イオンを含む粒子の質量分析法と発光分光時空分解法によるプロセスプラズマの同時診断

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09650338
• 研究機関: 室蘭工業大学
• 研究代表者: 伊藤 秀範 室蘭工業大学, 工学部, 教授 (70136282)
• 研究分担者: 佐藤 孝紀 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (50235339)
• キーワード: RFプラズマ / プラズマ診断 / 発光分光法 / 質量分析法 / 時空分解 / 励起分子 / イメージインテンシファイア / モデリング

研究概要

本研究の目的は、質量分析法と発光分光時空分解法を組み合わせたプラズマ診断装置でプロセスプラズマを同時診断することであり、昨年度の成果をベースにして行って得られた今年度の成果を以下にまとめる。
(1) 構築した診断装置の性能は次のとおりである。
時空分解分光法:時間分解能・・・5ns,位置分解能・・・0.1mm,質量分析法:1〜100u
(2) (1)の装置を用いて、N_2RFプラズマの特性をおもに電源周波数依存性から調査した。分光診断装置によって、RFプラズマ中の1st negative bandと2nd positive bandの発光を検出し、それぞれの時空間分解された発光プロファイルから発光のもととなるB^2Σ_u^+とC^3II_uの励起分子数密度の時空間分解プロファイルをクエンチング圧力と衝突脱励起係数のデータを与えて導出した。同時に、接地電極に入射する正イオンの種類を同定して検出した。
その結果、0.1〜1.5MHzでは、正イオンによる電極での二次電離(γ)作用が放電維持に主な役割を担っていることがわかった。また、10MHzを越える周波数では、シースとバルクの境界近傍の空間電荷電界によってダブルレーヤーが出現して電子による電離(α)作用が放電維持において主要な役割を担い、1.5〜10MHzではγ作用、α作用両方の作用が見られた。
(3) 同時に行っている13.56MHzにおけるモデリング結果と(2)の診断結果との比較の結果、電子衝突によってB^2Σ_u^+とC^3II_uへ励起するそれぞれの励起分子数密度のプロファイルと発光プロファイルからB^2Σ_u^1とC^3II_uの励起分子数密度を推定したものと定性的に一致することがわかった。モデリング結果においても、ダブルレーヤーが出現していた。
(4) 質量分析法を加えることによって複眼的にN_2RFプラズマの特性を理解することができた。今後この方法による各種プロセスへの診断が可能となり、多くの成果が期待できる。

研究成果

• [文献書誌] Itoh H,Satoh K,Nakao Y and Tagashira H: "Optical Emission spectroscopic and Mass Spectrometric Diagnostics in Nitrogen RF Discharges" Proc.4^<th> Int.Conf.on Reactive Plasmas and 16^<th> Symp.on Plasma Processing. 193-194 (1998)
• [文献書誌] Satoh K,Itoh H and Tagashira H: "Computer Modelling of Plasma Kinetics of RF Glow Discharge in Nitrogen" Proc.4^<th> Int.Conf.on Reactive Plasmas and 16^<th> Symp.on Plasma Processing. 353-354 (1998)
• [文献書誌] Itoh H,Satoh K,Nakao Y and Tagashira H: "Optical Emission spectroscopic and Mass Spectrometric Diagnostics in Nitrogen RF Discharges" Bulletin of the American Physical Society. 43・5. 1456 (1998)
• [文献書誌] Satoh K,Itoh H and Tagashira H: "Computer Modelling of Plasma Kinetics of RF Glow Discharge in Nitrogen" Bulletin of the American Physical Society. 43・5. 1493 (1998)
• [文献書誌] 佐藤孝紀、伊藤秀範、田頭博昭: "窒素RFグロー放電のコンピュータモデリング" 1998年(平成10年)秋季 第59回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. 1. (1998)
• [文献書誌] 佐藤孝紀、伊藤秀範、田頭博昭: "弱電離気体プラズマの解析(XLI)-容量結合型RFグロー放電のコンピュータモデリング(1)-" 平成10年度電気関係学会北海道支部連合大会講演論文集. 239 (1998)