Méthode de conception pour l'uniformité de l'épaisseur du film d'un revêtement par pulvérisation magnétron

La conception de l’uniformité de l’épaisseur du film dans le revêtement par pulvérisation magnétron est un processus complexe et critique, impliquant de multiples facteurs. Vous trouverez ci-dessous une approche de conception globale :

I. Définition des attributs du système
L'uniformité de l'épaisseur du film lors du revêtement par pulvérisation cathodique est une mesure indirecte du niveau final du processus de revêtement, englobant divers aspects du processus de revêtement. Par conséquent, la production de films de haute qualité avec une bonne uniformité d’épaisseur de film nécessite l’établissement d’un système de conception complet pour l’uniformité de l’épaisseur du film de revêtement par pulvérisation, la catégorisation, la synthèse et l’identification des connexions internes de tous les aspects du revêtement par pulvérisation cathodique.

II. Établir le système de conception
Le système de conception complet pour le revêtement par pulvérisation cathodique de grandes surfaces peut être divisé en trois parties principales : la conception technique de l'équipement de revêtement, la conception des processus de revêtement et la conception par simulation numérique par ordinateur de divers processus. Chaque partie est divisée en plusieurs aspects qui interagissent les uns avec les autres.

Conception technique d’équipement de revêtement

• Système de vide : La conception du système de vide est une partie relativement mature, comprenant principalement la structure de la chambre, la sélection des matériaux, la conception des composants de vide et la sélection des pompes à vide et des jauges. La conception de la structure de la chambre doit prendre en compte la résistance, la rigidité, la stabilité, ainsi que la faisabilité et la simplicité des techniques de traitement. La sélection des matériaux doit répondre à des exigences telles qu'une faible pression de vapeur saturée, une bonne stabilité thermique et chimique, une facilité de dégazage et une faible perméabilité. La conception des composants sous vide comprend le scellement sous vide, l’introduction des électrodes, la tuyauterie et les vannes. La sélection des pompes à vide et des jauges peut suivre les exigences techniques courantes.

• Champ électromagnétique : Une conception de champ électromagnétique relativement précise implique la simulation du champ électromagnétique pendant le processus de pulvérisation, plutôt que de simplement simuler le champ électromagnétique de l'équipement de pulvérisation magnétron lorsqu'il n'est pas en fonctionnement. Le choix de l'alimentation doit être déterminé en fonction des différentes exigences du processus, avec des options communes comprenant des alimentations CC, des alimentations moyenne fréquence, des alimentations RF et des alimentations hybrides capables de plusieurs modes d'alimentation. En termes de sélection des matériaux, pour les alimentations RF, des matériaux d'électrode présentant une conductivité de surface élevée et une bonne stabilité chimique sont nécessaires, et le cuivre sans oxygène est couramment utilisé dans l'industrie. Les matériaux contenus dans la cible magnétron peuvent être classés en fonction de leur perméabilité magnétique, les chaussures magnétiques étant des matériaux à haute perméabilité, généralement du fer pur industriel. La conception de l'anode et du blindage doit prendre en compte la position spatiale, les relations potentielles, les dimensions et la surface, ainsi que les propriétés du matériau de l'anode pour garantir une pulvérisation stable.

• Distribution des gaz : La distribution des gaz est extrêmement importante pour le revêtement des substrats en plaques. Une conception structurelle mécanique doit être utilisée pour minimiser le taux de variation de la densité du gaz dans la zone de dépôt par pulvérisation cathodique, tout en maximisant la conductance du système à l'extérieur de la zone pour améliorer l'utilisation du gaz et l'efficacité du système de pompage. Les composants ou structures mécaniques contrôlant la distribution de gaz comprennent les systèmes de distribution de gaz, les structures de chambre à vide et les systèmes de pompage.

• Système de chauffage : Le système de chauffage est utilisé pour répondre aux conditions de température requises pour la cuisson sous vide et la croissance du film.

Conception de procédés de revêtement
Il convient de prendre en compte la nécessité de procédés de dépôt différents pour différents matériaux en couches minces, la mise en œuvre de différentes techniques de pulvérisation cathodique (pulvérisation continue, moyenne fréquence, RF, pulsée, réactive, ainsi que les technologies développées grâce à des combinaisons de ces techniques ou à l'application des nouvelles technologies), des ajustements des paramètres du procédé pour une même technique (puissance, pression, mode de dépôt, etc.), du prétraitement (nettoyage, préchauffage, etc.) et du post-traitement (traitement thermique, etc.).

Simulation numérique par ordinateur
La conception de simulation informatique haute performance fournit un support solide pour la conception d’équipements de revêtement et de processus de revêtement. Grâce à la simulation informatique, divers paramètres du processus de revêtement peuvent être simulés et optimisés pour améliorer l'uniformité de l'épaisseur du film.

III. Facteurs clés et optimisation

• Uniformité du champ magnétique : des efforts doivent être faits pour assurer l'uniformité et la cohérence directionnelle du champ magnétique, créant ainsi un champ magnétique spatial relativement uniforme. Les positions avec des champs magnétiques plus forts auront des films plus épais, tandis que celles avec des champs magnétiques plus faibles auront des films plus minces. La direction du champ magnétique est également un facteur important affectant l'uniformité.

• Uniformité de la pression : des efforts doivent être faits pour assurer l’uniformité verticale de la pression. Lors de la conception de la chambre à vide, tenez compte de la position d'installation de la pompe à vide, de la méthode d'entrée du gaz et de la disposition des conduites de gaz de traitement à l'intérieur de la chambre. Dans certaines conditions de pression, les positions avec une pression plus élevée auront des films plus épais, tandis que celles avec une pression plus faible auront des films plus fins.

• Distance cible-substrat : La distance cible-substrat est également un facteur important affectant l’uniformité. Pendant le processus de revêtement, la distance cible-substrat doit être raisonnablement contrôlée pour obtenir le meilleur effet de revêtement.

IV. Mise en œuvre et suivi

Processus de mise en œuvre : Fabriquer et installer des équipements de revêtement conformément au plan de conception, et ajuster et optimiser les processus de revêtement.
Surveillance et commentaires : pendant le processus de revêtement, surveillez la qualité et l'uniformité du revêtement en temps réel, et fournissez des commentaires et des ajustements en temps opportun en fonction des résultats de la surveillance.

En résumé, la méthode de conception pour l’uniformité de l’épaisseur du film dans le revêtement par pulvérisation magnétron implique plusieurs facteurs, nécessitant une prise en compte approfondie et une optimisation du système de conception, de l’équipement de revêtement et des processus de revêtement. Grâce à la mise en œuvre et au suivi, la qualité et l'uniformité du revêtement peuvent être continuellement améliorées pour répondre aux diverses exigences des applications.