Толщина Однородность осаждения
Введение
Покрытия с магнетронным напылением широко применяются при осаждении на больших площадях, и большое внимание уделяется однородности толщины тонкой пленки, коэффициенту осаждения, коэффициенту использования целевого материала и другим проблемам в лакокрасочной промышленности.
Будь то покрытие полупроводникового чипа защитной тонкой пленкой или нанесение антибликового покрытия на линзу очков, инженеры-технологи должны добиться определенных характеристик толщины, чтобы соответствовать требованиям производительности. Равномерность толщины не менее важна, чем сама толщина пленки.
Отчет об испытаниях устройства для нанесения покрытия VPI Модель: SD-900M
Правая сторона изображения
Достижение единообразия характеристик производительности
Без достижения надлежащего распределения толщины может быть трудно обеспечить полное соответствие спецификациям. Покрытие может соответствовать требованиям по толщине на определенных участках подложки, но если оно нанесено неравномерно, другие участки будут слишком толстыми или слишком тонкими и могут не соответствовать требованиям к характеристикам. Например, просветляющее покрытие большой площади будет иметь разную отражательную способность в разных точках подложки, что, вероятно, повлияет на общую производительность.
Равномерность напыления необходима для соответствия техническим характеристикам в любом приложении, независимо от метода напыления. Вам может потребоваться очень тонкое пленочное покрытие, и если оно будет слишком толстым в определенных областях, это может отрицательно сказаться на производительности. А некоторые подложки имеют сложную топографию, например ступени и переходы, но все же требуют равномерного распределения, чтобы предотвратить нежелательные трещины и возможный отказ устройства. Однородность толщины является ключевым моментом, начиная от таких тривиальных воздействий, как искажение зеркального изображения, и заканчивая изменяющими жизнь эффектами замены тазобедренного сустава, не защищенными должным образом от износа и деградации.
Преимущества помимо производительности
Но производительность — не единственная забота инженеров-технологов. Достижение единообразия помогает и другим производственным факторам, таким как повторяемость и производительность. Однородность толщины пленки обеспечивает уверенность в том, что спецификации соблюдаются, и толщина пленки не будет колебаться от продукта к продукту. Если вы используете метод или машину, которые обеспечивают однородность, вы можете быть уверены, что процесс обеспечит высокую производительность.
Однако достижения однородного, воспроизводимого распределения толщины недостаточно, чтобы гарантировать жизнеспособность процесса. Также следует учитывать стоимость и время безотказной работы. Хорошо спроектированный продукт обеспечит воспроизводимые, однородные пленки при минимальных потерях материала.
Равномерность толщины тонкой пленки важна для процесса осаждения в любой области применения. Это может повлиять на широкий спектр характеристик, от результатов производительности до выхода продукции и затрат. Вы снизите общую стоимость владения, поддерживая целевые показатели производительности и воспроизводимости и обеспечивая оптимальную производительность.
Факторы, определяющие производительность осаждения
Осаждение, процесс, используемый для нанесения тонких слоев материала (или пленки) на подложку, является обычной практикой в таких отраслях, как полупроводники и нанотехнологии. Осаждение тонких пленок может быть достигнуто с помощью различных технологий, позволяющих получать пленки от изоляторов до полупроводников и металлов. Пленки могут выполнять одинаково разнообразные роли, начиная от межслойных диэлектриков и заканчивая межсоединениями.
Скорость осаждения
Скорость осаждения, просто мера того, насколько быстро растет пленка, обычно использует единицы толщины, деленные на время. Как и в случае с травлением, важно выбрать технологию, обеспечивающую скорость осаждения, соответствующую области применения. Например, можно использовать относительно низкую скорость осаждения для тонких пленок (точно так же, как при травлении тонких пленок, где используется относительно низкая скорость травления) и, соответственно, высокую скорость осаждения для толстых пленок. Идея состоит в том, чтобы сохранить контроль и сбалансировать потребность в скорости и потребность в точном контроле толщины пленки. Но, конечно, всегда есть компромисс между свойствами пленки и условиями процесса. В более быстрых процессах часто используются более высокие мощности, температуры или потоки газа, которые влияют или ограничивают другие характеристики пленки, такие как однородность, напряжение или плотность.
Скорость осаждения может варьироваться от нескольких десятков А/мин до 10 000 А/мин. Существуют методы контроля роста толщины пленки в режиме реального времени, такие как мониторинг кристаллов кварца и оптическая интерференция.
Единообразие
Равномерность осаждения является мерой однородности пленки на подложке. Обычно это относится к толщине пленки, но также может относиться к другим свойствам пленки, таким как показатель преломления. Собранные данные по пластине обычно усредняются со стандартным отклонением, представляющим собой отклонение от среднего значения с точки зрения одной, двух или трех сигм. Альтернативный подход заключается в использовании формулы ((максимальное значение – минимальное значение)/2 x средние значения). Необходимо помнить об определении зоны, в которой метрология должна быть исключена из-за зажима или других краевых эффектов.
Полезно иметь хорошее представление о приложении, чтобы избежать чрезмерного или недостаточного определения единообразия. Пленки, которые играют непосредственную роль в работе устройства, такие как оксид под затвором или толщина конденсатора, скорее всего, потребуют более жестких требований к однородности, чем пленки, которые этого не делают. Однородность не только играет роль в производительности устройства, но с точки зрения производства важно понимать, что плохая однородность может повлиять на другие этапы. Пленка с плохой однородностью повлияет на этапы травления, повлияв на время, необходимое для травления самой тонкой части пленки по сравнению с самой толстой.
Гибкость
Гибкость, диапазон возможностей, которыми обладает система, может быть важным фактором при принятии решения о том, какой тип системы осаждения следует приобрести. Это в большей степени относится к средам исследований и разработок, а не к промышленным приложениям, где часто предпочтение отдается конкретным решениям. Понимание материалов, которые можно осаждать, размеры подложки, диапазоны температур, ионный поток, скорость осаждения, частоты, конечная точка и режим работы под давлением — это лишь некоторые из соображений. Гибкость также является системным качеством, позволяющим планировать будущее. Приоритеты НИОКР меняются, и полезно иметь систему, которая может справиться с этими изменениями. Над этими соображениями стоит бюджет. В зависимости от типа опций технологии цены на системы могут значительно различаться.
Отчет об испытаниях модели устройства для нанесения покрытия VPI:СД-900М
Левая сторона изображения
Покрытие шага
То, как процесс осаждения покрывает топографию подложки, описывается как ступенчатое покрытие или возможность заполнения. Ступенчатое покрытие измеряется как отношение осаждаемой пленки вдоль боковых стенок или дна элементов к толщине напыленного участка на открытом участке без элементов. Например, элемент, который имеет пленку толщиной 0,1 мкм вдоль боковой стенки траншеи и имеет пленку толщиной 0,15 мкм в открытой области, имеет ступенчатое покрытие 67%. Механизм осаждения играет важную роль в определении охвата и заполнения ступеней. В некоторых технологиях осаждения, таких как испарительное осаждение, вакуумное давление очень низкое, и осаждаемые материалы поступают в пределах прямой видимости от источника осаждения. В других технологиях давление значительно выше и из-за столкновений газовой фазы материал попадает на поверхность со всех сторон. Температура, профиль элемента и соотношение сторон — все это влияет на степень охвата ступеней и возможность заполнения элемента.
Характеристики фильма
Свойства пленки зависят от области применения. Мы можем грубо сгруппировать требования к приложениям по таким категориям, как фотонные, оптические, электронные, механические или химические, и часто пленки должны удовлетворять требованиям более чем одной категории. Например, гидрофобные пленки, используемые на продуктах Apple для защиты поверхностей от повреждения влагой (химическое требование), также должны быть прозрачными (оптическими). Таким образом, первым шагом к нанесению подходящей пленки является понимание применения и того, как свойства пленки влияют на конечные характеристики в приложении. Нет необходимости указывать все свойства пленки для всех применений.
Температура процесса
Свойства пленки сильно зависят от температуры процесса. Однако приложение может накладывать ограничения на температуру, которую можно использовать. Например, недавний интерес к гибкой электронике, в которой часто используются полимерные подложки, ограничен точкой плавления или температурой оплавления этих полимеров. Некоторые составные полупроводники ограничены омическими контактами, которые разрушаются при более высоких температурах. Различные технологии осаждения лучше всего работают в ограниченном диапазоне температур.
Производительность
Производительность касается аспектов производительности системы, а не самих фильмов. Здесь рассматриваются такие вопросы, как надежность, стабильность и техническое обслуживание. Надежность измеряется производительным временем безотказной работы, а стабильность измеряется воспроизводимостью системы от запуска к запуску.
Поскольку системы осаждения добавляют материал в закрытую систему, со временем количество частиц может увеличиваться. Чувствительность приложения к частицам как часть уравнения при определении того, когда следует проводить очистку. Это приводит к ремонтопригодности системы, где желательно иметь как можно большее среднее время между очистками (MTBC) и как можно более короткое среднее время до очистки (MTTC). Очистка систем осаждения может быть такой же простой, как плазменная очистка, как в системах PECVD, или более сложной, когда экраны нуждаются в очистке ex situ, как в системах напыления. Быстрый и эффективный цикл очистки с быстрой повторной квалификацией после очистки является явным плюсом.
Наносить ущерб
По мере того, как элементы постоянно становятся меньше, они, как правило, становятся более чувствительными к повреждению процесса. Каждая технология осаждения может привести к повреждению наносимого материала. Однако ущерб – непростая тема. Понимание и измерение ущерба может быть довольно сложной задачей, поскольку механизмы повреждения могут быть сложными, а сам ущерб - очень тонким. Повреждение может быть вызвано ионной бомбардировкой, загрязнением или ультрафиолетовым излучением, а также может быть несколько источников повреждения одновременно. Часто требуется «отсутствие повреждений», но мало кто задумывается о том, как можно наблюдать повреждения без длительной задачи по созданию завершенного устройства и без добавления других артефактов. Важно понимать ограничения вашего оборудования и ваших материалов. Свяжитесь с VPI сегодня, чтобы назначить встречу для обсуждения ваших потребностей.
Давайте взглянем на отчет об испытаниях устройства для нанесения покрытий VPI модели SD-900M, чтобы узнать больше об однородности напыления по толщине.
