高出力パルスマグネトロンスパッタリング（HiPIMS）では、電圧パルスは通常、高いピーク電圧を短いパルスで印加し、パルス持続時間は50～200マイクロ秒、周波数は500 Hz前後である。デューティ・サイクルは通常10％未満で、パルスの「オン」時間がパルス間の「オフ」時間よりかなり短いことを意味する。
詳細説明
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高ピーク電圧： HiPIMSで印加される電圧は高いピーク値が特徴である。この高電圧は、効率的なスパッタリングに必要な高電力密度を達成するために必要です。正確な電圧は具体的なセットアップや使用する材料によって異なりますが、一般的には最新のマグネトロンスパッターコーターの参考文献に記載されている100Vから3kVの範囲に収まります。
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短いパルス時間： HiPIMSのパルスは非常に短く、通常は50～200マイクロ秒である。この短い継続時間により、短時間にエネルギーを集中させることができ、スパッタ粒子のイオン化が促進され、連続的なDCスパッタリングと比較して高いイオン化度につながります。この高度なイオン化は、膜質と密着性の向上に有益です。
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低周波数とデューティサイクル： HiPIMSのパルスの周波数は約500Hzと比較的低く、デューティサイクルは10%未満である。デューティ・サイクルが低いということは、システムがほとんどの時間を「オフ」状態で過ごすということであり、パルス間の冷却と安定化を可能にする。この断続的な動作は、温度を制御し、ターゲットや基板への熱損傷を防ぐのに役立つ。
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動作モード： パルスの持続時間と周波数によって、HiPIMSシステムは電圧モードまたは電流モードで動作する。電圧モードでは、短いパルスと高い周波数が一般的で、イオンを加速するための急速な電圧変化に重点が置かれます。より長いパルスとより低い周波数で一般的な電流モードでは、システムはスパッタリングプロセスを維持するために一定の電流を維持する。
結論
HiPIMSの電圧パルスは、全体的なエネルギー入力と熱影響を最小限に抑えながら、ターゲットに印加されるパワー密度を最大にするように設計されている。これは、高いピーク電圧、短いパルス時間、低い周波数、低いデューティサイクルの使用によって達成される。このセットアップにより、成膜速度と膜質が向上するだけでなく、成膜プロセスの制御がより確実になり、HiPIMSは薄膜成膜のための多用途で効果的な方法となります。
