คุณลักษณะของระบบสปัตเตอร์แบบอินไลน์

ระบบ PVD Sputtering แบบ "In-Line" เป็นระบบหนึ่งที่ซับสเตรตผ่านเชิงเส้นภายใต้แคโทดสปัตเตอร์อย่างน้อยหนึ่งตัวเพื่อให้ได้การเคลือบฟิล์มบาง โดยปกติวัสดุพิมพ์จะถูกโหลดลงบนพาเลตหรือพาเลตเพื่ออำนวยความสะดวกในการเคลื่อนไหวนี้ และระบบที่มีขนาดเล็กกว่าบางระบบจะจัดการพาเลทเพียงอันเดียวต่อการรันแบทช์ ระบบที่ใหญ่กว่าอาจมีความสามารถในการจัดการพาเลทหลายอันโดยใช้ตัวจัดการพาเลทแบบสถานีปลายทางที่ส่งและรับพาเลททีละอันในขบวนต่อเนื่องที่ผ่านระบบย่อยการขนส่ง ปลายของแต่ละรายการที่ตามมาด้านหลังส่วนท้ายของระบบย่อยก่อนหน้า

การกำหนดค่าที่พบบ่อยที่สุดและซับซ้อนน้อยที่สุดคือการมีพาเลทและแคโทดในแนวนอนโดยมีแคโทดอยู่ด้านบนและซับสเตรตที่ด้านล่างในทิศทางสปัตเตอร์ดาวน์ ในโหมดนี้ แรงโน้มถ่วงมักจะเป็นเพียงสิ่งเดียวที่ยึดวัสดุพิมพ์บนพาเลท และยังเป็นสิ่งเดียวที่ยึดพาเลทไว้กับกลไกการขนส่ง ซึ่งสามารถเป็นเพียงแค่โซ่ที่วิ่งไปตามรางด้านข้างผ่านช่องสุญญากาศ

การจัดเรียงแนวนอนนั้นสามารถทำได้ด้วยแคโทดที่ด้านล่างและพื้นผิวด้านบนสำหรับการวางแนวสปัตเตอร์ แต่เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้ทำให้เครื่องมือค่อนข้างซับซ้อน ตอนนี้ต้องใช้วิธีการทางกลในการรักษาพื้นผิวให้เข้าที่เพื่อไม่ให้ตก สำหรับการเคลือบด้านเดียว นี่ไม่ใช่โครงร่างทั่วไป แต่บางครั้งก็ทำสำหรับการเคลือบสองด้าน โดยมีแคโทดทั้งด้านบนและด้านล่างของพาเลท พาเลทในกรณีนี้มีช่องเปิดที่เหมาะสมเพื่อยึดซับสเตรต เพื่อให้ด้านล่างสามารถรับการเคลือบแบบสปัตเตอร์ขึ้นจากแคโทดด้านล่างได้พร้อมๆ กันที่ด้านบนได้รับการเคลือบสปัตเตอร์ดาวน์จากแคโทดด้านบน

แต่แนวนอนก็มีข้อเสียในแง่ของอนุภาค ในโหมดสปัตเตอร์ดาวน์ อนุภาคที่สร้างขึ้นภายในห้องเพาะเลี้ยงสามารถร่อนลงบนวัสดุพิมพ์และฝังลงในฟิล์มได้อย่างง่ายดาย และสิ่งนี้จะเกิดขึ้นแน่นอน ระบบการสะสมตัวค่อนข้างจะปนเปื้อนในตัวเองด้วยจุดรับวัสดุอื่นนอกเหนือจากบนพื้นผิว ปัญหาการบำรุงรักษาตามปกติที่ใหญ่ที่สุดคือการรักษาความสะอาด ในการวางแนวสปัตเตอร์ อนุภาคเหล่านั้นจะไม่ตกบนพื้นผิว แต่สามารถตกลงบนเป้าหมายและถูกพ่นซ้ำได้ เครื่องเคลือบสูญญากาศกระดาษอลูมิเนียมฟิล์มบาง

ดังนั้นสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอนุภาคดีกว่า จึงมีตัวเลือกการวางแนวแนวตั้งสำหรับการสปัตเตอร์ด้านข้าง ทั้งแคโทดและพาเลทเป็นแนวตั้ง และมีการทับถมด้านข้าง ระบบเครื่องมือและการขนส่งมีความซับซ้อนมากขึ้นอย่างมากในการรักษาพื้นผิวบนพาเลทและจัดการกับพาเลทในทิศทางนั้นด้วย แต่อนุภาคมีโอกาสน้อยที่จะตกลงบนแคโทดหรือวัสดุพิมพ์

ในการกำหนดค่าเหล่านี้ สามารถใช้แคโทดประเภทต่างๆ ได้ โดยแมกนีตรอนมักเป็นที่นิยมมากที่สุด ทั้งแบบระนาบหรือแบบแทรก และกำลังไฟฟ้าสามารถเป็นชนิดต่างๆ ได้ เช่น RF, MFAC, DC หรือพัลซิ่ง DC ได้ตามต้องการสำหรับการใช้งาน สามารถเลือกขั้นตอนเพิ่มเติม เช่น Sputter Etch, Heat หรือ Ion Sources ได้ และยังมีเครื่องมือวัดและการควบคุมเต็มรูปแบบสำหรับการเคลือบโลหะ/การนำไฟฟ้า ไดอิเล็กทริก การเคลือบด้วยแสง หรือการใช้งานอื่นๆ ของสปัตเตอร์

แม้ว่าจะสามารถใช้ชนิดอื่นได้ แต่แคโทดส่วนใหญ่ในระบบดังกล่าวจะเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ตามกฎแล้ว แกนยาวของแคโทดรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าจะข้ามห้องเพาะเลี้ยง และแกนสั้นจะเป็นไปตามทิศทางการเคลื่อนที่ของพาเลท และถึงแม้ว่าจะสามารถกำหนดค่าแคโทดสำหรับการเคลือบแบบไม่สม่ำเสมอโดยเจตนา แต่ผู้ใช้ส่วนใหญ่ต้องการให้พื้นผิวเคลือบสม่ำเสมอ ในระบบอินไลน์ตามที่เรากำลังพูดถึง ความสม่ำเสมอของทิศทางการเคลื่อนที่ของพาเลทขึ้นอยู่กับความเสถียรของพลังงานแคโทดและส่วนผสมของแรงดันในห้อง/ก๊าซ ควบคู่ไปกับความเสถียรของความเร็วในการขนส่ง และสุดท้ายเริ่ม/หยุด ตำแหน่งด้านหน้าและด้านหลังเขตฝากขัง

สำหรับพาเลทเดียว หรือสำหรับพาเลทแรกและพาเลทสุดท้ายในการวิ่งต่อเนื่องแบบปลายจรดปลาย ตำแหน่งเริ่มต้น (รวมถึงตำแหน่งหยุด) ต้องอยู่ห่างจากใต้เป้าหมายโดยตรงเพื่อหลีกเลี่ยงการสะสมที่ไม่ได้วางแผนไว้ในระหว่างช่วงก่อน ระยะเวลาการรักษาเสถียรภาพของสปัตเตอร์ ก่อนเริ่มการสแกน การเริ่ม การหยุด หรือการพลิกกลับของทิศทางการสแกนควรเกิดขึ้นนอกเขตการสะสมจริง และการสแกนควรคงที่และไม่หยุดชะงักผ่านโซนการสะสม การสแกนสามารถทำได้เพียงครั้งเดียวในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง หรือจะสแกนไปมาเพื่อสร้างสารเคลือบที่หนาขึ้นก็ได้

ระบบเป้าหมายสามและสี่ระบบนั้นค่อนข้างธรรมดา และสามารถเพิ่มความยาวของห้องเพาะเลี้ยงเพื่อรองรับแหล่งที่มาเพิ่มเติมได้ตามต้องการ ด้วยแหล่งจ่ายไฟที่เพียงพอ หลายเป้าหมายสามารถใช้พร้อมกันในการผ่านครั้งเดียว ด้วยวัสดุเป้าหมายที่แตกต่างกันบนแคโทด จึงสามารถเคลือบหลายชั้นในการผ่านครั้งเดียว หรือด้วยเป้าหมายที่ซ้ำกัน การเคลือบที่หนาขึ้นสามารถทำได้ในครั้งเดียว

ความสม่ำเสมอในแกนอื่น ซึ่งตั้งฉากกับทิศทางการสแกนพาเลท ถูกกำหนดโดยประสิทธิภาพของแคโทด ซึ่งรวมถึงโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับปฏิกิริยาสปัตเตอร์ ปัญหาการจ่ายก๊าซที่อาจเกิดขึ้น ด้วยแมกนีตรอน ตำแหน่งและความแรงของแม่เหล็กสามารถส่งผลกระทบต่อทั้งการใช้เป้าหมายและความสม่ำเสมอโดยธรรมชาติ และโดยปกติจะมีการแลกเปลี่ยนระหว่างสองลักษณะนี้ ตามศูนย์กลางของความยาวของเป้าหมาย ทั้งความสม่ำเสมอและการใช้งานมักจะค่อนข้างดี แต่ในตอนท้าย เมื่อเส้นทางการกัดเซาะของ "ลู่วิ่ง" หมุนไปรอบ ๆ อัตราการสะสมและความหนาของฟิล์มที่ได้จะลดลง เว้นแต่จะปรับแม่เหล็กเพื่อชดเชย แต่ถ้าทำเสร็จแล้ว ช่องการกัดเซาะจะลึกลงไปตรงนั้นและนั่นจะลดการใช้เป้าหมาย (เปอร์เซ็นต์ของมวลเป้าหมายทั้งหมดที่สามารถสปัตเตอร์ได้ก่อนที่จุดกัดเซาะที่ลึกที่สุดจะทะลุผ่านไปยังแผ่นรอง)

การประมวลผลแบบปลายถึงปลายในระบบพาเลทหลายชั้นที่ใหญ่ขึ้นก็ค่อนข้างมีประโยชน์สำหรับการใช้วัสดุเป้าหมายในแง่ของการได้รับเพิ่มเติมบนซับสเตรตของคุณ และน้อยลงบนเกราะและชิ้นส่วนห้องอื่นๆ ในระบบพาเลทเดี่ยว พาเลทตะกั่วเป็นเพียงพาเลทเดียว และเมื่อออกจากโซนการสะสมแล้ว จะต้องสแกนต่อไปจนสุดขอบด้านท้าย - หาง - ออกจนสุด โดยที่เป้าหมายยังคงไหม้อยู่ตลอดเวลา ซึ่งทำให้สิ้นเปลืองวัสดุเป้าหมายบางส่วนอย่างมีประสิทธิภาพ

ในแนวทางจากปลายสู่หาง จะมีช่องว่างเพียงช่วงสั้นๆ ระหว่างหางข้างหนึ่งกับปลายข้างถัดไป จากนั้นวัสดุจะเข้าสู่พาเลท "ที่มีชีวิต" ที่เต็มไปด้วยวัสดุพิมพ์อีกครั้ง โดยมีพาเลทใหม่เข้ามาเมื่อพาเลทชั้นนำออกจากโซนการสะสม มีตัวแปรหลายอย่างที่อาจส่งผลต่อตัวเลขนี้ แต่โดยทั่วไปแล้ว วิธีการแบบปลายต่อท้ายอาจมีประสิทธิภาพในการใช้วัสดุมากกว่าพาเลทเดี่ยวเกือบสองเท่า

ที่จุดสิ้นสุดของความเก่งกาจระดับสูง การเพิ่มวาล์วร่องเพื่อแยกส่วนของกระบวนการ รวมกับการควบคุมอัตโนมัติที่ซับซ้อน สามารถทำให้ส่วนต่างๆ ทำงานพร้อมกันกับสภาพแวดล้อมของก๊าซที่แตกต่างกันได้ (แรงดันและส่วนผสมของก๊าซ) บางทีอาจส่งสปัตเตอร์โดยตรงหนึ่งชั้นบน พาเลทในส่วนที่หนึ่ง ในขณะเดียวกันก็สปัตเตอร์อีกชั้นหนึ่งบนพาเลทอื่นในส่วนที่แยกออกมาต่างหาก สามารถปรับแต่งระบบสปัตเตอร์แบบอินไลน์เพื่อรองรับความต้องการของกระบวนการและขนาดพื้นผิวที่หลากหลาย