3.3 ミクロ熱流動研究部門
3.3.3 ミクロ粒子流研究分野
（研究目的）
ミクロ粒子流研究分野では、次世代ナノスケールデバイスにおける高精度プロセスを目指し、プラ ズマプロセス、ビームプロセスや原子操作プロセスにおけるミクロ活性粒子（電子、正負イオン、
原子・分子、ラジカル、フォトン）と物質との相互作用（エッチング加工、薄膜堆積、表面改質）
に関する研究や、これら原子分子プロセスに基づいた先端バイオナノプロセスに関する研究を進め ている。さらに、実験と計算を融合し、原子層レベルの表面反応制御を実現できるインテリジェン ト・ナノプロセスの構築を目指している。
（研究課題）
(1) 環境共生型プラズマプロセスの研究 (2) ３次元ナノ構造ビーム加工技術の研究 (3) 高密度フォトンと物質との相互作用の研究 (4) 高精度プロセスセンシング技術の研究
（構成員）
教授 1 名（寒川 誠二）、助手１名（熊谷 慎也）、技官１名（尾崎 卓哉）
（研究の概要と成果）
(1)環境共生型プラズマプロセスの研究
高精度シリコン酸化膜エッチングに必要不可欠な CF3+イオンおよび CF2ラジカルをプラズマ中で選択 的に高濃度に生成できるガス構造を検討し、C-I 結合、C=C 結合をもつ CF3I ガスと C2F4ガスがそれ ぞれ CF3+イオンおよび CF2ラジカルの効率的なソースなることを実証した。これらのガスを日本電気
㈱、東京エレクトロン㈱と共同で実際に半導体量産工場で使用されているエッチング装置にて実証 実験を行い、従来性能に比べエッチング速度は２倍、マスク材料との選択性も２倍となり径８０nm 高 アスペクト微細コンタクトホール加工に初めて成功した。
(2)３次元ナノ構造ビーム加工技術の研究
高効率低エネルギー中性粒子ビーム生成装置を開発し、高精度デジタルプロセス実現を目指して研 究を行っている。従来の中性粒子ビーム生成は正イオンの電荷交換機構により生成されているため 極めて効率が悪く運動エネルギーを低くすることが出来ないという問題点があった。本研究では新 たにフッ素負イオンを加速し、10eV 程度の運動エネルギーで中性化率１００％を世界で初めて達成 した。この条件で Si のエッチング速度が 6000A/min 以上に達し、低エネルギーで高密度の中性粒子 ビーム生成が実証された。
(3)低エネルギー高密度フォトンと物質との相互作用の研究
高密度反応性プラズマにより生成する放射光（特に真空紫外光）の表面反応やデバイス特性に与え る影響について研究している。特に固体撮像素子デバイス（ＣＣＤ）において画像劣化の原因とな っている暗電流はプラズマからの紫外光照射によることを三洋電機㈱と共同で突き止めた。さらに、
μ秒パルス変調プラズマを用いることによりプロセス中の紫外光の発生を抑制でき、暗電流を 1/10 にすることに成功し、結果としてＣＣＤの感度を１０倍にすることに成功した。
(4)高精度プロセスセンシング技術の研究
プラズマプロセス、ビームプロセスおよび原子分子操作プロセスにおいて、ミクロに表面に入射す る活性種のエネルギー、種類、反応生成物、導電性などのセンシングを行うオンウエハーモニタリ ングシステムの研究を行っている。コンタクトホールエッチング中における側壁導電性測定に成功 し、側壁に堆積するフロロカーボンポリマーがイオンでたたかれることで膜がグラファイト化（Ｃ
＝Ｃが増える）することにより導電性が増加することを突き止めた。また、基板表面に入射するイ オンエネルギー分布を測定するセンサーの開発を精力的に進めている。
（主要論文リスト）
Murata K., Mizutani Y., Iwasaka E., Takashima S., Hori M, Goto T., Samukawa S. and Tsukada T.
Growth of Pereferentially Oriented Microcrystaloline Silicon Film using Pulse-Modulated
UHF Plasma,
Japanese Journal of Applied physics, Vol.40 (2001), pp.L4-L6.
Samukawa S., Sakamoto K. and Ichiki K.
High-performance Neutral Beam Generation using Inductively Coupled Plasma, Japanese Journal of Applied Physics，Vol.40 (2001)，pp.L779-L782．
Samukawa S., Sakamoto K. and Ichiki K.
High-Efficiency Low Energy Neutral Beam Generation Using Negative Ions in Pulsed Plasma, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.40 (2001), pp.L997-L999.
Samukawa S., Ishikawa Y., Kumagai S. and Okigawa M.
On-wafer Monitoring of Vacuum-ultraviolet Radiation Damage in High-density Plasma Processes,
Japanese Journal of Applied Physics, Vol.40 (2001), pp.L1346-L1848.
Samukawa S., Sakamoto K. and Ichiki K.
High Performance Neutral Beam Generation System for Precise Etching Processes, Proceedings of International Conference on Phenomena in Ionized Gases, Vol.1, (2001), pp.131-132.
Sakamoto K., Ichiki K. and Samukawa S.
High Performance Neutral Beam Generation Using Negative Ions for Precise Etching Processes,
Proceedings of 1st International Symposium on Dry Process, Vol.23 (2001), pp.11-15.
Ishikawa Y., Okigawa M., Kumagai S. and Samukawa S.
Reduction of Vacuum-Ultraviolet Radiation Damage in Pulse-Time-Modulated Plasma, Proceedings of 1st International Symposium on Dry Process, Vol.23 (2001), pp.43-47.
Iwasaka E., Mizutani Y., Matutani M., Murata K., Takashima S., Hori M., Goto T., Samukawa S. and T.tsukada
Formation of Preferentially Oriented Microcrystalline Silicon Thin Films In Pulsed Modulated UHF Plasma CVD,
Proceedings of International Conference on Phenomena in Ionized Gases , Vol.2 (2001), pp.43-44.
Mizutani Y., Iwasaka E., Matutani M., Murota K., Takashima S., Hori M., Goto T., Samukawa S. and Tsukada T.
Kinetics of Hydrogen Atoms in UHF SiH4/H2 Plasma for High Quality Microcrystallin Silicn Thin Films Formation,