Método de diseño para uniformidad de espesor de recubrimientos de pulverización catódica de magnetrón

- Mar 01, 2019-

Método de diseño para la uniformidad de espesor de recubrimientos de pulverización catódica de magnetrón

 

El revestimiento de pulverización magnetrón es una de las tecnologías indispensables en la industria moderna. La tecnología de recubrimiento por pulverización magnetrónica es ampliamente utilizada en películas conductoras transparentes, películas ópticas, películas súper duras, películas anticorrosivas, películas magnéticas, películas antirreflectantes, películas antirreflectantes y varias películas decorativas. Juega un papel cada vez más poderoso en la defensa nacional y la producción económica nacional. Los problemas de uniformidad del espesor de la película, tasa de deposición y tasa de utilización del material objetivo en el proceso de recubrimiento están muy preocupados en la producción real. El método para resolver estos problemas es optimizar el diseño general de todos los factores involucrados en el proceso de deposición por pulverización catódica y establecer un sistema de diseño integral para el revestimiento por pulverización catódica. La uniformidad del espesor de la película es uno de los parámetros más importantes en el proceso de deposición por pulverización catódica, por lo que es de gran valor teórico y práctico estudiar el diseño integral de la uniformidad del espesor de la película.

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IKS PVD, diseñaremos el sistema de recubrimiento al vacío PVD, de acuerdo con los requisitos del cliente, al principio haremos un diseño razonable. Luego, personalice una máquina adecuada.

 

Durante el desarrollo de la tecnología de pulverización magnetrónica, los avances en varias tecnologías generalmente se centran en la generación de plasma y el control de plasma. Al controlar los parámetros de distribución de diferentes tipos de partículas en el campo electromagnético, el campo de la temperatura y el espacio, la calidad y las propiedades de la película pueden cumplir los requisitos de varias industrias.

 

La uniformidad del espesor de la película está estrechamente relacionada con el estado de trabajo del objetivo de pulverización magnetrónica, como el estado de grabado del objetivo y el ajuste del campo electromagnético del objetivo, etc. Por lo tanto, para garantizar la uniformidad del espesor de la película, película extraña Las empresas de preparación o las empresas de fabricación de equipos de recubrimiento tienen su propio conjunto completo de esquemas de diseño para el equipamiento de recubrimiento (incluido el "objetivo" del componente principal). Al mismo tiempo, hay muchas empresas que se especializan en análisis de objetivos, diseño y fabricación, y en el desarrollo de software de diseño de aplicaciones relevantes, de acuerdo con los requisitos del cliente para el diseño de optimización de equipos. Todavía hay una gran brecha entre el nivel avanzado nacional e internacional en el análisis y diseño de equipos de revestimiento.

 

Por lo tanto, es imperativo establecer un sistema de diseño integral para el revestimiento por pulverización catódica. El establecimiento del sistema se puede llevar a cabo de acuerdo con el diseño integral general de parte del diseño, y luego por parte del diseño gradualmente en el diseño integral general, es decir, "el todo a la parte, y luego a la Todo "este concepto de diseño dinámico, mejora constantemente el sistema de diseño. El recubrimiento por pulverización catódica enumera los factores importantes involucrados, encuentra el vínculo interno entre ellos y luego establece un recubrimiento por pulverización catódica, un sistema de diseño integral basado en el estudio de la uniformidad del espesor de la película y hace una sombra para el diseño tardío del software del sistema, para implementar la preparación De película delgada, uniformidad, buena película, gran área, proporcionan una gran garantía para la producción.

 

1. Diseño de las propiedades del sistema.

 

La uniformidad del espesor de la película de pulverización catódica es uno de los estándares finales para la medición indirecta del proceso de recubrimiento, que involucra todos los aspectos del proceso de recubrimiento. Por lo tanto, es necesario establecer un sistema de diseño integral para la uniformidad del espesor de la película de pulverización catódica para preparar películas de alta calidad con una buena uniformidad del espesor de la película, clasificar, resumir y resumir todos los aspectos de la película de pulverización catódica y descubrir sus relaciones internas. En términos generales, el establecimiento del sistema de diseño debe tener ciertos principios para determinar su marco organizativo básico. Su naturaleza se describe a partir de los siguientes cuatro aspectos: (1) general: el sistema requerido dentro de un cierto rango es aplicable o universal. Para este proyecto, el sistema puede cumplir con los requisitos básicos del proceso de la película de pulverización catódica sobre el sustrato plano industrial, es decir, los problemas comunes del proceso de la película de pulverización catódica. (2) particularidad: el sistema para objetos de investigación específicos para lograr la mejor aplicabilidad. Para películas de pulverización de sustrato plano de área grande, esto significa que el efecto del tamaño en películas de pulverización se convierte en una parte importante del sistema, como la uniformidad de película, la uniformidad de calentamiento del sustrato, la expansión lineal y la deformación de materiales, la distribución de la corriente de la superficie objetivo, la distribución de gas y Distribución del campo electromagnético. Esta serie de problemas se destaca por el efecto de tamaño. Así que el efecto de tamaño se convierte en el problema de personalidad del sistema. (3) Apertura: cada parte del sistema es una combinación orgánica y un desarrollo continuo. Con el progreso de la tecnología, cada parte de la función se desarrollará aún más, a fin de mejorar el rendimiento general del sistema. El desarrollo de la tecnología de control automático hace que el sistema sea potente: la tecnología de monitoreo del espectro de plasma en el proceso de pulverización y la capacidad de control del campo electromagnético permiten al sistema controlar los parámetros de todo el proceso de pulverización en la máxima medida y realizar un diseño fino. La apertura del sistema pertenece al desarrollo horizontal. (4) herencia: el sistema se desarrolla hasta cierto punto, se producirá por el cambio cuantitativo en el proceso de cambio cualitativo. Sobre la base de la función original de baowang, el sistema se mejora y mejora constantemente. La tecnología de preparación de película delgada se desarrollará con el desarrollo de la teoría. La investigación teórica sobre la pulverización catódica con magnetrón no equilibrado y el plasma ha promovido un mayor desarrollo de la tecnología de pulverización catódica. Entonces el sistema se actualiza para lograr nuevas funciones. La herencia es el desarrollo vertical del sistema.

 

2. Establecimiento del sistema de diseño.

 

En general, la mejora de una parte del sistema conducirá a la mejora de la función general, al tiempo que reduce la dependencia del sistema en algunas partes, o puede entenderse como: la combinación orgánica de dos factores esenciales del sistema en una parte. El establecimiento de un sistema de diseño integrado es útil para el estudio de las relaciones lógicas internas de cada parte del sistema.

 

El sistema de diseño integral de revestimiento de pulverización catódica de área grande se puede dividir en tres partes: diseño de proceso T del equipo de revestimiento, diseño de proceso de revestimiento y diseño de simulación numérica por computadora de cada proceso, refiriéndose a la figura l. Cada parte está dividida en miles de aspectos, y las partes interactúan entre sí. Debido a la complejidad del sistema, la etapa primaria del sistema debe establecerse para simplificar los parámetros de diseño para mejorar su factibilidad.

 

2.1 diseño de ingeniería de equipos de recubrimiento

 

Para el revestimiento por pulverización, se puede calcular a partir del sistema de vacío, campo electromagnético, distribución de gas, sistema térmico y otros aspectos. La fabricación mecánica y el control ejecutan todo el proceso de diseño de ingeniería, como se muestra en la figura 2.

 

2.1.1 sistema de vacío

 

El diseño del sistema de vacío es una parte del diseño relativamente madura, que incluye principalmente las siguientes cuatro partes:

(1) estructura de la cámara: su forma de diseño se establece mediante el modo de funcionamiento del sistema. La cámara de vacío puede diseñarse como cámara única, multicámara y línea de producción. Para la cámara que produce el sustrato plano, se debe llevar a cabo la resistencia, la rigidez, la estabilidad y otros diseños de optimización, teniendo en cuenta la viabilidad y simplicidad de la tecnología de procesamiento.

(2) selección de material: de acuerdo con los requisitos del proceso de vacío, seleccione materiales que cumplan con los requisitos de presión de vapor de baja saturación, buena estabilidad química y térmica, desgasificación fácil y baja permeabilidad al aire. Por ejemplo, acero inoxidable austenítico, aleación de aluminio, cobre anaeróbico, etc. Para equipos de gran tamaño, con el fin de reducir el peso total del equipo o las piezas móviles, se puede dar prioridad a la selección de aleaciones de aluminio y otros materiales de metales ligeros.

(3) diseño de componentes de vacío: sellado al vacío, introducción de electrodos, tubería y válvula, etc. Los elementos de vacío utilizados en diferentes condiciones de proceso son diferentes.

(4) la selección de la bomba de vacío y el medidor de vacío - generalmente se puede diseñar de acuerdo con los requisitos de ingeniería comunes. El diseño preciso requiere un cálculo cuantitativo de la distribución de la densidad del gas de proceso en una cámara de vacío. Los diferentes tipos de gas y los diferentes requisitos de limpieza de la cámara de vacío deben elegir diferentes bombas de vacío y medidores de vacío. El aceite de retorno de la bomba de vacío causará contaminación en el sustrato, y el gas de reacción como el oxígeno oxidará el aceite de la bomba. Por lo tanto, la bomba de vacío sin aceite seco se elige a menudo como el sistema de bombeo de vacío.

 

2.1.2 El campo electromagnético

 

El diseño relativamente preciso del campo electromagnético es simular el campo electromagnético en el proceso de pulverización, en lugar de simular solo el campo electromagnético del equipo de pulverización magnetrón cuando no está funcionando.

 

La elección de la fuente de alimentación: la elección de la "fuente de alimentación" se debe determinar según el proceso diferente, la fuente de alimentación de CC común, si la fuente de alimentación, la fuente de alimentación de RF y puede realizar una variedad de modos de fuente de alimentación híbrida.

 

Selección de material: para la fuente de alimentación de RF, la potencia tripulada y el emparejamiento es un tema muy importante. El material de carga del electrodo de la fuente de alimentación de alta potencia de RF requiere una alta conductividad de la superficie y una buena estabilidad química. Los materiales en el objetivo controlado magnético se pueden dividir según el nivel de permeabilidad magnética. Las botas magnéticas son materiales de alta permeabilidad, que generalmente son de hierro industrial puro.

 

Ánodo y escudo: la posición del espacio, la relación potencial, el tamaño y el área, así como las propiedades del material del ánodo deben considerarse en el diseño del ánodo para garantizar un proceso de pulverización estable. En el diseño del blindaje, el diseño del campo eléctrico y la relación potencial deben considerarse primero para evitar que los materiales que no son objetivo se pulvericen y contaminen la película. En segundo lugar, teniendo en cuenta el rendimiento de los materiales de protección, generalmente se seleccionan los materiales con baja presión de vapor de saturación, alto umbral de pulverización y de acuerdo con los requisitos del proceso de vacío.

 

2.1.3 distribución de gas

 

La distribución de gas es extremadamente importante para el recubrimiento del sustrato de la placa. A través del diseño de la estructura mecánica, la tasa de cambio de la densidad del gas se minimiza en el área de deposición por pulverización catódica, mientras que fuera del área, la guía de flujo del sistema se maximiza para mejorar la tasa de utilización del gas y la eficiencia del sistema de extracción. Las piezas o estructuras mecánicas que controlan la distribución de gas incluyen el sistema de distribución de aire, la estructura de la cámara de vacío y el sistema de bombeo.

 

Sistema de calefacción 2.1.4

 

El sistema de calefacción para cumplir con el sistema de vacío de horneado y el crecimiento de la película requiere condiciones de temperatura.

Los cuatro aspectos anteriores y otros no descritos, todos implican los dos aspectos de la fabricación mecánica y el control, por lo que deben considerarse factores tales como la maquinabilidad y el tiempo de respuesta.

 

2.2 diseño del proceso de recubrimiento

 

Entre los diferentes materiales de membrana se debe considerar la necesidad de un proceso de deposición diferente, la implementación de las diferentes tecnologías de sputtering (dc, frecuencia intermedia, radiofrecuencia, pulso, sputtering de reacción, y la combinación entre ellos y el desarrollo de tecnología, o la aplicación de nueva tecnología). , etc.), la misma tecnología de ajuste de diferentes parámetros de proceso (potencia, presión del aire, métodos de deposición, etc.), pretratamiento (limpieza, precalentamiento, etc.), reprocesamiento, tratamiento térmico, etc.).

 

Todo el proceso de recubrimiento se divide en cuatro procesos relativamente independientes, en referencia a la figura 3. En términos generales, los parámetros que involucran cambios en el estado del plasma, la superficie del objetivo y el sustrato son parámetros que deben controlarse en el proceso.

 

Descarga de gas: la descarga incandescente genera plasma, disocia el gas de trabajo, genera cationes y bombardea el cátodo bajo la acción del campo eléctrico, acompañado por la emisión de electrones secundarios y otros fenómenos. El estudio del plasma de descarga luminiscente es la única forma de estudiar el proceso de deposición por pulverización catódica.

 

Colisión por pulverización catódica: generalmente, la colisión por pulverización catódica consiste en estudiar la interacción entre los iones cargados y las partículas superficiales del objetivo, y el proceso de generación de los átomos objetivo y los grupos atómicos. La teoría más utilizada es la teoría de la colisión en cascada. SRIM y otro software de simulación maduro han sido ampliamente utilizados en el proceso de simulación de sputtering.

 

Proceso de transporte: el movimiento de los átomos objetivo hacia el sustrato y otras superficies con una cierta velocidad inicial, acompañado por cambios en la energía y el momento, y finalmente el volumen de transporte direccional neto (número de partículas). Bajo la acción del campo externo (masa, impulso, energía), el proceso de transporte es más complicado. MC y otros métodos (PIC, CIC, CFD, etc.) se usan comúnmente para obtener el número de partículas depositadas en el sustrato. El método de cálculo de transporte de partículas simplificado divide las partículas sedimentarias en partículas rápidas (sin colisión, directas a la superficie del sustrato) y partículas lentas (colisión, movimiento de difusión a la superficie del sustrato). Los efectos del calentamiento de gas, el adelgazamiento y el viento de pulverización (partículas neutrales de alta energía) son el resultado del impulso y el intercambio de energía entre el gas y las partículas energéticas a través de la colisión.

 

Crecimiento de la película: la difusión, la migración y la agregación de los átomos objetivo en el sustrato conducen eventualmente al crecimiento de la película. Las propiedades de las películas delgadas están estrechamente relacionadas con la temperatura, las constantes de celosía, los estados de superficie y los campos electromagnéticos de los sustratos. Las propiedades de la película se verán seriamente afectadas por el tratamiento de la película en la etapa posterior, como el recocido. MC y otros métodos se utilizan generalmente para simular el crecimiento de películas delgadas. Al mismo tiempo, algunas empresas pueden lograr un diseño de sistema de membrana de software profesional.

 

Diseño de simulación numérica 2.3.

 

El proceso de deposición por pulverización catódica se reprodujo mediante simulación por computadora, y los resultados del diseño se mostraron y analizaron para optimizar la ingeniería y el diseño del proceso, como se muestra en la figura 4.

 

El diseño de ingeniería puede lograr un diseño paramétrico: el uso de software comercial existente: Pro / E, UG, Ansys y otros desarrollos secundarios. El diseño del proceso es simular el proceso de sputtering mediante el diseño o el uso del software existente para analizar y optimizar el proceso y analizar la influencia de la estructura mecánica en el proceso.

 

El proceso de diseño se desarrolla en un software de diseño general para realizar el modelado 3D y el análisis de rendimiento mecánico completo de la estructura mecánica (parte del diseño de ingeniería), la simulación en tiempo real del proceso y el análisis del campo electromagnético, el campo térmico y la distribución espacial de partículas, así como Visualización del proceso de simulación para la optimización de procesos y estructura mecánica. Capaz de intercambiar datos con otro software.

 

El desarrollo adicional es transferir todo el proceso de diseño del diseño parcial al diseño general para eliminar los factores humanos en la mayor medida posible. Desarrolle un sistema de software inteligente con sistema experto, diseño paramétrico, control automático y operación remota.

 

El diseño de ingeniería del equipo de recubrimiento, el diseño del proceso de recubrimiento y la simulación numérica por computadora de los dos son complementarios entre sí: el equipo de recubrimiento determina la realización del proceso de recubrimiento, el proceso de recubrimiento promueve la mejora del equipamiento de recubrimiento, y el diseño de simulación por computadora de alto rendimiento proporciona un soporte sólido para el diseño de los dos.