ヘリコン波励起型反応性高密度金属原子混合プラズマの開発と超硬質薄膜合成への応用

螺旋波激发反应高密度金属原子混合等离子体的研制及其在超硬薄膜合成中的应用

基本信息

批准号：
09780435
负责人：
節原裕一
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

ヘリコン波励起による反応性高密度プラズマ源の開発に主眼をおいて実施した初年度の成果をもとにして、本年度は物理蒸着系を構成することにより、窒化物系超硬質薄膜の合成実験を行い、合成した薄膜の組成・構造とブラズマ特性との相関について検討を行った。まず、ヘリコン波励起プラズマの生成には3ターンの方位角モードm=0アンテナを使用し、負バイアスを印加したターゲットを配置することにより、金属原子をプラズマスパッタリングにより供給することが可能な物理蒸着系を構成した。ヘリコン波が励起されている高密度モードのプラズマ中では、毎分90nm程度の成膜速度で薄膜合成が可能であることが示された。ついで、上記の物理蒸着系を用いて主として窒化炭素薄膜の合成実験を行い、化学量論組成比(N/C=4/3)の達成を第一目標に置いて研究を行った。ラザフォード後方散乱法を用いて薄膜の組成分析を行ったところ、原子状窒素の生成密度の高い条件で成膜するほど膜中の窒素組成比は向上し、最も高い値は目標値である化学量論組成に非常に近いN/C=1.3のものが得られることが明らかとなった。化学結合状態についてX線光電子分光法により調べた結果、窒素組成比の向上とともに膜中のCN結合の割合が増加することが明らかとなった。薄膜の硬度について評価を行ったところ、基板への負バイアスの印加により20GPa程度の硬度を示す試料も得られたが、目標値に比べると低い値に止まっていることがわかった。このため、薄膜の結合相手ならびに微細構造の制御とともに水素等の不純物の影響について、今後の検討課題としてさらなる研究が必要である。さらに、ヘリコン波プラズマをはじめとする誘導結合型放電において重要となる、内部アンテナを用いたプラズマ生成と金属スパッタリングについても実験を行い、高周波電力給電方式の最適化により静電結合の抑制が可能であることが示された。

基于第一年的成果，重点是开发使用螺旋波激发的反应性高密度等离子体源，今年我们将进行通过配置物理气相沉积系统合成氮化物基超硬薄膜的实验我们研究了合成薄膜的成分和结构与其等离子体特性之间的相关性。首先，使用三匝方位角模式m=0天线来产生螺旋波激发等离子体，并通过布置施加负偏压的靶材，通过物理气相沉积使金属原子通过等离子体溅射来构建。结果表明，在激发螺旋波的高密度等离子体中，可以以每分钟约 90 nm 的沉积速率合成薄膜。接下来，我们主要进行了使用上述物理气相沉积系统合成氮化碳薄膜的实验，并以实现化学计量组成比（N/C=4/3）为主要目标进行了研究。当我们用卢瑟福背散射法分析薄膜的成分时，我们发现原子氮的形成密度越高，薄膜中的氮成分比例就越高，最高值就是化学含量的目标值。很明显，可以获得N/C=1.3的产物，该产物非常接近理论组成。使用X射线光电子能谱检查化学键状态的结果表明，膜中CN键的比例随着氮组成比的增加而增加。当我们评估薄膜的硬度时，我们发现通过对基板施加负偏压，一些样品的硬度约为20GPa，但与目标值相比，该值仍然较低。因此，需要进一步研究键合伙伴和薄膜微观结构的控制，以及氢等杂质的影响。此外，我们还进行了使用内部天线和金属溅射的等离子体生成实验，这对于螺旋波等离子体等感应耦合放电很重要，结果发现可以通过优化高频供电系统来抑制电容耦合。结果表明存在。