反応性ECRプラズマ中電子速度分布関数尾部に関する研究

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研究の目的:本研究はプロセシングプラズマ用のコンパクト高効率ECRプラズマ装置を開発する事を目的とし、プラズマ中の反応に重要な電子速度分布関数中特に高エネルギー尾部の形を制御することにある。設計と装置:永久磁石(SmCo)を多極カスプ型に配置した円筒型ECRプラズマ源を設計、製作。円形導波管TE_<11>モードのマイクロ波2.45GH_2を導入。径方向はカスプ磁場、軸方向は端部の逆電界で閉じ込める。基本波、第二高調波共鳴領域は閉じた同軸面になる。電子のbounce運動は隣接磁石列間で行われれ周期はミラー型に比べ短くドリフト不安定性はない。16cmΦ×30cmの寸法で実験したが導波管を遮断波長限界に近付けると内径7.5cmΦ迄小型に出来る。実験:H_2、H_2/CH_4で放電させ速度分布関数の監視、生成分子、イオンとの相関を調べた。永久磁石列の配置を16極よりも8極にする方がプラズマは点火し易く、多極カスプ形状を反映した形が形成された。カスプ領域および軸上でプラズマ密度は1.5×10^<10>、2.5×10^<10>cm^<-3>、等価電子温度(2/3×平均エネルギー)は4、16eVである。電子速度分布係数はプローブによりドリベステン法で測定、特に尾部の測定の為に100、750メッシュのグリッドを用いた静電アナライザを製作した。速度分布はマクスウェル分布からずれ中間エネルギー帯の密度が大で尾部は同一等価電子温度のマクスウエル分布に比較的良く載る。圧力の低い程分布関数尾部が延びる。マイクロ波パワーに対する尾部の延長は緩やかであるがパワーと共にイオン生成率は上昇する。結論:DC放電に比べ低圧で高い等価電子温度を有し密度が1桁以上高いプラズマが生成出来、基板表面の処理、中性ビーム、イオン源として有用である。速度分布制御法として陽極バーに異なる電圧を与え速度分布を制御出来る事、端部のグリッドも密度制御に有効な事が分った。