Kenmerken van in-line sputtersystemen

Een "In-Line" PVD-sputtersysteem is een systeem waarbij substraten lineair onder een of meer sputterkathodes door gaan om hun dunne filmcoating te verkrijgen. Normaal gesproken worden de substraten op een drager of pallet geladen om deze beweging te vergemakkelijken, en sommige kleinere systemen verwerken slechts één pallet per batchrun. Grotere systemen kunnen de mogelijkheid hebben om meerdere pallets te hanteren door het gebruik van pallethandlers in het eindstation die de ene pallet na de andere verzenden en ontvangen in een continu konvooi dat door het transportsubsysteem gaat, waarbij het uiteinde van elk achter de staart van het voorgaande volgt.

De meest gebruikelijke en minst complexe configuratie is om de pallets en kathoden horizontaal te hebben met kathoden aan de bovenkant en substraten aan de onderkant in een sputter-down-oriëntatie. In deze modus is de zwaartekracht meestal het enige dat de substraten op de pallets houdt, en ook het enige dat de pallets op het transportmechanisme houdt, wat gewoon kettingen kunnen zijn die langs zijrails door de vacuümkamer lopen.

Die horizontale opstelling kan ook worden gedaan met kathodes aan de onderkant en substraten aan de bovenkant voor een sputter-up-oriëntatie, maar dit bemoeilijkt natuurlijk het gereedschap enigszins, en vereist nu mechanische middelen om de substraten op hun plaats te houden zodat ze niet vallen. Voor enkelzijdige coating is dit niet een veel voorkomende configuratie, maar het wordt soms gedaan voor dubbelzijdige coating, met kathoden zowel boven als onder de pallets. De pallets hebben in dit geval geschikte openingen om de substraten vast te houden, zodat de onderzijden de opspattende coating van de onderste kathode kunnen ontvangen, terwijl de bovenzijde de opspattende coating van de bovenste kathode krijgt.

Maar horizontaal heeft wel een nadeel qua fijnstof. In de verstuivingsmodus kunnen deeltjes die in de kamer worden gegenereerd gemakkelijk op de substraten landen en in de film worden ingebed - en dat zal zeker gebeuren. Afzettingssystemen zijn enigszins zelfvervuilend, waarbij materiaal andere plaatsen krijgt dan alleen op de substraten. Het grootste probleem voor routineonderhoud is om dingen schoon te houden. In sputter-up-oriëntatie komen die deeltjes niet op de substraten, maar kunnen ze op de doelen landen en opnieuw worden gesputterd. Papier aluminium dunne films vacuüm coating machine;

Dus voor een beter fijnstofmilieu is er ook de verticale oriëntatieoptie voor zijdelings sputteren. Zowel de kathodes als de pallets zijn verticaal en de afzetting is zijdelings. Het gereedschaps- en transportsysteem wordt aanzienlijk complexer om de substraten op de pallet te houden en ook de pallet in die richting te hanteren, maar het is veel minder waarschijnlijk dat deeltjes op de kathode of het substraat vallen.

In elk van deze configuraties kunnen alle verschillende soorten kathoden worden gebruikt, waarbij Magnetrons over het algemeen het populairst zijn, zowel vlak als ingezet. En vermogen kan een van de verschillende typen zijn die beschikbaar zijn, zoals RF, MFAC, DC of gepulseerde DC, zoals gewenst voor de toepassing. Optionele trappen zoals Sputter Etch, Heat of Ion Sources kunnen ook worden ondergebracht, en de volledige reeks instrumenten en bedieningselementen is beschikbaar voor metalen/geleidende coatings, diëlektrica, optische coatings of andere sputtertoepassingen.

Hoewel het mogelijk is om andere typen te gebruiken, zijn de meeste kathoden in dergelijke systemen rechthoekig. In de regel is de lange as van de rechthoekige kathode dwars door de kamer en de korte as langs de richting van de palletbeweging. En hoewel het mogelijk is om kathoden te configureren voor opzettelijk niet-uniforme coating, wil de grote meerderheid van de gebruikers dat hun substraten uniform worden gecoat. In een in-line systeem zoals we bespreken, is de uniformiteit in de richting van de palletbeweging afhankelijk van de stabiliteit van het kathodevermogen en de kamerdruk/gasmengsel, samen met de stabiliteit van de transportsnelheid en tenslotte de start/stop posities voor en achter de depositiezone.

Voor een enkele pallet, of voor de eerste en de laatste pallet in een continue run van tip tot tail, moet de startpositie (evenals de stoppositie) ver genoeg van direct onder het doel verwijderd zijn om ongeplande afzetting te voorkomen tijdens een pre- sputterstabilisatieperiode, voordat de scan wordt gestart. Elke start, stop of omkering van de scanrichting moet plaatsvinden buiten de eigenlijke depositiezone en de scan moet stabiel en ononderbroken zijn door de depositiezone. Scans kunnen een enkele doorgang in beide richtingen zijn, of heen en weer gaan om dikkere coatings op te bouwen.

Drie en vier doelsystemen zijn vrij gebruikelijk, en de kamerlengte kan indien nodig worden vergroot om plaats te bieden aan extra bronnen. Met voldoende voedingen kunnen meerdere doelen tegelijkertijd in één keer worden gebruikt. Met verschillende doelmaterialen op de kathodes kunnen dus meerdere lagen in een enkele doorgang worden aangebracht, of met dubbele doelen kunnen dikkere coatings in een enkele doorgang worden bereikt.

Uniformiteit in de andere as, loodrecht op de scanrichting van de pallet, wordt bepaald door de prestatie van de kathode, inclusief, met name voor reactief sputteren, mogelijke gasdistributieproblemen. Met Magnetrons kunnen de plaatsing en sterkte van de magneten zowel het doelgebruik als de inherente uniformiteit beïnvloeden, en normaal gesproken is er een afweging tussen deze twee aspecten. Langs het midden van de lengte van het doelwit zijn zowel uniformiteit als gebruik normaal gesproken redelijk goed, maar aan de uiteinden, waar het erosiepad van de "racebaan" ronddraait, zal de afzettingssnelheid en de resulterende filmdikte afnemen, tenzij magneten worden aangepast om te compenseren, maar als dat gebeurt, wordt de erosiegeul daar dieper en vermindert dat de benutting van het doel (het percentage van de totale doelmassa dat kan worden weggesputterd voordat het diepste erosiepunt doorbreekt tot aan de steunplaat).

Tip-to-tail-verwerking in de grotere multi-palletsystemen is ook heel gunstig voor het gebruik van doelmateriaal in termen van meer op uw substraten en minder op schilden en andere kameronderdelen. In een systeem met één pallet is de loden pallet de enige pallet en terwijl deze de depositiezone verlaat, moet deze blijven scannen totdat de achterrand - de staart - helemaal naar buiten is, terwijl het doelwit de hele tijd nog brandt , waardoor een deel van het doelmateriaal effectief wordt verspild.

Bij de tip-to-tail-benadering is er slechts een korte opening tussen de ene staart en de volgende tip en dan gaat het materiaal opnieuw naar een "levende" pallet vol substraten, waarbij een nieuwe pallet binnenkomt wanneer de leidende pallet de depositiezone verlaat Er zijn veel variabelen die dit aantal kunnen beïnvloeden, maar als vuistregel kan de tip-to-tail-benadering bijna twee keer zo efficiënt zijn in materiaalgebruik als de enkele pallet.

Aan het hoge einde van veelzijdigheid kan de toevoeging van spleetkleppen om processecties te isoleren, gecombineerd met geavanceerde automatiseringsbesturing, het mogelijk maken om verschillende secties gelijktijdig te bedienen met verschillende gasomgevingen (druk en gasmengsel), misschien direct sputteren van één laag op een pallet in sectie één, terwijl tegelijkertijd reactief een andere laag op een andere pallet in een afzonderlijke geïsoleerde sectie wordt gesputterd. In-line sputtersystemen kunnen worden aangepast aan een breed scala aan procesvereisten en substraatformaten.3