光薄膜デバイスの製造は真空チャンバー内で行われ、膜層の成長は微視的なプロセスです。しかし、現状では、直接制御可能な巨視的なプロセスは、膜層の品質と間接的な関係を持ついくつかの巨視的な要因に限られています。それでも、長年にわたる粘り強い実験的研究により、膜の品質とこれらの巨視的な要因との間に規則的な関係が見出され、それが薄膜デバイスの製造を導くプロセス仕様となり、高品質な光薄膜デバイスの製造において重要な役割を果たしています。
1. 真空めっきの効果
真空度が膜の特性に及ぼす影響は、残留ガスと膜の原子・分子との気相衝突によって生じるエネルギー損失と化学反応によるものです。真空度が低い場合、膜材料の蒸気分子と残留ガス分子との融合確率が高まり、蒸気分子の運動エネルギーが大幅に低下するため、蒸気分子が基板に到達できなかったり、基板上のガス吸着層を突破できなかったり、あるいはガス吸着層をかろうじて突破できたとしても基板との吸着エネルギーが非常に小さくなったりします。その結果、光薄膜デバイスで成膜された膜は、構造が緩く、蓄積密度が低く、機械的強度が劣り、化学組成が不純で、膜層の屈折率や硬度も劣ります。
一般的に、真空度が高くなると、膜の構造は改善され、化学組成はより純粋になりますが、応力も増加します。金属膜や半導体膜の純度が高いほど、その品質は向上しますが、これは真空度に依存し、より高い直接空隙率が必要となります。真空度によって影響を受ける膜の主な特性は、屈折率、散乱、機械的強度、および不溶性です。
2. 堆積速度の影響
成膜速度は、めっき表面に単位時間あたりに形成される膜の厚さで表される、膜の成膜速度を表すプロセスパラメータであり、単位はnm・s⁻¹です。
成膜速度は、膜の屈折率、剛性、機械的強度、密着性、および応力に明らかな影響を与える。成膜速度が低い場合、ほとんどの蒸気分子が基板から戻り、結晶核の形成が遅くなり、凝縮は大きな凝集体でのみ行われるため、膜の構造が緩くなる。成膜速度が増加すると、微細で緻密な膜が形成され、光散乱が減少し、剛性が増加する。したがって、成膜速度を適切に選択する方法は蒸着プロセスにおける重要な課題であり、具体的な選択は膜材料に応じて決定する必要がある。
堆積速度を向上させる方法は2つあります。(1)蒸発源の温度を上げる方法、(2)蒸発源の面積を増やす方法。
投稿日時：2024年3月29日