Caractéristiques des systèmes de pulvérisation en ligne

Un système de pulvérisation PVD "en ligne" est un système dans lequel les substrats passent linéairement sous une ou plusieurs cathodes de pulvérisation pour acquérir leur revêtement en couche mince. Normalement, les substrats sont chargés sur un support ou une palette afin de faciliter ce mouvement, et certains systèmes plus petits ne traitent qu'une seule palette par lot. Les systèmes plus grands peuvent avoir la capacité de gérer plusieurs palettes grâce à l'utilisation de manipulateurs de palettes de station terminale qui envoient et reçoivent une palette après l'autre dans un convoi continu passant par le sous-système de transport, la pointe de chacune suivant derrière la queue de la précédente.

La configuration la plus courante et la moins complexe consiste à avoir les palettes et les cathodes horizontales avec les cathodes en haut et les substrats en bas dans une orientation de pulvérisation vers le bas. Dans ce mode, la gravité est généralement la seule chose qui maintient les substrats sur les palettes, et aussi la seule chose qui maintient les palettes sur le mécanisme de transport, qui peut simplement être des chaînes courant le long des rails latéraux à travers la chambre à vide.

Cette disposition horizontale peut également être réalisée avec des cathodes en bas et des substrats en haut pour une orientation de pulvérisation, mais évidemment cela complique quelque peu l'outillage, nécessitant maintenant des moyens mécaniques pour maintenir les substrats en place afin qu'ils ne tombent pas. Pour le revêtement simple face, ce n'est pas une configuration très courante, mais cela se fait parfois pour le revêtement double face, avec des cathodes à la fois au-dessus et en dessous des palettes. Les palettes dans ce cas ont des ouvertures appropriées pour maintenir les substrats de sorte que les côtés inférieurs puissent recevoir le revêtement pulvérisé de la cathode inférieure en même temps que le côté supérieur reçoit le revêtement pulvérisé de la cathode supérieure.

Mais l'horizontal a un inconvénient en termes de particules. En mode pulvérisation, les particules générées à l'intérieur de la chambre peuvent facilement atterrir sur les substrats et s'incruster dans le film - et cela est inévitable. Les systèmes de dépôt sont quelque peu auto-contaminants avec des matériaux qui se déposent ailleurs que sur les substrats. Le plus gros problème d'entretien de routine est de garder les choses propres. Dans l'orientation de pulvérisation, ces particules n'atteignent pas les substrats, mais peuvent atterrir sur les cibles et être repulvérisées. Machine de revêtement sous vide de films minces en aluminium de papier

Ainsi, pour un meilleur environnement particulaire, il existe également l'option d'orientation verticale pour la pulvérisation latérale. Les cathodes et les palettes sont verticales et le dépôt est latéral. L'outillage et le système de transport deviennent sensiblement plus complexes pour maintenir les substrats sur la palette et également manipuler la palette dans cette orientation, mais les particules sont beaucoup moins susceptibles de tomber sur la cathode ou le substrat.

Dans chacune de ces configurations, tous les différents types de cathodes peuvent être utilisés, les magnétrons étant généralement les plus populaires, qu'ils soient plans ou encastrés. Et la puissance peut être l'un des différents types disponibles tels que RF, MFAC, DC ou DC pulsé selon les besoins de l'application. Des étapes optionnelles telles que la gravure par pulvérisation, la chaleur ou les sources d'ions peuvent également être prises en charge, et la gamme complète d'instruments et de commandes est disponible pour les revêtements métalliques/conducteurs, les diélectriques, les revêtements optiques ou d'autres applications de pulvérisation.

Bien qu'il soit possible d'utiliser d'autres types, la plupart des cathodes de ces systèmes sont rectangulaires. En règle générale, le grand axe de la cathode rectangulaire est à travers la chambre et le petit axe est le long de la direction de déplacement de la palette. Et, bien qu'il soit possible de configurer des cathodes pour un revêtement intentionnellement non uniforme, la grande majorité des utilisateurs souhaitent que leurs substrats soient uniformément revêtus. Dans un système en ligne dont nous parlons, l'uniformité du sens de déplacement de la palette dépend de la stabilité de la puissance cathodique et du mélange pression/gaz de la chambre, ainsi que de la stabilité de la vitesse de transport, et enfin du démarrage/arrêt. positions devant et derrière la zone de dépôt.

Pour une seule palette, ou pour la première et la dernière palette d'un parcours continu de bout en bout, la position de départ (ainsi que la position d'arrêt) doit être suffisamment éloignée directement du dessous de la cible pour éviter d'accumuler des dépôts imprévus au cours de toute pré- période de stabilisation de pulvérisation, avant de commencer le balayage. Tous les démarrages, arrêts ou inversions de direction de balayage doivent avoir lieu en dehors de la zone de dépôt réelle et le balayage doit être régulier et ininterrompu dans la zone de dépôt. Les balayages peuvent être effectués en un seul passage dans les deux sens ou peuvent être effectués dans les deux sens pour créer des revêtements plus épais.

Les systèmes à trois et quatre cibles sont assez courants et la longueur de la chambre peut être augmentée pour accueillir des sources supplémentaires si nécessaire. Avec suffisamment d'alimentations, plusieurs cibles peuvent être utilisées simultanément en un seul passage. Avec différents matériaux cibles sur les cathodes, plusieurs couches peuvent ainsi être déposées en un seul passage, ou avec des cibles en double, des revêtements plus épais peuvent être obtenus en un seul passage.

L'uniformité dans l'autre axe, perpendiculaire à la direction de balayage de la palette, est déterminée par les performances de la cathode, y compris, en particulier pour la pulvérisation réactive, d'éventuels problèmes de distribution de gaz. Avec les magnétrons, le placement et la force des aimants peuvent affecter à la fois l'utilisation de la cible et l'uniformité inhérente, et il existe normalement un compromis entre ces deux aspects. Le long du centre de la longueur de la cible, l'uniformité et l'utilisation sont normalement assez bonnes, mais aux extrémités, où le chemin d'érosion de la "piste de course" se retourne, le taux de dépôt et l'épaisseur du film résultant chuteront à moins que les aimants ne soient ajustés pour compenser, mais si cela est fait, le canal d'érosion s'y approfondit et cela réduit l'utilisation de la cible (le pourcentage de la masse cible totale qui peut être pulvérisée avant que le point d'érosion le plus profond ne traverse la plaque de support).

Le traitement de la pointe à la queue dans les systèmes multi-palettes plus grands est également très bénéfique pour l'utilisation du matériau cible en termes d'obtention de plus sur vos substrats et moins sur les boucliers et autres pièces de la chambre. Dans un système à palette unique, la palette de tête est la seule palette, et lorsqu'elle quitte la zone de dépôt, elle doit continuer à balayer jusqu'à ce que le bord de fuite - la queue - soit complètement sorti, la cible brûlant toujours tout le temps , ce qui gaspille effectivement une partie du matériau cible.

Dans l'approche de la pointe à la queue, il n'y a qu'un court espace entre une queue et la pointe suivante, puis le matériau va à nouveau sur une palette "vivante" pleine de substrats, avec une nouvelle palette entrant lorsque la palette principale sort de la zone de dépôt De nombreuses variables peuvent affecter ce nombre, mais en règle générale, l'approche bout à bout peut être presque deux fois plus efficace en termes d'utilisation de matériaux qu'une palette unique.

À l'extrémité supérieure de la polyvalence, l'ajout de vannes à fente pour isoler les sections de processus, combiné à un contrôle d'automatisation sophistiqué, peut permettre de faire fonctionner différentes sections simultanément avec différents environnements gazeux (pression et mélange gazeux), peut-être la pulvérisation directe d'une couche sur une palette dans la première section, tout en pulvérisant simultanément de manière réactive une couche différente sur une autre palette dans une section isolée séparée. Les systèmes de pulvérisation en ligne peuvent être personnalisés pour s'adapter à un large éventail d'exigences de processus et de tailles de substrat.