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して、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できますが、特に高融点、低蒸気圧の元素や化合物が適しています。固体であれば、金属、半導体、絶縁体、化合物、混合物など、ブロック状、粒状を問わず、ターゲット材料として使用できます。酸化物などの絶縁材料や合金をスパッタリングすると、分解や分画がほとんど起こらないため、ターゲット材料と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の超伝導膜を作製できます。また、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、ターゲット材料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着原子のエネルギーよりも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、スパッタ原子と基板との密着性が向上します。高エネルギーのスパッタ原子の一部は様々な程度で基板上に注入され、スパッタ原子と基板材料の原子が「混和」するいわゆる擬似拡散層を形成します。さらに、スパッタ粒子の照射中、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との密着性が大幅に向上します。
（３）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。これは、真空蒸着ではスパッタコーティングプロセス中に避けられないるつぼ汚染がないためです。
（４）膜厚の制御性と再現性が高い。スパッタ成膜中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、スパッタ成膜の多重スパッタリングによる膜厚の制御性と再現性が良好で、所定の膜厚の膜を効果的に成膜できる。さらに、スパッタ成膜は広い面積にわたって均一な膜厚を得ることができる。しかし、一般的なスパッタ成膜技術（主にダイポールスパッタリング）では、装置が複雑で高圧装置が必要であり、スパッタ成膜速度が遅く、真空蒸着の成膜速度は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/分であり、基板温度の上昇が大きく、不純物ガスの影響を受けやすい、などの問題がある。しかし、RFスパッタリングやマグネトロンスパッタリング技術の発展により、高速スパッタ成膜と基板温度の低下において大きな進歩が見られている。さらに近年では、平面マグネトロンスパッタリングをベースとした新しいスパッタコーティング法が研究されており、スパッタリング時の空気圧を最小限に抑え、最終的に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力スパッタリングを目指している。