イオン・ラジカル照射を制御したECRプラズマプロセスによる窒化カーボン成膜

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本研究では、ECRプラズマを用いたイオンとラジカルの同時照射・制御を可能にするプロセスにより、高硬度窒化カーボンの成膜を目指した。成膜法としては、「ECRプラズマを用いた反応性スパッタリング」と「高周波プラズマ中でのレーザーアブレーション」を用いた。ECRプラズマおよび高周波プラズマは共に、イオン及びラジカルを効果的に生成できる。更に本実験では、基板にバイアスを加えれるようにして、成膜中への基板へのイオン衝撃を可能にした。以下に実験で得られた結果を示す。1.イオン衝撃を用いた反応性スパッタリング法により、表面が非常に滑らかで緻密な構造の窒化炭素薄膜を作製できた。原子組成比N/Cは最大で0.35、sp^3結合比率は0.5であり、膜の硬度は10〜30GPaであった。2.イオン衝撃を用いたレーザーアブレーション法により、繊維が密集したような特異な構造をもつ薄膜が作製された。膜成膜速度は30〜60nm/minと速く、反応性スパッタリング法に比べて5〜10倍の速度であったが、膜の硬度は5〜10GPaと低かった。原子組成比N/Cは最大で0.24、sp^3結合比率は0.32であった。3.両プロセス共、イオン衝撃を与えると、膜中の窒素濃度が上昇した。ただし、イオンエネルギーが100〜150eVで窒素濃度は飽和した。しかしながら、その膜構造は大きく異なった。また、レーザーアブレーション法による実験では、イオンエネルギーが150eV以上に高くなると窒素濃度が減少することを確認した。