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プラズマエネルギーシステム研究室

豊橋技術科学大学

電気・電子情報工学系

滝川・須田研究室

拡張シールド型真空アーク蒸着法










Uploaded july 03, 2014
Enhanced Shielded Cathodic Vacuum Arc Deposition (E-SCAD) 

 シールド型真空アーク蒸着(Shielded Cathodic Arc Deposition; SCAD)(または,シールド型アークイオンプレーティング;Shielded Arc Ion Plating)は,極めて簡単にドロップレットを除去する手法です。しかしながら,成膜速度が1/3〜1/5に減少してしまうという欠点があります。せっかく,ドロップレットが除去できたのに,成膜速度が減少してしまっては意味がありません。そこで,シールド法の欠点を補うべく開発した手法が,拡張シールド型真空アーク蒸着(Enhanced SCAD; E-SCAD)装置です。
 次の図に,拡張シールド型真空アーク蒸着装置の概要を示します。拡張シールド型は,通常のシールド型法に,プラズマ磁気輸送法を適用したものです。シールドを迂回するプラズマを,磁界を利用して有効に基板へ導くというものです。最も簡単なのは,左図に示すように,単に基板の背後にプラズマ収束用の永久磁石を配置するという方法(拡張シールド型真空アーク蒸着;Enhanced SCAD, E-SCAD)です。しかし,この場合,成膜面積がかなり狭くなります。そこで,右図に示すように,永久磁石の代わりに大口径の電磁コイル(電磁石)を配置することもできます(改良拡張シールド型真空アーク蒸着;Improved E-SCAD, IE-SCAD)。電磁コイルの内側には均一の磁界が形成されますので,成膜位置において均一な高速成膜(ノンシールド法の2倍以上,シールド法の5倍以上)が可能になります。


拡張シールド型真空アーク蒸着装置
Enhanced SCAD; E-SCAD
改良拡張シールド型真空アーク蒸着
Improved E-SCAD; IE-SCAD

 真空アーク蒸着法では,陰極の背後に磁石を配置します。これは,陰極表面上の陰極点を磁界によって高速に運動させることで,陰極表面上の一点の加熱を防ぎ,ドロップレットの放出量を減少させるためです。このような磁界を用いた陰極点駆動法をステアリング(steering)法と言います。シールド型法でもステアリング法を併用しています。その結果,シールド板を迂回するようにプラズマを輸送するためには,ステアリング用の磁界(cathode-spot steering magnetic field)とプラズマを収束するための磁界(Focusing magnetic field)との極性関係や磁束密度の強さなどを適切に調節する必要があります。

 また,拡張シールド法では,磁界によって輸送されるイオンだけを用いて成膜が行われます。中性粒子は輸送されません。その意味では,リアルイオンプレーティングであると言えます。

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