スパッタリングでは、ターゲットはまさに陰極である。ターゲットがスパッタリング装置内の負電位（カソード）に接続され、基板が正電極（アノード）の役割を果たすからである。高電圧が印加されると、チャンバー内の不活性ガス（通常はアルゴン）がイオン化され、プラズマが発生する。正電荷を帯びたアルゴンイオンは負電荷を帯びたターゲット（陰極）に向かって加速され、ターゲットに衝突してターゲット表面から原子を放出する。放出された原子は基板上に堆積し、薄膜を形成する。このプロセスは、マグネトロンスパッタリングとDCスパッタリングの両方で基本的なものであり、ターゲットの陰極としての役割は材料の成膜にとって重要である。
要点の説明
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カソードとしてのターゲット
- スパッタリングでは、ターゲットは負の電位に接続され、システムの陰極となる。
- 一方、基板はプラス電極（陽極）として機能する。
- このセットアップにより電場が形成され、正電荷を帯びたイオンがターゲットに向かって加速される。
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不活性ガスの役割：
- 不活性ガス（通常はアルゴン）が真空チャンバー内に導入される。
- このガスは、ターゲット（陰極）と基板（陽極）の間に印加される高電圧によってイオン化され、プラズマが生成される。
- プラズマは正電荷を帯びたアルゴンイオンと自由電子からなる。
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スパッタリングのメカニズム：
- プラスに帯電したアルゴンイオンは、マイナスに帯電したターゲット（カソード）に向かって加速される。
- この高エネルギーイオンがターゲットに衝突すると、スパッタリングと呼ばれるプロセスによってターゲット表面から原子が放出される。
- 放出された原子は真空チャンバー内を移動し、基板上に堆積して薄膜を形成する。
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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では、スパッタプロセスを強化するためにマグネトロンをターゲットの近くに配置する。
- 磁場によってプラズマがターゲット表面付近に閉じ込められ、不活性ガスのイオン化が進み、スパッタリング効率が向上する。
- その結果、成膜速度が向上し、膜質が改善される。
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DCスパッタリング：
- DCスパッタリングでは、直流（DC）電界を用いてプラズマを発生させる。
- ターゲット（陰極）は数百ボルトの負電位にあり、基板は正電極として働く。
- この方法は金属ターゲットには特に効果的ですが、非導電性材料にはあまり効果がありません。非導電性材料はプラスに帯電し、アルゴンイオンをはじく可能性があるからです。
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ターゲットの材質と形状：
- ターゲットは、金やその他の金属など、成膜する材料の固形片である。
- 通常、平坦または円筒形をしており、金属ベアリングなど他の部品が意図せずスパッタリングされるのを防ぐのに十分な大きさが必要である。
- ターゲットの表面は常に実際のスパッタリング面積より大きく、使い古されたターゲットにはスパッタリングが優勢であった深い溝や「レーストラック」が見られることが多い。
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半導体製造における応用：
- スパッタリングターゲットは、金属合金の薄膜を基板上に成膜するために、半導体製造において広く使用されている。
- ターゲットは、半導体製造の厳しい要求を満たすために、化学的純度と冶金的均一性を確保しなければならない。
要約すると、スパッタリングにおけるターゲットはまさに陰極であり、基板上に放出・堆積される材料を提供することによって、成膜プロセスにおいて重要な役割を果たす。ターゲット（カソード）、基板（アノード）、不活性ガスによって生成されるプラズマの相互作用がスパッタプロセスの基本であり、半導体製造を含む様々な用途の高品質薄膜の生成を可能にしている。
総括表：
| 主な側面 | 詳細 |
|---|---|
| カソードとしてのターゲット | 負電位に接続され、スパッタリング用のアルゴンイオンを引き寄せる。 |
| 不活性ガスの役割 | アルゴンをイオン化してプラズマを発生させ、スパッタリングプロセスに不可欠なガスです。 |
| スパッタリングのメカニズム | アルゴンイオンがターゲットに衝突し、基板上に堆積する原子を放出する。 |
| マグネトロンスパッタリング | 磁場がプラズマの閉じ込めを強化し、成膜効率を向上させる。 |
| DCスパッタリング | 直流でプラズマを発生させ、金属ターゲットに最適です。 |
| ターゲットの材質と形状 | 通常、金や他の金属のような材料で作られた平らなまたは円筒形。 |
| 用途 | 半導体製造における高品質薄膜に広く使用されています。 |
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