HIPIMSパワーとR2Rスパッタリングの組み合わせにより、高密着性な薄膜を実現

HIPIMS（ハイパワーインパルスマグネトロンスパッタリング）とは？

HIPIMS の正式名称はHigh Power Impulse Magnetron Sputtering（ハイパワーインパルスマグネトロンスパッタリング）で、PVD（物理的気相成長）に分類される、先進的な真空成膜技術の一つです。

この技術の核となるのは、ごく短時間（数十マイクロ秒）の間に、ターゲット材（コーティング材料）へ非常に高い電力パルスを供給することです。これにより、ターゲット材の単位面積あたりの電力密度が極めて高くなり（kW/cm²のオーダー）、以下の特性が生み出されます。
 

• 極めて高いプラズマ密度： 従来のマグネトロンスパッタリングに比べて数桁高い密度になります。

• 極めて高いターゲット材の金属イオン化率： スパッタリングによって弾き出された粒子（原子）の大部分がイオン化されます（70%以上に達することもあります）。

• 低温での成膜が可能： 高密度のイオン流のおかげで、比較的低い基材温度でも緻密で結晶性の高い薄膜を堆積させることができます。
   

HIPIMS の主な用途

HIPIMS の最大の利点は、高品質で密着性の高い緻密な薄膜を成膜できることであり、これが様々な分野での重要な応用につながっています。

• 膜層の密着力向上（前処理）：本格的な成膜プロセスに入る前に、HIPIMS で生成された高エネルギーの金属イオンプラズマを基材（ワーク）の表面に照射することで、効果的なエッチング洗浄処理が行えます。これにより、薄膜と基材間の結合力が大幅に強化されます。

• 緻密で滑らかなコーティング：高いイオン化率により、高エネルギーで強力な移動能力を持つ堆積粒子が生成され、基板表面の微細孔を効果的に埋め、極めて緻密で孔のない薄膜構造を形成します。

• 機能性コーティング： 特殊な薄膜の成膜に使用されます。

  • 反射防止（AR）コーティング： 光学部品に使用され、透過率を高めます。

スパッタ膜の密着性を向上させるため、Topnano社は一部のロールツーロールマグネトロンスパッタリング装置にHIPIMS電源を搭載しました。ロールツーロールマグネトロンスパッタリング技術と高出力パルスマグネトロンスパッタリング（HiPIMS）を組み合わせることで、大幅な効率向上を実現します。これにより、フレキシブル基板上に高品質フィルムを量産する際の効率、品質、コストの課題を同時に解決します。

実用化

この複合技術は、いくつかのハイエンド分野でその可能性を実証しています。

フレキシブルエレクトロニクス：フレキシブルディスプレイ、フレキシブル太陽電池、フレキシブルセンサーなどの製品に用いられる高性能導電フィルムやバリアフィルムの製造に使用できます。

ハイエンド包装・保護：食品・医薬品包装業界では、極薄かつ高密度のバリアフィルムを成膜することで、水と酸素を効果的に遮断し、保存期間を延長できます。また、耐腐食性が求められるその他のフレキシブル材料にも適しています。

機能性コーティング：例えば、フレキシブル基板への高硬度・低摩擦係数のダイヤモンドライクカーボン（DLC）コーティングや、光学部品用の高品質光学フィルムの成膜などが挙げられます。

​まとめると、HIPIMS は従来のマグネトロンスパッタリングの平滑性と、アークイオンプレーティングの高イオン化率や強力な密着力という利点を兼ね備えており、近年における PVD 成膜技術の大きな技術的ブレークスルーの一つと見なされています。