172nm とイオンプレーティング技術の応用分野 - ブログ

172nmとイオンプレーティング技術の応用分野

1.1 イオンプレーティング技術の応用分野

イオンプレーティング技術は人間社会の発展や日常生活と密接に関わっています。プラズマ-技術によって作製された薄膜製品は、テレビ、コンピュータ、携帯電話などの情報表示装置をはじめ、半導体デバイス、光電子デバイス、光学デバイス、エネルギー利用、材料の表面硬化、耐摩耗性、耐食性、耐酸化性などの分野で広く使用されています。国防の近代化、ハイテク製造の発展、人々の生活水準の向上に伴い、薄膜製品にはより高い性能要件が課せられています。-特に、クラウドコンピューティング、インテリジェントエコノミー、インターネットの将来の時代では、多くのデバイスが小型化、統合、インテリジェンスを目指して発展しており、薄膜作製技術に対してさらに高い要求が課されることになります。中でも、高精度フィルムの作製技術は、172nmこのレベルは、特定のハイエンドデバイスの中核要件の 1 つとなっています。{0}}

1.2 薄膜製品に対する現代科学技術の新たな要件

特別な機能ハイエンド製品には、光熱変換、光電変換、熱電変換、光磁気貯蔵、光反射、光透過、光フィルタリング、導電性、絶縁、高硬度、高耐摩耗性、低摩擦などのさまざまな特殊な表面機能を備えた部品が必要です。また、一部の製品は、鮮やかでカラフルな装飾特性を備えている必要もあります。

172nm UV LED

構成の多様化さまざまな分野のハイテク製品の新しい性能要件を満たすために、薄膜の組成は純粋な金属膜からさまざまな無機化合物膜やポリマー有機膜へと進化してきました。{0}表 1-1 に、今日のさまざまな分野のニーズを満たすさまざまな薄膜材料とその応用範囲を示します。中でも、172nm厚さの仕様は、精密電子機器への適用割合が年々増加しています。--

表1-1 各種薄膜材料とその適用範囲

アプリケーションカテゴリー	コーティング材	基板材料	適用範囲
高硬度、耐摩耗性	TiN、ZrN、HfN、TaN、NbN、CrN、CBN、Si₃N₄、TiC、ZrC、Cr₇C₃、SiC、Ti(C,N)、Ti(B,N)、Ti(Al,N)、-C₃N₄、ダイヤモンドなど	ハイス鋼、ダイス鋼、超硬合金、サーメットなど	工作機械、金型、機械部品
耐高温性、耐酸化性	Al、W、Ti、Ta、Mo、Al₂O₃、Si₃N₄、Ni-Cr、BN、MCrAlYなど	ステンレス鋼、耐熱合金、銅、アルミニウム合金など-	タービンブレード、排気管、ノズル、航空宇宙部品、原子力耐熱部品-
耐食性	TiN、TiC、Al₂O₃、Cd、Al、Ti、Cr、Cr₇C₃、Ni-Cr-Fe、Cr-Ni-P-B（アモルファス）など	鋼、ステンレス鋼、非鉄金属など-	航空機、船舶、自動車、化学パイプライン、ファスナーの表面保護
装飾美化	TiN、TiC、TaN、TiAC、ZrN、Cr₇C₃、Al₂O₃、Al、Ag、Ti、Au、Cu、Ni、Cr、Ni-Re、TaN、Te-N、Al-TaSi、Ni-CrAl	鋼、真鍮、アルミニウム、ステンレス、プラスチック、セラミック、ガラス、紙箔など	宝飾品、時計、ランプ、ガラス、ハードウェア部品、自動車付属品、電気部品
導電性フィルム	Au、Mo、W、MoSi₂、WSi₂、TaSi₂、Ti-Si、Ag-Si、Al、Ni、Al₂O₃、Au-Pb など	シリコンウェーハ、セラミックス、プラスチック、ガラス、合金ストリップ	薄膜抵抗器とリード、電子放出デバイス、トンネルデバイスなど（172 nm の高精度導電膜を含む）-
誘電体膜	SiO₂、Al₂O₃、AlN、Al₂O₃-BaTiO₃、TiO₂、ZnO、AlN、LiNbO₂ など	シリコンウエハー、セラミックス、プラスチック、ガラス	表面不動態化、層間絶縁、コンデンサ、電熱素子など
マイクロエレクトロニクスデバイス – 半導体フィルム	Si、a-Si、Au-ZnS、GaAs、CdSe、CdS、PbS、InSb、Ge、Pb-Sn-Teなど	シリコンウエハー、セラミックス、プラスチック、ガラス	発光ダイオード、薄膜トランジスタ、光電子デバイス、磁電デバイス、センサーなど。-
超電導膜	Pb-Bi-Pb-Au、Nb₃Ge、V₃Si、Pb-In-Au、PbO/In₂O₃	-	超電導デバイス
磁性材料・記録媒体	-Fe₂O₃、Co-Ni、Co-Cr、MnBi、GdCo、GdFe、TbFe、Ni-Co-P、Co-Zr-Nb アモルファス、Y₃Fe₅O₁₂ など	合金、プラスチックなど	磁気記録、磁気ヘッド、磁気抵抗効果素子、光ディスクなど
表示装置用フィルム	ZnO、Y2O3、Ag、Cu、Al、SiO2、Al2O3、Si3N4など	ガラス、プラスチックなど	蛍光管、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ
光学および光通信	Si3N4、Al、Ag、Au、TiO2、ZnO、SnO2、GdFe、TbFe、InAs、InSb、PbS、ダイヤモンドなど	プラスチック、ガラス、セラミックスなど	保護、反射、反射防止フィルム、光スイッチ、周波数変換、光メモリ、光センサーなど。{0}}
太陽エネルギーの利用	Au-ZnS、Ag-ZnS、CdS-Cu₂S、SnO₂ など	ステンレス、プラスチック、ガラス	太陽電池、透明導電膜など
潤滑、低摩擦	Au、Ag、Pb、Cu-Au、Pb-Sn、MoS₂、MoSe₂、MoTe₂、WS₂、MoS、MS₂、BN、MoS₂-グラファイト、Ag-MoS₂、DLC など	高温合金、構造用金属、軸受鋼など	超-高真空、室温、極-低温、ジェットエンジンのベアリング、衛星のベアリング、航空宇宙用の高温-回転部品
包装	Cr、Al、SiO2、Al2O3、TiNなど	紙、プラスチック、金属など	包装材料の金属化、高バリア保護

表 1-1 に示すように、薄膜材料はその組成が多様で、あらゆる特殊機能を備え、幅広い応用分野を有しており、国民経済のあらゆる分野で重要な役割を果たしています。厚さの機能性フィルム172nmは、精度と安定性の組み合わせにより、精密製造の分野で重要な選択肢となっています。

ナノメートルからマイクロメートルスケールの膜厚ハイテク製品のインテリジェント化と統合化が進むにつれて、最新のマイクロ電子デバイスの集積密度は高まり続けています。{0}現在では、マイクロエレクトロニクスチップ上に 1 mm² あたり 1,000,000 個のトランジスタを集積することが求められています。トランジスタコンポーネントのサイズは非常に小さいため、各機能層はナノメートルからマイクロメートルレベルでのみ-薄くする必要があります。チップ導体の線幅は 5 ～ 7 nm に達しており、一部の高精度デバイスでは機能性フィルムを正確に作製することができます。-172nmレベルであり、開発は現在 3nm に向かって進んでいます。これは、薄膜集積回路技術を使用する場合にのみ実現できます。-現在、イオンプレーティング技術は薄膜集積回路の作製に最適な選択肢です。-

優れたフィルム微細構造と結晶構造優れた性能を備えた薄膜製品を製造するには、フィルムが優れた微細構造と結晶構造を備えていなければなりません。用途に応じて、膜は単結晶、多結晶、またはアモルファス構造だけでなく、緻密、柱状、または多層ナノスケールの微細構造を必要とする場合があります-。このうち、172nm厚い多層ナノフィルムは、光電子デバイスにおいて優れた構造安定性と性能の一貫性を示します。

高密度で欠陥のない-フィルムハイテク製品が軽量化、小型化、薄型化、精細化、統合化が進み、よりインテリジェントな設計が進むにつれて、フィルムは非常に緻密で欠陥のないものでなければなりません。-

高いフィルム-基材密着性フィルムと基板の間には金属結合はなく -、単に「接着層」- があるだけです。したがって、デバイスが小さくて薄くなるほど、フィルムと基板の間に必要な接着力は高くなります。工具や金型のハードコーティングにも高い密着性が求められます。

1.3 コーティング技術の種類

1.3.1 初期の薄膜作製技術

固体薄膜を得る技術には長い歴史があり、当初は主に熱エネルギーに依存していましたが、後にプラズマ強化技術に進化しました。{0}}

真空蒸着コーティング技術この技術は、熱源を使用して固体材料を蒸発させ、蒸気原子が高真空中で輸送され、基板表面に堆積して膜を形成することを可能にします。物理蒸着（PVD）カテゴリに属しており、次のような予備的な準備を実現できます。172nm-レベルの映画。

化学気相成長 (CVD) 技術導入した無機ガスを熱エネルギーを利用して熱分解して活性原子とし、加熱した基板表面で化学反応させて成膜する技術です。

高分子有機重合技術有機モノマーガスは、高温、高圧、開始剤の作用下で重合して高分子量ポリマーになります。{0}{{1}

1.3.2 イオンプレーティング技術

アメリカの科学者 DM マトックスが蒸着コーティングにガス放電を導入した 1963 年以来、さまざまなガス放電方法を利用して高性能のフィルム粒子を得る数多くのイオンプレーティング技術が登場してきました。-この技術は、固体ソースを使用するプラズマ強化コーティングからガス状ソースを使用するように進化し、ガス状ソースは不活性ガスや無機化合物ガスから有機ガスにまで拡大しています。電場、磁場、アーク放電を巧みに利用してプラズマを励起、強化する新しいコーティング技術やプロセスが多数登場し、薄膜研究者にさまざまな分野で必要とされる特殊機能薄膜を作製するための多様な手段を提供しています。-その中でも、高精度の-172nm- レベルのフィルムは、この技術の重要な応用方向となっています。

イオンプレーティングの概念は、蒸着式イオンプレーティングからより広い分野に拡張されました。{0}ガス放電中にプラズマエネルギーを使用するコーティング技術は現在、こう呼ばれています。イオンプレーティング技術。最新のイオンプレーティング技術には、蒸着-タイプのイオンプレーティング、マグネトロンスパッタリングイオンプレーティング、PVD 内のアーク放電イオンプレーティングに加え、プラズマ-化学蒸着およびプラズマ-重合が含まれており、次の 3 つの主要なカテゴリに分類できます。

プラズマ-強化物理蒸着 (PEPVD)

プラズマ-強化化学気相成長法 (PECVD)

プラズマ-強化重合（PEP）

表 1-2 最新のさまざまなイオンプレーティング技術とその特徴

コーティング技術	テクノロジーの種類	フィルム粒子源	放電タイプ	放電技術	反応機構
蒸着-式イオンプレーティング	PEPVD	熱蒸発	グロー/アーク放電	DCグロー、RFグロー、ホットフィラメントアーク、コールドカソードアーク	金属イオン + 高エネルギー原子- → 新しい構造の膜の合成 (172 nm の膜を作成可能)
マグネトロンスパッタリングイオンプレーティング	PEPVD	カソードスパッタリング	グロー放電	DCグロー、RFグロー、マイクロ波グロー	金属イオン + 高エネルギー原子- → 新しい構造の膜の合成
プラズマ-化学気相成長法	PECVD	無機ガス	グロー/アーク放電	DCグロー、RFグロー、マイクロ波グロー、ホットフィラメントアーク	無機ガスイオン + 高エネルギー活性ラジカル → 新構造膜の合成
プラズマ-による重合	ペップ	有機モノマーガス	グロー/アーク/コロナ放電	DCグロー、RFグロー、マイクロ波グロー、コロナ放電	有機モノマー + 活性基 → プラズマ重合による高分子フィルム

表 1-2 から重要な点を要約すると、次のようになります。

最新のイオンプレーティング技術はすべて、さまざまなガス放電で実行されます。

PEPVD フィルムの粒子は、固体材料の蒸発またはスパッタリングによって発生します。 PECVD 粒子は無機ガスから発生します。 PEP 粒子は導入された有機ガスから直接生成されます。

放電モードにはグロー放電とアーク放電があり、PEPVD、PECVD、PEP 技術はすべてアーク放電に向かう傾向にあります。

プラズマ促進重合は、近年登場した技術です。{0}

プラズマは物質の 4 番目の状態であり、固体、液体、気体よりも数桁高いエネルギーを持っています。プラズマエネルギーを利用して高分子量ポリマーを生成するプラズマ-技術は、最新のハイエンド有機薄膜製品の製造に広く応用されています。--

さまざまな新しいプラズマ-エネルギー-強化コーティング技術とプロセスの開発のおかげで、近年、半導体集積回路、情報表示デバイス、光学フィルム、導電性フィルム、絶縁フィルム、医療材料、バリアフィルムなどの分野で緊急に必要とされている優れた特殊機能薄膜材料が何世代にもわたって開発されてきました-。これにより、莫大な経済価値が生み出されています。-特に、スケーラブルな準備技術172nm- レベルの機能性フィルムは、精密エレクトロニクス産業の急速な発展を強力に推進してきました。