Características de los sistemas de pulverización catódica en línea

Un sistema de pulverización catódica PVD "en línea" es aquel en el que los sustratos pasan linealmente debajo de uno o más cátodos de pulverización catódica para adquirir su recubrimiento de película delgada. Normalmente, los sustratos se cargan en un transportador o paleta para facilitar este movimiento, y algunos sistemas más pequeños manejan solo una paleta por lote. Los sistemas más grandes pueden tener la capacidad de manejar múltiples paletas mediante el uso de manipuladores de paletas en estaciones finales que envían y reciben una paleta tras otra en un convoy continuo que pasa a través del subsistema de transporte, la punta de cada una sigue detrás de la cola del anterior.

La configuración común, y menos compleja, es tener las paletas y los cátodos horizontales con los cátodos en la parte superior y los sustratos en la parte inferior en una orientación de pulverización hacia abajo. En este modo, la gravedad suele ser lo único que sujeta los sustratos a las paletas, y también lo único que sujeta las paletas al mecanismo de transporte, que puede ser simplemente cadenas que corren a lo largo de los rieles laterales a través de la cámara de vacío.

Esa disposición horizontal también se puede hacer con cátodos en la parte inferior y sustratos en la parte superior para una orientación de pulverización hacia arriba, pero obviamente esto complica un poco las herramientas, requiriendo ahora medios mecánicos para mantener los sustratos en su lugar para que no se caigan. Para el recubrimiento de una sola cara, esta no es una configuración muy común, pero a veces se realiza para el recubrimiento de doble cara, con cátodos tanto encima como debajo de las paletas. En este caso, las paletas tienen aberturas apropiadas para sujetar los sustratos de modo que los lados inferiores puedan recibir el recubrimiento por pulverización catódica desde el cátodo inferior al mismo tiempo que el lado superior recibe el recubrimiento por pulverización catódica desde el cátodo superior.

Pero la horizontal tiene una desventaja en términos de partículas. En el modo de pulverización catódica, las partículas que se generan dentro de la cámara pueden aterrizar fácilmente en los sustratos y quedar incrustadas en la película, y eso seguramente ocurrirá. Los sistemas de deposición son algo autocontaminantes y el material llega a otros lugares además de los sustratos. El mayor problema de mantenimiento de rutina es mantener las cosas limpias. En la orientación de pulverización catódica, esas partículas no llegan a los sustratos, pero pueden aterrizar en los objetivos y volver a pulverizarse. Máquina de recubrimiento al vacío de películas finas de aluminio y papel

Entonces, para un mejor ambiente de partículas, también existe la opción de orientación vertical para pulverización lateral. Tanto los cátodos como las paletas son verticales y la deposición es lateral. El sistema de herramientas y transporte se vuelve sustancialmente más complejo para mantener los sustratos en la plataforma y también manipular la plataforma en esa orientación, pero es mucho menos probable que las partículas caigan sobre el cátodo o el sustrato.

En cualquiera de estas configuraciones, se pueden utilizar todos los distintos tipos de cátodos, siendo generalmente los magnetrones los más populares, ya sean planos o insertados. Y la energía puede ser cualquiera de los distintos tipos disponibles, como RF, MFAC, CC o CC pulsada, según se desee para la aplicación. También se pueden acomodar etapas opcionales como fuentes de iones, calor o grabado por pulverización, y la gama completa de instrumentación y controles está disponible para recubrimientos metálicos/conductores, dieléctricos, recubrimientos ópticos u otras aplicaciones de pulverización.

Aunque es posible utilizar otros tipos, los cátodos en tales sistemas son rectangulares. Como regla general, el eje largo del cátodo rectangular está a través de la cámara y el eje corto está a lo largo de la dirección de desplazamiento de la paleta. Y, aunque es posible configurar cátodos para un recubrimiento intencionalmente no uniforme, la gran mayoría de los usuarios desean que sus sustratos estén recubiertos uniformemente. En un sistema en línea como el que estamos comentando, la uniformidad en la dirección de desplazamiento de la paleta depende de la estabilidad de la potencia del cátodo y de la mezcla de presión/gas de la cámara, junto con la estabilidad de la velocidad de transporte y, finalmente, del arranque/parada. posiciones delante y detrás de la zona de deposición.

Para una sola paleta, o para la última paleta en un recorrido continuo de punta a cola, la posición inicial (así como la posición de parada) debe estar lo suficientemente alejada directamente debajo del objetivo para evitar la acumulación de deposiciones no planificadas durante cualquier pre-sputter. período de estabilización, antes de iniciar la exploración. Cualquier inicio, parada o inversión de la dirección del escaneo debe tener lugar fuera de la zona de deposición real y el escaneo debe ser constante e ininterrumpido a lo largo de la zona de deposición. Los escaneos pueden realizarse en una sola pasada en cualquier dirección o pueden realizarse de ida y vuelta para crear recubrimientos más gruesos.

Los sistemas de tres y cuatro objetivos son bastante comunes y la longitud de la cámara se puede aumentar para acomodar fuentes adicionales según sea necesario. Con suficientes fuentes de alimentación, se pueden utilizar varios objetivos simultáneamente en una sola pasada. Con diferentes materiales objetivo en los cátodos, se pueden depositar múltiples capas en una sola pasada, o con objetivos duplicados, se pueden lograr recubrimientos más gruesos en una sola pasada.

La uniformidad en el otro eje, perpendicular a la dirección de escaneo de la paleta, está determinada por el rendimiento del cátodo, incluidos, especialmente para la pulverización reactiva, los posibles problemas de distribución de gas. Con los magnetrones, la ubicación y la fuerza de los imanes pueden afectar tanto la utilización del objetivo como la uniformidad inherente, y normalmente existe una compensación entre esos dos aspectos. A lo largo del centro de la longitud del objetivo, tanto la uniformidad como la utilización son normalmente bastante buenas, pero en los extremos, donde la ruta de erosión en forma de "pista de carreras" gira, la tasa de deposición y el espesor de la película resultante disminuirán a menos que se ajusten los imanes para compensar. pero si se hace eso, el canal de erosión se vuelve más profundo allí y eso reduce la utilización del objetivo (el porcentaje de la masa total del objetivo que se puede eliminar antes de que el punto de erosión más profundo llegue a la placa de respaldo).

El procesamiento de punta a cola en los sistemas de múltiples paletas más grandes también es bastante beneficioso para la utilización del material objetivo en términos de obtener más sustratos y menos protectores y otras partes de la cámara. En un sistema de paleta única, la paleta principal es la única y, a medida que abandona la zona de deposición, debe continuar escaneando hasta que el borde de salida (la cola) esté completamente afuera, con el objetivo aún ardiendo todo el tiempo. , lo que efectivamente desperdicia parte del material objetivo.

En el enfoque de punta a cola, solo hay un espacio corto entre una cola y la siguiente punta y luego el material vuelve a pasar a una paleta "viva" llena de sustratos, con una nueva paleta entrando a medida que la paleta sale de la zona de deposición. Hay muchas variables que pueden afectar este número, pero como regla general, el enfoque de punta a cola puede ser casi dos veces más eficiente en el uso de material que la paleta única.

En el extremo superior de la versatilidad, la adición de válvulas de hendidura para aislar las secciones del proceso, combinadas con un sofisticado control de automatización, puede hacer posible operar diferentes secciones simultáneamente con diferentes ambientes de gas (presión y mezcla de gases), tal vez dirigiendo la pulverización catódica de una capa sobre otra. palet en la sección uno, mientras simultáneamente pulveriza reactivamente una capa diferente en otro palet en una sección aislada separada. Los sistemas de pulverización catódica en línea se pueden personalizar para adaptarse a una amplia gama de requisitos de proceso y tamaños de sustrato.