Características dos sistemas de pulverização catódica em linha

Um sistema de pulverização catódica PVD "em linha" é aquele em que os substratos passam linearmente sob um ou mais cátodos de pulverização catódica para adquirir seu revestimento de película fina. Normalmente, os substratos são carregados em um transportador ou palete para facilitar esse movimento, e alguns sistemas menores lidam com apenas um palete por lote. Sistemas maiores podem ter a capacidade de manusear múltiplos paletes através do uso de manipuladores de paletes de estação final que enviam e recebem um palete após o outro em um comboio contínuo que passa pelo subsistema de transporte, a ponta de cada um seguindo atrás da cauda do anterior.

A configuração comum e menos complexa é ter os paletes e os cátodos horizontais com os cátodos na parte superior e os substratos na parte inferior em uma orientação de pulverização catódica para baixo. Neste modo, a gravidade é normalmente a única coisa que mantém os substratos nas paletes, e também a única coisa que segura as paletes no mecanismo de transporte, que podem ser apenas correntes que correm ao longo dos trilhos laterais através da câmara de vácuo.

Esse arranjo horizontal também pode ser feito com cátodos na parte inferior e substratos na parte superior para uma orientação de pulverização catódica, mas obviamente isso complica um pouco o ferramental, exigindo agora meios mecânicos para manter os substratos no lugar para que não caiam. Para revestimento unilateral, esta não é uma configuração muito comum, mas às vezes é feita para revestimento dupla face, com cátodos acima e abaixo dos paletes. As paletes, neste caso, têm aberturas apropriadas para segurar os substratos, de modo que os lados inferiores possam receber o revestimento por pulverização catódica do cátodo inferior, ao mesmo tempo que o lado superior recebe o revestimento por pulverização catódica do cátodo superior.

Mas a horizontal tem uma desvantagem em termos de partículas. No modo sputter down, as partículas geradas dentro da câmara podem facilmente pousar nos substratos e ficar embutidas no filme - e isso certamente acontecerá. Os sistemas de deposição são um tanto auto-contaminantes, com o material chegando a outros lugares além dos substratos. O maior problema de manutenção de rotina é manter as coisas limpas. Na orientação de pulverização catódica, essas partículas não atingem os substratos, mas podem pousar nos alvos e serem novamente pulverizadas. Máquina de revestimento a vácuo de filmes finos de papel e alumínio

Portanto, para um melhor ambiente particulado, existe também a opção de orientação vertical para pulverização catódica lateral. Tanto os cátodos como os paletes são verticais e a deposição é lateral. O sistema de ferramentas e transporte torna-se substancialmente mais complexo para manter os substratos na palete e também manusear a palete nessa orientação, mas é muito menos provável que as partículas caiam no cátodo ou no substrato.

Em qualquer uma dessas configurações, todos os vários tipos de cátodos podem ser usados, sendo os Magnetrons geralmente os mais populares, sejam planos ou inseridos. E a energia pode ser de qualquer um dos vários tipos disponíveis, como RF, MFAC, DC ou DC pulsada, conforme desejado para a aplicação. Estágios opcionais, como Sputter Etch, Heat ou Ion Sources, também podem ser acomodados, e toda a gama de instrumentação e controles está disponível para revestimentos metálicos/condutivos, dielétricos, revestimentos ópticos ou outras aplicações de pulverização catódica.

Embora seja possível utilizar outros tipos, alguns dos cátodos em tais sistemas são retangulares. Como regra, o eixo longo do cátodo retangular está atravessando a câmara e o eixo curto está ao longo da direção do deslocamento do palete. E, embora seja possível configurar cátodos para revestimento intencionalmente não uniforme, a grande maioria dos usuários deseja que seus substratos sejam revestidos uniformemente. Num sistema em linha como estamos discutindo, a uniformidade na direção do deslocamento do palete depende da estabilidade da potência do cátodo e da pressão da câmara/mistura de gás, juntamente com a estabilidade da velocidade de transporte e, finalmente, do início/parada. posições à frente e atrás da zona de deposição.

Para um único palete, ou para o último palete em uma corrida contínua de ponta a ponta, a posição inicial (bem como a posição de parada) deve estar distante o suficiente diretamente abaixo do alvo para evitar o acúmulo de deposição não planejada durante qualquer pré-sputter período de estabilização, antes de iniciar a varredura. Quaisquer inícios, paradas ou inversões da direção da varredura devem ocorrer fora da zona de deposição real e a varredura deve ser constante e ininterrupta através da zona de deposição. As varreduras podem ser feitas em uma única passagem em qualquer direção ou podem ser feitas para frente e para trás para formar revestimentos mais espessos.

Sistemas de três e quatro alvos são bastante comuns e o comprimento da câmara pode ser aumentado para acomodar fontes adicionais conforme necessário. Com fontes de alimentação suficientes, vários alvos podem ser usados ​​simultaneamente em uma única passagem. Com diferentes materiais alvo nos cátodos, múltiplas camadas podem ser depositadas em uma única passagem, ou com alvos duplicados, revestimentos mais espessos podem ser obtidos em uma única passagem.

A uniformidade no outro eixo, perpendicular à direção de varredura do palete, é determinada pelo desempenho do cátodo, incluindo, especialmente para pulverização catódica reativa, possíveis problemas de distribuição de gás. Com os Magnetrons, o posicionamento e a força dos ímãs podem afetar tanto a utilização do alvo quanto a uniformidade inerente, e normalmente há uma compensação entre esses dois aspectos. Ao longo do centro do comprimento do alvo, tanto a uniformidade quanto a utilização são normalmente muito boas, mas nas extremidades, onde o caminho de erosão da "pista de corrida" gira, a taxa de deposição e a espessura do filme resultante cairão, a menos que os ímãs sejam ajustados para compensar. mas se isso for feito, o canal de erosão fica mais profundo e isso reduz a utilização do alvo (a percentagem da massa total do alvo que pode ser pulverizada antes que o ponto de erosão mais profundo chegue à placa de suporte).

O processamento ponta a ponta nos sistemas maiores de múltiplas paletes também é bastante benéfico para a utilização do material alvo em termos de obter mais em seus substratos e menos em blindagens e outras peças da câmara. Em um sistema de palete único, o palete principal é o único palete e, ao sair da zona de deposição, deve continuar a varredura até que a borda de fuga - a cauda - esteja totalmente para fora, com o alvo ainda queimando o tempo todo , o que efetivamente desperdiça parte do material alvo.

Na abordagem ponta-a-cauda, ​​há apenas um pequeno espaço entre uma ponta e a próxima ponta e então o material vai novamente para um palete "vivo" cheio de substratos, com um novo palete entrando quando o palete sai da zona de deposição. Existem muitas variáveis ​​que podem afetar esse número, mas, como regra geral, a abordagem da ponta à cauda pode ser quase duas vezes mais eficiente no uso de material do que o palete único.

No extremo da versatilidade, a adição de válvulas de fenda para isolar seções de processo, combinada com controle de automação sofisticado, pode tornar possível operar diferentes seções simultaneamente com diferentes ambientes de gás (pressão e mistura de gases), talvez pulverização catódica direta de uma camada em um palete na seção um, enquanto simultaneamente pulveriza de forma reativa uma camada diferente em outro palete em uma seção isolada separada. Os sistemas de pulverização catódica em linha podem ser personalizados para acomodar uma ampla gama de requisitos de processo e tamanhos de substrato.