بخشی از مقاله
مقدمه
امروزه کندوپاش به صورت وسیعی در تمیز کردن و حکاکی سطوح، لایه گذاري لایه نازك مورد استفاده قرار میگیرد.
چندین سیستم کندوپاش براي لایه گذاري لایه نازك وجود دارد که هر یک از این سیستمها کاربرد و ویژگیهایی مخصوص به خود را دارند. بعضی از متداولترین و مهمترین این سیستمها شامل کندوپاش دیود DC، کندوپاش دیود RF، کندوپاش مگنترونی و کندوپاشهاي راکتیو که با انواع روشهاي بالا تلفیق
شده است، میباشد. کندوپاش راکتیو به صورت کندوپاش هدف در حضور گازهاي راکتیو تعریف میشود که این گازهاي راکتیو با مواد کنده شده از هدف و نیز سطح هدف واکنش میدهند. نیاز به لایه گذاري براي مساحتهاي بزرگ و استفاده از زیر لایههایی مانند پلیمر، شیشه و فلزات نرم که به دماهاي بالا حساس اند در کنار دلایل اقتصادي و در دسترس بودن، این روش را گسترش داده و آن را به روشی تجاري جهت لایه گذاري لایههاي نازك تبدیل نموده است .[3-1] در این کار به بررسی فرآیندهاي ایجاد شده در
201
لایه نشانی راکتیو و نحوه از بین بردن و کاستن مسمومیت کاتدي می پردازیم.
بحث و بررسی فرآیند مسمومیت کاتدي
کندوپاش کاتدي علاوه بر گاز خنثی توسط بمباران اتمهاي گاز راکتیو نیز صورت میپذیرد که به نوبه خود باعث واکنش آنها با سطح هدف و شکل گیري مواد ترکیبی روي سطح هدف می شود. این مواد جدید عایق می باشند و ضریب کندوپاش خیلی متفاوتی را دارند. این پدیده را مسمومیت هدف مینامند. در کندوپاش راکتیو مصرف گاز راکتیو توسط فرآیند بیش از مقدار دمیده شده توسط سیستم میباشد و لذا فرآیند ناپایدار میباشد و حالت کندوپاش بین دو نوع اکسیدي و فلزي تعویض میشود.
اکسیدي شدن یک هدف سبب کاهش آهنگ کندوپاش میشود که این آهنگ خیلی کمتر از حالت فلزي میباشد. علاوه بر این لایه اکسیدي سطح هدف عایق میباشد و اگر از منبع توان DC استفاده میشود سبب شکل گیري قوس الکتریکی میشود و لذا منبع توان
RF مورد نیاز میباشد. .[8-4]
اگرچه کندوپاش راکتیو از لحاظ مفهومی ساده است ولی آن یک فرآیند پیچیده و غیر خطی است که شامل پارامترهاي وابسته به هم زیادي است. آهنگ لایه گذاري به میزان گاز راکتیو خیلی حساس است بطوریکه در میزان گاز راکتیو کم، آهنگ کندوپاش فلزي زیاد شده ترکیب شیمیایی لایه غیر دقیق و نامطلوب خواهد شد و همچنین در میزان گاز راکتیو زیاد هم اگر چه ترکیب شیمیایی دقیق تشکیل میشود ولی معمولاً آهنگ لایه گذاري خیلی افت میکند و مسمومیت هدف اتفاق میافتد9]و.[10 شکل1 یک منحنی فرآیند تجربی براي آهنگ کندوپاش در برابر میزان شارش گاز راکتیو را در یک فرآیند کندوپاش راکتیو نشان میدهد.
مشخصه خاصی که این منحنی نمایش می دهد، اثر پسماند است.
آهنگ لایه گذاري به ازاي میزان شارش گاز راکتیو هم افزایش و هم کاهش دارد. پهناي تفکیکی بین علامتهاي کاهش و افزایش با پهناي ناحیه پسماند مشخص میشود .[11]
شکل:1 منحنی تجربی براي فرآیند کندوپاش رآکتیو
اثر پسماند یک مساله کلیدي در سیستمهاي کندوپاشی رآکتیو است. دو مکانیزم عمده و مهم در شکل گیري لایه مسموم در سطح هدف، جذب شیمیائی و کاشت یونی رآکتیو میباشد. در واقع اکسیژن به دو طریق به هدف وارد می شود یا به طریق جذب شیمیائی مولکولهاي غیر انرژي دار در سطح و یا در کاشت یون-
هاي مولکولی پرانرژي در هدف. میدانیم که بازده کندوپاش با معکوس انرژي پیوندي (مقیدسازي) متناسب میباشد. هرچه انرژي فوق بیشتر باشد بازده کندوپاش کمتر میشود و برعکس با توجه به آنچه بوضوح از منحنی بالا رؤیت میشود. هرچه میزان اکسیژن در سطح هدف بیشتر میشود میزان انرژي مقیدسازي عنصر اصلی هدف بیشتر شده و لذا به انرژي بیشتري جهت کندوپاش نیاز است که این امر منجر به کاهش آهنگ کندوپاش میشود. 11]و.[12
همچنین زمان ایجاد ترکیبات در سطح هدف با زمان زدودن آنها یکسان نیست. این امر سبب ایجاد اثر پسماند میشود. در حالت واقعی چگالی جریان یونی روي سطح هدف بصورت زیادي نایکنواخت توزیع میشود که سبب وجود نواحی با آهنگ فرسایش پایین تر و بالاتر میشود. این مساله در هدف هاي آلیاژي سبب تغییر در ترکیب سطحی هدف هم میشود. لذا براي هر بار لایه نشانی نیاز به صیقل نمودن هدف داریم . بازده کندوپاش براي مواد مختلف متفاوت است و در هدفهاي آلیاژي ترکیب سطحی هدف بعد از کندوپاش اولیه متفاوت از ترکیب حجمی هدف است.
طبق تحقیقات محققین با توجه به شکلهاي 3و2رفتار پسماند سبب تغییرات تندي در آهنگ لایه گذاري، ترکیب لایهها، فشار جزئی گاز رآکتیو و ولتاژ کاتد میشود.[11]
202
fr frsm Pr Sr
شکل:2 آهنگ لایه گذاري و کندوپاش(پراکنش) در هدف و زیرلایه
شکل:3 محاسبه میزان شکل گیري ترکیبات راکتیو در زیرلایه و هدف
معمولا براي سادگی در تحلیل شارش گاز به جاي فشار استفاده میکنند. با افزایش آهنگ شارش از یک مقدار خاص به بعد، آهنگ لایه گذاري در یک مقدار ثابت قرار میگیرد و مقدار آن بسیار کم است. این همان اثر پسماند میباشد. با تنظیم عوامل مؤثر میتوان اثر پسماند را حذف کرد. اگر در ناحیهاي dQdptot 0
باشد(تغییرات شارش گاز با فشار) فرآیند اثر پسماند را از خود نشان میدهد. اگر این مشتق مثبت باشد، فرآیند فاقد اثر پسماند
