Il concetto, i vantaggi e gli svantaggi di Sputtering magnetron bilanciato

Sputtering magnetron bilanciato è una sorta di sputtering di magnetron convenzionale. Un magnete permanente o una bobina magnetica che ha un determinato campo magnetico uguale o vicino al campo magnetico del nucleo è posto dietro il bersaglio del catodo, e un campo magnetico perpendicolare alla direzione del campo elettrico è formato sulla superficie del bersaglio. La camera di deposizione è riempita con una certa quantità di gas di lavoro, e solitamente è Ar. L'atomo d'Ar è ionizzato in ioni Ar + e gli elettroni ad alta pressione generano una scarica di bagliore. Lo ione Ar + bombarda il bersaglio dopo essere stato accelerato dal campo elettrico e poi sputa fuori gli atomi, gli ioni e gli ioni bersaglio, gli elettroni secondari, ecc.

Sotto l'azione di campi elettromagnetici reciprocamente perpendicolari, gli elettroni si muovono in modo cicloidale e vengono intrappolati sulla superficie del bersaglio per prolungare la loro traiettoria nel plasma e aumentare la loro partecipazione a collisioni e ionizzazione di molecole di gas e ionizzando più ioni a aumentare il tasso di ionizzazione del gas. Lo scarico può essere mantenuto a una pressione del gas più bassa. Pertanto, lo sputtering del magnetron non solo riduce la pressione del gas durante il processo di sputtering, ma migliora anche l'efficienza dello sputtering e la velocità di deposizione.

Tuttavia, lo sputtering magnetron bilanciato presenta anche degli svantaggi. Ad esempio, a causa del campo magnetico, gli elettroni generati dalla scarica a incandescenza e gli elettroni secondari sputtered sono strettamente confinati vicino alla superficie target dal campo magnetico parallelo, e la regione del plasma è fortemente confinata nell'area di circa 60 mm sul superficie bersaglio, la concentrazione plasmatica diminuisce rapidamente all'aumentare della distanza dalla superficie bersaglio. A questo punto, il pezzo può essere posizionato solo entro un intervallo compreso tra 50 e 100 mm di target per migliorare l'effetto del bombardamento ionico. Un'area di rivestimento così breve e efficace limita le dimensioni geometriche del pezzo da placcare, quindi non è adatta per pezzi di grandi dimensioni o caricamenti batch, il che limita l'applicazione della tecnologia di sputtering del magnetron. Nel caso dello sputtering magnetron bilanciato, l'energia delle particelle target espulse è bassa e la forza di adesione della base del film è scarsa. Atomi di deposizione a bassa energia hanno una bassa mobilità sulla superficie del substrato e generano facilmente film con una struttura colonnare porosa e ruvida. Aumentare la temperatura del pezzo può certamente migliorare la struttura e le prestazioni del film, ma in molti casi il materiale del pezzo in lavorazione non può sopportare le alte temperature richieste.

Fig. 1 (a) Sputtering con magnetron bilanciato (b) Sputtering con magnetron sbilanciato

L'emergere di uno sputtering sbilanciato di magnetron supera in parte gli inconvenienti sopra esposti introducendo il plasma sulla superficie target del catodo nell'intervallo di 200-300 mm davanti al target di polverizzazione, in modo tale che il substrato sia immerso nel plasma, come mostrato in Fig. 1. In questo modo, da un lato, gli atomi polverizzati e le particelle si depositano sulla superficie del substrato per formare un film sottile. D'altra parte, il plasma bombarda il substrato con una certa energia, che agisce come una deposizione assistita dal fascio ionico e migliora notevolmente la qualità del film.