Updated on 2025/06/27

写真a

 
TOYODA, Hirotaka
 
Organization
Graduate School of Engineering Electronics 1 Professor
Graduate School
Graduate School of Engineering
Undergraduate School
School of Engineering Electrical Engineering, Electronics, and Information Engineering
Title
Professor
Contact information
メールアドレス

Degree 1

  1. Doctor of Engineering ( 1988.3   Nagoya University ) 

Research Interests 1

  1. Plasma Science and Technology

Research Areas 2

  1. Others / Others  / Plasma Science

  2. Others / Others  / Atomic/Molecular/Quantum Electronics, Plasma

Current Research Project and SDGs 6

  1. Large area process by atmospheric pressure microwave line plasma

  2. Charging process on the hole bottom of high-aspect hole in etching plasma

  3. Frontier material processing and water purification by microwave plasma

  4. Analysis of angular distribution of high energy particles in etching plasma

  5. Plasma behavior of inductively/capacitively coupled plasma

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Research History 6

  1. 自然科学研究機構 核融合科学研究所   特任教授

    2020.4

  2. 名古屋大学教授(工学研究科)   教授

    2007.4

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    Country:Japan

  3. 名古屋大学助教授(工学研究科プラズマナノ工学研究センター)   助教授

    2006.10 - 2007.3

      More details

    Country:Japan

  4. 名古屋大学助教授(工学研究科)   助教授

    2000.4 - 2006.9

      More details

    Country:Japan

  5. 名古屋大学講師(工学部)   講師

    1992.4 - 2000.3

      More details

    Country:Japan

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Education 2

  1. Nagoya University   Graduate School, Division of Engineering   Department of Electrical Engineering

    - 1988

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    Country: Japan

  2. Nagoya University   Faculty of Engineering

    - 1983

      More details

    Country: Japan

Professional Memberships 3

  1. The Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research

  2. The Institute of Electrical Engineers of Japan

  3. Japan Society of Applied Physics

Committee Memberships 17

  1.   International Organizing Committee  

    2022.1 - 2022.12   

  2. International Symposium on Dry Process   Chair of Publication Committee  

    2022.1 - 2022.12   

  3. International Symposium on Dry Process   International Program Committee  

    2022.1 - 2022.12   

  4. 名古屋大学プラズマ研究60年記念シンポジウム   オーガナイザー  

    2021.7 - 2021.9   

  5. 応用物理学会東海支部   幹事  

    2021.4 - 2022.3   

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    Committee type:Academic society

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Awards 14

  1. 応用物理学会優秀論文賞

    2024.3   応用物理学会  

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    Award type:International academic award (Japan or overseas)  Country:Japan

    3D-NAND に代表されるメモリ作製技術では,反応性イオンエッチングプロセスの理解が重要であるものの,プラズマ中からバイアスされた基板へのイオンや中性粒子の輸送に関する実験的検証はその測定の困難さから現在までに検討された例は少ない.本論文では,プラズマからバイアス基板へ輸送されるイオンと中性粒子の角度分布をドリフトチューブを用いた洗練された計測法により詳細に明らかにしたものである.この中で,イオンと中性粒子の角度分布は,1 度以下の鋭いピークを持つことなどを明らかにした.得られた知見は,反応性イオンエッチングの理解を深める,半導体デバイスプロセスの深化に貢献するものであるため,本論文は応用物理学会優秀論文賞にふさわしい.

  2. 応用物理学会フェロー表彰

    2020.9   公益社団法人 応用物理学会   プロセスプラズマの気相・表面解析と新規プロセスプラズマ源創出

    豊田浩孝

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    Country:Japan

  3. Plasma Electronics Award

    2023.3   Japan Society of Applied Physics, Plasma Electronics Division  

     More details

    Award type:International academic award (Japan or overseas)  Country:Japan

  4. 第25回プラズマ材料科学賞基礎部門賞

    2024.1   名古屋大学低温プラズマ科学研究センター  

    豊田浩孝

     More details

    Award type:International academic award (Japan or overseas)  Country:Japan

    スパッタプロセスにおけるプラズマからシースを通過して基板に入射する負イオンのエネルギー分布や高アスペクト比孔における高速粒子の入射角度分布の計測,マイクロ波を用いた独自の大気圧・水中プラズマ源の開発に関する顕著な業績は、プラズマ材料科学分野の進歩・向上に多大な貢献をした

  5. 平成22年度第4回貢献賞

    2010.11   (社)プラズマ・核融合学会  

     More details

    Country:Japan

    「平成22年度作成のプラズママップに対して」

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Papers 156

  1. *Fine Structure of O Kinetic Energy Distribution in RF Plasma and Its Formation Mechanism Reviewed

    H.Toyoda, K. Goto, T. Ishijima, T. Morita, N. Ohshima, K. Kinoshita

    Applied Physics Express   Vol. 2 ( 12 ) page: 126001-(1-3)   2009.11

     More details

    Authorship:Last author, Corresponding author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

  2. Design of Large-Area Surface Wave Plasma Excited by Slotted Waveguide Antennas with Novel Power Divider Reviewed

    Tatsuo Ishijima, Hirotaka Toyoda, Yudai Takanishi, and Hideo Sugai

    Jpn. J. Appl. Phys.   Vol. 50   page: 036002   2011.3

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

  3. *Generation processes of super-high-energy atoms and ions in magnetron sputtering plasma Reviewed

    Y. Takagi, Y. Sakashita, H. Toyoda, and H. Sugai

    Vacuum   Vol. 80 ( 6 ) page: 581-587   2006.3

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

  4. *Evidence of Radical-free Etching of SiO2 by Fluorocarbon Molecules under Ion Bombardment Reviewed

    N. Takada, H. Toyoda and H. Sugai

    Transacitons of the Materials Research Society of Japan   Vol. 30 ( 1 ) page: 319-322   2005

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

  5. *Suppression of Oxygen Impurity Incorporation into Silicon Films Prepared from Surface-Wave Excited H2/SiH4 Plasma Reviewed

    S. Somiya, H. Toyoda, Y. Hotta and H. Sugai

    Jpn. J. Appl. Phys.   Vol. 43 ( 11A ) page: 7696-7700   2004

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

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Books 4

  1. RF Power Semiconductor Generator Application in Heating and Energy Utilization

    Hirotaka Toyoda( Role: Joint author)

    2020  ( ISBN:978-981-15-3547-5

     More details

    Language:English Book type:Scholarly book

  2. メタルスパッタリングプラズマの高度化とその最新動向

    ( Role: Joint author)

    電気学会技術報告書 第1162号2009年7月 pp.11~14  2009.7 

     More details

    Language:Japanese

  3. スパッタ実務(Q&A集)

    ( Role: Joint author)

    ㈱技術情報協会  2009.1 

     More details

    Language:Japanese

  4. 最新プラズマプロセスのモニタリング技術と解析・制御

    豊田浩孝( Role: Joint author)

    リアライズ社  1997 

     More details

    Language:Japanese

Presentations 878

  1. Large volume liquid treatment with high-density microwave plasma Invited International conference

    Hirotaka Toyoda

    Plasma Thin Film International Meeting (PLATHINUM2021)  2021.9.13 

     More details

    Event date: 2021.9

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (keynote)  

    Venue:Virtual Meeting(France)  

  2. High-energy Negative Ions in Sputtering Plasma - Energy Distribution and Its Spatial Variation - Invited International conference

    Hirotaka Toyoda

    3rd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics 

     More details

    Event date: 2019.11

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (keynote)  

    Country:China  

  3. 二周波重畳容量結合型プラズマのRF電極に入射する イオン角度分布のエネルギー分解計測と機械学習を用いた解析手法

    Kim Dohan,川村 隼也, 内藤 真誉, 鈴木 陽香, 飯野 大輝,福水 裕之,栗原 一彰,豊田 浩孝

    第72回応用物理学会春季講演会  2025.3  応用物理学会

     More details

    Event date: 2025.3

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

    Venue:東京理科大学野田キャンパス   Country:Japan  

  4. 二周波重畳容量結合型プラズマの電極への正パルス電圧印加が高アスペクト比ホール底部の電荷蓄積に与える影響

    菊池 拓哉,赤塚 勇大, 鈴木 陽香,森山 誠, 田村 晃汰, 久保井 宗一, 飯野 大輝,福水 裕之,栗原 一彰,豊田 浩孝

    第72回応用物理学会春季講演会  2025.3  応用物理学会

     More details

    Event date: 2025.3

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

    Venue:東京理科大学野田キャンパス   Country:Japan  

  5. 二周波容量結合型Ar/Krプラズマにおける質量およびエネルギー分解 イオン角度分布の計測

    内藤 真誉, 川村 隼也,Kim Dohan, 藤谷 航大, 鈴木 陽香, 飯野 大輝,福水 裕之,栗原 一彰,豊田 浩孝

    第72回応用物理学会春季講演会  2025.3  応用物理学会

     More details

    Event date: 2025.3

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (general)  

    Venue:東京理科大学野田キャンパス   Country:Japan  

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Research Project for Joint Research, Competitive Funding, etc. 12

  1. 導電性機能材料の合成に向けた高機能プラズマ装置の開発

    Grant number:2719JC059c  2021.4 - 2022.3

    研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP)  委託研究開発費

    豊田浩孝

      More details

    Grant type:Competitive

    Grant amount:\10205000 ( Direct Cost: \7850000 、 Indirect Cost:\2355000 )

  2. 導電性機能材料の合成に向けた高機能プラズマ装置の開発

    Grant number:2719JC059c  2020.4 - 2021.3

    研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP)  委託研究開発費

    豊田浩孝

      More details

    Grant type:Competitive

    Grant amount:\5265000 ( Direct Cost: \4050000 、 Indirect Cost:\1215000 )

  3. 流動液体処理に対応した高機能プラズマ装置の開発とその応用

    2018.10 - 2019.9

    研究成果最適展開支援プログラム シーズ育成タイプFS 

    笹井建典

      More details

    Grant type:Competitive

  4. ハイバリア透明導電フィルム用平坦成膜装置の開発

    2012.10 - 2015.3

    研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラム 

    豊田 浩孝

      More details

    Grant type:Competitive

  5. VHF・マイクロ波による新しいプラズマ生成機構の開発

    2010.2 - 2011.1

    (独)科学技術振興機構 

      More details

    Grant type:Competitive

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KAKENHI (Grants-in-Aid for Scientific Research) 23

  1. Study of heat and particle transport in liquid metal flow plasma facing walls for fusion reactors

    Grant number:25K00990  2025.4 - 2028.3

    Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

      More details

    Authorship:Coinvestigator(s) 

  2. 気体流および液体流を用いた弱減圧マイクロ波プラズマ生成と応用

    Grant number:22H01210  2022.4 - 2025.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    豊田 浩孝, 鈴木 陽香

      More details

    Authorship:Principal investigator 

    Grant amount:\17420000 ( Direct Cost: \13400000 、 Indirect Cost:\4020000 )

    従来の真空容器や排気システムを必要とする減圧プラズマは,処理対象物が真空内に持ち込まれるため大気環境でしか用いることのできない処理対象物に対応できない,応用範囲が限られる,といった課題があった.これに対し大気圧プラズマはこれらの制限から解放される点で大きな利点がある一方で,プラズマ生成そのものが困難であるという問題を抱えている.本研究は,高速流体を用いた弱減圧形成によりプラズマ生成を易化するとともに,大気圧環境下に置かれた処理対象物を高効率で処理できる手法を開発することを目指し,弱減圧プラズマの利点を明らかにし,処理の高効率化の指針を得ることを目的とする.
    本年度は気体実験を可能とするプラズマ装置を立ち上げた.高速ガス流を形成するため,圧縮空気供給系を用いたガス導入系を用意し,ガス流路に狭隘部(断面積0.5mm2程度)を用意した。そのうえで、計測の手始めとして,これまでガス流体系での計測が行われていない圧力計測を行ったところ.流量の増加とともに放電ギャップ部の圧力が減少し、0.5気圧程度までの減圧化を実現できることが確認された。次にこの結果の確認を受けて,パルスマイクロ波を印加して放電をおこなったところ、プラズマの生成に成功した。さらにガス流量に対して放電開始電力を測定したところ、流量増加にともなって放電開始のマイクロ波電力がより低くできることも明らかとなり、弱減圧がプラズマ生成に対する効果を持っていることが確認された。
    また、放電開始電力の圧力依存性について、電磁界シミュレーションを援用しつつ理論的検討を行った。大気圧領域から0.5気圧程度の減圧領域においては、マイクロ波絶縁電界は圧力にほぼ比例することが理論的に知られており、電磁界シミュレーションにより投入マイクロ波電力における放電ギャップ内電界を評価したところ、およそ理論値に近い値となることが確認され、また放電開始電力の圧力依存性についても若干のくいちがいも見られるもののおよそ理論に近い依存性が確認された。
    さらに、予備実験であるが、プラズマ領域を通過したガス流を用いて樹脂(PET)の表面親水化特性も評価し、親水化処理が可能であることを実証できた。
    ガス流による減圧効果の発現有無については、ガス流が圧縮清流体であり研究代表者がこれまでに進めてきた液体(非圧縮清流体)とは異なるため、減圧化が容易であるかどうかは不明であった。しかしながら、初期実験において減圧化が確認でき、さらにはこれに応じてプラズマ生成に成功した。さらには、ガス流を増加させることにより圧力を下げることができ、これに伴い放電開始マイクロ波電力を低く抑えることができることも実証できた。これらのことは、当初の本研究の大きな目的のひとつを実現できたという点で大きな成果である。
    さらに、本効果を理論的に検討する試みをおこない、当初の研究計画をさらに進める形で放電開始電力の流量依存性の実験結果を電磁界シミュレーションおよび放電開始マイクロ波電界の理論値を用いて比較検討することができた。結果としておよそ妥当な結果が得られることが確認され、本手法の妥当性を理論的にも確認できたことは重要な成果である。
    また、プラズマ処理したガス流による樹脂表面親水化も実験的に示すことができたことは、本装置の応用分野展開を考えるうえでの成果と考えている。
    本年度の研究により、ガス流を用いた減圧化と放電の易化を実証することができたが、その一方でガス流を増加した際の圧力減少がある流量から理論を外れ、思ったほどの減圧が得られないことも確認された。現在は0.5気圧より低い圧力を実現するのが困難な状況である。この原因のひとつはガス流速が音速を超えて高速化した場合、音速を超えたガス流が下流領域において改めて減速し音速を下回る際に衝撃波を発生しガス流れを阻害することにあると考えている。これは液体流による減圧化とは大きく異なる圧縮性流体における現象であり、より低い圧力を実現するためには、この問題を解決することが必要であると考えている。
    今後は流体シミュレーションを用いたガス流れの解析を進めるとともに、衝撃波発生を抑制できるノズル構造の最適化を検討する。特にノズル構造の最適化に関してはシミュレーションのみでは解決が困難で実験が必須であると考えているが、その一方では多数個の異なるノズル構造を試作加工し実験に供するには時間及びコストに問題があると考えている。そこで3Dプリンタを用いて樹脂を用いたノズル構造のモックアップを製作し、これを用いた実験的なノズル構造最適化を進めていく。そのうえで、最適化された構造で金属加工されたノズルを製作し、これを用いて放電実験に着手する計画である。これにより、より広い圧力範囲において実験が可能になると考えており、分光計測、放電開始電力計測、プラズマ密度計測などにおいて系統的な実験結果が得られるものと考えている。

  3. 気体流および液体流を用いた弱減圧マイクロ波プラズマ生成と応用

    Grant number:23K22481  2022.4 - 2025.3

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    豊田 浩孝, 鈴木 陽香

      More details

    Authorship:Principal investigator 

    Grant amount:\17420000 ( Direct Cost: \13400000 、 Indirect Cost:\4020000 )

    本研究はこれまでに詳細な研究が進められていなかった大気圧よりやや減圧化された弱減圧環境でのプラズマ生成とその応用を進めるものである.具体的には,従来にない新たな手法である高速流誘起減圧環境を用いて真空ポンプを用いることなく容易にプラズマ生成を実現するとともに,本装置の最適な流路構造を明らかにする.さらに,本装置の応用展開としてさまざまな材料の表面改質に取り組む.
    従来の真空容器や排気システムを必要とする減圧プラズマは,処理対象物が真空内に持ち込まれるため大気環境でしか用いることのできない処理対象物に対応できない,応用範囲が限られる,といった課題があった.これに対し大気圧プラズマはこれらの制限から解放される点で大きな 利点がある一方で,プラズマ生成そのものが困難であるという問題を抱えている.本研究は,高速流体を用いた弱減圧形成によりプラズマ生成 を易化するとともに,大気圧環境下に置かれた処理対象物を高効率で処理できる手法を開発することを目指し,弱減圧プラズマの利点を明らか にし,処理の高効率化の指針を得ることを目的とする.
    昨年度までの研究において,減圧効果の発現とプラズマ生成に成功しているが,導入するガス流量が大きく,簡便性を考えるとより低流量で効率的に減圧環境を生成することが好ましい.そこで,本年度は流路構造のさらなる改善を試みた.流路構造を検討するにあたりまず流体シミュレーションによる検討を進めたが,必ずしも実際の結果を反映するものが得られるとはいえない.一方で,流路を製作するには加工が非常に困難であり,また多数のモックアップ製作に時間とコストがかかる.そこで,本研究では3Dプリンタを用いて様々な構造の流路を試作し,その減圧効果を比較することによって,最適構造を求めた.その結果,22L/minの空気において,従来と比較し圧力を50%以上減圧化することに成功した.
    効率的な減圧環境生成は実験の遂行にとって重要な意味を持つ.本年度の研究は減圧環境の効率的形成実現を目指して,新たに3Dプリンタを用いた試作という手法に着眼し,その実験をおこなった.その結果として大気圧の20%を切る減圧環境形成に成功することができた.我々の理論的検討によれば,放電圧力を大気圧に対して20%とすることにより,絶縁破壊電界は同様に20%に抑制でき,そのことは絶縁破壊時の電力を数%まで抑制できることになる.実際に,改善された環境においてマイクロ波放電をおこなったところ,従来よりも低電力で安定にプラズマを生成することに成功している.また,この装置を用いた表面親水化処理をおこなったところ親水性発現がなされることも確認しており,本研究は比較的順調に進行していると考えている.
    これまでの研究によって安定した弱減圧プラズマ生成に成功していることから,本年度は本プラズマ源の応用展開について検討する.具体的には様々な産業分野で用いられている粉体表面処理に着目し,粉体親水化処理への応用展開可能性について検討をおこなう.具体的には研究代表者が現有している粉体供給装置を用い,ガス流路に高速空気流を流すとともに,そこに粉体を混合させプラズマ領域を通過させる.この結果得られる処理粉体について,接触角計などを用いた親水化効果の確認をおこない,本装置の応用可能性を明らかにしていく.

  4. ターゲットを均一に利用する無磁場マイクロ波スパッタ製膜

    2012.4 - 2014.3

    科学研究費補助金 

    豊田 浩孝

      More details

    Authorship:Principal investigator 

  5. 大気圧プラズマ密度計測の高精度化

    2009.4 - 2012.3

    科学研究費補助金  基盤研究(C)

    豊田 浩孝

      More details

    Authorship:Principal investigator 

    大気圧プラズマは、真空システムを用いないなど、従来のプラズマ源にない利点を有しており、表面処理などさまざまな分野への応用が進められている。また、それにともない本プラズマのプラズマ密度等の基礎的なプラズマ特性評価について高精度な計測手法が求められている。大気圧プラズマの電子密度測定法としては一般にシュタルク拡がりから算出する手法が用いられているが、本研究代表者らは、その時分解測定において放電時に印加される外部電界がシュタルクスペクトルの拡がりに影響を及ぼす可能性を指摘してきた。本研究はこの点に着目し、外部電界のスペクトル拡がりおよび密度測定に及ぼす影響を実験的に明らかにするとともに、より高精度なプラズマ密度測定法の指針を得ることを目的とする。

    本年度は、スペクトルに対する電界の影響を評価する方法として、電界に対して平行および垂直方向のH_βスペクトル偏光面それぞれに対するスペクトル分裂の違いを利用した電界計測を試みた。まず、放電印加電界方向に対して、平行および垂直方向に偏光面を持つHβ線のスペクトル分裂の違いを計算し、電界強度が10^6V/m台以上になると、電界に対する垂直及び平行な偏光面を持つスペクトルの間に大きな違いが現れることを確認した。この結果を基に、大気圧マイクロ波プラズマにおいて両者のスペクトル拡がりの違いを測定したところ、放電開始初期1μs以下においてスペクトル線幅の違いを確認することができた。さらに、本手法により電界強度の時間変化を求めたところ、放電開始直後に強い電界強度がプラズマ生成の時間発展とともに急激に減少していくことを示すことができた。これらの結果は、本研究の当初目的のひとつであるスペクトル線幅に対する電界の影響を実証できたことを意味しており、本年度は本研究の大きな成果の一つを得ることができた。

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Industrial property rights 19

  1. プラズマ生成装置、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

    豊田浩孝、堀 勝、関根 誠、竹田圭吾、三好秀典、伊藤仁、久保田雄介

     More details

    Applicant:東京エレクトロン株式会社、国立大学法人名古屋大学

    Application no:特願2012-28187  Date applied:2012.2

    Announcement no:特開2012-199226  Date announced:2012.10

    Patent/Registration no:特許第5921241号  Date registered:2016.4 

    Country of applicant:Domestic  

  2. プラズマの装置、プラズマ処理ユニット及びプラズマ処理方法

    菅井秀郎、豊田浩孝、伊関清司、辰巳敏実

     More details

    Applicant:学校法人中部大学、国立大学法人名古屋大学、東洋紡績株式会社、株式会社システック

    Application no:特願2008-069890  Date applied:2008.3

    Announcement no:特開2009-224269  Date announced:2009.10

    Patent/Registration no:特許番号第5317162  Date registered:2013.7 

    Country of applicant:Domestic  

  3. マイクロ波プラズマ生成装置

    豊田 浩孝,笹井 建典

     More details

    Application no:2015-130939  Date applied:2015.6

    Announcement no:2017-016828  Date announced:2017.1

    Country of applicant:Domestic  

  4. プラズマ発生装置およびその利用

    豊田 浩孝, 高橋 朋大, 高島 成剛, 伊藤 美智子, 北川 富則, 野村 記生

     More details

    Applicant:国立大学法人名古屋大学, 公益財団法人名古屋産業振興公社, 株式会社三進製作所

    Application no:特願2013-180391  Date applied:2013.8

    Announcement no:特開2015-50010  Date announced:2015.3

    Country of applicant:Domestic  

  5. マイクロ波導波装置、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

    伊藤 仁, 久保田 雄介, 豊田 浩孝, 堀 勝

     More details

    Applicant:東京エレクトロン株式会社, 国立大学法人名古屋大学

    Application no:特願2013-43404  Date applied:2013.3

    Announcement no:特開2014-175051  Date announced:2014.9

    Patent/Registration no:特許第5725574  Date registered:2015.4 

    Country of applicant:Domestic  

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Teaching Experience (On-campus) 17

  1. Seminar on Plasma Electronics 1C

    2022

  2. Seminar on Plasma Electronics 1A

    2022

  3. Plasma Physics and Engineering

    2022

  4. Plasma Physics and Engineering

    2022

  5. Seminar on Plasma Electronics 2B

    2022

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Teaching Experience (Off-campus) 3

  1. プラズマ工学

    2023.12 Kyushu University)

     More details

    Level:Undergraduate (specialized)  Country:Japan

  2. プラズマ工学

    2021.11 Kyushu University)

     More details

    Level:Undergraduate (specialized) 

  3. 大学院特別講義

    2009.4 - 2010.3 三重大学)