スパッタリングとは

スパッタリングは物理蒸着法（Physical Vapor Deposition:PVD）の一種である。グロー放電によって生成したガスイオンをターゲットと呼ばれる金属個体に衝突すると、金属個体から金属イオンが外に弾き出す現象のことである。スパッタリングを日常生活にあるものでイメージすると砂場に鉄球を当てると砂が飛び散るがこれがスパッタリングと同じことである。この現象は1852年にW.R.Groveによって発見された。スパッタリングは同じ物理蒸着法である真空蒸着法と比較すると①薄膜が基板との密着力が高い。②広い面積かつ均一薄膜をつけることができる。③ほとんどの物質で成膜可能などの特徴がある。
コミヤマエレクトロンではスパッタリングの装置を製造ができる。

スパッタリングの用途

• ・太陽電池や液晶デバイスの透明電極
• ・半導体
• ・CD/DVD
• ・切削工具
• ・ディスプレイ
• ・窓ガラス
• ・食品梱包
• ・家具や装飾品

スパッタリング装置の種類

スパッタリング法は装置の構造を変えることで発展してきた。代表的なスパッタリング装置である、2極スパッタリング装置、マグネトロンスパッタ装置、高周波マグネトロンスパッタ装置、反応性スパッタリングについて説明する。

2極スパッタリング装置

2極スパッタリングはスパッタリング装置の中では構造が簡単な部類である。スパッタ装置内に陽極側にターゲット、その対抗になる陰極側に薄膜する基板、試料を配置する。簡単な構造しているが、プラズマを安定的に生み出すためには高い動作圧力が必要とされている。膜堆積速度が遅く、不純物ガスが薄膜内に混入しやすい。また、スパッタリングの際で発生した二次電子が基板と衝突して温度上昇を起こし、基板へのダメージを生じる欠点がある。

高周波スパッタリング

高周波スパッタリング装置の特徴は、絶縁物に対してスパッタリングができることである。
電源は交流なので、粒子の加速方向は電圧に合わせて変化する。真空チャンバとターゲットに交流(高周波)をかける。チャンバ側の電子は回路に流れ、ターゲット側の電子は、逃げ場を失い電子密度が高くなる。それにより、ターゲット側がマイナスにバイアスされ、イオンがターゲットに衝突してスパッタリングすることができる。

この方式からセラミックやシリカなどの絶縁物にスパッタリングをすることができる。

マグネトロンスパッタリング装置

マグネトロンスパッタ装置の特徴はターゲットの裏に磁石を配置する方法である。ターゲット付近で磁場が発生し、スパッタリングによって生成された2次電子を磁場内に閉じ込める。磁場内で閉じ込めた2次電子をイオン化していない原子と衝突させることで、効率よくイオン化した原子を生み出し、高密度のイオンを生成できる。このことから高密着かつ高平滑の薄膜を作ることができる。また、動作圧力を低くスパッタリングすることができる。

反応性スパッタリング装置

2極スパッタリングやマグネトロンスパッタリングは真空装置に不活性ガスを注入しイオン化させてターゲットにぶつけ、ターゲットイオンを飛び出させて基板、試料に付着させる。一方、反応性スパッタリング装置は金属ターゲットを配置し、スパッタリングで必要な不活性ガスを注入する。不活性ガスの原子を金属ターゲットに衝突させて、金属ターゲット原子を放出する。金属ターゲット原子に反応させたいガス（酸素、窒素）を注入し、化学反応を起こして化合物の原子を生成する。生成した化合物の原子を基板や試料に付着させる方法である。この装置の特徴は高速で成膜ができ、薄膜の形成の際にズレが起きにくいということである。