スパッタリング装置とは、真空中でターゲット材料（スパッタリングターゲット）にイオンを衝突させ、その材料を飛び散らせて基板上に薄膜を形成する装置です。このプロセスは「スパッタリング」と呼ばれ、半導体、ディスプレイ、太陽電池、ハードディスクなどの製造に広く利用されています。

１．スパッタリング装置の主な構成

1. 真空チャンバー：薄膜形成を行うための密閉された空間。
2. ターゲット材料：成膜するための材料（金属、酸化物、窒化物など）。
3. 基板ホルダー：薄膜を形成する基板を保持する部分。
4. プラズマ発生装置：ターゲットにイオンを衝突させるためのプラズマを発生。
5. 電源装置：ターゲットへ電圧を供給（DC、RF、パルス電源など）。
6. ガス供給システム：スパッタリング用のアルゴン（Ar）や反応性ガス（O₂、N₂）を供給。
7. 排気システム：高真空を維持するためのポンプ（ターボ分子ポンプ、ロータリーポンプなど）。

２．スパッタリング装置の種類

スパッタリング装置には、目的や材料に応じたさまざまな方式が存在します。

① DCスパッタリング（直流スパッタリング）

• 概要：ターゲットに直流（DC）電圧を印加し、プラズマを発生させる方式。
• 用途：導電性の金属材料（Al、Cu、Au など）の成膜。
• 特長：シンプルな構造で、高速成膜が可能。

② RFスパッタリング（高周波スパッタリング）

• 概要：ターゲットに高周波（13.56MHz）を印加してプラズマを発生させる。
• 用途：絶縁性材料（SiO₂、Al₂O₃、ZnO など）の成膜。
• 特長：非導電性の材料も成膜可能だが、成膜速度はDCより遅い。

③ マグネトロンスパッタリング

• 概要：ターゲットの背面に磁場を発生させ、プラズマを局所的に集中させる方式。
• 用途：半導体、ディスプレイ、ストレージ用の薄膜形成。
• 特長：イオンの密度が高く、成膜効率が向上し、ターゲットの消耗が均一。

④ 反応性スパッタリング

• 概要：アルゴン（Ar）ガスに加え、酸素（O₂）や窒素（N₂）を導入し、化学反応を起こしながら成膜。
• 用途：酸化物（TiO₂, ITO）や窒化物（Si₃N₄, TiN）の成膜。
• 特長：材料の組成を制御しやすく、多様な機能性膜を形成可能。

⑤ パルスDCスパッタリング

• 概要：直流電源にパルスを加え、ターゲット表面の電荷蓄積を防ぐ方式。
• 用途：金属酸化物や窒化物の成膜。
• 特長：DCとRFの中間的な特性を持ち、高速で絶縁材料を成膜できる。

⑥ HiPIMS（High Power Impulse Magnetron Sputtering）

• 概要：高電力の短パルスをターゲットに印加し、高密度プラズマを発生。
• 用途：密着性・硬度の高い膜形成（DLC、TiN など）。
• 特長：成膜された膜の密度が高く、高品質なコーティングが可能。