物理学において、スパッタリングとは、固体材料自体がプラズマまたはガスの高エネルギー粒子によって衝撃を受けた後、固体材料の微細な粒子がその表面から放出される現象です。
物理蒸着 (PVD) は、金属、セラミック、プラスチックなどの材料を表面 (基板) に蒸着し、薄膜を形成する蒸着コーティング技術です。一般に、スパッタリングと蒸着の 2 つのグループに分類できます。
スパッタリングは、高真空環境でスパッタリング ターゲットから原子を放出し、放出された原子を基板上に凝縮することにより、基板上に材料を堆積するために使用される物理蒸着 (PVD) プロセスです。
スパッタリングターゲットとは何ですか?
スパッタリングターゲットは、エレクトロニクス、半導体製造、光学コーティング、薄膜蒸着などのさまざまな業界で広く採用されている技術であるスパッタリング プロセスで使用される重要なコンポーネントです。簡単に言えば、スパッタリングは、固体ターゲット材料に高エネルギー粒子を衝突させることによって基板上に薄膜を堆積するプロセスです。
スパッタリング ターゲットは、基板上に堆積される材料のソースとして機能します。 これは通常、形成される薄膜の所望の組成に適合する高純度の材料、多くの場合金属または化合物で作られています。 ターゲットは基板とともに真空チャンバー内に配置され、スパッタリングプロセスが開始されます。
スパッタリング中、イオンや電子などの高エネルギー粒子が加速され、ターゲット表面に向かって方向付けられます。 これらの粒子がターゲットに衝突すると、スパッタリングとして知られる物理的プロセスを通じて、その表面から原子または分子が除去されます。 これらのスパッタされた粒子は真空チャンバーを通って移動し、基板上に堆積して薄膜を形成します。
スパッタリング ターゲットは、さまざまな成膜要件に対応するために、さまざまな形状、サイズ、組成で入手できます。 特定の用途に応じて、円筒形、長方形、さらにはカスタム形状にすることもできます。 ターゲット材料の選択は、導電率、光学特性、化学組成など、得られる薄膜の特性を決定するため、非常に重要です。
スパッタリングターゲットの構成
スパッタリングターゲットは、堆積される薄膜の所望の特性に応じて、金属、合金、セラミック、化合物などの幅広い材料で構成されています。 ターゲット組成の選択は、得られる薄膜の特性と機能に直接影響を与えるため、重要です。
金属ターゲット:
金属ターゲットは、スパッタリングプロセスで使用される最も一般的なタイプの 1 つです。 これらは純金属または金属合金から製造されており、優れた電気伝導性と熱伝導性を備えています。 金（Au）、銀（Ag）、銅（Cu）、チタン（Ti）、アルミニウム（Al）などの金属は、スパッタリングターゲット材料としてよく使用されます。 これらの金属ターゲットは、半導体製造、ディスプレイコーティング、太陽電池などの用途に最適です。
セラミックターゲット:
セラミックターゲットは非金属材料、通常は酸化物、窒化物、または炭化物で構成されています。 セラミックスパッタリングターゲットの例には、酸化アルミニウム（Ａｌ ２ Ｏ ３ ）、二酸化チタン（ＴｉＯ ２ ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ ２ ）、および酸化亜鉛（ＺｎＯ）が含まれる。 セラミックターゲットは、融点、化学的安定性、誘電特性が高いことで知られており、光学コーティング、耐摩耗性フィルム、保護層などの用途に適しています。
複合ターゲット:
複合ターゲットは 2 つ以上の元素で構成され、混合物または複合材料になります。 これらは独特の特性を提供し、特定の機能を備えた薄膜を堆積するために使用されます。 複合スパッタリングターゲットの例には、タッチスクリーンやディスプレイに使用される透明導電性酸化物である酸化インジウムスズ（ITO）や、硬質で耐摩耗性のコーティング材料である窒化クロム（CrN）などがあります。
スパッタリングターゲットの組成は、導電性、光透過性、耐食性、磁気特性などの望ましい特性を達成するために調整できます。 メーカーは、さまざまな業界や用途の多様な要件を満たすために、幅広いターゲット組成を提供することがよくあります。
スパッタリングターゲットの組成は、堆積される薄膜の組成に直接影響することに注意することが重要です。 したがって、望ましい薄膜特性と性能を達成するには、ターゲット材料を慎重に選択することが重要です。
スパッタリングターゲットの製造工程
スパッタリング ターゲットの製造プロセスには、高品質、正確、信頼性の高いターゲットの製造を保証するためにいくつかのステップが含まれます。 このプロセスは、ターゲット材料の種類とアプリケーションの特定の要件に応じて異なる場合があります。 一般的な製造プロセスの概要は次のとおりです。
1. 材料の選択:
スパッタリングターゲット製造の最初のステップは、材料を慎重に選択することです。 材料は、堆積される薄膜の望ましい特性に基づいて選択されます。 導電性、組成、純度、蒸着プロセスとの適合性などの要素が考慮されます。
2. 材料の準備:
素材を選択したら、準備に入ります。 金属ターゲットの場合、材料は通常、高純度のインゴットの形になります。 次に、インゴットは、溶解、鋳造、粉末冶金などのさまざまな技術を通じて処理され、ターゲットの望ましい形状とサイズが得られます。 セラミックターゲットは通常、固相反応、ゾルゲル、プラズマスプレーなどの粉末処理方法を通じて製造されます。
3. 整形:
準備された材料は、所望の目的の形状に成形されます。 これには、機械加工、研削、プレスなどのプロセスが含まれる場合があります。 機械加工は通常、金属ターゲットに使用され、材料を切断または穴あけして、目的の寸法と表面仕上げを実現します。 セラミックターゲットは、所望の形状と密度を得るために研削またはプレスを受けることがあります。
4.仕上げ：
成形後、ターゲットは仕上げプロセスを経て、必要な表面品質と寸法精度を確保します。 これには、研磨、ラッピング、または化学処理が含まれる場合があります。 目標は、スパッタリング中のターゲットの性能に影響を与える可能性のある表面の欠陥や汚染物質を除去することです。
5. 品質管理:
製造プロセス全体を通じて、ターゲットが指定された要件を満たしていることを確認するために、厳格な品質管理措置が実施されます。 これには、材料分析、寸法チェック、純度検証、および全体的なターゲット品質評価が含まれます。 最高の品質基準を維持するために、設定された基準を満たさないターゲットは拒否されます。
6. 梱包と配送:
スパッタリング ターゲットは、品質管理検査に合格すると、輸送および保管中に保護するために慎重に梱包されます。 損傷や汚染を防ぐために特別な注意が払われます。 その後、ターゲットは顧客に出荷され、スパッタリングプロセスで使用できる状態になります。
スパッタリングターゲットの製造プロセスでは、薄膜堆積用途で一貫した信頼性の高いパフォーマンスを提供するターゲットの製造を保証するために、精度、専門知識、および厳格な品質基準の順守が必要です。
スパッタリング技術とは何ですか?
1) マグネトロンスパッタリング
マグネトロン スパッタリングは、スパッタリング プロセスの効率と制御を向上させるために広く使用されているスパッタリング技術です。 この方法では、スパッタリングターゲットの近くに磁場を印加して電子をトラップし、プラズマ密度を高めます。 磁場は通常、永久磁石または電磁石によって生成され、ターゲット表面の周囲に閉ループを形成します。
ターゲットと基板の間に電圧が印加されると、磁場によって電子がターゲット表面近くに閉じ込められ、イオン化率が高まり、スパッタリングの効率が高まります。 マグネトロン スパッタリングには、ターゲット利用率の向上、より高い堆積速度、より優れた膜の均一性、および幅広い材料のスパッタリング能力などの利点があります。 エレクトロニクス、光学、コーティングなどの業界で一般的に使用されています。
2) 反応性スパッタリング
反応性スパッタリングは、反応性ガス、通常は酸素または窒素を含むガスの存在下でターゲット材料をスパッタリングする技術です。 反応性ガスはスパッタされた原子または分子と反応し、化合物膜の形成につながります。 このプロセスにより、純粋な形では直接スパッタリングできない材料の堆積が可能になります。
反応性スパッタリングは、酸化物、窒化物、または炭化物の薄膜を堆積するために広く使用されています。 膜の化学量論を正確に制御し、組成、硬度、屈折率などの膜特性を調整することができます。 反応性スパッタリングは、光学コーティング、腐食防止、半導体デバイスなどの分野で応用されています。
3) イオンビームスパッタリング(IBS)
イオン ビーム スパッタリング (IBS) は、高度に集束されたイオン ビームを利用してターゲット材料をスパッタリングする特殊なスパッタリング技術です。 この方法では、高エネルギーのイオン ビームがターゲット表面に衝突し、スパッタリングとターゲット原子の放出が引き起こされます。 IBS で使用されるイオンは通常、イオン源から生成されます。
IBS には、膜厚の正確な制御、高い堆積速度、幅広い材料のスパッタリング機能などの利点があります。 これは、高品質で緻密で滑らかな薄膜の堆積に特に適しており、優れた膜品質が重要である光学、精密光学、およびコーティングの用途に適しています。
4) 集束イオンビームスパッタリング(FIBS)
集束イオン ビーム スパッタリング (FIBS) は、スパッタリングとイオン ミリングを集束イオン ビームと組み合わせた、特殊な形式のイオン ビーム スパッタリングです。 FIBS では、細かく集束されたイオン ビームを使用して、ターゲット材料を非常に高い精度でスパッタリングおよびミリングします。 集束イオンビームをターゲット表面全体に走査して、複雑なパターンを作成したり、高い空間分解能で材料除去を実行したりできます。
FIBS は、微細加工、回路編集、透過型電子顕微鏡 (TEM) 用のサンプル調製などのアプリケーションで一般的に使用されます。 これにより、マイクロおよびナノスケールでの材料の正確な除去、堆積、および修正が可能になり、さまざまな研究および製造分野で貴重な技術となっています。
5) 電子ビームスパッタリング
電子ビームスパッタリングは、集束された電子ビームを使用してターゲット材料をスパッタリングするスパッタリング技術です。 この方法では、高エネルギー電子ビームがターゲットに衝突し、ターゲットの原子または分子が放出されます。 スパッタされた種は真空チャンバーを通って移動し、基板上に堆積します。
電子ビームスパッタリングには、高い堆積速度、膜厚の正確な制御、幅広い材料をスパッタリングできるなどの利点があります。 これは、優れた接着力と密度を備えた複雑な多層構造、光学コーティング、薄膜の成膜によく使用されます。
これらのスパッタリング技術にはそれぞれ独自の特性と利点があり、エレクトロニクス、光学、エネルギー、材料科学などの業界のさまざまな用途や成膜要件に適しています。
スパッタリングターゲットの種類
スパッタリング ターゲットにはさまざまなタイプがあり、それぞれが特定の成膜要件や用途を満たすように設計されています。 一般的に使用されるスパッタリング ターゲットのタイプをいくつか示します。
1. 金属ターゲット:
金属ターゲットは、最も広く使用されているタイプのスパッタリング ターゲットの 1 つです。 これらは純金属または金属合金から製造されており、優れた電気伝導性と熱伝導性を備えています。 金属ターゲットは、半導体製造、薄膜堆積、光学コーティング、磁気記憶媒体の製造などの用途に一般的に使用されます。 金属ターゲットとしては、金（Au）、銀（Ag）、銅（Cu）、アルミニウム（Al）、チタン（Ti）などが挙げられる。
2. セラミックターゲット:
セラミックターゲットは非金属材料、通常は酸化物、窒化物、または炭化物で構成されています。 セラミックスパッタリングターゲットは、融点が高く、化学的安定性があり、誘電特性が高いことで知られています。 これらは、耐摩耗性コーティング、光学フィルム、薄膜抵抗器などの用途に広く使用されています。 セラミックターゲットの例としては、酸化アルミニウム（Ａｌ ２ Ｏ ３ ）、二酸化チタン（ＴｉＯ ２ ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ ２ ）、および酸化亜鉛（ＺｎＯ）が挙げられる。
3. 合金ターゲット:
合金ターゲットは、2 つ以上の金属元素の混合物で構成されるスパッタリング ターゲットです。 合金ターゲットには、合金の組成を調整することによって、堆積された薄膜の特性を調整できるという利点があります。 磁気記録媒体、超電導膜、耐食性コーティングなどの幅広い用途に使用されています。 合金ターゲットの例には、ニッケルクロム (NiCr)、チタンアルミニウム (TiAl)、およびコバルトクロム (CoCr) が含まれます。
4. 複合ターゲット:
複合ターゲットは、特定の膜特性や多層構造を実現するために、異なる材料や層を組み合わせて作られたスパッタリング ターゲットです。 これらは、膜の組成と構造を正確に制御する必要がある用途でよく使用されます。 複合ターゲットは、光学フィルター、太陽電池、集積回路などの分野で応用されています。
5. カスタマイズされたターゲット:
カスタマイズされたターゲットは、特定の顧客の要件を満たすように調整されます。 これらのターゲットは、特殊な用途に対応するために、独自の組成、形状、またはサイズから作成できます。 カスタム スパッタリング ターゲットは、標準ターゲットでは不十分な研究開発、試作、およびニッチ産業でよく使用されます。
選択されるスパッタリングターゲットのタイプは、所望の膜組成、堆積技術、特定のアプリケーション要件などの要因に依存することに注意してください。 メーカーは多くの場合、業界の多様なニーズに応え、正確な薄膜堆積を可能にするために幅広いターゲット オプションを提供しています。
スパッタリングターゲットの用途
スパッタリング ターゲットは、薄膜堆積に依存するさまざまな産業で広範な用途に使用されています。 スパッタリング技術が提供する多用途性と正確な制御により、スパッタリング技術は多くの用途で好まれる選択肢となっています。 スパッタリング ターゲットが一般的に使用される主要な分野をいくつか示します。
1. 半導体製造:
半導体産業では、集積回路 (IC) やその他の半導体デバイスの製造において、薄膜の堆積にスパッタリング ターゲットが広く利用されています。 スパッタリング膜は、バリア層、相互接続、誘電体層、金属コンタクトなどの用途に使用されます。 半導体製造では、アルミニウム (Al)、銅 (Cu)、タングステン (W) などの金属ターゲットが一般的に使用されます。
2. 光学部品と光学コーティング:
スパッタリングターゲットは、さまざまな用途の光学コーティングの製造において重要な役割を果たします。 これらは、レンズ、ミラー、フィルター、導波管などの光学部品に薄膜を堆積し、反射率、透過率、反射防止、色制御の点で性能を向上させるために使用されます。 インジウム錫酸化物 (ITO)、二酸化チタン (TiO2)、二酸化ケイ素 (SiO2) などの材料は、光学コーティング用途で広く使用されています。
3. エネルギーと太陽電池:
エネルギー分野では、太陽電池、燃料電池、エネルギー貯蔵装置などの用途にスパッタリング ターゲットが利用されています。 スパッタリング膜は太陽電池の透明導電層の作成に使用され、効率的な光吸収と電荷輸送が可能になります。 インジウム錫酸化物 (ITO) やアルミニウムドープ酸化亜鉛 (AZO) などの材料は、太陽電池製造のターゲットとして一般的に使用されます。
4. ディスプレイ技術:
スパッタリング ターゲットは、フラット パネル ディスプレイ (LCD、OLED)、タッチ スクリーン、フレキシブル ディスプレイなどのディスプレイの製造に不可欠です。 透明導電膜、カラーフィルター、反射層、電極材料の成膜に使用されます。 酸化インジウムスズ (ITO)、酸化インジウムガリウム亜鉛 (IGZO)、およびアルミニウム (Al) は、ディスプレイ技術で一般的に使用されるターゲットです。
5. 耐摩耗性および装飾コーティング:
スパッタリング ターゲットは、切削工具、金型、自動車部品などのさまざまな表面に耐摩耗性コーティングを作成するために使用されます。 これらのコーティングにより、硬度、耐摩耗性、耐食性が向上します。 さらに、スパッタリング ターゲットは、宝飾品、時計、建築用ガラスの装飾フィルムの製造など、装飾目的にも使用されます。
6. 磁気記憶媒体:
スパッタリング ターゲットは、ハードディスク ドライブ (HDD) や磁気テープなどの磁気記憶媒体の製造に不可欠です。 これらは、データを磁気的に保存する記録層を形成する、コバルト (Co)、ニッケル (Ni)、鉄 (Fe) などの磁性材料の薄膜を堆積するために使用されます。
これらは、スパッタリング ターゲットの幅広い用途のほんの一例です。 スパッタリング技術が提供する柔軟性、精度、制御により、スパッタリング技術は、さまざまな機能や保護の目的で高品質の薄膜を堆積する必要がある産業において重要なプロセスとなっています。
結論
スパッタリングターゲットは、スパッタリングによる薄膜の堆積プロセスにおいて基本的な役割を果たします。 半導体製造、光学、エネルギー、エレクトロニクスなどのさまざまな産業で使用される必須の部品です。 スパッタリングターゲットは、高精度で細心の注意を払って製造されており、金属ターゲット、セラミックターゲット、合金ターゲット、複合ターゲット、カスタマイズされたターゲットなど、さまざまな種類があります。
もっと詳しく知りたい場合は、お問い合わせください。
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
人気の記事
