2017 Fiscal Year Research-status Report
Plasma potential control by dual target HPPMS for film structure modification
| Project/Area Number |
17K05106
|
|---|
| Research Institution | Seikei University |
|---|
Principal Investigator |
中野 武雄 成蹊大学, 理工学部, 教授 (40237342)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 大電力パルススパッタ / プラズマ制御 / 薄膜微細構造 / 堆積粒子エネルギー |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
今年度の研究計画は、デュアルカソード装置を設計・作製して、真空排気とスパッタ動作を確認することであった。これは達成でき、2つのターゲットから、真空を破らずに二層膜を堆積できる装置構成を利用して、非蒸発ゲッタポンプ用の合金膜を作製した。非蒸発ゲッタポンプは、真空中での加熱によって表面の酸化層を除去し、合金の吸着能を活性化して利用するポンプである。この表面を貴金属であるPdで修飾することで、大気中の酸化を抑制できるか実験し、国際学会を含む２件の学会発表を行なった。
本研究のHPPMS＋プラズマ電位制御の手法を適用するアプリケーションとしては、Spindt型と呼ばれる微小真空電子放出源の陰極錐構造の作製を企図している。この錐構造を形成するためには、微小な穴を設けたキャビティに、上部よりMo金属を垂直に入射させる必要がある。プラズマと基板との間に電位差を設けることで、この方向制御の最適化を試みている。ただし入射エネルギーも同時に上がるため、圧縮性の内部応力が発生して構造を破壊してしまう問題がある。この克服に向けて、放電ガスをArからKrに変更する試みを行っており、応力低減に対するpositiveな結果を得た。以上の内容について２件の学会発表を行った。またこれまでの陰極構造形成の研究について、国際学会において招待講演を行なった。
本研究は、広い視野から見ると、スパッタ法による薄膜堆積時に粒子のエネルギーを制御することで構造を変化させる、一連の研究の一部と言える。我々はこのような観点から、逆にエネルギーが低くなるような条件下で製膜を行い、意図的に疎な構造を作って電気化学的な色調変化膜に適用したり、生体材料にダメージレスで金属膜を堆積させる研究も行っている。このような観点で行った研究についても、それぞれ数件の学会発表を行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究の目的は、大電力パルススパッタ (High Power Pulsed Magnetron Sputtering: HPPMS) で実現される高いスパッタ原子のイオン化率に加え、外部電極を接触させてプラズマ電位を数10 Vの高さに保ち、低温の接地基板に堆積される薄膜の構造を制御することである。これまで三極型で実現してきたこの方法をデュアルカソード化することで、電極の水冷の問題や大規模化に対する懸念を解決できると考えている。
２９年度の計画は、まずデュアルカソードのスパッタ装置を作製して製膜が可能な状態にすること、また次年度に向けた各種の準備をすることであった。まず年度初頭より実験用の真空チャンバーを設計し作製した。チャンバーは９月に完成したので、その後真空ポンプ、真空計、ガス導入系などの各種コンポーネントを接続し、稼動を確認した。またベーキング処理の最適化を試み、4×10^-5 Paという良好な到達圧力を繰り返し再現できるようになった。実際に２つのスパッタターゲットを用いた実験も行い、交互に堆積させた積層膜ではあるが、両ターゲットが製膜に利用できることも確認できた。
その他の準備としては、２つの電源に交互に与える制御信号を発生させる機構を実装する予定であった。こちらはマイコンボード（Rasberry Pi）およびライブラリ（wiringPi）を用いた実装はできたが、別用途の実験に用いていた既存のパルス電源で障害が発生したため（後に出力負荷抵抗の熱ダメージとわかった）、実機でのテストには至っていない。また３０年度に入った時点で別の障害が発生し、放電が不安定化する事態が発生しており、信号制御を利用した放電が安定的に実施できるかの確認ができていない。このため達成度を「やや遅れている」とした。
|
| Strategy for Future Research Activity |
３０年度には、デュアルカソードに接続するもうひとつの電源を購入し、実際に放電を生成して、各種プラズマの特性を計測することを予定している。まず、既存電源の修理とともに、同型の電源をもう一台作製する。旧機は昨年度に動作が不安定になったので、もし追加改造による安定化が可能なようであれば、メーカーと相談の上で実施をしたい。
電源が完成したら、制御信号発生システムに接続して並列動作させ、デュアルターゲット型の動作を確認する。既存設備のラングミュアプローブによるプラズマ電位の測定を行い、プラズマ電位が意図したように上昇しているかどうか確認する。また、両スパッタガンの磁場配位を開ループ型・閉ループ型と変更したときに、放電の様子や、プラズマ密度・温度・電位といった各プラズマパラメータがどのように変化するかについても評価する。
実際に製膜を行い、薄膜の構造と装置構成および製膜パラメータとの相関について議論する。材料は、本研究室の他の実験で利用が多くなったチタンを対象としたい。膜の構造は既存設備である走査型電子顕微鏡（JEOL JSM-6510）ならびに学内施設であるX線回折装置（Rigaku Ultima IV）によって評価する。時間的な余裕があれば、ターゲット材料を銅やモリブデンに替え、プロセスの材料依存性についても氷解したい。
本手法のアプリケーションとして、Spindt型微小電子源用のMo錐状電極作製の研究も、本格的に実施する予定にしている。これは堆積粒子の垂直入射製が大きく影響するもので、HPPMSのエネルギー制御性と並ぶもうひとつの利点である、入射方向制御に対する本手法の良い評価軸になるものと考えている。本研究では放電ガスにKrを用いる優位性が示唆される結果を得ており、デュアルカソード運転でもガスを変化させたときの効果を確認したい。
|
Research Products
(17 results)
