2021 Fiscal Year Annual Research Report
Ultra-high-speed PVD technology based on sputtering for one-by-one processing
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19H02051
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
上坂 裕之 岐阜大学, 工学部, 教授 (90362318)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | スパッタリング / PVD / HiPIMS / 小ロット生産 / 硬質膜 / TiN / DLC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，棒状基材へのPVDコーティングの一個流し・小ロット生産を目指して，成膜レート高速化のための手段として，基材の全周を包囲する円筒ターゲット内面に沿ったマグネトロン放電による，基材外周へのスパッタ成膜を考案した．このような基材包囲型MS（Magnetron Sputtering）装置による硬質膜堆積の事例はないため，初年度に磁場設計を行い，当該装置を試作したうえで，放電の確認を行った．次に，試作した装置の放電特性を明らかにするため，DC放電（DCMS）モードで駆動した場合とハイパワーインパルス放電（HiPIMS）モードで駆動した場合の比較を行った．具体的には，円筒ターゲットをTiとし窒素含有雰囲気下でスパッタ成膜を行うことで，鋼材棒（直径10mm，長さ80mm）の外周にTiNを成膜した．その結果,成膜速度はHiPIMS法およびDCMS法でそれぞれ10.6nm/min,22.2nm/minであった．いずれも一個流し・小ロット生産のために必要とされる成膜速度（～1000nm/min）に対して十分ではなかった．
以上より，軸方向の膜厚分布および成膜レートに改善の余地があることがわかった．そこで，膜厚分布の均一化を目指して，軸方向に離して配置されるNS極磁石の距離を25,50,75mmと変えた場合の影響を検証した．磁場解析とプラズマに対するPIC数値解析の結果からは，磁石間距離を長くするほど，ターゲットに入射するイオンフラックスの分布がNS磁極間で比較的均等に拡がることが示唆され，膜厚分布の均一化が期待された．しかし，実験結果からは，磁石間距離の影響がほとんどないことが示された．また成膜速度に及ぼす放電条件の影響を調べ，HiPIMSモードにおけるパルス幅をこれまでの1/4程度に短くすることにより，1.5倍程度の成膜レートの増加を得た．
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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