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

1998 Fiscal Year Annual Research Report

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

Research Abstract

本研究では、半導体プロセス用表面波励起大面積プラズマ源の開発を目的とし、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、およびプラズマ-アンテナ間結合の最適化に関する研究を実施した。以下に本研究成果の概要を列記する。
1. 大面積表面波プラズマにおける表面波モードの同定:周波数2.45GHzマイクロ波を用いた大面積平面状プラズマにおける表面波モードの分散関係およびモードジャンプ機構はついて、本研究において初めて実験、理論両面から明らかにした。
2. マイクロ波エネルギー吸収機構: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を調べるため、ペリスコープ法による高エネルギー電子の測定およびICP生成プラズマ中におけるマイクロ波の伝搬特性の測定を行った。実験結果から高エネルギー電子が石英窓近傍で生成されること、電界が局所的に増大することからカットオフ層において電磁波とプラズマ間の共鳴的エネルギー授受の可能性があることを示した。
3. プラズマ-アンテナ結合系の最適化:アンテナ形状および配置がプラズマ生成にどのように影響するかを調べるため、種々のスロット形状をテストし、プラズマ生成効率の得失を調べた。実験より、プラズマ生成効率がスロット形状に大きく依存すること、中でも導波管軸に垂直に切ったスロットが励起効率に優れていることを示した。
4. プラズマ生成の励起周波数の効果:表面波プラズマ生成における励起周波数の効果を調べるため、周波数2.45GHzおよび915MHzの電磁波を用いて同一の真空容器においてプラズマを生成し、両者特性の得失を調べた。本研究より915MHzの場合に線形なパワー樒度特性が得られことを示した。
5. 研究成果:本研究で得られた研究成果は、平成9年度〜平成10年度にわたり学術論文に14件、国内開催の学会、研究会に24件、国際会議に13件(招待講演2件)発表した。

Research Products

• [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: "Time and Space Resolved Measurements of Pulse-Modulated,Planar Surface-Wave Plasma" Conf.Proc.of 3rd International Conference on Reactive Plasma and 14th Symposium on Plasma Processing. 395-396 (1997)
• [Publications] H.Sugai: "Large-Diameter Plasma Production Based on Surface Wave" Conf.Proc.of 3rd International Conference on Reactive Plasma and 14th Symposium on Plasma Processing. 19-20 (1997)
• [Publications] I.Ghanashev: "Surface Wave Eigenmodes in a Finite Area Plane Microwave Plasma" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36. 337-344 (1997)
• [Publications] H.Sugai: "Advanced Diagnostics and Control of High-Density Plasma Sources" Electrochem.Soc.Meeting Abstracts. 339-340 (1997)
• [Publications] S.Ikezawa: "Profile of Electric and Magnetic Strength in New Plasma Source Using Coaxiallv Symmetric Surface Wave in VHF Band" Proc.of 124th IEEE International Conf.on Plasma Science. (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] I.Ghanashev: "Mode Jumps and Hysteresis in Surface-Wave Sustained Microwave Discharges" Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36 No.7B. 4704-4710 (1997)
• [Publications] K.Suzuki: "Control of High-Density Plasma Sources for CVD and Etching" Vacuum. Vol.48 No.7-9. 659-664 (1997)
• [Publications] M.Nagatsu: "Production and Control of Large-Diameter Surface Wave Plasmas" Proc.of 13th International Symposium on Plasma Chemistry. Vol.1. 423-425 (1997)
• [Publications] S.Ikezawa: "Field Strength in Plasma Produced by Coaxially Symmetric Surface Wave in VHF Band" Proc.of 13th International Symposium on Plasma Chemistry. Vol.1. 426-431 (1997)
• [Publications] H.Sugai: "High-Density Plasma Generation by Surface Waves Excited on Metal-Plasma Interface" Bulletine of 50th Annual Gaseous Electronics Conferenece. 1768 (1997)
• [Publications] I.Ghanashev: "High-and Low-Density Modes in a Large-Area Surface-Wave Sustained Plasma Source" Bulletine of 50th Annual Gaseous Electronics Conferenece. 1767-1768 (1997)
• [Publications] I.Ghanashev: "Large-Area High-Density Plasma Excitation Using Standing Pure and Hybrid Surface Waves" 44th National Symposium of the American Vacuum Society. 70 (1997)
• [Publications] M.Nagatsu: "Production and Control of Large Diameter Surface Wave Plasmas" Plasma Sources Sci.Technol.Vol.7. 230-237 (1998)
• [Publications] H.Sugai: "High-Density Flat Plasma Production Based on Surface Waves" Plasma Sources Sci.Technol.Vol.7. 192-205 (1998)
• [Publications] I.Ghanashev: "Large-Area High Density Plasma Excitation Using Standing Pure and Hybrid Surface Waves" J.Vac.Sci.Technol.A,. Vol.16. 1537-1541 (1998)
• [Publications] M.Nagatsu: "Production and Control of Low-Pressure Ar and CF4 Plasmas Using Surface Waves" Jpn.J.Appl.Phys.Vo.37 No.4B. 2406-2409 (1998)
• [Publications] S.Morita: "Production of Low-Pressure Planar Non-Magnetized Plasmas Sustained under a Dielectric-Free Metal-Plasma Interface" Jpn.J.Appl.Phys.Vo.37 No.4B. L468-L470 (1998)
• [Publications] 永津雅章: "プラズマ用の新しい高密度プラズマの生成と診断-表面波プラズマ-" プラズマ・核融合学会誌. 第74巻 第5号. 479-490 (1998)
• [Publications] M.Nagatsu: "Characteristics of Planar,Non-magnetized Microwave Plasma Produced under Metal-Plasma Boundaries" Conf.Proc.of 4th Asia-Pacific Conference on Plasma Science Technology & 11t6h Svmp.on Plasma Science for Materials. 20 (1998)
• [Publications] I.Ghanashev: "Large Diameter Plasma Production by Surface Waves in Bounded Plasmas" Proc.of 2nd Asian Pacific Plasma Theory Conferece. 367-371 (1998)
• [Publications] M.Nagatsu: "Effect of Slot Antenna Structure on Production of Planar Surface Wave Plasmas" Extended Abstract of 51st Annual Gaseous Electronics Conf.and 4th Int Conf. on Reactive Plasmas. 45-46 (1998)
• [Publications] I.Ghanashev: "Surface-Wave Excitation in High-Density Planar Plasma Sources Wave Plasmas" Extended Abstract of 51st Annual Gaseous Electronics Conf.and 4th Int. Conf.on Reactive Plasmas. 47-48 (1998)
• [Publications] 池澤俊治郎: "VHF帯軸対称表面波を用いた大面積プラズマの基礎特性" プラズマ・核融合学会誌. 74巻 12号. 1452-1460 (1998)
• [Publications] M.Nagatsu: "Characteristics of Low-Pressure Surface Wave Discharge under Metal Boundary Conditions" Plasma Source Sci.Technol.発表予定. (1999)
• [Publications] M.Nagatsu: "Characteristics of UHF Surface Wave Plasmas Excited at 915 MHz" Jpn.J.Appl.Phys.発表予定. (1999)
• [Publications] M.Nagatsu: "Effect of Slot Antenna Structures on Profuction of Planar Surface Wave Plasma" Jpn.J.Appl.Phys.発表予定. (1999)
• [Publications] I.Ghanashev: "Test-Wave Measurements of Microwave Absorption Efficiency in a Planar Surface-Wave Plasma Device" Jpn.J.Appl.Phys.発表予定. (1999)
• [Publications] M.Nagatsu: "Large-Area Planar Surface Wave Plasmas Excited by 915 MHz UHF Waves" 24th Int Conf.on Phenomena in Ionized Gases. 発表予定. (1999)