プラズマ局所構造に伴う電位形成とエネルギー分布の制御

プラズマプロセスを効率的かつ選択的に行なうには、プラズマパラメータとプロセス結果との因果関係を解明することが重要である。特に電子(イオン)のエネルギー分布は反応を決定する重要な因子であり、その制御方式の確立が本研究の目的になっている。プラズマ生成方式として、2つの異なる特性をもつ方法を用いた。1つは直流放電による生成であり、他はマイクロ波の電子サイクロトロン共鳴(ECR)によるプラズマ生成である。1.東北大学においては、ピン付ホロー陰極を用いた直流放電によるプラズマを生成し、ピンの長さあるいは外部磁場を変化させることにより、プラズマ内部の電子のエネルギー分布の制御実験を行なった。ホロー陰極内でピンの長さを長くすると、周辺部のピンへ放電部が移動し、陰極中心部の電子温度が急激に低下することが分かった。ピンの長さを変えるとピンのない場合の3〜4eVから、ピンのある場合の〜0.5eVまで連続的に電子温度が制御できた。磁場の印加もピンの長さと同様な効果をもつことが明らかになった。2.名古屋大学と大阪大学においては、ミラー磁場中マイクロ波(2.45GHz)を入射し、ホイスラー波によるプラズマ生成と電子加熱実験を行なった。ソフトX線及びVUV分光法による電子温度の測定により、電子温度を3〜12eVの範囲で連続的に制御できることが分かった。また、電子密度も10^9〜4×10^<12>/cm^3の範囲で制御できた。応用実験として、水素-メタン混合ガス放電により、シリコン基板上に炭素系薄膜を成長させ、レーザラマン分光により薄膜特有のスペクトルが得られ、膜の評価方法としての有効性が明らかにされた。以上の実験を通し直流放電及びマイキロ波放電により、プロセス制御に必要な電子のエネルギー分布が広範囲に制御できることが解明された。

プラズマプロセスを効率的かつ選択的に行なうには、プラズマパラメータとプロセス結果との因果関係を解明することが重要である。特に電子(イオン)のエネルギー分布は反応を決定する重要な因子であり、その制御方式の確立が本研究の目的になっている。プラズマ生成方式として、2つの異なる特性をもつ方法を用いた。1つは直流放電による生成であり、他はマイクロ波の電子サイクロトロン共鳴(ECR)によるプラズマ生成である。1.東北大学においては、ピン付ホロー陰極を用いた直流放電によるプラズマを生成し、ピンの長さあるいは外部磁場を変化させることにより、プラズマ内部の電子のエネルギー分布の制御実験を行なった。ホロー陰極内でピンの長さを長くすると、周辺部のピンへ放電部が移動し、陰極中心部の電子温度が急激に低下することが分かった。ピンの長さを変えるとピンのない場合の3〜4eVから、ピンのある場合の〜0.5eVまで連続的に電子温度が制御できた。磁場の印加もピンの長さと同様な効果をもつことが明らかになった。2.名古屋大学と大阪大学においては、ミラー磁場中マイクロ波(2.45GHz)を入射し、ホイスラー波によるプラズマ生成と電子加熱実験を行なった。ソフトX線及びVUV分光法による電子温度の測定により、電子温度を3〜12eVの範囲で連続的に制御できることが分かった。また、電子密度も10^9〜4×10^<12>/cm^3の範囲で制御できた。応用実験として、水素-メタン混合ガス放電により、シリコン基板上に炭素系薄膜を成長させ、レーザラマン分光により薄膜特有のスペクトルが得られ、膜の評価方法としての有効性が明らかにされた。以上の実験を通し直流放電及びマイキロ波放電により、プロセス制御に必要な電子のエネルギー分布が広範囲に制御できることが解明された。