高磁場のみで金属プラズマを発生、安定に維持：最新の半導体製造工程に適用可能

豊橋技術科学大学と東北大学の研究グループは、マイクロ波共振器で形成される高磁場のみで金属プラズマを発生させ、安定に維持できることを発見した。今回の研究成果は、最新の半導体製造プロセスにも適用できる可能性があるという。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

レアアースやレアメタルの還元手法に適用も

　豊橋技術科学大学電気・電子情報工学系の藤井知教授と東北大学大学院工学研究科応用化学専攻の福島潤助教らによる研究グループは2023年2月、マイクロ波共振器で形成される高磁場のみで金属プラズマを発生させ、安定に維持できることを発見したと発表した。今回の研究成果は、最新の半導体製造プロセスにも適用できる可能性があるという。

　プラズマ技術は、自動車やプロジェクターのヘッドランプ、半導体デバイスの微細加工プロセスなど、幅広い用途に用いられている。ところが、プラズマを維持するために、これまでは液体やガスをチャンバーへ導入し、高電圧や高周波によって形成された高電場環境で、原子や分子を電離させ、エネルギーを与え続ける必要があった。

　今回用いたTM₁₁₀モード型のマイクロ波共振器内では、中心軸上に高磁場が発生する。これに金属を導入すると誘導電流が発生し、金属は加熱される。温度が融点の半分程度に達すると熱電子や金属原子を放出する。電子は磁場で回転し、原子と衝突することで放電が始まるという。

金属直接励起プラズマ 出所：豊橋技術科学大学他

　しかも、プラズマは導体であることや、プラズマ形成領域を二重石英管の内側に制限したことで、原料が無くなるまで高磁場からプラズマにエネルギーを供給できる状態を維持することが可能となった。開発した手法は、レアアースやレアメタルの還元にも適用でき、材料分野の革新につながる可能性があるという。

　研究グループは、フルヤ金属と共同でNEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）先導研究プログラム「酸化スカンジウム精錬技術の高度化に向けた装置開発と応用」に取り組んでいる。今回の成果はその目標達成に寄与できるとみている。

マイクロ波励起プラズマプロセスの展開 出所：豊橋技術科学大学他