Que sont les magnétrons planaires dans les revêtements PVD ?

Le magnétron planaire est, par essence, une cathode de pulvérisation en mode "diode" classique avec l'ajout d'un réseau d'aimants permanents derrière la cathode. Ce réseau d'aimants est agencé de manière à ce que le champ magnétique soit normal au champ électrique dans un chemin fermé et forme un "tunnel" limite qui piège les électrons Machine de revêtement d'instruments médicaux près de la surface de la cible. Ce piégeage d'électrons améliore l'efficacité de la formation d'ions gazeux et contraint le plasma de décharge, permettant un courant plus élevé à une pression de gaz inférieure et atteint un taux de dépôt par pulvérisation plus élevé pour les revêtements PVD (dépôt physique en phase vapeur).

Plusieurs formes différentes de cathode / cible de pulvérisation magnétron ont été utilisées, mais les plus courantes sont circulaires et rectangulaires. Les magnétrons rectangulaires se trouvent le plus souvent dans les systèmes de pulvérisation à magnétron en ligne à plus grande échelle où les substrats balayent linéairement les cibles sur une certaine forme de bande transporteuse ou de support. Les magnétrons circulaires se trouvent plus couramment dans les systèmes confocaux par lots à plus petite échelle ou dans les stations à plaquette unique dans les outils en grappe.

Bien que des motifs plus complexes puissent être réalisés, la plupart des cathodes - y compris pratiquement toutes les cathodes circulaires et rectangulaires - ont un motif d'aimant concentrique simple, le centre étant un pôle et le périmètre l'opposé. Pour le magnétron circulaire, il s'agirait d'un aimant rond relativement petit au centre et d'un aimant annulaire de polarité opposée autour de l'extérieur avec un espace entre les deux.

Pour le magnétron rectangulaire, le centre est normalement une barre sur le long axe (mais moins que toute la longueur) avec une "clôture" rectangulaire de polarité opposée tout autour avec un espace entre les deux. L'espace est l'endroit où le plasma sera, un anneau circulaire dans le magnétron circulaire ou une "piste de course" allongée dans le rectangle. Notez que, en particulier dans les cathodes plus grandes, les aimants peuvent être constitués de plusieurs segments individuels plutôt que d'une seule pièce solide.
Comme le matériau de revêtement cathodique cible est utilisé dans le PVD et que le matériau pulvérise, vous pourrez voir ces motifs d'érosion caractéristiques sur la face cible. En fait, en cas de problème d'aimant tel que manquant, mal aligné ou à l'envers, le chemin d'érosion sera anormal et cela peut être une bonne indication de diagnostic de tels problèmes au sein de votre cathode de pulvérisation magnétron.

L'orientation des pôles des aimants individuels doit être telle qu'un pôle soit formé au centre et le pôle opposé au périmètre. Il y a plusieurs façons de faire ça. La plus courante consiste à installer les pôles nord/sud des aimants perpendiculairement au plan de la cible, un pôle vers la cible et l'autre extrémité - l'extrémité "libre" / pôle opposé - pontée magnétiquement aux autres aimants par une plaque polaire en matériau magnétique (normalement ferreux).
Le circuit magnétique complet est donc un pôle nord ouvert d'un aimant (ou une chaîne d'aimants individuels s'il n'est pas d'une seule pièce) avec son pôle sud opposé couplé par le matériau magnétique au pôle nord d'un autre, dont le pôle sud est alors ouvert. Ces deux extrémités ouvertes magnétiquement opposées font face à la cible et les arcs de champ magnétique résultants au-dessus de la surface de la cible pour former le tunnel de piégeage des électrons et de concentration du plasma.
Notez que le magnétron PVD fonctionne avec l'un ou l'autre alignement magnétique - le centre peut être au nord et le périmètre peut être au sud, ou vice versa. Cependant, dans la plupart des systèmes de pulvérisation magnétron planaire, il y a plusieurs cathodes assez proches les unes des autres, et vous ne voulez pas que des champs nord/sud parasites se forment entre les cibles.
Ces champs magnétiques magnétron N/S ne devraient être que sur les faces des cibles, y formant les tunnels magnétiques souhaités. Pour cette raison, il est tout à fait souhaitable de s'assurer que toutes les cathodes d'un système sont alignées de la même manière, soit toutes au nord sur leurs périmètres, soit toutes au sud sur leurs périmètres. Et pour les installations avec plusieurs systèmes de pulvérisation, il est également souhaitable de les rendre tous identiques afin que les cathodes puissent être échangées en toute sécurité entre les systèmes sans se soucier de l'alignement des aimants.