Magnetronsputtern umfasst hauptsächlich Entladungsplasmatransport, Targetätzen, Dünnschichtabscheidung und andere Prozesse. Das Magnetfeld beeinflusst den Magnetronsputtern-Prozess. Im Magnetronsputtern-System mit orthogonalem Magnetfeld unterliegen die Elektronen der Lorentzkraft und bewegen sich spiralförmig. Sie müssen ständig kollidieren, um sich allmählich zur Anode zu bewegen. Da die Kollision dazu führt, dass ein Teil der Elektronen die Anode erst mit geringer Energie erreicht, ist auch die auf das Substrat einwirkende Wärme gering. Aufgrund der Beschränkungen der Elektronen durch das Targetmagnetfeld ist die Elektronenkonzentration in diesem lokalen Bereich der Targetoberfläche innerhalb der Entladungsbahn sehr hoch. In den Bereichen außerhalb der Substratoberfläche, insbesondere abseits des Magnetfelds in Oberflächennähe, ist die Elektronenkonzentration aufgrund der Dispersion viel geringer und relativ gleichmäßig verteilt und sogar niedriger als unter Dipolsputtern-Bedingungen (aufgrund des Druckunterschieds der beiden Arbeitsgase um eine Größenordnung). Die geringe Dichte der Elektronen, die die Oberfläche des Substrats bombardieren, führt zu einem geringeren Temperaturanstieg, der Hauptmechanismus des Substrattemperaturanstiegs beim Magnetronsputtern. Wenn außerdem nur ein elektrisches Feld vorhanden ist, erreichen die Elektronen die Anode nach einer sehr kurzen Distanz und die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit dem Arbeitsgas beträgt nur 63,8 %. Kommt noch das Magnetfeld hinzu, führen die Elektronen auf dem Weg zur Anode eine spiralförmige Bewegung aus. Das Magnetfeld begrenzt und verlängert die Flugbahn der Elektronen, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen Elektronen und Arbeitsgas stark erhöht wird und die Ionisierung stark gefördert wird. Die durch die Ionisierung erneut erzeugten Elektronen nehmen ebenfalls am Kollisionsprozess teil und die Kollisionswahrscheinlichkeit kann um mehrere Größenordnungen erhöht werden. Die Energie der Elektronen wird effektiv genutzt und somit entsteht ein hochdichtes Plasma. Die Dichte des Plasmas in der anomalen Glimmentladung steigt. Die Rate, mit der Atome vom Target abgestäubt werden, wird ebenfalls erhöht, und das durch den Beschuss des Targets mit positiven Ionen verursachte Target-Sputtern ist effektiver, was der Grund für die hohe Rate der Magnetron-Sputterabscheidung ist. Darüber hinaus kann das Vorhandensein des Magnetfelds auch dazu führen, dass das Sputtersystem bei niedrigerem Luftdruck arbeitet. Niedriger Luftdruck kann dazu führen, dass Ionen in der Mantelschichtregion weniger kollidieren und das Target mit einer relativ großen kinetischen Energie bombardiert wird. Darüber hinaus können die Kollisionen zwischen gesputterten Targetatomen und neutralen Gasen verringert werden, wodurch verhindert wird, dass Targetatome an die Wand des Geräts gestreut werden oder auf die Targetoberfläche zurückprallen, wodurch die Rate und Qualität der Dünnschichtabscheidung verbessert wird.
Das Magnetfeld des Ziels kann die Flugbahn der Elektronen wirksam einschränken, was wiederum die Plasmaeigenschaften und das Ätzen der Ionen auf dem Ziel beeinflusst.
Hinweis: Eine Erhöhung der Gleichmäßigkeit des Targetmagnetfelds kann die Gleichmäßigkeit der Targetoberflächenätzung erhöhen und so die Ausnutzung des Targetmaterials verbessern. Eine angemessene Verteilung des elektromagnetischen Felds kann zudem die Stabilität des Sputterprozesses effektiv verbessern. Daher sind Größe und Verteilung des Magnetfelds für Magnetron-Sputtertargets äußerst wichtig.
–Dieser Artikel wurde veröffentlicht vonHersteller von VakuumbeschichtungsanlagenGuangdong Zhenhua
Veröffentlichungszeit: 14. Dezember 2023