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最終更新 2026-10-28

プラズマ密度とは(電子密度)

Plasma Density

プラズマ密度とは、プラズマの中の電子やイオンの数の密度で、ふつう1cm³あたりの電子の数で表します。CCPでは10⁹〜10¹⁰cm⁻³程度、ICPやECRの高密度プラズマでは10¹¹〜10¹²cm⁻³程度です。密度が高いほど基板に届くイオンやラジカルが増え、エッチングの速さが上がります。

目次7項目
  1. 定義・解説
  2. 図解
  3. よくある質問
  4. 設備の製造メーカー
  5. 関連用語
  6. 比較・違いを学ぶ
  7. 出典・参考資料

定義・解説

プラズマ密度とは、プラズマの中の電子(またはイオン)の数の密度のことで、ふつうは1cm³あたりの電子の数(電子密度)で表します。プラズマは全体として電気的に中性なので、電子の密度と正のイオンの密度はほぼ等しくなります。エッチングや成膜の速さ、均一さは、プラズマ密度と電子のエネルギー(電子温度)で大きく左右されます。

半導体の製造に使われるプラズマの密度は、方式によって大きく違います。2枚の平行な電極の間で放電させるCCP(容量結合プラズマ)では10⁹〜10¹⁰cm⁻³程度、コイルで電磁誘導を起こすICP(誘導結合プラズマ)やマイクロ波を使うECRプラズマでは10¹¹〜10¹²cm⁻³程度で、後者は高密度プラズマと呼ばれます。それでも、気体の分子全体のうち電離しているのは1万個に1個から100個に1個程度で、大部分は電離していない中性の分子です。

プラズマ密度が高いほど、基板に届くイオンやラジカルの量が増え、エッチングの速さが上がります。ICPでは、プラズマ密度をコイルの電力で、基板に当たるイオンのエネルギーを基板側の電力で、別々に制御できるのが特長です。プラズマ密度は、ラングミュアプローブ、マイクロ波の干渉計、発光分光などで測ります。

図解

CCP、ICP、ECRとヘリコンのプラズマの電子密度の目安を対数軸で並べた図

図をタップで2倍に拡大

値は代表的な目安で、電力・圧力・ガスで変わる。

よくある質問(FAQ)

高密度プラズマとは何ですか?
電子密度がおおむね10¹¹cm⁻³以上のプラズマのことで、ICP(誘導結合プラズマ)やECR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマ、ヘリコン波プラズマなどがあります。低い圧力でも密度の高いプラズマを作れるため、イオンがまっすぐ基板に届き、微細なパターンを速く異方的にエッチングできます。
プラズマの中でどれくらいの気体が電離していますか?
半導体の製造に使うプラズマでは、電離している割合(電離度)は1万分の1から100分の1程度で、大部分は電離していない中性の分子です。それでも、イオンやラジカルが基板の表面で反応するため、効率よく加工できます。

設備の製造メーカー

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比較・違いを学ぶ

出典・参考資料

  1. 北海道大学「ラングミューア・プローブによるプラズマの迅速測定(北海道大學工學部研究報告 115号)」(2026/10/28 確認)