Особенности встроенных систем распыления

Система напыления PVD «в линию» - это система, в которой подложки линейно проходят под одним или несколькими катодами для распыления, чтобы получить тонкопленочное покрытие. Обычно подложки загружаются на носитель или поддон, чтобы облегчить это движение, а некоторые более мелкие системы обрабатывают только один поддон за цикл. Более крупные системы могут иметь возможность обработки нескольких поддонов за счет использования обработчиков поддонов на конечных станциях, которые отправляют и получают один поддон за другим в непрерывной колонне, проходящей через транспортную подсистему, причем кончик каждого следует за хвостом предыдущего.

Наиболее распространенная и наименее сложная конфигурация состоит в том, чтобы поддоны и катоды располагались горизонтально с катодами вверху и подложками внизу с ориентацией распыления вниз. В этом режиме сила тяжести обычно является единственным, что удерживает подложки на поддонах, а также единственным, что удерживает поддоны на транспортном механизме, которым могут быть просто цепи, проходящие вдоль боковых рельсов через вакуумную камеру.

Это горизонтальное расположение также может быть выполнено с катодами внизу и подложками вверху для ориентации распыления вверх, но, очевидно, это несколько усложняет инструменты, поскольку теперь требуются механические средства удержания подложек на месте, чтобы они не упали. Для одностороннего покрытия это не очень распространенная конфигурация, но иногда она выполняется для двустороннего покрытия с катодами как над, так и под поддонами. Поддоны в этом случае имеют соответствующие отверстия для удерживания подложек, так что нижние стороны могут получать напыляемое покрытие с нижнего катода, в то же время верхняя сторона получает напыляемое покрытие с верхнего катода.

Но у горизонтального есть недостаток с точки зрения твердых частиц. В режиме напыления частицы, образующиеся внутри камеры, могут легко приземлиться на подложки и закрепиться в пленке, и это обязательно произойдет. Системы осаждения в некоторой степени самозагрязняются, поскольку материал попадает в другие места, а не только на подложки. Самая большая проблема рутинного обслуживания — поддержание чистоты. При напылении вверх эти частицы не попадают на подложки, но могут приземляться на мишени и повторно распыляться. Машина для вакуумного покрытия тонких алюминиевых пленок бумаги

Таким образом, для лучшей среды с частицами существует также вариант вертикальной ориентации для бокового распыления. И катоды, и поддоны вертикальные, а напыление боковое. Система инструментов и транспортировки становится значительно более сложной, чтобы удерживать подложки на поддоне, а также управлять поддоном в этой ориентации, но вероятность падения частиц на катод или подложку гораздо ниже.

В любой из этих конфигураций можно использовать все различные типы катодов, причем магнетроны, как правило, являются наиболее популярными, будь то планарные или вставные. И мощность может быть любого из различных доступных типов, таких как RF, MFAC, постоянный ток или импульсный постоянный ток, в зависимости от приложения. Также могут быть установлены дополнительные этапы, такие как травление распылением, нагревание или источники ионов, а также доступен полный набор контрольно-измерительных приборов и средств управления для металлических/проводящих покрытий, диэлектриков, оптических покрытий или других применений распыления.

Хотя можно использовать и другие типы, большинство катодов в таких системах имеют прямоугольную форму. Как правило, длинная ось прямоугольного катода проходит поперек камеры, а короткая ось — по ходу движения поддона. И хотя катоды можно сконфигурировать для преднамеренно неравномерного покрытия, подавляющее большинство пользователей хотят, чтобы их подложки были покрыты однородно. В обсуждаемой нами поточной системе равномерность направления движения поддона зависит от стабильности мощности катода и давления в камере/газовой смеси, а также от стабильности скорости транспортировки и, наконец, от старта/останова. позиции перед и за зоной осаждения.

Для одного поддона или для первого и последнего поддонов в непрерывном движении от кончика к хвосту начальное положение (а также положение остановки) должно быть достаточно далеко от непосредственно под мишенью, чтобы избежать накопления незапланированного отложения во время любого предварительного запуска. период стабилизации распыления перед началом сканирования. Любые запуски, остановки или изменения направления сканирования должны происходить за пределами фактической зоны осаждения, а сканирование должно быть устойчивым и непрерывным через зону осаждения. Сканирование может быть однопроходным в любом направлении или может выполняться вперед и назад для создания более толстых покрытий.

Системы с тремя и четырьмя мишенями довольно распространены, а длина камеры может быть увеличена для размещения дополнительных источников по мере необходимости. При достаточном количестве источников питания можно одновременно использовать несколько целей за один проход. Таким образом, с различными материалами мишеней на катодах можно наносить несколько слоев за один проход, а с дублирующими мишенями можно получить более толстые покрытия за один проход.

Равномерность по другой оси, перпендикулярной направлению сканирования поддона, определяется характеристиками катода, включая, особенно для реактивного распыления, возможные проблемы с распределением газа. В магнетронах размещение и сила магнитов могут влиять как на целевое использование, так и на присущую однородность, и обычно между этими двумя аспектами существует компромисс. Вдоль центра длины мишени как однородность, так и использование обычно достаточно хорошие, но на концах, где путь эрозии «гоночной дорожки» поворачивается, скорость осаждения и результирующая толщина пленки будут падать, если только магниты не будут отрегулированы для компенсации. но если это сделать, эрозионный канал становится глубже, и это снижает использование мишени (процент от общей массы мишени, который может быть распылен до того, как самая глубокая точка эрозии прорвется к опорной пластине).

Обработка от кончика до хвоста в более крупных системах с несколькими поддонами также весьма полезна для целевого использования материала с точки зрения получения большего количества субстратов и меньшего количества экранов и других частей камеры. В системе с одним поддоном ведущий поддон является единственным поддоном, и по мере того, как он покидает зону осаждения, он должен продолжать сканирование до тех пор, пока задняя кромка - хвост - полностью не выйдет, при этом цель все время горит. , что эффективно тратит часть целевого материала.

При подходе «конец к хвосту» между одним хвостом и следующим кончиком есть только короткий промежуток, а затем материал снова попадает на «живой» поддон, полный субстратов, причем новый поддон входит, когда ведущий поддон выходит из зоны осаждения. Есть много переменных, которые могут повлиять на это число, но, как показывает опыт, подход «от кончика к хвосту» может быть почти в два раза эффективнее в использовании материала, чем одиночный поддон.

На самом высоком уровне универсальности добавление щелевых клапанов для изоляции технологических секций в сочетании со сложным автоматическим управлением может позволить работать на разных секциях одновременно с различными газовыми средами (давление и газовая смесь), возможно, с прямым напылением одного слоя на поддон в первой секции с одновременным реактивным напылением другого слоя на другой поддон в отдельной изолированной секции. Системы напыления In-Line могут быть настроены для соответствия широкому диапазону технологических требований и размеров подложек.