Uniformità di deposizione dello spessore
introduzione
Il rivestimento sputtering magnetron è ampiamente applicato nella deposizione di grandi aree e l'uniformità dello spessore del film sottile, il rapporto di deposizione, il rapporto di utilizzo del materiale target e altri problemi nell'industria del rivestimento sono oggetto di grande attenzione.
Che si tratti di rivestire un chip semiconduttore con una pellicola sottile protettiva o di applicare un rivestimento antiriflesso a una lente per occhiali, gli ingegneri di processo devono raggiungere determinate specifiche di spessore per soddisfare i requisiti prestazionali. Altrettanto importante quanto lo spessore del film stesso è l'uniformità dello spessore.
Rapporto di prova per VPI coater Modello: SD-900M
Foto lato destro
Raggiungimento dell'uniformità per le specifiche delle prestazioni
Senza ottenere un'adeguata distribuzione dello spessore, può essere difficile garantire che le specifiche vengano pienamente soddisfatte. Il rivestimento può soddisfare i requisiti di spessore su determinate aree del substrato, ma se non viene applicato uniformemente, altre aree saranno troppo spesse o troppo sottili e potrebbero non soddisfare i requisiti prestazionali. Ad esempio, un rivestimento antiriflesso di ampia area avrebbe riflettività diversa in punti diversi del substrato, il che probabilmente avrebbe un impatto sulle prestazioni complessive.
L'uniformità della deposizione è necessaria per soddisfare le specifiche prestazionali in qualsiasi applicazione, indipendentemente dal metodo di deposizione. Potrebbe essere necessario un rivestimento di pellicola molto fine e, se è un po' troppo spesso in alcune aree, può avere un effetto negativo sulle prestazioni. E alcuni substrati presentano una topografia complessa, come gradini e via, ma richiedono comunque una distribuzione uniforme per prevenire crepe indesiderate e possibili guasti del dispositivo. L'uniformità dello spessore è fondamentale, da impatti banali come la distorsione di un'immagine speculare fino agli effetti che cambiano la vita di una protesi d'anca non adeguatamente rinforzata contro l'usura e il degrado.
Vantaggi oltre le prestazioni
Ma le prestazioni non sono l'unica preoccupazione per gli ingegneri di processo. Anche altri fattori di produzione sono aiutati dal raggiungimento dell'uniformità, come ripetibilità e tassi di rendimento. L'uniformità dello spessore del film fornisce la certezza che le specifiche vengono soddisfatte e non ci saranno fluttuazioni di spessore da prodotto a prodotto. Se stai utilizzando un metodo o una macchina che offre uniformità, puoi essere certo che il processo fornirà un rendimento elevato.
Il raggiungimento di distribuzioni di spessore uniformi e ripetibili, tuttavia, non è sufficiente per garantire un processo praticabile. Devono essere considerati anche i costi e il tempo di attività. Un prodotto ben progettato fornirà pellicole ripetibili e uniformi riducendo al minimo lo spreco di materiale.
L'uniformità dello spessore del film sottile è importante per il processo di deposizione in ogni applicazione. Può influenzare un'ampia gamma di specifiche, dai risultati delle prestazioni ai rendimenti e ai costi di produzione. Ridurrai il costo totale di proprietà mantenendo il rendimento e la ripetibilità sul target e garantendo prestazioni ottimali.
Fattori che determinano le prestazioni di deposito
La deposizione, un processo utilizzato per depositare strati sottili di materiale (o pellicola) su un substrato, è una pratica comune in industrie come quella dei semiconduttori e della nanotecnologia. La deposizione di film sottili può essere ottenuta con una varietà di tecnologie in grado di fornire film che vanno dagli isolanti ai semiconduttori ai metalli. I film possono svolgere ruoli ugualmente diversi che vanno dai dielettrici interstrato alle interconnessioni.
Tasso di deposito
Il tasso di deposizione, semplicemente una misura della velocità di crescita del film, utilizza in genere unità di spessore divise per tempo. Come per l'incisione, è importante scegliere una tecnologia che fornisca un tasso di deposizione commisurato alle applicazioni. Ad esempio, si utilizzerebbe una velocità di deposizione relativamente lenta per film sottili (proprio come nell'incisione di pellicole sottili in cui si utilizza una velocità di deposizione relativamente lenta) e, corrispondentemente, una velocità di deposizione elevata per pellicole spesse. L'idea è di mantenere il controllo e bilanciare la necessità di velocità e la necessità di un controllo preciso dello spessore del film. Ma ovviamente ci sono sempre dei compromessi tra le proprietà del film e le condizioni di processo. I processi a velocità più elevate utilizzano spesso potenza, temperature o flussi di gas più elevati che influenzano o limitano altre caratteristiche del film come uniformità, sollecitazione o densità.
I tassi di deposito possono variare da poche decine di A/min fino a 10.000 A/min. Esistono tecniche per monitorare la crescita dello spessore del film in tempo reale, una varietà di metodi come il monitoraggio dei cristalli di quarzo e l'interferenza ottica.
Uniformità
L'uniformità di deposizione è una misura della consistenza del film attraverso un substrato. Di solito si riferisce allo spessore del film ma può anche riferirsi ad altre proprietà del film come l'indice di rifrazione. I dati raccolti attraverso un wafer sono generalmente mediati con una deviazione standard che rappresenta la deviazione dalla media in termini di uno, due o tre sigma. Un approccio alternativo consiste nell'utilizzare la formula di ((valore massimo – valore minimo)/2 x valori medi). Bisogna ricordarsi di identificare una zona in cui la metrologia dovrebbe essere esclusa a causa del bloccaggio o di altri effetti di spigolo.
È utile avere una buona comprensione dell'applicazione per evitare di specificare un'uniformità eccessiva o insufficiente. È molto più probabile che i film che svolgono un ruolo diretto nel funzionamento del dispositivo, come l'ossido di gate o lo spessore di un condensatore, necessitino di una specifica di uniformità più stretta rispetto ai film che non lo richiedono. L'uniformità non gioca solo un ruolo nelle prestazioni del dispositivo, ma dal punto di vista della produzione è importante rendersi conto che altri passaggi possono essere influenzati da una scarsa uniformità. Un film con scarsa uniformità influirà sui passaggi di incisione influenzando il tempo necessario per incidere la parte più sottile del film rispetto a quella più spessa.
Flessibilità
La flessibilità, la gamma di capacità di un sistema, può essere un fattore significativo nel prendere una decisione sul tipo di sistema di deposizione da acquisire. Ciò è più vero per gli ambienti di ricerca e sviluppo piuttosto che per le applicazioni industriali in cui spesso si preferiscono soluzioni specifiche. Comprendere i materiali che possono essere depositati, le dimensioni del substrato, gli intervalli di temperatura, il flusso ionico, i tassi di deposizione, le frequenze, il punto finale e il regime operativo di pressione sono solo alcune delle considerazioni. La flessibilità è anche una qualità del sistema che consente di pianificare il futuro. In R&S le priorità cambiano ed è utile disporre di un sistema in grado di gestire tali cambiamenti. In cima a queste considerazioni c'è il budget. A seconda del tipo di opzioni tecnologiche, i sistemi possono variare in modo significativo nel prezzo.
Rapporto di prova per modello di rivestimento VPI:SD-900M
Foto lato sinistro
Copertura del passo
Il modo in cui un processo di deposizione copre la topografia del substrato è descritto come copertura a gradini o capacità di riempimento. La copertura del gradino è misurata come il rapporto tra una pellicola depositata lungo le pareti laterali o sul fondo delle caratteristiche e lo spessore depositato nell'area aperta senza caratteristiche. Ad esempio, un elemento che ha 0,1 um di pellicola depositata lungo la parete laterale di una trincea e ha 0,15 um di pellicola nell'area aperta, ha una copertura del gradino del 67%. Il meccanismo di deposizione svolge un ruolo importante nel determinare la copertura e il riempimento del gradino. In alcune tecnologie di deposizione come la deposizione per evaporazione, la pressione del vuoto è molto bassa e i materiali di deposizione arrivano con un approccio a vista dalla fonte di deposizione. In altre tecnologie, la pressione è significativamente più alta e, a causa delle collisioni in fase gassosa, il materiale arriva in superficie da tutte le angolazioni. La temperatura, il profilo della caratteristica e le proporzioni influenzano tutti la quantità di copertura del passo e la capacità di riempire una caratteristica.
Caratteristiche del film
Le proprietà di un film dipendono dall'applicazione. Possiamo raggruppare approssimativamente i requisiti dell'applicazione in categorie come fotonico, ottico, elettronico, meccanico o chimico e spesso i film devono soddisfare i requisiti in più di una categoria. Ad esempio, anche le pellicole idrofobe come quelle utilizzate sui prodotti Apple per proteggere le superfici dai danni causati dall'umidità (requisito chimico) devono essere trasparenti (ottica). Quindi, il primo passo per depositare la pellicola appropriata è capire l'applicazione e come le proprietà della pellicola influenzano le prestazioni finali nell'applicazione. Non è necessario specificare tutte le proprietà del film per tutte le applicazioni.
Temperatura di processo
Le proprietà del film sono fortemente influenzate dalla temperatura di processo. Tuttavia, l'applicazione può imporre dei limiti sulla temperatura che può essere utilizzata. Ad esempio, il recente interesse per l'elettronica flessibile che spesso utilizza substrati polimerici, è limitato dal punto di fusione o dalla temperatura di riflusso di quei polimeri. Alcuni semiconduttori composti sono limitati da contatti ohmici che si degradano a temperature più elevate. Le varie tecnologie di deposizione funzionano al meglio in intervalli di temperatura limitati.
Produttività
La produttività si rivolge agli aspetti delle prestazioni del sistema piuttosto che ai film stessi. È qui che si considerano problemi come affidabilità, stabilità e manutenzione. L'affidabilità è misurata dal tempo di attività produttivo, mentre la stabilità è misurata dalla riproducibilità da ciclo a ciclo del sistema.
Poiché i sistemi di deposizione aggiungono materiale al sistema chiuso, nel tempo può verificarsi un aumento del conteggio delle particelle. La sensibilità dell'applicazione alle particelle come parte dell'equazione per determinare quando eseguire le pulizie. Ciò porta alla manutenibilità di un sistema in cui è desiderabile avere il tempo medio tra le pulizie (MTBC) il più lungo possibile e il tempo medio per la pulizia (MTTC) il più breve possibile. La pulizia per i sistemi di deposizione può essere semplice come una pulizia al plasma come si trova nei sistemi PECVD o più complicata dove gli schermi necessitano di pulizia ex situ come nei sistemi di deposizione sputter. Un ciclo di pulizia rapido ed efficiente con una rapida riqualificazione post-pulizia è chiaramente un vantaggio.
Danno
Man mano che le funzionalità diventano sempre più piccole, generalmente diventano più sensibili ai danni di processo. Ogni tecnologia di deposizione ha il potenziale per indurre danni al materiale su cui viene depositato. Tuttavia, il danno non è un argomento semplice. Comprendere e misurare il danno può essere piuttosto impegnativo in quanto i meccanismi del danno possono essere complessi e il danno stesso, molto sottile. I danni possono derivare da bombardamento ionico, contaminazione o radiazioni ultraviolette e possono esserci più fonti di danno contemporaneamente. Spesso il requisito è "nessun danno", ma si pensa poco a come il danno possa essere osservato senza il lungo compito di realizzare un dispositivo completo e non introdurre altri artefatti. È importante comprendere i vincoli della tua attrezzatura e dei tuoi materiali. Contatta VPI oggi per fissare un incontro per discutere delle tue esigenze.
Diamo un'occhiata al rapporto di prova per il dispositivo di rivestimento modello SD-900M di VPI per trovare ulteriori informazioni sull'uniformità di deposizione dello spessore.
