プラズマCVDにおけるラジカルの空間分布と輸送の制御

反応性プラズマを用いた電子材料薄膜の化学気相堆積(CVD)において、プラズマ中の中性やイオン性ラジカルの密度の空間分布や、その勾配から決まる基板表面への輸送量を系統的に評価し、それらを最適化するための制御法を確立することが本研究の最終目標である。そのため本年度では、まず、ラジカル計測法の開発を主とした以下の研究を実施した。測定対象としては。炭素系薄膜の作製に広く用いられているメタンガスプラズマを選んで実験を行った。1.二極型RF放電CVD装置において、発光分光法を用いてH、CHなどの発光ラジカルの空間分布と時間変化を測定し、生成過程に反映される電子のエネルギーや密度などのプラズマパラメータの空間・時間変動の様子を調べた。また、レーザ誘起蛍光法(LIF)によって、基底状態(非発光)CHラジカルの密度の絶対値とその空間分布、さらに基板への輸送量をRF電力やガス圧などの外部パラメータの関数として系統的に測定した。2.CH_2やCH_3などの多原子分子の非発光ラジカルの計測のために、四重極質量分析計にしきい値イオン化法を用いた方法を開発した。この方法の原理は以前から知られているが、放電プラズマに適用するためには多くの解決すべき問題点があった。また、密度の絶対値を求める方法も考案し、10^9cm^3程度の高感度測定も可能にした。この方法によって、メタンプラズマ中のCH_3の絶対密度測定を行うとともに、アフターグローにおける消滅速度を観測し、その主要な損失機構が再結合によるエタン形成であることを明らかにした。現在、CH_2についても同様の測定を進めているが、CH_3とは異なる興味深い結果が得られつつある。3.一方、細い溝状の構造を持った基板表面の膜堆積による被覆形状をモンテカルロ法によってシミュレーションすることによって、輸送されてきたラジカルの基板表面での付着確率を評価する方法も開発した。

反応性プラズマを用いた電子材料薄膜の化学気相堆積(CVD)において、プラズマ中の中性やイオン性ラジカルの密度の空間分布や、その勾配から決まる基板表面への輸送量を系統的に評価し、それらを最適化するための制御法を確立することが本研究の最終目標である。そのため本年度では、まず、ラジカル計測法の開発を主とした以下の研究を実施した。測定対象としては。炭素系薄膜の作製に広く用いられているメタンガスプラズマを選んで実験を行った。1.二極型RF放電CVD装置において、発光分光法を用いてH、CHなどの発光ラジカルの空間分布と時間変化を測定し、生成過程に反映される電子のエネルギーや密度などのプラズマパラメータの空間・時間変動の様子を調べた。また、レーザ誘起蛍光法(LIF)によって、基底状態(非発光)CHラジカルの密度の絶対値とその空間分布、さらに基板への輸送量をRF電力やガス圧などの外部パラメータの関数として系統的に測定した。2.CH_2やCH_3などの多原子分子の非発光ラジカルの計測のために、四重極質量分析計にしきい値イオン化法を用いた方法を開発した。この方法の原理は以前から知られているが、放電プラズマに適用するためには多くの解決すべき問題点があった。また、密度の絶対値を求める方法も考案し、10^9cm^3程度の高感度測定も可能にした。この方法によって、メタンプラズマ中のCH_3の絶対密度測定を行うとともに、アフターグローにおける消滅速度を観測し、その主要な損失機構が再結合によるエタン形成であることを明らかにした。現在、CH_2についても同様の測定を進めているが、CH_3とは異なる興味深い結果が得られつつある。3.一方、細い溝状の構造を持った基板表面の膜堆積による被覆形状をモンテカルロ法によってシミュレーションすることによって、輸送されてきたラジカルの基板表面での付着確率を評価する方法も開発した。