Investigación sobre la tecnología de pulverización catódica con magnetrones

1 chisporrotear variable

1.1 Voltaje y Potencia

Si el voltaje aplicado se cambia dentro del rango de presión donde el gas puede ionizarse, la impedancia del plasma en el circuito cambiará en consecuencia, provocando que cambie la corriente en el gas. Cambiar la corriente en el gas puede crear más o menos iones que golpean el objetivo para controlar la velocidad de pulverización.

En general: aumentar el voltaje aumenta la tasa de ionización. Esto aumentará la corriente, por lo que provocará una caída en la impedancia. Cuando se aumenta el voltaje, la disminución de la impedancia aumentará considerablemente la corriente, es decir, la potencia aumentará considerablemente. Si la presión del gas es constante y la velocidad a la que se mueve el sustrato bajo la fuente de pulverización catódica es constante, entonces la cantidad de material depositado sobre el sustrato está determinada por la potencia aplicada al circuito. En el rango utilizado en los productos recubiertos de VONARDENNE, existe una relación lineal entre el aumento de potencia y el aumento de la velocidad de pulverización.

1.2 Entorno gaseoso

El sistema de vacío y el sistema de gas de proceso controlan juntos el entorno del gas.

Primero, una bomba de vacío atrae el cuerpo de la cámara a un alto vacío (aproximadamente 10 torr). Luego, el sistema de gas de proceso (incluidos los reguladores de control de flujo y presión) carga el gas de proceso para reducir la presión del gas a aproximadamente 2X10-3torr. Para garantizar la calidad adecuada de la misma película, el gas de proceso debe tener una pureza del 99,995%. En la pulverización catódica reactiva, mezclar una pequeña cantidad de un gas inerte (por ejemplo, argón) en el gas reactivo puede aumentar la velocidad de pulverización.

1.3 Presión de gas

Reducir la presión del gas hasta cierto punto aumenta el camino libre medio de los iones, lo que a su vez permite que más iones golpeen el cátodo con suficiente energía para bombardear las partículas, es decir, aumentar la velocidad de pulverización. Más allá de este punto, la cantidad de ionización disminuye debido a que participan muy pocas moléculas en la colisión, lo que resulta en una disminución en la tasa de pulverización. Si la presión del gas es demasiado baja, el plasma se extingue y se detiene la chisporroteo. El aumento de la presión del gas aumenta la tasa de ionización, pero también reduce el camino libre medio de los átomos pulverizados, lo que también reduce la tasa de pulverización. El rango de presión del gas en el que se puede obtener la tasa máxima de deposición es muy estrecho. Si se realiza pulverización catódica reactiva, dado que se consume continuamente, se debe reponer nueva pulverización catódica reactiva a una velocidad adecuada para mantener una velocidad de deposición uniforme.

1.4 Velocidad de transmisión

El movimiento del sustrato de vidrio debajo del cátodo se realiza mediante un accionamiento. La baja velocidad de accionamiento permite que el vidrio pase más tiempo en el rango del cátodo, lo que permite depositar capas más gruesas. Sin embargo, para garantizar la uniformidad de la capa de película, la velocidad de transmisión debe mantenerse constante.

Las velocidades de transmisión típicas en el área de recubrimiento varían de 0 a 600 pulgadas por minuto (aproximadamente de 0 a 15,24 metros). El rango operativo típico es de 90 a 400 pulgadas por minuto (aproximadamente 2,286 a 10,16 metros), dependiendo del material de recubrimiento, la potencia, la cantidad de cátodos y el tipo de recubrimiento.

1.5 Distancia y velocidad y adherencia

Para obtener la máxima tasa de deposición y una mejor adhesión de la película, el sustrato debe colocarse lo más cerca posible del cátodo sin dañar la descarga luminosa. Los caminos libres medios de las partículas pulverizadas y de las moléculas de gas (e iones) también desempeñan un papel. A medida que aumenta la distancia entre el sustrato y el cátodo, aumenta la probabilidad de colisiones, de modo que disminuye la capacidad de las partículas pulverizadas para alcanzar el sustrato. Por lo tanto, para obtener la máxima tasa de deposición y una mejor adhesión, el sustrato debe colocarse lo más cerca posible del cátodo.

2 parámetros del sistema

El proceso se ve afectado por muchos parámetros. Algunos de ellos pueden modificarse y controlarse durante la operación del proceso; mientras que otros, aunque fijos, generalmente pueden controlarse dentro de un cierto rango antes de la operación del proceso. Dos parámetros fijos importantes son: estructura objetivo y campo magnético.

2.1 Estructura objetivo

Cada objetivo individual tiene su propia estructura interna y orientación de partículas. Debido a diferencias en la estructura interna, dos objetivos que parecen idénticos pueden exhibir tasas de pulverización muy diferentes. Esto debería tenerse especialmente en cuenta en operaciones de recubrimiento donde se utilizan objetivos nuevos o diferentes. Si todos los bloques objetivo tienen una estructura similar durante el procesamiento, ajustar la fuente de alimentación, aumentando o disminuyendo la potencia según sea necesario, puede compensarlo. Dentro de un conjunto de objetivos, también se producen diferentes velocidades de pulverización debido a las diferentes estructuras de las partículas. El proceso de mecanizado puede causar diferencias en la estructura interna del objetivo, por lo que incluso los objetivos de la misma composición de aleación tendrán diferencias en las tasas de pulverización.

Asimismo, parámetros como la estructura cristalina, la estructura del grano, la dureza, la tensión y las impurezas del bloque objetivo pueden afectar la velocidad de pulverización, lo que puede dar como resultado defectos en forma de rayas en el producto. Esto también requiere atención durante el recubrimiento. Sin embargo, esta situación sólo puede resolverse reemplazando el objetivo.

La propia zona de agotamiento objetivo también provoca tasas de pulverización catódica relativamente bajas. En este momento, para obtener una buena capa de película, se debe reajustar la potencia o velocidad de transmisión. Debido a que la velocidad es crítica para un producto, el ajuste estándar y apropiado es aumentar la potencia.

2.2 Campo magnético

El campo magnético utilizado para atrapar los electrones secundarios debe ser consistente en toda la superficie del objetivo y la intensidad del campo magnético debe ser apropiada. Los campos magnéticos no uniformes producen capas no uniformes. Si la intensidad del campo magnético no es adecuada (por ejemplo, demasiado baja), incluso la misma intensidad del campo magnético dará como resultado velocidades de deposición de película lentas y posible chisporroteo en la cabeza del perno. Esto puede contaminar la membrana. Si la intensidad del campo magnético es demasiado alta, la tasa de deposición puede ser muy alta al principio, pero esta tasa caerá rápidamente a un nivel muy bajo debido al área grabada. Asimismo, esta área grabada también da como resultado una tasa de utilización objetivo más baja.

2.3 Parámetros variables

Durante el proceso de pulverización catódica, se puede realizar un control dinámico del proceso cambiando estos parámetros. Estos parámetros variables incluyen: potencia, velocidad, tipo de gas y presión.

3.1 Poder

Cada cátodo tiene su propia fuente de energía. Dependiendo del tamaño del cátodo y del diseño del sistema, la potencia puede variar de 0 a 150 KW (nominal). La fuente de alimentación es una fuente de corriente constante. En el modo de control de potencia, la potencia se fija mientras se monitorea el voltaje y la potencia constante se mantiene cambiando la corriente de salida. En el modo de control de corriente, la corriente de salida es fija y monitoreada, mientras que el voltaje se puede ajustar. Cuanto mayor sea la potencia aplicada, mayor será la tasa de deposición.

3.2 Velocidad

Otra variable es la velocidad. Para recubridores de un solo extremo, la velocidad de transmisión de la zona de recubrimiento se puede seleccionar de 0 a 600 pulgadas por minuto (aproximadamente de 0 a 15,24 metros). Para recubridores de doble extremo, la velocidad de transmisión de la zona de recubrimiento se puede seleccionar de 0 a 200 pulgadas por minuto (aproximadamente de 0 a 5,08 metros). A una velocidad de pulverización determinada, velocidades de accionamiento más bajas indican películas más gruesas depositadas.

3.3 gases

La última variable es el gas. Se pueden seleccionar dos de los tres gases para su uso como gas principal y gas auxiliar. Entre ellos, también se puede ajustar la proporción de dos cualesquiera. La presión del gas se puede controlar entre 1 ~ 5X 10-3torr.

3.4 Relación entre cátodo/sustrato

En la máquina de recubrimiento de vidrio curvo, otro parámetro que se puede ajustar es la distancia entre el cátodo y el sustrato. No hay cátodos ajustables en los recubridores de vidrio plano.

Máquina de recubrimiento por evaporación térmica y pulverización catódica con magnetrón