マグネトロンスパッタリングコーティングの特性 第2章

マグネトロンスパッタリングコーティングの特性

（３）低エネルギー スパッタリング。ターゲットに印加される陰極電圧が低いため、プラズマは陰極近傍の空間の磁場によって束縛され、基板側に高エネルギー荷電粒子が照射されるのを抑制します。そのため、荷電粒子の衝突によって半導体デバイスなどの基板に生じる損傷の程度は、他のスパッタリング方法による損傷よりも低くなります。

（４）基板温度が低い。マグネトロンスパッタリングでは、カソードターゲット内の磁場領域、すなわちターゲット放電路内の小さな局所領域における電子濃度が高いため、スパッタリング速度が高くなります。一方、磁場領域外、特に磁場から離れた基板表面近傍では、電子濃度は分散により大幅に低下し、場合によってはダイポールスパッタリングよりも低くなることがあります（2つの作動ガス圧力の差が桁違いであるため）。したがって、マグネトロンスパッタリング条件下では、基板表面に衝突する電子の濃度は通常のダイオードスパッタリングよりもはるかに低く、基板に入射する電子の数が減少するため、基板温度の過度な上昇が回避されます。さらに、マグネトロンスパッタリング法では、マグネトロンスパッタリング装置の陽極を陰極の近傍に配置し、基板ホルダーを非接地にして懸濁電位にすることで、電子が接地された基板ホルダーを通過して陽極を通って流れ出すのを防ぎ、めっき基板に衝突する高エネルギー電子を減らし、電子によって引き起こされる基板の熱増加を抑制し、発熱の原因となる基板への二次電子衝突を大幅に減衰させることができる。

（５）ターゲットのエッチングムラ。従来のマグネトロンスパッタリングターゲットでは、不均一な磁場を使用しているため、プラズマが局所的に収束し、ターゲットの局所的な位置でのスパッタリングエッチング速度が大きくなり、結果としてターゲットに著しいエッチングムラが生じます。ターゲットの利用率は一般的に約30％です。ターゲット材料の利用率を向上させるために、ターゲット磁場の形状と分布を改善したり、ターゲットカソード内部の磁石を移動させたりするなど、さまざまな改善策を講じることができます。

磁性材料ターゲットのスパッタリングの難しさ。スパッタリングターゲットが高透磁率の材料でできている場合、磁力線がターゲット内部を直接通過して磁気短絡現象が発生し、マグネトロン放電が困難になります。空間磁場を生成するために、ターゲット材料内部の磁場を飽和させる、ターゲットに多くのギャップを残して磁気漏洩を促進してターゲット温度を上昇させる、またはターゲット材料の透磁率を下げるなど、さまざまな研究が行われてきました。

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