Realization of smart process in plasma surface processing of the inner surface of small holes

本研究の目的は，細穴内面のプラズマ表面加工を対象として，①ガス枯渇による不均一分布を回避するためのパルスプラズマのON時間とOFF時間は，従来提唱してきた発光撮影像に基づく制御によって自動決定されること，②膜質最適化のために調整される他の制御パラメータは，機械学習による予測モデルを使って効率的に決定しうること，を実証することである．さらに，それらの自動実行アルゴリズムを備えたスマートな細穴内面プラズマ表面加工装置の具現化を目的とする．本提案内容の有用性や意義は，特定のプラズマ生成方法（DC放電,RF放電,マイクロ波放電）や特定の加工膜種（DLC, CNx, TiNなど）によらない一般性を有する．そこで本研究では,細穴内面の表面加工のために必要な高密度プラズマ生成法のうち，最も一般的なホローカソード放電(HCD; Hollow Cathode Dischage）を用いることとし，加工膜種としてはDLC膜を選択した．下記の内容を１年目に実施した．（研究代表者）HCD方式を採用した細穴内面プラズマ表面加工装置を設計・制作し，メタンガスを主原料ガスとするDLC成膜を行えるように立ち上げた．ただし，HCD放電時の電流がインパルス状に増大し，駆動電源のアーク検知機能によって短時間で遮断されるという不安定な挙動が生じた．このような放電状態では，所望のON時間よりも短い時間でプラズマが消されてしまうため，ガス枯渇時間に応じたプラズマON時間の設定ができず，研究目的が達成できない．この対策として，電源と負荷（HCD電極）との間に10Ω程度の制限抵抗を挿入することでインパルス化が避けられようにした．（研究分担者）同じメタンガスを用いて平行平板でのプラズマCVDによるDLC成膜を行い，発光スペクトルと成膜結果（膜の硬度、水素含有量）を教師データとする機械学習による予測モデルを構築した．

本研究の目的は，細穴内面のプラズマ表面加工を対象として，①ガス枯渇による不均一分布を回避するためのパルスプラズマのON時間とOFF時間は，従来提唱してきた発光撮影像に基づく制御によって自動決定されること，②膜質最適化のために調整される他の制御パラメータは，機械学習による予測モデルを使って効率的に決定しうること，を実証することである．さらに，それらの自動実行アルゴリズムを備えたスマートな細穴内面プラズマ表面加工装置の具現化を目的とする．本提案内容の有用性や意義は，特定のプラズマ生成方法（DC放電,RF放電,マイクロ波放電）や特定の加工膜種（DLC, CNx, TiNなど）によらない一般性を有する．そこで本研究では,細穴内面の表面加工のために必要な高密度プラズマ生成法のうち，最も一般的なホローカソード放電(HCD; Hollow Cathode Dischage）を用いることとし，加工膜種としてはDLC膜を選択した．下記の内容を１年目に実施した．（研究代表者）HCD方式を採用した細穴内面プラズマ表面加工装置を設計・制作し，メタンガスを主原料ガスとするDLC成膜を行えるように立ち上げた．ただし，HCD放電時の電流がインパルス状に増大し，駆動電源のアーク検知機能によって短時間で遮断されるという不安定な挙動が生じた．このような放電状態では，所望のON時間よりも短い時間でプラズマが消されてしまうため，ガス枯渇時間に応じたプラズマON時間の設定ができず，研究目的が達成できない．この対策として，電源と負荷（HCD電極）との間に10Ω程度の制限抵抗を挿入することでインパルス化が避けられようにした．（研究分担者）同じメタンガスを用いて平行平板でのプラズマCVDによるDLC成膜を行い，発光スペクトルと成膜結果（膜の硬度、水素含有量）を教師データとする機械学習による予測モデルを構築した．