膜厚の均一性
序章
マグネトロン スパッタリング コーティングは大面積の成膜に広く適用されており、薄膜の厚さの均一性、成膜率、ターゲット材料の利用率など、コーティング業界では大きな注目を集めています。
半導体チップを保護薄膜でコーティングする場合でも、眼鏡レンズに反射防止コーティングを適用する場合でも、プロセス エンジニアは、性能要件を満たすために特定の厚さの仕様を達成する必要があります。膜厚そのものと同じくらい重要なのは、膜厚の均一性です。
右側の写真
性能仕様の統一を実現
適切な厚さ分布を実現しないと、仕様を完全に満たすことが困難になる可能性があります。コーティングは、基材の特定の領域で厚さの要件を満たす場合がありますが、均一に塗布されていないと、他の領域が厚すぎたり薄すぎたりして、性能要件を満たさない場合があります。たとえば、大面積の反射防止コーティングは、基板上のさまざまなポイントでさまざまな反射率を持ち、全体的なパフォーマンスに影響を与える可能性があります。
成膜方法に関係なく、あらゆるアプリケーションで性能仕様を満たすためには、成膜の均一性が必要です。非常に細かいフィルム コーティングが必要な場合があり、特定の領域で少し厚すぎると、パフォーマンスに悪影響を及ぼす可能性があります。一部の基板は、段差やビアなどの複雑なトポグラフィを特徴としていますが、不要な亀裂やデバイスの故障の可能性を防ぐために、均一な分布が必要です。厚さの均一性は、鏡像のゆがみのような些細な影響から、摩耗や劣化に対して適切に強化されていない人工股関節置換術の人生を変える効果まで、重要です。
パフォーマンスを超えたメリット
しかし、プロセス エンジニアの関心事はパフォーマンスだけではありません。再現性や歩留まり率など、他の生産要素も均一性を達成することによって助けられます。膜厚の均一性により、仕様が満たされているという確信が得られ、製品ごとの膜厚の変動はありません。均一性を提供する方法または機械を使用している場合、そのプロセスが確実に高い歩留まりをもたらすことができます。
ただし、均一で再現性のある厚さ分布を実現するだけでは、実行可能なプロセスを保証するには不十分です。コストと稼働時間も考慮する必要があります。適切に設計された製品は、材料の無駄を最小限に抑えながら、再現性のある均一なフィルムを提供します。
薄膜の厚さの均一性は、あらゆるアプリケーションの堆積プロセスにとって重要です。性能結果から生産歩留まり、コストまで、幅広い仕様に影響を与える可能性があります。歩留まりと再現性を目標どおりに維持し、最適なパフォーマンスが確実に達成されるようにすることで、総所有コストを削減できます。
成膜性能を決定する要因
材料 (または膜) の薄い層を基板上に堆積するために使用されるプロセスである堆積は、半導体やナノテクノロジーなどの産業で一般的に行われています。薄膜堆積は、絶縁体から半導体、金属に至るまでの膜を提供できるさまざまな技術で実現できます。これらの膜は、層間絶縁膜から相互接続まで、さまざまな役割を果たします。
堆積率
堆積速度は、単に膜が成長する速さの尺度であり、通常は厚さを時間で割った単位を使用します。エッチングと同様に、アプリケーションに見合った堆積速度を提供する技術を選択することが重要です。例えば、薄膜には比較的遅い堆積速度を利用し（比較的遅いエッチング速度を使用する薄膜のエッチングと同様）、それに対応して厚い膜には速い堆積速度を利用する。アイデアは、制御を維持し、速度の必要性と膜厚の正確な制御の必要性とのバランスを取ることです。しかしもちろん、フィルムの特性とプロセス条件の間には常にトレードオフがあります。より高速なプロセスでは、均一性、応力、または密度などの他の膜特性に影響を与えたり制限したりする、より高い電力、温度、またはガス流を使用することがよくあります。
堆積速度は、数十 A/min から 10,000 A/min までの範囲に及ぶ場合があります。膜厚の成長をリアルタイムで監視する技術には、水晶振動子モニタリングや光干渉など、さまざまな方法があります。
均一
堆積の均一性は、基板全体の膜の一貫性の尺度です。通常、フィルムの厚さを指しますが、屈折率などの他のフィルム特性を指す場合もあります。通常、ウェーハ全体で収集されたデータは、平均からの偏差を 1、2、または 3 シグマで表す標準偏差で平均化されます。別の方法として、((最大値 – 最小値)/2 x 平均値) の式を使用する方法があります。クランプやその他のエッジ効果のために計測を除外するゾーンを特定することを忘れないでください。
均一性を過剰または過小に指定しないようにするには、アプリケーションをよく理解しておくと役立ちます。ゲート酸化膜やコンデンサの厚さなど、デバイスの動作に直接的な役割を果たす膜は、そうでない膜よりも厳密な均一性仕様を必要とする可能性がはるかに高くなります。均一性はデバイスの性能に影響を与えるだけでなく、製造の観点からも、均一性が低いと他のステップに影響を与える可能性があることを認識することが重要です。均一性の低い膜は、膜の最も薄い部分と最も厚い部分をエッチングするのにかかる時間に影響を与えることにより、エッチングステップに影響を与えます。
柔軟性
システムが持つ機能の範囲である柔軟性は、どのタイプの蒸着システムを購入するかを決定する際の重要な要素となる場合があります。これは、特定のソリューションが好まれることが多い産業用アプリケーションではなく、研究開発環境に当てはまります。堆積できる材料、基板のサイズ、温度範囲、イオンフラックス、堆積速度、周波数、エンドポイント、および圧力動作体制を理解することは、考慮事項のほんの一部です。柔軟性は、将来の計画を可能にするシステムの品質でもあります。研究開発では優先順位が変化し、それらの変化を処理できるシステムを持つことは有用です。これらの考慮事項の上に重なるのが予算です。テクノロジー オプションの種類によって、システムの価格が大幅に異なる場合があります。
VPI コーター モデルのテスト レポート:SD-900M
左側の写真
ステップカバレッジ
堆積プロセスが基板のトポグラフィをどのように覆うかは、ステップカバレッジまたはフィル機能として説明されます。ステップカバレッジは、フィーチャの側壁または底部に沿った堆積膜と、フィーチャのないオープンエリアの堆積厚さの比として測定されます。たとえば、トレンチの側壁に沿って 0.1 um の堆積膜があり、開口領域に 0.15 um の膜があるフィーチャのステップ カバレッジは 67% です。堆積メカニズムは、ステップ カバレッジとフィルを決定する上で重要な役割を果たします。蒸着などの一部の蒸着技術では、真空圧が非常に低く、蒸着材料が蒸着源から視線方向に到達します。他の技術では、圧力が大幅に高くなり、気相衝突により材料があらゆる角度から表面に到達します。温度、フィーチャ プロファイル、およびアスペクト比はすべて、ステップ カバレッジの量とフィーチャを埋める能力に影響します。
フィルム特性
フィルムの特性は用途によって異なります。アプリケーション要件は、フォトニクス、光学、電子、機械、化学などのカテゴリに大まかに分類できますが、多くの場合、フィルムは複数のカテゴリの要件を満たす必要があります。たとえば、水分による損傷から表面を保護するために Apple 製品で使用されるような疎水性フィルム (化学的要件) も、透明である必要があります (光学的)。したがって、適切な膜を成膜するための最初のステップは、アプリケーションを理解し、膜の特性がアプリケーションの最終的な性能にどのように影響するかを理解することです。すべての用途ですべてのフィルム特性を指定する必要はありません。
プロセス温度
フィルムの特性は、プロセス温度に大きく影響されます。ただし、アプリケーションによっては、使用できる温度に制限が課される場合があります。例えば、ポリマー基板をしばしば利用するフレキシブル電子機器への最近の関心は、これらのポリマーの融点またはリフロー温度によって制限されている。一部の化合物半導体は、高温で劣化するオーム接触によって制限されます。さまざまな堆積技術は、限られた温度範囲で最適に機能します。
生産性
生産性は、フィルム自体ではなく、システム パフォーマンスの側面に対応します。これは、信頼性、安定性、およびメンテナンスなどの問題を考慮する場所です。信頼性は生産的なアップタイムによって測定され、安定性はシステムの実行ごとの再現性によって測定されます。
堆積システムはクローズドシステムに材料を追加しているため、時間の経過とともに粒子数が増加する可能性があります。いつクリーニングを行うべきかを決定する方程式の一部としての、パーティクルに対するアプリケーションの感度。これにより、システムの保守性が向上し、平均クリーニング間隔 (MTBC) をできるだけ長くし、平均クリーニング時間 (MTTC) をできるだけ短くすることが望まれます。堆積システムのクリーニングは、PECVD システムに見られるプラズマ クリーニングと同じくらい簡単な場合もあれば、スパッタ堆積システムのようにシールドが ex situ クリーニングを必要とする場合はより複雑な場合もあります。洗浄後の迅速な再適格化を伴う高速で効率的な洗浄サイクルは明らかにプラスです。
ダメージ
フィーチャが継続的に小さくなるにつれて、一般に、プロセスによる損傷の影響を受けやすくなります。各堆積技術は、堆積される材料に損傷を引き起こす可能性があります。しかし、損傷は単純な問題ではありません。損傷のメカニズムが複雑で、損傷自体が非常に微妙な場合があるため、損傷の理解と測定は非常に困難な場合があります。損傷は、イオン衝撃、汚染、または紫外線による可能性があり、一度に複数の損傷源が存在する可能性があります。多くの場合、要件は「損傷がないこと」ですが、完成したデバイスを作成し、他のアーティファクトを導入しないという長い作業なしで損傷を観察する方法についてはほとんど考えられていません.機器と材料の制約を理解することが重要です。今すぐ VPI に連絡して、ニーズについて話し合うためのミーティングを設定してください。
