物理気相成長（PVD）プロセスにおける温度の重要性

物理気相成長（PVD）または物理気相輸送（PVT）は、金属、セラミックス、ガラス、ポリマーなどの基板に薄膜やコーティングを生成するための真空蒸着法です。この技術は、光学、機械、電気、化学的機能を持つ薄膜製造に不可欠であり、特にフォトダイオードやフィルターといった半導体において重要な役割を果たしています。PVDプロセスでは、材料を凝縮相から蒸気相へ移行し、再び薄膜の凝縮相へと戻します。最も一般的なPVDプロセスにはスパッタリングと蒸着があります。

熱蒸着は、コーティング材料が蒸発してガス状に変化し、反応チャンバーで比較的低い処理温度で基板表面に凝縮されるプロセスです。一方、スパッタリングPVDプロセスは、ターゲットと呼ばれる固体状のコーティング材料をマグネトロンの上に配置することから始まります。高純度のコーティングを実現するためには、クリーンな環境で選択された材料だけを高温で維持することが重要です。このためには、チャンバー内を排気してほぼすべての分子を取り除いた後、アルゴン、酸素、窒素などのプロセスガスを成膜する材料に応じて充填します。

温度や圧力などの条件が整うと、PVDコーティングプロセスが開始され、ターゲット材料に負の電位が印加されます。このプロセスでは、チャンバー本体が正極またはアースとして機能します。この電位はマグネトロンから自由電子を遠ざけ、プロセスガス原子と衝突させて電子を奪い、正電荷をもったプロセスガスイオンを生成します。これらのイオンはマグネトロンに向かって加速され、ターゲット材料に叩きつける（スパッタリング）ための十分なエネルギーを持ちます。このスパッタリングされた材料はマグネトロンの経路上の表面に蓄積され、最終的に基板上に堆積します。

処理中に見られるプラズマ（グロー放電）は、イオンが自由電子と再結合して低エネルギー状態に戻り、余剰エネルギーを光として放出することにより発生します。このプラズマは薄膜蒸着を監視するための視覚的な手がかりとなり、所定の膜厚に達するまで一定速度で堆積が続きます。この時点でカソード（陰極）への電力供給が停止され、プロセスが完了します。

PVDプロセスにおける温度は、薄膜の品質や特性に直接影響を与えるため非常に重要です。温度は材料の気化速度や気化粒子のエネルギー、基板表面での移動性に影響を与え、結果として膜の密着性、密度、結晶性に影響を及ぼします。正確な温度管理により、均一な成膜を確保し、欠陥を最小限に抑えるとともに、コーティングの機械的、電気的、光学的特性を最適化することが可能です。また、最適な温度を維持することで、基板への損傷を防ぎ、PVDプロセスの一貫性と再現性を確保します。さらに、業界の規制遵守のためにも、認証された追跡可能なプロファイル情報の記録が必要です。

Optris赤外線パイロメーターのPVD装置への統合

PVD装置における再現性のあるプロセス制御を行うために、大量生産を専門とするメーカーは、炭化ケイ素（シリコンカーバイド、SiC）の結晶成長やアニーリングを伴うPVDスパッタリング装置に、複数のOptris2色式赤外線放射温度計を統合しました。このPVDプロセスでは、最大2500℃の高温で多結晶炭化ケイ素（シリコンカーバイド、SiC）を昇華させるためにRF誘導加熱コイルが使用されます。このコイルはキロヘルツ帯で動作し、必要な誘導加熱を行います。

２色式の赤外線放射温度計は、高い温度精度と広い温度範囲、そして放射率が変化する条件でも高い再現性を持っていることから、幅広い用途で採用されています。２色式放射温度計は、１色式の温度計のように一つの波長での絶対的な強度に基づいて温度を測定するのではなく、異なる二つの波長での放射強度を比較して温度を算出します。この比率に基づく測定は、放射率の変動による影響を受けにくく、温度変化に対してより信頼性の高い測定を可能にします。

Optrisの２色放射温度計CT ratioシリーズは、その精度の高さが際立っています。光ファイバー方式で、315℃までの高温に対応できる小型のセンシングヘッド、レーザー照準を備えており、250 ～ 3000℃までの温度測定が可能です。また、堅牢かつ電気的に絶縁されたセンシングヘッドと光ファイバーケーブルにより、電磁場の影響を受けません。この２色温度計はデジタルRS485インターフェースに直接統合されており、微細な温度情報を検出してPIDコントローラーに連携します。

最終的なPVDシステムには、長時間の成膜プロセスを通して温度と圧力の安定性を確保するための堅牢なプロセス制御が組み込まれています。この制御により、欠陥が少ないSiCブールの信頼性の高い生産が可能になります。赤外線温度データはPID制御システムの入力として使用され、温度を0.5度以内に維持してプロセスの一貫性と品質を確保します。

Optrisの製品価値と技術サポート

Optris赤外線温度計が、PVDプロセスにおいて信頼性が高くコストパフォーマンスの高い温度測定ソリューションであることが実証されています。他社の同等製品のわずか３分の１程度の価格でありながら性能を損なうことなく、正確かつ一貫した温度データが取得できます。また、短いリードタイムでセンサー供給を実現することで、迅速な導入と開発サイクルの短縮を可能にしています。

Optrisの顧客満足への取組みは、単に高品質な製品を提供するだけではなく、優れた顧客サービスと技術サポートの提供も含めた総合的なものです。Optrisのエンジニアは、用途に適した利用が可能か何度もテストを行い、放射温度計ソリューションが最適な設定で、安定して動作することを確認しています。この実践的な知見に基づくサポートは、様々な問題に対処し、PVDプロセス等に放射温度計を適切に統合する上で極めて重要となります。

さらに、Optrisの継続的な技術サポートによって、問題が発生した場合に迅速に対応することができ、Optrisの専門知識を頼りながらプロセスの最適化に継続的に取り組むことができます。この包括的なアプローチは、即時的な成功を保証するだけでなく、長期的なパートナーシップを育むものでもあります。