Merkmale von Inline-Sputtersystemen

Ein "In-Line" PVD-Sputtersystem ist eines, bei dem Substrate linear unter einer oder mehreren Sputterkathoden hindurchgeführt werden, um ihre Dünnfilmbeschichtung zu erhalten. Normalerweise werden die Substrate auf einen Träger oder eine Palette geladen, um diese Bewegung zu erleichtern, und einige kleinere Systeme handhaben nur eine Palette pro Chargendurchlauf. Größere Systeme können mehrere Paletten durch den Einsatz von Endstations-Palettenhandhabern handhaben, die eine Palette nach der anderen in einem fortlaufenden Konvoi senden und empfangen, der durch das Transportsubsystem fährt, wobei die Spitze jeder hinter dem Ende der vorherigen folgt.

Die gebräuchlichste und am wenigsten komplexe Konfiguration besteht darin, die Paletten und Kathoden horizontal mit Kathoden oben und Substraten unten in einer Sputter-Down-Ausrichtung zu haben. In diesem Modus ist normalerweise die Schwerkraft das einzige, was die Substrate auf den Paletten hält, und auch das einzige, was die Paletten auf dem Transportmechanismus hält, der einfach aus Ketten bestehen kann, die entlang Seitenschienen durch die Vakuumkammer laufen.

Diese horizontale Anordnung kann auch mit Kathoden auf der Unterseite und Substraten auf der Oberseite für eine Sputter-Up-Orientierung erfolgen, aber offensichtlich verkompliziert dies die Werkzeugausstattung etwas und erfordert nun mechanische Mittel, um die Substrate an Ort und Stelle zu halten, damit sie nicht herunterfallen. Bei einseitiger Beschichtung ist dies keine sehr übliche Konfiguration, wird aber manchmal bei doppelseitiger Beschichtung mit Kathoden sowohl über als auch unter den Paletten durchgeführt. Die Paletten haben in diesem Fall geeignete Öffnungen zum Halten der Substrate, so dass die Unterseiten die Sputter-Up-Beschichtung von der unteren Kathode erhalten können, während gleichzeitig die Oberseite die Sputter-Down-Beschichtung von der oberen Kathode erhält.

Aber horizontal hat einen Nachteil in Bezug auf Feinstaub. Im Sputter-Down-Modus können Partikel, die in der Kammer erzeugt werden, leicht auf den Substraten landen und in den Film eingebettet werden - und das wird zwangsläufig passieren. Abscheidungssysteme verunreinigen sich in gewisser Weise selbst, wenn Material an andere Stellen als nur auf die Substrate gelangt. Das größte routinemäßige Wartungsproblem besteht darin, die Dinge sauber zu halten. Bei der Sputter-up-Orientierung gelangen diese Partikel nicht auf die Substrate, sondern können auf den Targets landen und erneut gesputtert werden. Vakuumbeschichtungsmaschine für Papier-Aluminium-Dünnfilme

Für eine bessere Partikelumgebung gibt es daher auch die vertikale Ausrichtungsoption für das seitliche Sputtern. Sowohl die Kathoden als auch die Paletten sind vertikal, und die Abscheidung erfolgt seitlich. Das Werkzeug- und Transportsystem wird wesentlich komplexer, um die Substrate auf der Palette zu halten und auch die Palette in dieser Ausrichtung zu handhaben, aber es ist viel unwahrscheinlicher, dass Partikel auf die Kathode oder das Substrat fallen.

In jeder dieser Konfigurationen können alle verschiedenen Arten von Kathoden verwendet werden, wobei Magnetrons im Allgemeinen die beliebtesten sind, entweder planar oder eingesetzt. Und der Strom kann jeder der verschiedenen verfügbaren Typen sein, wie HF, MFAC, Gleichstrom oder gepulster Gleichstrom, je nach Bedarf für die Anwendung. Optionale Tische wie Sputter-Ätz-, Wärme- oder Ionenquellen können ebenfalls untergebracht werden, und die gesamte Palette an Instrumenten und Steuerungen ist für metallische/leitfähige Beschichtungen, Dielektrika, optische Beschichtungen oder andere Sputter-Anwendungen verfügbar.

Obwohl es möglich ist, andere Typen zu verwenden, sind die meisten Kathoden in solchen Systemen rechteckig. In der Regel verläuft die lange Achse der Rechteckkathode quer zur Kammer und die kurze Achse entlang der Palettenlaufrichtung. Und obwohl es möglich ist, Kathoden für eine absichtlich ungleichmäßige Beschichtung zu konfigurieren, möchte die große Mehrheit der Benutzer, dass ihre Substrate gleichmäßig beschichtet werden. In einem Inline-System, wie wir es besprechen, hängt die Gleichmäßigkeit in der Bewegungsrichtung der Palette von der Stabilität der Kathodenleistung und des Kammerdruck-/Gasgemisches zusammen mit der Stabilität der Transportgeschwindigkeit und schließlich dem Start/Stopp ab Positionen vor und hinter der Abscheidungszone.

Für eine einzelne Palette oder für die erste und letzte Palette in einem kontinuierlichen Endloslauf muss die Startposition (sowie die Stoppposition) weit genug von direkt unter dem Ziel entfernt sein, um eine ungeplante Ablage während irgendeiner Vorab-Ablagerung zu vermeiden. Sputter-Stabilisierungszeitraum vor Beginn des Scans. Jegliche Starts, Stopps oder Umkehrungen der Abtastrichtung sollten außerhalb der eigentlichen Abscheidungszone stattfinden, und die Abtastung sollte durch die Abscheidungszone stetig und ununterbrochen sein. Scans können in einem Durchgang in beide Richtungen oder hin und her erfolgen, um dickere Beschichtungen aufzubauen.

Systeme mit drei und vier Zielen sind ziemlich üblich, und die Kammerlänge kann erhöht werden, um zusätzliche Quellen nach Bedarf aufzunehmen. Bei ausreichender Stromversorgung können mehrere Targets gleichzeitig in einem einzigen Durchgang verwendet werden. Mit unterschiedlichen Targetmaterialien auf den Kathoden können so mehrere Schichten in einem einzigen Durchgang abgeschieden werden oder mit doppelten Targets dickere Schichten in einem einzigen Durchgang erreicht werden.

Die Gleichmäßigkeit in der anderen Achse, senkrecht zur Abtastrichtung der Palette, wird durch die Leistung der Kathode bestimmt, einschließlich, insbesondere für reaktives Sputtern, möglicher Gasverteilungsprobleme. Bei Magnetrons können die Platzierung und Stärke der Magnete sowohl die Zielnutzung als auch die inhärente Gleichmäßigkeit beeinflussen, und es gibt normalerweise einen Kompromiss zwischen diesen beiden Aspekten. Entlang der Mitte der Länge des Targets sind sowohl die Gleichmäßigkeit als auch die Ausnutzung normalerweise ziemlich gut, aber an den Enden, wo der Erosionspfad der „Rennstrecke“ umkehrt, nehmen die Abscheidungsrate und die resultierende Filmdicke ab, es sei denn, die Magnete werden angepasst, um dies zu kompensieren. aber wenn dies getan wird, wird der Erosionskanal dort tiefer und das reduziert die Targetausnutzung (der Prozentsatz der gesamten Targetmasse, der abgesputtert werden kann, bevor der tiefste Erosionspunkt zur Trägerplatte durchbricht).

Die Tip-to-Tail-Verarbeitung in den größeren Mehrpalettensystemen ist auch für die Zielmaterialnutzung sehr vorteilhaft, da mehr auf Ihre Substrate und weniger auf Abschirmungen und andere Kammerteile gelangen. In einem Einzelpalettensystem ist die Bleipalette die einzige Palette, und wenn sie die Ablagerungszone verlässt, muss sie weiter scannen, bis die Hinterkante – das Ende – ganz außen ist, wobei das Ziel die ganze Zeit noch brennt , wodurch effektiv etwas von dem Zielmaterial verschwendet wird.

Beim Tip-to-Tail-Ansatz gibt es nur eine kurze Lücke zwischen einem Ende und dem nächsten Ende, und dann wird das Material erneut auf eine "lebende" Palette voller Substrate übertragen, wobei eine neue Palette einfährt, wenn die führende Palette die Abscheidungszone verlässt Es gibt viele Variablen, die diese Zahl beeinflussen können, aber als Faustregel kann der Tip-to-Tail-Ansatz beim Materialverbrauch fast doppelt so effizient sein wie die Einzelpalette.

Am oberen Ende der Vielseitigkeit kann das Hinzufügen von Schlitzventilen zum Isolieren von Prozessabschnitten in Kombination mit einer ausgeklügelten Automatisierungssteuerung den gleichzeitigen Betrieb verschiedener Abschnitte mit unterschiedlichen Gasumgebungen (Druck und Gasgemisch) ermöglichen, möglicherweise direktes Sputtern einer Schicht auf einer Schicht Palette in Abschnitt eins, während gleichzeitig eine andere Schicht auf einer anderen Palette in einem separaten isolierten Abschnitt reaktiv gesputtert wird. Inline-Sputtersysteme können an eine Vielzahl von Prozessanforderungen und Substratgrößen angepasst werden.