プラズマエッチングによる自己組織的ナノ構造形成過程の分析

• Project Area: Creation of Science of Plasma Nano-Interface Interactions
• Project/Area Number: 22110515
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kochi University of Technology
• Principal Investigator: 八田 章光 高知工科大学, 工学部, 教授 (50243184)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2011: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2010: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: ナノ材料 / プラズマエッチング / スパッタリング / DLC / 電界電子放出 / ウィスカー / ダイヤモンドライクカーボン

Research Abstract

DLCの酸素エッチングで表面にナノ構造が発現する原因としてCu製サンプルステージが酸素イオンによってスパッタされ、サンプル表面に付着することを分光測定などによって確認した。ステージのスパッタ不純物を抑制するカバーを取り付け、ナノサイズマスクが意図されたスパッタによってのみ制御されるよう装置を改良した。さらにRFプラズマCVD法によるDLC薄膜の成膜時にも4インチシリコンウエハーの表面のみがプラズマに照射されるよう装置に改良を加えた。またエッチング中に金属微粒子や尖鋭なナノサイズ突起構造から電界電子放出が期待されることから、意図的に電子放出を促進する効果を検証する目的で、エッチング中に紫外線レーザー照射を行った。
DLCウィスカー形状の時間変化についてエッチング初期のナノ構造の発現と、その後エッチングが進む中での形状変化に区別してモデルを検討した。エッチング中のDLCウィスカーの形状変化については尖鋭な先端部がチャージアップしてイオンの軌道に影響し、先端部へのイオン照射が緩和されることにより、先端に対して底部で選択的にエッチングがすすむというモデルを提案した。エッチング初期にDLC表面にラフネスや微細な構造が発現するメカニズムについては、サンプルステージからスパッタされて付着したCuや意図して付着させたFe等のナノサイズマスク効果が必要であることが明らかとなった。紫外線レーザー照射効果についてはレーザーのパワー密度が放電のRFパワーに比べて微弱であったことなどにより顕著な効果は確認されなかった。

Research Products

• [Journal Article] Formation of Nanofibers on the Surface of Diamond-Like Carbon Films by RF O_2 Plasma Etching (2011)
  • Author(s): Tooru Harigai, Hirofumi Koji, Hiroshi Furuta, Akimitsu Hatta
  • Journal Title: Jpn.J.Appl.Phys. Volume: 50
  • Peer Reviewed
• [Presentation] RF酸素プラズマエッチングによるナノ構造発現要因の解析と制御 (2012)
  • Author(s): 針谷達, 小路紘史, 新田紀子, 古田寛, 八田章光
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] Texturing of Nanofibers on Diamond-Like Carbon Film Surface during RF O_2 Plasma Etching (2012)
  • Author(s): T.Harigai, H.Koji, H.Furuta, A.Hatta
  • Organizer: IC-PLANTS 2012 (5th Int.Conf.on Plasma Nanotechnology & Science
  • Place of Presentation: 犬山市
  • Year and Date: 2012-03-09
• [Presentation] Fabrication of diamond whiskers by RF O_2 plasma etching with thin Ni film coating (2012)
  • Author(s): Kazuomi Kageyama, Tooru Harigai, Hirofumi Koji, Hiroshi Furuta, Akimitsu Hatta
  • Organizer: ISPlasma2012 (4th Int.Symp.Advanced Plasma Science and its Application for Nitrides and Nanomaterials
  • Place of Presentation: 春日井市
  • Year and Date: 2012-03-04
• [Presentation] 酸素RFプラズマエッチングによるDLC表面上ナノファイバーの自己組織的形成 (2011)
  • Author(s): 針谷達, 湯浅祐二, 古田寛, 八田章光
  • Organizer: Plasma Conference 2011
  • Place of Presentation: 金沢市
  • Year and Date: 2011-11-22
• [Presentation] 酸素プラズマエッチングによるDLC膜表面への自己組織的ナノ構造形成 (2011)
  • Author(s): 針谷達, 小路紘史, 村尾優, 古田寛, 八田章光
  • Organizer: 第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形市
  • Year and Date: 2011-08-29
• [Presentation] Modification of DLC surface by RF Oxygen plasma etching (2011)
  • Author(s): Tooru Harigai, Hirofumi Koji, Hiroshi Furuta, Akimitsu Hatta
  • Organizer: 24th Symp. on Plasma Science for Materials (SPSM-24)
  • Place of Presentation: 吹田市
  • Year and Date: 2011-07-19
• [Presentation] Fabrication of nano-whiskers by oxygen plasma etching of DLC films (2011)
  • Author(s): T.Harigai, M.Murao, H.Kohji, H.Furuta, A.Hatta
  • Organizer: 11th Int.Symp.Sputterig & Plasma Processes (ISSP 2011)
  • Place of Presentation: 京都市
  • Year and Date: 2011-07-06
• [Presentation] Effects of Deposited Meatal on Formation of Carbon Nanostructure by O_2 RF Plasma (2011)
  • Author(s): T.Harigai, H.Kohji, A.Hatta
  • Organizer: Int.Conf.on New Diamond and Nano Carbon 2011
  • Place of Presentation: 松江市
  • Year and Date: 2011-05-16
• [Presentation] "Formation of Nano-Whiskers on DLC film surface by O_2 RF Plasma Etching (2011)
  • Author(s): Tooru Harigai, Hirofumi Koji, Akimitsu Hatta
  • Organizer: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学
  • Year and Date: 2011-03-24
• [Presentation] Fabrication of Diamond-Like Carbon Nano-whiskers (2010)
  • Author(s): Tooru Harigai, Akimitsu Hatta
  • Organizer: 63rd Gaseous Electronics Conf.& 7th Int.Conf.on Reactive Plasmas
  • Place of Presentation: フランス、パリ
  • Year and Date: 2010-10-05
• [Presentation] 反応性プラズマによるナノテクノロジー(Nanotechnology by Reactive Plasma) (2010)
  • Author(s): 八田章光
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学
  • Year and Date: 2010-09-14