ECR放電プラズマ内の電子とイオンの挙動のレーザー計測を用いた研究

使用激光测量 ECR 放电等离子体中电子和离子行为的研究

• 批准号: 06780394
• 负责人: ボ-デン マーク・ダグラス
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Kyushu 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: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06780394/
• 关键词: レーザー誘起蛍光法(LIF計測法); (ECR); イオン速度分布関数

エッチング過程に基本的役割を果たすイオン挙動の解明を目指し、レーザー誘起蛍光法(LIF計測法)及びシミュレーションを用いて、電子サイクロトロン(ECR)放電プラズマ内基板付近での、イオン速度分布関数に及ぼす外部パラメーター(ガス圧力、磁場配位、チャンバー形状)の影響を調べ、それらによるイオン流制御の可能性を追求した。2.45GHzのマイクロ波発生源を取付けたチャンバー周辺に、ECR条件を満たす磁場を発生できるヘルムホルツ型コイルを配置。レーザー源には、XeClエキシマレーザ励起色素レーザを用い、スペクトル幅は1.5pmまで狭帯域化した。このレーザ光の波長をArレーザー^+準安定準位の吸収線611.493nm前後で掃引し、460.96nmの蛍光を光電子増倍管で検出することで、Ar^+吸収線ドップラープロファイルを観測した。旧チャンバーでは、一様磁場配位での計測しかできなかったのに対し、本年度新たに設計した新チャンバーでは、4つのコイルを配置し、さまざまな磁場配位(ミラー、発散、一様など)の観測が行なえるようにした。また、圧力依存性、チャンバー形状依存性についても観測を行った。シミュレーションは、R.K.Porteous氏(Australian National Univ)によるものを用い、プラズマ中の密度、温度、ポテンシャルなどを、自己無撞着に計算した。旧型チャンバーでは約5km/s付近に一つのピークを持つ分布となっていたが、磁場配位が一様磁場に限られるため、磁場依存性を計測することはできなかった。そこで、シミュレーションによる磁場依存性の検討を行なった結果、ミラー磁場の場合に、高いエネルギー(高速)を持つイオンが発生した。従って、新チャンバーで、この依存性を調べた結果、ミラー、発散磁場の場合には、高速部(10km/s付近)と低速部(2km/s付近)の2つにピークを持つ分布(bi-modal)を形成した。また、一様磁場の場合には、高速部は発生せず、低速部にのみピークを持つ分布となった。そこで、これらを検討した結果、ミラー、発散磁場の場合には、ソース部と下流部との間に大きなポテンシャル勾配が生じていると考えられ、基板部でのイオン速度分布関数が、この勾配により加速され高速になったイオンと、荷電交換衝突などにより下流部で発生した低速イオンとによって構成されるため、"bi-modal"を形成すると考えられる。一様磁場の場合には、このような大きな勾配が生じないため、低速部にのみピークを持つ分布になると考えられる。また、"bi-modal"形成への圧力、チャンバー形状依存性についても検討を行なった。イオンの輸送過程について調べた結果、基板付近でのイオン速度分布関数が、磁場配位、圧力、チャンバー形状に強く依存しているため、これらによってイオン速度を制御できると考えられる。また、シミュレーションと対比させることによって、イオン速度分布関数の形成機構について詳しい検討を行うことができた。

为了阐明在蚀刻过程中起着基本作用的离子行为，我们使用激光诱导荧光（LIF 测量）和模拟来研究外部影响对电子回旋加速器 (ECR) 中基板附近的离子速度分布函数的影响我们研究了参数（气压、磁场配置、腔室形状）的影响，并探索了利用它们控制离子流的可能性。可以产生满足 ECR 条件的磁场的亥姆霍兹线圈放置在安装有 2.45GHz 微波源的腔室周围。采用XeCl准分子激光激发染料激光器作为激光源，谱宽窄至1.5 pm。通过将该激光的波长扫描在Ar^+亚稳能级的611.493 nm吸收线周围，并用光电倍增管检测460.96 nm处的荧光，我们观察到了Ar^+吸收线多普勒轮廓。旧的腔室只能进行均匀磁场配置的测量，但今年设计的新腔室有四个线圈，可以进行各种磁场配置（镜面、发散、均匀等）的测量。我们还观察到压力依赖性和室形状依赖性。模拟由R.K.Porteous（澳大利亚国立大学）进行，等离子体中的密度、温度、电位等计算自洽。在旧的腔室中，分布在 5 km/s 左右有一个峰值，但由于磁场配置仅限于均匀磁场，因此无法测量磁场依赖性。因此，通过模拟研究磁场依赖性的结果，我们发现在镜面磁场的情况下会产生高能量（高速）的离子。因此，通过在新室中研究这种依赖性，我们发现在镜面磁场和发散磁场的情况下，分布有两个峰值：高速区域（接近 10 km/s）和低速区域区域（接近 2 km/s）形成。另外，在均匀磁场的情况下，不存在高速部分，分布仅在低速部分出现峰值。考虑这些的结果，我们发现，在镜子或发散磁场的情况下，源部分和下游部分之间产生很大的电势梯度，并且基板部分的离子速度分布函数受到这种梯度被认为形成了“双峰”结构，因为它由加速离子和下游由于电荷交换碰撞而产生的较慢离子组成。在均匀磁场的情况下，不会出现如此大的梯度，因此认为分布仅在低速区域具有峰值。我们还研究了“双峰”形成的压力和室形状依赖性。研究离子传输过程的结果是，基板附近的离子速度分布函数强烈依赖于磁场配置、压力和腔室形状，并且认为离子速度可以通过这些因素来控制。此外，通过将结果与模拟进行比较，我们能够对离子速度分布函数的形成机制进行详细研究。