【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.11】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM0141
利用課題名 / Title
段差計を用いた成膜サンプルの段差測定
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials
キーワード / Keywords
超伝導空洞/Superconducting Cavity, スパッタリング/Sputtering, 加速器/Particle Accelerator,PVD,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,スパッタリング/ Sputtering
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
片山 領
所属名 / Affiliation
高エネルギー加速器研究機構
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-666：触針式プロファイラー [Dektak XT-A #2]
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
現在、高エネルギー加速器研究機構（KEK）において、ニオブ製超伝導加速空洞の内面に別の超伝導材料（より高い超伝導性能を持つニオブスズなど）をコーティングすることで空洞性能を向上させることを目指した基礎研究が進められている。先行研究は空洞性能を最大化できる最適な膜厚値が存在することを示している。ゆえに、本研究では成膜時において膜厚値を適切に制御することが重要となる。ニオブスズ薄膜の場合には最適膜厚は ~ 100 nm であると予想されている。KEK では、本研究の一環として 2024年3月に超伝導加速器利用促進化推進棟に DC マグネトロンスパッタリング装置を導入した。そして、いくつかの条件でニオブとスズの薄膜サンプルの成膜試験が行われた。KEK では膜厚を評価することのできる装置としてレーザー顕微鏡を保有していたが、測定精度が約 40nm とニオブスズの最適膜厚 ~100 nm と比較して無視できないほど大きい問題があった。一方で、NIMS は測定精度 0.1 nm の段差計を保有している。そこで、今回、成膜試験時に製作したいくつかの薄膜サンプルの膜厚を NIMS の段差計を用いて評価することを試みた。
実験 / Experimental
KEK の DC マグネトロンスパッタ装置を用いて一部に非成膜部を持つ薄膜サンプルを製作しておき、成膜部と非成膜部の境界に存在するステップ高さを段差計を用いて測定することにより膜厚を評価した。
結果と考察 / Results and Discussion
段差測定の結果、成膜部と非成膜部の間に存在するステップの高さを評価できた。しかしながら、時折、得られた段差プロファイルに不自然な飛びが現れたり、特に膜厚が薄いサンプルにおいてステップ高さがドリフトするなどの不安定な挙動が観測された。我々は、このような不安定性がサンプル表面を段差計の針で直接なぞっていることが原因で引き起こされた可能性があると考えた。そこで、まず、段差計の測定においてドリフトが起きなかったデータのみを抽出し、かつ、不自然な飛びが生じなかった領域を用いて膜厚を評価した。さらに、KEK で同じサンプルに対してレーザー顕微鏡を用いて膜厚を評価した。そして、二つの膜厚の評価値を比較したところ、両結果が測定精度の誤差の範囲内で一致することが分かった。これらの結果は、第21回日本加速器学会年会と 11th International Workshop on Thin Films and New Ideas for Pushing the Limits of RF Superconductivity (TFSRF2024) で報告されている。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Example of surface profile measured by Dektak
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 片山領 他、"KEK における多層薄膜構造の研究のための DC マグネトロンスパッタ装置", 令和6年8月2日、第21回日本加速器学会年会、FRP049
- Ryo Katayama et al,, "Thin-film study of Nb3Sn-AlN-Nb and NbN-AlN-Nb on 3GHz cavity by DC magnetron sputtering.", France, Orsay, 17th, Sep, 2024, TFSRF2024
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件