スパッタリングコーティング技術

1、スパッタコーティングの特徴
従来の真空蒸着コーティングと比較すると、スパッタリングコーティングには以下の特徴があります。
（1）あらゆる物質をスパッタリングすることが可能ですが、特に高融点、低蒸気圧の元素や化合物が対象となります。固体であれば、金属、半導体、絶縁体、化合物、混合物など、塊状、粒状を問わず、あらゆる物質をターゲット材として使用することができます。酸化物などの絶縁体や合金は、スパッタリング時に分解や分別がほとんど起こらないため、ターゲット材とほぼ同様の均一な成分を持つ薄膜や合金膜、さらには複雑な組成を持つ超伝導膜を作製することができます。さらに、反応性スパッタリング法は、酸化物、窒化物、炭化物、ケイ化物など、ターゲット材とは全く異なる化合物の膜を作製するためにも使用できます。
（2）スパッタ膜と基板との良好な密着性。スパッタ原子のエネルギーは蒸発原子のエネルギーより1～2桁高いため、基板上に堆積した高エネルギー粒子のエネルギー変換によってより高い熱エネルギーが発生し、スパッタ原子の基板への密着性が向上します。高エネルギースパッタ原子の一部は、基板上に様々な程度に注入され、スパッタ原子と基板材料の原子が互いに「混和」する、いわゆる擬似拡散層を基板上に形成します。さらに、スパッタ粒子の衝突中、基板は常にプラズマ領域で洗浄・活性化され、密着性の低い析出原子が除去され、基板表面が浄化・活性化されます。その結果、スパッタ膜層と基板の密着性が大幅に向上します。
（３）真空蒸着法ではスパッタコーティング工程中に避けられないるつぼ汚染がないので、スパッタコーティングの密度が高く、ピンホールが少なく、膜層の純度が高い。
（4）膜厚の制御性と再現性に優れている。スパッタコーティングでは、放電電流とターゲット電流を個別に制御できるため、ターゲット電流を制御することで膜厚を制御でき、膜厚の制御性とスパッタコーティングの多重スパッタリングにおける膜厚の再現性が良好で、所定の厚さの膜を効果的にコーティングできる。また、スパッタコーティングは大面積にわたって均一な膜厚を得ることができる。しかし、一般的なスパッタコーティング技術（主に双極子スパッタリング）は、装置が複雑で高圧装置を必要とする。スパッタ成膜速度が遅い（真空蒸着速度は0.1～5nm/分であるのに対し、スパッタリング速度は0.01～0.5nm/分）。基板温度上昇が大きく、不純物ガスなどの影響を受けやすい。しかし、RFスパッタリング技術やマグネトロンスパッタリング技術の発展により、スパッタ成膜の高速化と基板温度の低減が大きく進歩した。さらに、近年では、スパッタリング中の吸入ガスの圧力がゼロになるゼロ圧スパッタリングまでスパッタリング空気圧を最小限に抑えるための、平面マグネトロンスパッタリングに基づく新しいスパッタコーティング方法が研究されています。