| 研究課題/領域番号 |
18K04937
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
若家 冨士男 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (60240454)
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| 研究分担者 |
村上 勝久 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20403123)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 磁気力顕微鏡 / ナノ金属探知機 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，磁気力顕微鏡(MFM) で用いられる磁化した探針の振動と非磁性金属との相互作用を利用した「絶縁体中に埋もれた金属の探知法」を確立し，その検出限界を明らかにすることを目的としている。この技術は，絶縁体中に埋もれている金属を非破壊・非接触でナノメートル精度で容易に検出するものであり，半導体集積回路の配線層の検査等に応用できる。さらに，半導体中の不純物濃度も非破壊・非接触で計測できる可能性があり，極めて興味深い。
今年度は，多層金属を上述の手法で検出するための理論の構築および数値計算を進めるとともに，実験での検証も行った。半導体集積回路の配線層は多層化されており，その場合に上述の手法が適用できるのかどうかを検討しておくことは実用上非常に重要である。今年度はまずは手始めに２層のケースについて検討した。5nm Ni/ 26nm SiO2/ 7nm Ni/SiO2/Si の構造の 2層の金属(Ni) 薄膜構造を作製し，磁気力顕微鏡を用いて検出実験を行ったところ，上層の金属のみが存在する領域，下層の金属のみが存在する領域，２層の金蔵が存在する領域のそれぞれについて，異なったシグナルが検出され，多層の金属が検出可能であることを実験的に示した。この結果は現在，ジャーナル論文に投稿準備中である。理論的には，２層の金属の層間相互作用の効果を取り入れた渦電流の式を導き，数値計算により各層のうず電流密度を求めることに成功した。この渦電流が磁気力顕微鏡の探針に与える力を求めて，探針の振動の変化を計算するところは今後の課題である。
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| 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
研究実績の概要のところに記述した通り，実用上重要な多層金属薄膜の検出に，本研究の手法が適用可能であることを実験で示したことは，非常に大きな進歩である。実験に時間がかかったため，この成果についての論文の投稿が遅れているが現在投稿準備中である。また，理論的にも，金属薄膜間の相互作用の効果をどのように取り入れるかについて明らかにできたのは大きな進歩である。さらに数値計算の技法を工夫し，相互作用が各層のうず電流分布にどのように影響を与えるかについて，定量的な検討を進めることができた。現在は理論物理の先生に相談しながら，解析的な検討を進めており，それがまとまれば，これも論文にまとめたいが，それは次年度以降の課題である。
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| 今後の研究の推進方策 |
実験としては，単層の金属や２層の金属を，本研究で提案している手法によって検出できることはすでに示した。今後の予定は，３層以上の金属でも検出できるかを確認すること，半導体試料の不純物濃度の違いを検出できるを確認すること，検出できる金属のサイズの分解能を確認することである。また，測定感度を上げるために，高磁気モーメントプローブの開発もやってみたい。それらの課題に今年度は取り組む予定である。実用上は，検出したシグナルから，金属の膜厚や表面からの深さを同定することが重要である。そのためにも，理論の検討を進めなければならない。現在まで進めてきた理論の検討により，探針の周波数が小さい間は，同層内や層間の相互作用は非常に小さいことが分かってきており，これらの相互作用を無視した理論をまず完成させ，その後，相互作用の効果を取り入れたより完全な理論を構築する計画である。
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