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原子スケール微細加工に向けたプラズマ・表面相互作用と加工形状制御に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 11J01415
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 応用物理学一般
研究機関京都大学

研究代表者

津田 博隆  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2011 – 2012
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード3次元モデル / 形状進展シミュレーション / 原子スケール / ラフネス / リップル / プラズマエッチング / イオン入射角度 / 空間周波数解析 / シリコン / ASCeM-3D / 表面ラフネス / イオン入射エネルギー依存性 / イオン入射角度依存性 / リップル構造
研究概要

3次元原子スケールセルモデル(Three-Dimensional Atomic-Scale Cellular Model : ASCeM-3D)を用いて、塩素プラズマによるシリコンエッチングにおける表面ラフネスと、基板表面へのイオン入射角度/エネルギーとの関係を系統的に調べた。エッチング中のsi基板上の微細パターン構造内部では、イオンは表面に対し様々な角度/エネルギーで入射することになるが、こうした現象を実験的に取り扱うのは、非常に難しく、数値計算による現象の予測と発現メカニズムの理解が重要になる。本年度では、特にリップル形状の発現メカニズムに注視し、複雑なリップル形状を空間周波数解析手法により定量化した。これにより、微細な初期ラフネス構造上でイオン散乱が生じ、イオンフラソクスの局所集中や幾何学的な影(シャドーイング効果)が生じることで、大きなラフネスへと進展していくことを突き止めた。また、イオン入射エネルギーが増大するに従って、リップル構造の周期間隔が広くなる傾向を確認した。この現象は、単一ビーム実験で報告されている現象であり、プラズマにおいても、入射エネルギーを選択することでリップル周期構造を制御できることを示唆している。
本研究の主たる成果を以下にまとめる。
1、新規に3次元形状進展シミュレーションを開発した。
2、ナノスケールの形状異常や表面粗さ(ラフネス)ならびに周期構造(リップル)の遷移現象ならびに形成機構を、3次元形状進展シミュレーションとして初めて再現/解明した。
3、イオン入射角度に依存して発現する表面リップル構造は、これまで希ガスイオンビームとシリコン基板との相互作用において理論的・実験的に知られているが、プラズマにおいて同様な現象が生じることを本研究で初めて明らかにした。
4、表面ラフネス/リップル構造を定量化し、評価をおこなった。
5、表面ラフネス構造と、プラズマパラメータとの関係性を示し、ラフネスの制御/抑制に関する技術的指針を提供した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究の成果の中で特に、(1)ナノスケールの形状異常や表面粗さ(ラフネス)ならびに周期構造(リップル)の遷移現象ならびに形成機構を、3次元形状進展シミュレーションとして初めて再現/解明した点、(2)表面ラフネス構造と、プラズマパラメータとの関係性を示し、ラフネスの制御/抑制に関する技術的指針を提供した点は、研究の新規性と、学術的重要性の観点から、特に重要な成果だと考える。これらの点が評価され、本年度は、国内/国外にて計2件の学会賞を受賞し、また国内・国際学会/国内研究会にて招待講演を計3件(うち学会賞受賞記念講演1件)を行うに至った。このことは、本研究が、学術的にも工学的にも重要な課題であり、また新規性に優れていることを示している。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2013 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (16件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Modeling and Simulation of Nanoscale Surface Rippling during Plasma Etching of Si under Oblique Ion Incidence2012

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Tsuda, Yoshinori Takao, Koji Friguchi Kouichi Onc
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 51 号: 8S1 ページ: 08HC01-08HC01

    • DOI

      10.1143/jjap.51.08hc01

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular Dynamics Analysis of the Formation of Surface Roughness during Si Etching in Chlorine-based Plasmas2011

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Tsuda, Yoshinori Takao, Koji Eriguchi, Kouichi Ono
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 50 号: 8S2 ページ: 08KB02-08KB02

    • DOI

      10.1143/jjap.50.08kb02

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Three-dimensional Atomic-scale Cellular Model and Feature Profile Evolution during Si Etching in Chlorine-based Plasmas : Analysis of Profile Anomalies and Surface Roughness2011

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Tsuda, Hiroki Miyata, Yoshinori Takao, Koji Eriguchi, Kouichi Ono
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 50 号: 8S1 ページ: 08JE06-08JE06

    • DOI

      10.1143/jjap.50.08je06

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Siエッチングにおけるプラズマ・表面相互作用のモデリングと形状進展シミュレーション2013

    • 著者名/発表者名
      津田博隆、鷹尾祥典、汪利口浩二、斧高一
    • 学会等名
      応用物理学会シリコンテクノロジー分科会 第156回研究集会「プラズマプロセスの最前線」
    • 発表場所
      東京大学 本郷キャンパス工学部9号館1階大会議室(招待講演)
    • 年月日
      2013-02-15
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Surface roughneing during Si etching in inductively coupled C12 plasmas : Experimental investigations and a comparison with numerical simulations2013

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Tsuda, Nobuya Nakazaki, Daisuke Fukushima, Yoshinori Takao, Koji Eriguchi, Kouichi Ono
    • 学会等名
      6th International Conference on Plasma-Nanotechnology & Science (IC-PLANTS2013)
    • 発表場所
      Gero Synergy Center, Gero, Gifu(招待講演)
    • 年月日
      2013-02-03
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Modeling and Simulation of Nanoscale Surface Roughness during Plasma Etching of Si : Mechanism and Reduction2012

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Tsuda, Yoshinori Takao, Koji Eriguchi, Kouichi Ono
    • 学会等名
      34th International Symposium on Dry Process (DPS2013)
    • 発表場所
      Takeda Hall, Takeda Sentanchi Building, The University of Tokyo
    • 年月日
      2012-11-15
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Formation Mechanisms of Nanoscale Surface Roughness and Rippling during Plasma Etching and Sputtering of Si under Oblique Ion Incidence2012

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Tsuda, Yoshinori Takao, Koji Eriguchi, Kouichi Ono
    • 学会等名
      AVS 59th International Symposium & Exhibition (AVS)
    • 発表場所
      Tampa Convention Center, Florida, USA
    • 年月日
      2012-10-30
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Formation Mechanisms of Surface Roughening and Rippling during Plasma Etching and Sputtering of Silicon2012

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Tsuda, Yoshinori Takao, Koji Eriguchi, Kouichi Ono
    • 学会等名
      65th Annual Gaseous Electronics Conference (GEC)
    • 発表場所
      The AT&T Conference Center on The University of Texas at Austin Campus in Austin, Texas, USA
    • 年月日
      2012-10-24
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Rippling Mechanism of Nanoscale Surface during Plasma Etching of Siunder Oblique Ion Incidence2012

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Tsuda, Yoshinori Takao, Koji Eriguchi, Kouichi Ono
    • 学会等名
      11th Asia Pacific Conference on Plasma Science and Technology (APCPST) and 25th Symposium on Plasma Science for Materials (SPSM)
    • 発表場所
      Kyoto University, ROHM Plaza
    • 年月日
      2012-10-02
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 3次元原子スケールセルモデルによる表面ラフネス形成機構の解明:酸素添加依存性II. -イオン斜め入射時のリップル形成メカニズム-2012

    • 著者名/発表者名
      津田博隆、鷹尾祥典、汪利口浩二、斧高一
    • 学会等名
      2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛大学城北キャンパス(招待講演)
    • 年月日
      2012-09-13
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 3次元原子スケールセルモデルによる表面ラフネス形成機構の解明:酸素添加依存性2012

    • 著者名/発表者名
      津田博隆, 鷹尾祥典, 江利口浩二, 斧高一
    • 学会等名
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学早稲田キャンパス
    • 年月日
      2012-03-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Model Analysis of Nanoscale Surface Roughness and Rippling during Plasma Etching of Si under Oblique Ion Incidence : Effects of Oxygen Addition2012

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Tsuda, Yoshinori Takao, Koji Eriguchi, Kouichi Ono
    • 学会等名
      The 5th International Conference on Plasma-Nanotechnology & Science (IC-PLANTS 2012)
    • 発表場所
      Freude, Inuyama International Sightseeing Center, Aichi, Japan
    • 年月日
      2012-03-10
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Siエッチング形状進展シミュレーションと表面反応解析2012

    • 著者名/発表者名
      津田博隆, 鷹尾祥典, 江利口浩二, 斧高一
    • 学会等名
      ICAN Kyou Sou Seminar【第5回】ナノデバイスにおける微細加工技術についてのオープンセミナー
    • 発表場所
      産業技術総合研究所西-7A SCR
    • 年月日
      2012-03-05
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] プラズマエッチング時における表面ラフネス形成メカニズムとイオン入射角度依存性2011

    • 著者名/発表者名
      津田博隆, 鷹尾祥典, 江利口浩二, 斧高一
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会第28回年会/応用物理学会第29回プラズマプロセシング研究会/日本物理学会(領域2)2011年秋季大会/Plasma Conference 2011 (PLASMA2011)
    • 発表場所
      石川県立音楽堂
    • 年月日
      2011-11-23
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Modeling and Simulation of Nanoscale Surface Rippling during Plasma Etching of Si under Oblique Ion Incidence2011

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Tsuda, Yoshinori Takao, Koji Eriguchi, Kouichi Ono
    • 学会等名
      rd International Symposium on Dry Process (DPS 2011)
    • 発表場所
      Kyoto Garden Palace Hotel, Kyoto, Japan
    • 年月日
      2011-11-10
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Three-Dimensional Modeling and Formation Mechanisms of Atomic-Scale Surface Roughness during Si Etching in Chlorine-Based Plasmas2011

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Tsuda, Yoshinori Takao, Koji Eriguchi, Kouichi Ono
    • 学会等名
      AVS 58th International Symposium & Exhibition
    • 発表場所
      Nashville Convention Center, Nashville, TN, USA
    • 年月日
      2011-11-04
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] エッチング加工形状進展と表面ラフネスのモデリング・シミュレーション2011

    • 著者名/発表者名
      津田博隆, 鷹尾祥典, 江利口浩二, 斧高一
    • 学会等名
      第8回プラズマ新領域研究会「プラズマプロセスと先端数値解析」
    • 発表場所
      慶應義塾大学日吉キャンパス来往舎
    • 年月日
      2011-10-26
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 3次元原子スケールセルモデルによる表面ラフネス形成機構の解明:イオンの入射エネルギー・角度依存性2011

    • 著者名/発表者名
      津田博隆, 鷹尾祥典, 江利口浩二, 斧高一
    • 学会等名
      2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      山形大学小白川キャンパス
    • 年月日
      2011-08-30
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Atomic-scale surface roughness depending on the ion incident angle during Si etching in chlorine-based plasmas2011

    • 著者名/発表者名
      Hirotaka Tsuda, Yoshinori Takao, Koji Eriguchi, Kouichi Ono
    • 学会等名
      第24回プラズマ材料科学シンポジウム
    • 発表場所
      大阪大学銀杏会館
    • 年月日
      2011-07-20
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.propulsion.kuaero.kyoto-u.ac.jp/Member.Tsuda

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.propulsion.kuaero.kyoto-u.ac.jp/Member:Tsuda

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-12-12   更新日: 2024-03-26  

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