高均一・高密度マグネトロンプラズマの発生の研究

高均匀高密度磁控等离子体产生研究

基本信息

批准号：
02214214
负责人：
木下治久
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1990
资助国家：
日本
起止时间：
1990 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体プロセスでは、エッチング用途に均一なプラズマが要求されている。しかし従来より用いられていた高密度マグネトロンプラズマは不均一で、均一に発生させる必要があった。我々は、マグネトロンプラズマを均一に発生させることを目的とし、ス-パ-マグネトロンプラズマ発生装置を考案・製作した。平行平板型の2枚のカソ-ド電極に磁場を平行に印加し、同一周波数の高周波電力(13.56MHz)を供給すると高密度のマグネトロンプラズマが発生する。このマグネトロンプラズマはガス圧を低くし、電極間隔を狭くすると、均一性が大幅に向上し、ス-パ-マグネトロンプラズマとなる。このス-パ-マグネトロンプラズマをレジストのエッチングに応用し、均一に高速エッチングする為の条件を研究した。電極間隔を25mm前後と狭くし、O_2ガス圧を数mTorr程度と低くすると見かけ上均一なプラズマが発生し、磁界を回転させることなく±5%の高均一なエッチングが可能となった。磁界を回転させるとエッチ均一性は更に向上し、±3%の非常に良い均一性が得られた。エッチ速度も磁界の無い場合と比較し数倍以上速かった。ス-パ-マグネトロンプラズマのOラジカル(酸素原子)等の発光空間分布を測定し、O_2プラズマの空間均一性を直接評価する実験を行った。測定に際し磁石は固定し、マルチチャンネル分光器を用い正確に、線スペクトルの強度を測定した。電極間隔が30mm以上と広く、ガス圧が15mTorr程度以上と高いと、上下2層に分離した均一性の悪いマグネトロンプラズマが発生した。電極間隔を25mm前後、ガス圧数mTorr前後とすると均一性の良いマグネトロンプラズマが発生し、ス-パ-マグネトロンプラズマの発生条件が解明できた。

半导体工艺需要均匀的等离子体来进行蚀刻应用。然而，过去使用的高密度磁控等离子体是不均匀的，需要均匀地产生。我们设计并制造了超级磁控等离子体发生器，目的是均匀地产生磁控等离子体。通过向两个平行板阴极电极平行施加磁场并提供相同频率的高频功率（13.56MHz）来产生高密度磁控等离子体。通过降低气压和缩小电极间距，可以大大提高这种磁控管等离子体的均匀性，从而产生超级磁控管等离子体。我们将这种超级磁控等离子体应用于抗蚀刻，并研究了均匀、高速蚀刻的条件。通过将电极间距缩小到25 mm左右，并将O_2气压降低到几mTorr，产生了明显均匀的等离子体，使得在不旋转磁场的情况下实现±5%的高度均匀蚀刻成为可能。通过旋转磁场，刻蚀均匀性进一步提高，获得了±3%的非常好的均匀性。蚀刻速度也比没有磁场的情况快几倍。我们测量了超磁控等离子体中O自由基（氧原子）发射的空间分布，并进行了实验来直接评估O_2等离子体的空间均匀性。测量过程中，固定磁铁，使用多道光谱仪精确测量线谱强度。当电极间距较宽（30 mm或更大）和气压较高（15 mTorr或更大）时，会产生均匀性差的磁控等离子体，分为上下两层。当电极间距设定为约25mm、气压设定为约数mTorr时，产生了均匀性良好的磁控等离子体，明确了超磁控等离子体的产生条件。