スパッタリングターゲットの基礎知識


スパッタリングターゲット(スパッタターゲット)について説明(解説)します。
※本資料は個人の学習用として制作されたものであって、内容の信憑性については保証しません。


■ 薄膜の種類と特徴
膜のイメージ
・めっき: めっき液にめっきしたい材料を浸して成膜する方法。材料全体を成膜するのに向いている。膜厚のコントロールが難しい。
めっきのイメージ
・CVD: 金属化合物のガスなどを用いて、基板材料の表面で反応させて成膜する方法。皮膜性が良い。他の成膜方法に比べて膜厚を得るのに時間がかかる。
CVDのイメージ
・真空蒸着: 金属材料などを真空中で蒸発させて、基板材料に成膜する方法。ソース源が「点」であることから、大型の基板に対応するのは難しい。
真空蒸着のイメージ
・イオンプレーティング: 金属材料などをプラズマ化させて、基板材料に成膜する方法。加速イオンにより付着強度が強い。ソース源が「点」であることから、大型の基板に対応するのは難しい。
イオンプレーティングのイメージ
・スパッタリング: プラズマ化した原子核をターゲットに当てて、はね返った原子や分子を基盤に付着させる方法。大きな基板全体を短時間で均一に成膜することができる。
スパッタリングのイメージ

■ スパッタリングの概要
スパッタリングの概要図
1) Ar(アルゴンガス)が高温プラズマ化されて、原子核と電子に分離される。
2) Ar原子核(プラスに帯電)が、マイナスに帯電しているスパッタリングターゲットに激しく衝突する。
3) Ar原子核が当たった部分のスパッタリングターゲット材料がはね返されて飛び、基板表面に付着する。

■ スパッタリングターゲットの種類
平型ターゲット(Planer)と回転型ターゲット(Rotatable、円筒型/Tubularとも言う)がある。
日本、韓国、台湾などは、平型ターゲットが主流で、回転型ターゲットは平型ターゲットに比べてあまり出まわっていない。
・ 長方形: 液晶、太陽電池など向け
・ 円盤形: 半導体、工具コーティングなど向け
回転型ターゲットは主にヨーロッパ、北米で、建材(ガラス)や太陽電池などの用途で使われていることが多い。

■ スパッタリングターゲット(平型)の構造
スパッタリングターゲットの構造
スパッタリングターゲット単体では、ネジ穴等が無く、スパッタ装置に取り付けることができないため、バッキングプレートと呼ばれる銅製の板にIn、In合金などのボンディング材でボンディングして使用する。
スパッタ運転中はターゲット表面は高温になるが、バッキングプレート内に水路があり、運転中は水路に水を流してスパッタリングターゲット全体を冷却し、ボンディング層が溶解して剥がれることの無いようにしている。
小さいターゲットで、材料の加工性が良い場合には、スパッタリングターゲットとバッキングプレートが一体として加工されたものもある。 (ボンディング層なし)
なお、バッキングプレートの下でマグネットが動いており、スパッタをコントロールしている。

■ スパッタリングターゲットの用途別材料
・半導体&電子部品: Ag, Al, Au, AuAs, AuSb, AuSi, AuSn, Al2O3, Cr, Cu, CuCr, CrNiAl, CrSi, GeS2, Hf, Ir, Mo, Ni, NiV, OsRu, Pd, Pt, PtNi, Rh, Ru, Si, Ta, TaAl, Ti, WTi, WTiなど
・液晶ディスプレイ: Ag, Ag合金, Al, AlNd, Cr, InSn, ITO, Mo, MoW, Si, SiO2 , Ta, Ti, W, ZnAl, ZAO(ZnO+Al2O3)など
・工具コーティング: Cr, CrAl, Ti, TiAlなど
・ガラスコーティング: Ag, Ag合金, Al, Bi, Cr, InSn, ITO, Nb, Nb2O5, NiCr, Si, SiO2, Sn, Ta2O5, Ti, W, ZAO(ZnO+Al2O3), Znなど
・光ディスク: Al2O3, C, Co合金, Cr, Fe合金, Ta, Tb合金, Te合金, Pt, Pt合金など
・ハードディスク: Al2O3, C, CoCr, CoCrTa, CoCrPt, Cr, Cr合金, Cr酸化物, MgO, Mo, NiAl, NiSi, SiC, Ta, Ta2O5, Ti酸化物, V, Wなど
・太陽電池: Ag, Al, CIG(Cu+In+Ga), CuGa, ITO, Mo, Ni/NiV, Sn, ZAO(ZnO+Al2O3) など




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