大電力ECR放電型シート状プラズマ源による反応性スパッタリング成膜

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本研究では、数kWのマイクロ波を用いたECR放電でシート状の細長いプラズマを生成し、それを反応性スパッタリング成膜に利用することを目的とした。まず、マイクロ波スロットアンテナから放射されるマイクロ波の電磁界解析及び放射電場の測定を行い、均一なマイクロ波照射に必要なスロット形状を調べた。また、永久磁石により作られる共鳴磁場の解析を行い、ECR加熱とプラズマの閉じこめが可能な磁場形状を求めた。そして、上記解析結果を基に、大電力動作が可能な長さ30cmのシート型ECRプラズマ源を製作した。大電力投入時のプラズマ源の動作特性を調べるために、1.5kWのマイクロ波入力によりプラズマ生成を行い、そのプラズマの診断(静電プローブ測定・発光分光測定)を行った。この結果、安定したプラズマの生成が可能であること、大電力化により高密度化が行えたことを示した。また、本スロットアンテナの形状により均一な空間分布のシート状プラズマを生成出来ること示した。次に、プラズマ源の成膜応用として、窒化チタン・酸化チタンなどの反応性スパッタリング成膜を行った。大電力化によってプラズマの高い反応性を保持したまま成膜速度を高め、均一成膜が可能であることを示した。また、ITOのような低電圧スパッタが望ましい材料についても、入力の増加により成膜速度の向上が可能であることを示した。これらの成膜実験の間、大電力動作時においてもマイクロ波窓の汚損なく稼働が行えた。以上の結果を基に、1m幅のシートプラズマ源の作成を行い、その動作実験を行い、ECR放電型シート状プラズマ源の長尺化が容易に行えることを示した。