スパッタリングと蒸着の違いは何ですか?

物理蒸着 (PVD) には複数の方法が存在しますが、プラズマ スパッタリングと電子ビーム蒸着が最も一般的な方法の 2 つです。 スパッタリングと蒸着の違いを理解すると、PVD アプリケーションに適したオプションを決定するのに役立ちます。

スパッタリングでは、高エネルギーのイオンがターゲットに衝突して、ターゲット材料から原子を分離またはスパッタします。 あるいは、蒸発は、その蒸発温度を超えてソース材料を加熱することを含む。

これは簡単に聞こえるかもしれませんが、これらの PVD ​​メソッドにはさらに多くの機能があります。 この投稿では、2 つの方法を比較し、それらが何であるかを説明し、長所と短所を強調します。

スパッタリングの説明

スパッタリングは、スパッタリングされた原子を使用して薄膜を作成できる PVD ​​プロセスです。 スパッタ装置には、イオンビームやマグネトロンスパッタなど、さまざまなタイプがあります。

イオン ビーム スパッタリングでは、イオン電子ビームをターゲット上に集束させて、材料を基板上にスパッタリングします。

プロセスは、コーティングが必要な表面を、不活性で非反応性のガス原子で満たされた真空チャンバー内に配置することから始まります。

次に、ソース材料は負の電荷を受け取り、カソードに変換され、そこから自由電子が流れます。 次に、自由電子は、負に帯電したガス原子を取り囲む電子と衝突します。

その結果、ガスの電子が追い出され、ガス原子が正に帯電した高エネルギーのイオンに変換されます。 ソース材料はこれらのイオンを引き付け、原子サイズの粒子を分離するほどの高速で衝突します。

スパッタされた粒子は、最終的にチャンバーを横切り、基板に着陸して、放出されたターゲット イオンの膜を作成します。

イオンは同じ方向性とエネルギーを持っているため、このプロセスは高い膜密度と品質を達成するのに役立ちます。

一方、マグネトロン スパッタリングは、磁気的に閉じ込められたプラズマからの正に帯電したイオンが負に帯電したソース材料と衝突するプラズマ ベースのコーティング方法です。 衝突により、材料から原子が放出され、基板上に堆積します。

閉じた磁場でプロセスが行われるため、電子がよりよくトラップされ、効率が向上します。 そうすることで、この方法は良好なフィルム品質を生成するのに役立ち、PVD 方法の中で最高のスケーラビリティを提供します。

熱蒸発の説明

スパッタリングと蒸着の主な違いは、コーティング膜の形成方法にあります。

この PVD ​​法の詳細については、Korvus Technology の詳細な熱蒸着記事を参照してください。

熱蒸発は、熱に依存して固体原料を蒸発または昇華させます。 ただし、スパッタリングと同様に、熱蒸着にも抵抗熱蒸着や電子ビーム蒸着など、さまざまな形態があります。

抵抗熱蒸着では、熱エネルギーが抵抗熱源から回収され、真空チャンバー内の固体原料に適用されます。 熱によって材料が蒸発し、高圧の蒸気が生成され、基板上で凝縮して薄膜が形成されます。

真空チャンバーが生成する環境により、低圧の蒸気でさえ、基板表面に付着する可能性のある蒸発粒子の蒸気雲を生成する可能性があります。

この蒸発法は、より厚いコーティングを生成し、高速フラッシュ蒸発を可能にし、電気接点を使用する産業用途に適しています。

電子ビーム蒸着では電子ビームを使用し、水冷るつぼまたは銅炉内のソース材料に大量のエネルギーを集中させます。

電子ビームは、溶融温度の高い材料を気化させる非常に高い温度を作り出します。 次に、この蒸気が基板上に沈降し、蒸発した材料の膜が形成されます。

スパッタリングと蒸着の長所と短所

スパッタリングの長所

選択するスパッタリングのタイプに応じて、いくつかの利点があります。 たとえば、マグネトロン スパッタリングが提供する利点には次のようなものがあります。

• 歩留まり向上に役立つ均一性
• 低不純物レベル
• 中程度から高い応力での印象的な膜密度
• 自動化が利用可能な最高のスケーラビリティ率
• 成膜速度が高く、スループットの高いアプリケーションに最適

あるいは、イオン ビーム スパッタリングを使用すると、次のような特典を享受できます。

• 優れた均一性; すべての PVD ​​プロセスの中で最高のもの
• PVD プロセスの中で最も不純物レベルが低い
• すべての PVD ​​プロセスよりも高い最高品質のフィルム
• 優れた高度に制御された指向性
• 低温用途に最適
• 他の PVD ​​プロセスよりも散乱と吸収が少ない

スパッタリングの短所

はい、イオン ビーム スパッタリングは最も密度の高い高品質の膜を作成し、マグネトロン スパッタリングは最高のスケーラビリティを提供します。 ただし、これらの物理蒸着法にはいくつかの欠点があります。

たとえば、マグネトロン スパッタリングで発生する可能性のある欠点には、次のようなものがあります。

• 低指向性
• 高コスト
• システムの複雑性が高い
• 誘電体の成膜速度が遅い
• 基板の加熱、特にエネルギーの高いターゲット材料を扱う場合

イオン ビーム スパッタリングには、次のようないくつかの欠点もあります。

• 高ストレス
• スケーラビリティが低く、スループットが低下する
• 低い堆積率
• 非常に複雑でコストがかかる
• 最も遅い堆積方法

蒸発の長所

蒸着に関しては、電子ビーム蒸着と抵抗熱蒸着の両方に明確な長所と短所があります。

たとえば、電子ビーム蒸着には次のような利点があります。

• 低不純物レベル
• 指向性が良い
• 高い堆積率
• 高スループット
• マスクと遊星を使用する場合の優れた均一性
• イオンアシストソースの互換性

抵抗熱蒸着を選択すると、次のことが可能になります。

• 高い堆積率
• シンプルさ
• 指向性が良い
• 手頃な価格
• 優れた均一性

この方法は、低融点の材料にも最適で、非金属や金属にも使用でき、電気接点を使用する用途に適しています。

蒸発の短所

抵抗加熱蒸着の欠点には、次のようなものがあります。

• 最高の不純物レベル
• スケーラビリティの制限
• 低密度の膜質
• 中程度の膜応力
• マスクとプラネタリーなしでは均一性が悪い

電子ビーム蒸着では、次のことに対処する必要があります。

• システムの複雑さは中程度
• 適度な耐ストレス性
• 堆積速度と利用率の低下によるスケーラビリティの制限
• 中程度のコスト

結論 - どちらを使用する必要がありますか?

スパッタリングは均一性と膜質を向上させますが、コストが高く複雑です。 また、蒸発は高スループットと大量生産が必要な状況には理想的ですが、スケーラビリティは限られています。

使用する方法を決定する際は、歩留まり、コスト、フィルムの品質、およびスループットの適切なバランスを実現するオプションを選択してください。 また、メソッドの産業用途と好みも考慮する必要があります。

あなたの決定について助けが必要ですか？ Korvus Technology にお問い合わせください。

スパッタリングと蒸着の違いと、当社の HEX システムがどのように役立つかについて、喜んでお話しさせていただきます。