衝撃電界重畳高周波プラズマによるフッ化炭素プロセス排ガス分解除害効率の計算機解析

• Project/Area Number: 16760216
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 電力工学・電気機器工学
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 菅原 広剛 北海道大学, 大学院情報科学研究科, 助教授 (90241356)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2006: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2004: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: フルオロカーボン / 非平衡プラズマ / 分解 / 衝撃電界 / ラジオ周波数 / 混合ガス / 電子衝突 / 衝突判定 / 窒素

Research Abstract

本研究は、集積回路製造工程で排出されるフルオロカーボンであるCF_4地球温暖化ガスを非平衡プラズマにより効率的に分解する方法として選択的分解反応促進が期待されるプラズマへの衝撃電界重畳を提案し解析するものである。衝撃電界により電子した電子の衝突過程の計算機解析による定量的評価を中心として、以下1〜3の結果を得た。
1.衝撃電界下の電子の挙動解析とエネルギー効率の評価:
衝撃電界で与える電子加速量を変化させ、共にCF_4分解に寄与する中性解離と電離性解離のエネルギー消費割合をモンテカルロ法で計算・比較した。加速量増加に伴い閾値の大きな電離性解離に費やされるエネルギー割合が単調増加し、中性解離の割合は飽和傾向を示した。プラズマ維持と解離促進を同時に図るためには電離性解離の閾値を超える高エネルギー領域にまで電子を加速することが必要で、この点で衝撃電界電子加速が有効と考えられる。
2.CF_4ラジオ周波数プラズマ解析系構築と新高速衝突判定法の提案:
電極を含む系でCF_4プラズマ中の解離生成種の生成頻度と空間分布とを統計的に安定に扱う手法を提案した。また計算負荷となっていたCF_4分子と電子との衝突判定において、無衝突となる場合を効率よく検出し電子衝突断面積計算を省く新高速判定法を提案した。これにより電子追跡に要する計算負荷を著しく軽減させ、追跡電子数増や長時間計算、また混合ガスへの対応を容易にした。
3.CF_4中電子輸送過程:
CF_4中の電子加速時初期緩和過程に見られる空間分布の複数ピーク形状と電子輸送係数の緩和過程を解析した。研究者間で想定が異なる電子衝突断面積構成により空間分布、電子輸送係数とも差異が生じた。衝撃電界電子加速の制御性評価の際は特に、加速途中で電子の集団性を失わせる低・中エネルギー部の電子衝突断面積構成への依存性が大きいと考えられる。
主な結果は研究発表欄の論文として公表した。

Research Products

• [Journal Article] Timesaving techniques for decision of electron-molecule collisions in Monte Carlo simulation of plasmas (2007)
  • Author(s): H.Sugawara
  • Journal Title: Journal of Computational Physics 223・1 Pages: 298-304
• [Journal Article] 高周波CF_4プラズマシミュレーションにおける電子-イオン衝突のモデリング (2007)
  • Author(s): 森直樹
  • Journal Title: 平成19年電気学会全国大会講演論文集 1
• [Journal Article] CF_4中の衝撃電界電子加速におけるエネルギー効率の電界波形依存性 (2007)
  • Author(s): 荒木田大嗣
  • Journal Title: 平成19年電気学会全国大会講演論文集 1
• [Journal Article] Equality of the Higher-Order Diffusion Coefficients between Component and Composite Electron Swarms in Gas (2006)
  • Author(s): H.Sugawara
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 45・6A Pages: 5189-5196
• [Journal Article] Simulation of Electron Swarm Development in Carbon Tetrafluoride-Two-Peaked Spatial Distribution of Electrons in Relaxation Process- (2006)
  • Author(s): H.Sugawara
  • Journal Title: Proceedings of 8th Asia-Pacific Conference on Plasma Science and Technology and 19th Symposium on Plasma Science for Materials and 1
• [Journal Article] 衝撃電界下における電子衝突によるCF_4解離反応のエネルギー効率 (2006)
  • Author(s): 荒木田大嗣
  • Journal Title: 平成18年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会講演論文集 1
• [Journal Article] モンテカルロシミュレーションによるCF_4プラズマ解析 (2006)
  • Author(s): 森直樹
  • Journal Title: 平成18年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会講演論文集 1
• [Journal Article] CF_4中電子群移動速度の高周波電界応答特性 (2006)
  • Author(s): 森直樹
  • Journal Title: 平成18年電気学会全国大会講演論文集 1
• [Journal Article] Two-peaked velocity distribution function of electrons in carbon tetrafluoride in crossed electric and magnetic fields (2005)
  • Author(s): H.Sugawara
  • Journal Title: IEEE Transactions on Plasma Science 33(2) Pages: 548-549
  • NAID: 120000964001
• [Journal Article] Computational study on fundamental properties of CF_4/N_2 plasmas and application of impulse-field electron acceleration to CF_4 decomposition (2005)
  • Author(s): H.Sugawara
  • Journal Title: Proceedings of 27th International Conference on Phenomena in Ionized Gases (Sep/17-22,Veldhoven, the Netherlands) 1
• [Journal Article] CF_4/N_2混合ガスRFプラズマのシミュレーション (2005)
  • Author(s): 石原 裕一
  • Journal Title: 平成17年電気学会全国大会講演論文集
• [Journal Article] Electron acceleration under short intense impulse electric fields (2004)
  • Author(s): H.Sugawara
  • Journal Title: Proceedings of XVth International Conference on Gas Discharges and their Applications (招待講演) 2 Pages: 1045-1048
• [Journal Article] 流体モデルによるCF_4/N_2プラズマのシミュレーション (2004)
  • Author(s): 石原 裕一
  • Journal Title: 平成16年電気学会基礎・材料・共通部門大会講演論文集
• [Journal Article] CF_4/N_2プラズマの流体モデルシミュレーション (2004)
  • Author(s): 石原 裕一
  • Journal Title: 平成16年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会講演論文集