2019 Fiscal Year Research-status Report
反応性プラズマを用いた原子層エッチング開発のためのイオン-固体表面反応機構の解明
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18K13532
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
伊藤 智子 大阪大学, 工学研究科, 助教 (10724784)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | アトミックレイヤーエッチング / 遷移金属材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、有機系ガスを用いて金属表面の原子層を一層ずつ、エッチングを行うアトミックレイヤーエッチング(ALE)技術は、既存の反応性プラズマエッチング技術と組み合わせることで、原子レベルで制御可能な高い加工精度とともに、低ダメージを両立させるエッチングプロセスとして期待されている。本研究では、有機分子ガスを吸着させた磁性材料表面に対し、プラズマ照射した場合の固体表面反応を実験的に明らかにし、得られた知見から反応性プラズマによる磁性材料におけるプラズマ支援ALEプロセス開発の支援を目的としている。前年度は、X線光電子分光装置および反応性ガスを曝露可能な反応室を有する表面反応解析装置を開発し、室温におけるNiおよびCoに対するヘキサフルオロアセチルアセトン曝露による表面反応を明らかにしたが、ALEプロセス開発には、有機ガス種毎および被材料毎の選択比が重要であり、様々な材料でエッチング特性を確認する必要がある。そのため、本年度も継続して様々な遷移金属材料に対して吸着実験を行った。具体的には、NiおよびCo表面に対し、アセチルアセトン曝露を行ない、in-situ XPSを用いて有機ガス曝露表面の評価を行った。また、本年度は、NiおよびCoに対して、基板温度制御行った上で、ヘキサフルオロアセチルアセトンおよびアセチルアセトン曝露によるNi、Co表面に対するサーマルエッチング反応を明らかにした。
また、プラズマ支援ALEプロセスを開発する上で、有機ガス吸着表面におけるイオンの効果を明らかにする必要があり、そこで、上記ジケトン分子が吸着した表面に低エネルギーイオン照射を行い、反応性有機ガス分子吸着表面における低エネルギーイオンとの表面反応を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、有機ガス分子と金属表面との吸着反応過程の解明および低エネルギーイオン照射による表面への効果を明らかにすることを当初の計画としており、下記に具体的な進捗を示す。
①ジケトンとしてアセチルアセトンを用い、ALP反応室内で、NiおよびCo表面に対しガス曝露を行い、表面の化学結合状態の観察を行った。その結果、室温において酸素吸着Ni、CoおよびCu表面において、アセチルアセトン分子のC＝O結合を切断することなく飽和吸着する、かつメタルカーバイドを形成することを実験的に明らかにした。酸素の存在がアセチルアセトン分子の安定な吸着に重要であることを明らかにした。
②基板温度制御下でのジケトンガスの曝露実験を行った。その結果、サーマルエッチング反応下での化学結合状態の変化を明らかにすることが出来た。
③プラズマ支援ALEプロセスを開発するにおいて、イオン衝撃による形状制御が必須であり、表面反応を理解する必要がある。そのため、ヘキサフルオロアセチルアセトン吸着金属表面に低エネルギーAr＋イオンを照射し、化学結合状態の変化を明らかにした。その結果、酸素の存在下で、安定に吸着しているジケトン分子であっても、イオン衝撃によって分解してしまうことが判明した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度となる本年度は、QMS(四重極質量分析装置)を用いて、金属表面から脱離する有機分子もしくは有機金属化合物の脱離過程を明らかにする。試料表面以外のチャンバー内壁等に吸着したジケトン分子からのノイズを最小限に抑えた測定を行う必要があることから、パルスバルブを用いてジケトンガスを導入する機構をALEチャンバーに組み込み、脱離物測定を行う。これまでの先の有機系ガスの吸着実験による表面分析結果と比較を行い、ジケトン分子を用いた金属ALE反応における表面反応機構の解明を行う。
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| Causes of Carryover |
腐食性のガスを用いたことから、配管の腐食が当初の想定より激しく、ピラニゲージやチューブとの真空部品の購入する必要が生じ、旅費を他の財源から捻出し、その代わりに物品費に回し、実験が滞ることのないようにした。
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