スパッタリングとは

スパッタリングは、密閉されたチャンバー内のソース材料に電子またはその他のエネルギー粒子を衝突させ、ソースの原子をエアゾールの形として放出し、チャンバー内のすべての表面に定着させることにより、材料の非常に薄い層を表面に堆積させる方法です。 このプロセスは原子スケールまで非常に微細な膜の層を堆積させることができますが、遅くなる傾向があり、小さな表面積に最適です。 用途には、走査型電子顕微鏡（SEM）でのイメージング用の生体サンプルのコーティング、半導体産業での薄膜堆積、小型電子機器のコーティングの堆積が含まれます。 医学、コンピューターサイエンス、および材料科学の研究におけるナノテクノロジー業界は、しばしばナノメートルまたは10億分の1メートルの規模で新しい複合材料およびデバイスを設計するためにスパッタリング蒸着に依存しています。

ガスフロー、反応性、マグネトロンスパッタリングなど、いくつかの異なるタイプのスパッタ法が一般的に使用されています。 イオンビームおよびイオンアシストスパッタリングも、イオン状態で存在できるさまざまな化学物質のために広く使用されています。 マグネトロンスパッタリングは、さらに直流（DC）、交流（AC）、および無線周波数（RF）のアプリケーションに分類されます。

マグネトロンスパッタリングは、ターゲットへの層の堆積に使用されるソース材料の周囲に磁場を配置することにより機能します。 次に、チャンバーにアルゴンなどの不活性ガスを充填します。 ソース材料がACまたはDC電流で帯電すると、放出された電子が磁場に閉じ込められ、最終的にチャンバー内のアルゴンガスと相互作用して、アルゴンとソース材料の両方で構成されるエネルギーイオンを生成します。 その後、これらのイオンは磁場から漏れてターゲット材料に衝突し、ソース材料の微細な層をその表面にゆっくりと堆積させます。 この場合、RFスパッタリングを使用して、ターゲットとソース間の電気バイアスを高速で変化させることにより、いくつかの種類の酸化膜を絶縁ターゲットに堆積します。

イオンビームスパッタリングは、磁場を必要とするソースなしで機能します。 ソース材料から放出されたイオンは、二次ソースからの電子と相互作用するため、ターゲットに中性原子が衝突します。 これにより、コンピューターのハードドライブ用の薄膜ヘッドなど、導電性および絶縁性のターゲット材料と部品の両方をコーティングできるイオンスパッタリングシステムが実現します。

反応性スパッタマシンは、ターゲット物質とチャンバーの真空に排気されるガスとの間の化学反応に依存しています。 堆積層の直接制御は、チャンバー内のガスの圧力と量を変更することにより行われます。 光学部品や太陽電池で使用されるフィルムは、化学量論や化学反応速度を正確に制御できるため、反応性スパッタリングで作成されることがよくあります。