大電力ECR放電型シート状プラズマ源による反応性スパッタリング成膜

使用高功率 ECR 放电型片状等离子体源进行反应溅射成膜

基本信息

批准号：
11750623
负责人：
安井利明
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、数kWのマイクロ波を用いたECR放電でシート状の細長いプラズマを生成し、それを反応性スパッタリング成膜に利用することを目的とした。まず、マイクロ波スロットアンテナから放射されるマイクロ波の電磁界解析及び放射電場の測定を行い、均一なマイクロ波照射に必要なスロット形状を調べた。また、永久磁石により作られる共鳴磁場の解析を行い、ECR加熱とプラズマの閉じこめが可能な磁場形状を求めた。そして、上記解析結果を基に、大電力動作が可能な長さ30cmのシート型ECRプラズマ源を製作した。大電力投入時のプラズマ源の動作特性を調べるために、1.5kWのマイクロ波入力によりプラズマ生成を行い、そのプラズマの診断(静電プローブ測定・発光分光測定)を行った。この結果、安定したプラズマの生成が可能であること、大電力化により高密度化が行えたことを示した。また、本スロットアンテナの形状により均一な空間分布のシート状プラズマを生成出来ること示した。次に、プラズマ源の成膜応用として、窒化チタン・酸化チタンなどの反応性スパッタリング成膜を行った。大電力化によってプラズマの高い反応性を保持したまま成膜速度を高め、均一成膜が可能であることを示した。また、ITOのような低電圧スパッタが望ましい材料についても、入力の増加により成膜速度の向上が可能であることを示した。これらの成膜実験の間、大電力動作時においてもマイクロ波窓の汚損なく稼働が行えた。以上の結果を基に、1m幅のシートプラズマ源の作成を行い、その動作実験を行い、ECR放電型シート状プラズマ源の長尺化が容易に行えることを示した。

在这项研究中，我们的目标是使用几千瓦的微波通过 ECR 放电产生细长的片状等离子体，并将其用于反应溅射薄膜形成。首先，我们分析了微波缝隙天线辐射的微波的电磁场并测量了辐射电场，并研究了均匀微波辐射所需的缝隙形状。我们还分析了永磁体产生的谐振磁场，并找到了能够实现 ECR 加热和等离子体约束的磁场形状。基于上述分析结果，我们制作了一个30cm长、能够高功率运行的片状ECR等离子体源。为了研究施加高功率时等离子体源的工作特性，使用1.5kW微波输入产生等离子体，并对等离子体进行诊断（静电探针测量和发射光谱测量）。结果表明，可以产生稳定的等离子体，并且可以通过增加功率来增加密度。我们还表明，这种缝隙天线的形状使我们能够产生具有均匀空间分布的片状等离子体。接下来，作为等离子体源的成膜用途，进行了氮化钛、氧化钛等的反应溅射成膜。结果表明，通过增加功耗，可以在保持高等离子体反应性的同时提高沉积速率并实现均匀沉积。此外，我们还表明，即使对于需要低压溅射的材料（例如 ITO），也可以通过增加输入来提高沉积速率。在这些成膜实验中，即使在高功率操作期间，也可以在不污染微波窗口的情况下进行操作。基于上述结果，我们制作了宽度为1 m的片状等离子体源，并进行了操作实验，以证明可以轻松加长ECR放电型片状等离子体源。