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半導体材料などのドライプロセスでは、プラズマや光励起によって生成した反応活性なラジカルが、拡散などの過程で基板表面に輸送され、表面での化学反応を経てプロセスが進行する。従来、表面反応の診断はプロセス結果を既存の表面分析法で調べることによって得られる反応前後のスタティックな情報から推定することによってなされてきたが、本研究では、反応が進行中のダイナミックスを検出する一つの新しい方法を試みる。すなわち、ラジカルのビ-ムをある入射角で基板に照射し、基板近傍での入射ビ-ムと反射ビ-ムの強度や空間分布を、電子ビ-ムやレ-ザ-ビ-ムを用いた蛍光励起法によって、ニ次元的に計測する。入射ビ-ムと反射ビ-ムの強度の比から表面での付着確率を、反射ビ-ムの空間分布(余弦分布またはそれからのずれ)から吸着ポテンシャルなどの相互作用を、また、表面で生成して出射する反応生成物の検出から反応経路を調べる計画で研究を進めている。
本年度は、まず本研究における主要な道具である指向性のよいラジカルビ-ム源と、エネルギ-分散の小さい低速電子ビ-ム源を試作した。それらの性能を評価するために、水素分子ガス中での高周波放電によって水素原子ビ-ムを発生させ、電子衝突による蛍光励起分光法によってH_2とHから発生するバルマ-α線の励起しきい値エネルギ-の数eVの違いを利用して、互いに分離して検出できることを確認した。現在、そのラジカルビ-ム源と電子ビ-ム源を高真空容器に組み込み、ダイヤモンドや硬質炭素膜の化学気相堆積に用いられるメタンガスプラズマから発生する種々のラジカルについて、基板表面での付着係数の測定に着手しているところである。
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