Il plasma si forma nello sputtering RF ionizzando un gas di sputtering, in genere un gas inerte come l'argon, all'interno di una camera a vuoto utilizzando la potenza della radiofrequenza (RF).
Una guida dettagliata in 6 fasi alla formazione del plasma nello sputtering RF
Fase 1: impostazione della camera a vuoto
Il processo inizia in una camera a vuoto dove vengono posizionati il materiale target, il substrato e gli elettrodi RF.
L'ambiente sotto vuoto è fondamentale per controllare la pressione e la purezza del processo di sputtering.
Fase 2: iniezione di gas inerte
Un gas inerte, solitamente argon, viene introdotto nella camera.
La scelta dell'argon è dovuta alla sua inerzia chimica e all'elevato peso molecolare, che aumenta i tassi di sputtering e di deposizione.
Il gas viene iniettato finché la camera non raggiunge una pressione specifica, in genere fino a 0,1 Torr.
Fase 3: Applicazione dell'energia RF
Viene quindi attivata una sorgente di energia RF che invia onde radio ad alta frequenza nella camera.
Queste onde ionizzano gli atomi del gas argon, creando un plasma.
Nello sputtering a radiofrequenza si utilizza un campo alternato ad alta frequenza invece di un campo elettrico in corrente continua.
Questo campo è collegato in serie con un condensatore che aiuta a separare la componente CC e a mantenere la neutralità elettrica del plasma.
Fase 4: ionizzazione e generazione del plasma
Il campo RF accelera elettroni e ioni alternativamente in entrambe le direzioni.
A frequenze superiori a circa 50 kHz, gli ioni non possono seguire la rapida variazione del campo a causa della loro massa maggiore rispetto agli elettroni.
Questo fa sì che gli elettroni oscillino all'interno del plasma, provocando numerose collisioni con gli atomi di argon, che aumentano il processo di ionizzazione e sostengono il plasma.
Fase 5: Stabilità e controllo del plasma
L'uso di un alimentatore RF non solo genera il plasma, ma contribuisce anche a mantenerlo stabile.
La frequenza dell'alimentatore, che in genere varia da alcuni kHz a decine di kHz, può essere regolata in modo da controllare le proprietà del materiale spruzzato.
Fase 6: Ruolo del campo magnetico
Inoltre, un campo magnetico prodotto da un gruppo di magneti all'interno della camera svolge un ruolo significativo.
Questo campo fa sì che gli ioni di gas si muovano a spirale lungo le linee di campo, aumentando la loro interazione con la superficie del bersaglio.
Questo non solo aumenta la velocità di sputtering, ma garantisce anche una deposizione più uniforme del materiale spruzzato sul substrato.
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