Sputter基本原理培训.ppt

演讲人 王金萍 SPUTTER基本原理 1 目录 第一章真空第二章等离子体第三章溅射原理第四章反应性溅射第五章溅射镀膜设备第六章溅射靶及靶材配置 2 目录 第二章等离子体第三章溅射原理第四章反应性溅射第五章溅射镀膜设备第六章溅射靶及靶材配置 3 第一章真空 第一章真空 4 1 1生活中的真空 第一章真空 5 帕斯卡Pa 1Pa 1N 标准大气压atm 1atm 101325Pa托Torr 1Torr 133 32Pa毫巴mbar 1mbar 100Pa 第一章真空 6 大气 103mbar低真空 103 10 3mbar中真空 10 3 10 6mbar高真空 10 6 10 9mbar超高真空 10 9mbar 第一章真空 7 2 2气体分子平均自由程 不同真空度下的平均自由程 第一章真空 8 第一章真空 9 第一章真空 6 真空的获得 10 旋叶泵 旋叶泵的特点 经济耐用工作范围 大气压 10 3mbar极限真空 10 3mbar缺点 振动 反油 第一章真空 11 罗茨泵 机械泵的特点 启动快 抽速大工作范围 低 中真空极限真空 取决于前级泵罗茨泵压缩比较小 一般需要串联使用 第一章真空 12 涡轮分子泵 涡轮分子泵的特点 抽速大 无油 启动快工作范围 10 2 10 6mbar极限真空 10 6mbar缺点 振动 成本高 易损 第一章真空 13 油扩散泵 油扩散泵的特点 经济耐用 无振动工作范围 10 4 10 9mbar极限真空 10 6mbar 10 9mbar 液氮冷却 缺点 反油 需预热 第一章真空 14 几种常用泵的极限压强与启动压强 目录 第一章真空第三章溅射原理第四章反应性溅射第五章溅射镀膜设备第六章溅射靶及靶材配置 15 第二章等离子体 第二章等离子体 16 等离子体是由部分分子 原子及原子被电离后产生的正离子和负电子组成的离子化气体状物质 它是除去固 液 气外 物质存在的第四态 等离子体是一种很好的导电体 呈准中性状态 2 1辉光放电 第二章等离子体 17 2 3雷电 2 4极光 第二章等离子体 18 2 5日光灯 2 4真空镀膜 第二章等离子体 19 辉光放电产生的条件 在放电开始前 放电间隙间电场是均匀的 放电过程主要是靠阴极发射电子来维持的 放电气压一般维持在10 10 3mbar 放电电流密度一般要维持在10 1 102mA cm2 电压一般为300 5000V 溅射所需要的轰击离子通常采用辉光放电获得 辉光放电是气体放电的一种类型 是一种稳定的自持放电 第二章等离子体 20 1 在真空室内安置两个电极 2 通入压力为10 3 10 2Pa的气体 通常是Ar 3 在电极上加上高电压 辉光放电产生等离子体 目录 第一章真空第二章等离子体第四章反应性溅射第五章溅射镀膜设备第六章溅射靶及靶材配置 21 第三章溅射原理 第三章溅射原理 1 溅射电源 22 直流溅射 用于导电靶中频溅射 用于导电靶射频溅射 用于绝缘靶 不同的溅射电源 第三章溅射原理 2 直流溅射 23 3 1直流溅射示意图 直流溅射原理图 第三章溅射原理 2 直流溅射 溅射气体的选择 第三章溅射原理 2 直流溅射 溅射气体的选择 第三章溅射原理 3 磁控溅射 26 3 2磁控溅射示意图 磁控溅射 第三章溅射原理 4 射频溅射 27 射频溅射 第三章溅射原理 4 射频溅射 28 阻抗匹配 3 4简单电路 右图中 E 理想电源r 电源内阻R 负载电阻当负载电阻等于电源内阻时 负载将获得最大功率 这种工作状态就称为匹配 第三章溅射原理 4 射频溅射 29 阻抗匹配 阻抗匹配 指负载阻抗与电源阻抗互相适配 得到最大功率输出地一种工作状态 阻抗匹配的两种情况 纯电阻电路负载等于电源内阻 当电源和负载含有阻抗成分时就必须满足共轭关系 即电阻成分相等 电抗成分数值相等而符合相反 这种匹配就是共轭匹配 第三章溅射原理 4 射频溅射 30 阻抗匹配 由于射频溅射设备的放电阻抗大多为10K 射频电源的内阻大约为50 所以二者要进行良好的匹配 由于设备内的电极和挡板的布置等是变化的所以要利用匹配网络进行匹配 以使射频功率有效地输入到设备内 目录 第一章真空第二章等离子体第三章溅射原理第五章溅射镀膜设备第六章溅射靶及靶材配置 31 第四章反应性溅射 第四章反应性溅射 32 在溅射镀膜时 有意识地将某种反应性气体引入溅射室并达到一定的分压 即可改变或控制沉积特性 从而获得不同于靶材的新物质薄膜 这就叫反应性溅射 通入不同的反应气体就可以得到不同的沉积膜层 通入氧气可以形成氧化膜 通入氮气可以形成氮化膜 通入甲烷 CH4 可以形成碳化物膜 通入硫化氢 H2S 可以形成硫化物膜 反应性溅射 第四章反应性溅射 33 Ar O Zn Zn 反应性溅射 目录 第一章真空第二章等离子体第三章溅射原理第四章反应性溅射第六章溅射靶及靶材配置 34 第五章溅射镀膜设备 第五章溅射镀膜设备 35 5 1溅射镀膜设备 第五章溅射镀膜设备 36 5 2溅射镀膜设备示意图 各个腔室底压要求 上下料腔室底压 C1 C7 1x10 3mbar缓冲腔室底压 C2 C6 3x10 6mbar传输腔室底压 C3 C5 1 5x10 6mbar工艺腔室底压 C4 1 C4 8 1 5x10 6mbar 目录 第一章真空第二章等离子体第三章溅射原理第四章反应性溅射第五章溅射镀膜设备 37 第六章溅射靶及靶材配置 第六章溅射靶