Problema Comum
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Na produção real, muitos usuários-finais encontram um problema típico:
* Arcos freqüentes durante a pulverização catódica
* Aumento do tamanho das partículas no filme
* Taxa de formação de filme instável
* Baixa utilização alvo
* Rachaduras anormais na superfície alvo
* Má consistência do filme -
A primeira reação de muitos clientes é ajustar os parâmetros do equipamento, mas a realidade é:
Mais de 60% dos problemas anormais de pulverização catódica não se originam no equipamento, mas no próprio alvo da pulverização catódica.
Isto é especialmente verdadeiro para alvos de zircônio, cujas propriedades metálicas reativas os tornam extremamente sensíveis à pureza, à microestrutura e aos processos de fabricação.
Este artigo analisará vários fatores principais que afetam a estabilidade de pulverização catódica de alvos de zircônio do ponto de vista da engenharia de materiais.
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Pureza não é apenas um “jogo de números”.
Os alvos comuns de pulverização catódica de zircônio no mercado têm as seguintes purezas:
* Zr 99,5%
* Zr 99,9%
* Zr 99,95%
* Zr 99,99%
Muitos funcionários de compras acreditam:
"Quanto maior a pureza, melhor."
Mas este não é o caso.
O que realmente afeta a estabilidade da pulverização catódica não é apenas a pureza total, mas também a capacidade de controlar os principais elementos de impureza, como:
* Oxigênio (O)
* Nitrogênio (N)
* Carbono (C)
* Ferro (Fe)
* Háfnio (Hf)
e outros elementos críticos de impureza.
II. O conteúdo de oxigênio é um fator chave que afeta a estabilidade do alvo de zircônio
O zircônio é um metal altamente reativo e extremamente sensível ao oxigênio.
Se o teor de oxigênio em um alvo de zircônio for muito alto, isso levará a:
* Formação de fases isolantes localizadas
* Acúmulo de carga superficial alvo
* Aumento de secreção anormal
* Aumento da frequência do arco
Em última análise, manifestado como:
* Aumento da contagem de partículas de filme
* Diminuição do rendimento
* Aumento da contaminação da cavidade
Este problema é particularmente pronunciado em processos de DC Magnetron Sputtering.
Portanto, para aplicações-de alta qualidade em filmes finos:
* O conteúdo de oxigênio normalmente precisa ser controlado abaixo de 1.000 ppm
*Alguns aplicativos-de última geração exigem até menos de 300 ppm
É também por isso:
Alvos de zircônio com a mesma pureza nominal de 99,9% podem ter vida útil real e estabilidade de pulverização muito diferentes.
II. A estrutura do grão determina a uniformidade do filme
Muitos clientes concentram-se apenas na composição química, mas negligenciam a microestrutura.
Na realidade:
O tamanho do grão e a uniformidade da microestrutura afetam diretamente a distribuição da taxa de pulverização catódica.
Se os grãos forem grossos ou tiverem textura significativa:
Isso levará a:
* Taxas de pulverização inconsistentes em certas áreas
* Erosão alvo desigual
* Desgaste anormal em regiões de campo magnético
* Uniformidade deteriorada da espessura do filme
Esse efeito é ainda mais pronunciado para alvos rotativos de-tamanho grande.
4. Por que os alvos de zircônio-de alta densidade são mais estáveis?
A porosidade interna no material alvo é uma fonte de muitas anomalias.
Alvos de zircônio-de baixa densidade normalmente exibem:
* Microporosidade
* Gás residual
* Acúmulo de calor localizado
Sob condições-de alta energia:
Essas áreas são propensas a desenvolver:
* Micro-descarga
* Fissuração térmica
* Descascamento localizado
Portanto, alvos-de zircônio de alta qualidade normalmente empregam:
* Detenção a Vácuo (VAR)
* Processo de forjamento a quente
* HIP (Prensagem Isostática a Quente)
para melhorar a densidade do material.
Alvos de zircônio-de alta qualidade na indústria:
Normalmente exigem:
* Densidade relativa Maior ou igual a 99% da densidade teórica
Caso contrário, mesmo que a pulverização catódica seja bem-sucedida inicialmente, é provável que surjam problemas de estabilidade mais tarde.
V. O processo de ligação é frequentemente subestimado
Muitos clientes concentram-se no corpo alvo, mas negligenciam a colagem da folha traseira.
Na realidade:
A falha do alvo muitas vezes não é um “problema material”, mas um “problema de gerenciamento térmico”.
Se a camada de ligação tiver:
* Vazios
* Delaminação local
* Condutividade térmica irregular
Isso levará a:
* Aumento localizado de temperatura na superfície alvo
* Concentração de estresse térmico
Aumento do risco de rachaduras
Os métodos de ligação comuns incluem:
Características do Processo
Ligação de índio: boa condutividade térmica, adequada para processos-de baixa temperatura
União de Elastômero: Forte capacidade de amortecimento de tensão
União por difusão: alta resistência de união, adequada para aplicações-de alta potência
Diferentes equipamentos e condições de energia têm requisitos completamente diferentes para esquemas de ligação.
Conclusão
Para processos PVD:
Os alvos de pulverização catódica de zircônio não são apenas “consumíveis”.
Eles são essencialmente:
materiais principais que afetam a qualidade do filme, a estabilidade do equipamento e o rendimento da produção.
Alvos de pulverização catódica de zircônio verdadeiramente estáveis dependem de:
* Controle de pureza do material
* Projeto de microestrutura
* Processo de densificação
* Capacidades de gerenciamento térmico
* Um sistema de qualidade completo
Para usuários-finais:
Ao comprar alvos de pulverização catódica de zircônio, o preço não deve ser a única consideração.
Concentre-se mais em:
Se o alvo de pulverização catódica pode suportar de forma estável a janela do seu processo a longo prazo.
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