFエキシマレーザー光11を10000ショット照射した。
【0070】
以上の操作をArFエキシマレーザー光11のエネルギー密度を変えて複数回行い、それぞれについて得られたエッチング深さを調べた。その結果を図3に示す。
【0071】
図3は、紫外線のエネルギー密度とエッチング深さとの関係を示すグラフである。なお、図中、横軸はエネルギー密度を示し、縦軸はエッチング深さを示している。また、直線30は実施例17で得られたデータを示し、直線31及び32は後述する比較例1及び2で得られたデータをそれぞれ示している。
【0072】
図3に示すように、実施例17によると、比較的低いエネルギー密度で十分なエッチング深さを実現することができた。
【0073】
(比較例1)
SiC基板をチャンバー内に収容し、チャンバー内を5TorrのClF3雰囲気に制御した。次に、チャンバーに設けられた窓を介してSiC基板の表面に対して平行に50mJ/cm2のKrFエキシマレーザ光を照射して下記反応式に示す光分解を生じさせた。
【0074】
ClF3→Cl*+3F*
このとき同時に、基板の表面に対して垂直にKrFエキシマレーザ光を20Hzで10000ショット照射することにより基板表面を励起させた。このようにして励起させた基板表面の露光部とClF3の光分解によって発生したラジカルとを反応させ、基板表面の露光部をエッチングした。
【0075】
以上の操作を、基板に向けて照射するKrFエキシマレーザー光のエネルギー密度を変えて複数回行い、それぞれについて得られたエッチング深さを調べた。その結果、図3に直線31として示すように、十分なエッチング深さを実現するには高いエネルギー密度を必要とした。
【0076】
(比較例2)
SiC基板をチャンバー内に収容し、チャンバー内を200TorrのNF3雰囲気に制御した。次に、チャンバーに設けられた窓を介してXe2 *ランプ光を照射するのとともに、SiC基板の表面に対して垂直にKrFエキシマレーザ光を20Hzで10000ショット照射した。
【0077】
以上の操作をKrFエキシマレーザー光のエネルギー密度を変えて複数回行い、それぞれについて得られたエッチング深さを調べた。その結果、図3に直線32として示すように、十分なエッチング深さを実現するには比較例1と同様の高いエネルギー密度を必要とした。
【0078】
【発明の効果】
以上示したように、本発明の方法によると、シリコン化合物のエッチングに、ClF3ガスやNF3ガスのような危険なガスは用いられず、代わりにフッ化水素溶液が用いられる。そのため、本発明の方法によると、比較的安全にシリコン化合物表面に微細パターンを形成することが可能である。
【0079】
すなわち、本発明によると、シリコン化合物表面に微細パターンを比較的安全に形成することが可能なエッチング方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るエッチング方法に用いられる装置を概略的に示す図。
【図2】本発明の実施例に係るエッチング方法における紫外線のエネルギー密度とエッチング深さとの関係を示すグラフ。
【図3】本発明の実施例及び比較例に係るエッチング方法における紫外線のエネルギー密度とエッチング深さとの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1…基板
2…窓部材
10…装置
11…紫外線
12…紫外線源
13…ホモジナイザ
14…ミラー
15…フォトマスク
20,21,30〜32…直線
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an etching method, and more particularly to an etching method for etching a silicon compound surface.
[0002]
[Prior art]
Silicon carbide is excellent in heat resistance, radiation resistance, chemical resistance, and wear resistance, has a wide band gap, and has a high reflectivity in the X-ray region. For this reason, silicon carbide is expected to be applied to semiconductor devices and SR light gratings.
[0003]
Currently, silicon carbide substrates are often processed by physical methods such as diamond engraving and laser ablation, but chemical methods are essential to form fine patterns in a short time and with high precision. It is. However, there are some problems in forming a fine pattern on a silicon carbide substrate in a short time and with high accuracy using a conventional chemical method.
[0004]
For example, when pattern etching is performed using a reactive ion etching (RIE) method or the like, a resist having a chemical resistance better than that of silicon carbide is required. However, such a resist is unrealistic. In addition, when the photoelectrochemical (PEC) method is used, a resist is unnecessary, but since it is a direct drawing method, there is a problem in processing time and processing accuracy.
[0005]
In addition to the above method, the present inventors have used ClF as a chemical method.ThreeGas or NFThreeWe are developing a photochemical pattern etching method using an etchant gas such as gas. In this method, radicals generated by photolysis of an etchant gas are used to convert silicon carbide to SiF on the surface of a silicon carbide substrate.nAnd CFnAlternatively, it is sublimated as CN. According to this method, since the sublimation occurs only in the exposed portion of the laser beam that is the surface excitation light, it is possible to form a desired pattern with high accuracy. However, this method isThreeGas or NFThreeYou need a dangerous gas like gas.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, according to the conventional method, in order to form a fine pattern with high accuracy by a chemical method on the surface of a silicon compound substrate such as a silicon carbide substrate, ClFThreeGas or NFThreeHazardous gas such as gas is necessary.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an etching method capable of forming a fine pattern on the surface of a silicon compound relatively safely.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a silicon compound surface from the window member side by interposing a thin liquid layer containing hydrofluoric acid and an oxidizing agent between the silicon compound surface and a window member that transmits ultraviolet rays. And at least a part of the surface of the silicon compound is oxidized by irradiating ultraviolet rays toward the surface, and the silicon oxide formed thereby is removed from the surface of the silicon compound with hydrofluoric acid contained in a thin liquid layer. An etching method is provided.
[0009]
The etching method of the present invention is a reaction between highly active oxygen atoms generated by photoexcitation of an oxidant and Si and C whose bonds are broken by photoexcitation of a silicon compound surface made of a silicon compound, for example, silicon carbide. Is used. SiO produced by this reaction2And CO2Of oxides such as CO2Such gas diffuses into the thin liquid layer. On the other hand, SiO2Etc. remain on the surface of the silicon compound, but are easily removed by hydrofluoric acid. The etching method of the present invention is based on such a principle.
[0010]
Although the etching of the silicon compound surface by the above-described method can be performed without using an oxidizing agent, when an oxidizing agent is used, highly active oxygen atoms can be generated very efficiently. Therefore, according to the method of the present invention, a sufficient etching depth can be easily realized.
[0011]
As described above, in the method of the present invention, a liquid is used as an etchant. In this case, compared with the case where gas is used, the contact density of the silicon compound surface which is a to-be-processed surface and an etchant can be raised more. Therefore, the etching rate can be improved.
[0012]
Further, according to the method of the present invention, ClF is used for etching a silicon compound.ThreeGas or NFThreeHazardous gas such as gas is not used and hydrofluoric acid is used instead. Since hydrofluoric acid is relatively easy to handle compared to the above gas, according to the method of the present invention, it is possible to safely form a fine pattern on the surface of the silicon compound.
[0013]
Furthermore, in the method of the present invention, the silicon compound surface and the window member are arranged such that a thin liquid layer containing hydrofluoric acid and an oxidizing agent is interposed therebetween. Such a structure can be formed, for example, by utilizing capillary action. In this case, hydrofluoric acid and an oxidizing agent can be uniformly supplied to the entire silicon compound surface. Therefore, uniform etching can be performed. In this case, since the amount of hydrofluoric acid required is small, etching can be performed more safely.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is a view schematically showing an apparatus used in an etching method according to an embodiment of the present invention. An apparatus 10 shown in FIG. 1 includes an ultraviolet ray source 12 such as an ArF excimer laser, a homogenizer 13, a mirror 14, a photomask 15 on which a predetermined pattern is formed, and a mounting table on which a substrate 1 is mounted horizontally ( (Not shown).
[0016]
The apparatus 10 is an apparatus that forms a thin liquid layer (not shown) by a capillary phenomenon in a gap with the window member 2 placed on the substrate 1 and irradiates ultraviolet rays from the upper part. That is, the apparatus 10 homogenizes the ultraviolet rays (laser light) 11 output from the ultraviolet ray source 12 with a homogenizer 13 such as a polyhedral prism, and then changes the traveling direction downward in the vertical direction by the mirror 14. The substrate 1 is irradiated from the window member 2 side through the mask 15.
[0017]
According to one embodiment of the present invention, for example, the silicon compound surface is etched by the following method using the apparatus 10 shown in FIG.
[0018]
First, a substrate 1 having at least one main surface made of a silicon compound such as silicon carbide or silicon nitride is prepared. The substrate 1 is not particularly limited as long as at least one main surface is made of a silicon compound, and may be a substrate made of a silicon compound. The substrate 1 may be a substrate having a silicon compound layer on the surface. Here, it is assumed that the substrate 1 is a substrate made of a silicon compound.
[0019]
Next, an etchant containing hydrofluoric acid and an oxidizing agent is dropped onto the surface of the silicon compound of the substrate 1. The oxidizing agent used in the etchant is H2O2, H2SOFour, HNOThree, KNOThree, KMnOFour, K2CrOFour, K2Cr2O7, Ag2O, CuO, etc. can be mentioned. These oxidizing agents may be used alone or in combination.
[0020]
Thereafter, the window member 2 is placed on the silicon compound surface of the substrate 1. Etchant droplets present on the silicon compound surface of the substrate 1 are spread between the substrate 1 and the window member 2 by capillary action. As a result, the etchant forms a thin liquid layer that is an extremely thin liquid film between the substrate 1 and the window member 2.
[0021]
Thus, since the window member 2 is in contact with the etchant, it is necessary to have resistance to the etchant. Further, as will be described later, since ultraviolet rays are irradiated from the window member 2 side, the window member 2 needs to transmit ultraviolet rays. Examples of such materials include sapphire, quartz, synthetic quartz glass, calcium fluoride, magnesium fluoride, or transparent fluororesin plates such as FEP and PFA.
[0022]
Note that quartz and synthetic quartz glass are placed in hydrofluoric acid, while calcium fluoride and magnesium fluoride are placed in water. Therefore, when the window member 2 made of these materials is used repeatedly, fine irregularities may be formed on the surface of the window member 2 that comes into contact with the etchant. However, the etchant used here is a liquid and will be described later. Excessive light scattering does not occur during UV irradiation.
[0023]
Next, the apparatus 10 is used to irradiate the substrate 11 with ultraviolet rays 11 from the window member 2 side. As described above, since the thin liquid layer is interposed between the substrate 1 and the window member 2, it is preferable that the substrate 1 and the like are arranged horizontally on a mounting table (not shown).
[0024]
Moreover, as the ultraviolet rays 11, for example, those having a wavelength of 300 nm to 120 nm can be used. In this wavelength range, each oxidant has light absorption and undergoes photolysis. However, since the absorption of hydrofluoric acid is 160 nm or less, it should be noted that the wavelength range with good etching efficiency is 300 nm to 160 nm.
[0025]
As such a light source 12 of the ultraviolet ray 11, ArF excimer laser, KrF excimer laser, Ar excimer laser, Kr excimer laser, F2Lasers, lasers using nonlinear crystals that output ultraviolet laser light, Xe2 *Examples include an excimer lamp, a XeCl excimer lamp, an Ar excimer lamp, a Kr excimer lamp, and a UV lamp.
[0026]
When the ultraviolet rays 11 are irradiated toward the substrate 1 from the window member 2 side, the above-described etching is selectively generated in the exposure portion. On the other hand, the etching does not occur in the unexposed area. As a result, a pattern corresponding to the pattern of the photomask 15 is formed on the surface of the substrate 1. According to the method of the present embodiment, etching is performed as described above.
[0027]
In the present embodiment, the thickness of the thin liquid layer is usually in the range of 100 to 10 μm, and preferably in the range of 50 to 20 μm. When the thickness of the thin liquid layer is within the above range, a sufficient amount of the etchant can be supplied to the surface of the substrate 1, and excessive absorption of the ultraviolet rays 11 in the thin liquid layer can be suppressed, so that the substrate 1 Can be sufficiently photoexcited.
[0028]
In this embodiment, the energy density of the ultraviolet ray 11 is 100 mJ / cm.2Preferably, it is 500 mJ / cm.2More preferably. In this case, highly active oxygen atoms can be sufficiently generated, and the surface of the substrate 1 can be sufficiently photoexcited.
[0029]
In the present embodiment, it is preferable to appropriately select the ultraviolet ray source 12 according to the composition of the thin liquid layer. For example, when the etchant contains hydrogen fluoride and water, an ArF excimer laser or Xe is used as the ultraviolet source 12.2 *It is preferable to use an excimer lamp. In the case where the etchant contains hydrogen fluoride and hydrogen peroxide, the ultraviolet source 12 can be an ArF excimer laser, a KrF excimer laser, an Ar excimer laser, a Kr excimer laser, F2Laser, laser using nonlinear crystal, Xe2 *Excimer lamp, XeCl excimer lamp, Ar excimer lamp, Kr excimer lamp, Hg lamp, or D2It is preferable to use a lamp or the like.
[0030]
Thus, by appropriately selecting the ultraviolet ray source 12 according to the composition of the thin liquid layer, excessive absorption of the ultraviolet ray 11 in the thin liquid layer can be suppressed, and the surface of the substrate 1 can be sufficiently photoexcited. That is, a high etching rate can be obtained.
[0031]
As described above, in the method of the present embodiment, a liquid, not a gas, is used as an etchant, so that a high etching rate can be realized. Moreover, in the method of this embodiment, since an etchant is formed as a thin liquid layer using a capillary phenomenon, an etchant can be uniformly supplied to the whole silicon compound surface. Therefore, uniform etching can be performed. Further, in this case, since a necessary amount of a hydrogen fluoride solution or the like is small, etching can be performed more safely.
[0032]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
[0033]
Using the apparatus 10 having the above-described structure, the silicon compound surface was etched by the following method.
[0034]
Example 1
First, hydrofluoric acid (H2O: HF = 10: 1) was dropped, and a sapphire glass window member 2 was placed thereon. That is, a laminated body in which the SiC substrate 1 and the sapphire glass window member 2 were laminated through a thin liquid layer made of hydrofluoric acid was formed by utilizing a capillary phenomenon.
[0035]
Next, using the apparatus 10 shown in FIG. 1, ArF excimer laser light 11 is applied to the laminated body from the sapphire glass window member 2 side perpendicular to the substrate surface at 400 mJ / cm.2Was irradiated with 10,000 shots at an energy density of. As a result, an etching depth of 75 angstroms could be realized.
[0036]
In addition, when the KrF excimer laser beam was irradiated instead of the ArF excimer laser beam, the surface of the SiC substrate 1 was hardly etched.
[0037]
(Example 2)
A mixed liquid of hydrogen peroxide and hydrofluoric acid (H2O2: HF = 10: 1) was dropped, and a sapphire glass window member 2 was placed thereon. That is, using the capillary phenomenon, a laminated body in which the SiC substrate 1 and the sapphire glass window member 2 were laminated via a thin liquid layer of an etchant containing hydrogen peroxide as an oxidizing agent was formed.
[0038]
Next, using the apparatus 10 shown in FIG. 1, ArF excimer laser light 11 is applied to this laminated body from the sapphire glass window member 2 side in a direction perpendicular to the substrate surface at 256 mJ / cm.2Was irradiated with 10,000 shots at an energy density of. As a result, an etching depth of 30 angstroms could be realized.
[0039]
(Example 3)
A mixed liquid of hydrogen peroxide and hydrofluoric acid (H2O2: HF = 10: 1) was dropped, and a sapphire glass window member 2 was placed thereon. That is, using the capillary phenomenon, a laminated body in which the SiC substrate 1 and the sapphire glass window member 2 were laminated via a thin liquid layer of an etchant containing hydrogen peroxide as an oxidizing agent was formed.
[0040]
Next, using the apparatus 10 shown in FIG. 1, 400 mJ / cm of KrF excimer laser light 11 is applied to the laminate from the sapphire glass window member 2 side perpendicular to the substrate surface.2Was irradiated with 10,000 shots at an energy density of. As a result, an etching depth of 120 angstroms could be realized.
[0041]
(Example 4)
Except that the energy density of the ArF excimer laser beam 11 is changed, the SiC substrate 1 is etched under the same conditions as shown in Example 1, and the relationship between the energy density of the ArF excimer laser beam 11 and the etching depth is investigated. It was. Further, the SiC substrate 1 is etched under the same conditions as described in Example 3 except that the energy density of the KrF excimer laser beam 11 is changed, and the relationship between the energy density of the KrF excimer laser beam 11 and the etching depth. I investigated. The result is shown in FIG.
[0042]
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the energy density of the ultraviolet light 11 and the etching depth in the etching method according to the embodiment of the present invention. In the figure, the horizontal axis indicates the energy density of the ultraviolet ray 11 and the vertical axis indicates the etching depth. A curve 21 shows data obtained when hydrofluoric acid and ArF excimer laser light are used as the etchant and ultraviolet ray 11, and a curve 22 shows the hydrogen peroxide and hydrogen fluoride as the etchant and ultraviolet ray 11. The data obtained in the case of using a mixed solution and KrF excimer laser light are shown.
[0043]
As is apparent from the curves 21 and 22, as compared with the case where the hydrofluoric acid and ArF excimer laser light are used as the etchant and the ultraviolet ray 11, a mixed liquid of hydrogen peroxide and hydrogen fluoride and the KrF excimer are used as the etchant and the ultraviolet ray 11. When laser light was used, a larger etching depth could be obtained. That is, when hydrogen peroxide was used as the oxidizing agent and KrF excimer laser light was used as the ultraviolet ray 11, a faster etching rate could be realized.
[0044]
(Example 5)
On the SiC substrate 1, a mixture of concentrated sulfuric acid (95%) and hydrofluoric acid (40%) (H2SOFour: HF = 1: 1) was added dropwise, and the quartz glass window member 2 was placed thereon. That is, using the capillary phenomenon, a laminated body was formed in which the SiC substrate 1 and the quartz glass window member 2 were laminated through a thin liquid layer of an etchant containing sulfuric acid as an oxidizing agent.
[0045]
Next, using the apparatus 10 shown in FIG. 1, 400 mJ / cm of KrF excimer laser light 11 is applied to the laminate from the quartz glass window member 2 side perpendicular to the substrate surface.2Was irradiated with 10,000 shots at an energy density of. As a result, an etching depth of 45 angstroms could be realized.
[0046]
(Example 6)
On the SiC substrate 1, a mixture of pure water and hydrofluoric acid (40%) (H2O: HF = 3: 1) was dropped, and a sapphire glass window member 2 was placed thereon. That is, using the capillary phenomenon, a laminated body was formed in which the SiC substrate 1 and the sapphire glass window member 2 were laminated through a thin liquid layer of an etchant containing pure water as an oxidizing agent.
[0047]
Next, using the apparatus 10 shown in FIG. 1, ArF excimer laser light 11 is 650 mJ / cm perpendicular to the substrate surface from the sapphire glass window member 2 side.2Was irradiated with 10,000 shots at an energy density of. As a result, an etching depth of 80 angstroms could be realized.
[0048]
(Example 7)
Mixed liquid (HNO on nitric acid (60%) and hydrofluoric acid (40%) on SiC substrate 1Three: HF = 1: 1) was added dropwise, and the transparent fluororesin window member 2 was placed thereon. That is, using a capillary phenomenon, a laminated body was formed in which the SiC substrate 1 and the transparent fluororesin window member 2 were laminated via a thin liquid layer of an etchant containing nitric acid as an oxidizing agent.
[0049]
Next, using the apparatus 10 shown in FIG. 1, ArF excimer laser light 11 is 650 mJ / cm perpendicular to the substrate surface from the transparent fluororesin window member 2 side.2Was irradiated with 10,000 shots at an energy density of. As a result, an etching depth of 90 angstroms could be realized.
[0050]
(Example 8)
A mixed solution (HNO of potassium nitrate aqueous solution (1%) and hydrofluoric acid (40%) on the SiC substrate 1Three: HF = 1: 1) was dropped, and a sapphire glass window member 2 was placed thereon. That is, using the capillary phenomenon, a laminated body was formed in which the SiC substrate 1 and the sapphire glass window member 2 were laminated via a thin liquid layer of an etchant containing potassium nitrate as an oxidizing agent.
[0051]
Next, using the apparatus 10 shown in FIG. 1, ArF excimer laser light 11 is 650 mJ / cm perpendicular to the substrate surface from the sapphire glass window member 2 side.2Was irradiated with 10,000 shots at an energy density of. As a result, an etching depth of 95 angstroms could be realized.
[0052]
Example 9
Mixed liquid (KMnO) of potassium permanganate aqueous solution (1%) and hydrofluoric acid (40%) on SiC substrate 1Four: HF = 1: 1) was dropped, and a sapphire glass window member 2 was placed thereon. That is, using the capillary phenomenon, a laminated body in which the SiC substrate 1 and the sapphire glass window member 2 were laminated through a thin liquid layer of an etchant containing potassium permanganate as an oxidizing agent was formed.
[0053]
Next, using the apparatus 10 shown in FIG. 1, ArF excimer laser light 11 is 650 mJ / cm perpendicular to the substrate surface from the sapphire glass window member 2 side.2Was irradiated with 10,000 shots at an energy density of. As a result, an etching depth of 120 angstroms could be realized.
[0054]
(Example 10)
A mixed solution (K) of an aqueous potassium chromate solution (1%) and hydrofluoric acid (40%) on the SiC substrate 12CrOFour: HF = 1: 1) was dropped, and a sapphire glass window member 2 was placed thereon. That is, using the capillary phenomenon, a laminated body was formed in which the SiC substrate 1 and the sapphire glass window member 2 were laminated via a thin liquid layer of an etchant containing potassium chromate as an oxidizing agent.
[0055]
Next, using the apparatus 10 shown in FIG. 1, ArF excimer laser light 11 is 650 mJ / cm perpendicular to the substrate surface from the sapphire glass window member 2 side.2Was irradiated with 10,000 shots at an energy density of. As a result, an etching depth of 100 Å could be realized.
[0056]
(Example 11)
Mixed liquid (K) of aqueous potassium dichromate (1%) and hydrofluoric acid (40%) on SiC substrate 12Cr2O7: HF = 1: 1) was dropped, and a sapphire glass window member 2 was placed thereon. That is, using the capillary phenomenon, a laminated body was formed in which the SiC substrate 1 and the sapphire glass window member 2 were laminated through a thin liquid layer of an etchant containing potassium dichromate as an oxidizing agent.
[0057]
Next, using the apparatus 10 shown in FIG. 1, ArF excimer laser light 11 is 650 mJ / cm perpendicular to the substrate surface from the sapphire glass window member 2 side.2Was irradiated with 10,000 shots at an energy density of. As a result, an etching depth of 110 angstroms could be realized.
[0058]
Example 12
A mixed solution (Ag) of an aqueous silver oxide solution (1%) and hydrofluoric acid (40%) on the SiC substrate 12O: HF = 1: 1) was dropped, and a sapphire glass window member 2 was placed thereon. That is, using a capillary phenomenon, a laminated body in which the SiC substrate 1 and the sapphire glass window member 2 were laminated via a thin liquid layer of an etchant containing silver oxide as an oxidizing agent was formed.
[0059]
Next, using the apparatus 10 shown in FIG. 1, ArF excimer laser light 11 is 650 mJ / cm perpendicular to the substrate surface from the sapphire glass window member 2 side.2Was irradiated with 10,000 shots at an energy density of. As a result, an etching depth of 85 angstroms could be realized.
[0060]
(Example 13)
A liquid mixture (CuO: HF = 1: 1) of an aqueous copper oxide solution (1%) and hydrofluoric acid (40%) is dropped on the SiC substrate 1, and a sapphire glass window member 2 is placed thereon. I put it. That is, using a capillary phenomenon, a laminated body in which the SiC substrate 1 and the sapphire glass window member 2 were laminated via a thin liquid layer of an etchant containing copper oxide as an oxidizing agent was formed.
[0061]
Next, using the apparatus 10 shown in FIG. 1, ArF excimer laser light 11 is 650 mJ / cm perpendicular to the substrate surface from the sapphire glass window member 2 side.2Was irradiated with 10,000 shots at an energy density of. As a result, an etching depth of 55 angstroms could be realized.
[0062]
(Example 14)
On the SiC substrate 1, a mixture of pure water and hydrofluoric acid (40%) (H2O: HF = 3: 1) was dropped, and a synthetic quartz glass window member 2 was placed thereon. That is, using the capillary phenomenon, a laminated body was formed in which the SiC substrate 1 and the synthetic quartz glass window member 2 were laminated through a thin liquid layer of an etchant containing pure water as an oxidizing agent.
[0063]
Next, using the apparatus 10 shown in FIG. 1, Xe is vertically applied to the laminated body from the synthetic quartz glass window member 2 side to the substrate surface.2 *Excimer lamp light 11 was irradiated for 10 minutes. As a result, an etching depth of 30 angstroms could be realized.
[0064]
(Example 15)
A mixed liquid (H) of hydrogen peroxide (30%) and hydrofluoric acid (40%) on the SiC substrate 12O2: HF = 3: 1) was added dropwise, and the synthetic quartz glass window member 2 was placed thereon. That is, using a capillary phenomenon, a laminated body was formed in which the SiC substrate 1 and the synthetic quartz glass window member 2 were laminated via a thin liquid layer of an etchant containing hydrogen peroxide as an oxidizing agent.
[0065]
Next, using the apparatus 10 shown in FIG. 1, this laminated body was irradiated with KrCl excimer lamp light (222 nm) 11 for 10 minutes perpendicularly to the substrate surface from the synthetic quartz glass window member 2 side. As a result, an etching depth of 60 angstroms could be realized.
[0066]
(Example 16)
A mixed liquid (H) of hydrogen peroxide (30%) and hydrofluoric acid (40%) on the SiN substrate 12O2: HF = 3: 1) was added dropwise, and the synthetic quartz glass window member 2 was placed thereon. That is, using a capillary phenomenon, a laminated body in which the SiN substrate 1 and the synthetic quartz glass window member 2 were laminated through a thin liquid layer of an etchant containing hydrogen peroxide as an oxidizing agent was formed.
[0067]
Next, using the apparatus 10 shown in FIG. 1, ArF excimer laser light 11 is applied to the laminated body from the synthetic quartz glass window member 2 side perpendicularly to the substrate surface at 650 mJ / cm.2Was irradiated with 10,000 shots at an energy density of. As a result, an etching depth of 100 Å could be realized.
[0068]
(Example 17)
The relationship between the energy density of the ultraviolet ray 11 and the etching depth was examined by the following method.
[0069]
First, a mixed solution of hydrogen peroxide and 15% hydrofluoric acid (H2O2: HF = 10: 1) was dropped, and a sapphire glass window member 2 was placed thereon. That is, using the capillary phenomenon, a laminated body in which the SiC substrate 1 and the sapphire glass window member 2 were laminated via a thin liquid layer of an etchant containing hydrogen peroxide as an oxidizing agent was formed. Next, using the apparatus 10 shown in FIG. 1, this laminate was irradiated with 10,000 shots of ArF excimer laser light 11 perpendicularly to the substrate surface from the sapphire glass window member 2 side.
[0070]
The above operation was performed a plurality of times while changing the energy density of the ArF excimer laser beam 11, and the etching depth obtained for each was examined. The result is shown in FIG.
[0071]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the energy density of ultraviolet rays and the etching depth. In the figure, the horizontal axis indicates the energy density, and the vertical axis indicates the etching depth. Moreover, the straight line 30 shows the data obtained in Example 17, and the straight lines 31 and 32 show the data obtained in Comparative Examples 1 and 2 described later, respectively.
[0072]
As shown in FIG. 3, according to Example 17, a sufficient etching depth could be realized with a relatively low energy density.
[0073]
(Comparative Example 1)
The SiC substrate is accommodated in the chamber, and the interior of the chamber is 5 Torr of ClF.ThreeControlled to atmosphere. Next, 50 mJ / cm parallel to the surface of the SiC substrate through a window provided in the chamber.2The photodecomposition shown in the following reaction formula was caused by irradiation with KrF excimer laser light.
[0074]
ClFThree→ Cl*+ 3F*
At the same time, the substrate surface was excited by irradiating 10,000 shots of KrF excimer laser light at 20 Hz perpendicular to the surface of the substrate. The exposed portion of the substrate surface thus excited and ClFThreeThe exposed portion of the substrate surface was etched by reacting with radicals generated by photodecomposition.
[0075]
The above operation was performed a plurality of times while changing the energy density of the KrF excimer laser beam irradiated toward the substrate, and the etching depth obtained for each was examined. As a result, as shown by a straight line 31 in FIG. 3, a high energy density was required to achieve a sufficient etching depth.
[0076]
(Comparative Example 2)
A SiC substrate is accommodated in a chamber, and the chamber is filled with NF of 200 Torr.ThreeControlled to atmosphere. Next, through the window provided in the chamber, Xe2 *While irradiating with lamp light, 10000 shots of KrF excimer laser light were irradiated at 20 Hz perpendicular to the surface of the SiC substrate.
[0077]
The above operation was performed a plurality of times while changing the energy density of the KrF excimer laser beam, and the etching depth obtained for each was examined. As a result, as shown as a straight line 32 in FIG. 3, the same high energy density as in Comparative Example 1 was required to achieve a sufficient etching depth.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the method of the present invention, ClF is used for etching a silicon compound.ThreeGas or NFThreeHazardous gas such as gas is not used, instead a hydrogen fluoride solution is used. Therefore, according to the method of the present invention, it is possible to form a fine pattern on the surface of the silicon compound relatively safely.
[0079]
That is, according to the present invention, there is provided an etching method capable of forming a fine pattern on the silicon compound surface relatively safely.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an apparatus used for an etching method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the energy density of ultraviolet rays and the etching depth in an etching method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the energy density of ultraviolet rays and the etching depth in etching methods according to examples and comparative examples of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Board
2 ... Window member
10 ... Device
11 ... UV
12 ... UV source
13 ... Homogenizer
14 ... Mirror
15 ... Photomask
20, 21, 30 to 32 ... straight line

Claims (3)

シリコンカーバイト及びシリコンナイトライドのいずれか一方から成るシリコン化合物表面と紫外線を透過する窓部材との間にフッ化水素酸及び酸化剤を含有する毛細管現象を利用して形成する薄液層を介在させ、前記窓部材側から前記シリコン化合物表面に向けて300A thin liquid layer formed by utilizing capillary action containing hydrofluoric acid and an oxidizing agent is interposed between the surface of a silicon compound composed of one of silicon carbide and silicon nitride and a window member that transmits ultraviolet light. 300 from the window member side toward the silicon compound surface nm nm 〜120~ 120 nm nm の波長を有する紫外線を照射することにより前記シリコン化合物表面の少なくとも一部を酸化させるとともに、それにより生成するシリコン酸化物を前記薄液層に含まれるフッ化水素酸で前記シリコン化合物表面から除去することを特徴とするエッチング方法。 By irradiating with ultraviolet rays having a wavelength of at least a part of the silicon compound surface is oxidized, and the silicon oxide formed thereby is removed from the silicon compound surface with hydrofluoric acid contained in the thin liquid layer. An etching method characterized by the above. 前記酸化剤は、H2O2、H2SO2H 2 SO 4 、HNO3、KNO3、KMnO4、K2CrO4、K2Cr2O7、Ag2O、及びCuOからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含有することを特徴とする請求項1に記載のエッチング方法。The oxidizing agent is a group consisting of H 2 O 2 , H 2 SO 2 , H 2 SO 4 , HNO 3 , KNO 3 , KMnO 4 , K 2 CrO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , Ag 2 O, and CuO. 2. The etching method according to claim 1, comprising at least one kind of compound selected from the above. 前記窓材は、サファイア、石英、合成石英ガラス、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、及び透明フッ素樹脂からなる群より選ばれる材料からなることを特徴とする請求項1に記載のエッチング方法。  2. The etching method according to claim 1, wherein the window material is made of a material selected from the group consisting of sapphire, quartz, synthetic quartz glass, calcium fluoride, magnesium fluoride, and transparent fluororesin.
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