完全表面の創成

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08CE2004
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 森 勇蔵 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00029125)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 青野 正和 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10184053) ; 片岡 俊彦 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50029328) ; 芳井 熊安 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30029152) ; 森田 瑞穂 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50157905) ; 広瀬 喜久治 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10073892)
• Keywords: 完全表面 / 超精密加工 / EEM / プラズマCVM / 大気圧プラズマCVD / 超純粋電解加工 / 第一原理分子動力学シミュレーション / ウルトラクリーンテクノロジー

Research Abstract

21世紀の日本を担う先端産業や自然の根源を明らかにする基礎科学においては、任意形状でありながら原子サイズのオーダで表面構造が制御された「完全表面」が要求されることが数多くある。本研究の目的は、完全表面を創成するための超精密加工技術を確立するとともに、それを基板として任意材料の薄膜を形成する技術を確立し、かつ学問的に体系化すること、さらに創成した表面を原子・電子レベルで評価することである。既に、原子・電子論的立場から思考してこれらの技術を開発してきた。最終年度である今年度は、最先端の基礎科学や先端産業から要求される、従来技術では不可能な"物"を作り上げることを目的とし、下記項目の成果をあげた。
1.硬X線領域における走査型X線顕微鏡の開発
数値制御プラズマCVMおよび数値制御EEMを用いて硬X線集光用の楕円面ミラーを製作するとともに、SPring-8の1km長尺ビームラインで集光性能を評価し、1枚のミラーを用いた一次元集光において、目標とした100nmを切る90nmの集光幅を達成した。また、製作した2枚の楕円面ミラーをK-B型に配置した2次元集光ユニットを製作し、作りこみミラーによる2次元集光径としては世界最小クラスの200nm×200nmを達成した。
2.高精度X線ミラーの超精密非球面形状測定装置の完成
平面・球面だけでなく任意形状をスロープエラー10^<-7>radオーダの絶対形状精度で測定可能な超精密非球面形状測定装置を、高エネルギー加速器研究機構と共同で開発した。2軸ゴニオステージを2台利用することによって、精度の高い回転運動だけで各点の法線ベクトルを測定して面形状を求める方法である。装置を精度0.1μmで組み立て、各部の性能評価が終了し、計測システムとして完成しつつある。
3.超薄膜SOIウエハによる高速・低消費電力次世代デバイスの開発
既にSOI層厚さが10nmオーダである超薄膜SOIウエハが製作可能であること、および製作したSOIウエハが半導体製造ラインで使用可能であることを実証してきた。今年度は、超薄膜SOIウエハを高能率に製作するための検討を行い、体積加工速度が速い条件を用いることで、従来3時間必要であった一枚の加工時間を、約20分に短縮可能であることを実証した。
4.アモルファスSi高速成膜による低コスト電力用太陽電池の実用化
大気圧プラズマCVDにより超高速形成したa-Si薄膜を発電層とした太陽電池デバイスを試作し、その特性評価を行った。その結果、発電層形成条件を最適化することにより、1m×1mの大きさの基板に換算して従来技術の10倍以上の発電層形成速度で、従来技術と同等の特性を持つ高性能な太陽電池デバイスを実現した。
5.エピタキシャルSi薄膜の高速・低温形成
エピタキシャルSi成長条件の検討を行った結果、成膜温度690℃では700W、610℃では1500W、500℃では3000W以上の電力をプラズマに投入することにより、エピタキシャル成長が可能であることが明らかとなった。610℃で成長したエピタキシャル膜は無欠陥であること、表面は市販のSiウエハよりも平坦であること、成膜速度は一般的な熱CVDと比較して10倍以上高速であることが確認された。
6.超純水のみによる電気化学加工プロセスの開発
超純水のみによる電解加工法に利用することを目的として、触媒反応により効率的に水分子を分解する機能を表面に有する電極の開発を行い、そのような触媒機能電極の製作が可能であることを実証した。また、超純水・超高速せん断流により、シリコンウエハや液晶ディスプレー用基板上の粒径1μmのシリカ汚染微粒子の完全除去に成功し、超純水のみによる洗浄プロセスの可能性を実証した。
7.第一原理シミュレーションによる加工現象の解明とナノストラクチャーの電気特性予測
第一原理分子動力学シミュレーションによって、EEM・プラズマCVM、超純水電気化学加工における加工現象やCVD成膜過程の素過程を解析し、プロセスを解明した。また、半無限電極に挟まれたナノ構造電子状態の解析のための実空間差分法に基づく第一原理シミュレーションプログラムを新たに開発するとともに、これを用いてナノ原子鎖などの電気伝導特性を解析し、電気伝導のメカニズムを解明した。

Research Products

• [Publications] Y.Mori: "Ultra-Precision Machining based on Physics and Chemistry"Proceedings of 3rd Workshop on Physical Chemistry of Wet Etching of Silicon. 10-26 (2002)
• [Publications] Y.Mori: "Sub-micron focusing by reflective optics for scanning x-ray microscopy"Proc. SPIE. 4782. 58-64 (2002)
• [Publications] A.Souvorov: "Deterministic retrieval of surface waviness by means of topography with coherent X-rays"J. Synchrotron Rad.. 9. 223-228 (2002)
• [Publications] H.Takino: "Fabrication of optics by use of plasma chemical vaporization machining with a pipe electrode"Appl. Optics. 41. 3971-3977 (2002)
• [Publications] K.Yamamura: "Aspheric surface fabrication in nm-level accuracy by numerically controlled plasma CVM and EEM"Proc. SPIE. 4782. 265-270 (2002)
• [Publications] K.Yamauchi: "Wave-optical analysis of sub-micron focusing by reflective optics"Proc. SPIE. 4782. 271-276 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "プラズマCVMおよびEEMによるシンクロトロン放射光用X線ミラーの作製とその応用-波動光学的手法を用いた必要精度の検討-"2002年度精密工学会関西支部地方定期学術講演会講演論文集. 125-126 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "プラズマCVMおよびEEMによるシンクロトロン放射光用X線ミラーの作製とその応用-干渉計を利用した高精度形状計測システムの開発-"2002年度精密工学会関西支部地方定期学術講演会講演論文集. 127-128 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "プラズマCVMおよびEEMによるシンクロトロン放射光用X線ミラーの作製とその応用-硬X線集光用楕円ミラーの製作-"2002年度精密工学会関西支部地方定期学術講演会講演論文集. 129-130 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "プラズマCVMおよびEEMによるシンクロトロン放射光用X線ミラーの作製とその応用-プロジェクション顕微鏡用X線ミラーの作製-"2002年度精密工学会関西支部地方定期学術講演会講演論文集. 131-132 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "数値制御プラズマCVM(Chemical Vaporization Machining)によるSOIの薄膜化加工-超薄膜SOIウエハ作製のための加工精度の検討-"2002年度精密工学会関西支部地方定期学術講演会講演論文集. 133-134 (2002)
• [Publications] 佐藤慎也: "プラズマCVMに用いられる大気圧・高周波プラズマの分光計測-レーザー誘起蛍光分光法によるラジカル密度の分布計測-"2002年度精密工学会関西支部地方定期学術講演会講演論文集. 135-136 (2002)
• [Publications] K.Yamauchi: "Nearly diffraction-limited line focusing of a hard-X-ray beam with an elliptically figured mirror"J. Synchrotron Rad.. 9. 313-316 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "プラズマCVMおよびEEMによるシンクロトロン放射X線用楕円ミラーの作製と集光特性の評価"精密工学会誌. 68. 1347-1350 (2002)
• [Publications] 石川哲也: "コヒーレント照射でのX線全反射ミラー"放射光. 15. 296-302 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "プラズマCVMおよびEEMによる放射光用X線ミラーの作製とその応用 -硬X線顕微鏡の開発-"2002年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 458 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "プラズマCVMおよびEEMによる放射光用X線ミラーの作製とその応用 -二枚の平面ミラーを用いたX線干渉計の開発-"2002年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 459 (2002)
• [Publications] 押鐘 寧: "プラズマCVMプロセス中のCF, CF_2ラジカルの分光計測 -レーザー誘起蛍光分光と紫外線吸収分光とによるラジカル密度分布診断"2002年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 461 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "数値制御プラズマCVM(Chemical Vaporization Machining)によるSOIの薄膜化-加工装置の開発と超薄膜SOIウエハの試作-"精密工学会誌. 68. 1590-1594 (2002)
• [Publications] 遠藤勝義: "高周波パルスSTM(Scanning Tunneling Microscopy)の開発"2002年度精密工学会関西支部地方定期学術講演会講演論文集. 81-82 (2002)
• [Publications] 池田 学: "走査型トンネル顕微鏡による水素化アモルファスシリコン表面の構造"2002年度精密工学会関西支部地方定期学術講演会講演論文集. 83-84 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "超精密形状計測装置の開発-測定原理-"2003年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. (発表予定). (2003)
• [Publications] 東 保男: "超精密形状計測装置の開発-開発した計測装置の性能-"2003年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. (発表予定). (2003)
• [Publications] 森 勇藏: "大気圧プラズマCVD法による太陽電池用アモルファスSiの超高速成膜"精密工学会誌. 68・8. 1077-1081 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "大気圧プラズマCVD法によるエピタキシャルSiの低温かつ高速成長(第1報)-エピタキシャルSi成長条件の検討-"精密工学会誌. (発表予定). (2003)
• [Publications] 江畑裕介: "大気圧プラズマCVD法によるアモルファスSiの高速成膜に関する研究-薄膜太陽電池デバイスの分光感度特性について-"2002年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. 612 (2002)
• [Publications] 中濱康治: "回転電極型大気圧プラズマCVD法によるSiNx膜の高速成膜に関する研究(SiH_4/NH_3系成膜)"2002年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. 613 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "大気圧プラズマCVDによるSiの低温・高速エピタキシャル成長(第2報)-成膜温度と投入電力が結晶性に及ぼす影響-"2002年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. 614 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "回転電極型大気圧プラズマCVD法によるSiNx膜の高速成膜に関する研究-成膜速度のパラメーター依存性-"2002年度精密工学会開催地方定期学術講演会講演論文集. 31-32 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "大気圧プラズマCVDによるSiの低温・高速エピタキシャル成長(第3報)-成膜速度と温度の関係-"2002年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 369 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "大気圧プラズマCVD法によるSiNx薄膜の高速形成に関する研究-NH_3/SiH_4比の最適化-"2002年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 370 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "超純水のみによる電気化学的加工法の研究-陰極表面における加工現象-"精密工学会誌. 68・9. 1241-1245 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "超純水のみによる電気化学的加工システムの開発と平坦化加工プロセスへの応用"精密工学会誌. 68・11. 1486-1491 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "超純水超高速せん断流によるシリコンウエハ表面の洗浄-汚染微粒子の除去特性-"2002年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. 609 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "超純水のみによる電気化学的加工法のダマシン配線形成プロセスへの応用"2002年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. 610 (2002)
• [Publications] 後藤英和: "Si(001)表面の超純水によるエッチング現象の第一原理計算"日本物理学会第57回年次大会講演概要集. 57-1. 844 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "超純水・超高速せん断流による洗浄プロセスの開発"精密工学会2002年度関西地方定期学術講演会講演論文集. 141-142 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "超純水のみによる電気化学的加工法の研究"2003年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. (発表予定). (2003)
• [Publications] 森 勇藏: "水の化学的機能を利用した新しい生産プロセス"精密工学会誌. 68・8. 1001-1003 (2002)
• [Publications] 森 勇藏: "超純水のみによる電気化学的加工法の研究"電気加工学会誌. (発表予定). (2003)
• [Publications] T.Ono: "Coherent relation between structure and conduction of infinite atomic wires"Nanotechnology. 14. 299-303 (2003)
• [Publications] Yoshitaka Fujimoto: "First -principles calculation method of electron-transport properties of metallic nanowires"Nanotechnology. 14. 147-151 (2003)
• [Publications] S.Tsukamoto: "Sudden Suppression of Electron-Transmission Peaks in Finite-Biased Nanowires"Jpn. J. Appi. Phys. 41. 7491-7495 (2002)
• [Publications] Shigeru Tsukamoto: "Electron-transport properties of Na nanowires under applied bias voltages"Phys. Rev. B. 66. 161402 1-161402 4 (2002)
• [Publications] H.Okada: "First -principles molecular-dynamics calculations and STM observations of dissociative adsorption of Cl_2 and F_2 on Si(001) surface"Surface Science. 515・2-3. 287-295 (2002)
• [Publications] K.Endo: "Atomic Image of hydrogen-terminated Si(001) surfaces after wet cleaning and its first-principles study"J. Appl. Phys.. 91・7. 4065-4072 (2002)
• [Publications] 広瀬喜久治: "スーパーコンピューターを用いたシミュレーションによる超精密加工プロセス・ナノ電子デバイスの解析"東北大学情報シナジーセンターSENAC. 35・3. 59-66 (2002)
• [Publications] 和田万里子: "第一原理分子動力学法によるCVDエピタキシャルSi薄膜形成過程の解析"精密工学会2002年度関西地方定期学術講演会講演論文集. 99-100 (2002)
• [Publications] 椙本欧介: "EEM加工機構の第一原理分子動力学シミュレーションによる解明-Gaas表面とSiO_2微粒子との相互作用-"精密工学会2002年度関西地方定期学術講演会講演論文集. 101-102 (2002)
• [Publications] 島名智子: "カーボンナノチューブにおける水分子輸送の第一原理分子動力学による解析"精密工学会2002年度関西地方定期学術講演会講演論文集. 103-104 (2002)
• [Publications] 池田裕志: "ハロゲンガスを用いたSi表面のプラズマエッチングにおける第一原理分子動力学シミュレーション-Oラジカルによるハロゲン生成の解析-"日本物理学会2002年秋季大会. 57・2. 749 (2002)
• [Publications] 藤本義隆: "金原子細線と電極構造に関わる電気伝導特性"日本物理学会2002年秋季大会. 57・2. 750 (2002)
• [Publications] 塚本 茂: "第一原理計算による電界下でのナノ構造と電気伝導"日本物理学会2002年秋季大会. 57・2. 751 (2002)
• [Publications] K.Hirose: "First-principles calculation of electron-transfport properties of metaric nanowires"Trends in Nanotechnology 02. 41 (2002)
• [Publications] 江上喜幸: "第一原理計算によるナノチューブの電気伝導特性の予測"日本物理学会2003年春季大会. (発表予定). (2003)
• [Publications] 藤本義隆: "金原子細線の電気伝導特性"日本物理学会2003年春季大会. (発表予定). (2003)
• [Publications] 山崎秀樹: "第一原理分子動力学法を用いたNafion-水クラスター間のプロトンリレーのシミュレーション"日本物理学会2003年春季大会. (発表予定). (2003)
• [Publications] 大谷めぐみ: "第一原理計算によるフラーレン鎖の電気特性の解析"日本物理学会2003年春季大会. (発表予定). (2003)
• [Publications] 稲垣耕司: "異なる結晶面方位を持つSi表面の光反射率スペクトルの差の解析-(100)と(111)の比較-"日本物理学会2003年春季大会. (発表予定). (2003)
• [Publications] 塚本 茂: "有限電圧下のナノワイヤーにおける負の微分コンダクタンス発生メカニズムの解明"日本物理学会2003年春季大会. (発表予定). (2003)
• [Publications] 小野倫也: "金属単原子鎖の構造と安定性II"日本物理学会2003年春季大会. (発表予定). (2003)
• [Publications] Kikuji Hirose: "First principle study on electron transport through nanometer-scale junctions"第4回日仏ナノマテリアルワークショップ. (発表予定). (2003)