Algemeen probleem
-
Bij de daadwerkelijke productie komen veel eindgebruikers-een typisch probleem tegen:
* Frequente boogvorming tijdens sputteren
* Verhoogde deeltjesgrootte in de film
* Onstabiele filmvormingssnelheid
* Laag doelgebruik
* Abnormale scheuren op het doeloppervlak
* Slechte filmconsistentie -
De eerste reactie van veel klanten is het aanpassen van de apparatuurparameters, maar de realiteit is:
Meer dan 60% van de abnormale sputterproblemen vindt zijn oorsprong niet in de apparatuur, maar in het sputterdoel zelf.
Dit geldt vooral voor zirkoniumdoelen, waarvan de reactieve metallische eigenschappen ze extreem gevoelig maken voor zuiverheid, microstructuur en productieprocessen.
Dit artikel analyseert verschillende kernfactoren die de sputterstabiliteit van zirkoniumdoelen beïnvloeden vanuit een materiaaltechnisch perspectief.
-
Zuiverheid is niet slechts een 'spel met cijfers'.
Veel voorkomende sputterdoelen van zirkonium op de markt hebben de volgende zuiverheden:
* € 99,5%
* Zr 99,9%
* € 99,95%
* € 99,99%
Veel inkooppersoneel is van mening:
"Hoe hoger de zuiverheid, hoe beter."
Maar dit is niet het geval.
Wat de sputterstabiliteit echt beïnvloedt, is niet alleen de totale zuiverheid, maar ook het vermogen om belangrijke onzuiverheidselementen te beheersen, zoals:
* Zuurstof (O)
* Stikstof (N)
* Koolstof (C)
* Ijzer (Fe)
* Hafnium (Hf)
en andere kritische onzuiverheidselementen.
II. Het zuurstofgehalte is een sleutelfactor die de stabiliteit van zirkoniumdoelen beïnvloedt
Zirkonium is een zeer reactief metaal en is extreem gevoelig voor zuurstof.
Als het zuurstofgehalte in een zirkoniumdoel te hoog is, zal dit leiden tot:
* Vorming van gelokaliseerde isolatiefasen
* Accumulatie van doeloppervlaktelading
* Verhoogde abnormale afscheiding
* Verhoogde boogfrequentie
Uiteindelijk gemanifesteerd als:
* Verhoogd aantal filmdeeltjes
*Verlaagde opbrengst
* Verhoogde vervuiling van de caviteit
Dit probleem is bijzonder uitgesproken bij DC-magnetronsputterprocessen.
Daarom geldt voor hoogwaardige- dunne-filmtoepassingen het volgende:
* Het zuurstofgehalte moet doorgaans onder de 1000 ppm worden gehouden
* Sommige geavanceerde-toepassingen vereisen zelfs minder dan 300 ppm
Dit is ook de reden:
Zirkoniumdoelen met dezelfde nominale zuiverheid van 99,9% kunnen een enorm verschillende werkelijke levensduur en sputterstabiliteit hebben.
II. Korrelstructuur bepaalt filmuniformiteit
Veel klanten concentreren zich alleen op de chemische samenstelling, maar verwaarlozen de microstructuur.
In werkelijkheid:
Korrelgrootte en microstructuuruniformiteit hebben rechtstreeks invloed op de verdeling van de sputtersnelheid.
Als de korrels grof zijn of een aanzienlijke textuur hebben:
Dit zal leiden tot:
* Inconsistente sputtersnelheden in bepaalde gebieden
* Ongelijkmatige doelerosie
* Abnormale slijtage in magnetische veldgebieden
*Verslechterde uniformiteit van de filmdikte
Dit effect is zelfs nog uitgesprokener voor roterende doelen van groot- formaat.
IV. Waarom zijn zirkoniumdoelen met hoge dichtheid stabieler?
Interne porositeit in het doelmateriaal is een bron van veel afwijkingen.
Zirkoniumdoelen met lage-dichtheid vertonen doorgaans het volgende:
* Microporositeit
* Restgas
*Gelokaliseerde warmteontwikkeling
Onder omstandigheden met hoog-vermogen:
Deze gebieden zijn vatbaar voor ontwikkeling:
* Micro-ontlading
* Thermisch kraken
* Gelokaliseerde afsplintering
Daarom maken hoogwaardige zirkoniumdoelen doorgaans gebruik van:
* Vacuümarrestatie (VAR)
* Heet smeedproces
* HIP (heet isostatisch persen)
om de materiaaldichtheid te verbeteren.
Hoge-kwaliteit zirkoniumdoelen in de industrie:
Normaal gesproken vereisen:
* Relatieve dichtheid Groter dan of gelijk aan 99% theoretische dichtheid
Anders zullen zich later waarschijnlijk stabiliteitsproblemen voordoen, zelfs als het sputteren in eerste instantie succesvol is.
V. Het hechtingsproces wordt vaak onderschat
Veel klanten concentreren zich op het doellichaam, maar verwaarlozen de hechting van de achterplaat.
In werkelijkheid:
Het mislukken van doelen is vaak geen ‘materieel probleem’, maar een ‘thermisch managementprobleem’.
Als de hechtlaag:
* Leegtes
* Lokale delaminatie
* Ongelijke thermische geleidbaarheid
Dit zal leiden tot:
* Gelokaliseerde temperatuurstijging op het doeloppervlak
* Thermische spanningsconcentratie
Verhoogd risico op scheuren
Veel voorkomende hechtingsmethoden zijn onder meer:
Proceskenmerken
Indiumbinding: goede thermische geleidbaarheid, geschikt voor processen bij lage- temperaturen
Elastomeerbinding: Sterk spanningsbuffervermogen
Diffusiebinding: Hoge hechtsterkte, geschikt voor toepassingen met hoog-vermogen
Verschillende apparatuur en stroomomstandigheden stellen totaal verschillende vereisten voor verbindingsschema's.
Conclusie
Voor PVD-processen:
Zirkonium-sputterdoelen zijn niet alleen maar 'verbruiksartikelen'.
Ze zijn in wezen:
kernmaterialen die de filmkwaliteit, de stabiliteit van de apparatuur en de productieopbrengst beïnvloeden.
Werkelijk stabiele sputterdoelen van zirkonium zijn afhankelijk van:
* Materiaalzuiverheidscontrole
* Microstructuurontwerp
* Verdichtingsproces
* Thermische beheermogelijkheden
* Een compleet kwaliteitssysteem
Voor eindgebruikers-:
Bij de aanschaf van sputterdoelen van zirkonium mag de prijs niet de enige overweging zijn.
Focus meer op:
Of het sputterdoel uw procesvenster op de lange termijn stabiel kan ondersteunen.
China's one-fabrikant van op maat gemaakte sputterdoelen
Onze producten hebben een lager zuurstofgehalte, een hogere zuiverheid, een uniformere microstructuur, grotere roterende doelen en een hogere bezettingsgraad.
Ze bieden stabiele controle over: het smeltproces, de microstructuur, het bindingsproces en de ultra-onzuiverheidsniveaus met hoge zuiverheid.