大 学 研 究 室 紹 介

名古屋大学

プラズマイノベーションによる学と産の世界拠点を目指して！
名古屋大学

プラズマナノ工学研究センター
副センター長、教授 堀

１．はじめに勝

ズマが使用されており、プラズマなしでエレクトロニクス

名古屋大学大学院付属プラズマナノ工学研究センター産業等は成り立たなくなってきています。換言すれば、プ（Plasma Nanotechnology Center： PLANT）は、名古屋

ラズマプロセスの進化が全産業のボトムアップを実現する

大学における21世紀 COE プログラム「先端プラズマ科学と言っても過言ではありません。さて、プラズマプロセスが拓くナノ情報デバイス」と同プログラム「自然に学ぶ材は、これまで装置に起因する外部パラメーターである、圧料プロセッシング」および文部科学省知的クラスター創成

力、パワー、流量などを変化させながら、できたものを評

事業の実績をベースに、平成18年10月１日付けで、工学研価するという試行錯誤的な手法で研究開発がなされてきま究科附属の研究センターとして発足しました。我が国には，した。このような手法では、開発までに膨大なエネルギー、核融合発電の実現のためにプラズマを研究する大型研究所資源、リソースが浪費され、今後その開発が困難になってや研究センターはいくつか存在していますが、我が国産業きています。このような問題を解決するためには、従来のを基盤から支える低温プラズマ技術に関する研究センター手法からの質的なパラダイムシフトが必要となっています。

はこれまでひとつも存在しませんでした。一方、海外に目PLANT では、「エッチング」「薄膜形成」「表面改質」などを移すと、最近、低温プラズマ技術に関する研究拠点が次々を直接決定している粒子の種類と密度とそのエネルギーでに形成されています。名古屋大学プラズマナノ工学研究セ

制御するという究極的なプラズマプロセスの研究開発とプンターは、プラズマ技術の基盤研究を大学に求める産業界ラズマナノ科学の構築により、プラズマプロセスのパラダからの切実な声にこたえ、我が国初の低温プラズマ応用にイムシフトの実現を目指しています。

関する研究センターとして発足したものです。

本稿では、その一端を紹介したいと思います。

現在、プラズマは、超大規模集積回路（ULSI）を中心とした「ナノテクノロジー」、「バイオテクノロジー」、「環２．PLANT の体制

境浄化技術」、「新機能性材料」など様々な分野で用いら

図１および図２に、PLANT における主要な研究テーマれています。特に、大規模集積回路プロセスの70%でプラと組織を示す。プラズマ科学をベースとした「基礎研究」

図１ プラズマナノ工学研究センターにおける主要な研究テーマ

図２

プラズマナノ工学研究センター組織図
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大学研究室紹介を柱として、「プロセス技術」と「デバイス技術」に関して、基礎研究部門、若手研究部門、産学連携部門が有機的に機能するように体制が構築されています。特に、プラズマは学際的な分野であるため、６つの専攻から教官が兼任で活８）種々の材料表面におけるラジカルの付着係数、反応定数の解明
９）超コンパクトラジカルモニタリング技術の開発
10）自律型ナノ製造装置の開発

動し、現在は、教授12名、准教授１名、助教１名の体制と以上の研究テーマは、企業では高いパーフォーマンスを求なっています。PLANT の大きな目玉は、産学連携研究部

めて試行錯誤的に研究開発が進められていますが、本研究門であり、同部門には、民間経験者の林俊雄教授（ULVAC）

室はプラズマ科学の構築を目指し、プラズマ中の粒子計測および関根誠教授（元東芝）が特任教授として研究を推進に基づいた情報を洞察し、科学に基づいた諸現象の解明、しています。関根教授は、堀とともに研究室（堀・関根研）

反応場の制御方法の開発、装置開発へフィードバックを推を構成し、林教授は、河野明廣教授と研究室（河野・林研）進していることが最大の特徴であり、世界でもこのようなを構成し、学生の教育を行っています。さらに、顧問およアプローチを遂行できているところは数少なくなっていま

び学外連携推進委員を設定して、国家プロジェクトの立案、す。また、研究室では、同様のアプローチで、低温多結晶参画および国内外と研究機関との連携を進めています。

シリコン、アモルファスシリコン膜の形成、グラフェンシー
トが垂直に成長したカーボンナノウォールの合成と応用、

３．研究内容現在、多岐のテーマに渡って研究が推進されていますが、本稿では SEAJ に関係する ULSI の製造プロセスに関わる

プラズマ酸化・窒化、大気圧プラズマプロセスと装置の開発、バイオ、農業へのプラズマ応用など多くの研究に取り組んでいます。

「微細加工技術」について紹介します。微細加工技術の主幹技術であるプラズマエッチングは、30年もの歴史があり、４．トピックス

リソグラフィー技術とともに ULSI の加工をリードしてき最近、研究室では、「いつでも」「どこでも」「だれもが」ました。しかしながら、近い将来の加工には、10nm の超微

簡単にプラズマ中のラジカルを計測できる超コンパクトラ細なパターンを±１nm の精度でエッチングする技術が必要

ジカルモニタリング装置の開発と同装置を組み込み、ラジになっています。林教授、関根教授並びに筆者は長年に渡っカル計測情報を基にしてエッチング速度、エッチング表面て同分野に携わってきており、同技術のさらなる進展を目

化学組成、表面温度をリアルタイムで計測し、ラジカル密指して研究を行っています。±１nm の精度の加工は、水度にフィードバックすることでエッチング特性を高精密に素原子４個程度の寸法ゆらぎしか許されていないため、エッ制御する新しい概念の装置「自律型ナノエッチング装置」

チングに寄与するイオン、ラジカルおよびそのエネルギーの開発に成功しました。図３にラジカルモニタリング装置を計測し、これらを完全に制御する技術や装置の開発が必の概略を示します。先端の寸法は、1.8mm φであるため、要であると考えられます。堀、関根研究室では、プラズマ

この針のようなプローブをプラズマ装置に導入するだけで、エッチング中の粒子の密度とエネルギーをレーザー等の多従来計測が困難であった H、O、N、C、F ラジカルの絶対くの手段を駆使して計測し、これらの粒子の表面反応過程密度を計測することが可能になりました。これまで、プラを科学的に解明することに取り組んでいます。また、このズマ中のラジカルの挙動はブラックボックスでしたが、こ研究には、SEAJ をはじめ幾つかの企業の方々との共同研れによってラジカルの情報をリアルタイムで得ることがで究を推進しています。下記に、堀・関根研における ULSI エッきるため、試行錯誤的な開発に終止符を打てるのではないチング関係のテーマを列挙いたします。
１）次世代 low-k 膜エッチングにおけるプラズマ中の電子、ラジカル計測とその表面反応の解明
２）新規エッチングガス化学（地球温暖化防止ガス）による low-k 膜の高精度・高速エッチング
３）Low-k 膜エッチングにおけるエッチングダメージの評
価とダメージレスプロセスの構築
４）ダメージフリーレジスト剥離プロセスの開発
５）イオン・ラジカルビームを用いたエッチング表面反応の基礎研究
６）次世代ゲート材料の超精密エッチングとその表面反応の解明
７）エッチングガスの衝突断面積等基礎反応定数データー
ベースの構築24

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図３

ラジカルモニタリング装置

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かとわくわくしております。また、自律型ナノエッチング装置は、ラジカル密度、エッチング速度、表面組成、表面温度をリアルタイムで計測し、最適なエッチング速度と形状になるように、装置が自ら「自己判断」「自己制御」「自己修復」するものであり、将来の量産ナノプロセス装置の姿を示すものであります。現在同装置を用いて、low-k 膜の超高精度加工を行っています。これらの装置制御を支える
基盤は図４に示すようなエッチング特性をラジカルとイオンの密度とエネルギーで表わしたプラズマ科学情報にあります。このような現実の製造に直結するような役に立つプ
ラズマ科学の創成を目指して、独立行政法人科学技術振興機構から戦略的創造研究推進事業（CREST）の支援をうけ、大阪大学（節原裕一教授）、九州大学（白谷正治教授）との共同研究を行っています。

図４

有機 Low-k 膜エッチングプロセスにおけるプラズマ科学情報（ラジカルとイオンという粒子でエッチング特性を表わす）

５．教育について現在工学部を志願する学生は大幅に減少し（20年間で半減！）、最先端テクノロジーを支える人材の教育が大問題になってきています。堀・関根研究室では、研究員４人、学生27人（ドクター８人、マスター12人、学部７人）が活動しています。図５および図６に河野・林研究室および堀・
関根研究室の写真を示します。これらの学生に対して、プラズマ研究を通して次世代の産業をリードできる人材として教育し、社会に送り出すことが我々の使命であります。
自ら考え、新しい提案の立案とともに積極的な行動を起こすことができる自律型の人材の育成に努力し、学理や産業の進展に貢献したいと思っています。
６．おわりにプラズマナノプロセスは、最先端の産業を切り開いてい図５

堀・関根研究室（中央左が関根教授、右が筆者）

る主幹技術であると同時に、未だプラズマナノ科学という学理が構築されていない未踏の科学領域です。プラズマプ
ロセスの研究開発は、科学を創りながら最先端技術をリードできると言う点では他の技術にない大きな魅力を秘めています。名古屋大学ナノ工学研究センターは、これらの科学を組織的に構築するための基盤として重要な役割を果たすことになることが期待されます。現在、海外の８つのプラズマセンターとも交流協定の締結を行い、名古屋市、愛知県との連携も進めています。プラズマ産業応用において世界をリードする学と産の世界拠点が本地域に形成されることを目指しています。
図６

河 野・ 林 研 究 室（ 左 端 上 段 が 林 教 授、 右 端 上 段 か ら二番目が河野教授）

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