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你真的懂双靶磁控溅射仪吗?

更新时间:2022-07-25      点击次数:1327
  磁控溅射是一种常用的物理气相沉积(PVD)方法,具有沉积温度低、沉积速度快、沉积薄膜均匀性好、成分接近靶材成分等优点。传统溅射技术的工作原理是:在高真空条件下,入射离子(ar+)在电场作用下轰击靶材,使靶材表面的中性原子或分子获得足够的动能,与靶材表面分离,沉积在基板表面形成薄膜。但是,电子会受到电场和磁场的影响而漂移,导致溅射效率低。短的电子轰击路径也会导致衬底温度升高。为了提高溅射效率,在靶材下方安装了强磁体,中心和圆周分别有N极和S极。由于洛伦兹力的作用,电子被束缚在靶材周围并继续做圆周运动,产生更多的ar+轰击靶材,大大提高了溅射效率。
  
  双靶磁控溅射仪是指电子与氩原子在电场E的作用下飞向衬底的过程中发生碰撞,使它们电离产生ar正离子和新电子;新的电子飞向基板,Ar离子在电场作用下加速向阴极靶材,以高能量轰击靶材表面,使靶材溅射。在溅射粒子中,中性靶原子或分子沉积在基板上形成薄膜,产生的二次电子会受到电场和磁场的影响,产生e(电场)×B(磁场)指的方向漂移,称为E×B漂移,其轨迹近似摆线。
  
  如果是环形磁场,电子会以近似摆线的形式在目标表面做圆周运动。它们的运动路径不仅很长,而且还束缚在靠近靶材表面的等离子体区域,大量的AR在该区域被电离轰击靶材,从而达到很高的沉积速率。随着碰撞次数的增加,二次电子的能量耗尽,逐渐远离靶表面,在电场E的作用下沉积在衬底上。由于电子的能量很低,能量转移对基板的影响很小,导致基板温升低。
  
  双靶磁控溅射仪包括:气路、真空系统、循环水冷却系统和控制系统。其中:
  
  (1)气路系统:与PECVD系统类似,磁控溅射系统应包括完整的气路系统。然而,与PECVD系统不同的是,PECVD系统中的气路是反应气体的通道。磁控溅射系统的气路一般为AR、N2等气体。这些气体不参与成膜,而是通过辉光放电轰击靶原子,使靶原子获得能量并沉积在衬底上形成薄膜。
  
  (2)真空系统:与PECVD系统类似,在磁控溅射成膜前需要将真空室抽至高真空。因此,它的真空系统还包括机械泵和分子泵,它们都是高真空系统。
  
  (3)循环水冷却系统:在双靶磁控溅射仪工作过程中,一些容易发热的部件(如分子泵)需要使用循环水带走热量进行冷却,以防止部件损坏。
  
  (4)控制系统:综合控制PECVD系统各部分协同运行完成薄膜沉积,一般与控制柜集成。

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