真空紫外レーザシステムを用いたプラズマプロセス中の酸素ラジカルに関する研究

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波長可変真空紫外レーザを用いた真空紫外吸収分光法の構築、及び希ガス添加表面波励起酸素プラズマ内部における活性種の絶対密度計測を行い、下記の成果を得た。XeClエキシマレーザ光を励起光とする2台の色素レーザシステムにより2波長のレーザ光を発振する。それらレーザ光をKrガスが封入された希ガスセル内に集光することで生じる2光子共鳴4光波混合過程を使用し、基底準位酸素原子の共鳴ラインが存在する130.4nm辺りにおいて、波長可変真空紫外レーザ光の発振に成功した。さらに上記レーザシステムにおいて、1台の色素レーザ、及びXeとArガスの混合気体を封入した希ガスセルを使用することで、混合希ガスを非線形光学媒質とした第3高調波発生過程により準安定準位酸素原子の共鳴ラインが存在する115.2nm辺りの波長可変真空紫外レーザ光を発振することにも成功している。それら発振されたレーザ光を8インチウエハー対応表面波励起プラズマプロセスチャンバー内に入射し、Kr希釈表面波励起酸素プラズマ内に存在する基底準位酸素原子、及び準安定準位酸素原子の絶対密度の振る舞いを計測することに成功した。その計測結果の一例としては、圧力、投入パワーを一定とした条件下で、Krガスと酸素ガスの混合比率を変化させた場合において、基底準位酸素原子の絶対密度はほとんど変化しない。しかし、準安定準位酸素原子はKrガスの混合比率が上昇するに連れてその絶対密度は上昇することが判明した。プラズマ酸化プロセスにおいては、Kr/(Kr+O_2)が97%のときに良質なSi酸化膜の高速成膜が実現可能であることが報告されている。本研究においては、その領域において、基底準位酸素原子よりも絶対密度は低いものの準安定準位酸素原子の絶対密度が最大になることから、Si酸化膜形成時に準安定準位酸素原子が重要な働きをしていることが示唆された。