Fertigung und Erprobung eines Mikro-Wirbelstromsensors zur Abstandsmessung

Versuchstechnik

1. Fertigungstechnologien

   1. Schichterzeugung

1. Kathodenzerstäubung (Sputtern)

Der Sputterprozess gehört zur Prozessgruppe der physikalischen Abscheidun- gen aus der Gasphase und ist besonders für die Dünnfilmherstellung geeignet [ELB96]. Bild 5.1 zeigt eine MRC-Sputteranlage des Instituts für Mikrotechnologie.

Wahlschalter RF-Bertriebsart

Tür, Rezipient


Steuerung Kryopumpe
Schleuse


Steuerung Gaszufluss
Anpassungs- netzwerk

Steuerung Sputterprozess

Generator

Kühlwasser- durchflussanzeige


2005 imt 5017-028
Druckanzeige

Bild 5.1: Sputteranlage (Hersteller: ehem. Firma MRC, USA)

Beim sogenannten RF(radio frequency)-Sputtern wird an das Target eine Wechselspannung angelegt (Bild 5.2), so dass in der einen Phase Ionen auf das Target beschleunigt werden und Material abtragen. In der anderen Phase findet ein Ladungsausgleich statt. Damit ist auch das Sputtern von nichtleitenden Materialien möglich. Um die Ionisierungsrate durch die erzeugten Sekundärelektronen zu erhöhen, wird beim Magnetronsputtern unter dem Target ein starkes Magnetfeld erzeugt. In diesem Feld werden die Elektronen auf Kreisbahnen geführt und bewegen sich dicht an der Targetoberfläche. Zum einen werden dadurch höhere Abtragsraten realisiert, zum anderen kann der Prozessdruck verringert werden, so dass es zu weniger Kollisionen zwischen abgesputterten Atomen und anderen

Gasteilchen kommt und die Atome eine höhere kinetische Energie haben. Auf dem Substrat bildet sich dann eine sehr haftfeste Schicht von einigen Mikrometern Dicke.

Kathode Magnetron

Kondensator

Spannungs- versorgung

Magnetfeld

Plasma

Substrat
RF

Target

B

Anode


2005 imt 5017-029
Gaseinlass ^Vakuumsystem

Bild 5.2: Prinzip des Sputterprozesses

Gegenüber dem Plasma laden sich die Wände des Rezipienten und das Target negativ auf, da während der positiven Halbwelle der Wechselspannung mehr Elektronen gesammelt werden als Ionen während der negativen Halbwelle, da letztere aufgrund ihrer größeren Masse relativ träge sind und ihre Bewegungen nur langsam dem Wechsel des elektrischen Feldes folgen können. Durch einen Kondensator in der Zuleitung des Targets wird verhindert, dass die negativen Ladungen abfließen. Das Target ist deshalb gegenüber dem Substrat negativ geladen. Dieser Effekt wird durch das ungleiche Flächenverhältnis von Target zum mit dem Rezipient verbundenen Substrat zusätzlich verstärkt, weil Letzteres aufgrund seiner größeren Fläche eine größere Anzahl der Ionen während der negativen Halbwelle der Wechselspannung einsammelt.