مقدمه

مواردي که براي کاربرد هاي صـنعتی تکنولـوژي فراینـد هـاي لایه نشانی بوسیله مگنترون اسپاترینگ ضـروري مـی باشـد شـامل نـرخ لایـه نشـانی بـالا ،اسـتفاده کـردن بهینـه هـدف،کنترل بهینـه یکنواختی ضخامت فیلم روي یک سـطح وسـیع میباشـد. فهمیـدن پارامترهایی که روي توزیع ضخامت فیلم و رفتـار هـدف در طـول لایه نشانی و در نهایت روي خواص فیلم تاثیر می گذا رند خواص لایه نشانی را به صورت آشکار تغییر و بهبودمی بخشند. استفاده از وسایل مگنترون اسپاترینگ به سـرعت در ۲ دهـه اخیـر بـه علـت

گرایش صنعت به لایه نشانی فیلم هاي انعکاسی ، فیلم هاي مقـاوم حرارت بالا به خصوص میکرو الکترونیک هـا رشـد وسـیعی پیـدا کرده است ۱]و.[۲ هدف اصلی از اسـتفاده از میـدان مغناطیسـی در یک سیستم اسپاترینگ ،به دلیل ساختن و افزایش پلاسـماي مـوثر بیشتر بوسیله به تله انداختن الکترون ها نزدیک هدف وافزایش اثـر یونیزاسیون آنها و کاهش تلفات و بهبود شرایط کاري مـی باشـد

.[۳]این ها همگی به صورت نسبی باعث افزایش نرخ لایـه نشـانی ،کاهش حرارت زیر لایه ها ،پوشـش سـطحی بهتـرو قابلیـت کـار درفشارهاي پایین در صورت نیـاز میباشـد .[۹] بـه دلیـل انعطـاف

۶۲

پذیري و کنترل شـرایط فرآینـد مگنتـرون اسـپاترینگ بـه صـورت کسترده در لایه نشانی مواد مورد استفاده قـرار مـی گیـرد. چنانچـه ذرات به زیر لایه برسند آنها مومنتوم و انرژي نشسـت خـود را بـه آنها انتقال می دهند و بنابراین روي خواص رشـد فـیلم تـأثیر مـی گذارند. بـراي مشـخص کـردن ایـن انـرژي نشسـت بـه صـورت آزمایشگاهی معمولا انرژي برواحد اتم بیان می شود ۴]و[۵ .بنابرین یک مشخصات دقیقی از نرخ نشست فلوي اسپاتر شده نیاز داریم.

اگر چه تحقیق درباره لایه نشانی لایه هاي نازك بوسیله خیلـی محققین انجام شده است اما کمتـر محققـی آزمایشـی را کـه روي شرایط نرخ لایه نشانی مگنترون اسپاترینگ که در این مقاله گزارش شده است آورده است.
در ایــن مقالــه نــرخ نشســت مــس و آلومینیــوم در محــدوده فشارهاي خیلی پایین و خیلی خیلـی پـایین بررسـی شـده اسـت.

توزیع ضـخامت لایـه نشـانی بوسـیله روش مگنتـرون اسـپاترینگ موردارزیابی قرار گرفته است در هر دو محـدوده فشـارهاي پـایین یکنواختی فیلم وابسته به موقیعت زیر لایـه مـی باشـد. اثـر فشـار، جنس مواد و جریان پراکندگی به صورت نمودار نمایش و بررسـی شده است و صحت مدل بیان شده در هر دو محدوده فشـار ثابـت شده است.

شکل :۱ دیاگرام لایه نشانی اتم هاي مس اسپاتر شده تحت قدرت مگنترون ۲۰۰

و فشار گاز آرگون ۲ پاسکال.

مدل

در یک حالت عمومی از مگنترون اسپاترینگ تعـدادي از ذرات که اسپاتر می شوند قبل از این کـه بـه زیـر لایـه برسـند از فلـوي جریان یافته جدا شده و از بین می روند (حرکت سـریع ذرات)کـه تعداد ذراتی که از فلوي جریان یافته جـدا شـده و از بـین میرونـد وابسته به میانگین پویش آزاد ذرات که تابعی از فشار گاز و فاصـله است، می باشند.گر چه تعـدادي از ذرات پراکنـده شـده (حرکـت آهسته ذرات)وروي زیر لایه پخش میشوند کـه وابسـته بـه شـیب دانسیته میباشد.بنابراین مجموع فلوي لایه نشـانی شـده روي زیـر لایه برابر با مجموع فلوي حرکت سریع و حرکت آهسته ذرات می باشد۶]و.[۸

بنابراین دو نوع فلوي ذرات براي یک هـدف خطـی دایـره اي مطابق مدلی که ساموئل ارائه داده، نمایش داده شده است .

ذراتی که حرکت سریع دارند

دانسته فلوي کل ذراتی که به صورت سریع در زیر لایه اسـپاتر می شوند به وسیله انتگرال معادله ذیـل روي سـطح هـدف در هـر بخشی که جدا میشوند بصورت ذیل بیان می شود: [۶]
exp( c)rdrd (۱) )۲  (۱ ( z j(r)Yz2
f
۴
که در شکل ۱ نمایش داده شده است. درواقـع انتگـرال فـوق بصورت عددي روي نرخ لایه نشانه ذراتی که حرکت سریع دارنـد انتگرال گیري می شود.

حرکت آهسته ذرات

در اسپاتر مواد ذراتی هستند که پراکنده شده و به وسیله پخـش شدگی انتقال می یابند .در این جا ما یک فرم ساده اي را از پخـش ذرات در نظر می گیریم که دانسیته موادي که پخش مـی شـوند در مقایسه با دانسیته محیط گازي که پخش می شـوند کوچـک اسـت براي مشخص کردن فلوي ذراتی که آهسته حرکت می کننـد یـک مدل چشمه اي نیاز می باشد۴]و. [۶
با این مدل فلوي اسپاتر شده مـی توانـد یـک چشـمه اي بـه عنوان پخش براي ذراتی که به وسیله برخورد پراکنـده مـی شـوند باشد. در مجموع فلوي پخش شده برابر است با۶]و: [۷

۶۳

)۲ ۲ rdrd(۱( z  zcjY r2 ثابت کار می کند . ضخامت فیلم در طول فرآیند با ضخامت سـنج
exp(c)d (۲)  s
۳  ۴
۰ ۰ r1 کریستالی اندازه گیري شده است.

که این انتگرال بصورت عددي براي فلوي کل حرکـت ذرات آهسته می باشد. در مجموع فلوي کل لایه نشانی شده در زیر لایه برابر مجموع فلوي حرکت ذرات آهسته و حرکت سریع ذرات می باشد.