エッチング選択比は、同じ条件で二つの材料が除去される速度の比です。値を読むときは、どの材料を先に書いた比かを確認します。本記事では定義と読み方を中心に、何が分かり、何を別に評価する必要があるかを整理します。
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対象膜と比較材料の順序を明記する
ここでは、除去したい対象膜Aと、残したい比較材料Bについて、選択比S(A/B)＝Aのレート÷Bのレートと定義します。Michigan LNFの解説も、主材料と二次材料のレート比として表す方法を示しています。材料の順序を変えると値は逆数になり、どちらが速いかも逆になります。
Bはレジストやハードマスクの場合も、下地膜の場合もあります。A/Bの比が大きいことは、同じ条件でAがBより速く除去されることを示します。「選択比が高い」だけでは、除去する材料を特定できません。Si/SiO2なのかSiO2/Siなのかを必ず添えます。
| 表示する比 | 分子 | 分母 | 大きいときの読み方 |
|---|---|---|---|
| S(Si/SiO2) | Siのレート | SiO2のレート | SiがSiO2より相対的に速く除去される |
| S(SiO2/Si) | SiO2のレート | Siのレート | SiO2がSiより相対的に速く除去される |
| S(対象膜/マスク) | 対象膜のレート | マスクのレート | 対象膜の除去量に対するマスクの消耗が相対的に小さい |
単位をそろえた二つのレートから計算する
レートを膜厚方向で求める場合は、処理前後の膜厚差を時間で割ります。両材料の単位と処理条件をそろえてから割ることが必要です。片方をnm/min、もう片方をµm/minのまま計算しないでください。
仮定の例として、同じ条件でAが100nm/min、Bが5nm/minなら、S(A/B)は20です。B/Aで書けば0.05になります。この数値は計算を示すためのもので、特定薬液・ガスの実測値や推奨値ではありません。分母が測定限界に近い場合は、無条件に「無限大」「全く削れない」とせず測定の限界を記します。
高い比でも加工精度は別に確認する
選択比はレートの比であり、寸法精度そのものではないことが重要です。高い値でも、横方向のアンダーカット、マスクの剥離、側壁形状、残渣や損傷が要求を満たすとは限りません。目的膜の除去完了と、残す材料・形状の両方を確認します。
比較材料の消耗が小さいことと、装置全体で速く処理できることも別です。二つのレートが同じ割合で下がれば、比が同じでも処理時間は変わります。高い選択比だけを理由に、性能・歩留まり・生産性を保証しないでください。
材料・反応系・測定条件で値が変わる
選択比は材料の組合せと工程条件に結び付けて記録します。膜の組成や形成履歴、薬液/ガス、温度、圧力、電源、装置の状態などが関わります。材料名だけを見て、一つの公表値を別の工程へ流用することはできません。
HF系の酸化膜除去と、酸化剤を含むSi加工液は区別が必要です。MicroChemicalsの資料のように、除去する材料と反応を確認します。「Siを残してSiO2を除く」説明と、その逆の工程を同じ比の向きで説明しないことが大切です。
マスク設計へ使う際は時間と余裕も見る
選択比は、対象膜を加工する間に残す材料がどの程度消耗するかを考える基礎になります。ただし、実際の工程では終点、追加処理、面内差、時間中のレート変化も評価します。比の値だけで必要なマスク厚さを確定しないでください。具体的な消耗量の見積もりは選択比の計算とマスク消耗の解説に分けています。
まとめ
選択比を読む基本は、同じ条件のレートと材料の順序です。S(A/B)が大きいならAがBより相対的に速く除去されます。値の向きと単位、対象条件を明記し、形状・損傷・ばらつきは別に評価してください。
参考資料
定義と工程評価の確認に用いた一次資料です。具体的な操作条件は、対象材料と装置の技術資料・施設の承認済み手順で確認してください。
