博士学位論文の要旨 学位記番号:工博甲第194号甲第210号publishe

Kudela Jozef

Shizuoka University REpository

プラズマプロセシング用マイクロ波表面波放電

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Kudela, Jozef

Microwave Surface Wave Discharges for plasmaProcessing言語: en出版者: 静岡大学大学院電子科学研究科公開日: 2008-04-11キーワード (Ja): キーワード (En): 作成者: Kudela, Jozefメールアドレス: 所属: メタデータhttp://hdl.handle.net/10297/1507URL氏名0(本籍)  ク デ ラ  ヨ ゼ フ (ス ロバキア)学位の種類  博  士  (工 学)学位記番号  工博甲第  194  号学位授与の日付   平 成 H年 9月 27日学位授与の要件  学位規則第 4条第 1項該当研究科・専攻の名称  電子科学研究科 電子応用工学学位論文題目   MiCrowave Surface Wave Discharges for plasma Processhg(プラズマプロセシング用マイクロ波表面波放電)論文審査委員   (委 員長)教 授 皆 方  誠  教 授 神 藤 正 士教 授 畑 中 義 式助毅 木 下 治 久文 内 容 の 要 旨The recent trend in the microelectronic industry has brought the demand for the high-density plasma sourceswith increasingly larger diameters. For nowadays standard, thel2-inch-technology or also called 300-mm-thchnology, many RF, VIIF and UHF plasma sources have been developed and tested in the past few years.Among them, a promising category of plasma sources for the future appears to be in so-called large areasurface-wave plasma sources. These sources are based on the absorption of the energy of an electromagneticwave(mostly microwaves are used)propagating in a self-consistent plasma-dielectric waveguide. This principleof plasma production is known for almost three decades and has been used for sustaining long cylindricaldischarges in thin dielectric tubes. In planar configurations, which has emerged only tecently, the surface waveenables the enlargement of high-density plasma(1011-1913..-31into the large volumes.This work focuses on the study and production of microwave surface wave discharges, aimed for the applica-tions in plasma processing. A300-mm-diameter plasma source operating at2.45cHz has been designed andbuilt. In argon, within the pressure range fromlmTon to 200mTon and within the power range from 200 up to3000W, plasma densities in the orders of 1011-l012cm-3and the electron temperatures from 1.2to3.8e V areachieved. Operation of the source is described along with the characterization of the produced plasma. Basicphenomena of the plasma production in the source are suppofted also by the results of a study of surface wavedischarge in its classical configuration-thin cylindrical tube.-130-The thesis is organized as follows. Chapter 1-introduces the plasma and plasma technology and their increas-ing influence on human being's life. The basic plasma sources are briefly described. In chapter 2, adefinition ofelectromagnetic surface wave and a characterization of surface wave propagation in plasma are given. This isfollowed with a brief history of surface wave discharges sustained in thin cylindrical tubes. In chapter 3,thebasic concepts of a large area surface wave plasma source are described with a detailed review of most impor-tant designs their parameters. Chapter 4 presents our concept and design of our source. Characterization of thissource with the experimental results, achieved by means of diagnostic tools described in chapter 5, are given inchapter 6. The results are presented in the form of publications as they ware published on international confer-ences of scientific journals. Chapter 7 describes a study of propagation and maintenance of a surface wavedischarge in its classical configuration, a thin cylindrical dielectric tube-a configuration very suitable for simplemeasurements of phenomena occurring also in large area sources. Finally, chapter 8, summarizes the work andsuggestions for further research are given.-131 -論 文 審 査 結 果 の 要 旨近年、電子デバイス製造の分野では表示装置の大面積化や製造コストの削減などに対処するために、低気圧下で安定な高密度大口径のプラズマ源が求められている。本研究では、上記の要請を満たすプラズマとして2.45GHzの マイクロ波により生成される表面波励起プラズマが有望と考え、その生成機構ならびに基礎現象の解明を行った。さらにプラズマの応用分野で要望の強いプラズマの直径ならびに密度分布の制御法の確立をめざした研究を行った。第1章は本論文の序章であり、プラズマの定義、自然界におけるプラズマ、近年の10年間に進展したプラズマプロセシングでの利用等が概説されている。第2章では、表面波の理論的取り扱いを紹介するとともに、25年前から研究されて手法の確立されている石英細管内への表面波プラズマの生成とその特徴に関する研究が概観されている。プラズマプロセシングヘの利用を意図して、表面波プラズマの主要な研究はこれまでの細管内プラズマから大口径平板状プラズマに移行してきている。第3章ではこの研究の流れを表面波の励振方法により円環状と平板状とに分けて整理し、それらの特長をまとめている。第4章では、本研究で製作した平板状大口径表面波プラズマ装置の設計方針、表面波励起用アプリケータ、マイクロ波回路系および排気系が紹介されている。表面波プラズマの計測装置は第5章で紹介されている。第6章では、生成された平板状表面波プラズマの基礎特性が紹介されている。アルゴンを用い1-200mTorの 圧力下で、200-3000Wの マイクロ波を入射することにより、プラズマ密度1011-1012cm‐ 3、電子温度1-4ev、 直径300mmのプラズマが生成されている。また、方位角方向へのモードの回転や10mTorr以下のプラズマにおける高エネルギー電子ビームの存在等は本研究で初めて見出された現象であり、プラズマ生成機構との関連で興味がもたれる。プラズマプロセシングでは、実用的な観点から径方向密度分布の制御に多大の関心が持たれている。第7章ではプラズマの直径と径方向の密度分布を制御する方法を取り上げている。T接合素子がマイクロ波電力の輸送を調整できることに着眼して新たな制御装置を考案して実験したところ極めて優れた動作をすることを確認した。第8章は、再び細管内の表面波プラズマを取り上げ、マイクロ波パルスで励起された表面波の伝搬特性を高速度カメラにより観測している。この結果、放電開始機構と表面波伝搬速度に関する新たな特性を見出している。以上のように本研究は、表面波プラズマの基礎研究から工学的な応用に意図した広範な研究を行い成果を収めている。よって、本論文は博士 (工学)を授与するにふさわしい内容を有するものであることを認める。-132-

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