Cathodic Arc Depositionの紹介

- Jan 11, 2018-

陰極アークデポジションは、高品質の薄膜コーティングを施すために広く使用されている工業規模のプロセスです。 このプロセスは、高密度で高度にイオン化されたプラズマを生成する低電圧、高電流陰極アーク物理に基づいている。 陰極アーク堆積は、比較的高エネルギーの堆積イオンを伴うほぼ100%のイオン化堆積プラズマによって特徴付けられる。


Cathodic Arc Depositionは、特別に設計されたデポジションヘッドを使用して真空状態で動作します。 陰極アークデポジションは、DCモードまたはパルスモードで操作できます。 いずれの場合も、電源は、アノードとカソードとの間にアーク放電を発生させる電圧を印加する。 アーク電流は陰極上の小さな表面積に集中し、一般に「陰極点」と呼ばれるものでは非常に高い電流密度(〜1012A / m 2)を生成します。


この高い電流密度は、固体ターゲット(カソード材料)のほぼ完全にイオン化された堆積プラズマへの局部的な相変態を生じる極めて高い出力密度(〜1013W / m 2)に関連する。 プラズマは基板に向かって大気中に急速に膨張する。


基板上への堆積時に、プラズマは、軽元素については約20eV、重元素については約200eVの運動エネルギーを有するイオン速度を有する。 これは、エネルギーが最大で数eVであるスパッタリングと比較することができる。  


Cathodic Arc Depositionに関連するより高いイオンエネルギーには多くの利点があります。 例えば、Cathodic Arc Deposition膜は、他の方法を用いて製造された膜よりも高密度であり、より良好な接着特性を有する傾向がある。 堆積した原子は表面に浸透し、高い付着力で表面にコーティングを固定する。


Cathodic Arc Depositionによって生成される高エネルギーイオンは、他のプロセスと比較して低い基板温度の使用も可能にする。 これは、陰極アークデポジションイオンが、基材によって提供される追加の熱エネルギーを必要とすることなく、緻密でコンパクトな膜を形成するのに十分なエネルギーを有するからである。


陰極アークデポジションの高いイオン化率は、堆積材料を制御することを可能にする。 例えば、基板をバイアスすることによって、基板上のイオンの衝撃エネルギーを増大させることができる。 プラズマ流はまた、磁場を使用してラスタリングすることができ、堆積材料を表面の周りに移動させ、基板を移動させることなくコーティングを平均化することができる。


反応性堆積のために、Cathodic Arc Depositionは、化学的に正確な膜を広い範囲のガス圧で製造することを可能にする。 これにより、正確な圧力制御の必要性が軽減され、歩留まりが向上し、再加工が削減され、コーティングのコストが削減されます。 対照的に、反応性スパッタリングは、一般に、酸素がターゲットの表面に衝突して酸化物を形成し、スパッタレートに影響を与える「ターゲット被毒」を被る。 これにより、コーティングの均一性の問題が生じます。 カソーディックアークデポジションプロセスに関連するエネルギーのために、ターゲット被毒は容易に起こらず、より少ない問題でより均一なフィルムを生成する。


陰極アーク堆積プロセスは、堆積プラズマと共にいわゆる「マクロ粒子」(または小滴)を生成する。 マクロ粒子のサイズは、直径が約1マイクロメートル未満から約10マイクロメートルまでの範囲である。 多くのコーティング用途(例えば、ツールコーティング)の場合、マクロ粒子は有害ではなく、それらを除去するための対策はとられていない。 しかしながら、いくつかの用途(例えば、光学コーティング)では、マクロがコーティングを十分に分解して除去しなければならない。 これは、一般に、堆積プラズマをマクロの直線軌道から離れるように案内する90度磁気フィルタを使用して達成される。 フィルターを使用すると、99%以上のマクロが除去され、高品質で粒子を含まないコーティングが生成されます。


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