高周波ICPプラズマの成長過程とアンテナコイルのスパッタリング

山内 俊彦; 竹本 亮*; 管野 善則*; 小林 清二*; 中垣 圭太*; 加藤 初弘*

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これまでレーザー補助RF加熱CVDプラズマに関してハードの面から研究開発を進め、(1)自己発生型ICPパルスの発生発見、及び(2)CCPからICP遷移の原因は温度Teであること等を明らかにした。このRFプラズマ点火時、アンテナコイルに流れる電流の誘導電流が指数関数的にアース側からアンテナコイル内側に流れ、衝突電離してプラズマ密度は増大し、ある損失とバランスして定常ICPとなる。このようなコイル内に発生し遷移中のICPが、ICCDカメラにより初めて白い水平線となって観測され、ICPはプラズマ中心の閉じ込めのよいところ(Teの高い)から成長することがわかり、われわれの以前からの主張が証明された。ICPが成長する前のCCPでは、低密度プラズマがまつわりついた磁力線が観測されたが、ICPでは高密度プラズマの衝突により観測できない。この高密度プラズマ(イオン)は、自己バイアス(アンテナの負電位)により、アンテナに衝突しスパッタリングを起こす。これを抑えるため、核融合NBIイオン源で用いられたアンテナでは、石英ガラスをアンテナにコートするなどの工夫がなされた。しかし、われわれの場合アンテナでなくアンテナコイルのため困難であり、いずれにせよスパッタリングの可能性があるため、直流バイアス印加の有効性について実験を進めた。その結果、正バイアス印加がスパッタリングを抑え、プラズマを改善することが明らかとなった。