誘導結合プラズマ反応器内のプラズマ流動解析

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希薄気体中の放電プラズマはエッチングやスパッタリングなどの材料プロセシングにおいて重要な役割を担っている。多くの物理的、化学的な要因が放電構造を支配しているが、最も重要な物理量の一つに電子のエネルギー分布関数(EEDF)があげられる。なぜなら、プラズマ中における全ての反応の発生レートはEEDFによって決定されるためである。昨年度、アルゴンガスを用いた誘導結合プラズマの粒子シュミレーションを行ない、EEDFに対する様々なパラメータの影響を系統的に調べ、得られた成果をJpn.J.Appl.Phys.に投稿し掲載された。本年度は塩素ガスを用いた誘導結合プラズマの粒子シュミレーションを行ない、アルゴンプラズマの計算結果や塩素プラズマの実験結果とEEDFを比較した。アルゴンプラズマの場合には、高エネルギーの電子のみがアルゴン原子と非弾性衝突を起こすので高エネルギーの電子がマクスウェル分布よりも少なくなったが、塩素プラズマにおいて塩素分子の解離度が低い場合には広いエネルギー範囲の電子が非弾性衝突を起こすためにEEDFはマクスウェル分布に近くなった。塩素分子の解離度が高い場合には、高エネルギーの電子のみが塩素原子と非弾性衝突を起こすので、アルゴンプラズマの場合と同様に高エネルギー電子の枯渇が観察された。シミュレーションで得られた塩素プラズマのEEDFは実験結果と定性的に一致した。これにより、本計算コードによるEEDF予測の妥当性が確認された。これらのことについては現在投稿準備中である。