ECRマイクロ波プラズマ中のイオンの2次元挙動

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プロセス用プラズマとして広く用いられているECRマイクロ波プラズマを対象に、シングルプローブ、キャピラリープレートを用いた方向性イオンエネルギーアナライザー等を用いて荷電粒子の空間分布や、プロセス結果に大きな影響を与えるイオンの挙動について観測を行い、次のような結果を得た。1.発散磁界配位における低気圧Arプラズマ中での二次元速度空間内のイオンの速度分布関数を明らかにした。その結果、発散磁界内でイオンは次第にビーム成分を持つようになり、その方向は容器の中心軸から離れるに従って軸方向に対して傾きを持つことが分かった。本研究で使用した装置内では、このイオンの速度の傾きは10〜20度程度の値を示しており、この値は異方性エッチング等のプロセスを行う際に無視できない値であると思われる。また本研究において、新たな試みとしてイオンの挙動の観測にホロープローブを用いたが、その結果は従来形のエネルギーアナライザーによる観測結果と矛盾しないことがわかった。従って、このプローブが簡便なイオンの速度の検出法としての可能性を有し、新しい測定法として定着するものと期待できる。2.Arガスに代えてSF_6プラズマを発生させ、容器の中心軸上における荷電粒子密度やプローブに流入する正電荷飽和電流と負電荷飽和電流の比の分布を測定した結果、発生したプラズマ中には拡散にしたがって負イオンが発生していることが示唆された。ガス圧力を0.3mTorr〜1.2mTorrの範囲で変化させて実験を行った結果、負電荷中の負イオンの存在割合が顕著に増加する位置が、圧力の増加とともにECR点に近づくことが明らかになった。負イオン量はプラズマパラメータを変化させ、結果的にプロセス結果に影響を与えるパラメータであることから、プロセスを行う際の基板の位置は、プラズマを発生させる圧力によりその最適位置が変化することが予想される。