Ultra-precise fabrication technology by location specific atomic layer etching with cluster beam

半導体デバイスや光デバイスの微細化・高精度化や高精度光計測の進展に伴い，原子レベルの高精度形状創成技術への要求が高まっている。これまで，低損傷で平坦化効果を有するガスクラスターイオンビーム（GCIB）の照射位置と、各位置での照射量（時間）を制御することで，各位置における最適な除去量を実現し、高精度な形状創成が可能な技術として開発を進めてきた。一方、この手法では除去量が照射時間に依存するため、オーバーエッチングが生じる恐れがある。そこで本研究ではGCIBによる除去量を、イオン照射量（照射時間）ではなく、原子層エッチングのサイクル数で制御することにより，オーバーエッチングの問題を解決することを目指す。2022年度は、GCIB照射と反応性分子の表面吸着を用い、SiO2薄膜への原子層エッチングを検討した。アセチルアセトンや酢酸といった反応性ガスが吸着したSiO2表面に、加速電圧5~10kVのAr-GCIBを照射することにより、SiO2薄膜に対して自己停止するエッチングが可能であることが分かった。また、大きさ1mm程度の小孔をビーム領域に対してスキャンすることによりGCIBのイオン電流分布を測定した結果、GCIBのビーム形状と、原子層エッチングによるSiO2薄膜の除去量に違いがあり、イオン照射量分布にかかわらずALEのサイクル数に依存したエッチングが可能であることを示した。これらの結果から、各位置でのGCIBを用いた原子層エッチングのサイクル数を制御することにより、高精度形状創成加工への応用が見込まれる。

半導体デバイスや光デバイスの微細化・高精度化や高精度光計測の進展に伴い，原子レベルの高精度形状創成技術への要求が高まっている。これまで，低損傷で平坦化効果を有するガスクラスターイオンビーム（GCIB）の照射位置と、各位置での照射量（時間）を制御することで，各位置における最適な除去量を実現し、高精度な形状創成が可能な技術として開発を進めてきた。一方、この手法では除去量が照射時間に依存するため、オーバーエッチングが生じる恐れがある。そこで本研究ではGCIBによる除去量を、イオン照射量（照射時間）ではなく、原子層エッチングのサイクル数で制御することにより，オーバーエッチングの問題を解決することを目指す。2022年度は、GCIB照射と反応性分子の表面吸着を用い、SiO2薄膜への原子層エッチングを検討した。アセチルアセトンや酢酸といった反応性ガスが吸着したSiO2表面に、加速電圧5~10kVのAr-GCIBを照射することにより、SiO2薄膜に対して自己停止するエッチングが可能であることが分かった。また、大きさ1mm程度の小孔をビーム領域に対してスキャンすることによりGCIBのイオン電流分布を測定した結果、GCIBのビーム形状と、原子層エッチングによるSiO2薄膜の除去量に違いがあり、イオン照射量分布にかかわらずALEのサイクル数に依存したエッチングが可能であることを示した。これらの結果から、各位置でのGCIBを用いた原子層エッチングのサイクル数を制御することにより、高精度形状創成加工への応用が見込まれる。