「スパッタリングターゲットの種類が知りたい」

「専門用語が多すぎてイメージがつきにくい」

スパッタ装置を使用し始めると上記のような疑問が沸きます。

そこで今回は、スパッタ装置の製造メーカーである菅製作所が、スパッタリングターゲットについて詳しく解説します。

ターゲットに求められる条件から、種類と用途、最新の動向、選定のポイントまで紹介しておりますので、スパッタリングに関心をお持ちの方はぜひ参考にしてください。

スパッタリングターゲットとは？

スパッタリングターゲットとは、スパッタ法によって薄膜形成を行うための材料のことです。

ターゲットには以下のような条件が求められます。

• 不純物が少ない材料であること
• 高密度で内部に気泡を含まないこと
• 膜圧の均一性、膜質の均質性が保てる素材であること
• 生産する際に価格が予算内であること

これらの条件を満たした上で、用途別にターゲットを変更することになります。次の項目で種類と用途を見ていきましょう。

スパッタリングターゲットの種類と用途

スパッタリングターゲットには、複数の種類があり用途によって採用するターゲットが異なります。

スパッタリングターゲットの種類	使用用途
シリコン系、酸化チタン系	反射防止フィルム
プラチナ系合金、ルテニウム系	HDDなど
銀合金	フラットパネルディスプレイなど

ターゲットによって向き・不向きがあるため、付与できる特性や強度などに応じて選定する必要があります。共通する選定ポイントについては後ほど詳しく解説しますので、そちらをご覧ください。

スパッタリング技術の進化と最新動向

ここでは、スパッタリング技術がどういった進化をしているかを見ていきましょう。

元々スパッタリング法は、平面の上に薄膜をつける方法でした。しかし、技術が進化したことにより超微細孔の中に薄膜をつけられるようになっています。

孔に対して、様々なアプローチがされました。

1. 基板を高温にして、Cuが流れ込むようにする（中性原子のリフロー）
2. Cuをイオン化させ、引き込むようにする（イオン化スパッタ）
3. 入り口にTiN（窒化チタン）の潤滑層をつけCuが滑り込むようにする
   など

このような工夫により、現在では、孔の中にも薄膜をつけられるケースが誕生しました。

また、通常スパッタリング法ではアルゴンを用います。しかし、ごくわずかながら薄膜の中にアルゴンが取り込まれてしまうことが問題になるケースもあります。

そこで近年ではアルゴンなしでスパッタする「セルフスパッタ」という方法も開発されました。これは、金、銀、銅などの一部の金属にのみ可能な技術で、その金属自身のイオンでターゲットをスパッタする方法です。

このように、スパッタリング技術は日進月歩進化を遂げています。

スパッタリングターゲットの選定ポイント

スパッタリングターゲットの選定ポイントは以下の2つです。

1. 反りが小さいものを選ぶ
2. 強度が強いものを選ぶ

それぞれ説明します。

反りが小さいものを選ぶ

反りが大きいターゲットを選んでしまうと、変形や割れを招きます。素材によって割れやすさが異なるため、ターゲットを選ぶ際には注意しましょう。

一般的には、金属系の粘性がある材料は反りに強く、シリコンやセラミックスなど固くて割れやすいものは反りに弱いです。

強度が高いものを選ぶ

冷却方式で「直接冷却」を使用する場合、強度が重要になります。直接冷却とは、プレートを冷却水で直接冷却する方法です。

冷却効率が高い方法ですが、水圧がかかり続けるため強度が弱いターゲットは変形・剥がれが起こる可能性があります。

スパッタリングターゲットに関する産業界での成功事例

ここでは、スパッタリングターゲットを用いて成功した事例を見ていきましょう。

反射防止膜の形成

車のフロントガラスや、モニターのディスプレイ、光ファイバーケーブルには反射防止膜（ARコーティング）が形成されています。

フッ化マグネシウムや二酸化ケイ素がターゲットとして用いられることが多く、必要に応じて酸化チタンなどを組み合わせて成膜されます。

また、ガラス面だけでなくフィルムや樹脂にもスパッタ可能であるため、近年では反射防止フィルムにもスパッタ技術が使われているケースもあります。

抗菌・消臭性の付与

銀やチタンをスパッタ成膜すると、消臭性を付与できます。さらに銀は抗菌性も付与可能なため、スポーツウェアなどに使用されるケースもあります。

また、ハイドロキシアパタイトや酸化チタンも消臭性・抗菌性があり光触媒などでもよく利用されます。

光触媒について詳しくは以下の記事で解説しておりますので、あわせてご覧ください。

まとめ

スパッタリングのターゲット選びは、望んだ研究結果を得るために重要なポイントです。種類により用途が異なるため、条件をクリアした素材の中から適切なものを選ぶ必要があります。

元々スパッタリング法は平面にのみ成膜可能な技術でしたが、近年は孔の中にも成膜可能なケースも出てきており、可能性が広がっている分野でもあります。

菅製作所では、スパッタリングを始めとした成膜技術について解説しています。研究や説明の際の資料としてご利用ください。

参考サイト

http://www.material-sys.com/profile12a/

https://techtimes.dexerials.jp/elemental-technologies/types-and-applications-of-sputtering-target/

https://www.jx-nmm.com/products/sputtering/semiconductor_st/index.html

https://techtimes.dexerials.jp/elemental-technologies/target-technology-for-sputtering/

https://www.geomatec.co.jp/column/anti-reflection.html

https://www.jstage.jst.go.jp/article/jvsj2/51/3/51_3_201/_pdf/-char/ja

https://www.tokai-inc.jp/item-case-list/

https://www.chusho.meti.go.jp/sapoin/index.php/cooperation/project/detail/1054

https://www.jstage.jst.go.jp/article/pscjspe/2010S/0/2010S_0_511/_article/-char/ja/

参考書籍

「薄膜」のキホン原子に迫る超微細・超高密度の世界