Das Konzept, Vorteile und Nachteile von Balanced Magnetron Sputtern

Balanciertes Magnetron-Sputtern ist eine Art herkömmliches Magnetron-Sputtern. Ein Permanentmagnet oder eine Magnetspule, die ein bestimmtes Magnetfeld gleich oder nahe dem Magnetfeld des Kerns aufweist, ist hinter dem Kathodentarget angeordnet, und ein Magnetfeld senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes ist auf der Oberfläche des Kerns ausgebildet Ziel. Die Abscheidungskammer ist mit einer bestimmten Menge an Arbeitsgas gefüllt, und normalerweise ist es Ar. Ein Ar-Atom wird in Ar + -Ionen und Elektronen unter hohem Druck ionisiert, um eine Glimmentladung zu erzeugen. Die Ar + Ionen bombardieren das Target nach Beschleunigung durch das elektrische Feld und zerstäuben dann die Zielatome, Ionen und Ionen, Sekundärelektronen usw.

Unter der Wirkung von zueinander senkrechten elektromagnetischen Feldern bewegen sich die Elektronen in einer zykloiden Weise und sie werden auf der Oberfläche des Ziels gefangen, um ihre Flugbahn im Plasma zu verlängern und ihre Beteiligung an Kollisionen und Ionisierung von Gasmolekülen zu erhöhen und mehr Ionen zu ionisieren Erhöhen Sie die Ionisationsrate des Gases. Die Entladung kann bei einem niedrigeren Gasdruck aufrechterhalten werden. Daher reduziert das Magnetronsputtern nicht nur den Gasdruck während des Sputterprozesses, sondern verbessert auch die Sputtereffizienz und die Abscheidungsrate.

Das symmetrische Magnetron-Sputtern hat jedoch auch Nachteile. Beispielsweise werden aufgrund des Magnetfeldes die durch die Glimmentladung und die gesputterten Sekundärelektronen erzeugten Elektronen in der Nähe der Zieloberfläche durch das parallele Magnetfeld stark eingeschlossen, und der Plasmabereich ist stark in dem Bereich von ungefähr 60 mm auf dem Kern begrenzt Zieloberfläche abnimmt die Plasmakonzentration schnell, wenn der Abstand von der Zieloberfläche zunimmt. Zu diesem Zeitpunkt kann das Werkstück nur in einem Bereich von 50 bis 100 mm von Zielen angeordnet werden, um den Effekt des Ionenbeschusses zu verstärken. Ein solch kurzer effektiver Beschichtungsbereich begrenzt die geometrischen Abmessungen des zu plattierenden Werkstücks, so dass es nicht für große Werkstücke oder Chargenbeladung geeignet ist, was die Anwendung der Magnetron-Sputtertechnologie beschränkt. Im Fall des symmetrischen Magnetron-Sputterns ist die Energie der ausgestoßenen Targetpartikel niedrig und die Bindungsstärke der Filmbasis ist gering. Niederenergetische Abscheidungsatome haben eine geringe Beweglichkeit auf der Oberfläche des Substrats und erzeugen leicht einen Film mit einer porösen und rauhen säulenartigen Struktur. Das Erhöhen der Temperatur des Werkstücks kann sicherlich die Struktur und die Leistung des Films verbessern, aber in vielen Fällen kann das Werkstückmaterial selbst den erforderlichen hohen Temperaturen nicht standhalten.

Abb. 1 (a) Balanciertes Magnetron-Sputtern (b) Unbalanciertes Magnetron-Sputtern

Das Entstehen des unausgeglichenen Magnetronsputterns überwindet teilweise die obigen Nachteile, indem das Plasma an der Kathodenzieloberfläche in den Bereich von 200 bis 300 mm vor dem Sputtertarget eingeführt wird, so daß das Substrat in das Plasma eingetaucht wird, wie in Fig. 3 gezeigt. 1. Auf diese Weise werden einerseits die gesputterten Atome und Partikel auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden, um einen dünnen Film zu bilden. Auf der anderen Seite beschießt das Plasma das Substrat mit einer bestimmten Energie, was als eine durch Ionenstrahlen unterstützte Abscheidung wirkt und die Qualität des Films stark verbessert.