内部アンテナ型大容積RFプラズマ源を用いた高性能プラズマイオン注入プロセスの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555199
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 節原 裕一 京都大学, 工学研究科, 助教授 (80236108)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三宅 正司 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (40029286) ; 高橋 和生 京都大学, 工学研究科, 助手 (50335189) ; 斧 高一 京都大学, 工学研究科, 教授 (30311731) ; 緒方 潔 日新電機株式会社, 研究開発部, 先端技術研究室室長(研究職) ; 庄司 多津男 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (50115581)
• Keywords: 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 / プラズマイオン注入プロセス

Research Abstract

本年度は、低インダクタンスアンテナを用いた大容積高周波プラズマ源の構築に主眼を置いて、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向けた予備実験を中心に研究を行った。
まず、直線状の低インダクタンスアンテナを内部アンテナとして備えたユニットを用いて、直径400mmの放電容器におけるマルチアンテナ型プラズマ源を構築し、アルゴン、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>に達する高密度プラズマが得られ、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、アンテナ系の低インダクタンス化により、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高周波回路特性を調べた結果、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、本年度に購入した内径750mm長さ948mmの大容積を有するプラズマ容器において、上記で検討を行った低インダクタンスICPモジュールを複数個装着したプラズマ源を構築し、アルゴンを放電ガスに用いた大容積プラズマの生成に成功した。
また、低インダクタンスICPモジュールを用いて生成した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、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。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。

Research Products

• [Publications] 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)
• [Publications] J.L.He, S.Miyake, Y.Setsuhara, I.Shimizu, M.Suzuki, K.Numata, H.Saito: "Improved anti-wear performance of nanostructured titanium boron nitride coatings"Wear. 249. 498-502 (2001)
• [Publications] 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)
• [Publications] 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)
• [Publications] 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)
• [Publications] 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)