2012 Fiscal Year Annual Research Report
フィルタードアーク蒸着装置の高機能化と高品質水素フリーＤＬＣ膜の形成・加工
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24246048
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
滝川 浩史 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90226952)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清原 修二 舞鶴工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (40299326)
金子 智 神奈川県産業技術センター, 電子技術部, 主任研究員 (40426359)
山田 健二 石川工業高等専門学校, 電子情報工学科, 准教授 (50249778)
羽渕 仁恵 豊田工業高等専門学校, 電気・電子システム工学科, 准教授 (90270264)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | フィルタードアーク蒸着 / ダイヤモンドライクカーボン膜 / 異物フリー技術 / 前処理 / 均一成膜 / 膜厚制御 / くし形微細加工 |
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| Research Abstract |
真空中で発生させたアーク放電プラズマを用い，異物レスで均質な高品質ダイヤモンドライクカーボン（DLC）薄膜を形成可能なセミオート化フィルタードアーク蒸着装置を用い，Si基板上への均一なDLC膜の創製を行うとともに，同DLC膜の微細加工を実施した。本年度の成果は次のとおりである。
（１）異物数削減：真空アーク放電で発生した異物（陰極副生ドロップレット）の付着を従来よりも更に削減するため，静電トラップを配置するとともにプラズマビームのアップライト輸送を行った。その結果，異物数を従来の1/3に削減できた。ピンホール評価に関しては次年度以降に実施する。
（２）前処理：従来のArガス導入黒鉛陰極アークプラズマビーム前処理では処理中に異物が付着する問題点があった。そこで，異物の発生がないArガスイオン銃を導入し，基板の前処理が可能であることを確認した。同前処理後のDLC成膜評価は次年度に実施する。
（３）均一成膜および膜厚制御：プラズマビームのスキャン方式を従来の円運動からジグザク運動に変更し，X-Yスキャン幅，スキャン周波数，打上げ角などのビーム制御パラメータを最適化するとともに，基板を自転させることでSi基板上へ均一な膜厚（最大膜厚と最小膜厚との誤差5％）のDLC膜形成を達成した。また，所望の膜厚を得るためにはin-situ膜厚モニタが必要である。そこで，分光反射率のその場モニタをもとに膜厚を計測するシステムを構築し，装置へ組み込んだ。同システムを用いたところ，目標膜厚500nmに対し成膜膜厚は約480nmであった。
（４）微細加工：くし形パターンを用い，微細加工プロセスを実施した。その結果，ポジ用ガラス系マスク材に対し，加工幅50nmであることを確認した。今後，更に細い加工幅を狙う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
静電トラップの組み込みと，プラズマビームのアップライト輸送制御とによって，真空アークの放電現象として発生する異物（陰極副生ドロップレット）の基板への付着数に関し，膜厚100nmあたり30個/mm2を実現した。これは当初の目標50個/mm2の約半分であり十分な達成であるといえる。なお，ピンホール評価に関しては次年度以降に実施する。
従来のArガスを導入した黒鉛陰極アーク放電プラズマビームを用いた前処理では，異物が付着してしまう問題があったが，当初の計画であったガスイオン銃を用いることで前処理時に異物の付着がない新たな前処理方法を確立させることができた。なお，同前処理後のDLC成膜とそのドロップレット数の評価は次年度実施する。
Siウエハへの均質・均一膜厚DLC膜の形成を実現するため，プラズマビームのスキャン制御と基板回転固定台を導入することで，最大膜厚と最小膜厚の誤差を5％以下にすることができ，当初の目標を十分に達成することができた。また，所望の膜厚を得るために，真空チャンバ内の基板上の膜の膜厚をin-situモニタするシステムの設計・構築を行った。同システムを用いてDLC膜の膜厚制御成膜を行ったところ，所望膜厚に対して約 5%以下の誤差で成膜することを実現し，目標を達成した。
また，当該年度の目標には入れていなかったが，くし型パターンの微細加工を実施し，現時点での可能な加工幅を明らかにした。また，アルミの凝着を防止するDLCの特性を利用し，カッターへの応用試験を実施し，機能実現を確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
更なる膜の高品質化および微細パーツへの応用に向け，以下の項目について研究を実施していく。
（１）DLC膜の高品質化と膜質評価：膜のピンホール評価に対しては，まず，有効な評価方法を探る。また，ガスイオン銃前処理において，Arイオンのエネルギー，照射量，照射時間に対し，Si基板表面の荒れ，DLCの密着強度，ドロップレット数削減効果を把握する。また，膜質評価：基板に印加するバイアス（DC，マイクロパルス，ナノパルス；パルス幅，周波数，デューティ）を変えることでDLC膜の成膜を行い，電気抵抗，光・熱応答，バンドギャップ，摩擦係数，凝着性などの諸特性を評価する。
（２）エッチング加工特性の把握：DLC膜の加工性の評価のため，前処理で用いたガスイン銃を専用チャンバに取り付けた酸素イオンシャワーエッチングシステムを設計・製作する。同システムを用いて，成膜条件（基板バイアス）を変えて作製したDLCに関し，酸素イオンによるエッチング速度，表面の荒れ性を数値的に明確化する。また，DLC膜の密度と加工性との関係を明らかにする。
（３）DLC膜の微細加工：電子ビームや紫外線・赤外線フォトリソグラフィ用マスク材を用い，DLC膜とのエッチング速度との違いを求め，適切なマスク材を特定する。加工性およびマスク材を決めたのち，簡単なパターンを作製し，より実際に近い加工プロセスをテストする。また，カンチレバーなどへの応用を視野に入れ，Siウエハから自立（単離）させる加工プロセス（XeF2エッチングなど）を検討する。併せて，収束集束イオンビーム（FIB）加工プロセスも試験する。
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