Zasada działania i tryb impulsowego rozpylania magnetronowego

Pulsacyjne rozpylanie magnetronowe wykorzystuje impulsowy zasilacz o prostokątnym napięciu fali zamiast konwencjonalnego zasilania prądem stałym do osadzania magnetronowego. Technologia impulsowego rozpylania magnetronowego może skutecznie tłumić wytwarzanie łuku, a następnie eliminować powstałe wady powłoki. W tym samym czasie może zwiększyć szybkość nakładania rozpylania i zmniejszyć temperaturę osadzania.

Impulsy można podzielić na impulsy dwukierunkowe i impulsy jednokierunkowe (jak pokazano na rysunku 1). Impuls dwukierunkowy ma dwie fazy w jednym cyklu: napięcie dodatnie i napięcie ujemne. W segmencie ujemnego napięcia zasilacz działa na rozpylanie tarczy. W dodatnim segmencie napięcia wprowadza się elektrony, aby zneutralizować dodatni ładunek, który gromadzi się na powierzchni docelowej, i sprawia, że powierzchnia jest czysta, aby odsłonić metalową powierzchnię. Napięcie impulsowe przyłożone do celu jest takie samo, jak w przypadku rozpylania magnetronowego (400-500V). Pulsacyjne rozpylanie magnetronowe zwykle wykorzystuje falę prostokątną. Nieprawidłowe wyładowanie łuku może być skutecznie wyeliminowane w środkowym paśmie częstotliwości (20-200 kHz), a docelowy czas rozładowania jest kontrolowany, aby zapewnić, że cel nie jest zatruty i nie powstaje wyładowanie łukowe, a następnie odłączyć napięcie docelowe, a nawet uzyskać cel pozytywnie naładowany. Ponieważ prędkość elektronów w plazmie jest znacznie wyższa niż prędkość jonu, przekształcone napięcie dodatnie celu zwykle wymaga jedynie 10% do 20% odchylenia ujemnego i można zapobiec wyładowaniu łukowemu. Uważa się, że szerokość impulsu (stosunek napięć dodatnich i ujemnych) odgrywa kluczową rolę, szerokość impulsu 1: 1 ma najlepszy efekt tłumienia. Napięcie dodatnie nie ma istotnego wpływu na to, czy występuje wyładowanie łuku, ale ma znaczny wpływ na szybkość osadzania. Jeżeli dodatnie napięcie wzrasta z 10% do 20% (stosunek do ujemnego napięcia), szybkość osadzania zostanie zwiększona o 50%.

Zasada działania pulsacyjnego rozpylania magnetronowego

Ryc. 1 (a) Impuls jednokierunkowy (b) Puls dwukierunkowy

Dwukierunkowe impulsy są częściej stosowane w przypadku układów z rozpraszaniem o podwójnym docelowym zakresie niewyważenia, jak pokazano na rysunku 2, dwa cele magnetronowe są połączone z tym samym zasilaniem impulsowym w systemie, podobnie do podwójnego celu MF, dwa cele na przemian działają jak katoda i anoda, gdy cel katodowy jest napylany, cel anodowy kończy czyszczenie powierzchni, więc okresowa zmiana polaryzacji celu magnetronu daje efekt "samoczyszczenia".

Główne parametry pulsacyjnego rozpylania magnetronowego obejmują napięcie rozpylania, częstotliwość impulsów i współczynnik wypełnienia. Ponieważ elektrony w plazmie mają wyższą ruchliwość w porównaniu z jonami, dodatnia wartość napięcia potrzebuje tylko 10% do 20% ujemnej wartości napięcia, aby skutecznie neutralizować dodatnie ładunki, które nagromadziły się na powierzchni docelowej. Częstotliwość pulsu jest zwykle w środkowym zakresie częstotliwości. Dolna granica częstotliwości jest określana przez wartość krytyczną, która jest niższa niż siła pola rozbicia, która zapewnia wytwarzanie siły pola przez nagromadzony ładunek na powierzchni docelowej. Górna granica zależy od szybkości osadzania. Zasadniczo sugerowana jest mniejsza częstotliwość w ramach zapewnienia stabilnego rozładowania. Aby cykl roboczy, pod założonym ładunkiem nagromadzonym na powierzchni docelowej, mógł być całkowicie zneutralizowany w fazie napięcia dodatniego podczas rozpylania, należy zwiększyć cykl roboczy tak bardzo, jak to możliwe, aby osiągnąć maksymalną wydajność zasilania.

Ryc. 2 Schemat ideowy podwójnego docelowego dwukierunkowego pulsacyjnego rozpylania magnetronowego

Powstaje nowe zjawisko, które stosuje pulsacyjne odchylenie do podłoża. Impulsowe odchylenie może znacznie zwiększyć prąd wiązki jonowej na podłożu. W przypadku rozpylania magnetronowego, polaryzacja ujemna DC jest generalnie stosowana do -100 V, a wiązka jonów substratu jest nasycona. Zwiększenie ujemnego odchylenia nie zwiększa prądu wiązki jonów substratu. Ten prąd nasycenia jest generalnie uważany za prąd wiązki jonowej. A elektrony nie mają dostępu do powierzchni podłoża. Jednak zastosowanie pulsacyjnego odchylenia może przezwyciężyć ten niedobór, badania wykazały, że odchylenie pulsu może nie tylko poprawić prąd nasycenia substratu, ale również zwiększyć prąd nasycenia w miarę wzrostu ujemnego napięcia polaryzacji. Kiedy częstotliwość pulsu wzrasta, efekt ten jest bardziej znaczący. Negatywne odchylenie pulsu substratu zapewnia nową metodę skutecznego kontrolowania gęstości prądu substratu. Ten efekt można zastosować w celu optymalizacji struktury i przyczepności folii oraz skrócenia czasu czyszczenia rozpylaniem i ogrzewania podłoża.