Un sistema di spruzzatura PVD "in linea" è quello in cui i substrati passano linearmente sotto uno o più catodi di spruzzatura per acquisire il loro rivestimento a film sottile. Normalmente i substrati vengono caricati su un supporto o un pallet per facilitare questo movimento e alcuni sistemi più piccoli gestiscono un solo pallet per lotto. I sistemi più grandi possono avere la capacità di movimentare più pallet attraverso l'uso di movimentatori di pallet a stazione terminale che inviano e ricevono un pallet dopo l'altro in un convoglio continuo che passa attraverso il sottosistema di trasporto, la punta di ciascuno segue la coda del precedente.
La configurazione più comune e meno complessa consiste nell'avere i pallet e i catodi orizzontali con i catodi in alto e i substrati in basso con un orientamento sputtering verso il basso. In questa modalità, la gravità è solitamente l'unica cosa che trattiene i substrati sui pallet e anche l'unica cosa che trattiene i pallet sul meccanismo di trasporto, che può essere costituito semplicemente da catene che scorrono lungo le guide laterali attraverso la camera a vuoto.
Tale disposizione orizzontale può essere eseguita anche con catodi sul fondo e substrati in alto per un orientamento verso l'alto, ma ovviamente questo complica un po' l'attrezzatura, richiedendo ora mezzi meccanici per mantenere i substrati in posizione in modo che non cadano. Per il rivestimento su un lato, questa non è una configurazione molto comune, ma a volte viene eseguita per il rivestimento su entrambi i lati, con catodi sia sopra che sotto i pallet. I pallet in questo caso hanno aperture appropriate per trattenere i substrati in modo che i lati inferiori possano ricevere il rivestimento sputter up dal catodo inferiore mentre il lato superiore riceve il rivestimento sputter down dal catodo superiore.
Ma l'orizzontale ha uno svantaggio in termini di particolato. In modalità sputter down, le particelle che vengono generate all'interno della camera possono facilmente atterrare sui substrati e rimanere incastonate nella pellicola, e questo è inevitabile. I sistemi di deposizione sono in qualche modo autocontaminanti con materiale che ottiene posti diversi dai soli substrati. Il più grande problema di manutenzione ordinaria è mantenere le cose pulite. Nell'orientamento verso l'alto, quelle particelle non raggiungono i substrati, ma possono atterrare sui bersagli e essere nuovamente spruzzate. Macchina per il rivestimento sottovuoto di film sottili di carta alluminio
Quindi, per un migliore ambiente particolato, c'è anche l'opzione di orientamento verticale per lo sputtering laterale. Sia i catodi che i pallet sono verticali e la deposizione è laterale. L'attrezzatura e il sistema di trasporto diventano sostanzialmente più complessi per mantenere i substrati sul pallet e anche movimentare il pallet in quell'orientamento, ma è molto meno probabile che le particelle cadano sul catodo o sul substrato.
In una qualsiasi di queste configurazioni, possono essere utilizzati tutti i vari tipi di catodi, con i magnetron generalmente i più popolari, sia planari che interni. E l'alimentazione può essere di uno qualsiasi dei vari tipi disponibili, come RF, MFAC, CC o CC pulsata, a seconda delle esigenze dell'applicazione. Possono essere alloggiati anche stadi opzionali come Sputter Etch, Heat o Ion Sources, e la gamma completa di strumentazione e controlli è disponibile per rivestimenti metallici/conduttivi, dielettrici, rivestimenti ottici o altre applicazioni sputter.
Sebbene sia possibile utilizzare altri tipi, la maggior parte dei catodi in tali sistemi sono rettangolari. Di norma, l'asse lungo del catodo rettangolare è attraverso la camera e l'asse corto è lungo la direzione di spostamento del pallet. E, sebbene sia possibile configurare catodi per un rivestimento intenzionalmente non uniforme, la grande maggioranza degli utenti desidera che i propri substrati siano rivestiti in modo uniforme. In un sistema in linea come stiamo discutendo, l'uniformità nella direzione di spostamento del pallet dipende dalla stabilità della potenza del catodo e della miscela pressione/gas della camera, insieme alla stabilità della velocità di trasporto e, infine, all'avvio/arresto posizioni davanti e dietro la zona di deposito.
Per un singolo pallet, o per il primo e l'ultimo pallet in una corsa continua da punta a coda, la posizione iniziale (così come la posizione di arresto) deve essere sufficientemente lontana da direttamente sotto il bersaglio per evitare che si accumulino depositi non pianificati durante qualsiasi pre- periodo di stabilizzazione dello sputtering, prima di avviare la scansione. Qualsiasi avvio, arresto o inversione della direzione della scansione dovrebbe avvenire al di fuori della zona di deposito effettiva e la scansione dovrebbe essere costante e ininterrotta attraverso la zona di deposito. Le scansioni possono essere eseguite in un solo passaggio in entrambe le direzioni, oppure possono essere avanti e indietro per creare rivestimenti più spessi.
Tre e quattro sistemi target sono abbastanza comuni e la lunghezza della camera può essere aumentata per ospitare fonti aggiuntive secondo necessità. Con un numero sufficiente di alimentatori, è possibile utilizzare più bersagli contemporaneamente in un unico passaggio. Con diversi materiali target sui catodi, è quindi possibile depositare più strati in un unico passaggio, o con target duplicati, è possibile ottenere rivestimenti più spessi in un unico passaggio.
L'uniformità nell'altro asse, perpendicolare alla direzione di scansione del pallet, è determinata dalle prestazioni del catodo, inclusi, soprattutto per lo sputtering reattivo, possibili problemi di distribuzione del gas. Con i Magnetron, il posizionamento e la forza dei magneti possono influenzare sia l'utilizzo del target che l'uniformità intrinseca e normalmente esiste un compromesso tra questi due aspetti. Lungo il centro della lunghezza del bersaglio, sia l'uniformità che l'utilizzo sono normalmente abbastanza buoni, ma alle estremità, dove il percorso di erosione della "pista da corsa" gira, il tasso di deposizione e lo spessore del film risultante diminuiranno a meno che i magneti non vengano regolati per compensare, ma se ciò viene fatto, il canale di erosione diventa più profondo lì e ciò riduce l'utilizzo del bersaglio (la percentuale della massa totale del bersaglio che può essere spruzzata via prima che il punto di erosione più profondo rompa fino alla piastra di supporto).
Anche la lavorazione da punta a coda nei sistemi multi pallet più grandi è piuttosto vantaggiosa per l'utilizzo del materiale target in termini di ottenere di più sui substrati e meno su schermi e altre parti della camera. In un sistema a pallet singolo, il pallet principale è l'unico pallet e, poiché sta lasciando la zona di deposito, deve continuare a scansionare fino a quando il bordo d'uscita - la coda - è completamente fuori, con il bersaglio che brucia ancora per tutto il tempo , che di fatto spreca parte del materiale di destinazione.
Nell'approccio da punta a coda, c'è solo un breve spazio tra una coda e la punta successiva e quindi il materiale sta nuovamente andando su un pallet "vivo" pieno di substrati, con un nuovo pallet che entra quando il pallet principale esce dalla zona di deposito Ci sono molte variabili che possono influenzare questo numero, ma come regola generale l'approccio da punta a coda può essere quasi due volte più efficiente nell'utilizzo del materiale rispetto al singolo pallet.
Al massimo della versatilità, l'aggiunta di valvole a fessura per isolare le sezioni di processo, unita a un sofisticato controllo dell'automazione, può rendere possibile il funzionamento simultaneo di diverse sezioni con diversi ambienti di gas (pressione e miscela di gas), magari spruzzando direttamente uno strato su un pallet nella sezione uno, spruzzando contemporaneamente in modo reattivo uno strato diverso su un altro pallet in una sezione isolata separata. I sistemi di spruzzatura in linea possono essere personalizzati per soddisfare un'ampia gamma di requisiti di processo e dimensioni del substrato.
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