Uniformidad de depósito de espesor
Introducción
El recubrimiento por pulverización catódica con magnetrón se aplica ampliamente en la deposición de grandes áreas, y se presta gran atención a la uniformidad del espesor de la película delgada, la proporción de deposición, la proporción de utilización del material objetivo y otros problemas en la industria del recubrimiento.
Ya sea que se trate de recubrir un chip semiconductor con una película delgada protectora o de aplicar un recubrimiento antirreflectante a la lente de un anteojo, los ingenieros de procesos deben lograr ciertas especificaciones de espesor para cumplir con los requisitos de rendimiento. Tan importante como el propio espesor de la película es la uniformidad del espesor.
Informe de prueba para el modelo de recubridor VPI: SD-900M
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Lograr la uniformidad de las especificaciones de rendimiento
Sin lograr una distribución de espesor adecuada, puede ser difícil garantizar que las especificaciones se cumplirán por completo. El recubrimiento puede cumplir con los requisitos de espesor en ciertas áreas del sustrato, pero si no se aplica uniformemente, otras áreas serán demasiado gruesas o demasiado delgadas y es posible que no cumplan con los requisitos de rendimiento. Por ejemplo, un recubrimiento antirreflectante de área grande tendría una reflectividad diferente en diferentes puntos del sustrato, lo que probablemente tendría un impacto en el rendimiento general.
La uniformidad de la deposición es necesaria para cumplir con las especificaciones de rendimiento en cualquier aplicación, independientemente del método de deposición. Es posible que necesite una capa de película muy fina, y si es demasiado gruesa en ciertas áreas, puede tener un efecto negativo en el rendimiento. Y algunos sustratos presentan una topografía intrincada, como escalones y vías, pero aún requieren una distribución uniforme para evitar grietas no deseadas y posibles fallas del dispositivo. La uniformidad del grosor es clave, desde impactos tan triviales como la distorsión de una imagen especular hasta los efectos que cambian la vida de un reemplazo de cadera que no está debidamente reforzado contra el desgaste y la degradación.
Beneficios más allá del rendimiento
Pero el rendimiento no es la única preocupación de los ingenieros de procesos. El logro de la uniformidad también ayuda a otros factores de producción, como la repetibilidad y las tasas de rendimiento. La uniformidad del espesor de la película brinda la confianza de que se cumplen las especificaciones y no habrá fluctuaciones en el espesor de un producto a otro. Si está utilizando un método o una máquina que ofrece uniformidad, puede estar seguro de que el proceso ofrecerá un alto rendimiento.
Sin embargo, lograr distribuciones de espesor uniformes y repetibles no es suficiente para garantizar un proceso viable. También se deben considerar el costo y el tiempo de actividad. Un producto bien diseñado proporcionará películas uniformes y repetibles mientras minimiza el material desperdiciado.
La uniformidad del espesor de la película delgada es importante para el proceso de deposición en todas las aplicaciones. Puede afectar una amplia gama de especificaciones, desde resultados de rendimiento hasta rendimientos y costos de producción. Reducirá su costo total de propiedad manteniendo su rendimiento y repetibilidad en el objetivo y asegurando que se logre un rendimiento óptimo.
Factores que determinan el desempeño de la deposición
La deposición, un proceso utilizado para depositar capas delgadas de material (o película) sobre un sustrato, es una práctica común en industrias como la de los semiconductores y la nanotecnología. La deposición de películas delgadas se puede lograr con una variedad de tecnologías que pueden proporcionar películas que van desde aislantes hasta semiconductores y metales. Las películas pueden cumplir roles igualmente diversos que van desde dieléctricos entre capas hasta interconexiones.
Tasa de deposición
La tasa de deposición, simplemente una medida de qué tan rápido crece la película, generalmente usa unidades de espesor divididas por tiempo. Al igual que con el grabado, es importante elegir una tecnología que proporcione una tasa de deposición acorde con las aplicaciones. Por ejemplo, se utilizaría una tasa de deposición relativamente lenta para películas delgadas (igual que en el grabado de películas delgadas donde se usa una tasa de grabado relativamente lenta) y, correspondientemente, una tasa de deposición rápida para películas gruesas. La idea es mantener el control y equilibrar la necesidad de velocidad y la necesidad de un control preciso del espesor de la película. Pero, por supuesto, siempre hay compensaciones entre las propiedades de la película y las condiciones del proceso. Los procesos de mayor velocidad a menudo usan mayor potencia, temperaturas o flujos de gas que afectan o limitan otras características de la película, como la uniformidad, la tensión o la densidad.
Las tasas de deposición pueden variar desde unas pocas decenas de A/min hasta 10.000 A/min. Existen técnicas para monitorear el crecimiento del espesor de la película en tiempo real, una variedad de métodos, como el monitoreo de cristal de cuarzo y la interferencia óptica.
Uniformidad
La uniformidad de la deposición es una medida de la consistencia de la película a lo largo de un sustrato. Por lo general, se refiere al espesor de la película, pero también puede referirse a otras propiedades de la película, como el índice de refracción. Los datos recopilados en una oblea generalmente se promedian con una desviación estándar que representa la desviación del promedio en términos de uno, dos o tres sigmas. Un enfoque alternativo es usar la fórmula de ((valor máximo – valor mínimo)/2 x valores promedio). Se debe recordar identificar una zona en la que la metrología deba excluirse debido a la sujeción u otros efectos de borde.
Es útil tener una buena comprensión de la aplicación para evitar especificar uniformidad en exceso o en defecto. Es mucho más probable que las películas que desempeñan un papel directo en el funcionamiento del dispositivo, como el óxido de una puerta o el grosor de un condensador, necesiten una especificación de uniformidad más estricta que las películas que no la necesitan. La uniformidad no solo juega un papel en el rendimiento del dispositivo, sino que, desde la perspectiva de la fabricación, es importante darse cuenta de que otros pasos pueden verse afectados por una uniformidad deficiente. Una película con poca uniformidad afectará los pasos de grabado al afectar el tiempo que se tarda en grabar la parte más delgada de la película frente a la más gruesa.
Flexibilidad
La flexibilidad, el rango de capacidades que tiene un sistema, puede ser un factor importante para tomar una decisión sobre qué tipo de sistema de deposición adquirir. Esto es más cierto para los entornos de I+D que para las aplicaciones industriales, donde a menudo se prefieren soluciones específicas. Comprender los materiales que se pueden depositar, los tamaños de los sustratos, los rangos de temperatura, el flujo de iones, las tasas de deposición, las frecuencias, el punto final y el régimen operativo de presión son solo algunas de las consideraciones. La flexibilidad es también una cualidad del sistema que permite planificar el futuro. En I+D, las prioridades cambian y es útil tener un sistema que pueda manejar esos cambios. Además de estas consideraciones, se encuentra el presupuesto. Dependiendo del tipo de opciones de tecnología, los sistemas pueden variar significativamente en precio.
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Cobertura escalonada
Cómo se describe un proceso de deposición para cubrir la topografía del sustrato como cobertura escalonada o capacidad de relleno. La cobertura escalonada se mide como la relación entre una película depositada a lo largo de las paredes laterales o el fondo de las características y el espesor depositado en el área abierta sin características. Por ejemplo, una característica que tiene 0,1 um de película depositada a lo largo de la pared lateral de una zanja y tiene 0,15 um de película en el área abierta, tiene una cobertura de paso del 67 %. El mecanismo de deposición juega un papel importante en la determinación de la cobertura y el relleno del paso. En algunas tecnologías de deposición, como la deposición por evaporación, la presión de vacío es muy baja y los materiales depositados llegan en línea de visión directa desde la fuente de deposición. En otras tecnologías, la presión es significativamente mayor y, debido a las colisiones de la fase gaseosa, el material llega a la superficie desde todos los ángulos. La temperatura, el perfil de la característica y la relación de aspecto afectan la cantidad de cobertura de pasos y la capacidad para llenar una característica.
Características de la película
Las propiedades de una película dependen de la aplicación. Podemos agrupar aproximadamente los requisitos de la aplicación en categorías como fotónica, óptica, electrónica, mecánica o química y, a menudo, las películas deben satisfacer requisitos en más de una categoría. Por ejemplo, las películas hidrofóbicas como las que se usan en los productos de Apple para proteger las superficies del daño por humedad (requisito químico) también deben ser transparentes (ópticas). Entonces, el primer paso para depositar la película adecuada es comprender la aplicación y cómo las propiedades de la película afectan el rendimiento final en la aplicación. No es necesario especificar todas las propiedades de la película para todas las aplicaciones.
Temperatura de proceso
Las propiedades de la película están fuertemente influenciadas por la temperatura del proceso. Sin embargo, la aplicación puede imponer límites a la temperatura que se puede utilizar. Por ejemplo, el interés reciente en la electrónica flexible que a menudo utiliza sustratos poliméricos está limitado por el punto de fusión o la temperatura de reflujo de esos polímeros. Algunos semiconductores compuestos están limitados por contactos óhmicos que se degradan a temperaturas más altas. Las diversas tecnologías de deposición funcionan mejor en rangos de temperatura limitados.
Productividad
La productividad aborda los aspectos de rendimiento del sistema en lugar de las películas en sí. Aquí es donde se consideran cuestiones como la fiabilidad, la estabilidad y el mantenimiento. La confiabilidad se mide por el tiempo de actividad productiva, mientras que la estabilidad se mide por la reproducibilidad de ejecución a ejecución del sistema.
Dado que los sistemas de deposición están agregando material al sistema cerrado, con el tiempo puede haber un aumento en el conteo de partículas. La sensibilidad de la aplicación a las partículas como parte de la ecuación para determinar cuándo se deben realizar las limpiezas. Esto conduce a la mantenibilidad de un sistema en el que es deseable tener un tiempo medio entre limpiezas (MTBC) lo más largo posible y un tiempo medio de limpieza (MTTC) tan corto como sea posible. La limpieza de los sistemas de deposición puede ser tan simple como una limpieza con plasma como se encuentra en los sistemas PECVD o más complicada donde los escudos necesitan una limpieza ex situ como en los sistemas de deposición por pulverización catódica. Un ciclo de limpieza rápido y eficiente con una rápida recalificación posterior a la limpieza es claramente una ventaja.
Daño
A medida que las características se hacen cada vez más pequeñas, generalmente se vuelven más sensibles al daño del proceso. Cada tecnología de deposición tiene el potencial de inducir daño al material sobre el que se deposita. Sin embargo, el daño no es un tema simple. Comprender y medir el daño puede ser todo un desafío, ya que los mecanismos del daño pueden ser complejos y el daño en sí mismo, muy sutil. El daño puede deberse al bombardeo de iones, la contaminación o la radiación ultravioleta y puede haber múltiples fuentes de daño a la vez. A menudo, el requisito es "sin daños", pero se piensa poco en cómo se pueden observar los daños sin la larga tarea de fabricar un dispositivo completo y no introducir otros artefactos. Es importante comprender las limitaciones de su equipo y sus materiales. Póngase en contacto con VPI hoy para programar una reunión para analizar sus necesidades.
Echemos un vistazo al informe de prueba del recubridor modelo SD-900M de VPI para obtener más información sobre la uniformidad de la deposición del espesor.
