マグネトロンスパッタリングにおけるターゲット汚染に影響を与える要因は何ですか？

1. 対象物表面への金属化合物の形成
反応スパッタリングプロセスによって金属ターゲット表面から化合物が形成される過程で、化合物はどこで生成されるのでしょうか？反応性ガス粒子とターゲット表面原子との化学反応によって化合物原子が生成されますが、これは通常発熱反応であるため、反応熱を外部に放出する手段が必要であり、そうでなければ化学反応は継続できません。真空状態ではガス間の熱伝達は不可能であるため、化学反応は固体表面上で起こらなければなりません。反応スパッタリングでは、ターゲット表面、基板表面、およびその他の構造表面に化合物が生成されます。基板表面に化合物を生成することが目的であり、その他の構造表面に化合物を生成することは資源の浪費であり、ターゲット表面に化合物を生成することは化合物原子の供給源として始まり、より多くの化合物原子を継続的に供給する上での障壁となります。

2．標的中毒の影響要因
ターゲットの汚染に影響を与える主な要因は、反応ガスとスパッタリングガスの比率であり、反応ガスが多すぎるとターゲットが汚染されます。反応性スパッタリングプロセスは、ターゲット表面のスパッタリングチャネル領域で実行され、反応化合物で覆われるか、反応化合物が剥離されて金属表面が再び露出します。化合物の生成速度が化合物の剥離速度よりも大きい場合、化合物の被覆領域が増加します。一定の電力では、化合物の生成に関与する反応ガスの量が増加し、化合物の生成速度が増加します。反応ガスの量が過剰に増加すると、化合物の被覆領域が増加します。また、反応ガスの流量を適時に調整できない場合、化合物の被覆領域の増加速度が抑制されず、スパッタリングチャネルがさらに化合物で覆われ、スパッタリングターゲットが化合物で完全に覆われると、ターゲットは完全に汚染されます。

3．標的中毒現象
（１）正イオン蓄積：ターゲットが汚染されると、ターゲット表面に絶縁層が形成され、正イオンは絶縁層の遮断により陰極ターゲット表面に到達します。正イオンは直接陰極ターゲット表面に入るのではなく、ターゲット表面に蓄積され、冷電界を発生させてアーク放電（アーク放電）を起こしやすくなり、陰極スパッタリングが継続できなくなります。
（２）陽極消失：ターゲットが汚染されると、接地された真空チャンバーの壁にも絶縁層が形成され、陽極に到達する電子が陽極に入ることができなくなり、陽極消失現象が発生します。

4．標的中毒の物理的説明
（１）一般的に、金属化合物の二次電子放出係数は金属よりも高い。ターゲット汚染後、ターゲット表面はすべて金属化合物となり、イオン照射を受けると放出される二次電子の数が増加し、空間の導電率が向上してプラズマインピーダンスが低下するため、スパッタリング電圧が低下する。これによりスパッタリング速度が低下する。一般的にマグネトロンスパッタリングのスパッタリング電圧は４００V〜６００Vであるが、ターゲット汚染が発生するとスパッタリング電圧が大幅に低下する。
（２）金属ターゲットと化合物ターゲットは元々スパッタリング速度が異なり、一般的に金属のスパッタリング係数は化合物のスパッタリング係数よりも高いため、ターゲット汚染後にはスパッタリング速度が低下します。
（３）反応性スパッタリングガスのスパッタリング効率はもともと不活性ガスのスパッタリング効率よりも低いため、反応性ガスの割合が増加すると総合スパッタリング速度は低下します。

5．標的毒殺に対する解決策
（１）中周波電源または高周波電源を採用する。
（２）反応ガス流入の閉ループ制御を採用する。
（３）双子のターゲットを採用する
（４）コーティングモードの変更を制御する：コーティング前に、ターゲット汚染のヒステリシス効果曲線を収集し、ターゲット汚染の発生前における入口空気流量を制御して、プロセスが常に堆積速度が急激に低下する前のモードにあることを保証する。

―この記事は、真空コーティング装置メーカーである広東振華科技によって公開されています。