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功率密度极限和靶调节-广东振华真空镀膜设备

推荐给定的溅射靶材在平衡条件下维持长时间的在等离子体中的最大工作功率,并且要使调节循环中打破特定组份的新靶材始终非常困难。这两个过程条件在很大程度上取决于个别制造商在特定工具装置中使用的磁性增强阴极组件的设计。我们始终建议客户在开始使用任何给定材料进行溅射之前,先阅读系统或阴极组件本身随附的《操作手册》。如果没有,则最好还是直接与阴极制造商联系,因为每个制造商都有自己实现关键设计功能的方式,例如水冷通道,磁体组成,磁屏蔽,磁定位,暗区屏蔽罩的位置等。所有这些因素都会影响在刻蚀剖面内测量的功率密度(E)的模式和分布(取决于磁场强度“ M”和电场强度“ B”是在靶表面以E = MxB的数学关系式测得的。阴极制造商在设计中使用了高强度稀土磁体,这些磁体经分别以提供代成性广泛的刻蚀曲线,在技术和产品产量方面均具有优势,但可能需要在功率组件上进行一些缩减。某些磁性增强阴极制造商,在其阴极组件设计中使用了稀土磁体。这些最新的阴极设计极大地优化了与等离子体相关的MxB功率密度的磁性成分。因此,至少在开始时要放轻松,在点燃等离子体并提高溅射靶的功率密度时要保持保守。

因此,在说完所有这些之后,我们通常建议大约30瓦/平方英寸,这适合典型的间接水冷式阴极组件。在沉积有陶瓷或粉末冶金制造的靶材时,功率约为65瓦/平方英寸,这是用于直接水冷式阴极组件配置。当使用带有相关匹配(调谐)电路的射频发生器进行沉积时,应注意确保反射功率始终独立于入射功率水平,绝对为零。由于二次电子轰击,所有反射功率都转化为热量。在溅射沉积过程中产生的热量,特别是在靶材表面引发的热量以及通过靶材到水冷背板的相关散热,是溅射靶材和金属结合剂的敌人。在所有情况下,都必须在使用前对靶材进行预处理,尤其是第一次对新的靶材进行预处理。对于涉及具有更高导电金属靶的溅射,应用的一般经验法则,对于直接水冷式阴极组件是将最大功率密度限制为约250瓦/平方,对于用于间接冷却的阴极最大功率约为100瓦/平方英寸。

在制造(熔化或固结)溅射靶时涉及许多处理操作,以及在靶内施加各种内部应力的有联系的操作。在用新的靶材进行正常的薄膜沉积工艺之前,必须先消除这些应力。在还未轰击靶材前,必须做到这一点。

对于初始靶调节步骤,请务必从位于阴极和装置中可能存在的任何与基板之间的挡板开始。由初始调节运行制备的任何薄膜都不太可能是最佳的。

要最初调整新的靶,启动或点燃等离子体,请以可以维持等离子的最低功率来设置。如果您未在装置中使用等离子点火火花,并且在点燃等离子时遇到困难,请手动调节缓慢升高氩气的分压,直到等离子点燃。这可能高达50-100微米左右。对于射频,此时的反射功率可能会有点高,但气压不会在此升高的水平上持续很长时间。等离子体中也可能存在一些电弧,但这仅是在这些较高的分压下等离子体电导率增加的结果。基本上可以忽略任何电弧放电-但只是暂时的。

点燃等离子体后,缓慢降低氩气流量,直到达到正常的工作压力为止,例如rf约为2-3百万分之一左右。对于DC应用,应该约为5-7百万分之一。同时不断降低电源输入,以便您仍然可以看到(或者如果没有视窗,电流表上应保持几毫安)杂乱的等离子体在靶表面上方盘旋。等离子系统稳定后,将所有东西保持在这些水平约五分钟左右,以使所有东西保持平衡。当开始趋于稳定时,可能有必要稍微调整气流或功率水平,甚至可能调整匹配电路上的阻抗以使射频应用保持零反射功率水平。

在此最初的“浸泡”周期之后,将功率水平缓慢“升高”到25至50瓦左右,并将其保持在该水平大约5分钟,再次稳定等离子体并使靶达到热力学平衡。继续执行这些上升和保持周期,直到达到您希望在正常沉积周期内运行的功率密度。此时再将设置保持15分钟,然后再增加一个25到50瓦特的上升和保持周期,比您打算操作的水平高。该步骤将使靶内的内部应力得以自我缓解,并有助于避免靶在随后的运行中从背板发生任何不必要的破裂或脱胶。

在进行初始靶调节之后,不必再执行此类启动程序,但应始终注意不要对靶产生热冲击。在开始沉积过程时,请始终确保缓慢施加功率水平,并注意射频应用中是否存在任何电弧或反射功率升高–两者都会产生热量并可能损坏靶材。