交差ビーム蛍光イメージング法によるフリーラジカルと固体表面の相互作用の研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03452079
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 橘 邦英 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 教授 (40027925)
• 研究分担者: 白藤 立 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助手 (10235757)
• キーワード: 表面反応計測 / ラジカルビーム / レーザー誘起蛍光法 / 電子ビーム励起蛍光法 / シラン系ラジカル / 原子状ラジカル / シリコン酸化反応速度

研究概要

半導体材料などのドライプロセスでは、プラズマや光励起によって生成した反応活性なラジカルが、拡散などの過程で基板表面に輸送され、表面での化学反応を経てプロセスが進行する。従来、表面反応の診断はプロセス結果を既存の表面分析法で調べることによって得られる反応前後のスタティックな情報から推定することによってなされてきたが、本研究では、プロセス中での動的な計測を試みた。
すなわち、ラジカルのビームをある入射角で基板に照射し、基板近傍での入射ビームと反射成分の強度や空間分布を、電子ビームやレーザービームを用いた蛍光励起法によって二次元的に計測する。ラジカルの入射ビームと反射成分の強度の比から表面での付着確率を、反射成分の空間分布(余弦分布またはそれからのずれなど)から吸着ポテンシャルなどの相互作用を調べるという実験である。
この目的を遂行するためには、まず、適当なラジカル源の開発が必要となったが、高周波放電によるコンパクトなラジカル源を製作して、真空装置に組み込んだ。次にラジカル密度やフラックスの評価が必要であったが、レーザー誘起蛍光法によって、シランガス系のラジカルSiHn(n=0〜2)以外にも水素、酸素、窒素などの原子状ラジカルの定量測定に成功した。電子ビーム励起発光による検出は現在試みているが、低エネルギー域でのビーム強度が得られず、まだ成功には至っていない。
基板にラジカルを照射した場合の反応計測の例として、フラックスの定量評価がなされた酸素原子ラジカルビームを用いて、シリコンウエハの低温酸化を試みた。酸化の速度を分光偏光解析法によってその場観察することに成功し、その結果と既知のフラックスを比較することによって、酸化反応の速度や機構を議論した。入射ビームと反射成分のレーザー誘起蛍光による二次元計測は進行中である。

研究成果

• [文献書誌] K.Tachibana: "Measurement of SiH_2 Densities in an RF-Discharge Silane Plasma Used in the Chemical Vapor Deposition of Hydrogenated Amorphous Siricon Film" Japanese Jourmal of Applied Physics. 31. 2588-2591 (1992)
• [文献書誌] 橘 邦英: "中性原子ラジカル源とレーザー誘起蛍光法による評価" 第3回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウムプロシーディングス(粒子線技術懇談会). 151-158 (1992)
• [文献書誌] K.Tachibana: "In-Situ Laser Diagnostics of Radical Kinetics in the Deposition of Amorphous Silicon Films" Proceedings of the Asia-Pacific Conference on Plasma Chemistry (Nanjing). 162-165 (1992)
• [文献書誌] K.Tachibana: "Detection of H Atoms in RF-Discharge CH_4,SiH_4 and H_2 Plasmas by Two-Photon Absorption Laser Induced Fluorescence (TALIF) Spectroscopy" Proceedings of the 10th Symposium on Plasma Processing (応用物理学会プラズマエレクトロニクス分科会). 49-52 (1993)
• [文献書誌] K.Tachibana: "In-Situ lnvestigation of Radical Kinetics in the Deposition of Hydrogenated Amorphous Silicon Films" Materials Science and Engineering B (Elsevier Sequoia). (1993)