スパッタリングで使用される真空システムは、スパッタコーティングシステムに不可欠なコンポーネントです。このシステムは、導電性材料の薄膜をマイクロ回路やその他の基板に成膜するために使用されます。真空システムは、汚染物質による干渉を最小限に抑え、制御された環境でのプロセスを保証します。
真空システムは真空チャンバーで構成され、H2O、空気、H2、Arなどの残留ガス分子を除去するためにベース圧力まで排気される。このベース圧力は、クリーンな表面を確保し、汚染を避けるために、通常、約10-6mbar以上の高真空範囲にある。
チャンバーが排気されると、高純度の不活性プロセスガス（通常はアルゴン）がチャンバー内に導入される。このガスはスパッタガスとして機能し、スパッタリングプロセスにおいて重要な役割を果たす。プラズマ中の高エネルギー分子衝突時の衝撃で運動エネルギーを伝え、スパッタ薄膜成膜の主要な駆動力であるガスイオンを生成する。スパッタ蒸着の圧力は通常mTorrの範囲にあり、10-3から10-2mbarの範囲にある。
スパッタリングプロセスそのものは、ターゲットとなるコーティング材料に直流電流を流すもので、この電流は電子がシステムに入る陰極または負バイアス点となる。コーティングされる基材にも正電荷が与えられ、陽極となる。直流電流は通常-2～-5kVの範囲である。
コーティングに使用する材料であるスパッタターゲットは、基板と平行に真空チャンバー内に置かれる。高い運動エネルギーを持つスパッタ粒子がターゲット表面に当たると、ターゲットから原子が「蹴り出され」、基板に向かって飛び、そこで膜を形成する。ターゲットからの粒子は均一かつ迅速に基板を覆う。スパッタ粒子の温度が低いため、プラスチックのような熱に弱い基材でもセラミックや金属でコーティングすることができる。
場合によっては、基板が非常に敏感な場合、真空チャンバーを不活性ガスである程度満たすことができる。これにより、ターゲットから飛来する粒子の運動エネルギーを制御することができる。
全体として、スパッタリングにおける真空システムは、制御された環境を作り出し、基板上にクリーンで均一かつ高品質な薄膜を成膜するために極めて重要です。
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