¿Qué son los magnetrones planos en los recubrimientos PVD?

El magnetrón plano es, en esencia, un cátodo de pulverización catódica en modo "diodo" clásico con la adición de una matriz de imanes permanentes detrás del cátodo. Este conjunto de imanes está dispuesto de manera que el campo magnético es normal al campo eléctrico en un camino cerrado y forma un "túnel" límite que atrapa electrones. Máquina de recubrimiento de instrumentos médicos cerca de la superficie del objetivo. Esta captura de electrones mejora la eficiencia de la formación de iones de gas y limita el plasma de descarga, lo que permite una corriente más alta a una presión de gas más baja y logra una tasa de deposición por pulverización catódica más alta para los recubrimientos PVD (deposición física de vapor).

Se han utilizado varias formas diferentes de cátodo/objetivo de pulverización catódica de magnetrón, pero las más comunes son circulares y rectangulares. Los magnetrones rectangulares se encuentran a menudo en sistemas de pulverización catódica con magnetrones en línea a mayor escala, donde los sustratos escanean linealmente más allá de los objetivos en algún tipo de cinta transportadora o transportador. Los magnetrones circulares se encuentran más comúnmente en sistemas confocales por lotes de menor escala o en estaciones de oblea única en herramientas de grupo.

Aunque se pueden hacer patrones más complejos, los cátodos, incluidos prácticamente todos los circulares y rectangulares, tienen un patrón magnético concéntrico simple en el que el centro es un polo y el perímetro es el opuesto. Para el magnetrón circular, esto sería un imán redondo relativamente pequeño en el centro y un imán anular de polaridad opuesta alrededor del exterior con un espacio en el medio.

Para el magnetrón rectangular, el central es normalmente una barra a lo largo del eje largo (pero menos que la longitud total) con una "cerca" rectangular de polaridad opuesta a su alrededor con un espacio en el medio. El espacio es donde estará el plasma, un anillo circular en el magnetrón circular o una "pista de carreras" alargada en el rectangular. Tenga en cuenta que, especialmente en cátodos más grandes, los imanes pueden ser varios segmentos individuales en lugar de una pieza sólida.
Como el material de recubrimiento del cátodo objetivo se utiliza en PVD y el material se desprende, podrá ver estos patrones de erosión característicos en la cara del objetivo. De hecho, en caso de cualquier problema con el imán, como faltante, desalineado o al revés, la ruta de erosión será anormal y esto puede ser una buena indicación de diagnóstico de tales problemas dentro de su cátodo de pulverización catódica con magnetrón.

La orientación de los polos de los imanes individuales debe ser tal que se forme un polo en el centro y el polo opuesto en el perímetro. Hay un par de formas de hacer esto. Lo común es instalar los polos norte/sur de los imanes perpendiculares al plano del objetivo, un polo hacia el objetivo y el otro extremo (el extremo "libre"/polo opuesto) unido magnéticamente a los otros imanes mediante una placa polar hecha de material magnético (normalmente ferroso).
El circuito magnético completo es, por tanto, un polo norte abierto de un imán (o una cadena de imanes individuales si no es una sola pieza) con su polo sur opuesto acoplado por el material magnético al polo norte de otro, cuyo polo sur está entonces abierto. Estos dos extremos abiertos magnéticamente opuestos miran hacia el objetivo y el campo magnético resultante se arquea sobre la superficie del objetivo para formar el túnel de concentración de plasma que atrapa electrones.
Tenga en cuenta que el magnetrón PVD funciona con cualquier alineación magnética: el centro puede estar al norte y el perímetro puede estar al sur, o viceversa. Sin embargo, en los sistemas Planar Magnetron Sputtering, hay múltiples cátodos bastante próximos entre sí, y no es deseable que se formen campos dispersos de norte a sur entre los objetivos.
Esos campos magnéticos N/S Magnetron solo deben estar en las caras de los objetivos, formando allí los túneles magnéticos deseados. Por esta razón, es totalmente deseable asegurarse de que todos los cátodos de un sistema estén alineados de la misma manera, ya sea todos al norte en sus perímetros o todos al sur en sus perímetros. Y para instalaciones con múltiples sistemas de pulverización catódica, también es deseable hacerlos todos iguales para que los cátodos puedan intercambiarse de manera segura entre los sistemas sin preocuparse por la alineación de los imanes.