ガスクラスターイオンビームを用いた超精密3次元形状加工技術の開発

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17760584
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 豊田 紀章 兵庫県立大学, 高度産業科学技術研究所, 客員助教授 (00382276)
• キーワード: クラスター / 精密部品加工 / 精密研磨

研究概要

本年度は、30kVまで加速可能なガスクラスターイオンビーム装置を用い、アルゴンクラスタービームの小径化や、微細加工処理に最適なガスクラスターイオンビームの条件、クラスターサイズ等の検討を行った。ガスクラスターイオン照射効果のクラスターサイズ依存性に関しては、磁場偏向によるガスクラスターサイズ選別装置を用いた。ガスクラスターイオンのクラスターサイズを増加させると、一原子あたりのエネルギーが低下し(例えば、加速電圧10kV、クラスターサイズ10000の場合、1eV/atom)、照射損傷を大幅に低減した表面加工が可能となることを示した。このように、総加速エネルギーおよびアルゴンクラスターサイズの両方を制御することにより、最終表面処理において損傷の無い加工を実現できる可能性を示した。またガスクラスターイオンビームを、小径アパーチャーを通過させることにより、直径0.1mmのアルゴンクラスターイオンビームを実現した。この小径ガスクラスターイオンビームを、スパッタ蒸着で形成された金薄膜に照射した結果、平均表面粗さ1nm以下の表面を実現し、強力な表面平坦化効果を有することを示した。また、このときの金のスパッタ率(クラスターイオン1個が衝突した際にスパッタされる金原子の数)は、約50atoms/ionであり、単原子アルゴンイオンに比べて6-7倍高い値を示し、高い加工効率を有することが明らかとなった。今後は、3次元形状を形成するための真空中機械駆動機構を検討し、微小径金型加工を行う予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Summary of recent research on gas cluster ion beam process technology (2005)
  • 著者名/発表者名: I.Yamada, N.Toyoda
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 232 ページ: 195-199
• [雑誌論文] Nano Structure Formations by gas cluster ion beam irradiations at oblique incidence (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Toyoda, T.Mashita, I.Yamada
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 232 ページ: 212-216
• [雑誌論文] Low-damage sputtering of GaAs and GaP using size-selected Ar cluster ion beams (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Nagano, S.Yamada, S.Akita, S.Houzumi, N.Toyoda, I.Yamada
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.44 no.1-7 ページ: L164-L166
• [雑誌論文] Current research and development topics on gas cluster ion-beam processes (2005)
  • 著者名/発表者名: I.Yamada, N.Toyoda
  • 雑誌名: Journal of Vacuum Science and Technology A Vol.23,No.4 ページ: 1090-1099
• [雑誌論文] Morphological evolution of surfaces irradiated by gas cluster ion beams during thin film deposition (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Inoue, N.Toyoda, H.Tsubakino, I.Yamada
  • 雑誌名: Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, Section B 237 ページ: 449-454
• [雑誌論文] Irradiation of silicon surface by Ar cluster ion beam : Cluster size effects (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Nakayama, S.Houzumi, N.Toyoda, K.Mochiji, T.Mitamura, I.Yamada
  • 雑誌名: Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, Section B 241 ページ: 618-621
• [雑誌論文] Development of pure O_2 cluster ion beam assisted deposition system (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Nose, S.Inoue, N.Toyoda, K.Mochiji, T.Mitamura, I.Yamada
  • 雑誌名: Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, B 241 ページ: 626-629
• [雑誌論文] Development of a new cluster size selector (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Ohwaki, Y.Dake, N.Toyoda, I.Yamada
  • 雑誌名: Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, B 241 ページ: 614-617
• [雑誌論文] Recent advances in R&D of gas cluster ion beam processes and equipment (2005)
  • 著者名/発表者名: I.Yamada, N.Toyoda
  • 雑誌名: Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, B 241 ページ: 589-593
• [雑誌論文] Scanning Tunneling Microscopy Observation of Graphite Surfaces Irradiated with size-selected Ar cluster ion beams (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Houzumi, K.Mochiji, N.Toyoda, I.Yamada
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics vol.44,no.8, ページ: 6252-6254
• [雑誌論文] Development of a size-selected gas cluster ion beam system for low-damage processing (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Toyoda, S.Houzumi, I.Yamada
  • 雑誌名: Nuclear Instruments & Methods in Physics Research B 241 ページ: 609-613
• [雑誌論文] Development of size-selected cluster ion irradiation system (2005)
  • 著者名/発表者名: N.Toyoda, S.Houzumi, I.Yamada
  • 雑誌名: Nuclear Instruments & Methods in Physics Research B 242 ページ: 466-468
• [雑誌論文] Current research topics and applications of gas cluster ion beam processes (2005)
  • 著者名/発表者名: I.Yamada, N.Toyoda
  • 雑誌名: Nuclear Instruments & Methods in Physics Research B 242 ページ: 143-145