高均一・高密度マグネトロンプラズマの発生の研究

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半導体プロセスでは、エッチング用途に均一なプラズマが要求されている。しかし従来より用いられていた高密度マグネトロンプラズマは不均一で、均一に発生させる必要があった。我々は、マグネトロンプラズマを均一に発生させることを目的とし、ス-パ-マグネトロンプラズマ発生装置を考案・製作した。平行平板型の2枚のカソ-ド電極に磁場を平行に印加し、同一周波数の高周波電力(13.56MHz)を供給すると高密度のマグネトロンプラズマが発生する。このマグネトロンプラズマはガス圧を低くし、電極間隔を狭くすると、均一性が大幅に向上し、ス-パ-マグネトロンプラズマとなる。このス-パ-マグネトロンプラズマをレジストのエッチングに応用し、均一に高速エッチングする為の条件を研究した。電極間隔を25mm前後と狭くし、O_2ガス圧を数mTorr程度と低くすると見かけ上均一なプラズマが発生し、磁界を回転させることなく±5%の高均一なエッチングが可能となった。磁界を回転させるとエッチ均一性は更に向上し、±3%の非常に良い均一性が得られた。エッチ速度も磁界の無い場合と比較し数倍以上速かった。ス-パ-マグネトロンプラズマのOラジカル(酸素原子)等の発光空間分布を測定し、O_2プラズマの空間均一性を直接評価する実験を行った。測定に際し磁石は固定し、マルチチャンネル分光器を用い正確に、線スペクトルの強度を測定した。電極間隔が30mm以上と広く、ガス圧が15mTorr程度以上と高いと、上下2層に分離した均一性の悪いマグネトロンプラズマが発生した。電極間隔を25mm前後、ガス圧数mTorr前後とすると均一性の良いマグネトロンプラズマが発生し、ス-パ-マグネトロンプラズマの発生条件が解明できた。