Épaisseur Uniformité du dépôt
Introduction
Le revêtement de pulvérisation cathodique magnétron est largement appliqué dans le dépôt de grande surface, et l'uniformité de l'épaisseur du film mince, le rapport de dépôt, le taux d'utilisation du matériau cible et d'autres problèmes dans l'industrie du revêtement font l'objet d'une grande attention.
Qu'il s'agisse de recouvrir une puce semi-conductrice d'un film mince protecteur ou d'appliquer un revêtement antireflet sur un verre de lunettes, les ingénieurs de procédé doivent atteindre certaines spécifications d'épaisseur pour répondre aux exigences de performance. L'uniformité de l'épaisseur est tout aussi importante que l'épaisseur du film lui-même.
Rapport de test pour la coucheuse VPI Modèle : SD-900M
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Atteindre l'uniformité des spécifications de performance
Sans parvenir à une distribution d'épaisseur appropriée, il peut être difficile de s'assurer que les spécifications seront entièrement respectées. Le revêtement peut répondre aux exigences d'épaisseur sur certaines zones du substrat, mais s'il n'est pas appliqué uniformément, d'autres zones seront trop épaisses ou trop minces et peuvent ne pas répondre aux exigences de performance. Par exemple, un revêtement antireflet de grande surface aurait une réflectivité différente à différents points du substrat, ce qui aurait probablement un impact sur les performances globales.
L'uniformité du dépôt est nécessaire pour répondre aux spécifications de performance dans n'importe quelle application, quelle que soit la méthode de dépôt. Vous pourriez avoir besoin d'un revêtement de film très fin, et s'il est un peu trop épais dans certaines zones, cela peut avoir un effet négatif sur les performances. Et certains substrats présentent une topographie complexe, comme des marches et des vias, mais nécessitent toujours une distribution uniforme pour éviter les fissures indésirables et une éventuelle défaillance de l'appareil. L'uniformité de l'épaisseur est essentielle, des impacts aussi insignifiants que la distorsion d'une image miroir jusqu'aux effets bouleversants d'un remplacement de la hanche qui n'est pas correctement renforcé contre l'usure et la dégradation.
Des avantages au-delà des performances
Mais la performance n'est pas la seule préoccupation des ingénieurs de procédés. D'autres facteurs de production sont également aidés par l'uniformité, tels que la répétabilité et les taux de rendement. L'uniformité de l'épaisseur du film garantit que les spécifications sont respectées et qu'il n'y aura pas de fluctuation d'épaisseur d'un produit à l'autre. Si vous utilisez une méthode ou une machine qui offre une uniformité, vous pouvez être sûr que le processus offrira un rendement élevé.
Cependant, l'obtention de distributions d'épaisseur uniformes et reproductibles ne suffit pas pour garantir un processus viable. Le coût et la disponibilité doivent également être pris en compte. Un produit bien conçu fournira des films reproductibles et uniformes tout en minimisant le gaspillage de matériau.
L'uniformité de l'épaisseur du film mince est importante pour le processus de dépôt dans chaque application. Cela peut affecter un large éventail de spécifications, des résultats de performance aux rendements et coûts de production. Vous réduisez votre coût total de possession en maintenant votre rendement et votre répétabilité sur la cible et en garantissant des performances optimales.
Facteurs qui déterminent les performances de dépôt
Le dépôt, un processus utilisé pour déposer de fines couches de matériau (ou film) sur un substrat, est une pratique courante dans des industries telles que les semi-conducteurs et la nanotechnologie. Le dépôt de couches minces peut être réalisé avec une variété de technologies qui peuvent fournir des films allant des isolants aux semi-conducteurs en passant par les métaux. Les films peuvent remplir des rôles tout aussi divers qui vont des diélectriques intercouches aux interconnexions.
Taux de dépôt
Le taux de dépôt, simplement une mesure de la vitesse de croissance du film, utilise généralement des unités d'épaisseur divisées par le temps. Comme pour la gravure, il est important de choisir une technologie qui offre une vitesse de dépôt adaptée aux applications. Par exemple, on utiliserait une vitesse de dépôt relativement lente pour les films minces (tout comme dans la gravure de films minces où l'on utilise une vitesse de gravure relativement lente) et, de manière correspondante, une vitesse de dépôt rapide pour les films épais. L'idée est de maintenir le contrôle et d'équilibrer le besoin de vitesse et le besoin d'un contrôle précis de l'épaisseur du film. Mais bien sûr, il y a toujours des compromis entre les propriétés du film et les conditions de traitement. Les processus à vitesse plus rapide utilisent souvent une puissance, des températures ou des flux de gaz plus élevés qui affectent ou limitent d'autres caractéristiques du film telles que l'uniformité, la contrainte ou la densité.
Les vitesses de dépôt peuvent aller de quelques dizaines d'A/min jusqu'à 10 000 A/min. Il existe des techniques pour surveiller la croissance de l'épaisseur du film en temps réel, une variété de méthodes telles que la surveillance des cristaux de quartz et les interférences optiques.
Uniformité
L'uniformité de dépôt est une mesure de la consistance du film à travers un substrat. Habituellement, il fait référence à l'épaisseur du film, mais il peut également faire référence à d'autres propriétés du film telles que l'indice de réfraction. Les données collectées sur une plaquette sont généralement moyennées avec un écart type représentant l'écart par rapport à la moyenne en termes de un, deux ou trois sigmas. Une approche alternative consiste à utiliser la formule de ((valeur maximale – valeur minimale)/2 x valeurs moyennes). Il ne faut pas oublier d'identifier une zone où la métrologie doit être exclue en raison d'un serrage ou d'autres effets de bord.
Il est utile d'avoir une bonne compréhension de l'application pour éviter de sur ou sous-spécifier l'uniformité. Les films qui jouent un rôle direct dans le fonctionnement de l'appareil, tels qu'un oxyde de grille ou une épaisseur de condensateur, sont beaucoup plus susceptibles d'avoir besoin d'une spécification d'uniformité plus stricte que les films qui n'en ont pas. L'uniformité joue non seulement un rôle dans les performances de l'appareil, mais du point de vue de la fabrication, il est important de réaliser que d'autres étapes peuvent être affectées par une mauvaise uniformité. Un film avec une mauvaise uniformité aura un impact sur les étapes de gravure en affectant le temps nécessaire pour graver la partie la plus mince du film par rapport à la plus épaisse.
Souplesse
La flexibilité, la gamme de capacités dont dispose un système, peut être un facteur important dans la prise de décision sur le type de système de dépôt à acquérir. Cela est plus vrai pour les environnements de R&D que pour les applications industrielles où des solutions spécifiques sont souvent privilégiées. Comprendre les matériaux qui peuvent être déposés, les tailles de substrat, les plages de température, le flux ionique, les taux de dépôt, les fréquences, le point final et le régime de fonctionnement sous pression ne sont que quelques-unes des considérations. La flexibilité est aussi une qualité du système qui permet de se projeter dans l'avenir. Dans la R&D, les priorités changent et il est utile d'avoir un système capable de gérer ces changements. Le budget vient s'ajouter à ces considérations. Selon le type d'options technologiques, les prix des systèmes peuvent varier considérablement.
Rapport de test pour le modèle de coucheuse VPI :SD-900M
Image du côté gauche
Couverture de l'étape
La manière dont un processus de dépôt recouvre la topographie du substrat est décrite comme une couverture par étapes ou une capacité de remplissage. La couverture des marches est mesurée comme le rapport d'un film déposé le long des parois latérales ou du fond des caractéristiques à l'épaisseur déposée dans la zone ouverte sans caractéristiques. Par exemple, un élément qui a 0,1 um de film déposé le long de la paroi latérale d'une tranchée et a 0,15 um de film dans la zone ouverte, a une couverture de pas de 67 %. Le mécanisme de dépôt joue un rôle important dans la détermination de la couverture et du remplissage des marches. Dans certaines technologies de dépôt telles que le dépôt par évaporation, la pression du vide est très faible et les matériaux de dépôt arrivent en ligne de mire depuis la source de dépôt. Dans d'autres technologies, la pression est nettement plus élevée et, à cause des collisions en phase gazeuse, le matériau arrive à la surface sous tous les angles. La température, le profil de l'élément et le rapport d'aspect affectent tous la quantité de couverture des étapes et la capacité à remplir un élément.
Caractéristiques du film
Les propriétés d'un film dépendent de l'application. Nous pouvons grossièrement regrouper les exigences d'application en catégories telles que photonique, optique, électronique, mécanique ou chimique et souvent les films doivent satisfaire aux exigences de plus d'une catégorie. Par exemple, les films hydrophobes tels que ceux utilisés sur les produits Apple pour protéger les surfaces des dommages causés par l'humidité (exigence chimique) doivent également être transparents (optique). Ainsi, la première étape pour déposer le film approprié consiste à comprendre l'application et comment les propriétés du film affectent les performances finales de l'application. Il n'est pas nécessaire de spécifier toutes les propriétés du film pour toutes les applications.
Température de processus
Les propriétés du film sont fortement influencées par la température du procédé. Cependant, l'application peut imposer des limites à la température qui peut être utilisée. Par exemple, l'intérêt récent pour l'électronique flexible qui utilise souvent des substrats polymères est limité par le point de fusion ou la température de refusion de ces polymères. Certains semi-conducteurs composés sont limités par des contacts ohmiques qui se dégradent à des températures plus élevées. Les différentes technologies de dépôt fonctionnent mieux dans des plages de température limitées.
Productivité
La productivité concerne les aspects de performance du système plutôt que les films eux-mêmes. C'est là que l'on considère des questions telles que la fiabilité, la stabilité et la maintenance. La fiabilité est mesurée par la disponibilité productive tandis que la stabilité est mesurée par la reproductibilité du système d'une exécution à l'autre.
Étant donné que les systèmes de dépôt ajoutent de la matière au système fermé, avec le temps, il peut y avoir une augmentation du nombre de particules. La sensibilité de l'application aux particules comme une partie de l'équation pour déterminer quand les nettoyages doivent être effectués. Cela conduit à la maintenabilité d'un système où il est souhaitable d'avoir un temps moyen entre nettoyages (MTBC) aussi long que possible et un temps moyen de nettoyage (MTTC) aussi court que possible. Le nettoyage des systèmes de dépôt peut être aussi simple qu'un nettoyage au plasma comme dans les systèmes PECVD ou plus compliqué lorsque les écrans nécessitent un nettoyage ex situ comme dans les systèmes de dépôt par pulvérisation. Un cycle de nettoyage rapide et efficace avec une requalification post-nettoyage rapide est clairement un plus.
Dégâts
Au fur et à mesure que les fonctionnalités deviennent plus petites, elles deviennent généralement plus sensibles aux dommages de processus. Chaque technologie de dépôt a le potentiel d'induire des dommages au matériau sur lequel il est déposé. Cependant, les dommages ne sont pas un sujet simple. Comprendre et mesurer les dommages peut être assez difficile car les mécanismes des dommages peuvent être complexes et les dommages eux-mêmes, très subtils. Les dommages peuvent provenir d'un bombardement ionique, d'une contamination ou d'un rayonnement ultraviolet et il peut y avoir plusieurs sources de dommages à la fois. Souvent, l'exigence est « aucun dommage », mais on réfléchit peu à la façon dont les dommages peuvent être observés sans la longue tâche de fabriquer un appareil complet et de ne pas introduire d'autres artefacts. Il est important de comprendre les contraintes de vos équipements et de vos matériaux. Contactez VPI dès aujourd'hui pour organiser une réunion afin de discuter de vos besoins.
Jetons un coup d'œil au rapport de test de la coucheuse modèle SD-900M de VPI pour en savoir plus sur l'uniformité du dépôt d'épaisseur.
