1998 Fiscal Year Annual Research Report
超硬質窒化物合成のための高密度ヘリコン波プラズマ励起・超活性化成膜プロセスの開発
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10558065
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
節原 裕一 大阪大学, 接合科学研究所, 助手 (80236108)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
緒方 潔 日新電機株式会社, 先端技術研究開発部, 主席研究員
熊谷 正夫 神奈川高度技術支援財団, 高度計測センター, 部長研究員
三宅 正司 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (40029286)
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| Keywords | ヘリコン波プラズマ / 活性化反応場 / 反応性高密度プラズマ / 超硬質窒化物 |
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| Research Abstract |
本年度は、ヘリコン波励起による反応性高密度プラズマ源を用いた物理蒸着系を構成して、窒化物系超硬質薄膜の合成実験を行い、合成した薄膜の組成・構造と反応場の活性化状態との相関について検討を行った。
まず、ヘリコン波励起プラズマの生成には3ターンの方位角モードm=0アンテナを使用し、負バイアスを印加したターゲットを配置することにより、金属原子をプラズマスパッタリングにより供給することが可能な物理蒸着系を構成した。ヘリコン波が励起されている高密度モードのプラズマ中では、毎分90nm程度の成膜速度で薄膜合成が可能であることか示された。また、本研究でのプラズマ生成においても技術的に重要な課題の一つである内部アンテナを用いた誘導結合放電について、プラズマ生成と金属スパッタリングについても実験を行い、高周波電力給電方式の最適化により静電結合の抑制が可能であることが示された。
ついで、上記の物埠蒸着索を用いて窒化炭素薄膜の合成実験をおもに行い、化学量論組成比(N/C=4/3)の達成を第一目標に置いて研究を行った。薄膜の組成分析の結果、原子血窒素の生成密度の高い条件で成膜するほど窒素組成比は向上し、最も高い値は目標値に非常に近いN/C=1.3に達することが明らかとなった。化学結合状態についてX線光電子分光法により調べた結果、窒素組成比の向上とともに膜中のCN結合の割合が増加することが明らかとなった。薄膜の硬度について評価を行ったところ、基板外の負バイアスの印加により20GPa程度の検魔を宗す試料も得られたが、目標値に比べると低い値に止まっていることがわかった。このため、薄膜の結合相ならびに微細構造の制御とともに水素等の不純物の影響について、今後の検討課題としてさらなる研究が必要である。さらに、,cBN薄膜の応力緩和に関して、イオン衝撃を利用した成膜手法を併用した材料学的検討も行った。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] Y.Setsuhara and S.Miyake: "Ion-beam and plasma processing techniques for thin-film synthesis of superhard materials in boron-carbon-nitrogen system" 応用物理. 67-6. 659-663 (1998)
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[Publications] S.MIYAKE,Y.SETSUHARA,K.SHIBATA,M.KUMAGAI,K.OGATA,Y.SAKAWA and T.SHOJI: "Sputter Deposition of Carbon Nitride Films by Reactive High-Density Plasmas with Excitation of m=0 Mode Helicon Wave" Bull.Am.Phys.Soc.43-5. 1428-1428 (1998)
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[Publications] S.MIYAKE,Y.SETSUHARA,K.SHIBATA,M.KUMAGAI,Y.SAKAWA and T.SHOJI: "Formation of Carbon Nitride Films by Reactive High-Density Plasma Sputtering with Excitation of m=0 Mode Helicon Wave" Surf.& Coatings Technol.(to be published). (1999)
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[Publications] Y.SETSUHARA,S.MIYAKE,Y.SAKAWA and T.SHOJI: "Production of Inductively-Coupled Large-Diameter Plasmas with Internal Antenna" Jpn.J.Appl.Phys.(to be published). (1999)
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[Publications] Y.SETSUHARA,M.YAMASHITA,S.MIYAKE,M.KUMAGAI,and J.MUSIL: "Studies on Magnetron Sputtering Assisted by Inductively Coupled RF Plasma for Enhanced Metal Ionization" Jpn.J.Appl.Phys.(to be published). (1999)
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[Publications] Y.SETSUHARA,M.KUMAGAI,M.SUZUKI,T.SUZUKI and S.MIYAKE: "Properties of Cubic Boron Nitride Films with Buffer Layer Control for Stress Relaxation using Ion Beam Assisted Deposition" Surf.& Coatings Technol.(to be published). (1999)
