Cosa sono i magnetron planari nei rivestimenti PVD?

Il Planar Magnetron è, in sostanza, un classico catodo sputtering in modalità "diodo" con l'aggiunta di un array di magneti permanenti dietro il catodo. Questo array di magneti è disposto in modo che il campo magnetico sia normale al campo elettrico in un percorso chiuso e formi un "tunnel" di confine che intrappola gli elettroni Macchina per il rivestimento di strumenti medici vicino alla superficie del bersaglio. Questa cattura di elettroni migliora l'efficienza della formazione di ioni gassosi e vincola il plasma di scarica, consentendo una corrente più elevata a una pressione del gas inferiore e raggiunge un tasso di deposizione sputter più elevato per i rivestimenti PVD (Physical Vapor Deposition).

Sono state utilizzate diverse forme di catodo/bersaglio Magnetron Sputtering, ma le più comuni sono circolari e rettangolari. I magnetron rettangolari si trovano più spesso in sistemi di sputtering Magnetron in linea su larga scala in cui i substrati scansionano linearmente oltre i target su una qualche forma di nastro trasportatore o supporto. I magnetron circolari si trovano più comunemente nei sistemi batch confocali su piccola scala o nelle singole stazioni di wafer negli strumenti a grappolo.

Sebbene possano essere eseguiti schemi più complessi, la maggior parte dei catodi, inclusi praticamente tutti quelli circolari e rettangolari, hanno un semplice schema magnetico concentrico con il centro che è un polo e il perimetro l'opposto. Per il Magnetron circolare, questo sarebbe un magnete rotondo relativamente piccolo al centro e un magnete anulare di polarità opposta attorno all'esterno con uno spazio vuoto nel mezzo.

Per il Magnetron rettangolare, quella centrale è normalmente una barra lungo l'asse lungo (ma inferiore all'intera lunghezza) con una "recinzione" rettangolare di polarità opposta tutto intorno con uno spazio vuoto in mezzo. Il divario è dove sarà il plasma, un anello circolare nel Magnetron circolare o una "pista da corsa" allungata nel rettangolare. Si noti che, specialmente nei catodi più grandi, i magneti possono essere costituiti da più segmenti singoli anziché da un unico pezzo solido.
Poiché il materiale di rivestimento del catodo target viene utilizzato in PVD e il materiale spruzza via, sarai in grado di vedere questi caratteristici modelli di erosione sulla faccia del target. In effetti, in caso di problemi con i magneti come mancanti, disallineati o capovolti, il percorso di erosione sarà anormale e questa può essere una buona indicazione diagnostica di tali problemi all'interno del catodo Magnetron Sputtering.

L'orientamento dei poli dei singoli magneti deve essere tale che si formi un polo al centro e il polo opposto al perimetro. Ci sono un paio di modi per farlo. Il più comune è installare i poli nord/sud dei magneti perpendicolarmente al piano del bersaglio, un polo verso il bersaglio e l'altra estremità - l'estremità "libera" / polo opposto - collegata magneticamente agli altri magneti da una piastra polare in materiale magnetico (normalmente ferroso).
Il circuito magnetico completo è quindi un polo nord aperto di un magnete (o una catena di singoli magneti se non un pezzo) con il suo polo sud opposto accoppiato dal materiale magnetico al polo nord di un altro, il cui polo sud è quindi aperto. Queste due estremità aperte magneticamente opposte sono rivolte verso il bersaglio e il campo magnetico risultante si inarca sopra la superficie del bersaglio per formare il tunnel di intrappolamento di elettroni e concentrazione del plasma
Si noti che il Magnetron PVD funziona con l'allineamento magnetico: il centro può essere a nord e il perimetro può essere a sud o viceversa. Tuttavia, nella maggior parte dei sistemi Planar Magnetron Sputtering, ci sono più catodi abbastanza vicini l'uno all'altro e non vuoi che si formino campi vaganti nord/sud tra i bersagli.
Quei campi magnetici N/S Magnetron dovrebbero essere solo sulle facce dei bersagli, formando lì i tunnel magnetici desiderati. Per questo motivo, è del tutto desiderabile assicurarsi che tutti i catodi in un sistema siano allineati allo stesso modo, o tutti a nord sui loro perimetri, o tutti a sud sui loro perimetri. E per le strutture con più sistemi di sputtering, è ugualmente desiderabile renderli tutti uguali in modo che i catodi possano essere scambiati in sicurezza tra i sistemi senza preoccuparsi dell'allineamento del magnete.