Designmetod för tjocklekseformitet av magnetronsprutningsbeläggningar

Designmetod för tjocklekenhetlighet av magnetronputtringsbeläggningar

Magnetronsputtering beläggning är en av de oumbärliga teknologierna i modern industri. Magnetron sputtering beläggningsteknik används ofta i transparent ledande film, optisk film, superfilm, korrosionsfilm, magnetfilm, reflektionsfilm, reflektionsfilm och olika dekorativa film. Det spelar en alltmer kraftfull roll i nationellt försvar och nationell ekonomisk produktion. Problemen med likformighet av filmtjocklek, avsättningshastighet och målmaterialutnyttjandegrad i beläggningsprocessen är mycket oroade vid själva produktionen. Metoden för att lösa dessa problem är att optimera den övergripande utformningen av alla faktorer som är involverade i sputtering av deponering och skapa ett omfattande designsystem för sputtering av beläggning. Uniformitet av filmtjocklek är en av de viktigaste parametrarna vid sputtering av deponering, så det är av stort teoretiskt och praktiskt värde att studera den omfattande utformningen av filmtjocklekens likformighet.

IKS PVD, vi kommer att designa PVD-vakuumbeläggningssystemet, enligt kundens krav, göra en rimlig design för dig först. Anpassa sedan en lämplig maskin.

Under utvecklingen av magnetronsputteringsteknologi fokuserar genombrott i olika teknologier i allmänhet på plasmaproduktion och plasmakontroll. Genom att styra fördelningsparametrarna för olika typer av partiklar i elektromagnetiska fält, temperaturfält och utrymme kan filmkvaliteten och egenskaperna uppfylla kraven i olika branscher.

Likformigheten av filmtjockleken är nära besläktad med arbetsmiljön för magnetronputtringsmålet, såsom målets etsningstillstånd och målets elektromagnetiska fältinställning etc. Därför, för att säkerställa likformigheten av filmtjocklek, utländsk film förädlingsföretag eller tillverkare av beläggningsutrustning har en egen komplett uppsättning konstruktionssystem för beläggningsutrustning (inklusive kärnkomponentens "mål"). Samtidigt finns det många företag som specialiserat sig på målanalys, design och tillverkning samt utveckling av relevant applikationsdesignprogramvara enligt kundens krav på utrustning optimeringsdesign. Det finns fortfarande ett stort gap mellan inhemsk och internationell avancerad nivå i analys och design av beläggningsutrustning.

Därför är det nödvändigt att skapa ett omfattande designsystem för sputtering av beläggning. Systemets uppläggning kan utföras i enlighet med den övergripande omfattande designen till en del av konstruktionen, och sedan genom en del av konstruktionen gradvis in i den övergripande omfattande designen, det vill säga "hela delen och sedan till hela "detta dynamiska konceptkoncept, ständigt förbättra designsystemet. Ska sputter beläggning lista de viktiga faktorerna, ta reda på den inre länken mellan dem och sedan etablera en sputtering beläggning, ett omfattande design system baserat på studien av film tjocklek enhetlighet och göra förskuggning för sent in i design systemprogramvara, för att genomföra förberedelsen av tunnfilmsuniformitet bra film stort område, ger stark garanti för produktion.

1. Designsystemegenskaper

Sprängning av filmtjocklekens likformighet är en av de slutliga standarderna för indirekt mätning av beläggningsprocessen, vilket innefattar alla aspekter av beläggningsprocessen. Därför är det nödvändigt att upprätta ett omfattande designsystem för enhetligheten av sputtering av filmtjocklek för att förbereda högkvalitativa filmer med god likformighet av filmtjocklek, klassificera, sammanfatta och sammanfatta alla aspekter av sputteringfilm och ta reda på deras inre relationer. Generellt sett bör etablering av designsystem ha vissa principer för att bestämma dess grundläggande organisatoriska ramverk. Dess natur beskrivs av följande fyra aspekter: (1) Allmänt: Systemet krävs inom ett visst område är tillämpligt eller universellt. För detta projekt kan systemet uppfylla de grundläggande processkraven för sputtermiljö på det industriella platta substratet, det vill säga de vanliga problemen med sputtering av filmprocessen. (2) särskildhet: systemet för specifika forskningsobjekt för att uppnå bästa möjliga användbarhet. För stora plana substratsputteringsfilmer innebär det att storlekseffekten i sputteringsfilmer blir en viktig del av systemet, såsom filmuniformitet, jämnhet för substratupphettning, linjär expansion och deformation av material, målytans strömfördelning, gasfördelning och elektromagnetisk fältfördelning. Denna serie av problem lyfts fram av storlekseffekten. Så storlekseffekten blir systemets personlighetsproblem. (3) öppenhet: varje del av systemet är organisk kombination och kontinuerlig utveckling. Med teknikens framsteg kommer varje del av funktionen vidareutvecklas för att förbättra systemets övergripande prestanda. Utvecklingen av automatisk styrteknik gör systemet kraftfullt: Plasmatspektrumets övervakningsteknik i sputteringsprocessen och elektromagnetiska fältets kontrollförmåga möjliggör för systemet att styra parametrarna för hela sputteringsprocessen i största möjliga utsträckning och uppnå fin design. Systemets öppenhet hör till den horisontella utvecklingen. (4) arv: systemet utvecklas i viss utsträckning, det kommer att ske genom den kvantitativa förändringen i processen med kvalitativ förändring. Baserat på Baowangs ursprungliga funktion förbättras och förbättras systemet ständigt. Tekniken för förberedelse av tunnfilm kommer att utvecklas med teoriutveckling. Den teoretiska forskningen om magnetvätskesputtering och plasma har icke-jämviktsförmåga har främjat den fortsatta utvecklingen av sputteringstekniken. Då uppgraderas systemet för att uppnå nya funktioner. Arv är den vertikala utvecklingen av systemet.

2. Etablering av designsystemet

I allmänhet kommer förbättringen av en del av systemet att leda till förbättring av den övergripande funktionen, samtidigt som beroendet av systemet i vissa delar minskas eller det kan förstås som: den organiska kombinationen av två väsentliga faktorer i systemet i en del. Inrättandet av ett integrerat designsystem är till hjälp för studien av de interna logiska relationerna för varje del av systemet.

Det omfattande designsystemet för spridningsbeläggning med stor yta kan delas in i tre delar: T-processdesign av beläggningsutrustning, design av beläggningsprocess och dator numerisk simuleringsdesign av varje process, med hänvisning till figur l. Varje del är uppdelad i tusentals aspekter och delarna interagerar med varandra. På grund av systemets komplexitet bör systemets primära steg etableras för att förenkla designparametrarna för att förbättra dess genomförbarhet.

2.1 konstruktion av beläggningsutrustning

För sputtering beläggning kan det beräknas från vakuumsystem, elektromagnetiskt fält, gasfördelning, värmesystem och andra aspekter. Mekanisk tillverkning och kontroll går igenom hela konstruktionsprocessen, som framgår av figur 2.

2.1.1 vakuumsystem

Vakuumsystemdesign är en relativt mogen designdel, huvudsakligen innefattande följande fyra delar:

(1) kammarstruktur - dess designform ställs in av systemets arbetsläge. Vakuumkammaren kan utformas som enkammare, flerkammare och produktionslinje. För kammaren som producerar platt substrat bör styrkan, styvheten, stabiliteten och annan optimeringsdesign utföras samtidigt som bearbetningsteknikens genomförbarhet och enkelhet övervägas.

(2) materialval - välj material som uppfyller kraven på lågmättnadens ångtryck, god termisk och kemisk stabilitet, lätt avgasning och låg luftpermeabilitet enligt kraven i vakuumprocessen. Till exempel austenitiskt rostfritt stål, aluminiumlegering, anaerob koppar och så vidare. För storleksutrustning, för att minska den totala vikten av utrustningen eller rörliga delar, kan prioritet ges till val av aluminiumlegering och andra lättmetallmaterial.

(3) konstruktion av vakuumkomponenter - vakuumtätning, elektrodinledning, rörledning och ventil etc. Vakuumelement som används vid olika processförhållanden är olika.

(4) Val av vakuumpump och vakuummätare - kan generellt utformas enligt vanliga tekniska krav. Noggrann design kräver kvantitativ beräkning av processgasdensitetsfördelning i en vakuumkammare. Olika typer av gas och olika rengöringskrav för vakuumkammare måste välja olika vakuumpumpar och vakuummätare. Vakuumpumpens returolja kommer att orsaka förorening till substratet, och reaktionsgasen såsom syre kommer att oxidera pumpoljan. Därför väljs torr oljefri vakuumpump ofta som vakuumpumpningssystem.

2.1.2 det elektromagnetiska fältet

Den relativt exakta elektromagnetiska fältdesignen är att simulera det elektromagnetiska fältet vid sputtering, snarare än att bara simulera magnetronutspädningsutrustningens elektromagnetiska fält när det inte fungerar.

Valet av strömförsörjning: valet av "strömförsörjning" bör bestämmas enligt olika processer, vanlig DC-strömförsörjning, om strömförsörjning, strömförsörjning och kan realisera en mängd olika strömförsörjningsläge för hybridströmförsörjning.

Materialval: för rf-strömförsörjning, bemannad kraft och matchning är en mycket viktig fråga. Elektroderladdningsmaterialet med hög strömförbrukning kräver en hög ytledningsförmåga och god kemisk stabilitet. Materialen i det magnetstyrda målet kan delas i enlighet med nivån av magnetisk permeabilitet. De magnetiska stövlarna är material med hög permeabilitet, som i allmänhet är rent industriellt järn.

Anod och sköld: rymdposition, potentiell relation, storlek och areal samt materialegenskaper hos anoden bör övervägas i anodkonstruktionen för att säkerställa stabil sputtering. I skärmens konstruktion bör den elektriska fältutformningen och det potentiella förhållandet betraktas som först för att förhindra att icke-målmaterialet sprutas och förorenar filmen. För det andra, med tanke på utförandet av avskärmningsmaterial, väljes i allmänhet material med lågt mättnadsångtryck, hög sputteringströskel och i överensstämmelse med kraven i vakuumprocessen.

2.1.3 gasfördelning

Fördelningen av gas är extremt viktig för plattans substratbeläggning. Genom den mekaniska konstruktionens design minimeras förändringshastigheten för gastäthet i sputteringavsättningsområdet, medan det utanför området är maximalt flödesstyrning av systemet för att förbättra gasens utnyttjandegrad och extraktionssystemets effektivitet. De mekaniska delarna eller strukturerna som styr gasfördelningen innefattar luftdistributionssystemet, vakuumkammarens struktur och pumpsystemet.

2.1.4 värmesystem

Värmesystem för att möta vakuumsystemet för bakning och filmtillväxt krävs temperaturförhållanden.

Ovanstående fyra aspekter och andra som inte beskrivs alla involverar de två aspekterna av mekanisk tillverkning och kontroll, så faktorer som maskinbearbetning och svarstid bör övervägas.

2.2 beläggningsprocess design

Mellan olika membranmaterial bör man betrakta behovet av olika deponeringsprocesser, genomförandet av den olika sputteringstekniken (DC, mellanfrekvens, radiofrekvens, puls, reaktionssputtering och kombinationen mellan dem och utvecklingen av teknik eller tillämpningen av ny teknik etc.), samma teknikjustering av olika processparametrar (effekt, lufttryck, deponeringsmetoder, etc.), förbehandling (rengöring, förvärmning, etc.), upparbetning, värmebehandling etc.).

Hela processen med beläggning är indelad i fyra relativt oberoende processer, med hänvisning till figur 3. Generellt sett är parametrar som involverar plasma, målytan och substrat tillståndsändringen i hög grad parametrar som behöver styras under processen.

Gasutsläpp: Glödladdning genererar plasma, dissocierar arbetsgas, genererar katjoner och bombar katod under verkan av elektrisk fält, åtföljd av sekundärelektronutsläpp och andra fenomen. Studien av plasma från glödladdning är det enda sättet att studera sputteringavsättningsprocessen.

Sputteringskollision: Generellt är sputteringskollision att studera interaktionen mellan laddade joner och ytpartiklar av målet och genereringsprocessen av målatomer och atomkluster. Den mest använda teorin är kaskadkollisionsteorin. SRIM och andra mogna simuleringsprogram har använts i stor utsträckning vid simulering av sputtering.

Transportprocess: Rörelsen av målatomer mot substratet och andra ytor med en viss initialhastighet, åtföljd av förändringar i energi och momentum, och slutligen nätriktningstransportvolymen (antal partiklar). Under inverkan av yttre fält (massa, momentum, energi) är transportprocessen mer komplicerad. MC och andra metoder (PIC, CIC, CFD, etc.) används vanligen för att erhålla antalet partiklar avsatta på substratet. Den förenklade partikeltransportberäkningsmetoden delar de sedimentära partiklarna i snabba partiklar (ingen kollision direkt mot substratytan) och långsamma partiklar (kollision, diffusionsrörelse till substratytan). Effekterna av gasuppvärmning, gallring och sputtervind (högenergi-neutrala partiklar) är resultatet av momentum och energiutbyte mellan gas och energiska partiklar genom kollision.

Filmtillväxt: diffusion, migrering och aggregering av målatomer på substratet leder så småningom till tillväxten av film. Egenskaperna hos tunna filmer är nära besläktade med substratens temperatur, gitterkonstanter, yttillstånd och elektromagnetiska fält. Egenskaperna hos filmen kommer att påverkas allvarligt av behandlingen av filmen i senare skede, såsom glödgning. MC och andra metoder används generellt för att simulera tillväxten av tunna filmer. Samtidigt kan vissa företag uppnå professionell mjukvaru-membransystemdesign.

2.3 numerisk simuleringsdesign

Processen med sputteringavsättning reproducerades av datorsimulering, och designresultaten visades och analyserades för att optimera konstruktions- och processdesignen, som visas i figur 4.

Teknisk design kan uppnå parametrisk design: användning av befintlig kommersiell programvara: Pro / E, UG, Ansys och annan sekundär utveckling. Processdesign är att simulera förstoftningsprocessen genom att utforma eller använda befintlig programvara för att analysera och optimera processen och analysera påverkan av mekanisk struktur på processen.

Designprocessen är utvecklad till generell designprogramvara för att realisera 3D-modellering och mekanisk omfattande prestandaanalys av mekanisk struktur (del av konstruktionsdesign), realtidssimulering av process och analys av elektromagnetiskt fält, termisk fält och partikelformig distribution, liksom visualisering av simuleringsprocessen för optimering av process och mekanisk struktur. Kunna utbyta data med annan programvara.

Den fortsatta utvecklingen är att överföra hela designprocessen från partiell design till övergripande design för att eliminera mänskliga faktorer i största möjliga utsträckning. Utveckla intelligent mjukvarusystem med expertsystem, parametrisk design, automatisk styrning och fjärranslutning.

Konstruktionsdesignen hos beläggningsutrustningen, beläggningsprocessens konstruktion och den numeriska simuleringen av de två är komplementära till varandra: beläggningsutrustningen bestämmer genomförandet av beläggningsprocessen, beläggningsprocessen främjar uppgraderingen av beläggningsutrustningen, och den högpresterande datasimuleringsdesignen ger starkt stöd för designen av de två.