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小島啓安 博士（工学） 名古屋大学 客員教授
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お問い合わせはＥメールまたは電話で： ＴＥＬ０４６－２０５－１２７０
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スパッタリングプロセスによる薄膜事業の 研究・開発・生産 をサポートします。
長期から短期まで各種コンサルティング業務
- プラスチック,ガラス、金属基板など
- 多品種少量生産、量産装置など
- 金属膜、化合物膜、傾斜膜、多層膜など
- 装置開発、改造、コストダウン,トラブル対策まで
- お気軽にご相談ください。
マイプロフィール
テニス： 毎週１回テニススクールに行っています。
馬： 河口湖にある紅葉台木曽馬牧場に年２回外乗に行っています。
金魚： 黄色の金魚１匹います。朝の餌の時間は、寄ってきます。
酒： 取りあえずビールですが、日本酒がメインです。好みは、熱燗で真澄、温燗で飛露喜、獺祭でしょうか。
カメラ： ミラーレスカメラで復活しました。花をメインに、マクロレンズも使います。
日帰り温泉： ほったらかし温泉（甲府）、望郷の湯（群馬）、赤沢温泉（西伊豆）がマイフェバリットです。
焼き物： お酒用に壺屋焼（沖縄）を使っています。先日清水寺の参道で油滴天目茶碗に似たぐい吞みを買いました。
京都の寺： 三室戸寺（紫陽花）、永観堂（紅葉）、天竜寺（庭、嵯峨野の竹）、霊山寺（薔薇、奈良県）
ことば １： アノネ がんばんなくてもいいからさ 具体的に動くことだね（相沢みつを）
ことば ２： しぐるるやしぐるる山へ歩み入る（種田山頭火）
ことば ３： 前向きにと駐車場にも励まされ（読み人知らず）
日刊工業新聞社より「現場のスパッタリング薄膜 Ｑ＆Ａ」第２版を出版しました。437ページ3560円税込みです。初版に比べて、プラズマ密度の測定、ロータリーカソードなどの追加、および新しく”未来へ”という項目で、今後のスパッタ膜の可能性を考えてみました。
この本は、初めてスパッタリングで薄膜の作製をしたり開発する方のための手引書として、また薄膜技術者の参考書として利用して頂けるように具体例をたくさん載せました。
現場にいれば、失敗から学ぶことも多いと考えて、敢えて失敗例も加えました。
本の内容についてのご意見、ご質問がありましたら、お気軽にご連絡ください。
ご連絡お待ちしております。 earth-tech@r9.dion.ne.jp 小島宛
コンサルティング料金に関しましては、
ご要望内容によって、ご希望を相談させていただきます。
スパッタ技術をもっと活用して頂き、多少の社会貢献もできたら良いかと思っております。
どうぞお気軽にご相談ください。
スパッタ装置を初めて扱う方、生産上でのトラブルで困っている方、革新的なスパッタ方式を考えたい方など.....
歓迎します。
オープンイノベーションが注目されています。グローバル市場での競争の激化、消費者ニーズの早い変化に対応するために、従来型の自前主義の閉鎖的方法ではなく、必要な研究開発能力、技術、を広く外部市場から調達し効率的なイノベーションを目指すいわゆるオープンイノベーションが世界の潮流となってきています。これらの動きに、貢献することが、目標です。
スパッタリングのキーワード
スパッタを行うに際して生じる重要な現象や、スパッタで用いる電源など最近の動向を踏まえてスパッタのキーワードを選んでみました。ロールコーターは、フィルム基板に必要ですし、開発補助手段として、シミュレーションの活用も期待されています。
| 反応性スパッタでの高速成膜制御の応用例/ |
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光学膜 レンズ、プリズムなどに使う反射防止膜、フィルターなどの光学膜は、基板がガラスから樹脂に変わりつつあります。レンズなどに使う透明で硬いプラスチックは、ガラス転移点が低く、低温での成膜が必要です。光学膜は、従来、蒸着プロセスが主流でしたが、低温で密着性の良いスパッタ膜へ変わりつつありますが、従来のスパッタ方式では、成膜速度が遅く、基板温度上昇が大きな問題となります。PEM（プラズマエミッションモニター（コントローラー））を用いた高速成膜方法は、基板温度を上げずに、密着性の良い膜を作成可能です。 |
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装飾用膜 時計、デジタルカメラや、携帯電話など多くの商品でその外観に、鮮やかな色が求められています。PEMを使った方法としては、２通りあります。一つは、ZrNx,TiNx膜などの窒化物を使って、遷移領域制御によりその化学量論性を高めて、この膜のxを１．０に近づけて金色を出す方法、２つ目は、金属膜の上にTiO2などの透明膜をつけ、２層にして干渉色を使う方法です。この場合には、透明膜の厚さを変えれば、多くの鮮やかな色が出せますが、膜が厚いために高速に成膜出来ることが、コスト、基板温度の面で鍵となります。 |
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透明導電膜 タッチパネルや有機ELなど市場が広がっています。ITOを例にとりますと、２通りあります。１つは、ITOターゲットを使う場合、比抵抗値を最適に保つためのO2ガス導入の自動化です。酸素空孔量を制御するために、O2ガスを微量導入しますが、ターゲットのIn発光値を用いてO2量を制御することにより達成します。２つ目は、ITターゲットを使った高速成膜です。TiO2膜やSiO2膜と同様に金属の発光（ここではIｎ）を制御することにより、遷移領域制御してITO膜を高速成膜します。 |
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バリア膜 プラスチック基板を用いて、有機ELなどのフレキシブル化を行うには、水、酸素などのバリア膜が不可欠です。透明バリア膜には、SiOxNy膜のような多元の組成が有望視されていますが、このような膜の高速化も可能です。またSiO2膜からSi3N4膜に徐々に変化する傾斜膜も有効と考えられますが、導入するガス組成をO2からN2に変えることで出来ます。 |
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光触媒膜 TiO2膜のアナターゼ型の結晶構造が必要とされています。触媒活性を出すには、結晶粒が小さく、酸化還元の程度が重要となります。TiOｘ膜のxの値を制御するのに、遷移領域制御が有効です。プラズマ発光で制御する発光のポイントを変えることで、xの値を微量調整することが可能となります。 |
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ハードコーティング膜 Al2O3膜のような酸化物を使ったハードコーティングでは、膜厚が厚くなり高速化が必須です。 |
| 英国ＧＥＮＣＯＡ社製 遷移領域制御/高速成膜用PEM（プラズマエミッションモニター）コントローラー の用途は広がっています。 |
| ＰＥＭ方式とインピーダンス方式の制御が１台のコントローラーで可能です。（４チャンネルまで同時に制御できます）ＧＥＮCOA社は、独自のシミュレーション技術を生かして、高効率カソードも制作しており、スパッタのコストダウンに貢献しております。 |
| ＧＥＮＣＯＡ社製品のお問い合わせ |
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技術、仕様： アーステック 電話 ０４６－２０５－１２７０ または
見積、注文： 富士交易 入学 電話 06-6398-6760 FAX 06-6393-3930
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- 日本真空学会：２０１８年６月 真空学会 ナノ構造機能創成専門部会 フレキシブル基板への成膜技術 予定
- 表面技術協会：
- 情報機構：２０１８年６月８日 スパッタセミナー「スパッタリングの基礎からよくあるトラブル対策・品質向上策、最新トピックス」
- 日刊工業新聞社：２００８年８月「現場のスパッタリング薄膜Ｑ＆Ａ」の本を出版。３８４ページ ３１５０円（税込） 小島啓安著
- 真空ジャーナル：２００８年１月号（Vol116）に、特集記事「高速スパッタリング」の解説
- （株）情報機構：２００７年８月「ディスプレー光学部材における薄膜製造技術」に、「スパッタリングにおけるトラブル対策」執筆
- （株）技術情報協会：２００７年７月「ぬれと（超）撥水、（超）親水技術、そのコントロール」に、「大気圧プラズマ親水化処理によるＦＰＤ基板洗浄技術への応用」執筆
- コンバーテック ２００８年１０月号「現場に見るスパッタ法による薄膜化技術と応用」 など執筆掲載
- （株）技術情報協会２００９年１月「スパッタ実務Ｑ＆Ａ集」 反応性スパッタ、ターゲットなどに関するＱ＆Ａ執筆
- 加工技術研究会 ２００９年１０月 「新コーティングのすべて」に 「現場に見るスパッタ法による薄膜化技術と応用」執筆
- シーエムシー出版 ２０１１年３月「ロールtoロール技術の最新動向」に「ロールtoロールスパッタプロセスにおける成膜速度の向上」執筆
- シーエムシー出版 ２０１１年４月 「最新ガスバリア薄膜技術」に「反応性高速スパッタ技術」執筆
- サイエンス＆テクノロジー ２０１２年８月「フィルム加工トラブル対策技術」に「スパッタリングにおける成膜過程の問題」執筆
- （株）技術情報協会２０１３年４月「フィルム成型・加工とトラブル対策」に「ロールtoロールプロセスにおける成膜速度向上と膜欠陥への対策」執筆
- （株）技術情報協会２０１３年６月「光学薄膜の最適設計・成膜技術と膜厚・膜質・光学特性の制御」に「反応性高速スパッタ法による光学薄膜の作製技術と膜質制御」執筆
- 表面技術協会２０１３年７月特集「最近のスパッタリング動向」に「低ダメージのためのロータリーカソード技術と高速成膜技術」を執筆
- 日刊工業新聞社：２０１５年２月「現場のスパッタリング薄膜Q&A」第２版を出版。４３７ページ ３５６０円（税込）
- 表面技術協会２０１６年１２月特集「車載用カメラの反射防止膜技術」を執筆
- 表面技術協会２０１７年１２月特集「最新のPVD技術」執筆
「現場のスパッタリング薄膜Q&A」初版、第２版の解説ページを載せました。
スパッタリングのコンサルタントを始めてから１5年が経ちました。お陰さまで、多くの会社の研究開発や製造に関わらせて頂きました。有難うございました。今後共、よろしくお願い申し上げます。
また、日刊工業新聞社から発行致しました「現場のスパッタリング薄膜Ｑ＆Ａ]も、大変好評頂きました。有難うございます。ささやかですが、スパッタリングを含めた薄膜技術や事業を通じて、社会に貢献出来たら嬉しいと思っています。
初版を出版してから９年、第２版からは２年経ちました。スパッタリングを用いた製品・プロセス開発あるいは製造現場では、様々トラブルに出会います。そのため割合と頻繁に発生し、しかもかなり基本的な問題を含んだトラブルについて質問形式で回答を試みて頂き、その回答が本文のどこにあるかが分かりますと、スパッタの理解のお役に立つかと思い、１０問ほど下記に載せました。
少しでも多くの方に、スパッタリング技術に興味を持って頂き、この技術の可能性を感じて頂けたらと思います。
- Ｑ１ ガス配管の問題です。反応性スパッタにおいて酸化物膜をＰＥＭ制御するときに、Ａｒガスと酸素ガスの配管は、途中で結合した方が良いか、独立した方が良いか？ 第１版３５ｐ、第２版３５ｐ
- Ｑ２反応性スパッタで、Ｓｉターゲットを用いた場合、ターゲットにＳｉウエハを用いて良いか？ １４１ｐ、１５０ｐ
- Ｑ３ターゲットへの電力の投入量は、どんなファクターで制限されますか？ １４６ｐ、１５５ｐ
- Ｑ４アノード消失とはどのような現象でしょうか？ １５３ｐ、１６３ｐ
- Ｑ５デュアルカソードは、シングルカソードに比べてメリットはありますが、２つ挙げてください。 １３６ｐ、１４１ｐ
- Ｑ６回転カソードは、プレーナーカソードと比べてアーキングを減少させるのに有利ですが、なぜですか？ －－－－、１３３ｐ
- Ｑ７高速スパッタでの遷移領域制御において、ＰＥＭ制御の方がインピーダンス制御より、大面積では有利です。なぜですか？ 同７８ｐ
- Ｑ８パルス電源が多く使われるようになりましたが、デューティー比とはなんですか？ -------- 同５９ｐ
- Ｑ９T-S間距離が変わると内部応力は変わりますか？ １９６ｐ、２１０ｐ
- Q10密着性の問題です。内部応力とはどのように関係してますか？、 ２０３ｐ、２１７ｐ
ご質問は 右記へ earth-tech@r9.dion.ne.jp
＊＊＊＊＊昨年の春、神奈川県立花菜ガーデンにて＊＊＊＊＊
今月の話題ということで、毎月スパッタ、プラズマ、その開発について関連したテーマを取り上げ紹介するコーナーを作りました。内容としては、本、論文、トピックス、スパッタに関する用語などを考えています。スパッタの初心者にも役立つかと思います。
ここでは概略を記載し、ブログには少し詳しく書きたいと思いますので、興味のある方は、どうぞブログにもお立ち寄りください。
今月は、スパッタの参考書６冊目の紹介です。
プラズマプロセスによる薄膜の基礎と応用 市村博司・池永勝著 日刊工業新聞社 （２００５）２６８ページ
”原子・分子もしくはイオンが気相を介して固体に凝縮し、固体膜となる過程は複雑である。技術と技能の接点から生まれたノウハウが一般化されないため、薄膜の研究開発の多くは、目的性能を達成するための成膜条件の探索に終わっており、科学のステージに上ってこないのが現状の姿であろう。”というまえがきにある認識のもとに、ハードコーティングにおける耐摩耗性、耐酸化性、しゅう動特性、離形性などの材料機能を、硬さ、内部応力、密着力、ヤング率、靭性などの基礎物性との関わりにおいて、議論した書物です。全体として、実用的に使われている膜特性を、できる限り科学として扱い、解析し、かつ丁寧に分かりやすく書かれているかと思います。ハードコーティング以外の膜でも、内部応力や密着性は、薄膜の基本に係る重要な特性ですので、是非一読されることをお勧めします。
第１章 薄膜の研究構造 全体を見る目を養おう 薄膜研究の要素を考える。薄膜材料の性能を理解するためには、２つの物質の接合からなるバイメタルの発想が必要である。超硬質物質は、構成原子の移動度が非常に小さいため成膜中に応力は緩和されず、薄膜には大きな応力が生じる。薄膜作成法の概略中、イオン化率、運動エネルギーの観点から、MOCVD,PCVD,スパッタ、電子ビーム蒸着、ホローカソード、アークイオン、イオン注入などを比較している。技術開発課題の科学として、実用材料の性能である硬度、密着力、耐食性、摩耗特性などは、膜と基板が一体化された材料の特性として考える。
第２章 プラズマプロセスの特異性 診断の木の実 プラズマを用いた成膜法の特徴は、化学的に活性化されたイオンやラジカルを利用するために基板の温度を低くして薄膜作製が可能。膜形成の自由度の増加は、制御すべきパラメーターの増加を意味し再現性を含めた制御が難しくなる。パッシェンの法則を説明し、成膜条件と得られた膜物性の関係が装置特有のものとなる点の後、気体のプラズマ化の方法の解説があります。プラズマプロセスの反応過程として、プラズマ反応の型、イオン化、再結合、付加、励起、解離、解離イオン化、解離付加、電荷交換、それに対応した分子の解離エネルギーとの関係から現象を説明しています。
第３章 薄膜の形成過程と構造 ガスも積もれば硬くなる プラズマ状態で生成した粒子は、基板に衝突した時に、運動エネルギーを熱エネルギーとして放出する。析出した固体はこの熱を得て表面運動を行い、熱力学的原理に従って結晶と微構造を形成していく。形態学的３モデルの説明後、膜形成と薄膜の微構造、膜の選択的結晶配向性、を論じています。
第４章 内部応力 ストレスのご利益 応力の測定法、内部応力の起源、金属膜の内部応力、酸化物膜の内部応力、非酸化物の応力、応力と硬度、応力と密着力、複合と多層化による応力制御が実験データを見ながら解説されます。
第５章 薄膜材料の硬さ 硬さの底にあるもの 硬さ試験法を解説し、他の物性との関連性、バイアスなどの成膜条件の後、複合硬度としての膜の硬さを論じています。ナノインデンテーション測定時の注意点などが出てきます。
第６章 密着力 引っ掻くことでわかるもの スクラッチ密着力の基板硬度依存性、膜厚依存性、圧子先端半径の影響などスクラッチ試験に関わる解析方法が丁寧に説明されています。
第７章 性能劣化 寿命は速度過程である 摩擦、摩耗を中心として、高温酸化、コーティング材料の溶液腐食など実用的な特性に対して、ミクロな構造因子からの解析を試みています。
第８章 複合表面改質 より硬くよりしなやかに 窒化処理を含む複合プロセス、イオン浸炭処理を含む複合プロセス、DLC膜を含む複合プロセス、開発課題など。
第９章 工業的応用 プラズマのご利益 プラズマを利用した表面改質法とその市場動向、適用鋼種とPVDプロセスの例と続きます。
ブログに、この本で特に興味を持った箇所など少しだけ具体的に書きたいと思います。興味のある方は、見てください。
Up dated 2018,4,3