次世代高集積回路(LSI)用クラスターイオン注入装置の試作研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04555003
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 山田 公 京都大学, 工学部, 教授 (00026048)
• 研究分担者: 松永 幸二 日新電機株式会社, 研究開発本部, 課長 ; 松田 耗自 日新電機株式会社, 研究開発本部, 副本部長 ; 山西 健一郎 三菱電機株式会社, 生産技術研究所・生産装置技術部, 主幹 ; 友田 利正 三菱電機株式会社, 生産技術研究所・生産装置技術部, 部長 ; 高岡 義寛 京都大学, 工学部, 助教授 (90135525)
• キーワード: ガスクラスター / クラスターイオン注入 / クラスターイオンビーム技術 / ラバルノズル / フリージェットノズル / スパッタ / 高密度照射 / 極浅接合形成

研究概要

本年度は、常温でガス状物質からクラスターイオンを発生する装置を開発した。また、本装置のノズルソースの検討やクラスターイオンビームの特性を明らかにした。具体的には
(1)フリージェットノズルではクラスターは生成されないが、ラバルノズルではクラスター発生効率が高く、非常に大きなサイズのクラスターが生成されることを明らかにした。
(2)ノズルの形状では、ノズル長の増大とともにクラスターサイズが大きくなり、ビームの指向性も鋭くなることを明らかにした。さらに、クラスター生成に必要なガス圧力の最適条件を明らかにした。
(3)ガスクラスターイオンをSi基板に照射した場合、単原子や単分子イオンの照射に比べ損傷が非常に小さいことを明らかにした。
(4)ガスクラスターイオンビームでは固体表面に高密度照射が可能なため、高スパッタ率が得られ、またラテラルスパッタ作用によって表面は超平坦になることが分った。
(5)ガスクラスターイオンビームの入射エネルギーを制御することにより、固体表面に極く浅いイオン注入層を形成することが可能であることを明らかにした。
以上、実用的なクラスターイオン注入装置の開発に必要な基本的なデータを集積するとともに、ガスクラスターイオン発生装置が高機能表面形成に有用であることが明らかとなった。さらに、分子動力学モデルによる計算機シミュレーションを用いて、クラスターと固体表面との相互作用について理論的検討を行い、クラスターの衝突過程機構を解明する糸口を得た。

研究成果

• [文献書誌] I.Yamada: "Irradiation Effects of Gas-Cluster CO_2 Ion Beams on Si" To be Published in Nuclear Instruments and Methods. (1993)
• [文献書誌] J.A.Northby: "A Method and Apparatus for Surface Modification by Gas-Cluster Ion Impact" To be published in Nuclear Instruments and Methods. (1993)
• [文献書誌] I.Yamada: "Surface Modification and Other Advanced Ion Beam Processing Projects Japan" Surface and Coatings Technology. 51. 514-521 (1992)
• [文献書誌] I.Yamada: "Novel Paths for Nucleation and Growth of Thin Films by Ionized Cluster Beam (ICB)Techniques:Atomic-Scale Observation" Materials Research Society Symposim Proceedings. 235. 597-607 (1992)
• [文献書誌] S.Wada: "Epitaxial Al(110)Films Grown on Heavily-Doped Si(100) by Cluster Beam Deposition" Materials Research Society Symposium Proceedings. 235. 621-626 (1992)
• [文献書誌] G.H.Takaoka: "Surface Modification of Bio-Active Ceramic(Artificial Bone)by Ion Implantation" Materials Research Society Symposium Proceedings. 252. 23-28 (1992)
• [文献書誌] I.Yamada: "Advanced Ion Beam Material Processing Projects in Japan" Materials Research Society Symposium Proceedings. 268. 261-272 (1992)
• [文献書誌] G.H.Takaoka: "Surface and Interface Properties of Copper Phthalocyanine Multilayer Structure Prepared by ICB Method" Proceedings of the First Meeting on the Ion Engineering Society of Japan. 251-254 (1992)
• [文献書誌] Y.Yamashita: "Irradiation Effects of a Mass Analyzed Gas Cluster Ion Beam on Silicon Substrates" Proceedings of the First Meeting on the Ion Engineering Society of Japan. 247-250 (1992)
• [文献書誌] I.Yamada: "Physics and Chemistry:From Clusters to Crystals" Kluwer Academic Publishers, (1992)