スパッタリング装置・とは？初心者にも分かる基礎解説と使い方のポイント共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

スパッタリング装置とは？

スパッタリング装置は、薄膜を作るための装置です。薄膜は、私たちのスマホ部品や太陽電池、装飾コーティングなどに使われます。スパッタリングは、材料を固体のターゲットから飛び出させて基板の表面に付着させる方法で、成膜と呼ばれる工程を行います。

基本的な仕組み

真空チャンバーの中に、ターゲットと呼ばれる膜にしたい材料の塊と、基板を置きます。次に、惰性ガス（通常はアルゴン）を充填し、電源を使ってターゲットにエネルギーを与えます。これによりターゲット表面が衝撃を受けて原子が飛び出し、基板の表面に集まって膜を作ります。これがいわゆるスパッタリングの動きです。

DCとRFの違い

DCスパッタリングは金属のように電気を通しやすい材料に適しています。一方、RFスパッタリングは絶縁体の材料にも膜を作ることができ、膜厚を安定させるための工夫が必要です。

マグネトロンとプラズマの役割

多くの装置には磁場を使うマグネトロンが組み込まれ、プラズマを基板の近くに閉じ込めることで膜の形成を効率化します。これにより、同じ条件でも膜厚のばらつきを減らし、均一な膜を作りやすくなります。

用途と利点

スパッタリングは、膜の均一性、膜厚の精密な制御ができる点が大きな魅力です。太陽電池の反射防止膜、スマートフォン部品の耐摩耗コーティング、装飾用の金属膜など、さまざまな分野で活躍しています。

作業の流れと安全

作業は、真空の維持、ターゲットの選定と交換、膜厚のモニタリング、そして適切なガス調整が基本です。高電圧を扱うため、作業前の説明と安全対策が大切です。初心者は、まず小型の装置で基本動作を学ぶのがおすすめです。

部品と役割のまとめ

部品	役割
ターゲット	膜の材料を供給する固体
基板	膜を付ける対象物
真空ポンプ	空気を抜いて真空を作る
ガス供給	惰性ガスを供給してプラズマを作る
電源	スパッタを起こすエネルギーを供給する

薄膜: とても薄い材料の膜の総称です。
膜厚: 膜の厚さのこと。成膜速度の管理が重要です。

スパッタリング装置の同意語

スパッタリング装置: スパッタリング法を用いて薄膜を堆積するための装置。真空中のチャンバーに基板とターゲットを配置し、プラズマを発生させてターゲット材を基板へ移動させ薄膜を作る設備です。マグネトロン型・DC・RF等の電源を搭載します。
スパッタ装置: スパッタリングによって薄膜を成膜するための装置の略称。基本的な構成はスパッタリング装置と同じで、真空・ターゲット・基板・電源などの要素を備えています。
スパッタ成膜装置: 薄膜成膜を目的としたスパッタリングを行う専用装置。基板表面に薄い膜を連続的に堆積するための機能を持ちます。
スパッタコーティング装置: 対象表面をコーティングするためにスパッタリングを実施する装置。機能膜や装飾膜の成膜用途に使われます。
マグネトロン式スパッタ装置: 磁場を利用してスパッタ反応を強化する、マグネトロン型のスパッタ装置。膜厚の均一化や成膜速度の安定化が特徴です。
マグネトロン型スパッタ装置: マグネトロン方式を採用したスパッタ装置の別称。磁場を用いて成膜を促進します。
DCスパッタ装置: 直流（DC）電源を用いるスパッタ装置。主に導電性ターゲット材の成膜に適しています。
RFスパッタ装置: 交流（RF）電源を用いるスパッタ装置。絶縁体ターゲットなど、導電性が低い材料の成膜にも対応します。
スパッタ成膜システム: 薄膜を成膜する一連の機能を持つ装置群。成膜工程を一貫して管理するシステム的な名称です。

スパッタリング装置の対義語・反対語

蒸着装置: スパッタリング装置とは対照的に、材料を蒸発させて薄膜を形成する装置です。熱蒸着や有機蒸着など、プラズマを使わずに気相から基板へ材料を付着させます。膜の密度や成膜速度は用途によって異なり、場合によってはスパッタリングより均一性が劣ることもあります。
化学蒸着装置: CVD（Chemical Vapor Deposition）装置のこと。ガス状前駆体が基板表面で化学反応して薄膜を成長させる方法です。機械的な衝突やプラズマを使うスパッタリングとは異なり、化学反応を利用して成膜します。
原子層堆積装置: ALD（Atomic Layer Deposition）装置のこと。表面での反応を原子層単位で繰り返して薄膜を積み重ねる、極めて厚さ制御が高精度な成膜法です。スパッタリングより成長速度は遅い代わりに、膜の均一性と厚さ精度が非常に高いのが特徴です。
有機蒸着装置: 有機蒸着法を用いる装置のこと。有機材料を蒸発させて薄膜を形成する手法で、OLEDなどの有機薄膜製造に用いられます。材料選択の自由度が高く、柔らかな有機膜の成膜に適しています。

スパッタリング装置の共起語

ターゲット材料: スパッタリングで薄膜を形成する元となる固体素材。金属、セラミック、合金などが含まれる。
基板: 薄膜を積層させる対象となる基材。ガラス、シリコン、樹脂など。
真空: 周囲を空気から排除し低圧状態を作る条件。プラズマを安定させ、汚染を減らすために必須。
陰極: 薄膜の源となる部品。ターゲットが通常陰極に取り付けられ、スパッタを起こす。
アノード: 陽極。プラズマを形成する対極となる電極。
チャンバー: 成膜を行う容器。内部にターゲット・基板・ガス供給などが配置される。
磁場: プラズマを閉じ込め、スパッタ効率を高めるための磁力。
マグネトロン: 磁場を利用してプラズマを安定させる装置の中心部。
陰極スパッタリング: 陰極となるターゲットを材料源としてスパッタを起こす方式。
ターゲット: 膜の元になる材料を供給する部品。ターゲット素材とも呼ばれる。
ターゲット寿命: ターゲットが摩耗して使用できる期間。
アルゴン: 惰性ガスの代表。スパッタリングの介質として使われることが多い。
ガス供給: 成膜時のガスを装置へ供給する系統。
ガス流量: ガスの流れる量。デポジション条件を決定づける要因。
マスフローコントローラ: ガス流量を正確に制御する装置・デバイス。
圧力: チャンバー内のガス圧力。成膜条件の基本値。
真空ポンプ: チャンバーを真空状態に保つ装置。
温度: 基板温度や装置部品の温度条件。膜の成長・性質に影響。
冷却水: 装置を冷却するための循環水。過熱を防ぐ役割。
デポジション: 薄膜を基板上に成長させる過程。
薄膜: 基板上に形成される非常に薄い膜状の材料。
成膜: 薄膜を作成する一連の工程全体。
膜厚: 薄膜の厚さの指標。
膜厚分布: 基板全体の膜厚の空間分布。
均一性: 膜厚・組成・性質の均一性を指す。
組成: 薄膜の元素比・化学組成。
結晶性: 膜の結晶構造の有無・秩序性。
配向: 膜の結晶成長の方向性や配列の揃い具合。
反応性スパッタリング: 酸素・窒素など反応性ガスを用いて膜の化学組成を変える方式。
不活性スパッタリング: アルゴンなど惰性ガスのみを用いる方式。
膜特性: 膜の電気的・機械的・光学的性質全般。
導電膜: 電気を通す薄膜。
絶縁膜: 電気を通さない薄膜。
光学膜: 光の反射・透過・屈折を制御する薄膜。
堆積速度: 膜が成長する速さ。
表面粗さ: 膜表面の微細な凹凸の程度。
エピタキシャル: 基板と整列した結晶成長モード。
膜ストレス: 膜が材料内部に生じさせる機械的応力。
アーク: スパッタ中の放電現象で膜品質を乱す現象。
アーク対策: アークを抑制する設計・運用上の対策。
基板ホルダ: 基板を固定する部品。
膜品質管理: 膜の品質を評価・管理する取り組み。
膜厚制御: 膜厚を所定値に調整する技術・手法。
耐久性: 膜の長期的な安定性・耐久性。
反応性ガス濃度: 反応性ガスの混合比・濃度条件。

スパッタリング装置の関連用語

スパッタリング装置: 薄膜を基板上に堆積するための装置。真空チャンバー・ガス供給・排気・電源・基板台などで構成され、ターゲット材をプラズマ中のイオンで吹き飛ばして基板へ膜を形成します。
真空チャンバー: 内部を低圧の真空状態に保つ容器。ガスの混入を抑え、プラズマの安定と膜の品質を向上させます。
ターゲット材（靶材）: スパッタリングの原料となる材料。陰極側に設置され、イオンの衝突によって材料が粉末状に飛散して基板へ薄膜として堆積します。
基板（サブストレート／ウェハ）: 薄膜を堆積させる対象の基材。サイズ・温度・位置決め・回転などで膜の均一性を調整します。
陰極（カソード）: ターゲット材が取り付けられる部分。プラズマからのイオンが衝突してターゲット材を放出させます。
陽極（アノード）: プラズマ回路の正極。基板や基板架台がアノードとして機能することが多く、陰極と電位差を作ってプラズマを維持します。
ガス供給系: チャンバーへデポジション用ガスを供給する配管・バルブ・流量計などの総称。純度管理が重要です。
アルゴン（Ar）: デポジションで最も一般的に使われる不活性ガス。プラズマを安定させ、ターゲットをスパッタします。
反応性スパッタリング: 酸素(O2)や窒素(N2)などの反応性ガスを併用して、酸化物・窒化物などの薄膜を成長させる方法です。
酸化物膜／窒化物膜: 反応性スパッタリングで得られる薄膜。酸化物膜は酸化反応、窒化物膜は窒化反応により形成されます。
DCスパッタリング: 直流電源を用いる基本的なスパッタリング方式。導電性ターゲットに適しています。
RFスパッタリング: 交流（RF）電源を用いる方式。絶縁基板や導電性以外のターゲットにも対応します。
パルスDCスパッタリング: 直流をパルス状に切り替えて放電を制御する方式。膜の応力や組成を調整しやすいです。
マグネトロン: 磁場を用いてプラズマをチャンネル内に閉じ込め、スパッタリング効率を高める装置・構成要素。
マグネトロン型スパッタリング: 磁場設計によりプラズマ密度を高めるスパッタリングの方式。均一性やスパッタ速度の向上を狙います。
基板バイアス／基板電圧: 基板側に印加する電圧。膜の密着性・密度・エネルギーを制御します。
デポジション速度／薄膜厚さ: 薄膜が基板へ堆積する速さの指標。一般に nm/s などで表されます。
膜の品質特性: 膜の結晶性・密度・表面粗さ・内部応力など、膜の機械的・光学的特性を決定します。
膜の均一性: 基板全体で膜厚が均一になる度合い。回転・ガスフロー・ターゲット配置などで調整します。
アーク放電: 局所的に強い放電が発生する現象。膜の品質低下やターゲット損耗の原因になる場合があります。
パージ／クリーニング: 初期排気時の不純ガス除去（パージ）や、インサイドの表面を清浄にするクリーニング処理を指します。
ターゲット寿命／ターゲット消耗: ターゲット材の摩耗・減少。膜組成や膜厚の安定性に影響します。
基板保持具（基板ホルダ／ウェーハステージ）: 基板を固定・搬送・回転させる部品。膜の均一性に影響します。
温度管理／冷却: 基板温度やチャンバー温度を制御するシステム。膜の結晶性・ストレス制御に重要です。