O que são magnetrons planares em revestimentos PVD?

O Planar Magnetron é, em essência, um cátodo de pulverização catódica clássico no modo "diodo" com a adição de um conjunto de ímãs permanentes atrás do cátodo. Este conjunto magnético é organizado de modo que o campo magnético seja normal ao campo elétrico em um caminho fechado e forma um "túnel" limite que retém os elétrons. Máquina de revestimento de instrumentos médicos perto da superfície do alvo. Essa captura de elétrons melhora a eficiência da formação de íons gasosos e restringe o plasma de descarga, permitindo corrente mais alta com pressão de gás mais baixa e alcança uma taxa de deposição por pulverização catódica mais alta para revestimentos PVD (Deposição Física de Vapor).

Vários formatos diferentes de cátodo/alvo de Magnetron Sputtering foram usados, mas os comuns são circulares e retangulares. Magnetrons retangulares são freqüentemente encontrados em sistemas de pulverização catódica de magnetron em linha de maior escala, onde os substratos passam linearmente pelos alvos em alguma forma de correia transportadora ou transportador. Magnetrons circulares são mais comumente encontrados em sistemas de lote confocal de menor escala ou em estações de wafer únicas em ferramentas de cluster.

Embora padrões mais complexos possam ser feitos, os cátodos - incluindo praticamente todos os circulares e retangulares - têm um padrão magnético concêntrico simples, com o centro sendo um pólo e o perímetro o oposto. Para o Magnetron circular, este seria um ímã redondo relativamente pequeno no centro e um ímã anular de polaridade oposta ao redor do lado de fora com uma lacuna entre eles.

Para o Magnetron retangular, o centro é normalmente uma barra ao longo do eixo longo (mas menor que o comprimento total) com uma "cerca" retangular de polaridade oposta em toda a volta com um espaço entre eles. A lacuna é onde o plasma estará, um anel circular no Magnetron circular ou uma “pista de corrida” alongada no retangular. Observe que, especialmente em cátodos maiores, os ímãs podem ser vários segmentos individuais em vez de uma peça sólida.
Como o material de revestimento do cátodo alvo é usado em PVD e o material é pulverizado, você poderá ver esses padrões de erosão característicos na face alvo. Na verdade, no caso de qualquer problema com o ímã, como falta, desalinhamento ou cabeça para baixo, o caminho da erosão será anormal e isso pode ser uma boa indicação de diagnóstico de tais problemas no cátodo de pulverização catódica do Magnetron.

A orientação dos pólos dos ímãs individuais deve ser tal que um pólo seja formado no centro e o pólo oposto no perímetro. Existem algumas maneiras de fazer isso. O comum é instalar os pólos norte/sul dos ímãs perpendiculares ao plano do alvo, um pólo voltado para o alvo e a outra extremidade - a extremidade "livre"/pólo oposto - ligada magneticamente aos outros ímãs por uma placa polar feita de material magnético (normalmente ferroso).
O circuito magnético completo é, portanto, um pólo norte aberto de um ímã (ou uma cadeia de ímãs individuais, se não uma peça) com seu pólo sul oposto acoplado pelo material magnético ao pólo norte de outro, cujo pólo sul é então aberto. Essas duas extremidades abertas magneticamente opostas estão voltadas para o alvo e o campo magnético resultante arqueia-se acima da superfície do alvo para formar o túnel de concentração de plasma e captura de elétrons.
Observe que o PVD Magnetron funciona com alinhamento magnético - o centro pode ser o norte e o perímetro pode ser o sul, ou vice-versa. No entanto, em sistemas Planar Magnetron Sputtering, existem vários cátodos bastante próximos uns dos outros, e você não deseja campos dispersos norte/sul formados entre os alvos.
Esses campos magnéticos N/S Magnetron deveriam estar apenas nas faces dos alvos, formando ali os túneis magnéticos desejados. Por esta razão, é inteiramente desejável certificar-se de que todos os cátodos de um sistema estejam alinhados da mesma maneira, seja todos ao norte em seus perímetros, ou todos ao sul em seus perímetros. E para instalações com múltiplos sistemas de pulverização catódica, é igualmente desejável torná-los todos iguais para que os cátodos possam ser trocados com segurança entre os sistemas sem se preocupar com o alinhamento do ímã.