פרמטרים של ריזור הפוך: באיזה מתח הטיה הסרט שהופקד מקבל מחדש-מקרטע?
האם הסרט שכבר הופקד יידפק כאשר מתח ההטיה גבוה?
התשובה היא כן.
תופעה זו ידועה כ-Reverse sputtering (או- sputtering מחדש) ב-PVD.
ברגע שמתח ההטיה חורג מסף קריטי, אנרגיית היונים הופכת גבוהה מספיק כדי לעקור אטומי סרט שכבר הופקדו ולפלוט אותם בחזרה לשלב הגז. שיעור ההפקדה יורד בהתאם. במקרים חמורים, מתרחשת שקיעה שלילית - הסרט הולך וגדל עם הזמן.
מה זה ריסוס הפוך?
במהלך שקיעת PVD, שני תהליכים מתרחשים בו זמנית על משטח העבודה:
צמיחת סרט: אטומים המנתזים מהמטרה נעים לכיוון המצע ובונים את הציפוי.
תחריט סרט: יונים המואצים על ידי הטיה מפציצים את חומר העבודה ומפילים אטומים שכבר הופקדו.
לכן, שיעור ההפקדה נטו עוקב אחר הקשר הזה:
קצב הפקדה נטו=קצב הפקדה − קצב שיקוע מחדש-
בתנאי הפעלה רגילים, קצב השקיעה עולה על-קצב ההתזה מחדש, כך שעובי הסרט גדל. ככל שמתח ההטיה עולה,-הנתז מחדש מתעצם. בסופו של דבר, קצב הסרת האטומים יכול לעלות על קצב השקיעה.
הבה נציג תחילה את המושג הבסיסי: תשואה מקרטעת.
תפוקת קיצוץ מתייחסת למספר הממוצע של אטומים שנפלטים כאשר יון אחד באנרגיה גבוהה- פוגע בחומר. לדוגמה, כאשר 500 eV יוני ארגון מפציצים כרום (Cr), תפוקת הקפיצה נעה בערך בין 0.6 ל-0.8 אטומי Cr ליון. בדרך כלל, אנרגיית יונים גבוהה יותר מייצרת תפוקת קפיצה גבוהה יותר. כתוצאה מכך, מתח הטיה גבוה מאיץ את קצב הסרת החומר ממשטח העבודה.
מתח ההטיה הקריטי שונה עבור חומרים שונים:
מתכות טהורות (Cr, Ti וכו')
50–100 V: שקיעה תקינה
200–300 וולט: מתחילה ריזור- מחדש
300–500 V: קצב ההפקדה מתקרב לאפס
מעל 500 V: עלולה להתרחש תחריט רשת
מתכות טהורות רגישות ביותר לרי-מחדש.
ניטרידים (TiN, CrN וכו')
ניטרידים כוללים קשר כימי חזק יותר, מה שהופך את האטומים לקשים יותר לעקור ממקומם. לפיכך, מתח ההטיה הקריטי שלהם לרי-מחדש משמעותי גבוה יותר.
מתחת ל-200 V: שקיעה תקינה יציבה
300–500 V: ירידה ברורה בקצב השקיעה
500–800 V: מתקרב לסף הקריטי להרחקת חומר נטו
DLC (Diamond-Like Carbon)
DLC הוא מקרה מיוחד. תהליכים רבים של ta-C (פחמן אמורפי טטרהדרלי) משתמשים בהטיה פעימה ב-800 וולט עד -1500 וולט. עם זאת, הודות למצב הפולס ואנרגיית היונים הממוצעת המתונה, עדיין ניתן לשמור על שקיעה יציבה. קיצוץ הפוך חמור מופיע רק באנרגיות יונים גבוהות אף יותר.
מדוע התזת-מתונה מחדש מועילה
עולים חדשים רבים רואים בטעות בקילוח מחדש-כאפקט שלילי, וזה לא נכון.
ב-PVD, הטיית המצע מסתמכת באופן חלקי על קפיצה מחדש-מתונה כדי לשפר את איכות הציפוי. אטומים הקשורים באופן רופף, חלקיקים דבוקים חלש ומבנים מיקרו לא יציבים ניתזים בעדיפות. נותרו רק מבנים יציבים ומלוכדים בצפיפות. המנגנון דומה לחול ניפוי: גרגירים רופפים מוסרים ומשאירים מסגרת קומפקטית.
לפיכך, ריזור קל-בוקר הוא גורם מפתח לצפיפות הסרט.
בעיות הנובעות מקילוח רב מדי-
בעיות מתרחשות ברגע שהרי-מחדש הופך אינטנסיבי מדי:
קצב הפקדה מופחת
זו התצפית הישירה ביותר. אפילו עם כוח מטרה ללא שינוי, עובי הסרט נבנה הרבה יותר לאט, מכיוון שחומר שהופקד לאחרונה נחרט ללא הרף.
שינוי בהרכב הסגסוגת
קח את TiAlN כדוגמה: קל יותר לקרוץ אלומיניום- מטיטניום. תכולת האלומיניום בציפוי יורדת בהדרגה, מה שמוביל לסטייה של הרכב סופי מיעד העיצוב.
מבנה קריסטל מופרע
הטיה גבוהה מדי גורמת לסריג הקריסטל שנוצר להפצצת יונים מתמשכת. ההשלכות כוללות מתח פנימי מוגבר באופן דרסטי, פגמים מוגברים, מבני גרגרים פגומים, ציפויים שבירים ואפילו פיצוח סרטים.
שיטה מעשית לקביעת מתח ההטיה האופטימלי בייצור
סחיפת מתח הטיה היא הגישה הסטנדרטית.
שמור על כוח יעד, טמפרטורת המצע, לחץ העבודה וזרימת הגז קבועים; התאם רק מתח הטיה. אפיון קצב השקיעה, קשיות, מתח שיורי והרכב הציפוי עבור כל מצב.
ברוב תוצאות הבדיקה, קשיות הציפוי עולה ברציפות בהתחלה. לאחר הגעה לנקודה מסוימת, קצב התצהיר יורד בחדות. נקודת מפנה זו מסמנת היכן מתחילה קיצוץ הפוך חמור.
מתח ההטיה האופטימלי מוגדר בדרך כלל מעט מתחת לסף זה. הוא מספק צפיפות ציפוי גבוהה תוך הימנעות מקריזה מחדש-מופרזת.
טעות נפוצה
טכנאים רבים מניחים שמתח הטיה גבוה יותר שווה לתהליך מתקדם יותר. זוהי אי הבנה.
ניתן להקביל את הטיית המצע לגלגלת כביש: לחץ לא מספיק מצליח לדחוס את המדרכה; לחץ מתון מניב משטח חלק ומוצק; לחץ מוגזם מגרד את פני הכביש.
תַקצִיר
ריזור הפוך הוא תופעה פיזיקלית אינהרנטית. הטיה גבוהה מדי מאפשרת ליונים -באנרגיה גבוהה לחרוט מחדש- ציפויים שכבר הופקדו.
ריפוד מתון מחדש-מקל על צפיפות הסרט. עם זאת, ריפוד מחדש- מוגזם גורם לתצהיר איטי יותר, סחיפה של הרכב, לחץ מוגבר ופירוק מבני.
מתח הטיה אינו עדיף בערכים גבוהים יותר. תהליך בוגר יוצר את האיזון: הפצצת יונים מספקת לצפיפות הסרט, מבלי לשחוק את הציפוי המושקע.
