ターゲット表面から除去される1秒あたりの単分子膜数を測定するスパッタリングレートは、いくつかの重要な要因に依存する。これには、スパッタ収率（入射イオン1個当たりに放出されるターゲット原子の数）、ターゲット材料のモル重量、材料密度、イオン電流密度などが含まれる。さらに、チャンバー圧力、電源の種類（DCまたはRF）、放出粒子の運動エネルギーなどの外的要因もスパッタリングプロセスに影響を与える。これらの依存関係を理解することは、スパッタリング条件を最適化し、望ましい膜質と成膜速度を達成する上で極めて重要である。
キーポイントの説明
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スパッター収率（S）:
- スパッタ収率とは、入射イオン1個あたりに放出されるターゲット原子の数である。スパッタ率を左右する基本的な要素である。
- 収率は、入射イオンの質量、ターゲット原子の質量、入射角度、入射イオンのエネルギーに依存する。
- スパッタ収率が高いほど、イオン1個当たりにより多くの原子がターゲット表面から放出されるため、スパッタリング速度が速くなる。
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ターゲットのモル重量 (M):
- ターゲット材料のモル重量は、一定質量の材料に含まれる原子の数を決定するため、スパッタリング速度に影響する。
- モル重量の高い材料は、単位質量当りの原子数が少なくなるため、スパッタ収率やイオン電流密度などの他の要因と組み合わせると、全体的なスパッタリング速度に影響を及ぼす可能性がある。
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材料密度 (p):
- タ ー ゲ ッ ト 材 料 の 密 度 は 、一 定 の 体 積 中 の 原 子 の 数 を 決 定 す る 役 割 を 果 た し ま す 。
- 密 度が高い材料ほど、単位体積あたりの原子の数が多くなり、スパッタ収率やイオン電流密度と組み合わされた場合、スパッタリング速度に影響を及ぼす可能性がある。
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イオン電流密度 (j):
- イオン電流密度 : イオン電流密度とは、単位面積当たり、単位時間当たりにターゲット表面に衝突するイオンの数のことである。
- イオン電流密度が高いほど、ターゲットに衝突するイオンの数が増え、スパッタリング率が高くなる。
- イオンの数が多いほど、放出される原子の数も多くなるため、この因子はスパッタリング率に正比例する。
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チャンバー圧力:
- チャンバー圧力は、スパッタリング粒子の平均自由行程に影響を与えることにより、スパッタリングプロセスに影響を与える。
- 最適な圧力条件は、放出される粒子の方向とエネルギーを制御することで、成膜の被覆率と均一性を向上させることができます。
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電源の種類（DCまたはRF）:
- 電源（DCまたはRF）の選択は、成膜速度、材料適合性、およびスパッタリングプロセス全体のコストに影響する。
- DCスパッタリングは通常、導電性材料に使用され、RFスパッタリングは絶縁性材料に適している。
- 電源はイオンのエネルギーと方向にも影響し、スパッタリング速度と膜質に影響を与える。
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放出粒子の運動エネルギー:
- 放出される粒子の運動エネルギーは、その方向と基材への堆積方法を決定する。
- 運動エネルギーが高いほど、密着性と膜質の向上につながるが、適切に制御されないと基板に損傷を与える可能性もある。
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金属イオンの過剰エネルギー:
- 金属イオンの過剰なエネルギーは、スパッタリングプロセス中の表面移動度を増加させる。
- この移動度の増加は、原子が基板上のより安定した位置を見つけることを可能にし、蒸着膜の品質を向上させる。
こ れ ら の 要 素 を 理 解 し 、最 適 化 す る こ と で 、ス パ ッ タ ー レ ー ト を 制 御 し 、さ ま ざ ま な 応 用 に 望 ま し い 膜 特 性 を 得 る こ と が で き る 。
総括表：
| 因子 | スパッタ率への影響 |
|---|---|
| スパッタ収率 (S) | 歩留まりが高いほど、イオン1個あたりに放出される原子の数が多くなり、スパッタリング速度が向上する。 |
| モル重量 (M) | モル重量が高いほど、質量あたりの原子数が少なくなり、スパッタリング速度が低下する可能性がある。 |
| 材料密度 (p) | 密度が高いほど体積あたりの原子数が多くなり、スパッタリング速度が向上する。 |
| イオン電流密度 (j) | 電流密度が高いほど、より多くのイオンがターゲットに衝突し、スパッタリングレートが向上する。 |
| チャンバー圧力 | 最適な圧力は、フィルムの被覆率と均一性を向上させます。 |
| 電源（DC/RF） | 導電性材料にはDC、絶縁体にはRF；蒸着速度と膜質に影響する。 |
| 運動エネルギー | エネルギーが高いほど接着力は向上するが、制御できない場合は基材を損傷する可能性がある。 |
| イオンの過剰エネルギー | 表面の移動度を高め、原子の位置を安定させることで膜質を向上させます。 |
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