平衡マグネトロンスパッタリングの概念、長所と短所

- Jun 27, 2018-


バランスドマグネトロンスパッタリングは、従来のマグネトロンスパッタリングの一種です。 陰極ターゲットの背後には、コアの磁場と等しいかまたはそれに近い一定の磁場を有する永久磁石または磁気コイルが配置され、磁場の方向に垂直な磁場が、ターゲット。 堆積チャンバはある量の作動ガスで満たされ、通常はArである。 Ar原子は高圧下でAr +イオンと電子に電離してグロー放電を起こす。 Ar +イオンは、電場によって加速された後にターゲットに衝突し、その後、ターゲット原子、イオンおよびイオン、二次電子などをスパッタリングする。

 

相互に垂直な電磁場の作用下で、電子はサイクロイド方式で移動し、プラズマの軌道を長くし、ガス分子の衝突やイオン化への関与を高め、より多くのイオンをガスのイオン化速度を増加させる。 放電はより低いガス圧で維持することができる。 したがって、マグネトロンスパッタリングは、スパッタリング工程中のガス圧力を減少させるだけでなく、スパッタリング効率及び蒸着速度を向上させる。

 

しかし、平衡型マグネトロンスパッタリングにも欠点がある。 例えば、磁場のために、グロー放電とスパッタされた二次電子によって生成された電子は、平行な磁場によってターゲット表面の近くに密に閉じ込められ、プラズマ領域は、約60mmの領域に強く閉じ込められるターゲット表面から遠ざかるにつれてプラズマ濃度が急激に低下する。 このとき、イオン衝撃の効果を高めるために、ワークピースを50〜100mmのターゲットの範囲内にのみ配置することができます。 そのような短い有効コーティング面積は、メッキされるワークピースの幾何学的寸法を制限するので、マグネトロンスパッタリング技術の適用を制限する大きなワークピースまたはバッチローディングには適していない。 バランスドマグネトロンスパッタリングの場合、噴射されるターゲット粒子のエネルギーが低く、フィルムベースの結合強度が低い。 低エネルギー堆積原子は、基板の表面上の移動度が低く、多孔質の粗い柱状構造を有する膜を容易に生成する。 ワークピースの温度を上げると、フィルムの構造と性能が確実に向上しますが、多くの場合、ワークピース自体が必要な高温に耐えられません。

 

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図1(a)平衡マグネトロンスパッタリング(b)アンバランスドマグネトロンスパッタリング

 

不平衡マグネトロンスパッタリングの出現は、陰極ターゲット表面にプラズマをスパッタリングターゲットの前に200〜300mmの範囲に導入することによって、上記の欠点を部分的に克服し、図3に示すように、基板がプラズマに浸漬される。 1。 このようにして、一方で、スパッタされた原子および粒子が基板の表面に堆積して薄膜を形成する。 一方、プラズマは、イオンビームアシスト蒸着として働き、膜の品質を大幅に向上させる一定のエネルギーで基板に衝突する。