コンビナトリアルスパッタコーティングシステム

コーティング特性の最適化に有力なツール

2007.09.05

独立行政法人物質・材料研究機構

NIMS材料信頼性センターは、各種成膜条件を正確に制御でき、複数のサンプルのコーティング (成膜) プロセスを自動化したコンビナトリアルスパッタコーティングシステムを開発した。

概要

  1. 独立行政法人物質・材料研究機構 (理事長 : 岸　輝雄) 材料信頼性センター (センター長 : 小野寺 秀博) 微小材料工学グループ (土佐 正弘 グループリーダー) の後藤 真宏 主幹研究員 (NEDO産業技術研究助成プロジェクトリーダー) は、NEDO平成18年度産業技術研究助成「パルスレーザーを用いた新規ナノコンポジットコーティングの創製と次世代切削工具の開発」プロジェクトの一環として、同グループの土佐 正弘 グループリーダー、笠原 章 主幹研究員と共に、各種成膜条件を正確に制御でき、複数のサンプルのコーティング (成膜) プロセスを自動化したコンビナトリアルスパッタコーティングシステムを開発した。本システムを用いることにより、最高性能のコーティング膜を作製するための最適コーティング条件 (最適成膜制御パラメータ) の決定が、従来のシステムよりも十倍以上のスピードで効率よく行うことが可能となった。
     
  2. スパッタコーティングは、ミクロン厚さレベルのコーティングが得られることや、成膜条件により、そのコーティング特性を変化させられることから、産業界で広く用いられている成膜手法の一つである。例えば、基板材料にスパッタコーティングを施すことで耐摩耗・低摩擦特性を付与したり、ガラスなどの透明基板へのコーティングで様々な光学特性を発現させたりなどと、応用範囲はかなり広い。しかしながら、スパッタコーティングの成膜時における制御パラメータは非常に多く、精確なパラメータ制御が難しいなどの問題点から、コーティング特性の再現性や必要とするコーティング特性の最適化に膨大な時間を要するなどの問題があった。
     
  3. 今回、複数のサンプル基板を一度に真空チャンバー内に導入し、同条件に保つこと、到達真空度を8×10-6Pa以下とすることなどを含めコーティングシステムに工夫を施し、コーティングの結晶性および結晶配向性を再現性よく作製することができ、さらに、各々のサンプルについて7つの成膜実験パラメータをあらかじめパラメータレシピ表に登録しておき、それらをコンピュータ制御で設定して14枚のサンプルを全自動でコーティングが可能となるコンビナトリアルスパッタコーティングシステムが完成した。これにより成膜中は、オペレータが不要になること、毎回、正確な成膜実験条件でサンプル作製が可能となり、再現性のよいコーティングが行えることから、従来数週間かかっていた実験期間が、二三日で行えるなど短期間で、必要とされる特性を有したコーティング作製のための成膜実験パラメータの最適化が実現できるようになった。
     
  4. 今回の成果は、7つの成膜パラメータを制御し、自動で複数枚のサンプルのコーティングが可能となることから、各種コーティングの短期間での特性の最適化や、新規機能性コーティングの探索などに極めて有効である。
     
  5. 本研究開発の成果は、NEDO平成18年度産業技術研究助成事業「パルスレーザーを用いた新規ナノコンポジットコーティングの創製と次世代切削工具の開発」により得られたものである。本システムは、今年秋に共同研究企業である大和機器工業株式会社から販売する予定である。
「プレス資料中の図: 開発されたコンビナトリアルスパッタコーティングシステムの外観」の画像

プレス資料中の図: 開発されたコンビナトリアルスパッタコーティングシステムの外観