スパッタリング・コーティングは、物理的気相成長法によって基板上に薄く機能的な層を成膜するために使用されるプロセスである。このプロセスでは、高エネルギー粒子による砲撃によってターゲット材料から原子が放出され、それが基板上に堆積して強固な原子レベルの結合が形成される。
プロセスの概要
- 環境の準備： このプロセスは、まずチャンバーを排気してすべての分子を除去し、成膜する材料に応じてアルゴン、酸素、窒素などの特定のプロセスガスで埋め戻すことから始まる。
- スパッタリングプロセスの活性化： 負の電位がターゲット材料（マグネトロンカソード）に印加され、チャンバー本体は正の陽極として機能する。このセットアップにより、チャンバー内でプラズマ放電が開始される。
- 材料の放出と堆積： 高エネルギー粒子がターゲット材料に衝突し、原子が放出される。これらの原子は真空チャンバーを横切って運ばれ、薄膜として基板上に蒸着される。
詳しい説明
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環境の準備： スパッタリングプロセスでは、コーティングの純度と品質を確保するために、高度に制御された環境が必要です。まずチャンバー内を真空にし、汚染物質や不要な分子を除去します。真空にした後、チャンバー内をプロセスガスで満たします。ガスの選択は、成膜する材料とコーティングに求められる特性によって異なります。例えば、ほとんどの材料と反応しない不活性な性質を持つアルゴンが一般的に使用されている。
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スパッタリングプロセスの活性化： コーティング材料の供給源であるターゲット材料は、マイナスに帯電している。この電荷が電界を作り出し、プロセスガス中のイオンをターゲットに向かって加速する。チャンバー自体は接地されており、電気回路を完成させ、ガスのイオン化を促進するプラス電荷を供給する。
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材料の放出と蒸着 イオン化ガスからの高エネルギーイオンがターゲット材料と衝突し、原子がターゲット表面から放出される。放出された原子は真空チャンバー内を移動し、基板上に着地する。放出された原子の運動量と真空環境により、原子は均一に堆積し、基板に強く付着する。この付着は原子レベルで行われ、基材とコーティング材料の間に強固で永久的な結合を形成する。
このプロセスは、半導体製造やデータストレージなど、薄膜成膜が材料の性能や耐久性を高めるために不可欠なさまざまな産業で極めて重要である。スパッタリングが提供する精度と制御性により、重要な用途の材料成膜に適した方法となっています。
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