低インダクタンス型マルチ線状内部アンテナを用いた大容積RFプラズマ源の開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12780356
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 節原 裕一 京都大学, 工学研究科, 助教授 (80236108)
• キーワード: 誘導結合プラズマ / 内部アンテナ / 低インダクタンス / 大容積プラズマ

研究概要

主に内部アンテナ系の開発に関して実施した初年度での研究成果をもとにして、本年度はプラズマ源を構築し、プラズマの特性に及ぼすアンテナ系の低インダクタンス化の効果を明らかにすると共に、表面改質プロセスならびに機能性薄膜の成膜プロセスヘの応用に関する基礎検討を行った。
まず、周回しない構造の低インダクタンス線状アンテナを内部アンテナとして備えたユニットを複数個用いて、直径400mmの放電容器においてマルチアンテナ型プラズマ源を構築し、従来のアルゴン以外に窒素、水素ならびに酸素中でのプラズマ生成実験を行った。アルゴンでは10^<12>cm^<-3>に達する高密度プフズマが得られ、窒素、酸素ならびに水素中においても、10^<11>cm^<-3>程度の高密度プラズマを生成可能であることが明らかとなった。さらに、アンテナの構造を低インダクタンス化することにより、アンテナに発生する高周波電圧を効果的に抑制することが可能であることと共に、プラズマ電位を効果的に抑制可能であることが明らかとなった。また、RF増幅器とアンテナとの結合について調べた結果、特に整合条件をさらに検討する必要があることが分かった。
さらに、内部アンテナ型RFプラズマ源を用いて、IV族元素薄膜の成膜プロセスと表面改質に関する予備実験を行い、低インダクタンス型マルチ線上内部アンテナを用いたRFプラズマ源により、良好な微細構造と特性を有する薄膜を合成可能であることが明らかになった。その際、高密度プラズマの生成と共に特にプラズマ電位の抑制効果が重要であることが示唆された。また、ナノコンポジット薄膜合成による表面改質プロセスヘの応用を検討するため・プラズマからのイオン衝撃を模擬した成膜予備実験を行い、薄膜の構造と特性に及ぼす成膜条件の影響について調べ、組成が薄膜の微結晶化に大いに影響を及ぼしていることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] 節原裕一: "今三次元-プラズマイオンによる表面の改質とプロセス-プラズマ源の開発"電気学会誌. 121. 308-311 (2001)
• [文献書誌] J.L.He, Y.Setsuhara, I.Shimizu, S.Miyake: "Structure refinement and hardness enhancement of titanium nitride films by addition of copper"Surface and Coatings Technology. 137. 38-42 (2001)
• [文献書誌] Y.Setsuhara, T.Shoji, Y.Sakawa, S.Miyake: "Production of Inductively-Coupled Large-Diameter RF Plasmas Using Multiple Low-Inductance Antenna Units"Proc. International Conf. on Phenomena in Ionized Gasses (XXV ICPIG), Nagoya. Vol.1. 19-20 (2001)
• [文献書誌] Y.Setsuhara, K.Takahashi, K.Ono, T.Shoji, Y.Sakawa: "Development of Large-Area High-Density RF Plasmas with Low-Inductance Antenna Units for Plasma-Based Ion Processes"Proc. Frontiers of Surface Engineering 2001 (FSE2001), Nagoya. 86-86 (2001)
• [文献書誌] Y.Setsuhara, Y.Sakawa, T.Shoji, M.Kumagai, S.Miyake: "Synthesis of carbon nitride films by high-density helicon wave-excited plasma sputtering"Surface and Coatings Technology. 142-144. 874-880 (2001)