多極磁場を有するプラズマ反応器の最適化に関する研究

多极磁场等离子体反应器优化研究

• 批准号: 05J04788
• 负责人: 武木田 秀人
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J04788/
• 关键词: 粒子モデル; PIC; MC法; 多極磁場; プラズマプロセシング; エッチング; IED

多極磁場のプラズマ閉じ込め効果についてPIC/MC法を用いた解析を行った.多極磁場の効果がはじめて示された装置に注目し,中心軸上の加熱されたフィラメントからの電子放出により維持される熱陰極放電を2次元でモデリングした.背景ガス圧力,磁場の強さ,磁極数を変化させた系統的解析を行い多極磁場のプラズマに対する影響を明らかにした.プラズマ密度は5mTorr以下の圧力域において約一桁,増加し,電子密度が磁極付近にピークを持つこと,プラズマ電位が負の値を持つことが明らかにされた.中心から放出された高エネルギー電子の平均自由行程が放電長さよりも長いような低圧力な条件の場合に,プラズマ閉じ込めの効果が大きいことが分かった.また閉じ込めのために最適な磁極数が存在することが明らかにされた.2次元の解析を発展させ,軸方向に有限の装置形状を考え,多極磁場を有するVHFプラズマ反応器の3次元解析を行った.装置形状としては円筒状であり,軸方向に平行平板型電極が存在する.プラズマ構造に対するガス圧力と多極磁場の影響を解析した.プラズマ密度は40mTorr以下の圧力域において約一桁,増加する.また磁場無しでは放電を維持することの出来なかった10mTorrにおいても放電を維持することが出来た.プラズマ密度は壁面付近でピークを持ち,このピークの存在により,電極へのイオンフラックスの一様性が悪化する.一方,電極に入射するイオンのエネルギー分布関数(IED)の形状には磁場は大きな影響を与えない.2次元の場合と比較すると,高エネルギー電子の生成場所が装置全体に広がるためにさらに高い圧力域においても磁場が有効であることが示された.以上,本研究ではPIC/MC法による多極磁場を有するプラズマ反応器の解析を行い,閉じ込め条件とプロセスの一様性に対する影響の観点から最適装置設計の指針となるための指針を得た.

The effect of the multi-pole magnetic field is プラズ and the closed じ込め effect is に and プラズ て て. The PIC/MC method を is used to analyze the を line った by た た. Multipole magnetic の unseen fruit が は じ め て in さ れ に attention し た device, heating center shaft の さ れ た フ ィ ラ メ ン ト か ら の electronic release に よ り maintain さ れ る hot cathode discharge を 2 dimensional で モ デ リ ン グ し た. Background ガ ス pressure, strong magnetic field の さ, pole number を variations change さ せ た line system analytical を い multipole magnetic field の プ ラ ズ マ に す seaborne る influence を Ming ら か に し た. プ ラ ズ マ density less than 5 mtorr は の pressure domain に お い て about a girder, rights to add し, electron density が pole paying nearly に ピ ー ク を hold つ こ と, プ ラ ズ マ が negative potential の numerical を hold つ こ と が Ming Youdaoplaceholder0 にされた. High center か ら release さ れ た エ ネ ル ギ ー electronic の long mean free trip が discharge さ よ り も long い よ う な low pressure の occasions に な conditions, プ ラ ズ マ closed じ 込 め の unseen fruit が big き い こ と が points か っ た. ま た closed じ 込 め の た め に optimum な pole number が exist す る こ と が Ming ら か に さ れ た. 2 dimensional の parsing を 発 exhibition さ せ, に have axis direction The shape of the limiting device を examines え, the multi-pole magnetic field を has するVHFプラズ <s:1> inverters 応, and the three-dimensional analysis を lines った. Gear shape と し て は has drifted back towards &yen; tubular で あ り, parallel to the axis に flat electrode が exist す る. プ ラ ズ マ tectonic に す seaborne る ガ ス pressure と の multipole magnetic field effect を resolution し た. プ ラ ズ マ density under 40 mtorr は の pressure domain に お い て about a girder, rights and す る. ま た magnetic field without し で は discharge を maintain す る こ と の out な か っ た 10 m Torr に お い て も discharge を maintain す る こ と が た. プ ラ ズ マ density は wall paying nearly で ピ ー ク を ち to have, こ の ピ ー ク の is に よ り, electrode へ の イ オ ン フ ラ ッ ク ス の a others in sexual が 悪 change す る. Side, electrode に incident す る イ オ ン の エ ネ ル ギ ー distribution masato number (IED) の shape に は large magnetic field は き な influence を and え な い. 2 dimensional の occasions と compare す る と, high エ ネ ル ギ ー electronic の が device generating places all に hiroo が る た め に さ ら に い high pressure domain に お い て が も magnetic field have a sharper で あ る こ と が shown さ れ た. Above, this study で は PIC/MC method に よ る を multipole magnetic field have す る プ ラ ズ マ 応 device line analytical を の い, closed じ 込 め conditions と プ ロ セ ス の a others in sexual に す seaborne る influence の 観 point か ら optimum device design の pointer と な る た め の pointer を た.

项目成果

Particle modelling of inductively-coupled argon plasmas with wafer biasing

• DOI: 10.1088/0022-3727/38/18/022
• 发表时间: 2005-09
• 期刊: Journal of Physics D: Applied Physics
• 作者: H. Takekida;K. Nanbu

Self-consistent Particle Modeling of Inductively-coupled CF_4 Discharge : Effect of Wafer Biasing

电感耦合 CF_4 放电的自洽粒子建模：晶圆偏置的影响

• 发表时间: 2006
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics 45
• 作者: H.Takekida;K.Nanbu
• 通讯作者: K.Nanbu

Particle modelling of plasma confinement by a multipolar magnetic field

• DOI: 10.1088/0022-3727/37/13/011
• 发表时间: 2003-10
• 期刊: Journal of Physics D
• 作者: H. Takekida;K. Nanbu

Three-dimensional Particle Modeling of Plasmas in a reactor with Multipolar Magnetic Field

多极磁场反应堆中等离子体的三维粒子建模

• 发表时间: 2005
• 期刊: AIP Conf.Proc.Of 24^<th> RGD 762
• 作者: H.Takekida;K.Nanbu
• 通讯作者: K.Nanbu

Effect of multipolar magnetic field on the electron density in a plasma reactor

• DOI: 10.1109/tps.2005.845004
• 发表时间: 2005-05
• 期刊: IEEE Transactions on Plasma Science
• 影响因子: 1.5
• 作者: H. Takekida;K. Nanbu