Ein Vakuumsystem, wie es beim Sputtern verwendet wird, ist ein wesentlicher Bestandteil einer Sputterbeschichtungsanlage. Dieses System wird verwendet, um dünne Schichten aus elektrisch leitenden Materialien auf Mikroschaltungen oder andere Substrate aufzubringen. Das Vakuumsystem sorgt dafür, dass der Prozess in einer kontrollierten Umgebung mit minimaler Beeinträchtigung durch Verunreinigungen abläuft.
Das Vakuumsystem besteht aus einer Vakuumkammer, die auf einen Basisdruck evakuiert wird, um alle restlichen Gasmoleküle, wie H2O, Luft, H2 und Ar, zu entfernen. Dieser Basisdruck liegt in der Regel im Hochvakuumbereich, etwa 10-6 mbar oder höher, um saubere Oberflächen zu gewährleisten und Verunreinigungen zu vermeiden.
Sobald die Kammer evakuiert ist, wird ein hochreines inertes Prozessgas, normalerweise Argon, in die Kammer eingeleitet. Dieses Gas dient als Sputtergas und spielt eine entscheidende Rolle im Sputterprozess. Es überträgt die kinetische Energie beim Aufprall während der hochenergetischen Molekülkollisionen im Plasma, wodurch die Gasionen entstehen, die die Hauptantriebskraft der Sputter-Dünnschichtabscheidung sind. Der Druck bei der Sputterabscheidung liegt in der Regel im mTorr-Bereich und reicht von 10-3 bis etwa 10-2 mbar.
Beim Sputtern selbst wird ein elektrischer Gleichstrom an das Zielbeschichtungsmaterial angelegt, das als Kathode oder negativer Vorspannungspunkt dient, an dem die Elektronen in das System eintreten. Das zu beschichtende Substrat erhält ebenfalls eine positive Ladung und wird zur Anode. Der elektrische Gleichstrom liegt normalerweise im Bereich von -2 bis -5 kV.
Das Sputtertarget, d. h. das Material, das für die Beschichtung verwendet werden soll, wird in der Vakuumkammer parallel zum Substrat angeordnet. Wenn die Sputterpartikel, die eine hohe kinetische Energie haben, auf die Oberfläche des Targets treffen, werden die Atome aus dem Target herausgeschleudert" und fliegen zum Substrat, wo sie einen Film bilden. Die Partikel des Targets bedecken das Substrat gleichmäßig und schnell. Die niedrige Temperatur der gesputterten Partikel ermöglicht es, selbst hitzeempfindliche Substrate wie Kunststoffe mit Keramik oder Metallen zu beschichten.
In einigen Fällen, wenn das Substrat sehr empfindlich ist, kann die Vakuumkammer bis zu einem gewissen Grad mit einem Inertgas gefüllt werden. Auf diese Weise lässt sich die kinetische Energie der vom Target kommenden Teilchen kontrollieren, da sie durch Kollisionen einen Teil ihrer Geschwindigkeit verlieren können, bevor sie sich auf dem Substrat ablagern.
Insgesamt ist das Vakuumsystem beim Sputtern von entscheidender Bedeutung für die Schaffung einer kontrollierten Umgebung und die Sicherstellung der Abscheidung sauberer, gleichmäßiger und hochwertiger dünner Schichten auf Substraten.
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