スパッタリングでは、スパッタリングガスのイオン化を促進し、成膜速度を高めると同時に、過剰なイオン照射から基板を保護するために、ターゲットの背後に磁石が配置される。
これは、磁場と電場の相互作用によって達成され、電子の経路を変えてイオン化効率を高め、基板から遠ざける。
4つの主な理由の説明
1.イオン化と成膜速度の向上
マグネトロンスパッタリングでは、ターゲットの背後に磁場が加わることで、電場との複雑な相互作用が生じる。
この相互作用により、電子は直線ではなく、らせん状またはサイクロイド状の経路をたどります。
トラップされた電子は、ターゲット表面の真上を迂回するように移動し、中性ガス分子と衝突してイオン化する可能性が著しく高まる。
このようにイオン化が進むと、ターゲット材料に衝突できるイオンの数が増え、ターゲットの侵食とそれに続く基板への材料堆積が促進される。
電子密度は、磁力線がターゲット表面に平行な場所で最も高くなり、イオン化とスパッタリングが局在化した領域となる。
2.基板の保護
磁場はまた、電子をターゲット表面付近に閉じ込める役割も果たし、電子が基板に到達して損傷する可能性を低減する。
この閉じ込めは基板を保護するだけでなく、イオン化プロセスをターゲット付近に集中させ、スパッタリング効率を最適化する。
イオンは質量が大きいため磁場の影響を受けにくく、電子密度の高い領域の真下でターゲットに衝突し続けるため、マグネトロンスパッタリングで見られる特徴的なエロージョンスレンチが生じる。
3.永久磁石の使用
最近のスパッタリングシステムでは、一般的にターゲットの後方に永久磁石が設置されている。
これらの磁石は、イオンとターゲット表面の衝突によって発生する二次電子を抑制するのに役立つ。
強力な磁場によってターゲット表面の近くに保持されたこれらの電子は、スパッタリングガスのイオン化をさらに促進し、時にはターゲットアドアトムの一部をイオン化することさえある。
これらの電子が磁力線に沿って急速に移動することで、イオン化効率が高まり、スパッタリングプロセス全体の効果に寄与する。
4.まとめ
まとめると、スパッタリングにおいてターゲットの後方に磁石を配置することは、スパッタリングガスのイオン化を促進し、成膜速度を高め、イオン砲撃から基板を保護するために極めて重要である。
これは、磁場と電場の複雑な相互作用によって達成され、電子の経路を変化させ、イオン化プロセスをターゲット表面付近に集中させます。
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