大気開放系におけるドライプロセス用低温プラズマト-チの開発

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555268
• 研究種目: 試験研究(B)
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 鯉沼 秀臣 東京工業大学, 工業材料研究所, 教授 (70011187)
• 研究分担者: 妹尾 武彦 (株)プラズマシステム, 開発部・研究1課, 研究員 ; 佐藤 浩太 横浜国立大学, 工学部, 助教授 (40192091)
• キーワード: 大気圧低温プラズマト-チ / スパッタ堆積 / 金属薄膜 / 酸化物エッチング / プラズマ診断 / 反応性プラズマ

研究概要

平成7年度までの研究実績をまとめると以下のとおりである。
1.装置開発および、諸特性の把握
誘電体材料のプラズマに対する影響を定量的に調べた。誘電体の比誘電率の増加は電極間の全インピーダンスを減少させプラズマ空間電流を増加させる。このため放電維持電圧の減少が観測される。また、比誘電率の増加とどもに電子温度と励起温度は減少する一方、プラズマガス温度は増加することがわかった。また、種々のプラズマ診断を適用したプラズマの特性評価を行った。プラズマの電子温度は1-3x10^<13>/cm^<-3>、プラズマの温度は電子温度>励起温度>振動温度>気体温度であり、このプラズマが異常グロー放電に分類できる定常的な低温プラズマであることを明らかにした。また、誘電体層と放電領域をある種の電気回路として捉え、放電維持のメカニズムを理論的に解析する研究を開始した。全体としてほぼ初期の計画通りの成果を得た。
2.大気圧非平衡反応性プラズマによるプロセッシングへの応用
(1)エッチング-酸化物半導体(ZnO, SnO_2)薄膜のエッチングを行った。Arプラズマ中に、還元性活性ガスと反応ガスを導入し、基板温度の調節によりエッチングを確認した。エッチング速度は、反応ガスの種類によるラジカルの発光強度変化と対応しながら、RFパワー、基板温度を上げるに従い、増加することがわかった。さらに、電極材料によりエッチング速度が変化するような電極触媒効果も確認した。
(2)金属膜堆積-空気中に置かれた物体の陰極金属の薄膜をスパッタ堆積できることを見出した。得られた金属膜(Pt、Pd、Au、Ag)は非常に平坦(RMS粗さ=数nm以下)で、X線回析の結果(111)配向の強い多結晶であった。堆積速度は添加ガス導入量とrfpowerに依存することがわかった。
以上の材料プロセスの応用については実用的に有用な方法となりうることを示した。

研究成果

• [文献書誌] H. Koinuma et al.: "Open Air Photoresist Ashing by A Cold Plasma Torch" Appl. Phys Lett.66[17]. 2188-2190 (1995)
• [文献書誌] H. Koinuma et al.: "Plasma CVD of SiO_2 on Air-Exposed Surfaces by Cold Pladsma Torch" J. Electrochem. Soc.142[8]. 2726-30 (1995)
• [文献書誌] H. Koinuma et al.: "Synthesis of Carbon Clusters and Thin Films by Low Temperature Plasma CVD under Atmosphonic Pressure" Pure&Appl. Chem(ISPC-12). Aug. 24. (1995)
• [文献書誌] H.Koinuma et al.: "Highly Dielectric Amorphous TiO_2 Films Prepared in Air by Plasma CVD" Proceeding of IUMRS 3rd International Conference in Asia. 987-992 (1995)
• [文献書誌] K. Sato et al.: "High Cross-Linked Polymer Networks of Amorphous Silicon Alloys" Prog. in Polymer Sci.(in press).