マグネトロンスパッタリングとその発生条件

- Jun 25, 2018-


1.マグネトロンスパッタリング

 

マグネトロンスパッタリングは、マグネトロン動作モードでの2極スパッタリングである。 ダイオードスパッタリングと四重極スパッタリングの違いは次のとおりです。

 

永久磁石または電磁石は、スパッタされた陰極ターゲットの後方に配置される。 ターゲット面に垂直成分(例えば、対向ターゲット)の水平成分または磁界の磁場が発生し、ガス放電によって生成された電子は、プラズマ領域内の特定の軌道に拘束されるターゲット表面の近くにある。 電場力と磁場力の複雑な作用の下、特定の滑走路に沿って円を描く。 ターゲット表面磁場は荷電粒子に抑制効果を有し、磁場が強いほど拘束力は強い。 電子の電磁場の結合および加速のために、電子が基板およびアノードに到達する前に運動の経路も大きく広がり、局所的なArガスの衝突電離の可能性が大きく増加する。 アルゴンイオンAr +は、電場の作用下で加速し、次いで陰極として働くターゲットに衝撃を与える。 ターゲットの表面上の分子、原子、イオンおよび電子は全てスパッタリングされて、ターゲットのスパッタ飛散率を増加させる。 スパッタされた粒子は、一定量の運動エネルギーを有し、それらは特定の方向に基板に衝突し、最後に基板上に堆積して膜を形成する。 多くの衝突の後、電子のエネルギーは徐々に減少し、磁束の制約から解放され、最終的に基板、真空チャンバ壁、およびターゲット電力アノードに落ちる。

 

作動ガスのイオン化の確率の増加およびターゲットのイオン化率の増加は、真空ガス放電の内部抵抗を減少させる。 従って、マグネトロンターゲットのスパッタ堆積のための動作電圧は低い(主に4-600Vの間)。 ときには、動作電圧がわずかに高く(例えば、> 700V)、いくつかの動作電圧はより低い(例えば、約300V)。 マグネトロンスパッタリングが発生すると、スパッタリング動作電圧は主にマグネトロンターゲットのカソードランディングゾーンに入る。

 

マグネトロンスパッタリングフィルムは、ピンホールが小さく均一で緻密で、高純度で密着性が高いため、低温低ダメージ条件下での各種材料膜の高速成膜が可能です。 マグネトロンスパッタリングは、今日、真空コーティングにおける成熟した技術および工業化された製造方法の一種となっている。 マグネトロンスパッタリング技術は、急速に発展し、様々な産業の科学研究および工業化に広く使用されている。

 

要するに、マグネトロンスパッタリング技術は、電磁場を用いて真空チャンバ内のガス「異常グロー放電」のイオンおよび電子の軌道および分布を制御するスパッタリングコーティングのプロセスである。

 

2.マグネトロンスパッタリングの3つの生成条件

 

スパッタリングを引き起こすマグネトロンガス放電は、3つの必要十分条件を満たさなければならない:

 

(1)適切な放電ガス圧力Pを有する:DCまたはパルス中周波数マグネトロン放電、約0.1Pa~10Pa)、典型的な値は5×10 -1 Paである。 RFマグネトロン放電は、約10 -1〜10 -2 Paである。

 

(2)マグネトロンターゲット表面は、一定の水平(または等価)磁界強度B(約10mT〜100mT)を有し、典型的な値は30〜50mTであり、最小値は10〜20mT(100〜200ガウス)である。

 

(3)真空チャンバは、磁界に直交する(または等価に直交する)電界Vを有し、典型的な値は500〜700Vである。

 

我々は、一般に、上記3つの条件をPBV条件と呼ぶ。