Sputtering-Anlagen sind Spezialwerkzeuge, die im Herstellungsprozess der Dünnschichtabscheidung eingesetzt werden.
Sie werden hauptsächlich in der Halbleiterindustrie, bei Festplattenlaufwerken, CDs und optischen Geräten eingesetzt.
Bei dieser Anlage werden durch den Beschuss mit hochenergetischen Teilchen Atome aus einem Zielmaterial auf ein Substrat geschleudert.
6 wichtige Punkte zum Verständnis der Sputtering-Ausrüstung
1. Vakuumumgebung
Das Sputtering-Verfahren erfordert eine Vakuumumgebung, um das Vorhandensein anderer Gase, die den Abscheidungsprozess stören könnten, zu minimieren.
Das Vakuum in einer Sputteranlage ist in der Regel höher als bei anderen Abscheidungsmethoden wie der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD).
Dies macht ein hocheffizientes Vakuumsystem erforderlich.
2. Einführung von Inertgas
Eine kleine Menge Inertgas, in der Regel Argon, wird in die Vakuumkammer eingeleitet.
Argon wird gewählt, weil es inert ist und nicht mit dem Zielmaterial oder dem Substrat reagiert.
Dadurch wird sichergestellt, dass die Abscheidung rein und nicht kontaminiert ist.
3. Platzierung des Targets und des Substrats
Das Targetmaterial, die Quelle der abzuscheidenden Atome, und das Substrat, auf dem die Abscheidung erfolgen soll, werden in der Kammer platziert.
Sie werden in der Regel gegenüberliegend angeordnet, wobei das Targetmaterial eine negative Ladung erhält, um als Kathode zu fungieren.
4. Anlegen der Spannung
Zwischen dem Target und dem Substrat wird eine Spannung angelegt, die in Form von Gleichstrom (DC), Hochfrequenz (RF) oder Mittelfrequenz erfolgen kann.
Diese Spannung ionisiert das Argongas und erzeugt Argonionen und freie Elektronen.
5. Ionisierung und Sputtern
Die freien Elektronen stoßen mit den Argonatomen zusammen, ionisieren sie und erzeugen ein Plasma.
Die positiv geladenen Argon-Ionen werden dann aufgrund des elektrischen Feldes auf das negativ geladene Zielmaterial beschleunigt.
Wenn diese Ionen mit dem Target zusammenstoßen, übertragen sie ihre Energie, wodurch Atome aus dem Target herausgeschleudert werden.
6. Abscheidung auf dem Substrat
Die herausgeschleuderten Atome wandern durch das Vakuum und lagern sich auf dem Substrat ab, wo sie einen dünnen Film bilden.
Dieser Prozess kann so gesteuert werden, dass Schichten aus verschiedenen Materialien entstehen, darunter auch solche mit hohem Schmelzpunkt und Legierungen, die sich mit anderen Methoden nur schwer abscheiden lassen.
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