Radio frequency plasma transition caused by gas puffing and/or direct current biasing using multiturn internal antenna

複数巻内部アンテナによるガスパフ及びDCバイアスによって起こるRFプラズマの遷移

山内 俊彦; 小林 清二*; 杉林 秀之*; 立花 俊之*; 内藤 駿弥*; 管野 善則*; 蛭田 敏仁

Yamauchi, Toshihiko; Kobayashi, Seiji*; Sugibayashi, Hideyuki*; Tachibana, Toshiyuki*; Naito, Shunya*; Kanno, Yoshinori*; Hiruta, Toshihito

本研究を開始した頃、内部アンテナにより生起された27MHz高周波(RF)プラズマは、外部アンテナではRFパワーを上げていくとあるRFパワーで突然静電結合型プラズマ(CCP)から誘導結合型プラズマ(ICP)に遷移が観測されるが、内部アンテナではそのような遷移が観測されず、ヒステリシス状(例えばRFパワー対電子密度)の遷移現象は起こらないと考えられていた。ところがわれわれのRFマルチターン内部アンテナによるプラズマ生成実験では、ある任意RFパワーで突然の遷移現象が実験的に観測された。そこではCCPからICPへの遷移は、パシェン則のような特異なガス圧特性を示した。またRFパワー吸収メカニズムと考えられるcollision dumping加熱により電子密度が約2桁も瞬時に上昇するとは考えずらく、その遷移物理は複雑である。それでわれわれはガス排気法を推し進めている途中で、CCPからICPに突然遷移することを初めて観測した。この遷移は排気により封入ガス圧が低下し、その結果温度上昇したため遷移が起きたと考えられた。最後に、プラズマ中で粒子を加速するRFアンテナに自発的に生じた自己バイアス、及びアンテナにかける外部バイアス実験での観測結果についても発表する予定である。

In the beginning of this study, the RF (radio frequency) plasma by the internal antenna which is in contrast to that of the external antenna, was considered for the transition from the charged coupled plasma (CCP) to the inductively coupled plasma (ICP) not to be observed. On the contrary, in our plasma experiment by using the internal multi-turn RF antenna, the transition phenomenon was observed at the extent of 40 W in RF power. In this experiment, the relation between the gas pressure and the RF power on the transition from CCP to ICP indicated almost the same characteristic as Paschen's law. But the transition physics, or the absorption mechanism of RF power based on the collision dumping, was strongly complex. We have experimentally represented the CCP-ICP transition to study the physics using the original physical technique. Firstly, we changed the CCP into the ICP by the gas control. It was considered that the increase of the electron temperature caused the transition. Secondly, the decrease of gas pressure displayed the same meaning with the longer period of the self-pulse transition. Thirdly, the self-bias caused by RF power and the external bias applied between the RF antenna and the stage were described for the transition physics.