マグネトロンスパッタリングとは？

2024-04-03

マグネトロンスパッタリングは、一般的に使用されている。PVDイオンボンバードメントとスパッタリングの原理を利用した薄膜作製技術は、真空環境下で高周波電界と静磁界を印加することで実現される。このプロセスでは、材料は真空チャンバー内に取り付けられたターゲットの形で作られる。電界を印加することで、ターゲット表面にプラズマが形成され、静磁界によってプラズマからターゲット表面にイオンが誘導され、ボンバードメントが行われる。ボンバードされたターゲット表面から原子や分子が放出され、基板表面に高速で堆積して薄膜が形成される。

マグネトロンスパッタリングの原理

スパッタリングコーティングは、ターゲット材料の粒子砲撃によるスパッタリングのプロセスであり、基板に原子やイオンを発射し、膜層を形成するために基板上に堆積させる。マグネトロンスパッタリングは、追加の磁場、電子が磁場バインドによって同時に電界によって加速されたときに、振り子運動であった、電子とターゲット粒子と作動ガスイオンの衝突周波数を向上させ、作動ガスイオン化度が増加し、作動ガス圧力が低下し、作動ガスイオンは、電界によって加速され、ターゲットの衝撃とターゲット原子またはターゲット材料から飛び出したイオンにターゲットへのエネルギーの放出は、膜層は、基板の表面に堆積される。表面に成膜される。

マグネトロンスパッタリングの分類

磁場配置による分類

平面マグネトロンスパッタリング(PMS)

磁場がターゲット表面に平行な従来のマグネトロンスパッタリング構成。
広い面積を均一に蒸着するのに適している。

ロータリーターゲットマグネトロンスパッタリング (RMS)

ターゲットを円筒形に回転させることで、ターゲットの寿命を延ばす。
大面積で高い均一性が要求される成膜に最適。

デュアルターゲットマグネトロンスパッタリング(DMS)

放電プロセス中にターゲットに蓄積する表面電荷を最小限に抑えるため、2つの磁気制御ターゲットを使用する。
スパッタリング効率と膜の均一性を向上させ、電気絶縁膜の作製に適しています。

プロセスガスによる分類

DCマグネトロンスパッタリング (DC Magnetron Sputtering)

導電性ターゲットに適したDC電源によるスパッタリング。
このプロセスは簡単で、金属薄膜の成膜に適している。

RFマグネトロンスパッタリング (RFMS)

導電性・非導電性ターゲット用RF電源によるスパッタリング。
酸化物や窒化物などの絶縁膜の作製に適している。

堆積環境による分類

反応性マグネトロンスパッタリング (RMS)

アルゴンガスに反応ガス（酸素、窒素など）を加え、ターゲット材と化学反応させて化合物膜を形成する。
酸化膜、窒化膜、その他の機能性膜の作製に適している。

非反応マグネトロンスパッタリング(NRMS)

不活性ガス（アルゴンなど）のみを使用して、純金属や合金の薄膜を成膜するスパッタリング。
金属薄膜の作製に適している。

プロセス特性による分類

パルスマグネトロンスパッタリング(PMS)

パルス電源を用いた制御放電は、スパッタリングの安定性と膜質を向上させる。
パーティクル汚染を低減し、フィルム密度を向上させるのに適している。

高出力インパルスマグネトロンスパッタリング(HiPIMS)

高出力短パルスによるスパッタイオン化率と膜質の大幅な改善。
高密度で欠陥の少ないフィルムの作製に適している。

応用分野による分類

装飾的マグネトロンスパッタリング(DMS)

携帯電話の筐体、時計、メガネフレームなどの表面の装飾コーティングの調製に使用される。
主に金属または合金のターゲットが使用され、コーティングの色と外観が重視される。

機能性マグネトロンスパッタリング(FMS)

光学コーティング、保護コーティング、導電性フィルムなど、特定の機能を持つ薄膜の作製に使用される。
フィルムの光学的、電気的、機械的特性に焦点を当てる。

マグネトロンスパッタリングの利点

高い制御性：フィルムの組成、構造、厚みを正確に制御できる。
環境への配慮：不活性ガスを使用するため、廃棄物が少ない。
低温プロセス：高温によるダメージを避けるため、温度に敏感な基板に適している。
高成膜レート：ターゲットスパッタリング効率向上のためのプラズマ密度の向上。
低パーティクルコンタミネーション：反応過程で発生するパーティクルを低減し、フィルムの純度を向上。
幅広い材料に対応：金属、合金、化合物など幅広いターゲットに対応。
多層膜に最適：多層構造や複合膜の成膜が可能。
高い安定性と再現性：大量生産のためのプロセス安定性。
良好なフィルム均一性と高密度化：強力な接着力と均一な厚みを持つ緻密なフィルム。

一般的なスパッタリング材料

アルミニウム(Al)、銅(Cu)、チタン(Ti)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)、金(Au)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化チタン(TiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ケイ素(Si3N4)、窒化チタン(TiN)、窒化アルミニウム(AlN)、炭化ケイ素(SiC)、炭化チタン(TiC)、チタン/窒化チタン(Ti/TiN)多層ターゲット等窒化チタン（Ti/TiN）多層ターゲットなど

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