膜堆積に強い電子密度の新測定法と超精密プラズマ制御への応用

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11558052
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Chubu University
• Principal Investigator: 中村 圭二 中部大学, 工学部, 助教授 (20227888)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 管井 秀郎 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40005517) ; 松岡 良輔 中部大学, 工学部, 教授 (10308819) ; 池澤 俊治郎 中部大学, 工学部, 教授 (60065282) ; 高須賀 誠一 (株)ニッシン 技術部, 次長(研究職)
• Keywords: プラズマプロセス / 電子密度 / 膜堆積 / プラズマ吸収プローブ / 分散関係 / 表面波 / パワー吸収スペクトル / フロンプラズマ

Research Abstract

本研究では、通常のシングルプローブでは測定困難な膜堆積性プロセスプラズマにも適用でき、かつリアルタイムの電子密度測定が可能なプラズマ吸収プローブ法を開発し、それを密度制御のためのプラズマモニタリングに応用して、プラズマの超精密制御技術を確立することを目指している。本年度は以下の項目を主に実験・検討した。
1.プラズマ吸収プローブでの原理実証実験
先端が封じ切られたガラス管の内部のアンテナに、周波数掃引をしながらマイクロ波を印加すると、いくつかのある周波数で共鳴的にマイクロ波パワーの吸収スペクトルが観測され、その吸収周波数はプラズマ密度の1/2乗に比例して高周波側へシフトすることがわかった。またガラス管先端からアンテナまでの距離を変化させると、パワー吸収のスペクトル周波数が大きく変わることが判明した。そこでガラス管を伝搬する表面波の分散式を導出し、数値計算から得られた分散関係と比較すると、ガラス管先端からアンテナまでの距離を半波長と仮定したときに最も実験結果と良く一致することが分かった。すなわち吸収プローブにおいてはマイクロ波パワーが表面波を介して吸収しており、その吸収スペクトルと分散関係の比較から電子密度を算出できることが明らかとなった。
2.プラズマ装置への適用
プローブの小型化を図り、ガラス管の直径を2mm以下にすることによってはじめてギャップ長2cmの狭ギャップ平行平板型シリコン酸化膜エッチャーにおける電子密度の空間分布を明らかにした。その他にもフロロカーボン系の表面波プラズマや誘導結合型プラズマなどについても電子密度測定を行い、プラズマ振動法と比較したところ、従来のラングミュアプローブでは測定不能であった膜がプローブに堆積するようなプラズマでも十分密度測定が可能であることを実証した。

Research Products

• [Publications] 中村圭二 他3名: "Plasma Absorption Probe for Measuring Electron Density in an Environment Soiled with Processing Plasmas"Japanese Journal of Applied Physics. 38巻9号. 5262 (1999)
• [Publications] 中村圭二 他5名: "Diagnostic of Surface Wave Plasma for Oxide Etching in Comparison with Inductive RF Plasma"Japanese Journal of Applied Physics. 38巻9号. 5256 (1999)
• [Publications] 中村圭二 他5名: "High Energy Electrons and Etching Performance in SWP and ICP"24th International Conference on Phenomena in Ionizzed Gases. 1巻. 137 (1999)
• [Publications] 中村圭二 他5名: "Wave Modes and EEDF Diagnostics of SWP for Oxide Etching"21st Dry Process Symposium. 1巻. 211 (1999)