高密度プラズマPVDによる次世代超硬質窒化物薄膜合成

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09480091
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 三宅 正司 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (40029286)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 庄司 多津男 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50115581) ; 節原 裕一 大阪大学, 接合科学研究所, 助手 (80236108) ; 巻野 勇喜雄 大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (20089890)
• Keywords: ヘリコン波励起プラズマ / 真空アークプラズマ / 窒化炭素薄膜 / 超硬質薄膜 / 高密度プラズマ

Research Abstract

平成9年度の研究としては、1)ヘリコン波励起型高励起高密度窒素プラズマ特性の研究、および2)ボロンおよびカーボン真空アークプラズマ特性の研究を実施した。
まず1)のテーマに関しては、これまでアルゴンのみならず酸素、窒素あるいは水素などの分子気体中でのヘリコン波励起高密度プラズマ生成に成功しているが、C3N4の窒化物超硬質薄膜合成においては、特に窒素気体中のプラズマ生成が重要である。しかし、一般に分子気体中のプラズマ生成においては、分子の解離等に投入電力が消費されるため、ヘリコン波励起のためのRFパワーが大きくなる。そのため基板温度の上昇を招いたりするので、高密度プラズマを得るためのRFパワーを最小にするべく、磁場形状やアンテナ位置の制御を行い、これまでの1/2のパワーでも、ヘリコン波励起の高密度窒素プラズマを得ることに成功した。またこれを用いた窒化物CNx薄膜の合成においても、膜の最表面と内部の組成をXPSにより分析し、内部の方がN/C比が高く、膜の最表面のC成分や不純物付着の制御が重要であることが明らかになった。
一方2)のテーマについては、本年度はカーボンアークを中心に調べた。そしてアーク放電安定化リアクトルの採用により、長時間安定なカーボン蒸発が可能になった。この装置については真空アーク系と真空容器の両方を試作したため、プラズマ生成の安定な動作特性を得るのに時間を費やしたが、カーボン真空アークプラズマとECR窒素プラズマの複合化により、同じくCNx薄膜の合成を行うことができた。特に基板への負電位のバイアス効果で膜中のN/C比が大いに変化することが明らかになった。現在システムの最適化を検討中である。

Research Products

• [Publications] J.Q.Zhang, Y.Setsuhara, S.Miyake and B.Kyoh: "Formation of Carbon Film by Helicon Wave Plasma Enhanced DC Sputtering" Jpn.J.Appl.Phys.36・11. 6894-6899 (1997)
• [Publications] S.Ohtani, S.Kadlec, M.Samandi, H.Shoyama, M.Kamai and S.Miyake: "CN_x Film Formation Using ECR Plasma Enhanced Vacuum Arc PVD System" Proc.15^<th> Symp.on Plasma Processing. 430- (1998)