VHF帯(100メガヘルツ領域)プラズマの発生と制御

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RFとマイクロ波の中間であるVHF帯(100MHz領域)でプラズマを発生し、プロセシングプラズマにおける周波数の効果を実験的に明らかにすることを目的として研究を行ない以下の結果をえた。1.VHFプラズマの発生 ダイオ-ド型電極にRF(13.56MHz)またはVHF(144MHZ)電力を投入し比較して調べた。放電ガスにはHe,H_2,SiH_4を用いた。放電条件は、圧力50m-1Toor、ガス流量20-10sccm、パワ-20-60Wである。2.プロ-ブ法および発光スペクトル法によるプラズマ内部パラメ-タの測定 プロ-ブ測定の結果、低圧力ではVHFプラズマはRFと比較して1桁程度電子濃度が高い。プラズマの周波数効果は電子と中性分子の衝突周波数νと電源角周波数ωとの比ω/νで記述できる。プロ-ブ電流電圧特性の2次微分からEEDFテイル部の形状を見積ると、ω/νが大きい時EEDFはマクスウエル分布に近づくが、ω/νが小さい時は高エネルギ-テイル部が低く落込んでしまうという理論と一致する結果を得た。Heガスプラズマの発光スペクトルはVHFの場合ペニング衝突過程よりHe原子の発光が強いことからも上の結論が支持できる。H_2プラズマの発光スペクトルを調べるとVHFプラズマでは水素原子の発光αに対して分子発光H_2が強く現われる事が分った。3.反応性ガスの解討 SiH_4の放電分解によりアモルファスシリコン膜を堆積してVHFプラズマの特徴を調べた。a-Si:H膜の赤外吸収スペクトルを測定するとVHFプラズマで作製した膜はRFのものと比較してSiH_2結合が多い。これはプラズマ発光分布測定で明らかになったように陽極電極上に置いた基板近傍にシ-スが発達していないため、短寿命ラジカルが膜堆積に寄与している事が原因と考えられる。この問題を解決するためには直流バイアスによる制御などが有効であると考えられる。