ティンティンZ
Nov 6, 2024
現代の工業製造業では、薄膜技術は半導体、光学機器、装飾コーティングなどの分野で広く使用されています。薄膜の厚さは製品の性能と品質に直接影響します。そのため、コーティングプロセス中の膜厚のリアルタイム監視は非常に重要です。VPIのR＆Dエンジニアは、650MH高真空マグネトロンスパッタリングコーティングマシンと900Mサンプル準備コーティングマシンのアプリケーションに焦点を当て、コーティング装置に膜厚モニターを装備する必要がある理由を紹介し、その動作原理を説明します。
膜厚モニターが必要な理由
薄膜の厚さを正確に制御することは、製品の性能を確保する上で重要な要素です。薄膜層が厚すぎたり薄すぎたりすると、製品性能が不安定になり、導電性、光学特性、機械的強度などの主要な指標に影響を及ぼします。膜厚をリアルタイムで監視することで、過剰堆積を防ぎ、材料費と時間費を節約できます。また、プロセスパラメータをタイムリーに調整して、膜厚の偏差による手直しや無駄を回避できます。アプリケーションによって膜厚に対する要件が厳しく、正確な制御により、さまざまな複雑なプロセスのニーズを満たし、製品の競争力を高めることができます。
膜厚モニターの動作原理
水晶振動子マイクロバランス（QCM）
水晶振動子マイクロバランスは、最も一般的に使用されている膜厚モニターの 1 つです。その動作原理は、水晶の圧電効果と共振周波数の変化に基づいています。
圧電効果
水晶は内部の原子構造が整然と配列した圧電材料です。機械的な力を加えると電荷の不均一な分布が生じ、電気信号が発生します。逆に電界を加えると機械的な変形が生じ、振動します。
周波数変化と質量の関係
コーティング材が水晶の表面に堆積すると、水晶の質量が増加し、共振周波数が低下します。Sauerbrey の式によると、周波数の変化は堆積した質量に比例します。周波数の変化を測定することで、膜厚を正確に計算できます。
QCMのコンポーネント
- 水晶センサー: 特定の周波数、抵抗、電極材料を備えています。
- センサーヘッド：水晶の温度を安定させ、安定した測定環境を提供します。
- 電子モニターまたはコントローラー: 水晶を振動させるための交流電流を供給し、周波数の変化をリアルタイムで監視し、フィルムの厚さを計算します。
電極材料の選択
水晶電極は通常、金または銀で作られています。金電極は一般的な蒸着やスパッタリングプロセスに適していますが、銀電極は導電性が優れているため、高電流蒸着（カーボンロッド蒸着など）に適しており、膜厚の変化をより正確に反映できます。
650MH高真空マグネトロンスパッタリングコーティング装置と900Mサンプル調製コーティング装置の用途
650MH高真空マグネトロンスパッタリングコーティング装置
- 高精度膜厚制御：高度なQCM膜厚モニターを搭載し、高真空条件下でナノメートルレベルの膜厚制御を実現します。
- 幅広い用途：半導体や光学コーティングなど、高純度、高精度が求められる分野に適しています。
- 強力な安定性: 高真空環境により不純物の混入が低減され、薄膜の品質が向上します。
900M サンプル準備真空コーティング機
- 経済的で効率的: 高真空を必要としないコーティングプロセスに適しており、設備コストと運用コストを削減します。
- 高い柔軟性: 膜厚モニターも搭載しており、一般産業用途の膜厚制御ニーズを満たすことができます。
- 簡単な操作: 教育研究や中小企業の生産ニーズに最適です。
膜厚モニターはコーティング装置に欠かせない役割を果たし、薄膜の膜厚を正確に制御し、製品の品質と生産効率を向上させます。主流の膜厚測定技術である水晶振動子マイクロバランス（QCM）は、水晶の圧電効果と周波数変化の原理を利用して、高精度の膜厚測定を提供します。
当社の650MH高真空マグネトロンスパッタリングコーティングマシンと900M低真空コーティングマシンは、それぞれ高精度と一般精度を必要とするコーティングニーズに適しています。どちらも高度な膜厚モニターを備えており、さまざまな顧客の多様なニーズに対応しています。詳細については、当社のWebサイトをご覧いただくか、当社の技術チームにお問い合わせください。