DCマグネトロンの磁場スパッタリングでは、スパッタリングプロセスの効率を高めるために磁場を使用する。
これは、ターゲット表面近傍に電子を捕捉することによって行われる。
これにより、ガスのイオン化が促進され、薄膜の成膜速度が向上する。
DCマグネトロンの磁場スパッタリングを理解するための5つのポイント
1.スパッタリングのメカニズム
直流マグネトロンスパッタリングでは、直流電源を用いてターゲット材料の近傍にプラズマを発生させる。
プラズマはガスイオンで構成され、ターゲットに衝突して原子をはじき出し、気相中に放出される。
このプロセスは薄膜成膜の基本である。
2.磁場の役割
マグネトロンスパッタリングでは磁場の付加が重要である。
この磁場はカソードプレートの後方に配置され、電場と相互作用して電荷キャリア（電子）をサイクロイド軌道に偏向させる。
この動きにより、電子がターゲット近傍で過ごす時間が長くなり、ガスのイオン化が促進される。
イオンは質量が大きいため、磁場の影響を受けにくく、主にターゲットの真下に衝突し、マグネトロンスパッタリングで典型的なエロージョンスレンチの形成につながる。
3.スパッタリング速度の向上
磁場はイオン化効率を高めるだけでなく、スパッタリング速度も向上させる。
これは、イオン束密度、ターゲット原子数、原子量、ターゲットと基板間の距離、スパッタされる原子の速度などの要因を考慮した計算式によって定量化される。
イオン化が進むことで、従来のスパッタリングに比べて低い圧力と電圧でプロセスを実行できるようになる。
4.プラズマと二次電子の閉じ込め
マグネトロンスパッタリングの磁場構成は、プラズマと二次電子をターゲットの近くに閉じ込めるように設計されている。
この閉じ込めにより、電子が基板に到達し、成膜される薄膜にダメージを与える可能性を防ぐことができる。
磁場線は、この閉じ込めを最適化するように戦略的に配置されており、配置のばらつきがイオン化効率と成膜速度に影響する。
5.マグネトロンスパッタリングの種類
マグネトロンスパッタリングには、バランスドマグネトロンスパッタリングとアンバランスドマグネトロンスパッタリングなど、さまざまな構成がある。
バランス構成では、プラズマはターゲット領域に限定されるが、アンバランス構成では、一部の磁力線が基板に向けられ、成膜の均一性に影響を与える。
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