表面波プラズマにおけるマイクロ波吸収機構の解明とアンテナ結合系の最適化

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09680461
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 永津 雅章 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20155948)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菅井 秀郎 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40005517)
• Keywords: 表面波プラズマ / 大面積プラズマ / マイクロ波プラズマ / スロットアンテナ / アンテナ-プラズマ結合系 / プロセス用プラズマ / エネルギー吸収機構

Research Abstract

本研究では、表面波励起による大口径マイクロ波プラズマ源の開発および表面波プラズマの生成法に関する一般的な指針を得ることを目的として、表面波プラズマにおけるマイクロ波エネルギーの吸収機構の解明、および表面波の励起効率を高めるようなスロットアンテナの形状・配置などの最適化に関する研究を行った。以下に本研究の研究成果を列記する。
1.マイクロ波電界強度と電子エネルギー分布関数の関係:ワイヤープローブによる電界強度測定、ラングミュアプローブによるプラズマパラメータ測定を行い、両者の結果より表面波の電磁界構造および分散関係を明らかにした。またアフタ-グロー時のプラズマパラメータの時間分解測定を行ない、表面波プラズマのプロセスヘの有用性を示した。さらにマイクロ波電界によって加速された電子の高エネルギー成分を調べるため、光ペリスコープ法を用いたArIおよびArIIの発光強度分布測定を行ない、電界強度分布との相関を調べた。
2.電磁波のモード変換による静電波励起の可能性:入射マイクロ波がプラズマ中の共鳴層において電子プラズマ波などの静電波にモード変換され、プラズマ電子との相互作用でエネルギー輸送が行われているかどうかを調べるため、パルス変調マイクロ波による表面波プラズマ生成実験を行なった。ワイヤープローブを用いた干渉法による測定の結果、マイクロ波パルス印加直後に石英窓近傍に電界成分の揺動が観測された。その空間波長が電子プラズマ波の分散関係と矛盾しないことから、電子プラズマ波のランダウ減衰によるエネルギー輸送の可能性があることを示した。
3.大口径真空容器による低圧力プラズマ生成:表面波プラズマの低圧力化を達成するため、ターボ分子ポンプを導入し、数mTorrの低圧下においても表面波プラズマの生成が可能であることを示した。また、スロットアンテナの形状・配置およびアンテナとプラズマ間の誘電体の形状等が表面波プラズマ生成にどのように影響するかを調べるための各種実験を行ない、表面波プラズマの大口径化およびアンテナ-プラズマ結合の最適化に関する知見を得た。これらの結果を踏まえ、大口径(40cmψ)プラズマ生成実験を来年度に実施する。
4.研究成果:本研究で得られた研究成果は、雑誌論文に9件、国内開催の学会、研究会に7件および国際会議に6件(招待講演2件)発表した。

Research Products

• [Publications] M.Nagatsu: "Production and Control of Low-Pressure Ar and CF_4 Plasmas Using Surface Waves" Jpn.J.Appl.Phys.(発表予定). (1998)
• [Publications] M.Nagatsu: "Production and Control of Large-Diameter Surface Wave Plasmas" Plasma Sources Sci.Technol.(発表予定). (1998)
• [Publications] M.Nagatsu: "Mode Identification of Surface Wave Excited in a Planar Microwave Discharge Plasma" Plasma Sources Sci.Technol.Vol.6. 427-434 (1997)
• [Publications] M.Nagatsu: "production and Control of Large-Diameter Surface Wave Plasmas" Proc.13th Int.Symp.on Plasma Chemistry. Vol.1. 423-425 (1997)
• [Publications] M.Nagatsu: "Time and Space Resolved Measurements of Pulse-Modulated, Planar Surface-Wave Plasma" Proc.3rd Int.Conf.on Reactive Plasma and 14th Symp.on Plasma Processing,. 395-396 (1997)
• [Publications] M.Nagatsu: "Production and Control of Low-Pressure CF_4 Plasmas Using Surface Waves" Proc.19th Dry Process Symposium. 103-108 (1997)
• [Publications] H.Sugai: "High-Density Flat Plasma Production Based on Surface Waves" Plasma Sources Sci.Technol.(発表予定). (1998)
• [Publications] H.Sugai: "Large-Diameter Plasma Production Based on Surface Waves" Proc.3rd Int.Conf.on Reactive Plasma and 14th Symp.on Plasma Processing. 19-20 (1997)
• [Publications] H.Sugai: "Diagnostics for Advanced Plasma Control of Materials Processing" Plasma Phys.and Contr.Fusion. Vol.39 No.5A. 445-458 (1997)
• [Publications] H.Sugai: "High-Density Plasma Generation by Surface Waves Excited on Metal-Plasma Interface" Abstract 50th Annual Gaseous Electronics Conferenece. (1997)
• [Publications] I.Ghanashev: "Surface Wave Eigenmodes in a Finite-Area Plane Microwave Plasma" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36, No1A. 337-344 (1997)
• [Publications] I.Ghanashev: "Mode Jumps and Hysteresis in Surface-Wave Sustained Microwave Discharges" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36, No7B. 4704-4710 (1997)
• [Publications] I.Ghanashev: "High-and Low-Density Modes in a Large-Area Surface-WaveSustained Plasma Source" Abstract 50th Annual Gaseous Electronics Conferenece. (1997)
• [Publications] I.Ghanashev: "Large Area High Density Plasma Excitation Using Standing Pure and Hybrid Surface Waves" J.Vac.Sci.Technol.(発表予定). (1998)
• [Publications] K.Suzuki: "Control of High-Density Plasma Sources for CVD and Etching" Vacuum. Vol.48, No7-9. 659-664 (1997)