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你真的懂雙靶磁控濺射儀嗎?

來源:中美合資合肥科晶材料技術有限公司   2022年07月25日 18:12  
  磁控濺射是一種常用的物理氣相沉積(PVD)方法,具有沉積溫度低、沉積速度快、沉積薄膜均勻性好、成分接近靶材成分等優點。傳統濺射技術的工作原理是:在高真空條件下,入射離子(ar+)在電場作用下轟擊靶材,使靶材表面的中性原子或分子獲得足夠的動能,與靶材表面分離,沉積在基板表面形成薄膜。但是,電子會受到電場和磁場的影響而漂移,導致濺射效率低。短的電子轟擊路徑也會導致襯底溫度升高。為了提高濺射效率,在靶材下方安裝了強磁體,中心和圓周分別有N極和S極。由于洛倫茲力的作用,電子被束縛在靶材周圍并繼續做圓周運動,產生更多的ar+轟擊靶材,大大提高了濺射效率。
  
  雙靶磁控濺射儀是指電子與氬原子在電場E的作用下飛向襯底的過程中發生碰撞,使它們電離產生ar正離子和新電子;新的電子飛向基板,Ar離子在電場作用下加速向陰極靶材,以高能量轟擊靶材表面,使靶材濺射。在濺射粒子中,中性靶原子或分子沉積在基板上形成薄膜,產生的二次電子會受到電場和磁場的影響,產生e(電場)×B(磁場)指的方向漂移,稱為E×B漂移,其軌跡近似擺線。
  
  如果是環形磁場,電子會以近似擺線的形式在目標表面做圓周運動。它們的運動路徑不僅很長,而且還束縛在靠近靶材表面的等離子體區域,大量的AR在該區域被電離轟擊靶材,從而達到很高的沉積速率。隨著碰撞次數的增加,二次電子的能量耗盡,逐漸遠離靶表面,在電場E的作用下沉積在襯底上。由于電子的能量很低,能量轉移對基板的影響很小,導致基板溫升低。
  
  雙靶磁控濺射儀包括:氣路、真空系統、循環水冷卻系統和控制系統。其中:
  
  (1)氣路系統:與PECVD系統類似,磁控濺射系統應包括完整的氣路系統。然而,與PECVD系統不同的是,PECVD系統中的氣路是反應氣體的通道。磁控濺射系統的氣路一般為AR、N2等氣體。這些氣體不參與成膜,而是通過輝光放電轟擊靶原子,使靶原子獲得能量并沉積在襯底上形成薄膜。
  
  (2)真空系統:與PECVD系統類似,在磁控濺射成膜前需要將真空室抽至高真空。因此,它的真空系統還包括機械泵和分子泵,它們都是高真空系統。
  
  (3)循環水冷卻系統:在雙靶磁控濺射儀工作過程中,一些容易發熱的部件(如分子泵)需要使用循環水帶走熱量進行冷卻,以防止部件損壞。
  
  (4)控制系統:綜合控制PECVD系統各部分協同運行完成薄膜沉積,一般與控制柜集成。

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