超音速イオンビ-ム装置の開発と低エネルギ-イオン分子反応への応用

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02555170
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 辻 正治 九州大学, 機能物質科学研究所, 助教授 (30038608)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 尾場瀬 宏 東和大学, 工学部, 講師 (00221169)
• Keywords: 超音速イオンビ-ム / イオン-分子反応 / エッチング / 質量スペクトル

Research Abstract

昨年度は、半導体プロセスのエッチングガスとして重要なハロメタン(CFnCl_<4-n>)と希ガス活性種との素反応過程を発光法を用いて研究した。本年度は昨年度試作した超音速イオンビ-ム装置を用いて、下記のイオン-分子反応の研究を行った。
Ar^++CFnCl_<4-n>→CFnCl_<4-n> ^+(or fragment ions)+Ar(1)
反応(1)における生成物イオンとしてCF_4ではCF_3 ^+(分岐比100%)、CF_3ClではCF_3 ^+(37%),CF_2Cl^+(63%)、CF_2Cl_2ではCF_2Cl^+(31%)、CFCl_2 ^+(69%),CFCl_3ではCFCl_2 ^+(75%),CCl_3 ^+(25%)、CCl_4ではCCl_3 ^+(61%),CCl_2 ^+(39%)が得られた。生成イオンの分岐比は、光イオン化ではイオン化のフランクコンドン因子が大きい親分子イオンの基底状態が95%以上の分岐比を有するのとは異なり、Ar^+(15.76eV)のエネルギ-に近い出現電圧を持つフラグメントイオンの分岐比が大きいことが見い出された。このことは反応(1)が近共鳴的に進行することを強く示唆している。
反応(1)の全反応速度を反応速度が既知であるAr^+/CO_2の反応におけるAr^+の減衰を同一実験で測定することにより決定し、CF_4では6.7×10^<-10>cm^3s^<-1>、CF_3Clでは7.3×10^<-10>cm^3s^<-1>、CF_2Cl_2では1.4×10^<-9>cm^3s^<-1>、CFCl_3では3.0×10^<-9>cm^3s^<-1>、CCl_4では5.4×10^<-10>cm^3s^<-1>という値が得られた。この値はLangevin理論からの計算値とほぼ一致することがわかった。本研究よりエッチングガスとしてCF_4,CF_3Cl,CF_2Cl_2を使用した方がCF_2Cl_2,CFCl_3,CCl_4よりもエッチングに活性な化学種の生成速度が速いことが示された。

Research Products

• [Publications] 辻 正治: "Dissociative Charge-Transfer Reactions of Ar^+ with CFnCl_<4-n> at Thermal Energy" Journal of Chemical Physics.
• [Publications] 辻 正治: "Dissociative Charge-Transfer Reactions of Ar^+ with Chloromethanes at Thermal Energy" Chemical Physics Letters.
• [Publications] 辻 正治: "Dissociative Excitation of CF_4,CCl_4,and Chlorofluoromethanes by Collisions with Argon and Helium Active Species" Journal of Chemical Physics.