Método de projeto para uniformidade de espessura de revestimentos de pulverização catódica Magnetron

Método de projeto para uniformidade de espessura de revestimentos de pulverização catódica

O revestimento de pulverização catódica Magnetron é uma das tecnologias indispensáveis na indústria moderna. A tecnologia de revestimento por pulverização catódica Magnetron é amplamente utilizada em filme condutivo transparente, filme óptico, filme super duro, filme anti-corrosão, filme magnético, filme anti-reflexo, filme anti-reflexo e vários filmes decorativos. Desempenha um papel cada vez mais poderoso na defesa nacional e na produção econômica nacional. Os problemas de uniformidade da espessura do filme, taxa de deposição e taxa de utilização do material alvo no processo de revestimento estão muito preocupados com a produção real. O método para resolver esses problemas é otimizar o projeto geral de todos os fatores envolvidos no processo de deposição de pulverização catódica e estabelecer um sistema de projeto abrangente para revestimento de pulverização catódica. A uniformidade da espessura do filme é um dos parâmetros mais importantes no processo de deposição de pulverização, por isso, é de grande valor teórico e prático estudar o design abrangente da uniformidade da espessura do filme.

IKS PVD, vamos projetar o sistema de revestimento a vácuo PVD, de acordo com a exigência do cliente, fazer um projeto razoável para você em primeiro lugar. Em seguida, personalizar uma máquina adequada.

Durante o desenvolvimento da tecnologia de pulverização catódica, as inovações em várias tecnologias geralmente se concentram na geração de plasma e no controle do plasma. Ao controlar os parâmetros de distribuição de diferentes tipos de partículas no campo eletromagnético, campo e espaço de temperatura, a qualidade e as propriedades do filme podem atender aos requisitos de várias indústrias.

A uniformidade da espessura do filme está intimamente relacionada ao estado de trabalho do alvo de pulverização magnetron, como o estado de corrosão do alvo e o ajuste do campo eletromagnético do alvo, etc. Portanto, para garantir a uniformidade da espessura do filme, filme estrangeiro empresas de preparação ou empresas de fabricação de equipamentos de revestimento têm seu próprio conjunto completo de esquemas de projeto para equipamentos de revestimento (incluindo o componente principal "alvo"). Ao mesmo tempo, existem muitas empresas especializadas em análise de alvos, design e fabricação, e o desenvolvimento de software de projeto de aplicação relevante, de acordo com as exigências do cliente para o projeto de otimização de equipamentos. Ainda existe uma grande lacuna entre o nível avançado nacional e internacional na análise e projeto de equipamentos de revestimento.

Portanto, é imperativo estabelecer um sistema de projeto abrangente para revestimento de pulverização. O estabelecimento do sistema pode ser realizado de acordo com o design global abrangente para parte do design e, em seguida, por parte do design gradualmente para o design global abrangente, ou seja, "o todo para a parte e, em seguida, para o todo "este conceito de design dinâmico, melhorar constantemente o sistema de design. Os dados envolverão os fatores importantes envolvidos, descobrirão a ligação interna entre eles e então estabelecerão um revestimento de pulverização catódica, um sistema de projeto abrangente baseado no estudo da uniformidade da espessura do filme e prenunciando o software do sistema de projeto tardio para implementar a preparação de película fina uniformidade boa película grande área, fornecer forte garantia de produção.

1. Projetar propriedades do sistema

A uniformidade de espessura de filme de pulverização é um dos padrões finais para a medição indireta do processo de revestimento, que envolve todos os aspectos do processo de revestimento. Portanto, é necessário estabelecer um sistema de projeto abrangente para a uniformidade da espessura do filme de pulverização para preparar filmes de alta qualidade com boa uniformidade da espessura do filme, classificar, resumir e resumir todos os aspectos do filme de sputtering e descobrir suas relações internas. De modo geral, o estabelecimento do sistema de design deve ter certos princípios para determinar sua estrutura organizacional básica. Sua natureza é descrita a partir dos quatro aspectos a seguir: (1) geral: o sistema é necessário dentro de uma determinada faixa é aplicável ou universal. Para este projeto, o sistema pode atender aos requisitos básicos do processo de filme de pulverização sobre o substrato plano industrial, ou seja, os problemas comuns do processo de filme de pulverização. (2) particularidade: o sistema para objetos de pesquisa específicos para alcançar a melhor aplicabilidade. Para filmes de sputtering de substrato plano de grande área, significa que o efeito de tamanho em filmes de pulverização torna-se uma parte importante do sistema, como uniformidade de filme, uniformidade de aquecimento de substrato, expansão linear e deformação de materiais, distribuição de corrente de superfície alvo, distribuição de gás e distribuição de campo eletromagnético. Esta série de problemas é destacada pelo efeito de tamanho. Portanto, o efeito de tamanho se torna o problema de personalidade do sistema. (3) abertura: cada parte do sistema é combinação orgânica e desenvolvimento contínuo. Com o progresso da tecnologia, cada parte da função será desenvolvida, de modo a melhorar o desempenho geral do sistema. O desenvolvimento da tecnologia de controle automático torna o sistema poderoso: a tecnologia de monitoramento do espectro de plasma no processo de sputtering e a capacidade de controle do campo eletromagnético permitem que o sistema controle os parâmetros de todo o processo de sputtering e alcance o design fino. A abertura do sistema pertence ao desenvolvimento horizontal. (4) herança: o sistema se desenvolve em certa medida, isso acontecerá pela mudança quantitativa para o processo de mudança qualitativa. Com base na função original do baowang, o sistema é constantemente melhorado e melhorado. A tecnologia de preparação de película fina será desenvolvida com o desenvolvimento da teoria. A pesquisa teórica sobre o sputtering de magnetron de não-equilíbrio e plasma promoveu o desenvolvimento adicional da tecnologia de sputtering. Em seguida, o sistema é atualizado para alcançar novas funções. Herança é o desenvolvimento vertical do sistema.

2. Estabelecimento do sistema de design

Em geral, o aprimoramento de uma parte do sistema levará ao aprimoramento da função geral, enquanto reduz a dependência do sistema em algumas partes, ou pode ser entendido como: a combinação orgânica de dois fatores essenciais do sistema em uma parte. O estabelecimento de um sistema de design integrado é útil para o estudo das relações lógicas internas de cada parte do sistema.

O sistema de projeto abrangente de revestimento de pulverização de grande área pode ser dividido em três partes: projeto de processo T de equipamentos de revestimento, projeto de processo de revestimento e simulação numérica computacional de cada processo, referente à figura l. Cada parte é dividida em milhares de aspectos e as partes interagem umas com as outras. Devido à complexidade do sistema, o estágio primário do sistema deve ser estabelecido para simplificar os parâmetros do projeto para melhorar sua praticidade.

2.1 projeto de engenharia de equipamentos de revestimento

Para revestimento de pulverização catódica, pode ser calculado a partir do sistema de vácuo, campo eletromagnético, distribuição de gás, sistema térmico e outros aspectos. A fabricação e o controle mecânicos são executados em todo o processo de projeto de engenharia, conforme mostrado na figura 2.

2.1.1 sistema de vácuo

O design do sistema de vácuo é uma parte do design relativamente maduro, incluindo principalmente as quatro partes a seguir:

(1) estrutura da câmara - sua forma de projeto é definida pelo modo de funcionamento do sistema. A câmara de vácuo pode ser projetada como câmara única, multi-câmara e linha de produção. Para a câmara que produz substrato plano, a resistência, rigidez, estabilidade e outro projeto de otimização devem ser realizados, considerando a viabilidade e a simplicidade da tecnologia de processamento.

(2) seleção do material - de acordo com os requisitos do processo a vácuo, selecione materiais que atendam aos requisitos de baixa pressão de vapor saturado, boa estabilidade térmica e química, facilidade de desgaseificação e baixa permeabilidade ao ar. Por exemplo, aço inoxidável austenítico, liga de alumínio, cobre anaeróbico e assim por diante. Para equipamentos de grande porte, a fim de reduzir o peso total do equipamento ou partes móveis, a prioridade pode ser dada à seleção de liga de alumínio e outros materiais de metal leve.

(3) projeto de componentes a vácuo - selo a vácuo, introdução de eletrodo, tubulação e válvula, etc. Os elementos de vácuo usados em diferentes condições de processo são diferentes.

(4) seleção de bomba de vácuo e medidor de vácuo - geralmente pode ser projetado de acordo com os requisitos comuns de engenharia. O projeto preciso requer cálculo quantitativo da distribuição da densidade do gás de processo em uma câmara de vácuo. Diferentes tipos de gás e diferentes requisitos de limpeza da câmara de vácuo precisam escolher diferentes bombas de vácuo e medidores de vácuo. O óleo de retorno da bomba de vácuo causará poluição ao substrato, e o gás de reação, como o oxigênio, oxidará o óleo da bomba. Portanto, a bomba de vácuo seca isenta de óleo é freqüentemente escolhida como o sistema de bombeamento a vácuo.

2.1.2 o campo eletromagnético

O projeto de campo eletromagnético relativamente preciso é simular o campo eletromagnético no processo de pulverização catódica, em vez de simular apenas o campo eletromagnético do equipamento de pulverização catódica quando este não está funcionando.

A escolha da fonte de alimentação: a escolha de "fonte de alimentação" deve ser determinada de acordo com processo diferente, fonte de alimentação comum DC, se fonte de alimentação, fonte de alimentação RF e pode realizar uma variedade de modo de fornecimento de energia da fonte de alimentação híbrida.

Seleção de material: para a fonte de alimentação de RF, a potência e a combinação de pessoal são uma questão muito importante. O material de carregamento do eletrodo da fonte de alimentação de alta potência RF requer alta condutividade superficial e boa estabilidade química. Os materiais no alvo controlado magnético podem ser divididos de acordo com o nível de permeabilidade magnética. As botas magnéticas são materiais de alta permeabilidade, que são geralmente de ferro industrial puro.

Ânodo e blindagem: a posição do espaço, a relação potencial, o tamanho e a área, bem como as propriedades do material do ânodo, devem ser consideradas no projeto do ânodo para assegurar um processo estável de pulverização. No projeto do escudo, o projeto do campo elétrico e a relação potencial devem ser considerados primeiro para evitar que materiais não-alvo sejam pulverizados e contaminem o filme. Em segundo lugar, considerando o desempenho dos materiais de blindagem, materiais com baixa pressão de vapor de saturação, alto limiar de pulverização e em conformidade com os requisitos do processo de vácuo são geralmente selecionados.

2.1.3 distribuição de gás

A distribuição de gás é extremamente importante para o revestimento do substrato da placa. Através do projeto da estrutura mecânica, a taxa de mudança da densidade do gás é minimizada na área de deposição de pulverização, enquanto fora da área, a guia de fluxo do sistema é maximizada para melhorar a taxa de utilização do gás e a eficiência do sistema de extração. As partes mecânicas ou estruturas que controlam a distribuição de gás incluem o sistema de distribuição de ar, a estrutura da câmara de vácuo e o sistema de bombeamento.

2.1.4 sistema de aquecimento

Sistema de aquecimento para atender o sistema de vácuo de cozimento e crescimento do filme condições de temperatura necessárias.

Os quatro aspectos acima e outros não descritos envolvem os dois aspectos de fabricação e controle mecânicos, portanto, fatores como usinabilidade e tempo de resposta devem ser considerados.

2.2 design de processo de revestimento

Entre diferentes materiais de membrana deve ser considerado precisa de processo de deposição diferente, a implementação da tecnologia diferente sputtering (dc, freqüência intermediária, freqüência de rádio, pulso, reação catarro, e a combinação entre eles eo desenvolvimento de tecnologia, ou a aplicação de novas tecnologias , etc.), o mesmo ajuste tecnológico de diferentes parâmetros do processo (potência, pressão do ar, métodos de deposição, etc.), pré-tratamento (limpeza, pré-aquecimento, etc.), reprocessamento, tratamento térmico, etc.).

Todo o processo de revestimento é dividido em quatro processos relativamente independentes, referindo-se à figura 3. De um modo geral, parâmetros que envolvem plasma, superfície alvo e mudança de estado do substrato são parâmetros que precisam ser controlados no processo.

Descarga de gás: a descarga incandescente gera plasma, dissocia o gás de trabalho, gera cátions e bombardeia o cátodo sob a ação do campo elétrico, acompanhado pela emissão de elétrons secundários e outros fenômenos. O estudo do plasma de descarga incandescente é a única maneira de estudar o processo de deposição por pulverização catódica.

Colisão catódica: geralmente, a colisão catódica é para estudar a interação entre íons carregados e partículas de superfície do alvo, e o processo de geração de átomos alvo e aglomerados atômicos. A teoria mais amplamente utilizada é a teoria da colisão em cascata. O SRIM e outros softwares de simulação amadurecidos têm sido amplamente utilizados no processo de simulação de sputtering.

Processo de transporte: o movimento dos átomos alvo em direção ao substrato e outras superfícies com uma certa velocidade inicial, acompanhada por mudanças na energia e no momento, e finalmente no volume de transporte direcional líquido (número de partículas). Sob a ação do campo externo (massa, momento, energia), o processo de transporte é mais complicado. MC e outros métodos (PIC, CIC, CFD, etc.) são comumente usados para obter o número de partículas depositadas no substrato. O método simplificado de cálculo do transporte de partículas divide as partículas sedimentares em partículas rápidas (sem colisão, diretamente na superfície do substrato) e partículas lentas (colisão, movimento de difusão na superfície do substrato). Os efeitos do aquecimento a gás, do desbaste e do vento pulverizado (partículas de alta energia neutra) são o resultado do momento e da troca de energia entre gás e partículas energéticas por meio de colisão.

Crescimento do filme: a difusão, migração e agregação de átomos alvo no substrato, eventualmente, levam ao crescimento do filme. As propriedades dos filmes finos estão intimamente relacionadas com a temperatura, constantes de rede, estados de superfície e campos eletromagnéticos dos substratos. As propriedades do filme serão seriamente afetadas pelo tratamento do filme no estágio posterior, como o recozimento. MC e outros métodos são geralmente usados para simular o crescimento de filmes finos. Ao mesmo tempo, algumas empresas podem obter um design de sistema de membrana de software profissional.

2.3 projeto de simulação numérica

O processo de deposição de sputtering foi reproduzido por simulação em computador, e os resultados do projeto foram exibidos e analisados para otimizar o projeto de engenharia e processo, como mostrado na figura 4.

Projeto de engenharia pode alcançar design paramétrico: o uso de software comercial existente: Pro / E, UG, Ansys e outro desenvolvimento secundário. O projeto de processo consiste em simular o processo de sputtering, projetando ou usando software existente para analisar e otimizar o processo e analisar a influência da estrutura mecânica no processo.

O processo de design é desenvolvido em software de projeto geral para realizar modelagem 3D e análise de desempenho mecânico abrangente de estrutura mecânica (parte do projeto de engenharia), simulação em tempo real de processo e análise de campo eletromagnético, campo térmico e distribuição espacial de partículas, bem como visualização do processo de simulação para otimização do processo e estrutura mecânica. Capaz de trocar dados com outro software.

O desenvolvimento adicional é transferir todo o processo de design do projeto parcial para o projeto geral, a fim de eliminar os fatores humanos em sua maior extensão. Desenvolver sistema de software inteligente com sistema especialista, projeto paramétrico, controle automático e operação remota.

O projeto de engenharia do equipamento de revestimento, o projeto do processo de revestimento e a simulação numérica computadorizada dos dois são complementares: o equipamento de revestimento determina a realização do processo de revestimento, o processo de revestimento promove a atualização dos equipamentos de revestimento, e o design de simulação computacional de alto desempenho fornece forte suporte para o design dos dois.