Процессы нанесения покрытия UNIVEX

Методы напыления тонких пленок UNIVEX

UNIVEX — это универсальные системы для нанесения функциональных покрытий методом физического осаждения из паровой фазы.

Свойства тонких пленок зависят от технологии, использованной для их производства. Различные технологические параметры влияют на характеристики тонкой пленки. Наши системы UNIVEX подходят для разных методов нанесения покрытия и разных методов обработки подложки. Системы нанесения покрытий Leybold имеют модульную конструкцию, что позволяет адаптировать их к индивидуальным потребностям клиентов.

Методы нанесения покрытий UNIVEX

Термическое испарение
Электронно-лучевое испарение
Испарение органических соединений
Распыление
Магнетронное распыление при постоянном токе (DC)
Высокочастотное магнетронное распыление
Реактивное распыление
Импульсное распыление
Источник ионов
Напыление с ионным ассистированием
Впускной патрубок для технологического газа
Измерение толщины пленки

Термическое испарение

Термическое или резистивное испарение — это самый распространенный метод получения тонких пленок. Этот метод используется в камерах высокого вакуума, таких как наши системы UNIVEX. Один термический испаритель состоит из двух водоохлаждаемых тоководов, соединенных между собой источником, например так называемой «лодочкой» или нитью. Материал помещают в источник, где он испаряется под воздействием температуры, повышающейся из-за подаваемой мощности.

Наши стандартные системы термического испарения имеют одиночную, сдвоенную или независимую сдвоенную конфигурацию и подходят для напыления одного материала или совместного напыления нескольких материалов.

Технология термического испарения позволяет наносить покрытия из самых разных материалов, таких как золото, серебро, алюминий, медь и многих других.

Электронно-лучевое испарение

Электронно-лучевое испарение — это еще одна широко распространенная технология испарения в условиях высокого вакуума. Испаряемый материал помещается в медный тигель.

Электронный луч, генерируемый вольфрамовой нитью накала, направляется с помощью магнитных полей в карман тигля. Энергия этого электронного луча воздействует на материал, который затем испаряется или сублимируется.

Электронная пушка может иметь разные конфигурации. Также доступны однотигельные или многотигельные варианты разного объема.

Различные источники энергии позволяют испарять материалы с высокой температурой плавления (например, Mo) и даже внедрять процессы с высокой скоростью напыления.

Испарение органических соединений

Испаритель органических соединений также называют ячейкой Кнудсена. Он представляет собой эффузионный испаритель для испарения материала с низким парциальным давлением, что требует точного контроля температуры, для напыления функциональных тонких пленок.

Материал помещают в тигель, который может быть изготовлен, например, из кварца или керамики. Затем материал нагревают с помощью электрического нагревателя до его испарения. Для контроля температуры испаритель содержит встроенную термопару. Этот тип источника особенно подходит для испарения органических материалов.

Распыление

Магнетронное распыление — это особенно эффективный и высокопроизводительный метод нанесения покрытий из трудноиспаряемых материалов или материалов сложного состава на различные подложки.

Компания Leybold использует в своих системах магнетронного распыления цилиндрические или прямоугольные магнетроны с высококачественным корпусом из нержавеющей стали. Мы рекомендуем использовать дроссельные клапаны в сочетании с высокоточными керамическими мембранными манометрами для регулировки давления распыления и обеспечения воспроизводимости процессов.

Магнетронное распыление при постоянном токе (DC)

Магнетронное распыление при постоянном токе (DC) часто используется для металлических или проводящих материалов, таких как Al, Ti и ITO.

При работе с такими проводящими материалами магнетронное распыление при постоянном токе (DC) обеспечивает более высокую относительную скорость напыления, чем высокочастотное магнетронное распыление, и потому является в целом более предпочтительным.

Высокочастотное магнетронное распыление

Высокочастотное магнетронное распыление (RF) особенно подходит для работы с непроводящими или керамическими материалами, такими как оксиды или сульфиды. Этот метод также можно использовать для проводящих материалов, но в этом случае скорость напыления будет ниже, чем при магнетронном распылении при постоянном токе (DC).

Высокочастотное магнетронное распыление (RF) часто используют для поверхностного легирования в процессе совместного распыления в комбинации с магнетронным распылением при постоянном токе, обеспечивающим более высокую скорость напыления.

Реактивное распыление

При реактивном распылении материал мишени и добавляемый в камеру газ образуют вместе новый материал на подложке.

Иногда бывает трудно получить оксиды, нитриды и сульфиды требуемой степени чистоты для конкретной сферы применения. В этом случае более целесообразно использовать металлическую мишень и провести реакцию непосредственно в камере.

Импульсное распыление

Импульсное распыление используется в процессах реактивного распыления для получения изоляционных пленок. Реактивное распыление может сопровождаться отравлением металлической мишени активным газом, что приводит к возникновению дугового разряда и снижению стабильности плазмы.

При импульсном распылении для подачи и поддержания более высокой относительной мощности на мишени используется смена полярности напряжения с высокочастотными импульсами. Очистка изоляционного слоя на поверхности мишени позволяет увеличить скорость напыления и стабильность процесса.

Источники питания импульсных систем, как правило, имеют систему активного дугогашения, которая может добавлять дополнительные обратные импульсы в случае обнаружения дуг.

Источник ионов

Источник ионов — это устройство, которое испускает высокоэнергетические ионы, которые затем направляются на подложку. Источники ионов бывают сеточного и бессеточного типа. Как правило, они используются для напыления с ионным ассистированием (IBAD), предварительной очистки, модификации и активации поверхности подложки.

Напыление с ионным ассистированием

Когда материал попадает на поверхность подложки в процессе напыления, он имеет определенную плотность потока, ионизационный потенциал и температуру. Эти факторы оказывают огромное влияние на плотность, чистоту и кристалличность напыленной пленки.

Источник ионов позволяет направить дополнительную энергию на материал в газовой фазе и тонкую пленку с помощью высокоэнергетических ионов.

Это влияет на свойства пленки, такие как адгезия, состав, внутреннее напряжение пленки и кристалличность.

Впускной патрубок для технологического газа

Для некоторых процессов напыления требуется подача газа, например аргона, азота, кислорода и некоторых других газов. Мы предлагаем подходящие регуляторы массового расхода и впускные патрубки для соответствующих установок.

Измерение толщины пленки

В системах UNIVEX могут быть установлены различные инструменты для измерения толщины тонких пленок. Выбор зависит от необходимых измерений и требуемой степени автоматизации. В качестве стандартного оборудования используются кварцевые измерители толщины пленки.

Они могут иметь один или несколько измерительных наконечников с заслонкой или без нее. Измерительный наконечник приводится в действие монитором или контроллером (измерение/контроль скорости и толщины).

Дополнительные процессы нанесения покрытия UNIVEX

Обработка подложек

Для улучшения или изменения свойств пленки в процессе напыления применяются различные методы обработки подложек и способы регулировки положения деталей.

Вращение подложек

Вращение используется для повышения равномерности тонкой пленки по всей поверхности подложки. Мы предлагаем широкий выбор возможных решений для одной или нескольких подложек, включая планетарные приводы.

Этот вид манипуляций, как правило, комбинируется со следующими методами обработки и регулировки положения:

Нагрев, охлаждение
Высокочастотное подмагничивание / подмагничивание постоянным током
Возможность регулировки высоты (от источника до подложки)
Наклон
Напыление при угле скольжения (GLAD)
Заслонки для градиентных пленок

Нагрев подложек

Нагрев подложки помогает подготовить поверхность подложки к напылению и поддерживает процесс формирования напыляемых слоев. Мы предлагаем различные решения, обеспечивающие нагрев до 1000 °C.

Охлаждение подложек

Термочувствительные подложки или маски необходимо охлаждать в процессе напыления. Мы предлагаем охлаждаемые подложкодержатели, в которых в качестве теплоносителя используется вода, жидкий азот и специальные охлаждающие жидкости.

Подмагничивание подложек

Высокочастотное подмагничивание или подмагничивание постоянным током в процессе напыления улучшает адгезивные свойства и стехиометрию тонкой пленки. Для этих целей мы предлагаем подходящие подложкодержатели и источники питания.

Планетарные приводы

Наши планетарные приводы разрабатываются с учетом используемых подложек и технологических параметров.

Основной столик для подложек имеет центральную ось вращения. Вокруг этой оси расположено несколько отдельных вращающихся подставок для подложек. В процессе вращения вокруг центральной оси положение подставок постоянно меняется. Такая планетарная конфигурация повышает равномерность пленки.

Возможность регулировки высоты (от источника до подложки)

Расстояние от источника до подложки является важным фактором в различных областях применения. Оно оказывает существенное влияние на свойства тонкой пленки. При увеличении расстояния от источника до подложки меняется угол падения на поверхность подложки. Правильный угол между потоком материала и поверхностью подложки помогает улучшить свойства тонкой пленки.

В зависимости от области применения доступны различные модульные компоненты.

Наклон подложек

Наклон подложки используется в различных областях. Компания Leybold предлагает столики для подложек с ручным или автоматическим механизмом наклона.

Осаждение при угле скольжения

Наклон подложки во время осаждения позволяет создавать на ее поверхности интересные структуры/текстуры (3D). Этот метод называют осаждением при угле скольжения (GLAD).

Предусмотрена возможность вращения, наклона, нагрева и охлаждения подложки. Этот метод можно использовать, например, при работе с термическим, электронно-лучевым испарителем или источником магнетронного распыления.

Заслонки для градиентных пленок

Столик с заслонками для градиентных пленок позволяет наносить покрытия разной толщины с разными свойствами материала на несколько образцов.

Охлаждаемая ловушка

В технологическую камеру можно поместить охлаждаемую ловушку для конденсации газов на достаточно холодной поверхности. Этот метод позволяет уменьшить количество молекул в камере и сократить время достижения рабочего давления.

Загрузочный шлюз

Шлюзовая камера позволяет быстро загрузить подложки в системы высокого вакуума. Каждая загрузочная шлюзовая камера имеет отдельную систему откачки и соединена с рабочей камерой задвижкой.

В загрузочную шлюзовую камеру можно поместить одну или несколько подложек и переместить их в технологическую камеру. Для добавления материала или очистки достаточно откачать воздух из технологической камеры. Для транспортировки подложек между отдельными вакуумными камерами, как правило, используются моторизованные роботы-манипуляторы или линейные приводные механизмы.

По завершении процесса манипулятор возвращает подложку на место в загрузочную шлюзовую камеру. Ее можно извлечь или даже оставить в вакууме, пока наносится покрытие на следующую подложку.

Преимущество загрузочного шлюза заключается в сокращении времени обработки и предотвращении загрязнения технологического модуля атмосферным воздухом. Загрузочную шлюзовую камеру можно установить в любую систему UNIVEX независимо от ее типа или размера.