Einheitlichkeit der Dickenabscheidung
Einführung
Die Magnetron-Sputter-Beschichtung wird in großem Umfang bei der großflächigen Abscheidung angewendet, und der Gleichmäßigkeit der Dünnschichtdicke, dem Abscheidungsverhältnis, dem Ausnutzungsverhältnis des Zielmaterials und anderen Problemen in der Beschichtungsindustrie wird große Aufmerksamkeit geschenkt.
Ob es darum geht, einen Halbleiterchip mit einem dünnen Schutzfilm zu beschichten oder eine Antireflexbeschichtung auf ein Brillenglas aufzubringen, Prozessingenieure müssen bestimmte Dickenspezifikationen erfüllen, um die Leistungsanforderungen zu erfüllen. Ebenso wichtig wie die Filmdicke selbst ist die Gleichmäßigkeit der Dicke.
Testbericht für VPI-Beschichter Modell: SD-900M
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Einheitlichkeit der Leistungsspezifikationen erreichen
Ohne eine ordnungsgemäße Dickenverteilung zu erreichen, kann es schwierig sein sicherzustellen, dass die Spezifikationen vollständig erfüllt werden. Die Beschichtung kann die Dickenanforderungen an bestimmten Bereichen des Substrats erfüllen, aber wenn sie nicht gleichmäßig aufgetragen wird, sind andere Bereiche zu dick oder zu dünn und erfüllen möglicherweise nicht die Leistungsanforderungen. Beispielsweise würde eine großflächige Antireflexionsbeschichtung an unterschiedlichen Punkten auf dem Substrat unterschiedliche Reflexionsvermögen aufweisen, was sich wahrscheinlich auf die Gesamtleistung auswirken würde.
Gleichmäßigkeit der Abscheidung ist erforderlich, um die Leistungsspezifikationen in jeder Anwendung zu erfüllen, unabhängig von der Abscheidungsmethode. Möglicherweise benötigen Sie eine sehr feine Filmbeschichtung, und wenn sie an bestimmten Stellen etwas zu dick ist, kann sich dies negativ auf die Leistung auswirken. Und einige Substrate weisen eine komplizierte Topografie wie Stufen und Durchkontaktierungen auf, erfordern aber dennoch eine gleichmäßige Verteilung, um unerwünschte Risse und mögliche Geräteausfälle zu verhindern. Die Einheitlichkeit der Dicke ist der Schlüssel, von so trivialen Stößen wie der Verzerrung eines Spiegelbildes bis hin zu den lebensverändernden Auswirkungen eines Hüftgelenksersatzes, der nicht richtig gegen Verschleiß und Degradation verstärkt ist.
Vorteile über die Leistung hinaus
Aber Leistung ist nicht das einzige Anliegen für Verfahrenstechniker. Auch andere Produktionsfaktoren werden durch das Erreichen von Einheitlichkeit unterstützt, wie beispielsweise Wiederholbarkeit und Ertragsraten. Die Einheitlichkeit der Foliendicke gibt die Gewissheit, dass die Spezifikationen eingehalten werden und es keine Schwankungen in der Dicke von Produkt zu Produkt gibt. Wenn Sie eine Methode oder Maschine verwenden, die für Einheitlichkeit sorgt, können Sie sicher sein, dass der Prozess eine hohe Ausbeute liefert.
Das Erreichen gleichmäßiger, wiederholbarer Dickenverteilungen reicht jedoch nicht aus, um einen praktikablen Prozess zu gewährleisten. Kosten und Verfügbarkeit müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Ein gut gestaltetes Produkt liefert wiederholbare, gleichmäßige Filme und minimiert gleichzeitig Materialverschwendung.
Die Gleichmäßigkeit der Dünnschichtdicke ist für den Abscheidungsprozess bei jeder Anwendung wichtig. Es kann sich auf eine Vielzahl von Spezifikationen auswirken, von Leistungsergebnissen bis hin zu Produktionserträgen und -kosten. Sie senken Ihre Gesamtbetriebskosten, indem Sie Ihren Ertrag und Ihre Wiederholbarkeit auf dem Ziel halten und sicherstellen, dass eine optimale Leistung erreicht wird.
Faktoren, die die Abscheidungsleistung bestimmen
Die Abscheidung, ein Prozess zur Abscheidung dünner Materialschichten (oder Filme) auf einem Substrat, ist eine gängige Praxis in Branchen wie der Halbleiter- und Nanotechnologie. Die Dünnfilmabscheidung kann mit einer Vielzahl von Technologien erreicht werden, die Filme bereitstellen können, die von Isolatoren über Halbleiter bis hin zu Metallen reichen. Die Filme können ebenso unterschiedliche Rollen erfüllen, die von Zwischenschichtdielektrika bis hin zu Zwischenverbindungen reichen.
Ablagerungsrate
Die Abscheidungsrate, einfach ein Maß dafür, wie schnell der Film wächst, verwendet typischerweise Einheiten der Dicke dividiert durch die Zeit. Wie beim Ätzen ist es wichtig, eine Technologie zu wählen, die eine den Anwendungen entsprechende Abscheidungsrate bietet. Beispielsweise würde man eine relativ langsame Abscheidungsrate für Dünnfilme verwenden (genau wie beim Ätzen von Dünnfilmen, wo man eine relativ langsame Ätzrate verwendet) und dementsprechend eine schnelle Abscheidungsrate für dicke Filme. Die Idee ist, die Kontrolle zu behalten und den Bedarf an Geschwindigkeit und die Notwendigkeit einer präzisen Steuerung der Filmdicke auszugleichen. Aber natürlich gibt es immer Kompromisse zwischen Folieneigenschaften und Prozessbedingungen. Prozesse mit schnellerer Rate verwenden oft höhere Leistung, Temperaturen oder Gasströme, die andere Filmeigenschaften wie Gleichmäßigkeit, Spannung oder Dichte beeinflussen oder einschränken.
Abscheidungsraten können von einigen zehn Å/min bis zu 10.000 Å/min reichen. Es gibt Techniken zum Überwachen des Filmdickenwachstums in Echtzeit, eine Vielzahl von Verfahren, wie Quarzkristallüberwachung und optische Interferenz.
Gleichmäßigkeit
Die Abscheidungsgleichmäßigkeit ist ein Maß für die Filmkonsistenz auf einem Substrat. Normalerweise bezieht es sich auf die Filmdicke, kann sich aber auch auf andere Filmeigenschaften wie den Brechungsindex beziehen. Die gesammelten Daten über einen Wafer werden normalerweise mit einer Standardabweichung gemittelt, die die Abweichung vom Durchschnitt in Form von einem, zwei oder drei Sigma darstellt. Ein alternativer Ansatz ist die Verwendung der Formel ((Maximalwert – Minimalwert)/2 x Durchschnittswerte). Man muss daran denken, eine Zone zu identifizieren, in der die Messtechnik aufgrund von Klemmung oder anderen Randeffekten ausgeschlossen werden sollte.
Es ist hilfreich, die Anwendung gut zu verstehen, um eine Über- oder Unterspezifikation der Einheitlichkeit zu vermeiden. Filme, die eine direkte Rolle beim Betrieb des Bauelements spielen, wie beispielsweise ein Gate-Oxid oder eine Kondensatordicke, benötigen mit größerer Wahrscheinlichkeit eine strengere Gleichmäßigkeitsspezifikation als Filme, die dies nicht tun. Die Einheitlichkeit spielt nicht nur eine Rolle bei der Geräteleistung, sondern aus Sicht der Herstellung ist es wichtig zu erkennen, dass andere Schritte durch eine schlechte Einheitlichkeit beeinträchtigt werden können. Ein Film mit schlechter Gleichmäßigkeit wirkt sich auf die Ätzschritte aus, indem er die Zeit beeinflusst, die zum Ätzen des dünnsten Abschnitts des Films gegenüber dem dicksten erforderlich ist.
Flexibilität
Flexibilität, das Leistungsspektrum eines Systems, kann ein wichtiger Faktor bei der Entscheidung sein, welche Art von Abscheidungssystem angeschafft werden soll. Dies gilt eher für F&E-Umgebungen als für industrielle Anwendungen, bei denen häufig spezifische Lösungen bevorzugt werden. Das Verständnis der Materialien, die abgeschieden werden können, Substratgrößen, Temperaturbereiche, Ionenfluss, Abscheidungsraten, Frequenzen, Endpunkt und Druckbetriebsregime sind nur einige der Überlegungen. Flexibilität ist auch eine Systemqualität, die eine Planung für die Zukunft ermöglicht. In F&E ändern sich die Prioritäten, und es ist nützlich, ein System zu haben, das mit diesen Änderungen umgehen kann. Auf diese Überlegungen kommt noch das Budget. Abhängig von der Art der Technologieoptionen können die Systeme erheblich im Preis variieren.
Prüfbericht für VPI-Beschichter Modell:SD-900M
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Stufenabdeckung
Wie ein Abscheidungsprozess die Substrattopographie bedeckt, wird als Stufenabdeckung oder Füllfähigkeit beschrieben. Die Stufenabdeckung wird als das Verhältnis eines abgeschiedenen Films entlang der Seitenwände oder des Bodens der Merkmale zu der abgeschiedenen Dicke im offenen Bereich ohne Merkmale gemessen. Beispielsweise hat ein Merkmal, das 0,1 µm abgeschiedenen Film entlang der Seitenwand eines Grabens und 0,15 µm Film im offenen Bereich aufweist, eine Stufenabdeckung von 67 %. Der Abscheidungsmechanismus spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Stufenabdeckung und -füllung. Bei manchen Abscheidungstechnologien, wie z. B. Verdampfungsabscheidung, ist der Vakuumdruck sehr niedrig und die Abscheidungsmaterialien kommen in Sichtlinie von der Abscheidungsquelle an. Bei anderen Technologien ist der Druck deutlich höher und aufgrund von Gasphasenkollisionen gelangt das Material aus allen Winkeln an die Oberfläche. Temperatur, Merkmalsprofil und Seitenverhältnis beeinflussen alle die Menge der Stufenabdeckung und die Fähigkeit, ein Merkmal zu füllen.
Filmeigenschaften
Die Eigenschaften einer Folie hängen von der Anwendung ab. Wir können die Anwendungsanforderungen grob in Kategorien wie Photonik, Optik, Elektronik, Mechanik oder Chemie einteilen, und oft müssen Filme Anforderungen in mehr als einer Kategorie erfüllen. Beispielsweise müssen hydrophobe Folien, wie sie auf den Apple-Produkten verwendet werden, um die Oberflächen vor Feuchtigkeitsschäden zu schützen (chemische Anforderung), auch transparent sein (optisch). Der erste Schritt zur Abscheidung des geeigneten Films besteht also darin, die Anwendung zu verstehen und zu verstehen, wie sich die Filmeigenschaften auf die endgültige Leistung in der Anwendung auswirken. Es ist nicht erforderlich, alle Folieneigenschaften für alle Anwendungen anzugeben.
Prozesstemperatur
Filmeigenschaften werden stark von der Prozesstemperatur beeinflusst. Die Anwendung kann jedoch der verwendbaren Temperatur Grenzen auferlegen. Beispielsweise ist das jüngste Interesse an flexibler Elektronik, die häufig polymere Substrate verwendet, durch den Schmelzpunkt oder die Aufschmelztemperatur dieser Polymere begrenzt. Einige Verbindungshalbleiter sind durch ohmsche Kontakte begrenzt, die sich bei höheren Temperaturen verschlechtern. Die verschiedenen Abscheidungstechnologien arbeiten am besten in begrenzten Temperaturbereichen.
Produktivität
Die Produktivität befasst sich eher mit Aspekten der Systemleistung als mit den Filmen selbst. Hier geht es um Themen wie Zuverlässigkeit, Stabilität und Wartung. Die Zuverlässigkeit wird durch die produktive Betriebszeit gemessen, während die Stabilität durch die Run-to-Run-Reproduzierbarkeit des Systems gemessen wird.
Da Abscheidesysteme dem geschlossenen System Material hinzufügen, kann es im Laufe der Zeit zu einem Anstieg der Partikelzahlen kommen. Die Empfindlichkeit der Anwendung gegenüber Partikeln als ein Teil der Gleichung bei der Bestimmung, wann eine Reinigung durchgeführt werden sollte. Dies führt zur Wartbarkeit eines Systems, bei dem es wünschenswert ist, eine möglichst lange mittlere Reinigungszeit (MTBC) und eine möglichst kurze mittlere Reinigungszeit (MTTC) zu haben. Die Reinigung für Abscheidungssysteme kann so einfach wie eine Plasmareinigung sein, wie sie in PECVD-Systemen zu finden ist, oder komplizierter, wenn Abschirmungen ex situ gereinigt werden müssen, wie bei Sputter-Abscheidungssystemen. Ein schneller, effizienter Reinigungszyklus mit einer schnellen Requalifizierung nach der Reinigung ist eindeutig ein Plus.
Schaden
Da Features immer kleiner werden, werden sie im Allgemeinen anfälliger für Prozessschäden. Jede Abscheidungstechnologie hat das Potenzial, das Material, auf dem abgeschieden wird, zu beschädigen. Schäden sind jedoch kein einfaches Thema. Das Verständnis und die Messung von Schäden kann eine ziemliche Herausforderung darstellen, da die Schadensmechanismen komplex und der Schaden selbst sehr subtil sein können. Schäden können durch Ionenbeschuss, Kontamination oder ultraviolette Strahlung verursacht werden, und es können mehrere Schadensquellen gleichzeitig vorhanden sein. Oft ist die Anforderung „kein Schaden“, aber es wird wenig darüber nachgedacht, wie Schäden beobachtet werden können, ohne die langwierige Aufgabe, ein fertiges Gerät herzustellen und keine anderen Artefakte einzuführen. Es ist wichtig, die Einschränkungen Ihrer Ausrüstung und Ihrer Materialien zu verstehen. Wenden Sie sich noch heute an VPI, um ein Treffen zu vereinbaren und Ihre Anforderungen zu besprechen.
Werfen wir einen Blick auf den Testbericht für das VPI-Beschichtermodell SD-900M, um mehr über die Gleichmäßigkeit der Dickenabscheidung zu erfahren.
