पातळ-थर अनुप्रयोग जसजसे विकसित होत आहेत, तसतसे ऑप्टिकल कार्यक्षमता, विद्युत चालकता, झीज-प्रतिरोध, क्षरण-प्रतिरोध, पर्यावरणीय स्थिरता, पृष्ठ ऊर्जा आणि सजावटीचे स्वरूप या एकत्रित गरजा पूर्ण करण्यासाठी एकच लेप थर अनेकदा पुरेसा ठरत नाही. अनेक प्रगत उत्पादनांमध्ये, आवश्यक कार्यक्षमता एका बहुस्तरीय फिल्म स्टॅकद्वारे साध्य केली जाते, ज्यामध्ये प्रत्येक थर एक विशिष्ट कार्य करतो आणि त्याच्या वरच्या व खालच्या थरांशी आंतरक्रिया करतो.
सामान्य संरचनांमध्ये एक आसंजन थर, एक धातूचा किंवा डायलेक्ट्रिक कार्यात्मक थर, एक प्रकाशीय समायोजन थर, एक विसरण अडथळा, एक कठीण संरक्षक थर आणि कमी-पृष्ठ-ऊर्जा असलेला वरचा थर यांचा समावेश असू शकतो. प्रकाशीय उपयोगांमध्ये, पारगम्यता, परावर्तन, रंग आणि वर्णक्रमीय प्रतिसाद नियंत्रित करण्यासाठी एकाआड एक उच्च आणि कमी अपवर्तनांक असलेल्या पदार्थांचा वापर केला जाऊ शकतो. इलेक्ट्रॉनिक आणि फोटोव्होल्टेइक उपयोगांमध्ये, पारदर्शक प्रवाहकीय ऑक्साईड, धातूचे इलेक्ट्रोड, बफर थर आणि अडथळा थर एकामागून एक जमा करण्याची आवश्यकता असू शकते. वाहन आणि ग्राहक-इलेक्ट्रॉनिक्स उपयोगांमध्ये, धातूयुक्त थरांना संरक्षक लेप, अप्रवाहकीय निर्वात धातूकरण थर, हिऱ्यासारखे कार्बन लेप किंवा बोटांचे ठसे-प्रतिरोधक थरांसोबत एकत्रित केले जाऊ शकते.
या बहुस्तरीय प्रणालींची कार्यक्षमता केवळ प्रत्येक स्वतंत्र पदार्थ यशस्वीरित्या जमा होतो की नाही यावर अवलंबून नसते. ती यावर अवलंबून असते की संपूर्ण व्हॅक्यूम कोटिंग प्रणाली, संपूर्ण कोटिंग चक्रादरम्यान व्हॅक्यूमची स्थिती, जमा होण्याचे स्रोत, प्रक्रिया वायू, सब्सट्रेटची हालचाल, तापमान, बायस व्होल्टेज, फिल्मच्या जाडीचे निरीक्षण आणि थरांच्या संक्रमणाची वेळ यांमध्ये समन्वय साधू शकते की नाही.
या कारणास्तव, बहुस्तरीय कार्यात्मक-फिल्म निक्षेपणाला अनेक एकल-स्तरीय प्रक्रियांची साधी पुनरावृत्ती म्हणून समजू नये. हे अचूक उपकरण समन्वयावर आधारित एक प्रणाली-स्तरीय उत्पादन कार्य आहे.
फिल्म स्टॅकला एक अखंड प्रक्रिया म्हणून हाताळले पाहिजे.
बहुस्तरीय लेपनामध्ये, एका थराचे पूर्ण होणे ही पुढच्या थराची सुरुवात असते. पृष्ठभागाची रचना, खडबडपणा, तापमान, अवशिष्ट ताण, शोषलेला वायू, प्लाझ्माचा संपर्क आणि आंतरपृष्ठावरील प्रदूषण हे सर्व घटक पुढच्या थराच्या निर्मितीवर आणि वाढीवर परिणाम करू शकतात.
एखादा थर जो स्वतःच्या जाडीचे किंवा रचनेचे लक्ष्य पूर्ण करतो, तो सुद्धा संपूर्ण फिल्म स्टॅकसाठी समस्या निर्माण करू शकतो. दाट कार्यात्मक थराच्या निक्षेपणादरम्यान अत्याधिक आयन बॉम्बार्डमेंटमुळे संपीडन ताण वाढू शकतो. दोन थरांमधील जास्त प्रतीक्षा कालावधीमुळे अवशिष्ट वायू पृष्ठभागावर शोषले जाऊ शकतात. अयोग्य प्रतिक्रियाशील-वायू स्विचिंगमुळे क्रॉस-कंटॅमिनेशन किंवा अस्थिर संयुगांची निर्मिती होऊ शकते. सब्सट्रेटला अत्याधिक उष्णता दिल्याने एका थराची घनता सुधारू शकते, परंतु त्याच वेळी सब्सट्रेटची औष्णिक सहनशीलता ओलांडली जाऊ शकते किंवा पूर्वी निक्षेपित केलेल्या थरांची गुणवत्ता कमी होऊ शकते.
त्यामुळे नियंत्रण प्रणालीने फिल्म स्टॅकचे व्यवस्थापन स्वतंत्र निक्षेपण टप्प्यांचा संग्रह म्हणून न करता, एक अखंड प्रक्रिया म्हणून केले पाहिजे. प्रत्येक थरासाठी प्रवेशाच्या अटी, निक्षेपणाच्या अटी, समाप्तीचे निकष आणि संक्रमणाच्या अटी स्पष्टपणे परिभाषित केलेल्या असाव्यात.
पुढील थर सुरू होण्यापूर्वी, चेंबरचा दाब, अवशिष्ट वायूची पातळी, सबस्ट्रेटचे तापमान, लक्ष्याची स्थिती, वायूची रचना, वीज पुरवठ्याची स्थिती आणि सबस्ट्रेटची स्थिती या सर्वांनी निर्दिष्ट प्रक्रिया मर्यादा गाठली आहे, याची उपकरणाला खात्री करावी लागू शकते. केवळ एका निश्चित कालक्रमानुसार थर बदलण्यापेक्षा ही सशर्त अंमलबजावणीची पद्धत अधिक विश्वसनीय आहे.
गुंतागुंतीच्या स्टॅक्ससाठी, प्रक्रिया रेसिपीमध्ये प्लाझ्मा क्लीनिंग, आयन ॲक्टिव्हेशन, गॅस पर्जिंग, सोर्स शिल्डिंग, शटर स्विचिंग, पॉवर रॅम्पिंग, सबस्ट्रेट कूलिंग किंवा नियंत्रित प्रतीक्षा यांसारख्या आंतर-स्तरीय क्रियांचाही समावेश असावा. या संक्रमणकालीन क्रिया कोटिंग प्रक्रियेचे अत्यावश्यक भाग आहेत, कारण त्या इंटरफेस ॲडेशन, रासायनिक रचना, रफनेस प्रोपगेशन आणि रेसिड्युअल स्ट्रेस यांवर थेट परिणाम करतात.
व्हॅक्यूम-सिस्टम समन्वय सामान्य प्रक्रिया आधाररेखा स्थापित करतो
बहुस्तरीय संरचनेतील सर्व थर एकाच निर्वात वातावरणात असतात, परंतु भिन्न सामग्री आणि निक्षेपण प्रक्रियांसाठी भिन्न कार्यकारी दाब, वायू रचना, पंपिंग गती आणि दूषण-नियंत्रण धोरणांची आवश्यकता असू शकते.
निक्षेपण सुरू होण्यापूर्वी, व्हॅक्यूम प्रणालीने प्रथम पुरेसा स्वच्छ आणि स्थिर आधार दाब प्रदान करणे आवश्यक आहे. पाण्याची वाफ, ऑक्सिजन, हायड्रोकार्बन्स आणि प्रक्रियेतील अवशिष्ट वायू हे फिल्मची शुद्धता, आसंजन, प्रकाशीय शोषण, विद्युत रोधकता आणि इंटरफेसच्या स्थिरतेवर परिणाम करू शकतात. आर्द्रता किंवा ऑक्सिजन-संवेदनशील थरांसाठी, अवशिष्ट वायूच्या रचनेतील अगदी लहान बदल देखील स्टॅकचे अंतिम गुणधर्म बदलू शकतो.
तथापि, शक्य तितका कमी चेंबर दाब हे नेहमीच एकमेव उद्दिष्ट नसते. निक्षेपणाच्या वेळी, प्रणालीने वायूचा पुरवठा आणि प्रभावी पंपिंग गती यांच्यात योग्य गतिशील संतुलन राखले पाहिजे. प्रत्येक थरात स्थिर प्रक्रिया दाब राखण्यासाठी दाब-नियंत्रण व्हॉल्व्ह, व्हॅक्यूम पंप, मास फ्लो कंट्रोलर, वायू-वितरण प्रणाली आणि चेंबरची चालकता यांनी एकत्रितपणे कार्य करणे आवश्यक आहे.
जेव्हा प्रक्रिया मेटॅलिक स्पटरिंगपासून रिॲक्टिव्ह स्पटरिंगमध्ये, किंवा आर्गॉन प्लाझ्मा क्लीनिंगपासून ऑक्सिजन- किंवा नायट्रोजन-सहाय्यित डिपॉझिशनमध्ये बदलते, तेव्हा चेंबरमधील वातावरण तात्काळ बदलता येत नाही. नियंत्रण प्रणालीने वायूचा निवास कालावधी, भिंतीवरील अधिशोषण, लक्ष्याची प्रतिक्रिया आणि पंपिंग प्रणालीच्या प्रतिसाद वैशिष्ट्यांचा विचार करणे आवश्यक आहे. अयोग्यरित्या नियंत्रित संक्रमणामुळे पुढच्या थराच्या डिपॉझिशनची सुरुवात अस्थिर वायू रचनेखाली होऊ शकते.
रिॲक्टिव्ह मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंगमध्ये ही समस्या विशेषतः गंभीर आहे. रिॲक्टिव्ह स्पटरिंग प्रणालींमध्ये रिॲक्टिव्ह-गॅसचा प्रवाह, टार्गेटच्या पृष्ठभागाची स्थिती, डिस्चार्ज व्होल्टेज, डिपॉझिशनचा दर आणि फिल्मची स्टॉइकियोमेट्री यांच्यात एक नॉन-लिनियर संबंध दिसून येऊ शकतो. मेटॅलिक आणि पॉइझन्ड टार्गेट अवस्थांमधील संक्रमणाजवळ योग्य फीडबॅक नियंत्रणाशिवाय कार्य करणे अस्थिर होऊ शकते. त्यामुळे, प्रक्रियेला स्थिर करण्यासाठी पार्शियल-प्रेशर मॉनिटरिंग, प्लाझ्मा-एमिशन मॉनिटरिंग, टार्गेट-व्होल्टेज फीडबॅक आणि हाय-रिस्पॉन्स मास फ्लो रेग्युलेशन यांना एकत्रित केले जाऊ शकते.
मल्टी-चेंबर किंवा इन-लाइन कोटिंग सिस्टीममध्ये, व्हॅक्यूम कोऑर्डिनेशनमध्ये लगतच्या प्रोसेस झोनमधील प्रेशर आयसोलेशनचाही समावेश असतो. लोड-लॉक चेंबर्स, बफर चेंबर्स, ट्रान्सफर चेंबर्स, स्लिट व्हॉल्व्ह, डिफरेंशियल पंपिंग सेक्शन्स आणि गॅस-सेपरेशन स्ट्रक्चर्समुळे क्रॉस-कंटॅमिनेशन कमी होऊ शकते आणि वेगवेगळे थर स्वतंत्र वातावरणाखाली जमा करता येतात.
रोल-टू-रोल आणि सतत इन-लाइन प्रणालींमध्ये, शेजारील कोटिंग झोनमध्ये वेगवेगळ्या धातू, डायलेक्ट्रिक किंवा प्रतिक्रियाशील प्रक्रिया असू शकतात. एका प्रक्रिया विभागाचा दुसऱ्यावर प्रभाव पडू नये यासाठी वायू विलगीकरण, नियंत्रित पंपिंग, सब्सट्रेट तापमान व्यवस्थापन आणि इन-सिटू मापन या प्रक्रिया एकत्रितपणे कार्यरत असणे आवश्यक आहे.
संचयन स्रोत, वीज पुरवठा आणि गॅस वितरण यांनी एक प्रणाली म्हणून कार्यरत राहिले पाहिजे.
बहुस्तरीय कार्यात्मक फिल्म्ससाठी एकाच उपकरण प्लॅटफॉर्ममध्ये अनेक निक्षेपण तंत्रज्ञानांची आवश्यकता असू शकते. अनुप्रयोगावर अवलंबून, प्रणालीमध्ये डीसी मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग, पल्स्ड डीसी स्पटरिंग, मिड-फ्रिक्वेन्सी स्पटरिंग, रेडिओ-फ्रिक्वेन्सी स्पटरिंग, HiPIMS, थर्मल इव्हॅपोरेशन, इलेक्ट्रॉन-बीम इव्हॅपोरेशन, आयन-असिस्टेड डिपॉझिशन, PECVD, किंवा स्पॅशियल ALD एकत्रित केले जाऊ शकतात.
प्रत्येक स्रोताची स्वतःची प्रज्वलन वैशिष्ट्ये, शक्ती प्रतिसाद, निक्षेपण-दर वर्तन, औष्णिक भार, प्लाझ्मा वितरण आणि सामग्री-वापर पद्धत असते. स्थिर बहुस्तरीय उत्पादन हे केवळ किती स्रोत स्थापित केले आहेत यावर अवलंबून नसून, या स्रोतांमध्ये समन्वय कसा साधला जातो यावर अवलंबून असते.
उत्पादनाच्या निक्षेपणासाठी लक्ष्य वापरण्यापूर्वी, प्रणालीला शटर बंद ठेवून प्री-स्पटरिंग किंवा लक्ष्य कंडिशनिंग करण्याची आवश्यकता असू शकते. यामुळे पृष्ठभागावरील अशुद्धता दूर होते आणि लक्ष्याचा व्होल्टेज, डिस्चार्ज करंट व निक्षेपण दर स्थिर होतो. एका पदार्थावरून दुसऱ्या पदार्थावर स्विच करताना, सोर्स शील्ड, शटरची स्थिती, वायूची रचना, पॉवर रॅम्प आणि सबस्ट्रेटची स्थिती योग्य क्रमाने कार्यान्वित करणे आवश्यक आहे.
वीज पुरवठा नेहमी शून्यावरून थेट अंतिम सेटपॉईंटवर चालू करू नये. नियंत्रित पद्धतीने वीज वाढवणे आणि कमी करणे या प्रक्रियांमुळे असामान्य डिस्चार्ज, कणांची निर्मिती, थर्मल शॉक आणि आर्कच्या घटना कमी होऊ शकतात. रिॲक्टिव्ह प्रक्रियांसाठी, लक्ष्याला वेगाने अस्थिर ऑपरेटिंग क्षेत्रात ढकलणे टाळण्यासाठी, वीज नियमन हे वायू प्रवाह आणि पंपिंग प्रतिसादाशी देखील समन्वयित करणे आवश्यक आहे.
हायब्रीड डिपॉझिशन सिस्टीममध्ये समन्वय अधिकच महत्त्वाचा ठरतो. उदाहरणार्थ, डीसी मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंगद्वारे धातूचा थर जमा केला जाऊ शकतो, तर डायलेक्ट्रिक थरासाठी पल्स्ड डीसी, मिड-फ्रिक्वेन्सी किंवा आरएफ एक्सायटेशनची आवश्यकता असते. त्यानंतर पीईसीव्हीडीद्वारे पॉलिमरसारखा संरक्षक थर जमा केला जाऊ शकतो. प्रोसेस कंट्रोलरला एकाच रेसिपीमध्ये विविध पॉवर आर्किटेक्चर्स, मॅचिंग नेटवर्क्स, गॅस-डिलिव्हरी चॅनेल्स, प्लाझ्मा इग्निशन कंडिशन्स आणि सेफ्टी इंटरलॉक्स यांचे व्यवस्थापन करावे लागते.
उपकरणाने अनपेक्षित स्रोत आंतरक्रिया देखील टाळली पाहिजे. एकाच वेळी कार्यरत असलेले कॅथोड प्लाझ्मा घनता, चेंबर पोटेन्शिअल, रिॲक्टिव्ह-गॅसचा वापर आणि स्थानिक सबस्ट्रेट हीटिंगवर परिणाम करू शकतात. जर सह-निक्षेपणासाठी (co-deposition) अनेक स्रोत वापरले जात असतील, तर कंपोझिशन नियंत्रण त्यांच्या वैयक्तिक निक्षेपण दरांमधील स्थिर गुणोत्तरावर अवलंबून असते. यासाठी स्वतंत्र पॉवर फीडबॅक, कॅलिब्रेटेड निक्षेपण-दर मॉडेल्स किंवा क्लोज्ड-लूप कंपोझिशन मॉनिटरिंगची आवश्यकता असू शकते.
वायू-वितरण रचना तितकीच महत्त्वाची आहे. केवळ एकूण वायू प्रवाह फिल्मची एकसमानता किंवा स्टॉइकिओमेट्री ठरवत नाही. वायू प्रवेशद्वार, पंपिंग पोर्ट, कॅथोड, सबस्ट्रेट कॅरिअर्स आणि चेंबर शील्ड्स यांचे स्थान स्थानिक वायू सांद्रता आणि प्लाझ्माचे वातावरण ठरवते. त्यामुळे, उपकरण नियंत्रण धोरण हे यांत्रिक रचना पूर्ण झाल्यावर जोडण्याऐवजी, चेंबरची रचना आणि स्त्रोताच्या मांडणीसोबतच विकसित केले पाहिजे.
आधारस्तराच्या गतीचे निर्देशांक, एकसमानता, थराची जाडी आणि औष्णिक भार
सबस्ट्रेट-मोशन सिस्टीम ही मल्टीलेयर डिपॉझिशनचा एक मध्यवर्ती भाग आहे कारण प्रत्येक पृष्ठभागाचा भाग डिपॉझिशन फ्लक्स, प्लाझ्मा, उष्णता आणि रिॲक्टिव्ह-गॅस वातावरणाच्या संपर्कात कसा येतो हे ती ठरवते.
बॅच कोटिंग उपकरणांमध्ये, सपाट, वक्र किंवा त्रिमितीय वर्कपीसवरील कोटिंगची एकसमानता सुधारण्यासाठी सबस्ट्रेटचे रोटेशन, रिव्होल्यूशन, प्लॅनेटरी मोशन, ऑसिलेशन किंवा मल्टी-ॲक्सिस मूव्हमेंटचा वापर केला जाऊ शकतो. कंटिन्युअस सिस्टीममध्ये, ट्रान्सपोर्टचा वेग आणि प्रोसेस झोनमधील सिंक्रोनायझेशन हे डिपॉझिशनची वेळ आणि जमा झालेल्या थराची जाडी थेट ठरवतात.
प्रत्येक थरासाठी गतीची रणनीती स्वतंत्रपणे तयार करता येत नाही. धातूच्या थरासाठी योग्य असलेला वेग किंवा मार्ग, वेगळे निक्षेपण वितरण असलेल्या डायलेक्ट्रिक थरासाठी इष्टतम असेलच असे नाही. त्याचप्रमाणे, एक निश्चित ग्रहीय परिभ्रमण गुणोत्तर, गुंतागुंतीच्या त्रिमितीय भागांवर वेगवेगळे प्लाझ्मा-एक्सपोजर इतिहास निर्माण करत असतानाही, सरासरी जाडीमध्ये चांगली एकसमानता आणू शकते.
नियंत्रकाने सबस्ट्रेटची स्थिती, स्त्रोताची शक्ती, शटरची स्थिती, वायूचा प्रवाह आणि थराचा अंतिम बिंदू यांच्यात समन्वय साधला पाहिजे. जेव्हा सबस्ट्रेट वाहक परिभाषित कोटिंग झोनमध्ये प्रवेश करतो आणि स्थिर गती अवस्थेत पोहोचतो, तेव्हाच निक्षेपण सुरू केले पाहिजे. जेव्हा एक थर पूर्ण होतो, तेव्हा स्थानिक ओव्हरकोटिंग टाळण्यासाठी स्त्रोताची शक्ती किंवा शटरची स्थिती एका विशिष्ट कोनीय स्थितीत बदलण्याची आवश्यकता असू शकते.
सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर जाडीचे वितरण आणि पुनरावृत्तीक्षमता सुधारण्यासाठी, अचूक ऑप्टिकल कोटिंग उपकरणांमध्ये ग्रहीय परिभ्रमण आणि नियंत्रित सब्सट्रेट हालचालीचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो.
मोठ्या क्षेत्रातील काच, सेमीकंडक्टर वेफर्स, लवचिक सबस्ट्रेट्स आणि अखंड वेब मटेरियल्ससाठी, गती स्थिरता ही फिल्मच्या जाडीच्या नियंत्रण प्रक्रियेचा एक भाग बनते. वाहतुकीचा वेग, ड्रमचे तापमान, वेबवरील ताण, कॅरियरमधील अंतर किंवा थांबण्याची स्थिती यांमधील बदलांमुळे जाडीत तफावत, रंगातील फरक, असमान शीट रेझिस्टन्स किंवा विसंगत ऑप्टिकल कामगिरी होऊ शकते.
औष्णिक व्यवस्थापन हे सबस्ट्रेटच्या हालचालीशी सुसंगत असणे आवश्यक आहे. बाष्पीभवन स्रोतांमधून निघणारे विकिरण, आयन बॉम्बार्डमेंट, प्लाझ्मा हीटिंग आणि संघनन ऊर्जा यांमुळे एका दीर्घ बहुस्तरीय प्रक्रियेदरम्यान सबस्ट्रेटचे तापमान हळूहळू वाढू शकते. जर उपकरण जमा झालेल्या प्रक्रिया उष्णतेचा विचार न करता केवळ हीटरच्या आउटपुटवर नियंत्रण ठेवत असेल, तर सबस्ट्रेटचे प्रत्यक्ष तापमान रेसिपीच्या निर्धारित बिंदूपासून लक्षणीयरीत्या विचलित होऊ शकते.
त्यामुळे, प्रणालीने संपूर्ण स्टॅकच्या थर्मल बजेटनुसार तापवणे, थंड करणे, सबस्ट्रेटची हालचाल, डिपॉझिशन पॉवर आणि प्रतीक्षा कालावधी यांचे समन्वय साधला पाहिजे. उष्णता-संवेदनशील सबस्ट्रेट्स किंवा तापमान-संवेदनशील फिल्म संरचनांसाठी तापमान-नियंत्रित ड्रम्स, बॅकसाइड कूलिंग, कॅरियर कूलिंग, स्टेज्ड हीटिंग प्रोफाइल्स आणि इंटरलेअर कूलिंग स्टेप्स आवश्यक असू शकतात.
इन-सिटू मॉनिटरिंग डिझाइन केलेल्या स्टॅकला ठेवलेल्या स्टॅकशी जोडते.
मल्टीलेयर फिल्म डिझाइनमध्ये प्रत्येक थराची सैद्धांतिक जाडी, अपवर्तनांक, रचना आणि क्रम परिभाषित केलेला असतो. बदलत्या उत्पादन परिस्थितीनुसार उपकरणाला या डिझाइनचे प्रत्यक्ष कोटिंग स्टॅकमध्ये रूपांतर करावे लागते.
लक्ष्याची झीज झाल्यामुळे, बाष्पीभवन स्रोताची भूमिती बदलल्यामुळे, चेंबरच्या संरक्षकांवर लेप जमा झाल्यामुळे किंवा अभिक्रियाशील वायूंच्या परिस्थितीत बदल झाल्यामुळे निक्षेपण दरात बदल होऊ शकतो. त्यामुळे, केवळ निश्चित वेळेचा वापर करून प्रत्येक थरावर नियंत्रण ठेवल्यास सैद्धांतिक आणि प्रत्यक्ष थरांच्या रचनेतील फरक हळूहळू वाढू शकतो.
क्वार्ट्झ क्रिस्टल मायक्रोबॅलन्सचा उपयोग सामान्यतः निक्षेपण दर आणि जमा झालेली भौतिक जाडी यांचे निरीक्षण करण्यासाठी केला जातो. बहुस्तरीय ऑप्टिकल कोटिंग्जसाठी, थेट ऑप्टिकल निरीक्षणाद्वारे वाढणाऱ्या फिल्मच्या ऑप्टिकल प्रतिसादाबद्दल अतिरिक्त माहिती मिळू शकते. प्रणालीनुसार, पारगम्यता, परावर्तनक्षमता किंवा ब्रॉडबँड स्पेक्ट्रल प्रतिसाद जागेवरच मोजले जाऊ शकतात.
ऑप्टिकल मॉनिटरिंग विशेषतः मौल्यवान आहे, कारण ऑप्टिकल स्टॅकची अंतिम कार्यक्षमता केवळ भौमितिक जाडीवरच नव्हे, तर ऑप्टिकल जाडीवरही अवलंबून असते. ही प्रणाली प्रत्येक थराला त्याच्या मोजलेल्या ऑप्टिकल प्रतिसादानुसार समाप्त करू शकते आणि अधिक प्रगत कार्यप्रणालींमध्ये, त्यानंतरच्या थरांची जाडी समायोजित करून लहान विचलनांची भरपाई करू शकते.
आधुनिक ऑप्टिकल मॉनिटरिंग सिस्टीम फिरत्या सबस्ट्रेट होल्डर्सवर थेट मल्टीलेयर वाढ मोजू शकतात आणि प्रत्येक लेयरसाठी एंडपॉइंट नियंत्रण प्रदान करू शकतात.
प्रवाहकीय, अर्धवाहक आणि ऊर्जा-संबंधित लेपनांसाठी, इन-सिटू मॉनिटरिंगमध्ये स्पेक्ट्रोस्कोपिक इलिप्सोमेट्री, प्लाझ्मा-उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी, अवशिष्ट वायू विश्लेषण, शीट-रेझिस्टन्स मापन किंवा इतर प्रक्रिया-विशिष्ट सेन्सर्सचा समावेश असू शकतो. प्रक्रियेतील बदलांना सर्वाधिक संवेदनशील असलेल्या कार्यात्मक वैशिष्ट्यानुसार देखरेख पद्धतीची निवड केली पाहिजे.
एका विश्वसनीय मॉनिटरिंग प्रणालीसाठी केवळ सेन्सर स्थापित करण्यापेक्षा अधिक गोष्टींची आवश्यकता असते. सेन्सरची स्थिती, टूलिंग फॅक्टर, ऑप्टिकल पाथ, सिग्नल फिल्टरिंग, कॅलिब्रेशन फ्रिक्वेन्सी, शटर टायमिंग आणि डेटा सिंक्रोनायझेशन या सर्वांचा परिणाम मापनाच्या अचूकतेवर होतो. कंट्रोलरने थरांच्या वाढीमुळे होणारे सामान्य सिग्नल बदल आणि प्लाझ्मातील चढउतार, सेन्सर कोटिंग, स्त्रोताची अस्थिरता किंवा सबस्ट्रेटच्या हालचालीमुळे होणारे असामान्य बदल यांच्यात फरक करणे आवश्यक आहे.
सर्वात प्रभावी नियंत्रण धोरणामध्ये सहसा फीडफॉरवर्ड आणि फीडबॅक लॉजिकचा संयोग असतो. फीडफॉरवर्ड नियंत्रण प्रारंभिक पॅरामीटर सेटिंग्ज निश्चित करण्यासाठी कॅलिब्रेटेड प्रक्रिया मॉडेल्स, लक्ष्य-आयुष्य भरपाई आणि ज्ञात चेंबर परिस्थितीचा वापर करते. त्यानंतर फीडबॅक नियंत्रण निक्षेपणादरम्यान होणारे विचलन दुरुस्त करण्यासाठी रिअल-टाइम मोजमापांचा वापर करते.
इंटरफेस व्यवस्थापन हे ठरवते की स्वतंत्र स्तर एक कार्यात्मक स्टॅक बनतील की नाही.
दोन थरांमधील आंतरपृष्ठ हे अनेकदा त्या प्रत्येक थराच्या स्वतंत्र स्थूल गुणधर्मांपेक्षा अधिक महत्त्वाचे असते. आसंजन, आंतरप्रसरण, ऑक्सिडीकरण, खडबडपणा, जालक विसंगती, प्रदूषण आणि ताण हस्तांतरण या सर्व गोष्टी आंतरपृष्ठावरच घडतात.
जर आधीच्या थराचा पृष्ठभाग दूषित किंवा रासायनिक दृष्ट्या अस्थिर असेल, तर पुढच्या थरात खराब न्यूक्लिएशन किंवा कमकुवत बंधन दिसून येऊ शकते. जर ऊर्जावान आयन बॉम्बार्डमेंट खूप तीव्र असेल, तर त्यामुळे घनता वाढू शकते, परंतु त्याचबरोबर रिस्पटरिंग, इंटरफेस मिक्सिंग, दोष निर्मिती किंवा अत्यधिक संकुचित ताण देखील येऊ शकतो. जर ते खूपच कमकुवत असेल, तर कोटिंगमध्ये सच्छिद्र किंवा स्तंभाकार रचना विकसित होऊ शकते.
त्यामुळे उपकरणाने सबस्ट्रेट बायस, आयन-सोर्स पॉवर, प्लाझ्मा डेन्सिटी, सबस्ट्रेट तापमान आणि ट्रान्झिशन टायमिंग यांचे स्तर-विशिष्ट नियंत्रण प्रदान केले पाहिजे. संपूर्ण मल्टीलेयर प्रक्रियेदरम्यान हे पॅरामीटर्स अपरिवर्तित राहता कामा नयेत.
एका आसंजन थराला तीव्र पृष्ठभागीय सक्रियण आणि तुलनेने उच्च आयन सहाय्याची आवश्यकता असू शकते. एका संवेदनशील ऑप्टिकल थराला शोषण आणि इंटरफेस मिश्रण कमी करण्यासाठी कमी आयन ऊर्जेची आवश्यकता असू शकते. एका कठीण संरक्षक थराला पुरेशी घनता आणि कठीणपणा मिळवण्यासाठी वाढीव प्लाझ्मा घनता किंवा बायसची आवश्यकता असू शकते. कमी-पृष्ठभागीय-ऊर्जेच्या टॉपकोटला कमी सबस्ट्रेट तापमान आणि काळजीपूर्वक नियंत्रित प्रीकर्सर वितरणाची आवश्यकता असू शकते.
थरांमधील खडबडीतपणा थरांच्या संपूर्ण रचनेत पसरू शकतो. एकदा पृष्ठभागावरील दोष किंवा गाठींची वाढ सुरू झाली की, त्यानंतरचे थर त्यांना अधिक तीव्र करू शकतात. त्यामुळे, प्रक्रियेमध्ये पहिल्या थरापासूनच कणांची निर्मिती, आर्क दमन, स्रोताची स्वच्छता, फिक्स्चरचे दूषितीकरण आणि शील्डची स्थिती यांवर नियंत्रण ठेवणे आवश्यक आहे.
नॅनोमीटर-स्केल मल्टीलेयर्ससाठी, इंटरफेसची खडबडपणा आणि इंटरलेयर निर्मिती ऑप्टिकल किंवा इलेक्ट्रॉनिक कार्यक्षमतेवर थेट परिणाम करू शकतात, ज्यामुळे स्त्रोताची स्थिरता, गतीची अचूकता आणि इंटरफेस नियंत्रण हे उपकरणाच्या डिझाइनपासून अविभाज्य बनतात.
संपूर्ण थरांमध्ये ताण व्यवस्थापनाचा विचार केला पाहिजे. निक्षेपण दाब, आयन ऊर्जा, तापमान, सूक्ष्मसंरचना आणि जाडी यांवर अवलंबून प्रत्येक पदार्थ ताण किंवा संकोचन ताण निर्माण करू शकतो. जरी प्रत्येक स्वतंत्र थराचा ताण स्वीकारार्ह असला तरी, एका जाड बहुस्तरीय संरचनेचा एकत्रित ताण विरूपण, तडे जाणे, पापुद्रा निघणे किंवा प्रकाशीय विकृती निर्माण करू शकतो.
त्यामुळे उपकरणाच्या रचनेत थरांचा क्रम, निक्षेपण ऊर्जा, तापमान प्रोफाइल, जाडीचे वितरण आणि शीतलन परिस्थिती यांचा समतोल साधला पाहिजे. काही उपयोगांमध्ये, संरचनात्मक स्थिरता सुधारण्यासाठी ताण-भरपाई थर किंवा श्रेणीबद्ध इंटरफेस समाविष्ट केले जाऊ शकतात.
रेसिपी ऑर्केस्ट्रेशन प्रक्रिया ज्ञानाचे पुनरावर्तनीय उत्पादनात रूपांतर करते.
बहुस्तरीय निक्षेपणाचे संपूर्ण समन्वय तर्कशास्त्र अंतिमतः प्रक्रिया कृती आणि स्वचालन-नियंत्रण वास्तुरचनेद्वारे अंमलात आणले जाते.
एका मल्टिलेयर रेसिपीमध्ये केवळ लेयरची नावे, डिपॉझिशनची वेळ, गॅसचा प्रवाह आणि पॉवर सेटिंग्ज यांचाच समावेश नसावा. त्यामध्ये उपकरणाच्या संपूर्ण स्थिती संक्रमणाची व्याख्या असावी, ज्यामध्ये पंपिंगची स्थिती, बेस-प्रेशर क्वालिफिकेशन, सोर्स कंडिशनिंग, सबस्ट्रेट हीटिंग, प्लाझ्मा क्लीनिंग, गॅस स्टॅबिलायझेशन, पॉवर रॅम्पिंग, शटर ऑपरेशन, मोशन सिंक्रोनायझेशन, एंडपॉइंट डिटेक्शन, इंटरलेयर ट्रान्झिशन, कूलिंग, व्हेंटिंग आणि अनलोडिंग यांचा समावेश असावा.
प्रत्येक क्रिया केवळ व्यतीत झालेल्या वेळेवर अवलंबून न राहता, प्रक्रियेच्या स्थितीशी जोडलेली असावी. उदाहरणार्थ, केवळ पंपिंग टायमरची वेळ संपली म्हणून निक्षेपण सुरू होऊ नये. प्रणालीने याची खात्री केली पाहिजे की दाब, गळतीच्या दराचा कल, सब्सट्रेटचे तापमान, शीतलक पाण्याची स्थिती आणि स्रोताची सज्जता या सर्व गोष्टी आवश्यक अटींची पूर्तता करतात.
त्याचप्रमाणे, आधीचा स्रोत बंद केल्यावर लगेच पुढचा थर सुरू करू नये. आधीचा वायू पूर्णपणे बाहेर काढला गेला आहे, नवीन वायूचा प्रवाह स्थिर आहे, टार्गेटचे प्री-स्पटरिंग पूर्ण झाले आहे आणि सबस्ट्रेट योग्य स्थितीत व तापमानावर पोहोचले आहे, याची पडताळणी कंट्रोलरला करावी लागू शकते.
मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनासाठी रेसिपी व्हर्जन कंट्रोल देखील महत्त्वाचे आहे. पॉवर, प्रेशर, गॅस फ्लो, लेयर थिकनेस, बायस व्होल्टेज किंवा एंडपॉइंट क्रायटेरियामधील बदल नोंदवले जावेत आणि ते संबंधित प्रोडक्शन बॅचशी जोडले जावेत. यामुळे फिल्मच्या कामगिरीतील तफावतीचा मागोवा उपकरणाचे पॅरामीटर्स आणि प्रक्रियेतील बदलांपर्यंत घेणे शक्य होते.
अनेक वैशिष्ट्ये असलेल्या उत्पादनांसाठी, उपकरणाने मॉड्यूलर रेसिपी संरचनांना समर्थन दिले पाहिजे. पंपिंग, प्लाझ्मा क्लीनिंग, अॅडिशन-लेयर डिपॉझिशन किंवा कूलिंग यांसारख्या सामान्य प्रक्रिया पुन्हा वापरता येण्याजोग्या प्रोसेस मॉड्यूल्स म्हणून कॉन्फिगर केल्या जाऊ शकतात, तर उत्पादन-विशिष्ट लेयर स्टॅक्स स्वतंत्रपणे नियंत्रित राहतात.
ऑटोमेशन प्रणालीने सध्याच्या थरानुसार असामान्य परिस्थितींचेही व्यवस्थापन केले पाहिजे. जाड धातूच्या थरादरम्यान एखादी क्षणिक आर्क घटना घडल्यास, स्वयंचलित आर्क दमन आणि निक्षेपण सुरू ठेवून ती हाताळली जाऊ शकते. नॅनोमीटर-स्केल ऑप्टिकल थरादरम्यान अशीच घटना घडल्यास, प्रणालीला थांबावे लागू शकते, भरपाई करावी लागू शकते, थराची पुनरावृत्ती करावी लागू शकते किंवा तपासणीसाठी बॅच चिन्हांकित करावी लागू शकते.
हे लेयर-अवेअर एक्सेप्शन-हँडलिंग लॉजिक, मूलभूत मशीन ऑटोमेशन आणि खरे प्रोसेस ऑटोमेशन यांमधील एक महत्त्वाचा फरक आहे.
वैयक्तिक उपकरणांच्या स्थिरतेपासून ते संपूर्ण स्टॅकच्या सुसंगततेपर्यंत
उपकरण समन्वयाचा अंतिम उद्देश केवळ प्रक्रियेचा प्रत्येक टप्पा स्वयंचलितपणे पूर्ण करणे हा नाही. तर, जमा झालेला बहुस्तरीय थर अभिकल्पित कार्यात्मक कामगिरीची सातत्याने पुनरावृत्ती करेल, हे सुनिश्चित करणे हा आहे.
यासाठी चार स्तरांवर समन्वयाची आवश्यकता असते. पहिला स्तर म्हणजे व्हॅक्यूम पंप, व्हॉल्व्ह, पॉवर सप्लाय, गॅस सिस्टीम, स्रोत, हीटर, मोशन मेकॅनिझम, सेन्सर आणि कूलिंग सर्किट्स यांच्यातील हार्डवेअर समन्वय. दुसरा स्तर म्हणजे क्लीनिंग, ॲक्टिव्हेशन, डिपॉझिशन, रिॲक्शन, ट्रान्झिशन आणि कूलिंग यांच्यातील प्रक्रिया समन्वय. तिसरा स्तर म्हणजे रेसिपी, सेन्सर सिग्नल, अलार्म रेकॉर्ड, एंडपॉइंट रिझल्ट्स आणि क्वालिटी मेजरमेंट्स यांच्यातील डेटा समन्वय. चौथा स्तर म्हणजे लाइफसायकल समन्वय, ज्यामध्ये टार्गेट इरोजन, सोर्स मेंटेनन्स, चेंबर क्लीनिंग, सेन्सर कॅलिब्रेशन, फिक्स्चर कंडिशन आणि प्रोसेस कॉम्पेन्सेशन यांचा समावेश होतो.
कार्यात्मक लेप अधिक गुंतागुंतीचे होत असल्याने, उपकरणाच्या क्षमतेचे मूल्यांकन वाढत्या प्रमाणात एकाच निक्षेपण स्रोताऐवजी संपूर्ण फिल्म स्टॅक नियंत्रित करण्याच्या क्षमतेवरून केले जाईल. महत्त्वाचे प्रश्न यापुढे केवळ एखादे यंत्र विशिष्ट पदार्थ निक्षेपित करू शकते की नाही, यापुरते मर्यादित राहणार नाहीत. उत्पादकांना हे देखील सिद्ध करावे लागेल की उपकरण इंटरफेसची गुणवत्ता टिकवून ठेवू शकते का, जमा झालेला ताण नियंत्रित करू शकते का, क्रॉस-कंटॅमिनेशन कमी करू शकते का, स्रोतातील बदलाची भरपाई करू शकते का, स्पेक्ट्रल किंवा इलेक्ट्रिकल कार्यक्षमतेची पुनरावृत्ती करू शकते का, आणि बॅच-टू-बॅच सुसंगतता साधू शकते का.
त्यामुळे, बहुस्तरीय कार्यात्मक-फिल्म निक्षेपण ही उपकरणांची रचना आणि प्रक्रिया अभियांत्रिकी यांच्यातील एक समन्वित आंतरक्रिया आहे. निर्वात स्थिरता पर्यावरणीय पाया पुरवते, स्रोत आणि ऊर्जेचा समन्वय सामग्रीचा पुरवठा निश्चित करतो, वायू नियंत्रण रचना नियंत्रित करते, सब्सट्रेटची हालचाल अवकाशीय एकसमानता ठरवते, औष्णिक आणि बायस नियंत्रण फिल्मच्या वाढीवर प्रभाव टाकतात, आणि इन-सिटू देखरेख प्रत्यक्ष कोटिंगच्या परिणामाला डिझाइन केलेल्या थरांच्या रचनेशी जोडते.
जेव्हा या उपप्रणाली एकात्मिक प्रक्रिया-नियंत्रण धोरणांतर्गत कार्य करतात, तेव्हाच अनेक स्वतंत्र थर एक स्थिर, पुनरावर्तनीय आणि मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन करण्यायोग्य कार्यात्मक फिल्म प्रणाली बनू शकतात.
हा लेख यांनी प्रकाशित केला आहेव्हॅक्यूम कोटिंग उपकरण निर्माताझेनहुआ व्हॅक्यूम
पोस्ट करण्याची वेळ: जुलै-१६-२०२६