| Project/Area Number |
23K03368
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 14030:Applied plasma science-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
鎌滝 晋礼 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (60582658)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | 任意波形電圧放電 / プラズマCVD / プラズマ制御 / プラズマプロセス / 放電手法制御 |
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| Outline of Research at the Start |
現在、プラズマプロセスは大規模集積回路製造前工程の70%以上に使用されており、現代社会を支える基幹科学技術として発展している。プロセスプラズマ中のイオン・ラジカルの密度と運動エネルギーを制御することで、集積回路の微細化及び3次元高層化が達成されている。今後は、エッチングや薄膜堆積の精度がnmに突入し、原子レベルでのプロセス制御が強く求められる段階になっている。この要求に応えるには、反応に寄与するイオン・ラジカルを精度よく選択生成する新規放電手法の開発及びその制御機構の解明を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在、プラズマプロセスは大規模集積回路製造前工程の70%以上に使用されており、現代社会を支える基幹科学技術として発展している。プロセスプラズマ中のイオン・ラジカルの密度と運動エネルギーを制御することで、集積回路の微細化及び3次元高層化が達成されている。今後のさらなる微細化及び複雑化した半導体製造において、反応に寄与するイオン・ラジカルを精度よく制御できる放電手法が求められている。
本研究は、任意波形電圧放電手法を用いてプラズマ内部パラメータであるイオン角度分布関数、イオンエネルギー分布関数、電子エネルギー分布関数などを制御できることを示し、その適用可能範囲を定量的に明らかにし、その機構を解明し、成膜への応用を目的に研究を行っている。2年目は、二周波重畳放電のプラズマパラメータへの効果について検証を進めた。その結果、二周波重畳放電は単一周波数放電に比べ、単位入力電力密度あたりの電子密度が高くなることが明らかとなった。この要因を明らかにするために、電場の時空間構造および電場変動の自己パワースペクトル解析を用い、二周波重畳放電の電場揺動は、非線形結合波を含む、多くの電場変動ピークが観測された。さらに、規格化された電子の電力吸収密度は二周波重畳放電において高く、これは大きな電場変動が特に確率的加熱を通じて電子加熱に大きく寄与することを示した。また、振幅変調放電の変調波形を変えた場合の電子密度、電子温度や電子エネルギー分布関数への影響を実験とシミュレーションによる検証も行なった。矩形波形による振幅変調放電が電子温度の増加に寄与し、それが変調周波数に関係があることを明らかにした。さらに、その機構として電圧波形の急激な変化に対する電子密度と電子温度の変化の時定数が強く関連していることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度予定していた検討事項のうち、予定していた項目である振幅変調放電の波形タイプを変えた場合の電子密度、電子温度や電子エネルギー分布関数への影響を実験とシミュレーションによって検証し、矩形波形による振幅変調放電が電子温度の増加に寄与し、それが変調周波数に関係があることを明らかにした。さらに、その機構として電圧波形の急激な変化に対する電子密度と電子温度の変化の時定数が強く関連していることを明らかにした。さらに二周波重畳放電のプラズマパラメータへの効果について検証を進めた。その結果、二周波重畳放電は単一周波数放電に比べ、単位入力電力密度あたりの電子密度が高くなることが明らかとなった。この要因を明らかにするために、電場の時空間構造および電場変動の自己パワースペクトル解析を用い、二周波重畳放電の電場揺動は、非線形結合波を含む、多くの電場変動ピークが観測された。これらの変動は特にシース領域で顕著であり、電子プラズマ周波数までの周波数範囲における電場変動成分は、二周波重畳放電の方が大きかった。さらに、規格化された電子の電力吸収密度は二周波重畳放電において高く、これは大きな電場変動が特に確率的加熱を通じて電子加熱に大きく寄与していることを示した。これらの結果は、電場変動解析が電子加熱機構、特にプラズマ生成において重要な役割を果たすシース領域における加熱メカニズムの解明に有効であることを示した。このように研究目的以上に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
3年目にあたる2025年度は、任意放電波形放電において、矩形波による振幅変調放電の効果及び成膜への影響についてさらに調査する。さらに、プラズマから基板へのイオン衝撃の影響を、対象の基板の種類、イオンエネルギーやイオン角度を変えた時の影響を調べる。イオンの振る舞いは、ガス圧力に対して大きく変化するため、これらの調査は、実験だけでなく、流体シミュレーションや粒子シミュレーションを活用することで、それらの機構を明らかにする。さらに、より精密なイオンエネルギーや角度の制御のための適切な放電印加手法について検討する。任意放電波形放電だけでなく、バイアス電圧を印加するなど行い、調査する。こちらも実験だけでなくシミュレーションとも組み合わせて行う。
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