【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.26】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24NU0238

利用課題名 / Title

リモート水素プラズマ内のポリイミド上の水素原子の密度分布計測

利用した実施機関 / Support Institute

名古屋大学 / Nagoya Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

原子計測,ラジカル計測,低温プラズマ,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,先端半導体（超高集積回路）/ Advanced Semiconductor (Very Large Scale Integration)

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

竹田 圭吾

所属名 / Affiliation

名城大学理工学部電気電子工学科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

石川 健治

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NU-243：真空紫外吸収分光計

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　近年、DXやAI技術の進展に伴い、ロジックICなど半導体デバイスの更なる高性能化が求められている。この課題の達成には、半導体デバイスの製造に多用される低温プラズマを用いたプロセスにおいて、基材表面で誘起されるエッチングや膜堆積などの反応過程の基礎を更に理解し、それら得られた知見を活用した技術の更なる高度化が必須である。しかし、低温プラズマで生成され、上記の反応を起こすイオンや中性の原子やラジカルの振る舞いすら未だ十分に理解されておらず、まずはそれらの定量的な計測を行うことが求められている。本研究では、誘導結合型水素プラズマから照射される水素原子のポリイミド表面での反応を定量的に分析することを目的に、ステージに設置したポリイミド上での水素原子の空間分布の計測実験を行った。

実験 / Experimental

本研究の実験で使用する真空チャンバー装置は石英管に銅管をコイル状に巻き付けたアンテナ構造を有する誘導結合型プラズマ源（ICP）を備え、そのチャンバー内部にはICP源から300 mm離れた位置に配置されたステンレス製の円形ステージ上に設置されたポリイミドフィルムを設置している。本研究ではICPから供給される水素原子のステージ上での密度を計測するため、チャンバー側壁には真空紫外吸収分光（VUVAS）システムも取り付けられている。VUVASシステムはマイクロ放電ホローカソードランプ（MHCL）を光源とし、ステージ表面からその上部にかけて水素原子の密度分布を計測できるよう走査機構を有している。今回行った実験の条件としては、ICP源には水素ガスを50 sccmの流量で導入し、チャンバー圧力を5、7.5、10 Paと一定に保ち、ICPアンテナにはRF電力200 W（13.56MHz）を供給して水素プラズマを生成した。そして、上記の走査機構を有するVUVASシステムを用いてポリイミド上の水素原子の絶対密度分布を計測した。

結果と考察 / Results and Discussion

　本研究において実験により計測されたポリイミド近傍での水素原子密度は、5、7.5、10 Paとプラズマ生成圧力の上昇とともに増加する傾向がみられたものの、いずれの圧力条件下においても、ポリイミドに近づくにつれて減少する同様の傾向がみられた。このポリイミド近傍での水素原子の密度減少は、ポリイミド上で生じる水素原子の付着や再結合など表面反応が原因であると考えられる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 竹田圭吾, プロセスプラズマにおける活性種挙動の分光診断, 第81回CVD研究会 (静岡), 令和6年8月28日
2. 南谷将平, 竹田圭吾, 平松美根男, “誘導結合型水素プラズマ照射下のポリイミド表面近傍の水素原子計測”, 第85回応用物理学会秋季学術講演会 (新潟), 令和6年9月19日
3. 南谷将平, 竹田圭吾, 平松美根男, “リモートH2プラズマ照射された無機・有機材料上の水素原子の表面損失確率の計測”, 第 11 回 応用物理学会 名古屋大学スチューデントチャプター 東海地区学術講演会 (愛知), 令和6年11月2日
4. S. Nanya, K. Takeda, M. Hiramatsu, “Measurement of surface reactions of hydrogen atoms on substrates irradiated by H2 inductively coupled plasma”, 45th International Symposium on Dry Process (北海道), 令和6年11月15日
5. 南谷将平, 竹田圭吾, 平松美根男, “低温プラズマから供給された水素原子の基材表面分布”, 第72回応用物理学会春季学術講演会 (千葉), 令和7年3月16日

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件