二光子励起レーザー蛍光法を用いたプロラスプセズマ中の水素原子挙動の解明

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波長205nmのレーザー光で水素原子を二光子的に励起し,波長656nmの蛍光を観測して水素原子の密度・速度分布関数を計測する二光子励起レーザー蛍光法を,アモルファスシリコン薄膜作成のためのシランプロセスプラズマ中の水素原子計測へ適用した。ブラズマは,容量結合型RF放電により,直径100mm,電極間隔40mmの平行平板電極間に生成した。純シランガス及び水素希釈シランガスを用い,RFパワー密度0.6-2.5mW/mm^2,ガス圧力15-60mTorr,基板温度50-350℃の範囲で実験を行い,以下の結果を得た。(i)水素原子は電極間にほぼ一様に分布しており,密度は2×10^<18>-2×10^<19>m^<-3>である。(ii)水素原子密度はガス圧力とともに増大した。(iii)圧力一定で水素希釈率を高めると水素原子密度は減少した。(iv)RF電力,基板温度に対する強い依存性は観測されなかった。(v)水素原子温度は,5000±2000Kであった。このような,プロセス条件下での同プラズマ中の水素原子密度・温度計測は,本研究により初めてなされたものである。しかしながら,観測された水素原子密度は,計算機シミュレーションの結果として報告されている値より2桁大きいものであった。また,その密度・温度の決定機構についても,明確な解釈が行えなかった。そのため,計測法の妥当性について再検討した。同法では,レーザーによるガスの解離が問題となるが,SiH_n(n=1,2,3,4)については,問題ないことが確認された。しかし,同プラズマ中に多数存在すると考えられるSi_2H_6分子については,その影響を定量的に評価することができなかった。その点が,今後の課題である。