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株式会社シンクロン > 技術情報 > 4.物理蒸着法(PVD)の各種成膜方法

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高エネルギーの原子や分子が固体に衝突すると、
固体表面から原子が叩き出されます。この現象をスパッタ(Sputter)またはスパッタリング(Sputtering)と呼び、スパッタされる固体をターゲット(Target)と呼びます。高エネルギーの原子や分子の衝突が繰り返されるので、ターゲットは加熱されます。そこで溶解を防ぐため、背面から水冷します。
  1. コンべンショナル・スパッタリング(Conventional Sputtering)


    図4.7のように、基板とターゲットを対向させておき、数Pa〜数10Pa程度のアルゴンガス雰囲気中でターゲットに数kVの負の直流高電圧を印加し放電させます。この放電は図3.17のモデルと同様なので、カソードであるターゲットの近傍の陰極暗部で電位差が大きくなっています。そして、アルゴンガスの一部は、電子を1個放出し、+1価の電荷を持つアルゴンイオンとなっていますので、その電位差で加速されてターゲットに衝突し原子を叩き出します。この叩き出された原子を基板上に堆積させて薄膜を形成するのがスパッタリングによる成膜です。この2極放電では ホクストンデニム メンズ ジャケット・ブルゾン アウター Hoxton Denim Denim Jacket Black、アルゴンガス圧力も放電電圧もともに高ので、熱フィラメントから放出する熱電子をアルゴンガスに照射して放電の維持を容易にし、圧力を10-1〜10-2Pa台、放電電圧を2kV以下にした3極または4極直流スパッタリングが開発され、膜質の向上が図られました。
    また、ターゲットが絶縁物の場合は、表面にアルゴンイオンが蓄積し、電位が上がりスパッタが止まってしまいます。この場合は高周波(通常13.56MHz)を用いると、アルコゴンイオンと電子の移動度の違いから、ターゲット表面には電子が多く到達し、負電位にバイアスされ絶縁物もスパッタすることができます。

  2. マグネトロン・スパッタリング(Magnetron Sputtering)


    コンベンショナル・スパッタは、蒸着に比べて成膜速度が非常に小さい欠点があります。それを改善したのが図4.8に示すマグネトロン・カソードです。これは コサベラ レディース アンダーウェア 下着 Thea Lace Wireless Bra 【送料無料※一部地域は除く】 ボンボラン 段階圧縮シェイプアップスリムタイツ アイボリー Bonvolant、ターゲット背面に磁石を置いて、ターゲット表面への漏洩磁界を利用します。この磁界の影響で、電子はターゲット表面近傍をトロイダル曲線を描きながら、磁界中を周回します。これにより、電子の軌道に沿って強いプラズマが発生し、この部分が集中的にスパッタされてスパッタ速度は10〜100倍くらいになります。放電電圧は数100Vくらい、アルゴン圧力は10-1Pa台で成膜でき、高周波も使用することができます。このマグネトロン・カソードの開発で用途は飛躍的に広がり、現在使用されているスパッタリングはほとんど、これです。欠点は、ターゲットのスパッタされる部分が、放電の強い部分に集中し、ターゲットの利用効率が低い点で、これを改善する努力が各方面でなされています。

  3. イオンピーム・スパッタリング(Ion Beam Sputtering)


    図4.9のように、イオン銃でガスイオンをターゲットに照射しスパッタします。成膜室内では放電を発生させる必要がないので、高真空中で成膜することができるのが特徴で、膜質の点から、将来 バニティフェア レディース インナー・下着 ブラレット【Vanity Fair Flattering Lace Bralette】Honey Beige、きわめて期待できる方法です。

  4. ECRスパッタリング(ECR Sputtering)
    2.45GHzのマイクロ波と、8.75×10-2Tの磁界で、電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance:ECR)条件を作り 音符 ギターピック シルバーアクセサリー メンズ ユニセックス シルバー925 シルバーネックレス シルバーチェーン 送料無料、強い放電を発生させます。このフプラズマと基板との間にターゲットを置き、負にバイアスするとスパッタが起こります。

  5. 反応性スパッタリング(Reactive Sputtering)
    スパッタリングは、アルゴン等の不活性ガスイオンで薄膜材料(ターゲット)を削って気化します。ガスイオンは正の電荷を持っているので、薄膜材料が誘電体(絶縁物)の場合、直流スパッタリングではターゲット表面に電荷が溜りスパッタが停止してしまいます。そのため、誘電体膜を成膜するには次の方法が用いられます。
    1. 高周波スパッタリングを利用する。
    2. ターゲットに導電性のある金属を用い、アルゴンガスとともに反応性ガスを導入し、反応させることによって目的の誘電体膜を得る。

    しかし、いずれの場合も成膜速度が遅く、誘電体材料が主体の光学薄膜の生産現場等では利用することができませんでした。
    最近、

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    、新しい発想の反応性スパッタリングが開発され、スパッタリングによる誘電体膜の高速成膜が可能となりました。この方法の装置構成の一例16)を図4.10に示します。



    この装置の特徴はスパッタ工程と反応工程を分離し、別々に制御することに有ります。基板は回転する円筒型基板ホルダーの外側に取り付けます。図中の4がターゲットで 【DPA・予約】猫のダヤン レザーアートリュック 羊皮紙の地図・ワイン わちふぃーるど 大人かわいいねこ雑貨 ネコグッズ【キャンセル不可】、金属を用い、アルゴンガスで直流スパッタします。図中の1が酸化源で、この部分に導入された酸素ガスはターゲット部分に流れ込みにくいように工夫されています。
    1. スパッタ工程
      回転している基板がターゲットに対向した位置にくると 、ごく薄い金属膜が成膜されます。
    2. 反応工程
      酸化源に対向した位置に基板がくると、金属膜は反応し酸化膜になります。

    この2段階の工程を繰り返すことにより希望する膜厚の酸化膜を成膜することができます。一度の工程で成膜できる膜厚は単原子層程度ですが、基板ホルダーは100rpm程度で回転しますので、結果的に高速成膜が可能となります。
    この方法ではターゲットと酸化源に投入する電力をそれぞれ調整すれば、完全な酸化膜ばかりでなく、不完全な酸化膜を得ることもできます。また、図4.10の装置にはターゲットが2基設置されています。これに異なった金属のターゲットを用い、それぞれのスパッタ電力を調整すると、得られる膜の屈折率を制御することができます。この方法によれが、これまでの方法では得にくい屈折率の層や、傾斜屈折率の膜を成膜することも可能で、膜設計の自由度が大変高くなります。なお、反応源としてはプラズマ源、イオン源等も利用てできますが、この例では、反応性の高いラジカル酸化源を用いています。また、反応ガスも酸素に限らず、

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    、窒化膜や炭化膜などにも応用できます。
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