プラズマスパッタリング

質問

大学の卒研で、プラズマスパッタリング装置でガラス基板に薄膜を合成しているんですが、今までは装置の真空容器内には酸素ガスを入れて行っていました。
それで、今回、先生から酸素ガスとアルゴンガスを入れてみろと言われました。
これにはどういった意味があるのでしょうか？
先輩に聞くと、酸素よりアルゴンの方が原子番号（原子）が大きくてターゲット（ガラス基板につける材料）をよく削れるからと言わたのですが、どなたか、わかる方いたら教えて下さい。

回答No.2

noname#230359

原子が大きいとスパッタレートが上がると言うお答えに対して疑問に思います。
仮にシース電圧が同じの場合、イオンの衝突エネルギーは同じのはず。
だからスパッタされる量は同じになるはず。
＝レートは同じ。

それよりもむしろ「?原子同士の結合性」と「?イオン化エネルギー」、「?衝突断面積」の問題が大きいと思います。
?酸素とターゲット材と反応し、表面に酸化膜が形成され、イオン衝撃があったとしても、酸化膜でカバーされ、レートが遅くなる。
?ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン原子の真空準位がそれぞれ異なり、原子番号が大きいほどイオン化しやすいため、容易にプラズマ化、プラズマ密度が上がり、レートは上がる。
?原子が大きいとき、電子と原子が衝突する確率が高くなり、イオン化する確率が高くなる。（といっても電子もエネルギーを失うけどね。）

いかがでしょうか？

回答No.1

noname#230359

たしかにArガスを入れた方が成膜速度（スパッタリングレート）が上がります。
これはおっしゃるとおりAr原子が大きい為です。
O2ガスを導入されているとのことですが、O2は反応性ガスなので反応性スパッタリングになります。（ターゲット素材によりますが）
Arガス（不活性ガス）を追加することでプラズマによる余計な反応を起こさないでレートを上げることができると思います。
但し、レートはスパッタ圧力によっても変動しますので導入するガス流量はいろいろ試してみてください。

お礼

お答えいただきまして、ありがとうございます。とても参考になりました。
ガス流量をいろいろ変えてやってみようと思います。