成果報告書詳細
管理番号20130000000057
タイトル平成23年度成果報告書 平成23年度採択先導的産業技術創出事業11B06004d 高密度・近接プラズマによる1ピースフロー型・超高速・三次元DLC成膜装置の開発 平成23年度中間
公開日2013/11/23
報告書年度2011 - 2011
委託先名国立大学法人名古屋大学上坂裕之
プロジェクト番号P00041
部署名技術開発推進部
和文要約本研究のスタート時点では、我々が有する本研究のコアシーズ、すなわちマイクロ波励起・高密度・基材近接プラズマにより、硬度12.9GPaのDLC膜が188mm/hで成膜できるという実績があった.しかしながら、一般的な実用例に照らし合わせるとプラズマCVDによる水素含有DLC膜は20-30GPaの硬度で実用されており、我々の超高速成膜DLCは比較的軟質であると言えた.また膜厚や膜硬が試験片面内で半分程度になるような不均一分布が見られた.そこで、DLC膜の膜質(特に硬度)と均一性を向上させながら100 mm/h以上の超高速領域で成膜速度をさらに増加させて行くことを目指した.まず、メタンガスを用いる従来の超高速DLC成膜のさらなる最適化にトライし、実用硬度である20GPaを達成しつつ均一な分布を得る手段として、パルスプラズマ発生におけるマイクロ波と基板バイアスのDuty ratioを合わせることが望ましいことを見出した.また、一般にメタンガスより成膜レートが向上するとされるアセチレンガスを用いてのさらなるレート向上を目指して、アセチレンガスによる超高速DLC成膜実験をスタートした.その結果、メタン比で6倍程度以上の高速化が達成されることが分かった.しかしながら膜の硬度は水素含有量の多さによって10GPa程度に留まった.本結果を踏まえて、超高速成膜に必須の中間圧力(50-150 GPa)において、アセチレンを用いた場合の多量の水素含有を抑制し膜硬度を向上させることが今後の技術目標として明確に定まった.さらに炭化水素プラズマモデルを用いたシミュレーションによる成膜条件最適化指針の提案にトライした.その結果、ハイパワー化は成膜におけるイオンの寄与を大きく増加させることが示唆された.一方で,高圧化や高流量化はイオンの寄与を低下させることが示唆された.さらに将来的にチャンバー形状やマイクロ波ランチャー形状のようなより実用寄りの側面に潜む成膜レート向上の阻害要因、膜質低下要因、スループットの阻害要因などを明らかにし、その解決策を提案することを目指して、炭化水素プラズマモデルを組み込んだ二次元マイクロ波-プラズマ練成解析コードの開発に着手した.
英文要約At the start point of this research, our core seeds for this research, or microwave-excited high-density near-substrate plasma had demonstrated to deposit DLC with a hardness of 12.9 GPa at 188 μm/h. However, surveying the example of application of hydrogen-contained DLC by plasma CVD, where the typical hardness is from 20 to 30 GPa, the hardness obtained was relatively soft. Moreover, one could see non-uniform distribution of film thickness and hardness on a specimen. Therefore, we decided to focus on further increasing the deposition rate of DLC from the minimum value of ultra-high-speed (100 μm/h) with its hardness and non-uniformity improved. As a first step, we tried to further optimize the ultra-high-speed coating of DLC from methane, and found a way to achieve uniform distribution with the hardness of DLC increased to larger than 20 GPa.; here, taking the same duty ratio for microwave and substrate bias in pulsed plasma generation was found to be important. Then in order to further increase the deposition rate of DLC, we conducted DLC coatings from acetylene, which is generally said to increase the deposition rate of DLC by several times in contrast to methane. As a result, it was found that the deposition rate was increased to 6 times higher with acetylene than with methane. However, problem was found that the hardness of DLC with acetylene was not more than 10 GPa due to higher inclusion ratio of hydrogen in contrast to methane. Based on this result, increasing the hardness of DLC with acetylene by suppressing the excess inclusion of hydrogen in DLC is decided as a clear target for next year, for successful usage of acetylene at intermediate pressures (50-150 Pa), which is essential for ultra-high-speed coating with microwave-excited high-density near-substrate plasma. Furthermore, we tried to propose the optimization criteria of ultra-high-speed coating of DLC by using hydrocarbon plasma simulation.Then, it was indicated that higher power density increases the contribution of ion to film formation; on the other hand, both higher gas pressure and gas flow rate were implied to decrease the contribution of ion to film formation. Finally, the development of 2D microwave-plasma coupling simulation with hydrocarbon plasma model was started, in order to employ it in future for optimizing the shape of chamber and microwave launcher, which are more practical aspect of this R&D.
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