شركت فنون ريزتراشه ميزان
44003205 (21) 98+
3387730 (912) 98+ telegram: +989025461416 instagram: mizanmicro
info@mmt-co.com
ایران ، تهران ، خیابان آیت الله کاشانی ، بلوار اباذر ، بوستان سوم غربی ، پلاک 30 واحد 2
اطلاعات بیشتر

لایه نشانی اسپاترینگ چیست؟

مقدمه

 




لایه‏ نشانی لایه نازک با تکنولوژی‏ های مختلفی که وابسته به مواد و خواص مطلوب لایه است، انجام می‏ شود. لایه ‏نشانی با استفاده از روش‏ های شیمیایی شامل لایه نشانی تبخیر شیمیایی (CVD)، الکتروشیمیایی، اکسیداسیون حرارتی، خودآرایی و لایه ‏نشانی ‏های فیزیکی شامل، تبخیر فیزیکی (PVD)، کندوپاش و غیره است. روش‏های مختلفی برای لایه نشانی بخار فیزیکی (PVD) جهت ایجاد لایه نازک وجود دارند که می‏ توان آن‏ها را به دو گروه اصلی تقسیم کرد:

الف) روش ‏هایی که با تبخیر حرارتی همراه است که ماده مورد نظر در محیط خلأ حرارت داده می ‏شود تا جایی‏ که فشار بخار آن از فشار محیط خلأ بیشتر گردد.

ب) روش‏ هایی که با پاشش یونی (Ionic Sputtering) همراه است که یون‏ های پر انرژی به هدف جامدی ضربه می ‏زنند و اتم‏ های آن را می‏ کنند.

معادل فارسی واژه اسپاترینگ "کندوپاش" نام دارد که بیانگر "کندن" ذرات ماده هدف و "پاشیدن" آن روی زیر لایه می‏ باشد. در اینجا به توضیح روش پاشش یونی می‏ پردازیم.

 

تاریخچه اسپاترینگ

اگرچه پدیده کندوپاش برای اولین بار در دهه 1850 میلادی مشاهده شد، تا حدود یک قرن تنها به صورت یک مشاهده علمی باقی مانده و در دهه 1940 میلادی بود که برای اولین بار از روش اسپاترینگ دیودی (Diode Sputtering) به صورت جدی به عنوان یکی از روش ‏های تجاری فرایند پوشش‏ دهی استفاده شد. البته خود این روش نیز دارای نقطه ضعف بزرگی بود که شامل نرخ لایه نشانی بسیار پایین آن بود و همچنین از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نبود که تنها برای کاربردهای خاصی مورد استفاده قرار می‏ گرفت. بعدها در اواسط دهه 1970 میلادی روشی توسعه یافته برگرفته از کندوپاش دیودی به نام کندوپاش مغناطیسی (Magnetron Sputtering) معرفی شد.

 

کندوپاش مغناطیسی (Magnetron Sputtering)

کندوپاش مغناطیسی یا مگنترون اسپاترینگ در حقیقت روش تکامل یافته دیگر تکنیک ‏های پوشش دهی در خلأ از قبیل تبخیر حرارتی و تبخیر با اشعه الکترونی می‏ باشد که کاستی ‏های این روش ‏ها را جبران می‏ کند. به‏ عنوان مثال آلیاژها و فلزات سخت به دلیل تفاوت در فشار بخار اجزای آلیاژ و نقطه ذوب بسیار بالا مشکلاتی برای لایه نشانی ایجاد می ‏کنند. به علاوه، مواد ترکیبی مانند آلیاژها در فشارهای تبخیر پایین قابلیت تجزیه به اجزای شان را دارند. کندوپاش مغناطیسی با داشتن مزایای زیر تمامی این مشکلات را حل می کند:

1)       نرخ لایه نشانی بالا

2)       سهولت کندوپاش تمامی فلزات، آلیاژها و یا ترکیبات

3)       لایه‏ های بسیار خالص

4)       لایه‏ های با چسبندگی بسیار خوب به زیرلایه

5)       کنترل ضخامت لایه نشانی تا نانومتر

6)       پوشاندن عالی لبه‏ ها و طرح‏ های کوچک

7)       قابلیت پوشش دهی زیرلایه ‏های حساس به حرارت

8)       سهولت اتوماسیون

9)       یکنواختی عالی روی زیرلایه ‏های با سطوح بزرگ

 

شرح اسپاترینگ

اسپاترینگ یا کندوپاش فرآیندی است که در آن اتم ‏ها یا مولکول‏ های یک ماده توسط بمباران ذرات پرانرژی، از هدف یا تارگت جدا می شوند. پوشش دهی با روش کندوپاش از فرایندهای مستلزم خلأ محسوب می ‏شود. در این فرآیند ابتدا محفظه به ترتیب توسط پمپ‏ های چرخشی  و سپس پمپ پخشی  یا توربومولکولار  تخلیه می‏ شود. متداول‌ترین ‏شیوه برای فراهم کردن یون و تولید پلاسما، عبور مداوم گازی مانند آرگون در محفظه است، که موجب می‏ شود خلأ کمی شکسته ‏شود. با برخورد الکترون به اتم‌های گاز آرگون، این اتم‌ها به الکترون‌هایی با بار منفی و یون‌هایی با بار مثبت تجزیه می‌شوند که به همین ترتیب الکترون‏ های اولیه و الکترون‌های ثانویه‌ای که در اثر یونیزاسیون تولید شده‌اند، دوباره در یونیزه کردن سایر اتم‌های گاز شرکت می‌کنند و پلاسما یا قوس ‏درخشان شکل می‌گیرد. پلاسما با منبع تغذیه DC یا RF ایجاد می‏ شود. چنانچه ولتاژ منبع تغذیه DC باشد کندوپاش مستقیم نام دارد که ولتاژ اعمال شده به قطب‏ ها ثابت بوده و تغییری نمی‏ کند که از این مد، برای لایه نشانی فلزات استفاده می‏ شود. کاتد را معمولاً به پایانه منفی منبع تغذیه وصل می‏کنیم که حدود 5 کیلو ولت به آن اعمال می‏ شود. در مقابل کاتد، زیرلایه یا آند قرار دارد که به زمین وصل می‏ شود. هر چه اختلاف پتانسیل بین کاتد و آند بیشتر شود، انرژی الکترون‏ ها بیشتر شده و در راه رسیدن به آند با برخورد با سایر اتم‏ ها الکترون و یون‏ های بیشتری تولید می‏ کنند. در نهایت الکترون‏ ها به سمت آند و یون‏ ها به سمت کاتد حرکت کرده و به تارگت برخورد می‏ کنند. بمباران توسط یون‏های مثبتی که از تخلیه الکتریکی در یک گاز (مانند آرگون) بوجود می‏ آیند انجام می‏ گیرد. یون‏ها در برخورد به تارگت می ‏توانند:

1. الکترون ثانویه تولید کنند (در حالتی که یون‏ ها انرژی کمی دارند).

2. برخورد کرده برگردند..

3. از تارگت اتم بکنند.

4. در انرژی‏های بالاتر می‏ توانند جزئی از ماده شوند.

الکترون‏های ثانویه و الکترون‏ های بازگشتی به سمت پایین برگشته و در برخورد به مولکول‏ های گازی، الکترون‏ ها و یون‏ های بیشتری تولید می‏ کنند. در نهایت اتم‏ های کنده شده از تارگت بصورت پراکنده حرکت کرده و در میدان ایجاد کننده پلاسما شتاب گرفته و روی زیرلایه قرار می‏ گیرند. برای اینکه بتوان از کندوپاش به عنوان روشی مناسب برای پوشش دهی استفاده کرد چند نکته باید رعایت شود. اول اینکه باید یون‏ هایی با انرژی کافی به وجود آیند و به سمت سطح هدف هدایت شوند تا اتم‏ های هدف را جدا کنند. دوم، اتم‏ های جدا شده باید قابلیت این را داشته باشند که آزادانه و با حداقل مقاومت در برابر حرکتشان به سمت زیرلایه‏ هایی که قرار است پوشش دهی شوند حرکت کنند. یون‌های شتابدار، انرژی جنبشی بسیار بالایی دارند که رسیدن به این انرژی با حرارت دادن امکان پذیر نیست. سوم، فشار مناسب برای حرکت آزادانه اتم‏ ها در گاز 1 پاسکال (10-2 میلی بار) و پایین‏تر می باشد. در بالاتر از این فشار، اتم‏ های هدف برخورد بسیار زیادی با مولکول‏ های گاز خواهد داشت و نرخ پاشش بسیار پایین می آید. از طرفی فشار گاز باید در حدی باشد که یون‏ های با انرژی کافی برای ایجاد پلاسما جهت بمباران هدف به وجود آیند. از مد RF نیز برای لایه‏ نشانی از تارگت غیر فلزی مورد استفاده قرار می‏ گیرد. در این روش یک فرکانس متناوب روی آند اعمال می‏ شود. با حرکت الکترون‏ ها به آند و نزدیک شدن به آن، جای قطب‏ ها عوض شده و الکترون ها دوباره در جهت برعکس حرکت کرده و با این روش احتمال برخورد الکترون با اتم‏ های آرگون و در نهایت تولید الکترون‏ های ثانویه بیشتر می‏ شود.