レーザー冷却法を用いた異方性ドライエッチングプロセスの開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09555046
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 安武 潔 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80166503)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 垣内 弘章 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10233660) ; 芳井 熊安 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30029152)
• Keywords: 半導体ドライエッチング / Fラジカルビーム / レーザー冷却 / NF_3プラズマ / レーザーコリメーション

Research Abstract

本研究は、レーザー冷却法を用いて、Siウエハに対する横方向の速度成分をほぼゼロにした中性Fラジカルビームを発生させることにより、Siウエハのダメージフリーな異方性ドライエッチング技術を開発する事を目的とする。
(1) 13.56MHzのRFプラズマ源からFラジカルを効率よく取り出すため、材料ガスの検討を行った。Ar+F_2(10%),CF_4+O_2(0〜50%),SF_6+O_2(0〜50%),NF_3+O_2(0〜50%)の各種混合ガスについて検討した結果、ラジカル生成効率、取り扱いの容易さ、固形の反応生成物の有無という観点から、NF_3単体ガスが最適である事がわかった。
(2) NF_3プラズマの発光分光により、レーザー冷却に必要なF素原子の共鳴波長の精密分光計測を行った結果、波長は685.793nmであることが分かった。
(3) レーザーコリメーションを行うためのFラジカルビームには、準安定状態のF原子を用いる。原子間衝突による準安定状態寿命の低下を防ぐためには、チャンバー圧力は低いことが望ましい。一方、高効率のラジカル生成には、ある程度高いプラズマ圧力が必要である。そこで、ドライエッチングを行う際のRFプラズマ源とエッチング用メインチャンバーの最適圧力条件を検討した。その結果、RFプラズマ源は数Torr、メインチャンバーは数mTorr以下とすることによって、十分な差圧によるビームを作っておく必要がある事がわかった。
(4) レーザーコリメーションを行うために必要な強度をもつ半導体レーザーおよび周辺光学系を、ドライエッチング用メインチャンバー周りに設置した。
(5) NF_3プラズマ源から放出されるFラジカルビームに、半導体レーザー光を照射し、共鳴蛍光を観察した。