ECRプラズマの一様性・制御における電磁波のモード変換・吸収の役割

电磁波模式转换和吸收在 ECR 等离子体均匀性和控制中的作用

• 批准号: 11780350
• 负责人: 上田 洋子
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11780350/
• 关键词: 電子サイクロトロン共鳴プラズマ; 電磁波動; R波; L波; 異常波; 半導体プロセス用プラズマ; 共鳴領域; 磁気ミラー

電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマは、低ガス圧力で高い電子密度を容易に得ることが出来る為、半導体加工のプラズマ源やビーム源として現在不可欠である。そのようなプラズマ源としてのプラズマには高密度、一様性、また大口径化が容易であることの3点が主に望まれる。ECRプラズマは電磁波動とプラズマの相互作用が明らかでない為に試行錯誤的に一様性を確保する必要があるが、これでは大口径化が困難である。こうしてECRプラズマにおける電磁波動の振る舞いを明らかにすることが切望されている。本研究では、プラズマ端でパワー吸収を行うことが出来る異常波(X波)とそのプラズマ周辺の真空境界での振る舞いについて着目し、これを利用しECRプラズマの制御性を高めることを目的としている。実験は磁気ミラー型プラズマ発生装置を用いて、電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを生成した。マイクロ波の周波数は2.45GHz,最大出力5kWである。得られた主な成果は以下の通りである。(1)円筒導波管の基本モードであるTE_<11> のマイクロ波を用いて、直径200mmに亘って均一なECRプラズマ(均一性が±5%)の生成に成功した。(2)プラズマ中の電磁波測定を行った結果、(i)プラズマ密度が10^<11>cm^<-3>より低い時はR波とし波が共鳴領域まで伝播し、共鳴領域より下流ではL波のみが伝播していること、(ii)プラズマ密度が10^<11>cm^<-3>より高い時はR波のみが共鳴領域までに伝播し、共鳴領域より下流であh電磁波が存在していないことを明らかにした。(3)磁場に直角方向の電磁波測定を行い、得られた波形の分散関係から異常波(X波)が伝播していることを初めて見出した。(4)また、(i)共鳴領域より下流ではX波の波長が周辺部に行くに従って短くなること、(ii)電磁波の電場強度が周辺部で強いことから、一様分布の時に得られるイオン飽和電流の周辺部におけるピークはX波の高域混成波共鳴によるものであると結論される。(5)二次元モータ駆動装置を用いて、中心領域のみならず周辺領域においても詳細な電磁波測定を行った結果、中心領域でR波のみが伝播している条件下でも周辺領域で短波長のR波の他に長波長の電磁波が伝播していること、すなわちRCRプラズマ周辺領域でモード変換が起きていることがわかった。以上の結果は、半導体プロセス用大口径プラズマ源の開発に大きく貢献できるものと期待される。

Electronic resonance (ECR) is an important component of semiconductor processing. It's easy to get high density, uniform, and large caliber. ECR is an electromagnetic wave and its interaction is difficult to ensure. It is hoped that the vibration of electromagnetic fluctuations will be visible in the ECR platform. In this study, abnormal waves (X-waves) are generated by the absorption and emission of light. The magnetic resonance device is used to generate magnetic resonance. The frequency of the wave is 2.45GHz, and the maximum output is 5kW. The main result is that (1)The basic structure of the cylindrical waveguide was successfully generated by using TE_<11>(1) and ECR with a diameter of 200mm and a uniformity of ±5%. (2)The measurement results of electromagnetic waves in the middle of the range are as follows: (i) when the density is 10^<11>cm^<-3>, the R wave is transmitted in the resonance field, the resonance field is transmitted downstream, the L wave is transmitted downstream,(ii) <11>when the density is 10^ cm <-3>^, the R wave is transmitted in the resonance field, the resonance field is transmitted downstream, and the electromagnetic wave is transmitted downstream. (3)Measurement of electromagnetic waves in the right angle direction of the magnetic field, dispersion relationship of the waveforms, abnormal waves (X-waves), transmission, transmission. (4)(i) the resonance domain is downstream, and the wavelength of X wave is shorter than that of the peripheral part;(ii) the electric field intensity of electromagnetic wave is stronger than that of the peripheral part; and (iii) the saturation current is distributed at the peripheral part, and the resonance of X wave in high domain is concluded. (5)2-D mobile device in use, center field, peripheral field, detailed electromagnetic wave measurement results, center field, R wave transmission, other long wavelength electromagnetic wave transmission, short wavelength R wave transmission, peripheral field, peripheral field, etc. The above results are expected to contribute greatly to the development of large-aperture semiconductor sources.

项目成果

M.Shindo,S.Hiejima,Y.Ueda,S.Kawakami,N.Ishii and Y.Kawai: "Determination of negative-ion densityin an electron cyclotron resonance C_4F_8 plasma"Surface and Coating Technology. 116-119. 1065-1069 (1999)

M.Shindo、S.Hiejima、Y.Ueda、S.Kawakami、N.Ishii 和 Y.Kawai：“电子回旋共振 C_4F_8 等离子体中负离子密度的测定”表面和涂层技术。

Y.Ueda,H.Muta and Y.Kawai: "Effect of Electromagnetic Waves Propagating in the Periphery of Electron Cyclotron Resonance Plasma on the Uniformity"Jpn.J.Appl.Phys.. 38,7B. 4333-4337 (1999)

Y.Ueda、H.Muta 和 Y.Kawai：“在电子回旋共振等离子体外围传播的电磁波对均匀性的影响”Jpn.J.Appl.Phys.. 38,7B。

Y.Kawai,Y.Ueda,M.Moromito,S.Hiejima and I.Katsumata: "Measurements of ECR silane plasma parameters"Materials Processing Technology. 92-93. 230-234 (1999)

Y.Kawai、Y.Ueda、M.Moromito、S.Hiejima 和 I.Katsumata：“ECR 硅烷等离子体参数的测量”材料加工技术。

Y.Ueda,H.Muta and Y.Kawai: "Role of peripheral vacuum regions in the control of the electron cyclotron resonance plasma uniformity"Applied Physics Letters. 74,14. 1972-1974 (1999)

Y.Ueda、H.Muta 和 Y.Kawai：“外围真空区域在控制电子回旋共振等离子体均匀性中的作用”应用物理快报。

M.Shindo,S.Hiejima,Y.Ueda,S.Kawakami,S.Ishii and Y.Kawai: "Parameters measurement of ECR C_4F_8/Ar plasma"Thin Solid Films. 345. 130-133 (1999)

M.Shindo、S.Hiejima、Y.Ueda、S.Kawakami、S.Ishii 和 Y.Kawai：“ECR C_4F_8/Ar 等离子体的参数测量”固体薄膜。