プラズマプロセスにおける超微細構造内の粒子輸送と表面反応過程の解明と制御

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14380209
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 斧 高一 京都大学, 工学研究科, 教授 (30311731)
• 研究分担者: 高橋 和生 京都大学, 工学研究科, 助手 (50335189) ; 節原 裕一 京都大学, 工学研究科, 助教授 (80236108)
• キーワード: プラズマプロセス / 超微細構造 / 粒子輸送過程 / 表面反応過程 / 加工形状進展 / 高密度プラズマ / エッチング / 化学気相堆積

研究概要

本年度は、(1)まず、微細構造内の粒子輸送と表面適程について、構造内の被エッチング表面を、多層の反応層、保護膜層、および基板の清浄表面、から構成されるとした新しいモデルを開発した。特に、表面反応層を単分子層とする従来の取り扱いにかえ、現実に即した多層の反応層を取り扱う手法を構築し、表面での中性粒子(反応種、反応生成物)の吸着・再放出やイオンの反射、反応層・保護膜層でのイオンの減速、基板内へのイオンの侵入、中性粒子の反応層・保護膜層における拡散、などの効果も考慮した。表面反応については、化学的エッチング、スパッタリング、イオンアシスト反応、保護膜堆積、を考慮した。(2)さらに、加工形状シミュレーションにおける形状進展について、多層の反応層・保護膜層、および3次元の表面・界面移動を取り扱える新しい等濃度表現モデルを構築した。これらの粒子輸送、表面過程、形状進展モデルを用いて、塩素系プラズマによる多結晶シリコンエッチングを対象に、加工形状進展(feature profile simulation)のシミュレーションを行った結果、0.1μm〜sub 0.1μmレベルのエッチングにおける加工精度の向上には、保護膜堆積と基板表面温度の高精度制御が不可欠であることが明らかとなり、実際のプロセス実験結果と一致した。(3)また、微細構造内の粒子輸送の実験観察について、小型プラズマ源、低圧気流実験チェンバー、微細構造サンプルなどを製作し、微細構造を通過する反応粒子の挙動を調べるシステムを構築した。今後、微細構造内の粒子輸送と表面過程に関し、構造表面のチャージアップを考慮して荷電粒子(イオン、電子)の挙動についてのモデルを高度化するとともに、実験観察システムでの実験結果と比較し、微視的均一性の機構モデルを構築し、微細パターン内での粒子輸送と表面反応過程の解明をはかる。

研究成果

• [文献書誌] A.Sano, K.Ono, K.Takahashi, Y.Setsuhara: "Profile Simulation Model for Nanometer-Scale Control of Critical Dimensions and Etched Profiles"Proceedings of the 2nd International Symposium on Dry Process, DPS-2002, Tokyo, Japan, October 10-11, 2002. 177-182 (2002)
• [文献書誌] H.Kousaka, K.Ono: "Fine Structure of the Electromagnetic Fields Formed by Backward Surface Waves in an Azimuthally Symmetric Surface Wave-Excited Plasma Source"Plasma Sources Science and Technology. Vol.12(印刷中). (2003)