マグネトロンスパッタリング、特にDCマグネトロンスパッタリングは、磁場を利用してターゲット表面近傍のプラズマ発生を促進し、効率的な薄膜堆積をもたらす成膜技術である。原理は、真空チャンバー内でターゲット材料に直流電圧を印加し、プラズマを発生させてターゲットに衝突させ、その後基板上に堆積する原子を放出させる。
原理の概要
DCマグネトロンスパッタリングは、真空チャンバー内に置かれたターゲット材料（通常は金属）に直流（DC）電圧を印加することで作動する。チャンバーは不活性ガス（通常はアルゴン）で満たされ、低圧まで排気される。ターゲット上の磁場は電子の滞留時間を増加させ、アルゴン原子との衝突を促進し、プラズマ密度を高める。電界によってエネルギーを与えられたこのプラズマはターゲットに衝突し、原子を放出させて基板上に薄膜として堆積させる。
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詳しい説明
- セットアップと初期化：
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このプロセスは、ターゲット材料を真空チャンバーに入れることから始まり、真空チャンバーは不純物を除去するために排気され、高純度アルゴンで埋め戻される。このセットアップにより、成膜のためのクリーンな環境が確保され、プラズマ中の運動エネルギーを効率的に伝達する能力を持つアルゴンが利用される。
- 電界と磁界の印加：
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ターゲットに直流電圧（通常-2～-5kV）を印加し、陰極とする。この電圧は、正電荷を帯びたアルゴンイオンを引き寄せる電場を作り出す。同時に磁場がターゲット上に印加され、電子を円軌道に導き、アルゴン原子との相互作用を増大させる。
- プラズマ生成の促進：
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磁場は、ターゲット表面付近での電子とアルゴン原子の衝突確率を高めます。これらの衝突はより多くのアルゴンをイオン化し、より多くの電子が発生するカスケード効果をもたらし、プラズマ密度をさらに高める。
- スパッタリングと蒸着：
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電界によって加速された高エネルギーのアルゴンイオンがターゲットに衝突し、原子が放出されます（スパッタリング）。放出された原子は視線方向に移動し、基板上に凝縮して薄く均一な膜を形成する。
- 利点と改良点：
他の成膜技術と比較して、DCマグネトロンスパッタリングは高速で、基板へのダメージが少なく、低温で動作する。しかし、分子のイオン化比によって制限されることがあり、これにはプラズマ増強マグネトロンスパッタリングなどの技術が対応している。レビューと訂正
