Einfluss des Abstands zwischen Target und Probe beim Sputtern

Die meisten Proben, die wir mittels Rasterelektronenmikroskopie untersuchen wollen, sind klein. Da meist nur ein sehr kleiner Teil interessiert oder man davon ausgeht, dass die Probe überall ähnlich ist, reicht es auch, nur einen Teil der Probe (gebrochen, geschnitten, gesägt, gerissen…) zu analysieren. Die Proben passen also meist auf einen Standard-Probenstub (12,5 mm Ø). Von diesen Stubs können sechs Stück auf den Standardprobenhalter eines Q150-Desktopbeschichters gesetzt werden. Die Proben sitzen in einem Ring und befinden sich in Relation zu dem am Target gezündeten Plasma im optimalen Bereich für eine Beschichtung.

Hin und wieder kommt es aber vor, dass man größere Proben zerstörungsfrei untersuchen möchte – zum Beispiel einen 4“-Wafer oder sogar Größeres – immerhin hat unsere Probenkammer einen Durchmesser von 150 mm. Um zu verstehen, welcher Bereich in welchem Maße beschichtet wird, machen wir einen einfachen Versuch. Wir schneiden uns eine Plexiglasscheibe auf etwa 10 cm x 10 cm Größe zu und beschichten diese mit Gold. Um die Beschichtung besser beurteilen zu können, kleben wir einen Streifen Klebeband mittig einmal quer über die Scheibe. Dann legen wir sie auf einer für Beschichtungen üblichen Höhe in die Kammer (Abbildung 1a: 55mm vom Boden). Die Scheibe wird mit Gold besputtert (20 mA Sputterstrom für zwei Minuten). Die resultierende Schicht sehen Sie in Abbildung 1b. Es wurde hauptsächlich der Bereich direkt unter dem Target beschichtet (wo sich beim Standardhalter die Stubs befinden). Zum Rand hin nimmt die Schichtdicke schnell ab. Legen wir die Probe etwas tiefer in die Kammer (Abbildung 2a: 30 mm), sieht das schon etwas anders aus. Die Schicht wird etwas gleichmäßiger, ist bei dieser Probe aber trotzdem noch nicht bis in die Ecken zu sehen. Jetzt kommt die hohe Probenkammer zum Einsatz. In Abbildung 3a ist der Sputter Coater damit ausgerüstet. Dazu wird die mit rotem Pfeil markierte Schraube hinter der Kammer gelöst und der Galgen kann in die hohe Position gezogen werden, damit die hohe Kammer eingebaut werden kann. Die Probe wird wieder mit 20 mA Sputterstrom mit Gold beschichtet. Dieses Mal aber länger. Wir haben jetzt einen viel größeren Abstand zur Quelle und wir dürfen nicht vergessen, dass wir die Kammer immer mitbeschichten. Die Probe ist wieder auf 55 mm Höhe vom Boden der Kammer und wir beschichten für sechs Minuten. Wir bekommen eine dünnere Schicht, wie man in Abbildung 3a sieht, aber dafür erreicht diese auch die Ecken der Scheibe. Die Schicht wirkt viel gleichmäßiger.
Bei runden Probenwie z.B. 4-Zoll-Wafern ist das etwas einfacher. Bei dieser Größe haben wir das Problem nicht, dass die Ecken unbeschichtet bleiben. Hier kann man auch mit der 4-Zoll-Waferbühne mit Exzentergetriebe arbeiten. Die Rotation der Probe wird leicht zum Target versetzt. Durch die dezentrale Drehung unter dem Target hindurch kann eine gleichmäßigere Beschichtung entstehen. Die Test-Plexiglasscheibe hat leider eine zu große Diagonale, als dass sie mit dem Exzentergetriebe beschichtet werden könnte.
Haben Sie große Proben die gleichmäßig beschichtet werden sollen? Versuchen Sie doch mal den Abstand zum Target zu variieren.

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