Sputtern ist ein Verfahren der Dünnfilmabscheidung, bei dem ein festes Targetmaterial auf die Oberfläche eines Substrats ausgestoßen wird, um eine dünne Beschichtung zu bilden. Ein Sputtersystem ist eine Maschine, in der ein Sputterprozess stattfindet. Es enthält den gesamten Prozess und ermöglicht dem Benutzer die Einstellung von Temperatur, Leistung, Druck, Target und Substratmaterialien.
Sputtern ist als physikalische Gasphasenabscheidung bekannt, da der Dünnfilm durch physikalische Mittel und nicht durch chemische Reaktionen gebildet wird. In einem Sputtersystem enthält eine Vakuumkammer das Targetmaterial, eine Stromquelle und ein Gasplasma. Das Gas, das normalerweise ein Edelgas wie Argon ist, wird mit sehr niedrigem Druck in die Kammer eingebracht, um den Prozess zu starten.
Die Stromquelle erzeugt Elektronen, die das Gasplasma bombardieren, und diese Elektronen stoßen andere im Gas vorhandene Elektronen weg. Dadurch ionisiert das Gas und bildet positive Ionen, sogenannte Kationen. Diese Kationen wiederum bombardieren das Zielmaterial und stoßen kleine Stücke davon ab, die durch die Kammer wandern und sich auf dem Substrat ablagern. In der Kammer der Sputteranlage lässt sich der Prozess problemlos fortführen, da bei der Ionisierung des Gasplasmas zusätzliche Elektronen freigesetzt werden.
Sputtersysteme variieren in Bezug auf Struktur, Stromquelle, Größe und Preis. Die Ausrichtung des Zielmaterials und des Substrats ist für jede Maschine spezifisch. Einige Systeme werden dem Zielmaterial parallel zur Oberfläche des Substrats gegenüberliegen, während andere eine der beiden Oberflächen neigen, um ein anderes Abscheidungsmuster zu bilden. Konfokales Sputtern zum Beispiel richtet mehrere Einheiten von Targetmaterial in einem Kreis aus, der auf einen Brennpunkt zeigt. Das Substrat in dieser Art von System kann dann für eine gleichmäßigere Abscheidung gedreht werden.
Die Stromquelle variiert auch, da bestimmte Systeme Gleichstrom (DC) verwenden, während andere Hochfrequenz (RF) verwenden. Eine Art von Sputtersystem, bekannt als Magnetron-Sputtern, umfasst auch Magnete, um die freien Elektronen zu stabilisieren und die Dünnfilmabscheidung auszugleichen. Diese Verfahren verleihen dem Sputtersystem unterschiedliche Qualitäten bezüglich Temperatur und Abscheidungsgeschwindigkeit.
Sputtersysteme reichen von Desktop-Systemen bis hin zu großen Maschinen, die größer als ein Kühlschrank sind. Auch die Innenkammer variiert in der Größe, ist aber im Allgemeinen viel kleiner als die Maschine selbst; die meisten Kammern haben einen Durchmesser von weniger als 1 Yard (etwa 1 Meter). Die Kosten für ein Sputtersystem reichen von weniger als 20,000 US-Dollar (USD) bis zu 650,000 US-Dollar für ein neues oder kundenspezifisches System.