2022 Fiscal Year Annual Research Report
一様エネルギーを持つ化学的活性負イオンによる正確で上質なナノプロセス方式への転換
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21K18618
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
比村 治彦 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (30311632)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三瓶 明希夫 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 准教授 (90379066)
神吉 隆司 海上保安大学校(国際海洋政策研究センター), 国際海洋政策研究センター, 教授 (40524468)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | 負イオン / ナノプロセス / 反応性イオン / リモートプラズマ / 一様エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
既存の反応性プラズマを用いたプラズマCVD/ALDプロセスでは、プラズマ中に含まれる反応性ラジカル、イオン、電子、中性粒子の全粒子種がターゲットと化学的に、その一部は物理的にも当たる。これと同時に、プラズマ生成室内にプラズマ生成に必要なエネルギーが投入され続けている。これらのため、反応性プラズマは原理的に熱平衡状態に緩和しない。したがって、プラズマのエネルギーと数密度は、時間的かつ空間的に必ず揺らぐ。揺動が存在しても、その揺動の特性長が、ターゲットの大きさよりも十分に短い場合、既存のプラズマCVD/ALDはプロセスで許容される一方で、原子層スケールの微細加工ではそのプラズマ揺動が相対的に顕在化してくる。加えて、反応性イオンやラジカルの挙動を正確に制御できていないため、原子層スケールでの均一化は困難である。
この問題を解決するためには、揺動がなく、均一な数密度をもつプラズマを反応性イオンだけで作り出せればよい。このために本研究では高周波でパルス的にパルス的に作り出し、エネルギーの供給を一時的に止める。また、生成されたプラズマから反応性負イオンを作り出し、これらが熱緩和する前に、熱エネルギーの1000倍の加速エネルギーで一様に引き出す。実験では900MHz帯の高周波を用いて、水素の負イオン生成を実施した。間欠的なプラズマ生成と、負イオンの生成は成功している。水素負イオンの場合、フラックスで10の17乗代が得られる。これらに電子は含まれていない。ところが、問題はプラズマ着火圧力が1Pa程度であるため、負イオンの引き出し時に電極間で放電が生じる。これを解決するために、プラズマ生成後に中性ガスを膨張させるセルを準備し、その膨張セルにカスプ磁場をセットした。これで原理的には負イオンを絶縁破壊なしで引き出せる準備が完了した。
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