中古 アネルバ ANELVA スパッタ装置 EVP-0141A

スパッタ装置は、真空中でプラズマを生成し、ガスイオンをターゲット(成膜材料)に衝突させて叩き出した原子を基板上に堆積させる物理気相成長(PVD)装置である。材料を加熱して蒸発させる真空蒸着と異なり、イオン衝突による運動量の授受で粒子を放出させるため、高融点金属、合金、酸化物や窒化物などの化合物まで幅広い材料を扱え、合金ターゲットの組成が膜に転写されやすい。スパッタ粒子は蒸着粒子より運動エネルギーが大きく、密着性の高い緻密な膜を得やすい。
基本構成は、真空チャンバー、排気系(粗引きポンプとターボ分子ポンプやクライオポンプによる高真空排気)、マスフローコントローラによるガス導入系、圧力制御用の可変コンダクタンスバルブ、カソード(ターゲット電極)と電源、基板ホルダである。基板ホルダには回転、加熱、バイアス印加の機構を備えることが多い。成膜前に研究用装置では10^-5 Pa台前後、超高真空仕様ではさらに低い圧力まで排気し、アルゴンを導入しておおむね0.1〜1 Pa程度で放電させるのが典型的な運転条件である。
現在の主流はマグネトロン方式で、ターゲット裏面の磁石が作る磁場で電子をターゲット近傍に閉じ込め、低圧でも高密度のプラズマを維持する。これにより2極方式より成膜速度が大きく向上し、基板の温度上昇やプラズマダメージも抑えられる。一方、侵食(エロージョン)が磁場の形に沿って局所的に進むため、ターゲット利用効率は低くなりやすく、磁石を動かして侵食領域を広げる方式もある。磁石は熱で減磁するため、長時間・高出力で運転する場合はカソードの水冷能力が重要な管理項目となる。
電源方式によって扱える材料が分かれる。DCスパッタは金属など導電性ターゲット向けで、構成が単純で成膜速度も速い。絶縁性ターゲットでは表面に正電荷がたまるチャージアップで放電が続かないため、13.56 MHzの高周波を使うRFスパッタを用いる。RF方式ではマッチングユニットで反射波を抑える調整が必要になり、同じ電力ならDCより成膜速度が低く、電源設備も高価になる。金属ターゲットに酸素や窒素を加えて化合物膜を作る反応性スパッタでは、ガス流量と放電状態の関係にヒステリシスが出やすく、ガス制御が安定成膜の要点となる。割れやすいセラミックターゲットは、銅製のバッキングプレートにボンディングして使うのが一般的である。
実務上は、ターゲットと基板の距離(T/S距離)の設定が成膜速度と膜厚分布のトレードオフを左右する。距離を縮めると速度は上がるが、膜厚分布や基板ダメージが悪化しやすい。装置の形態は、小型のバッチ式卓上機から、複数のカソードで多層膜や同時スパッタができる研究用機、成膜室を大気にさらさずに試料を出し入れできるロードロック式、基板を連続搬送するインライン式の量産機まで幅広い。ロードロック式は成膜室の真空度と清浄度を保てるため、再現性と処理能力の面で有利である。
用途は、半導体の配線膜やバリア膜、ディスプレイや太陽電池の透明導電膜(ITOなど)、光学多層膜、磁気記録媒体や各種センサの機能薄膜、工具や装飾品のハードコートなど多岐にわたる。研究の現場でも、新材料の薄膜試作や電子顕微鏡試料の導電コーティングに日常的に使われている。