磁界による反応性プラズマの制御

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プラズマCVDやスパッタリングなどに用いられる反応性プラズマの精密制御法の開発を目的として、容量結合型交流プラズマに外部より放電電界に垂直な磁界を印加した場合の放電空間内外のプラズマ内部パラメータの変化を調べた。得られた結果と考察について以下に記す。1.グロー放電に及ぼす磁界の効果は主としてシース領域に変化をもたらす。一般的に言えば、磁界は荷電粒子の衝突効果を増大させる働きがある。これは荷電粒子のサイクロトロン運動による見かけ上の平均自由行程の減少に起因するものである。2.クロスフィールド磁界による電子及びイオンのE×Bドリフトはプラズマを放電空間外へ輸送する。結果として、陰極シースの構造が変化し放電軸に対して非対称な2次元構造をもつようになる。プラズマ内部パラメータである荷電粒子密度、プラズマ空間電位、電界、電子温度などがそれに伴って変化し、それぞれ2次元構造をもつ。3.分光器により測定されたSiHラジカル発光の空間強度分布は電子密度と電子エネルギー分布に依存する。磁界による電子の変化がラジカルの生成に直接反映するので、磁界によるラジカルの空間分布制御が可能である。ただし、水素原子の発光強度分布は磁界による影響をあまり受けないので、均質膜の作成という点で問題がある。4.変調磁界はプラズマ内部パラメータの複雑な2次元構造を時間空間的に平均化する効果があり、大面積均一成膜法として有用である。5.E×Bドリフトによる荷電粒子束の測定から電界圧の推定が可能である。また空間電位と浮遊電位の差から評価した電子温度は磁界印加によりシース端部で増加する。以上の結果から、非常に弱い磁界によってグロー放電プラズマの構造が大きく変化するので、反応性プラズマの制御が可能である。