Método de diseño para la uniformidad del espesor de la película del recubrimiento de pulverización catódica con magnetrón.

El diseño de la uniformidad del espesor de la película en el recubrimiento por pulverización catódica con magnetrón es un proceso complejo y crítico que involucra múltiples factores. A continuación se muestra un enfoque de diseño integral:

I. Definición de atributos del sistema
La uniformidad del espesor de la película en el recubrimiento por pulverización catódica es una medida indirecta del estándar final del proceso de recubrimiento y abarca varios aspectos del proceso de recubrimiento. Por lo tanto, producir películas de alta calidad con buena uniformidad del espesor de la película requiere establecer un sistema de diseño integral para la uniformidad del espesor de la película del recubrimiento por pulverización catódica, categorizando, resumiendo e identificando las conexiones internas de todos los aspectos del recubrimiento por pulverización catódica.

II. Estableciendo el sistema de diseño
El sistema de diseño integral para el recubrimiento por pulverización catódica de grandes áreas se puede dividir en tres partes principales: diseño de ingeniería de equipos de recubrimiento, diseño de procesos de recubrimiento y diseño de simulación numérica por computadora de varios procesos. Cada parte se divide a su vez en varios aspectos e interactúan entre sí.

Diseño de ingeniería de equipos de recubrimiento.

• Sistema de vacío: El diseño del sistema de vacío es una parte relativamente madura, que incluye principalmente la estructura de la cámara, la selección de materiales, el diseño de los componentes de vacío y la selección de bombas y medidores de vacío. El diseño de la estructura de la cámara debe considerar la resistencia, rigidez, estabilidad y también la viabilidad y simplicidad de las técnicas de procesamiento. La selección del material debe cumplir requisitos tales como baja presión de vapor saturado, buena estabilidad térmica y química, facilidad de desgasificación y baja permeabilidad. El diseño de los componentes de vacío incluye sellado al vacío, introducción de electrodos, tuberías y válvulas. La selección de bombas de vacío y manómetros puede seguir requisitos de ingeniería comunes.

• Campo electromagnético: el diseño de campo electromagnético relativamente preciso implica simular el campo electromagnético durante el proceso de pulverización catódica, en lugar de simplemente simular el campo electromagnético del equipo de pulverización catódica con magnetrón cuando no está en funcionamiento. La elección de la fuente de alimentación debe determinarse en función de los diferentes requisitos del proceso, con opciones comunes que incluyen fuentes de alimentación de CC, fuentes de alimentación de frecuencia media, fuentes de alimentación de RF y fuentes de alimentación híbridas capaces de múltiples modos de suministro de energía. En términos de selección de materiales, para las fuentes de alimentación de RF, se requieren materiales de electrodos con alta conductividad superficial y buena estabilidad química, y en la industria se usa comúnmente cobre libre de oxígeno. Los materiales dentro del objetivo del magnetrón se pueden clasificar según la permeabilidad magnética, siendo las zapatas magnéticas materiales de alta permeabilidad, típicamente hierro puro industrial. El diseño del ánodo y el blindaje debe considerar la posición espacial, las relaciones potenciales, las dimensiones y el área, y las propiedades del material del ánodo para garantizar una pulverización catódica estable.

• Distribución de gases: La distribución de gases es extremadamente importante para el recubrimiento de sustratos de placas. Se debe emplear un diseño estructural mecánico para minimizar la tasa de variación de la densidad del gas dentro del área de deposición de pulverización catódica, mientras se maximiza la conductancia del sistema fuera del área para mejorar la utilización del gas y la eficiencia del sistema de bombeo. Los componentes mecánicos o estructuras que controlan la distribución de gas incluyen sistemas de distribución de gas, estructuras de cámaras de vacío y sistemas de bombeo.

• Sistema de calentamiento: El sistema de calentamiento se utiliza para cumplir con las condiciones de temperatura requeridas para el horneado del sistema de vacío y el crecimiento de la película.

Diseño de Procesos de Recubrimiento
Se debe considerar la necesidad de diferentes procesos de deposición para diferentes materiales de película delgada, la implementación de diferentes técnicas de pulverización (DC, media frecuencia, RF, pulsada, pulverización reactiva), así como tecnologías desarrolladas a través de combinaciones de estas técnicas o la aplicación. de nuevas tecnologías), ajustes de parámetros de proceso para una misma técnica (potencia, presión, modo de deposición, etc.), pretratamiento (limpieza, precalentamiento, etc.), y postratamiento (tratamiento térmico, etc.).

Simulación numérica por computadora
El diseño de simulación por computadora de alto rendimiento brinda un sólido soporte para el diseño de equipos y procesos de recubrimiento. Mediante simulación por computadora, se pueden simular y optimizar varios parámetros del proceso de recubrimiento para mejorar la uniformidad del espesor de la película.

III. Factores clave y optimización

• Uniformidad del campo magnético: se deben hacer esfuerzos para garantizar la uniformidad y la consistencia direccional del campo magnético, creando un campo magnético espacial relativamente uniforme. Las posiciones con campos magnéticos más fuertes tendrán películas más gruesas, mientras que aquellas con campos magnéticos más débiles tendrán películas más delgadas. La dirección del campo magnético también es un factor importante que afecta la uniformidad.

• Uniformidad de presión: Se deben hacer esfuerzos para garantizar la uniformidad vertical de la presión. Al diseñar la cámara de vacío, considere la posición de instalación de la bomba de vacío, el método de entrada de gas y la disposición de las tuberías de gas de proceso dentro de la cámara. Bajo ciertas condiciones de presión, las posiciones con mayor presión tendrán películas más gruesas, mientras que aquellas con menor presión tendrán películas más delgadas.

• Distancia objetivo-sustrato: La distancia objetivo-sustrato también es un factor importante que afecta la uniformidad. Durante el proceso de recubrimiento, la distancia objetivo-sustrato debe controlarse razonablemente para lograr el mejor efecto de recubrimiento.

IV. Implementación y seguimiento

Proceso de implementación: Fabricar e instalar equipos de recubrimiento de acuerdo con el plan de diseño, y ajustar y optimizar los procesos de recubrimiento.
Monitoreo y retroalimentación: durante el proceso de recubrimiento, monitoree la calidad y uniformidad del recubrimiento en tiempo real y proporcione retroalimentación y ajustes oportunos basados ​​en los resultados del monitoreo.

En resumen, el método de diseño para la uniformidad del espesor de la película en el recubrimiento por pulverización catódica con magnetrón implica múltiples factores, que requieren una consideración integral y la optimización del sistema de diseño, el equipo de recubrimiento y los procesos de recubrimiento. Mediante la implementación y el monitoreo, la calidad y uniformidad del recubrimiento se pueden mejorar continuamente para cumplir con diversos requisitos de aplicación.