背面入射中性子反射率法による省電力IC配線用銅めっき膜のその場観察構造評価

Research Project

Project/Area Number	19K05089
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
Research Institution	一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発
Principal Investigator	宮田登一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 副主任研究員 (40465985)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	宮崎司一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 室長 (70789940)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000) Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords	中性子反射率 / めっき / その場観察
Outline of Research at the Start	本研究では、Cu電気めっき膜について薄膜形成過程から製膜後の継時変化全般で中性子反射率法および、斜入射中性子回折法を使って組成、密度、界面構造、結晶性評価のその場観察を行う。それによってCuめっき膜の形成メカニズムを解明し、Cuめっき膜の電導性向上への知見を得て省電力配線の実装に向けたプロセス設計提案を行うことを目的とする。
Outline of Annual Research Achievements	令和4年度は本研究課題の遂行に必要となる『中性子反射率法によるめっき膜の成長過程のその場観察システム』の開発に向けた試料セルの製作及び制御システムの検討を進めた。以下にこれらの進捗と成果について述べる。本システムで使用する試料セルには通常のめっき槽に求められる化学的耐性、温度制御、めっき液均一化（攪拌、フローなど）などの特性のほかに、めっき液の使用量の削減、セル全体の密閉性の確保など放射線汚染抑制対策が必要になる。本年度はそれらの機能を備えた試料セルの開発に向けて、市販の小型めっき容器を前述の仕様を満たすように、また、J-PARC MLF BL17中性子反射率計への試料マウントなどの仕様に合わせて改造することにより製作した。また、その場観察を行うためのシステムの制御には上記のセルの温度制御やめっき液均一化のフロー制御などに加え、中性子照射中は放射線防御の観点から試料セル周辺にはアクセスできないことから必要となるリモート制御、および中性子反射率計と連動した制御システムが必要となる。これまでめっき液のフローに必要となるリレーシステム、MLFの機器安全の仕様に合致する温度調整器などの開発を進めていて、これらの個別制御と上述の試料セルをシステムとして連動させる開発を進めている。一方で、感染症対策の影響を受けて個別の機能の開発に時間差が生じており、遅れている機能の早期の開発と、これらの装置を連動させるシステムの開発を進めているところである。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 『中性子反射率法によるめっき膜の成長過程のその場観察』システムの開発に向けて、市販の小型めっき容器を改造して専用のその場観察中性子反射率測定セルの製作を行った。また、その制御に必要なリレーシステムや温度調整器などの開発も進んでいる。その一方で感染症対策の影響を受けて、それらを連動させたシステムの開発が遅れている。これらの状況を総合的に鑑みると、本研究はやや遅れている状況であると判断できる。
Strategy for Future Research Activity	今後も引き続き『中性子反射率法によるめっき膜の成長過程のその場観察』システムの開発を進め、Cuめっきについてその場観察中性子反射率測定を進める予定である。同時にこれまで進めてきた中性子回折実験の成果をまとめ、めっき膜の薄膜形成初期過程から製膜後の継時変化全般における組成、密度、界面構造、結晶性評価の評価を進めていく。