スパッタプロセスの原理は、高エネルギーの粒子を使用して、材料の表面から原子を変位させることである。これにより基板上に薄膜が形成される。
このプロセスは真空チャンバー内で行われる。制御されたガス（通常はアルゴン）がこのチャンバーに導入される。
その後、電界を印加してプラズマを発生させる。これにより、ガス原子は正電荷を帯びたイオンになる。
このイオンはターゲット物質に向かって加速される。イオンは表面と衝突し、ターゲットから原子を放出する。
放出された原子はチャンバー内を移動し、基板上に堆積する。これにより薄膜が形成される。
スパッタプロセスの原理とは？6つの主要ステップ
1.真空チャンバーのセットアップ
スパッタリング・プロセスは真空チャンバー内で開始される。これは、環境を制御し、他のガスの存在を低減するために必要である。真空により、ターゲットから放出された原子が基板まで妨げられることなく移動できる。
2.アルゴンガスの導入
アルゴンを真空チャンバーに導入する。アルゴンガスは化学的に不活性であり、スパッタリングで通常使用される材料とは反応しない。このため、スパッタリングプロセスが不要な化学反応の影響を受けることはない。
3.プラズマの生成
アルゴンガスに電界をかける。これにより電離し、プラズマが形成される。この状態では、アルゴン原子は電子を失い、正電荷を帯びたイオンになる。プラズマは、電界によってガスが継続的にイオン化されるため、自立的に形成される。
4.イオン加速とターゲット砲撃
正電荷を帯びたアルゴンイオンは、電界によってターゲット物質に向かって加速される。ターゲットは通常、基板上に蒸着される材料の一部である。高エネルギーイオンがターゲットに衝突すると、その運動エネルギーがターゲット原子に伝達され、原子の一部が表面から放出される。
5.ターゲット原子の放出と堆積
放出されたターゲット原子は蒸気流となり、チャンバー内を移動する。それらは最終的に基板と衝突して付着し、薄膜を形成する。この蒸着は原子レベルで行われるため、薄膜と基板は強固に結合する。
6.スパッタの歩留まりと効率
スパッタプロセスの効率は、スパッタ収率によって測定される。これは、入射イオン1個あたりにターゲットから放出される原子の数である。スパッタ収率に影響を与える要因には、入射イオンのエネルギーと質量、ターゲット原子の質量、固体材料の結合エネルギーなどがある。
スパッタリングプロセスは、さまざまな用途に使用される汎用性の高い技術である。薄膜形成、彫刻、材料浸食、分析技術などである。非常に微細なスケールで材料を堆積させるための精密で制御可能な方法であるため、多くの技術・科学分野で重宝されている。
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