SE1050173A1 - Plasmasputtringsprocess för att producera partiklar - Google Patents

Description

25 30 2 mot targetet med en hög hastighet och stöter sedan emotargetet och får atomer att fysiskt ryckas bort eller sputtras från targetytan.

Plasmasputtringsprocessen har bland annat fördelen att partiklarna bildas av material från ett target i fast tillstånd. Targetet kan lätt tillverkas och användas i processen. Ett target i fast tillstànd är speciellt lämpligt ifall partiklar ska bildas av metalliska material eftersom det eliminerar behovet av metallkomponenter som innehåller gaser som ofta är toxiska och kräver komplexa tillverkningsmetoder.

DE 198 04 838 beskriver en plasmasputtringsprocess för att deponera beläggningsmaterial eller producera radikaler på partikelytor med användning av ett hàlkatodsystem. Processen utförs vid ett tryck av 0,01 mbar till atmosfärtryck, företrädesvis 0,01-100 mbar. Plasmat kan vara ett pulsat likströmsplasma som drivs vid en nätfrekvens av 50-60 Hz. En spänning av 200-500 V och en ström av. 0,1-2 A används för att bilda plasmat.

Problemet med tidigare kända plasmasputtringsprocesser för produktion av partiklar är att uppfàngningssannolikheten för atomer på partiklars yta generellt är låg. Därför har partiklarna och/eller beläggningarna en långsam tillväxthastighet, vilket sålunda leder till låga produktionstakter av partiklar. Eftersom produktionstakten är så låg är dessutom dessa metoder mindre lämpliga för produktion av partiklar som har en storlek i området av några mikrometer.

Sammanfattning Syftet med uppfinningen år att tillhandahålla en plasmasputtringsprocess för att producera partiklar, särskilt partiklar med en storlek av 10 pm eller mindre, vilken har en förbättrad produktionstakt.

Syftet uppnås genom processen enligt det självständiga kravet 1.

Föredragna utföringsformer definieras av de osjälvständiga patentkraven.

Plasmasputtringsprocessen för att producera partiklar innefattar att tillhandahålla ett target i en plasmagenererande apparatur, där den plasmagenererande apparaturen har en karakteristisk längd LC sådan att Les är lika med volymen av plasmat som genereras i nämnda apparatur. En processgas förs in i apparaturen och trycket inne i apparaturen regleras så att en förutbestämd processgasatomdensitet nG erhålls. Ett plasma skapas och energin som ges till plasmat regleras så att en förutbestämd plasmaelektrondensitet ne och en förutbestämd plasmaelektrontemperatur Te erhålls. Atomer sputtras från targetet 10 20 25 30 3 med hjälp av plasmat och de sputtrade targetatomerna tillåts fångas upp på ytan av korn som finns i apparaturen.

Plasmaelektrondensiteten och plasmaelektrontemperaturen är tillräckliga för att jonisera åtminstone en del av de sputtrade targetatomerna så att ett uppfàngningsflöde av joniserade sputtrade targetatomer pà ytan av kornen erhålls.

Vidare är processgasatomdensiteten, plasmaelektrondensiteten och plasmaelektrontemperaturen sådana att åtminstone ett av följande kriterier är uppfyllda GTA/ff' |TA + rNTA) 2 015 LnA/Lc 5 0,5 Vl/nA/W., s 0,5 (1 + 3Lf/L|TA)(1 + 4WJVV|TA) > 10 där Fm är uppfångningsflödet av joniserade targetatomer pà ytan av korn som finns i nämnda plasma, FNTA är uppfàngningsflödet av neutrala targetatomer på ytan av korn som finns i nämnda plasma, Lim är den fria medelväglängden för de joniserade sputtrade targetatomerna inne i nämnda plasma, lll/mt är den kinetiska medelenergin för joniserade sputtrade atomer i nämnda plasma och We är elektronernas kinetiska medelenergi inne i nämnda plasma relaterad till Te genom We = (3/2)kB Te.

Enligt en föredragen utföringsform är fiTA/(FITA + FNTA) lika med eller mer än 0,66, företrädesvis är FITA/(FITA + FNTA) z 0,70.

Enligt en annan utföringsform är energin som ges till plasmat tillräcklig för att uppnå jonisering av åtminstone 20 %, företrädesvis åtminstone 30 %, av de sputtrade atomerna i nämnda plasma. Partikelproduktionstakten ökar med ökande mängd joniserade sputtrade targetatomer.

Den plasmagenererande apparaturen kan lämpligen vara en hàlkatodapparatur eller en magnetronsputtringsapparatur, och drivs företrädesvis med pulsad effektmatning för att erhålla en tillräcklig tillförsel av effekt utan att värma katoden i onödan eller riskera icke önskvärd elektrisk urladdning. För att maximera den effekt som kan erhållas av varje puls bör företrädesvis pulserna huvudsakligen appliceras såsom fyrkantspulser. 10 20 25 30 4 Vid användning av pulsad effektmatning bör pulserna företrädesvis appliceras med en frekvens av åtminstone 100 Hz, lämpligen 200-2000 Hz, och ha en längd av åtminstone 5 ps, företrädesvis 10-100 ps.

Enligt en löredragen utföringsform är processgasatomdensiteten nG och elektrondensiteten ne sådana att både LnA/LC s 0,5 och Wm/We s 0,5 är uppfyllda.

Processgasen kan vara en inert gas, en reaktiv gas, en gasblandning av inerta gaser, eller en gasblandning som innefattar åtminstone en reaktiv gas och valfritt åtminstone en inert gas, och kan lämpligen användas för att skapa plasmat.

Processgasen kan företrädesvis användas såsom en matningsgas, men det är även möjligt att processgasen är stationär och inte avsedd för transport av någon sorts partikelformigt stolt.

Korna kan föras in i den plasmagenererande apparaturen eller genereras in-situ.

Plasmasputtringsprocessen är särskilt lämplig för att producera nanopartiklaf, dvs partiklar med en storlek mindre än 1 pm, och speciellt partiklar med en storlek av cirka 5-500 nm. Dock kan processen även användas för att producera större partiklar, så som partiklar i storleksordningen 10 pm.

Processen kan användas för att producera partiklar av alla typer av targetmaterial, så länge som targetmaterialet är ledande eller åtminstone halvledande. Dessutom kan partiklar av kemiska föreningar, till exempel intermetalliska partiklar så som oxider, karbider, nitrider och liknande, tillverkas genom utnyttjande av en reaktiv gas under processen.

Processen enligt föreliggande uppfinning kan användas för kärnbildning av partiklar, tillväxt av partiklar, bildning av en partikel av ett material och beläggning av nämnda partikel med samma eller ett annat material, tillväxt av flerskiktsstrukturer etc. Sålunda möjliggör processen produktion av skräddarsydda partiklar.

Kort beskrivning av ritningarna Figur 1 illustrerar kurvor över uppfångningssannolikheten för joniserade sputtrade targetatomer jämfört med neutrala sputtrade targetatomer som funktion av l/VnA/We och LnA/Lc. 20 25 30 5 Figur 2a visar ett spektrum som erhållits från en optisk spektrograf för en plasmasputtringsprocess med användning av en titanhålkatod, och i vilken plasmat genererats med hjälp av pulsad effektmatning.

Figur 2b visar ett spektrum som erhållits från en optisk spektrograf för en plasmasputtringsprocess med användning av en titanhàlkatod, och i vilken plasmat genererats med hjälp av icke pulsad effektmatning.

Figur 2c visar kvoten mellan joner och neutraler som funktion av pulsernas längd för en plasmasputtringsprocess med användning av en titanhàlkatod och kvoten mellan joner och neutraler för en plasmasputtringsprocess med användning av icke pulsad effektmatning.

Figur 3a visar ett SEM-fotografi av molybdenpartiklar som producerats i enlighet med en utföringsform av processen enligt uppfinningen.

Figur 3b visar ett SEM-fotografi av partiklarna som visas i Figur 3a vid en annan förstoring.

Figur 3c visar ett TEM-fotografi av en molybdenpartikel som producerats i enlighet med en utföringsform av processen enligt uppfinningen.

Figur 3d visar ett SEM-fotografi av molybdenpartiklar som producerats i enlighet med en utföringsform av processen enligt uppfinningen.

Figur 4a visar ett TEM-fotografi av en titanpartikel som producerats i enlighet med en utföringsform av processen enligt uppfinningen.

Figur 4b visar ett TEM-fotografi av titanpartiklar som producerats i enlighet med en utföringsform av processen enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning I föreliggande beskrivning skall termerna “att producera partiklar", "produktion av partiklar", "producerade partiklar" eller liknande uttryck tolkas i deras vidaste mening om det inte uttryckligen anges något annat. Sålunda inkluderar dessa termer tillväxt av partiklar, kärnbildning och tillväxt av partiklar, deponering av material på en tidigare bildad partikel eller partikelkärna etc.

Vidare används termen "korn" för en partikel som ännu inte är i sitt slutliga tillstånd och termen inkluderar sålunda en tidigare bildad partikel eller partikelkärna på vilken material ska deponeras för att producera den slutliga partikeln. 20 30 6 Termen "partikel" används för den slutliga partikeln som är ett resultat av processen, om det inte uttryckligen anges något annat.

Därtill kommer att när det refereras till temperaturer i föreliggande beskrivning, till exempel Te, TnA och Tn, skall detta tolkas i en vid mening; dessa är de temperaturer vid vilka medelenergin för partiklarna överensstämmer med de verkliga medelenergierna för partiklarna, t ex We = (3/2)kB Te.

Processen enligt föreliggande uppfinning utnyttjar plasmasputtring för att producera små partiklar, så som partiklar med en storlek mindre än 10 pm.

Sputtring är den fysikaliska utstötningen av atomer från en targetyta. l plasmasputtringsprocessen genereras joner, till exempel argonjoner, i plasmat och dras ut ur plasmat och accelereras över en katod-"dark space". Targetet har en lägre potential än det område i vilket plasmat bildas och targetytan attraherar därför positiva joner. De positiva jonerna rör sig mot targetet med en hög hastighet och stöter sedan emot targetet och får atomer att fysiskt stötas bort eller sputtras från targetytan.

Plasmat etsar sålunda en yta av ett target för att skapa atomer som används för att producera partiklarna genom att fångas upp på ytan av korn som finns i nämnda plasma. En del av atomerna kommer att joniseras i plasmat.

Mängden sputtrade atomer som joniseras beror på densiteten för plasmat, elektronernas energi och typen av atomer. Plasmasputtring som sådan är en tidigare känd process och kommer därför inte att beskrivas i närmare detalj i föreliggande beskrivning.

Plasmasputtringsprocessen enligt föreliggande uppfinning utnyttjar ett högdensitetsplasma, vilket säkerställer att en signifikant mängd av atomerna som sputtras från targetet joniseras i plasmat. Mängden atomer som joniseras beror på densiteten för plasmat och ökar med ökande plasmadensitet.

Korn kan fånga upp atomerna som sputtrats från targetet när atomerna kolliderar med kornen. Neutrala sputtrade atomer kan enbart fångas upp pà ytan av kornen när de träffar det geometriska tvärsnittet av ett korn, och sannolikheten för en kollision är därför låg. Eftersom kornen i allmänhet är negativt laddade av plasmat kan dock sannolikheten för en kollision mellan ett korn och en sputtrad atom ökas om den sputtrade targetatomen år i form av en jon. Joniserade sputtrade atomer går sannolikt in en planetliknande bana omkring kornet som ett resultat av det elektriska fältet omkring kornet. lfall de sputtrade atomerna är 20 25 30 7 positivt laddade kan därför kornen attrahera de positiva jonerna, vilket sålunda leder till en ökad sannolikhet för att fånga upp de sputtrade atomerna på ytan av ett korn. Uppfångningssannolikheten för atomer på ytan av korn ökar därför till exempel med ökande densitet för plasmat, dvs med ökande plasmaelektrondensitet.

Det höga trycket, dvs processgasatomdensiteten, som används i den plasmagenererande apparaturen enligt föreliggande uppfinning säkerställer bland annat att hastigheten för de sputtrade atomerna är lägre än ifall konventionella drifttryck används. Eftersom hastigheten för de sputtrade atomerna är jämförelsevis làg är det mer sannolikt att korn3n kan attrahera de joniserade atomerna bland annat eftersom atomerna har längre uppehàllstid i plasmat och sannolikheten för en kollision ökas därför. Därför ökar den förutbestämda processgasatomdensiteten som används i enlighet med föreliggande uppfinning uppfàngningssannolikheten och hastigheten av atomer på ytan av kornen, vilket sålunda leder till en högre produktionstakt av partiklar.

I processen enligt föreliggande uppfinning beror sannolikheten för att atomer som sputtrats fràn targetet fångas upp av ett korn inte bara på kollisioner med neutraler och den geometriska utsträckningen av partikeln, såsom när det gäller normalt använda processer, utan även på ökningen i våglängd beroende pà jon-jonkollisioner och ökningen av infångningsvolymen kring kornet beroende på attraktionskraften mellan den positiva jonen och den negativa partikeln. Sålunda är det klart att produktionstakten för partiklar ökas väsentligt genom processen enligt uppfinningen.

I enlighet med föreliggande plasmasputtringsprocess är plasmaelektrondensiteten ne och plasmaelektrontemperatur Te tillräckliga för att åstadkomma jonisering av åtminstone en del av de sputtrade targetatomerna och skapa ett uppfàngningsflöde av joniserade sputtrade targetatomer på korn.

Företrädesvis är processgasatomdensiteten nG, plasmaelektrondensiteten ne och plasmaelektrontemperatur Te tillräckliga för att ge upphov till ett uppfàngningsflöde Fm av de joniserade sputtrade targetatomerna på ytan av kornen som är högre än uppfàngningsflödet FNTA av neutrala sputtrade atomer på ytan av kornen.

Processen drivs så att åtminstone ett av följande fyra kriterier är uppfyllda: rirA/(rim "' rNTA) 2 0-5' 20 30 Lim/Le s 0,5, WWA/We s 0,5, och (1 + 3LJL|TA)(1 + 4We/l/l/|TA) > 10, där I' ITA är uppfàngningsflödet av joniserade targetatomer pà ytan av kornen, FNTA är uppfàngningsflödet av neutrala targetatomer på ytan av kornen, L|TA är den fria medelväglängden för de joniserade sputtrade targetatomerna inne i nämnda plasma, Wmt är den kinetiska medelenergin för joniserade sputtrade atomer i nämnda plasma och We är elektronernas kinetiska medelenergi inne i nämnda plasma relaterad till Te genom We = (3/2)kBTe.

Det har konstaterats att en signifikant ökad produktivitet kan åstadkommas med hjälp av plasmasputtringsprocessen enligt föreliggande uppfinning. Detta är huvudsakligen ett resultat av det faktum att uppfångningssannolikheten för joniserade targetatomer, ITA, på ytan av kornen är signifikant större än uppfångningssannolikheten för neutrala targetatomer, NTA.

Det höga uppfàngningsflödet av joniserade targetatomer åstadkoms genom att använda plasmasputtringsapparaturen i en specifik parameterrymd, definierad av processgasatomdensiteten nG, processgastemperaturen TG, plasmats elektrondensitet ne, plasmats elektrontemperatur Te och den karakteristiska längden Le, såsom beskrivits ovan. Den karakteristiska längden Le år sådan att Lea är lika med volymen av plasmat som genereras i nämnda apparatur, där plasmavolymen definieras såsom det område inom vilket avståndet till apparaturens vägg år längre än plasmats Debye-längd, AD = .

Genom att operera i en sådan specifik parameterrymd säkerställs att en signifikant mängd av de sputtrade targetatomerna, TA, blir joniserad i plasmat, och att uppfångningsutbytet av de joniserade targetatomerna, ITA, är signifikant högre än hos neutrala targetatomer, NTA.

Den erforderliga graden av jonisering nm/(nNTA + nmt) erhålls genom att operera vid ne och Te som är så höga att sannolikheten för elektronstötjonisering av targetatomerna är betydande under deras uppehållstid i plasmat. Höga ne och Te uppnås genom att mata tillräckligt mycket energi till plasmat.

Det erforderliga höga uppfångningsutbytet av de joniserade sputtrade targetatomerna, ITA, erhålls genom en kombination av två effekter som båda uppträder när de fria medelväglångderna för ITA-kollision är kortare än den 10 20 25 30 9 karakteristiska längden hos apparaturen Le. Den första effekten är att uppfàngningsgraden, genom elektrostatisk attraktion hos /TA till de negativt laddade kornen, ökar drastiskt när den kinetiska medelenergin för ITA, VMTA, blir lägre än elektronernas kinetiska medelenergi We. We är relaterad till Te genom We = (3/2)kB Te, där kB är Boltzmanns konstant. Den erforderliga låga W|TA åstadkoms genom att hålla nG så hög att den fria medelväglängden för ITA, för termaliserande kollisioner med processgasen, är mycket kortare än Le. Den andra effekten är att en kortare fri medelväglängd för impulsutbyteskollisioner ger en längre uppehàllstid för ITA, och därmed ökar den fraktion av /TA som kan fångas upp på korn som finns i plasmat innan de lämnar plasmaomràdet. Både kollisioner mellan /TA och fyllnadsgas, och kollisioner mellan /TA och plasmajoner, bidrar till en längre uppehàllstid för /TA i plasmat. Högre kollisionsrat mellan /TA och gas uppnås genom högre processgasdensitet, definierad av processgasatomdensiteten nG. Högre kollisionsgrad mellan /TA och plasmajoner åstadkoms genom en kombination av högre plasmadensitet, definierad av plasmaelektrondensiteten ne, och lägre /TA-medelenergi Wmi, den senare eftersom jon-jon-coulombkollisionstvärsnittet ökar med minskande VVWA.

I enlighet med plasmasputtringsprocessen enligt uppfinningen styrs sålunda parametrarna nG, TG, ne och Te såsom summeras nedan.

Processgasatomdensiteten nG bör vara hög för att effektivt termalisera de joniserade sputtrade targetatomerna, /TA, och för att öka uppehàllstiden för /TA i plasmat.

Processgastemperaturen TG bör vara låg för att erhålla en låg kinetisk medelenergi för joniserade sputtrade targetatomer, ITA, som i sin tur ger effektivare elektrostatisk uppfångning på kornen och bidrar till den längre uppehàllstiden för /TA genom dess påverkan på coulomb-jon-jonkollisioner.

Plasmats elektrondensitet ne bör vara hög för att jonisera sputtrade targetatomer under deras uppehàllstid i plasmat, och bidra till en längre uppehàllstid för de joniserade sputtrade targetatomerna i nämnda plasma.

Plasmats elektrontemperatur bör vara tillräckligt hög för att möjliggöra jonisering av sputtrade targetatomer under deras uppehàllstid i plasmat, och för att hålla den kinetiska medelenergin för ITA, lMTA, mycket lägre än elektronernas termiska medelenergi, We. 20 25 30 10 Genom att styra de ovan identifierade parametrarna är det sålunda möjligt att uppnå ett signifikant högre uppfàngningsflöde av joniserade targetatomer, jämfört med uppfångningsflödet av neutrala targetatomer, pà ytan av korn.

Produktiviteten hos plasmasputtringsprocessen enligt föreliggande uppfinning är därför betydligt högre än hos konventionella plasmasputtringsprocesser för produktion av partiklar.

För fackmannen är det självklart att lämpliga specifika värden på de ovan specificerade parametrarna beror på typ av plasmagenererande apparatur som används liksom dimensionerna på apparaturen, och materialet som används för att producera partiklarna. Dock skulle fackmannen enkelt kunna bestämma de specifika värdena pä parametrarna för en vald plasmagenererande apparatur och ett material som används för att producera partiklarna, så länge som de uppfyller kriterierna att en avsevärd mängd av de sputtrade targetatomerna joniseras av plasmat så att ett uppfàngningsflöde av joniserade sputtrade targetatomer till ytan av kornen erhålls.

I enlighet med en utföringsform av uppfinningen är FITA/(FITA + FNTA) z 0,5.

Fastän flödena Fm och FNTA är svåra att mäta direkt kan det indirekt visas att det är realistiskt att nå det parameterintervall som täcks av detta kriterium. En hög grad av jonisering av de sputtrade targetatomerna kan erhàllas genom att operera vid ne och Te som är så höga att sannolikheten för elektronstötjonisering av de sputtrade targetatomerna är tillräckligt hög under deras uppehàllstid i plasmat.

Tillräckligt höga ne och Te erhålls genom att mata tillräckligt mycket energi till plasmat. Detta låter sig göras, till exempel såsom beskrivs i Helmersson m fl, 2006, Thin Solid Films, 513, s 1-24, genom att använda en separat induktionsspole såsom i induktivt kopplad plasma-magnetronsputtring (ICP-MS), eller genom att använda pulsade urladdningar såsom i högeffektpulsade magnetronsputtringsanordningar (HiPlMS). I HiPlMS-anordningar rapporteras vissa fall med mer än 90 °/> sputtrade metalljoner under den aktiva fasen av urladdningen, Bohlmark m fl, 2005, J. Vac, Sci. Technol., A23, 18; Lundin m fl, 2008, Plasma Sources Sci. Technol., 17, 125009. Betrakta ett korn i en sådan plasmamiljö, där densiteten för joniserade targetatomer är högre än densiteten för neutrala targetatomer; även om de positivt laddade /TA inte attraherades av de negativt laddade kornen skulle Fm vara större än FNTA. Kriteriet fiTA/(FHA + FNTA) 2 15 20 30 11 0,5 skulle sålunda vara uppfyllt. Det är därför tydligt att kriteriet kan uppfyllas om korn förs in i redan existerande och väl studerade plasmaanordningar.

I enlighet med en annan utföringsform av uppfinningen är Lmt/LC S 0,5. När detta kriterium är uppfyllt används skapade /TA effektivare för tillväxt av partiklar.

En kortare fri medelväglängd resulterar i en långsammare diffusion och längre uppehållstid för de joniserade sputtrade targetatomerna inne i plasmavolymen och sålunda en större möjlighet att fångas upp av ett korn snarare än att försvinna ut till apparaturens väggar. En kortare LnA reducerar även behovet av en hög korndensitet i plasmat under tillväxtprocessen eftersom uppehàllstiden för ITA blir längre och /TA har en större chans att fångas upp på korn vid en given korndensitet. Såsom tidigare diskuterats bidrar både kollisioner mellan jon och neutral (/TA-gas) och kollisioner mellan joner (ITA-plasmajon) till en längre diffusionstid.

I enlighet med ännu en annan utföringsform av uppfinningen är Vl/.TA/We s 0,5. Anledningen till detta kriterium är att, givet samma korndensitet, ökar uppfångningsraten av /TA på korn drastiskt i detta intervall av VVnA, beroende på den elektrostatiska attraktionen. Den erforderliga låga M/.TA uppnås genom att hålla nG så högt att den fria medelväglängden för ITA, för termaliserande kollisioner med gasen, är mycket kortare än LC.

Ett specialfall kan betraktas, där processen enligt uppfinningen utförs i en vertikalt arrangerad plasmagenererande hålkatodapparatur med ett flöde av processgas igenom katoden. Flödet av processgas, plasma och korn ut ur den undre katodöppningen expanderas i området just under katoden, och blandas med den omgivande processgasen, vilket fär temperaturen på beståndsdelarna att utvecklas olika. Den neutrala processgasen blandas med den kallare kringliggande processgasen och blandningen uppnår en gemensam temperatur Tgm. Genom kollisioner med denna neutrala gas kyls de joniserade sputtrade targetatomerna, /TA, snabbt ner och närmar sig Tim = Tgm. Elektronerna förlorar å andra sidan energi mycket långsammare eftersom den fria medelväglängden mellan energiförlustkollisioner för elektroner, genom elastiska kollisioner med gasatomer, är i storleksordningen /lenergj = /lejastjskæmgas/me). Den snabba avkylningen av /TA kombinerad med den mycket långsammare avkylningen av elektronerna ger därför ett plasma i parameterintervallet IMTA< 0,5We, i området just under hålkatoden. 20 25 30 12 Partikelenergifördelningarna i plasmaurladdningar avviker vanligtvis från exakta termiska maxwellfördelningar. För elektroner kan högenergisvansen awika från en maxwellfördelad av flera orsaker. Överpopulationer av svansen kan uppstå om elektronerna tillförs energi från elektriska fält och kyls genom coulomb-jon- elektronkollisioner, eftersom sådana kollisioner representeras av tvärsnitt som minskar drastiskt med ökande elektronenergi. Underpopulationer av elektronernas högenergisvans kan uppstå genom joniserings- och excitationskollisioner med neutraler som bara uppträder för energier ovanför tröskelvärden för processen enligt uppfinningen. Även avvikelser från termiska fördelningar av joner förväntas av olika skäl.

Kriterierna Lm/LC s 0,5 och vl/.TA/We s 0,5 är oberoende och kan visas genom att betrakta ett specialfall. Betrakta en /TA med en termisk hastighet um som startar på ett avstånd LC från apparaturens vägg. Diffusionstiden är av Le storleksordningen rdm z Lïê z ( ) (1 + å), där diffusionskoefficientsuttrycket VITA D z LITAuITA/3 har använts, och en funktion har valts som går mot LJunA i det kollisionsfria fallet. Sannolikheten att en /TA stöter på ett korn innan den försvunnit ut till väggen är därför approximativt proportionell mot (1 + SLJLWA). Sannolikheten för upptagning vid en sådan sammanstötning beror på potentialen för kornet och energin och laddningen för ITA. Detta är ett problem som är väl studerat i plasmafysik eftersom det är centralt i både Langmuir-sondteori och i stoftplasma- fysik. Sannolikheten för upptagning är, i intervallet We > lll/WA, approximativt proportionell mot (1 + 4WQ/VWTA). Beroendet av We/ Vl/.TA är kvalitativt lätt att förstå.

Den negativa potentialen för kornen är proportionell mot elektronenergin, i typiska fall av storleksordningen 3kB Tele. Med en given potential är en lågenergi-ITA lättare att attrahera och representeras därför av en större upptagningssannolikhet.

Dessa två mekanismer kan slås ihop i en approximativ ekvation Ekv. 1 för sannolikheten P för att en ITA, som startar på ett avstånd LC från väggen, ska tas upp på ett korn snarare än att försvinna ut till väggarna.

P ”Awppwgning <>< (1 + 3Lc /Lm )(1 + 4we xwnA) (Ekv. 1) Effekten av Ekv.1 illustreras i Figur 1. Kurvorna representerar de ekvivalenta värdena för högerledet i Ekv. 1. Större värden motsvarar effektivare 20 30 13 upptagning av joniserade sputtrade targetatomer på ytan av korn. Varje kurva är markerad med ett värde för Ekv. 1 för den specifika kombinationen av parametrar Lim/LC och l/l/.TA/We. Dessutom illustrerar figuren kriterierna LwA/LC s 0,5 och VVrrA/We 5 0,5- Det framgår tydligt av Figur 1 att uppfàngningssannolikheten för en joniserad sputtrad targetatom pà ytan av ett korn ökar med minskande kvot mellan LrTA och LC liksom med minskande kvot mellan Wmt och We.

I enlighet med en föredragen utföringsform av plasmasputtringsprocessen är processgasatomdensiteten nG och elektrondensiteten ne sålunda sådana att åtminstone ett av följande två kriterier är uppfyllda: l-rrA WrrA LC s 0,5 och W s 0,5 e Minskning av kriteriet Lim/LC ökar uppfàngningsgraden av joniserade targetatomer på ytan av kornen, såsom indikeras i Figur 1. Därför är LfiA/L., företrädesvis lika med eller mindre än 0,4, hellre lika med eller mindre än 0,3.

Vidare ökar uppfàngningsgraden av joniserade targetatomer på ytan av korn med minskad lMTA/We, såsom indikeras i Figur 1. Därför är Vl/wA/We företrädesvis lika med eller mindre än 0,4, hellre lika med eller mindre än 0,3.

Det är uppenbart från Figur 1 att sannolikheten för en sputtrad targetatom på ytan av ett korn, och sålunda produktiviteten, är högst när båda de ovan identifierade kriterierna är uppfyllda.

Processen enligt föreliggande uppfinning kan till exempel användas för att växa partiklar genom att föra in tidigare bildade partiklar eller partikelkärnori processen och utnyttja processen för att deponera sputtrade targetatomer pà ytan av de tidigare bildade partiklarna eller partikelkärnorna. De tidigare bildade partiklarna eller partikelkärnorna kan föras in i plasmasputtringsapparaturen i enlighet med tidigare kända metoder. Det bör påpekas att termen "korn" som används i föreliggande beskrivning i sådant fall avser nämnda tidigare bildade partiklar eller partikelkärnor.

Det är även möjligt att belägga redan bildade partiklar av ett första material med ett andra material genom föreliggande process genom att föra in partiklarna av det första materialet, varvid nämnda partiklar av det första materialet 20 25 30 14 sàlunda utgör korn i föreliggande beskrivning, i processen och använda ett target som innefattar det andra materialet. Det första materialet och det andra materialet kan vara samma material eller kan vara olika material.

Processen enligt föreliggande uppfinning kan även användas för att producera partiklar genom att bilda partikelkärnor in-situ och växa nämnda partikelkärnor för att bilda partiklar.

Vidare är det möjligt att producera partiklar av föreningar, så som oxider, karbider, nitrider eller liknande, genom att föra in en reaktiv gas, eller en gasblandning som innefattar en reaktiv gas, där den reaktiva gasen innefattar ett föreningsbildande grundämne. I föreliggande beskrivning är en reaktiv gas en gas som innefattar åtminstone ett grundämne som kan reagera med ytan av kornen eller ytan av bildade partiklar och sålunda bilda en förening. En reaktiv gas enligt föreliggande beskrivning kan även vara en gas som innefattar ett grundämne som kan reagera med de sputtrade targetatomerna innan de tas upp på kornen. Ifall den reaktiva gasen till exempel är en syreinnehällande gas eller en kväveinnehàllande gas kan den reaktiva gasen även utgöra processgasen och användas för att skapa plasmat.

Den reaktiva gasen, eller gasblandningen som innefattar en reaktiv gas, förs företrädesvis in i plasmaområdet av den plasmagenererande apparaturen för att maximera effekten därav. Det är dock även möjligt att föra in den reaktiva gasen, eller gasblandningen som innefattar den reaktiva gasen, just utanför plasmaområdet, men innan partiklarna tas upp. Detta är ett föredraget alternativ om enbart ytan av partiklarna ska reageras med det reaktiva grundämneti den reaktiva gasen.

Dessutom kan processen naturligtvis även användas för att producera partiklar som innefattar en flerskiktsstruktur.

Sålunda framgår det tydligt av ovanstående att plasmasputtringsprocessen kan användas för att producera skräddarsydda partiklar.

Produktiviteten hos plasmasputtringsprocessen ökar drastiskt med ökande grad av joniserade sputtrade targetatomer. Därför bör energin som matas till plasmat företrädesvis vara tillräcklig för att erhålla en jonisering av åtminstone 20 %, hellre åtminstone 30 %, av de sputtrade targetatomerna. Enligt en särskilt 20 25 30 15 föredragen utföringsform joniseras åtminstone 45 % av de sputtrade targetatomerna i plasmat.

Det finns en mängd möjligheter att erhålla det erforderliga högdensitetsplasmat. Det är allmänt känt att ett högdensitetsplasma kan skapas genom att öka effekten som läggs på plasmat. Ökning av effekten kan dock öka risken att etablera ett tillstànd med elektriskt sammanbrott som skulle kunna leda till en icke önskvärd elektrisk urladdning i apparaturen. Enligt en föredragen utföringsform bildas därför högdensitetsplasmat med användning av matning av pulsad elektrisk effekt, så som en pulsad likström. Den pulsade effekten möjliggör en hög effektmatning i pulsen utan att värma katoden i onödan. Detta är ett resultat av att medeleffekten av urladdningen är låg även om relativt stora effektpulser appliceras periodiskt.

Pulserna appliceras företrädesvis huvudsakligen i form av fyrkantspulser för att maximera den effekt som uppnås av varje puls och säkerställa att tillräcklig effekt appliceras på plasmat under drift. Dock är det även tänkbart att använda en sinusformad puls även om detta är mindre föredraget.

De specifika betingelserna för längden på pulserna, frekvens och effekt bör företrädesvis vara anpassade till materialet och storleken pà katoden, dvs targetet, liksom den plasmagenererande apparaturen som används. Företrädesvis används en frekvens av cirka 200-2000 Hz och längden på varje puls skulle lämpligen kunna vara cirka 10-100 us, företrädesvis cirka 20-70 us. Fackmannen skulle dock enkelt kunna bestämma de specifika parametrarna för ett val av material och storlek på katoden genom rena rutintester.

Som ett exempel enbart, skulle, i det fall en titanhålkatod med en innerdiameter av 5 mm och en längd av 50 mm används, urladdningsströmmen lämpligen kunna vara cirka 40 A, pulsernas längd cirka 20-50 us och repetitionsfrekvensen cirka 600 Hz. Vidare skulle approximativt samma parametrar kunna användas för hålkatoder med samma dimensioner, där hàlkatoden är gjord av molybden eller koppar.

Enligt en föredragen utföringsform utförs processen enligt uppfinningen i ett hàlkatodsystem. Det är allmänt känt att det är möjligt att erhålla plasmer med hög densitet i sådana system. Hàlkatodsystem kan mycket effektivt använda i stort sett alla joner från targetet, vilket sålunda leder till en mycket effektiv process.

Vidare är det också lätt att kontrollera gasflödet igenom ett hálkatodsystem som i 10 20 25 30 16 sin tur möjliggör effektiv processreglering. Till exempel kan storleken på partiklarna enkelt kontrolleras genom gasflödet. Dessutom tillhandahåller ett hàlkatodsystem en process i vilken kornen är omslutna av targetet. En ytterligare fördel med ett hàlkatodsystem är att processen kan utformas att vara en kontinuerlig process. Detta är naturligtvis en fördel framför ett satsvist arbetande system i vilket processen måste stängas av för att avlägsna de bildade partiklarna och där det kan vara svårare att kontrollera uppehàllstiden för kornen inne i plasmat.

En ytterligare fördel med den plasmagenererande hàlkatodapparaturen är att när processgasen flödas igenom hàlkatoden, istället för att skicka in processgasen i apparaturen till exempel från sidan, expanderar processgasen när den lämnar området för hàlkatoden, och sålunda reduceras temperaturen på gasen. Denna effekt främjar bildningen av partiklarna eftersom den automatiskt kyler kornen och de bildade partiklarna.

Dessutom är det möjligt att arrangera ett flertal hålkatodtarget, det ena efter det andra, för att bilda ett hàlkatodtargetsystem. De olika hàlkatoderna i systemet kan till exempel göras av olika material, vilket sålunda möjliggör en plasmasputtringsprocess i vilken partiklar med en flerskiktsstruktur produceras. Ett sådant hàlkatodsystem eliminerar därmed behovet av insamling av partiklarna efter deponering av varje separat skikt och ökar sålunda signifikant produktiviteten av partiklar med flerskiktiga strukturer.

Det är dock självklart för fackmannen att processen enligt uppfinningen även kan utföras i andra typer av system som kan alstra ett plasma med hög densitet. Till exempel kan processen enligt uppfinningen lämpligen utföras med användning av ett magnetronsputtringssystem. Magnetronsputtringssystem använder magnetfält som är formade för att fånga in och koncentrera sekundära elektroner i närheten av targetytan. Magnetfälten ökar densiteten av elektroner och därför ökar plasmadensiteten i ett område som är i närheten av targetytan.

Den ökade plasmadensiteten ökar sputterdeponeringshastigheten.

Plasmasputtringsmagnetronapparaturen kan lämpligen vara en apparatur som använder en separat induktionsspole såsom i induktivt kopplad plasmamagnetronsputtring (lCP-MS) eller en apparatur som använder pulsade urladdningar såsom i högeffektpulsade magnetronsputtringsanordningar (HiPlMS). 20 25 30 17 Detta har tidigare beskrivits i Helmersson m fl, 2006, Thin Solid Films, 513, s 1- 24, vilken inkorporeras häri genom referens.

Processen enligt föreliggande uppfinning kan användas för att producera partiklar som innefattar alla typer av material. Katodmaterial är alla ledande, eller åtminstone halvledande, material, inklusive elektriskt ledande föreningar eller kompositer i vilka åtminstone en av komponenterna i kompositen är elektriskt ledande.

Partiklarna som produceras med hjälp av plasmasputtringsprocessen enligt föreliggande uppfinning kan samlas upp i enlighet med kända tekniker. Till exempel kan partiklarna samlas upp på ett substrat eller genom ett system där partiklarna är suspenderade i en bärargas.

Ifall partiklarna ska samlas upp på ett substrat bör det dock noteras att ett sådant substrat företrädesvis bör vara placerat tillräckligt långt från katoden och plasmat för att tillåta de bildade partiklarna att kylas effektivt innan de samlas upp.

Det lämpliga avståndet beror på den plasmagenererande apparatur som används, materialet av vilket partiklarna bildas, och de specifika parametrarna som valts för processen. Dock kan fackmannen bestämma ett lämpligt avstånd genom rutintester. Om så önskas kan ett flöde av kylgas föras in i apparaturen nedströms plasmat, men uppströms substratet för uppsamling, för att främja avkylningen av partiklarna före uppsamling. Ett exempel på en lämplig kylgas år helium.

Såsom tidigare diskuterats beror de specifika värdena på parametrarna som används i processen på den apparatur som används, dimensionerna därav, och materialet av vilket partiklarna ska produceras. Dock föredras det i de flesta fall att plasmats elektrondensitet ne är åtminstone 10"/m3, företrädesvis åtminstone 1018/m3. I de flesta fall föredras det också att effekten som tillförs katoden är åtminstone 30 000 W/m2, företrädesvis åtminstone 35 000 W/m2.

Dessutom föredras det i de flesta fall att processgasatomdensiteten nG är lika med en processgasatomdensitet av åtminstone 3-102'/m3, företrädesvis åtminstone 1022/m3, för ett fall där den plasmagenererande apparaturen är en hålkatodapparatur i vilken hålkatoden har en innerdiameter av 5 mm (vilket motsvarar ett tryck av cirka 0,1 Torr). De specificerade värdena för processgasatomdensiteten har givits såsom lika med processgasatomdensiteten för ett specifikt fall eftersom de beror på den apparatur som används och dimensionerna därav, och kan sålunda inte specificeras för varje specifikt fall. För 20 25 30 18 en vald apparatur och dimension därav annan än det specificerade fallet ska sålunda värdena pà processgasatomdensiteten räknas om för den apparatur som används och dimensionen därav, så att de svarar mot det ovan specificerade fallet. För en hàlkatod med en innerdiameter av 600 um bör till exempel processgasatomdensiteten företrädesvis vara cirka 3-1024/m3 (vilket motsvarar ett tryck av cirka 100 Torr).

Processen kan användas för att producera partiklar med en storlek inom omrâdet fràn cirka 1 nm till cirka 10 pm, och är särskilt lämplig för nanopartiklar med en storlek av cirka 5 nm till 500 nm.

Partiklarna som produceras med hjälp av plasmasputtringsprocessen kan vara huvudsakligen sfäriska. Dock kan de även ha andra former, så som huvudsakligen ovala eller ha en oregelbunden form, beroende pà materialet av vilket partiklarna produceras och de valda parametrarna som används under processen.

Experimentella resultat- grad av jonisering Titanpartiklar producerades i en plasmasputtringsapparatur som innefattade en vertikalt arrangerad hàlkatod i enlighet med en utföringsform av uppfinningen, med användning av en effektmatning med pulsad likström.

Pulsernas längd sattes till 50 us, och pulserna applicerades med användning av en fyrkantpuls vid en frekvens av 600 Hz. Medeleffektmatningen till hàlkatoden var cirka 72 W. Vidare upprepades processen i samma apparatur med användning av plasma genererad med hjälp av en effektmatning med konstant (icke pulsad) likström, utförd vid cirka 80 W.

I båda fallen användes en hàlkatod av titan med en innerdiameter av 5 mm och en längd av 50 mm. Argon användes sàsom processgas och fördes in i apparaturen fràn sidan av apparaturen och under hàlkatoden. Trycket inne i apparaturen hölls vid cirka 1 Torr under drift med hjälp av reglering av flödet av processgasen in i apparaturen.

För att undersöka jondensiteten i plasmat användes en optisk spektrograf.

Spektra detekterades ovanifrän hàlkatoden och utmed dess geometriska mittaxel.

Figur 2a visar resultatet av processen med användning av pulsad effektmatning, och Figur 2b visar resultatet av processen vid användning av icke pulsad effektmatning. Olika toppar är identifierade i figurerna, i vilka "Till" avser enkelt 20 25 30 19 joniserade titanatomer, "Til" avser exciterade neutrala titanatomer, "Arll" avser enkelt joniserade argonatomer och "Arl" avser exciterade neutrala argonatomer.

Det framgår tydligt av Figur 2a att sputtrade titanatomer joniseras under processen. l den process i vilken en konstant effektmatning användes var dock mängden joniserade titanatomer avsevärt lägre såsom visas i Figur 2b.

Dessutom undersöktes effekten av pulsens längd. Figur 2c visar kvoten mellan joner och neutraler som funktion av pulsernas längd. Linjen betecknad "Ar|l/Ar|" visar kvoten mellan joniserade argonjoner och neutrala argonatomer och linjen betecknad "Til|/TiI" visar kvoten mellan joniserade titanatomer och neutrala titanatomer, när ett pulsat plasma användes. Linjerna betecknade "DC Arll/Arl" respektive "DC Till/Til" visar kvoterna när ett icke pulsat plasma användes.

Figuren visar att kvoten mellan titanjoner och titanneutraler är cirka 1 när en 20 us puls användes, vilket motsvarar en grad av jonisering av cirka 50 %. När det gäller den icke pulsade effektmatningen var dock kvoten mellan joner och neutraler mindre än 0,2, vilket innebär att graden av jonisering av de sputtrade targetatomerna är mindre än cirka 17 %.

Figuren indikerar också att graden av jonisering av sputtrade titanatomer blir något lägre vid användning av längre pulser än 20 us, men graden av jonisering av argonatomerna ökas.

Det bör påpekas att resultaten ovan är relativt grova eftersom det inte är säkert att spektrumen bestämdes där jondensiteten är som högst. Dock illustrerar det tydligt att en signifikant högre grad av jonisering av sputtrade targetatomer är möjlig vid användning av pulsad effektmatning för att skapa plasmat. Dessutom är det tydligt att det är möjligt att erhålla en grad av jonisering av sputtrade titanatomer i storleksordningen 50 %. Detta kommer att leda till ett betydande uppfångningsflöde av sputtrade targetatomer till ytan av kornen.

Experimentella resultat- molybdenpartiklar Partiklar av molybden producerades i en plasmasputtringsapparatur som innefattade en vertikalt arrangerad hàlkatod. Katoden hade en innerdiameter av 5 mm och en längd av 50 mm. Argon användes såsom processgas och flödades igenom hålkatoden. Trycket reglerades vid cirka 1,0 Torr. Plasmat producerades med användning av pulsad effektmatning med en längd på pulserna av 40 um och vid en frekvens av 500 Hz. Medeleffekten var cirka 110 W som erhölls genom att 20 25 30 20 använda en maximal ström av cirka 50 A och en maximal spänning av cirka -640 V.

Partiklarna togs upp på ett Ta-belagt substrat av Si placerat approximativt 10 cm under hålkatoden. En spänning av cirka +30 V applicerades på substratet för att effektivt ta upp partiklarna.

Figur 3a visar ett fotografi av partiklar som erhölls genom processen taget i ett svepelektronmikroskop (SEM) vid en förstoring av 59780 gånger. Diametern av partiklarna varierade från cirka 450 nm till cirka 600 nm. Såsom framgår fràn figuren var partiklarna huvudsakligen sfåriska och hade något ojämna ytor, vilket indikerar att de var bildade vid en relativt låg temperatur.

Figur 3b visar ett motsvarande SEM-fotografi av partiklarna (de ljusa punkterna) vid en förstoring av 1130 gånger. Det framgår tydligt av bilden att partiklarna är väl dispergerade, dvs inte agglomererade, och har en relativt snäv storleksfördelning.

Den fria medelväglångden för de joniserade sputtrade targetatomerna uppskattades teoretiskt till kortare än 1 mm, och kriteriet Lmt/Lc < 0,5 var sålunda uppfylltt med en marginal av åtminstone en faktor 10 vid betraktande av att Lca är lika med volymen av plasmat. Även om den karakteristiska längden LC av apparaturen betraktas vara innerdiametern av katoden skulle kriteriet Lmt/LC < 0,5 vara uppfyllt med en marginal av åtminstone en faktor 2,5. Sålunda år det tydligt att det är möjligt att producera partiklar i enlighet med kriterierna för processen enligt uppfinningen.

I en andra provning producerades molybdenpartiklari principiellt samma apparatur som i den tidigare provningen. Samma längd på pulserna, frekvens, dimension av hàlkatoden, processgas och tryck användes som i den tidigare provningen, och processgasen flödades igenom katoden. Medeleffekten var dock i detta fall 80 W, vilken erhölls genom att använda en maximal ström av cirka 35 A och en maximal spänning av cirka -600 V. En spänning av cirka +40 V applicerades på substratet som användes för att samla upp partiklarna. Dessutom tilläts plasmat i denna andra provning sträcka sig mot närheten av substratet där partiklarna samlades upp, vilket till exempel åstadkommas genom att låta substratet vara den närmaste jordanslutningen till plasmat.

Figur 3c visar ett fotografi taget i transmissionselektronmikroskop (TEM) av en partikel som erhölls i den andra provningen. Den vita linjen i det vänstra 10 20 30 21 undre hörnet illustrerar avståndet 20 nm, vilket sålunda visar att storleken på partikeln var i storleksordningen cirka 200 nm. Figur 3d visar ett SEM-fotografi av partiklarna vid en förstoring av 2510 gånger. Såsom visas i Figurerna 3c och 3d var partiklarna huvudsakligen sfåriska, hade en slät yta och var enkristallina.

Dessutom var partiklarna inte agglomererade och sålunda fint dispergerade.

Vidare observerades en högre koncentration av erhållna partiklar, jämfört med den tidigare provningen.

Jämförelse av partiklarna som visas i Figur 3a med panikeln som visas i Figur 3c visar tydligt att utseendet på partiklarnas yta från de första respektive andra provningarna skiljer sig åt. Detta indikerar att partiklarna i de olika provningarna bildades vid olika temperaturer.

Experimentella resultat - titanpartiklar Partiklar av titan producerades med hjälp av en vertikalt arrangerad plasmagenererande hålkatodapparatur, med användning av en effektmatning med pulsad likström. Pulsernas längd sattes till 30 us, och pulserna applicerades med användning av en fyrkantspuls med en frekvens av 600 Hz. Medeleffektmatningen till hålkatoden var cirka 88 W, applicerad med användning av maximalt cirka 50 A och maximalt cirka -536 V.

Katoden hade en innerdiameter av 5 mm och en längd av 50 mm. Argon användes såsom processgas och fördes in i apparaturen från sidan, under hålkatoden. Trycket reglerades till cirka 1,0 Torr.

Partiklarna samlades upp på ett substrat utan någon spänning applicerad på substratet.

Figur 4a visar ett fotografi taget i transmissionselektronmikroskop (TEM) av en erhållen partikel, och i vilket den vita linjen i det undre vänstra hörnet visar avståndet 50 nm. Figur 4b visar ett motsvarande TEM-fotografi av flera partiklar, och i vilket den vita linjen i det undre vänstra hörnet visar avståndet 5 um.

Partiklarna konstaterades vara enkristaller.

Claims (19)

20 30 22 PATENTKRAV

1. Plasmasputtringsprocess för att producera partiklar, så som partiklar med en storlek mindre än 10 um, varvid processen innefattar - att tillhandahålla ett target i en plasmagenererande apparatur, varvid nämnda apparatur har en karakteristisk längd Le där Le3 är lika med volymen av plasmat som genereras i nämnda apparatur, - att föra in en processgas i nämnda plasmagenererande apparatur och reglera trycket inne l den plasmagenererande apparaturen för att erhålla en processgasatomdensitet nG, - att skapa ett plasma inne i nämnda plasmagenererande apparatur och reglera energin som ges till nämnda plasma för att erhälla en plasmaelektrondensitet ne och en plasmaelektrontemperatur Te, - att sputtra atomer från nämnda target med hjälp av nämnda plasma, - att tillåta de sputtrade atomerna att fångas upp på ytan av korn som finns i nämnda plasmagenererande apparatur och sålunda producera partiklar, i vilken plasmaelektrondensiteten ne och plasmaelektrontemperaturen Te är tillräckliga för att åstadkomma jonisering av åtminstone en del av de sputtrade targetatomerna, vilket sålunda resulterar i ett uppfángningsflöde av joniserade sputtrade targetatomer på ytan av kornen; och i vilken åtminstone ett av följande fyra kriterier är uppfyllda rrrA/(rrm + rNTA) 2 05 LnA/Le s 0,5 WWA/ We 5 0,5 (1 + 3LejL|TA)(1 + 4We/Vl/mt) > 10 där FITA är uppfàngningsflödet av joniserade targetatomer på ytan av korn, FNTA är uppfàngningsflödet av neutrala targetatomer på ytan av korn, L|TA är den fria medelväglängden för de joniserade sputtrade targetatomerna inne i nämnda plasma, IMTA är den kinetiska medelenergin för joniserade sputtrade atomer i nämnda plasma och We är elektronernas kinetiska medelenergi inne i nämnda plasma relaterad till Te genom We = (3/2)kBTe_ 10 20 25 30 23

2. Process enligt krav 1, i vilken I' KFM + FNTA) z 0,66, företrädesvis |TA rrïA/(rrïA + l-NTA) 2 OJO'

3. Process enligt något av föregående krav, i vilken energin som ges till plasmat är tillräcklig för att uppnå jonisering av åtminstone 20 %, företrädesvis åtminstone 30 %, av de sputtrade atomerna i nämnda plasma.

4. Process enligt något av föregående krav, i vilken den plasmagenererande apparaturen åren hålkatodapparatur.

5. Process enligt något av kraven 1 till 3, i vilken den plasmagenererande apparaturen är en magnetronsputtringsapparatur.

6. Process enligt något av föregående krav, i vilken den plasmagenererande apparaturen drivs av en matning av pulsad elektrisk effekt.

7. Process enligt krav 6, i vilken den elektriska effekten huvudsakligen matas i form av fyrkantpulser.

8. Process enligt något av kraven 6 eller 7, i vilken matningen av pulsad elektrisk effekt appliceras med en frekvens av åtminstone 100 Hz, företrädesvis 200-2000 Hz och med en längd på pulserna av åtminstone 5 ps, företrädesvis 10-100 ps.

9. Process enligt något av kraven 5 till 8, i vilken medeleffekten som appliceras på katoden är åtminstone 30 000 W/m2.

10. Process enligt något av föregående krav, i vilken processgasatomdensiteten nG och elektrondensiteten ne år sådana att båda följande kriterier är uppfyllda: 5'LT-^ S 0,5 och iv? 5 0,5. 20 25 30 24

11. Process enligt något av föregående krav, i vilken -L'LT_^ 5 0,4,företrädesvis

12. Process enligt något av föregående krav, i vilken % 5 0,4, företrädesvis 9 -- WrrA < ar -W _ 0,3. 8

13. Process enligt något av föregående krav, i vilken processgasen år en inert gas, en reaktiv gas, en gasblandning av inerta gaser, eller en gasblandning som innefattar åtminstone en reaktiv gas.

14. Process enligt något av föregående krav, i vi|ken nämnda plasma skapas åtminstone delvis av nämnda processgas.

15. Process enligt något av kraven 1 till 14, i vi|ken processgasen år en inert gas och processen vidare innefattar att föra in en reaktiv gas eller en gasblandning som innefattar en reaktiv gas i nämnda plasmagenererande apparatur.

16. Process enligt något av föregående krav, i vilken nämnda korn förs in i nåmnda plasmagenererande apparatur.

17. Process enligt något av kraven 1 till 16, i vilken nämnda korn bildas in-situ i nämnda plasmagenererande apparatur.

18. Process enligt något av föregående krav, i vilken plasmaelektrondensiteten ne är åtminstone 1017/m3.

19. Process enligt något av föregående krav, i vilken processgasatomdensiteten nG är lika med en processgasatomdensitet av åtminstone 3-1 Om/ma för ett fall dår den plasmagenererande apparaturen är en hålkatodapparaturi vilken hålkatoden har en innerdiameter av 5 mm.