成膜は、基材上に材料の薄い層を作るプロセスである。
このプロセスは主に化学的手法と物理的手法に分類される。
成膜プロセスにおける5つの主要ステップ
1.化学的蒸着
化学蒸着法では、基板上で前駆体流体を反応させる。
これらの方法によって薄膜が形成される。
手法には、電気めっき、ゾル-ゲル、ディップコーティング、スピンコーティング、化学気相成長法(CVD)、プラズマエンハンストCVD(PECVD)、原子層堆積法(ALD)などがある。
これらの方法では、前駆体流体が基板上で反応し、薄膜を形成する。
基板は通常洗浄され、アドアトムの拡散を促進するために加熱されることもある。
アドアトムとは、表面に凝縮し、さらに化学反応が可能な原子のことである。
2.物理蒸着
物理蒸着(PVD)には、スパッタリングや電子ビーム蒸着などの技術が含まれる。
これらの方法は、真空環境下でソースから基板に材料を物理的に移動させる。
PVD中の基板温度は、高温を必要とすることが多い化学的手法に比べ、通常は低い。
3.基板の準備と処理
基板は成膜プロセスにおいて非常に重要である。
基板は超音波洗浄され、均一な成膜を確実にするために回転させることもある。
基板を加熱すると、アドアトムの移動度が増し、膜質が向上する。
逆に、基板を冷却すると拡散が抑えられ、粗い膜を作るのに有効である。
グランス角蒸着(GLAD)や斜め角蒸着(OAD)のような技術は、蒸着角度を変えることで膜の粗さをさらに操作することができる。
4.蒸着システムに関する考察
蒸着システムを設定する際には、蒸着速度、均一性、柔軟性、ステップカバレッジ、膜特性、プロセス温度、プロセスの堅牢性、材料への潜在的なダメージなどの要因を考慮する必要があります。
各要因は、フィルムの品質と特定の用途への適合性に影響する。
例えば、デバイスの動作に直接関与するフィルムでは高い均一性が重要であり、一方、ニーズが頻繁に変わる可能性のある研究開発環境では、システムの柔軟性がより重要である。
5.プロセスステップ
薄膜形成の基本ステップには、原料の選択、媒体(流体または真空)を通した基板への搬送、基板への成膜、場合によっては膜のアニール、膜特性の分析が含まれる。
これらの工程は、様々な用途における薄膜の性能にとって重要な、薄膜の望ましい特性を達成するために調整されます。
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