ความสม่ำเสมอของการสะสมความหนา
บทนำ
การเคลือบแมกนีตรอนสปัตเตอริงถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในการทับถมพื้นที่ขนาดใหญ่ และความหนาสม่ำเสมอของฟิล์มบาง อัตราการสะสม อัตราส่วนการใช้ประโยชน์ของวัสดุเป้าหมาย และปัญหาอื่น ๆ ในอุตสาหกรรมการเคลือบได้รับความสนใจอย่างมาก
ไม่ว่าจะเป็นการเคลือบชิปเซมิคอนดักเตอร์ด้วยฟิล์มบางป้องกันหรือการเคลือบป้องกันแสงสะท้อนกับเลนส์แว่นตา วิศวกรกระบวนการจะต้องบรรลุข้อกำหนดความหนาบางอย่างเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ ความสำคัญเท่าเทียมกันกับความหนาของฟิล์มคือความสม่ำเสมอของความหนา
บรรลุความสม่ำเสมอสำหรับข้อมูลจำเพาะด้านประสิทธิภาพ
หากไม่มีการกระจายความหนาที่เหมาะสม อาจเป็นเรื่องยากที่จะตรวจสอบให้แน่ใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดทั้งหมด การเคลือบอาจเป็นไปตามข้อกำหนดความหนาในบางพื้นที่ของพื้นผิว แต่ถ้าไม่ทาอย่างสม่ำเสมอ พื้นที่อื่นจะหนาเกินไปหรือบางเกินไป และอาจไม่เป็นไปตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น การเคลือบป้องกันแสงสะท้อนในพื้นที่ขนาดใหญ่จะมีการสะท้อนแสงที่แตกต่างกันในแต่ละจุดบนวัสดุพิมพ์ ซึ่งน่าจะส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพโดยรวม
ความสม่ำเสมอของการสะสมเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพในการใช้งานใดๆ โดยไม่คำนึงถึงวิธีการสะสม คุณอาจต้องการการเคลือบฟิล์มที่ละเอียดมาก และหากเคลือบหนาเกินไปเล็กน้อยในบางพื้นที่ อาจส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพการทำงานได้ และวัสดุพิมพ์บางชนิดมีภูมิประเทศที่สลับซับซ้อน เช่น ขั้นบันไดและจุดแวะพัก แต่ก็ยังต้องการการกระจายที่สม่ำเสมอเพื่อป้องกันรอยร้าวที่ไม่พึงประสงค์และความล้มเหลวของอุปกรณ์ที่อาจเกิดขึ้น ความสม่ำเสมอของความหนาเป็นกุญแจสำคัญ ตั้งแต่ผลกระทบเล็กน้อย เช่น การบิดเบี้ยวของภาพในกระจก ไปจนถึงผลกระทบที่เปลี่ยนแปลงชีวิตของการเปลี่ยนสะโพกที่ไม่ได้เสริมความแข็งแรงอย่างเหมาะสมต่อการสึกหรอและการเสื่อมสภาพ
ประโยชน์ที่เหนือกว่าประสิทธิภาพ
แต่ประสิทธิภาพไม่ใช่สิ่งเดียวที่วิศวกรกระบวนการกังวล ปัจจัยการผลิตอื่น ๆ ยังได้รับความช่วยเหลือจากความสม่ำเสมอ เช่น ความสามารถในการทำซ้ำและอัตราผลผลิต ความสม่ำเสมอของความหนาของฟิล์มทำให้มั่นใจได้ว่าเป็นไปตามข้อกำหนดและจะไม่มีความผันผวนของความหนาจากผลิตภัณฑ์หนึ่งไปยังอีกผลิตภัณฑ์หนึ่ง หากคุณใช้วิธีการหรือเครื่องจักรที่ให้ความสม่ำเสมอ คุณสามารถมั่นใจได้ว่ากระบวนการนี้จะให้ผลผลิตสูง
อย่างไรก็ตาม การกระจายความหนาที่สม่ำเสมอและทำซ้ำได้นั้นไม่เพียงพอที่จะรับประกันกระบวนการที่ทำงานได้ ต้องคำนึงถึงต้นทุนและเวลาทำงานด้วย ผลิตภัณฑ์ที่ออกแบบอย่างดีจะให้ฟิล์มที่สม่ำเสมอและทำซ้ำได้ในขณะที่ลดวัสดุสิ้นเปลืองให้เหลือน้อยที่สุด
ความสม่ำเสมอของความหนาของฟิล์มบางมีความสำคัญต่อกระบวนการเคลือบในทุกการใช้งาน อาจส่งผลต่อข้อกำหนดที่หลากหลาย ตั้งแต่ผลการปฏิบัติงานไปจนถึงผลผลิตและต้นทุนการผลิต คุณจะลดต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของโดยการรักษาผลตอบแทนและความสามารถในการทำซ้ำตามเป้าหมาย และรับประกันว่าจะได้รับประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุด
ปัจจัยที่กำหนดประสิทธิภาพการสะสม
การทับถมเป็นกระบวนการที่ใช้ในการเคลือบวัสดุ (หรือฟิล์ม) บาง ๆ ลงบนพื้นผิว เป็นวิธีปฏิบัติทั่วไปในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น เซมิคอนดักเตอร์และนาโนเทคโนโลยี การทับถมของฟิล์มบางสามารถทำได้ด้วยเทคโนโลยีที่หลากหลายที่สามารถให้ฟิล์มตั้งแต่ฉนวน สารกึ่งตัวนำ ไปจนถึงโลหะ ภาพยนตร์เรื่องนี้สามารถทำหน้าที่ได้หลากหลายเท่าๆ กัน ซึ่งมีตั้งแต่ไดอิเล็กตริกระหว่างเลเยอร์ไปจนถึงการเชื่อมต่อระหว่างกัน
อัตราการสะสม
อัตราการสะสมของฟิล์มเป็นเพียงการวัดความเร็วของฟิล์ม โดยทั่วไปจะใช้หน่วยของความหนาหารด้วยเวลา เช่นเดียวกับการกัด สิ่งสำคัญคือต้องเลือกเทคโนโลยีที่ให้อัตราการสะสมที่สอดคล้องกับการใช้งาน ตัวอย่างเช่น เราจะใช้อัตราการสะสมที่ค่อนข้างช้าสำหรับฟิล์มบาง (เช่นเดียวกับการกัดฟิล์มบางที่ใช้อัตราการกัดค่อนข้างช้า) และในอัตราการสะสมอย่างรวดเร็วสำหรับฟิล์มหนา แนวคิดคือการรักษาการควบคุมและความสมดุลระหว่างความต้องการความเร็วและความต้องการการควบคุมความหนาของฟิล์มอย่างแม่นยำ แต่แน่นอนว่ามีการแลกเปลี่ยนระหว่างคุณสมบัติของฟิล์มกับเงื่อนไขของกระบวนการอยู่เสมอ กระบวนการที่มีอัตราเร็วมักจะใช้พลังงาน อุณหภูมิ หรือการไหลของก๊าซที่สูงกว่า ซึ่งจะส่งผลกระทบหรือจำกัดคุณลักษณะอื่นๆ ของฟิล์ม เช่น ความสม่ำเสมอ ความเค้น หรือความหนาแน่น
อัตราการสะสมตัวอาจอยู่ในช่วงตั้งแต่ไม่กี่สิบ A/นาที ไปจนถึง 10,000 A/นาที มีเทคนิคในการตรวจสอบการเติบโตของความหนาของฟิล์มแบบเรียลไทม์หลายวิธี เช่น การตรวจสอบผลึกควอตซ์และการรบกวนทางแสง
ความสม่ำเสมอ
ความสม่ำเสมอของการสะสมเป็นตัววัดความสม่ำเสมอของฟิล์มในวัสดุพิมพ์ โดยปกติจะหมายถึงความหนาของฟิล์ม แต่อาจหมายถึงคุณสมบัติของฟิล์มอื่นๆ เช่น ดัชนีการหักเหของแสง ข้อมูลที่รวบรวมทั่วทั้งเวเฟอร์มักจะหาค่าเฉลี่ยโดยมีค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานซึ่งแสดงถึงค่าเบี่ยงเบนจากค่าเฉลี่ยในรูปของหนึ่ง สอง หรือสามซิกมา อีกวิธีหนึ่งคือการใช้สูตร ((ค่าสูงสุด – ค่าต่ำสุด)/2 x ค่าเฉลี่ย) ต้องจำไว้ว่าให้ระบุโซนที่ควรแยกมาตรวิทยาเนื่องจากการหนีบหรือผลกระทบขอบอื่น ๆ
การมีความเข้าใจที่ดีในการใช้งานจะเป็นประโยชน์เพื่อหลีกเลี่ยงการระบุความสม่ำเสมอมากเกินไปหรือน้อยเกินไป ฟิล์มที่มีบทบาทโดยตรงต่อการทำงานของอุปกรณ์ เช่น เกทออกไซด์หรือความหนาของตัวเก็บประจุ มีแนวโน้มที่จะต้องการข้อกำหนดความสม่ำเสมอที่เข้มงวดกว่าฟิล์มที่ไม่มี ความสม่ำเสมอไม่เพียงแต่มีบทบาทในประสิทธิภาพของอุปกรณ์เท่านั้น แต่จากมุมมองด้านการผลิต สิ่งสำคัญคือต้องตระหนักว่าขั้นตอนอื่นๆ อาจได้รับผลกระทบจากความสม่ำเสมอที่ไม่ดี ฟิล์มที่มีความสม่ำเสมอต่ำจะส่งผลกระทบต่อขั้นตอนการกัดโดยส่งผลต่อเวลาที่ใช้ในการกัดส่วนที่บางที่สุดของฟิล์มเมื่อเทียบกับส่วนที่หนาที่สุด
ความยืดหยุ่น
ความยืดหยุ่น ขอบเขตของความสามารถที่ระบบมี อาจเป็นปัจจัยสำคัญในการตัดสินใจว่าจะจัดหาระบบการสะสมประเภทใด นี่เป็นความจริงสำหรับสภาพแวดล้อม R&D มากกว่าการใช้งานในอุตสาหกรรมซึ่งมักต้องการโซลูชันเฉพาะ การทำความเข้าใจเกี่ยวกับวัสดุที่สามารถเคลือบได้ ขนาดวัสดุพิมพ์ ช่วงอุณหภูมิ ไอออนฟลักซ์ อัตราการสะสมตัว ความถี่ จุดสิ้นสุด และระบบการทำงานของแรงดันเป็นเพียงส่วนหนึ่งของข้อควรพิจารณา ความยืดหยุ่นยังเป็นคุณภาพของระบบที่ช่วยในการวางแผนสำหรับอนาคต ในการเปลี่ยนแปลงลำดับความสำคัญของ R&D และการมีระบบที่สามารถจัดการกับการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นได้นั้นมีประโยชน์ ชั้นบนสุดของการพิจารณาเหล่านี้คืองบประมาณ ระบบอาจมีราคาแตกต่างกันอย่างมาก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของตัวเลือกเทคโนโลยี
รายงานผลการทดสอบสำหรับเครื่องเคลือบ VPI รุ่น:SD-900M
ภาพด้านซ้าย
ครอบคลุมขั้นตอน
กระบวนการทับถมเพื่อให้ครอบคลุมภูมิประเทศของวัสดุพิมพ์อธิบายอย่างไรว่าเป็นขั้นตอนที่ครอบคลุมหรือความสามารถในการเติม ความครอบคลุมของขั้นวัดเป็นอัตราส่วนของฟิล์มที่เคลือบไว้ตามผนังด้านข้างหรือด้านล่างของคุณลักษณะต่อความหนาที่สะสมในพื้นที่เปิดที่ไม่มีคุณลักษณะ ตัวอย่างเช่น คุณลักษณะที่มีฟิล์มสะสมอยู่ที่ 0.1 um ตามผนังด้านข้างของท่อและมีฟิล์ม 0.15 um ในพื้นที่เปิด มีความครอบคลุมขั้นบันได 67% กลไกการสะสมมีบทบาทสำคัญในการกำหนดความครอบคลุมของขั้นตอนและการเติม ในเทคโนโลยีการตกตะกอนบางอย่าง เช่น การตกตะกอนแบบระเหย ความดันสุญญากาศจะต่ำมากและวัสดุที่ตกสะสมจะมาถึงในระยะสายตาจากแหล่งการตกตะกอน ในเทคโนโลยีอื่นๆ ความดันจะสูงกว่ามาก และเนื่องจากการชนกันของเฟสก๊าซ วัสดุจึงมาถึงพื้นผิวจากทุกมุม อุณหภูมิ โปรไฟล์คุณลักษณะ และอัตราส่วนกว้างยาว ล้วนส่งผลต่อจำนวนขั้นตอนที่ครอบคลุมและความสามารถในการเติมเต็มคุณลักษณะ
ลักษณะฟิล์ม
คุณสมบัติของฟิล์มขึ้นอยู่กับการใช้งาน เราสามารถจัดกลุ่มข้อกำหนดการใช้งานออกเป็นหมวดหมู่อย่างคร่าว ๆ เช่น โฟโตนิก ออปติคัล อิเล็กทรอนิกส์ กลไก หรือเคมี และบ่อยครั้งที่ฟิล์มต้องเป็นไปตามข้อกำหนดมากกว่าหนึ่งหมวดหมู่ ตัวอย่างเช่น ฟิล์มที่ไม่ชอบน้ำซึ่งใช้กับผลิตภัณฑ์ Apple เพื่อป้องกันพื้นผิวจากความเสียหายจากความชื้น (ข้อกำหนดทางเคมี) ก็จำเป็นต้องโปร่งใส (ออปติคอล) ดังนั้น ขั้นตอนแรกในการติดฟิล์มที่เหมาะสมคือการทำความเข้าใจกับแอพพลิเคชั่นและคุณสมบัติของฟิล์มส่งผลต่อประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายในแอพพลิเคชั่นอย่างไร ไม่จำเป็นต้องระบุคุณสมบัติของฟิล์มทั้งหมดสำหรับทุกการใช้งาน
อุณหภูมิของกระบวนการ
คุณสมบัติของฟิล์มได้รับอิทธิพลอย่างมากจากอุณหภูมิของกระบวนการ อย่างไรก็ตาม แอปพลิเคชันสามารถกำหนดขีดจำกัดของอุณหภูมิที่สามารถใช้ได้ ตัวอย่างเช่น ความสนใจล่าสุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่นซึ่งมักใช้พื้นผิวโพลีเมอร์ถูกจำกัดโดยจุดหลอมเหลวหรืออุณหภูมิรีโฟลว์ของโพลีเมอร์เหล่านั้น สารกึ่งตัวนำแบบผสมบางชนิดถูกจำกัดโดยหน้าสัมผัสแบบโอห์มมิก ซึ่งจะสลายตัวเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เทคโนโลยีการสะสมต่างๆ ทำงานได้ดีที่สุดในช่วงอุณหภูมิที่จำกัด
ผลผลิต
ประสิทธิภาพการทำงานเน้นด้านประสิทธิภาพของระบบมากกว่าตัวภาพยนตร์เอง นี่คือจุดที่พิจารณาประเด็นต่างๆ เช่น ความน่าเชื่อถือ ความเสถียร และการบำรุงรักษา ความน่าเชื่อถือจะวัดจากระยะเวลาการทำงานที่มีประสิทธิผล ในขณะที่ความเสถียรวัดได้จากความสามารถในการทำซ้ำแบบรันทูรันของระบบ
เนื่องจากระบบการสะสมกำลังเพิ่มวัสดุในระบบปิด เมื่อเวลาผ่านไปอาจมีการเพิ่มจำนวนของอนุภาคได้ ความไวของการใช้งานต่ออนุภาคเป็นส่วนหนึ่งของสมการในการพิจารณาว่าควรทำความสะอาดเมื่อใด สิ่งนี้นำไปสู่ความสามารถในการบำรุงรักษาของระบบ ซึ่งเป็นที่พึงปรารถนาที่จะมีเวลาเฉลี่ยระหว่างการทำความสะอาด (MTBC) ที่ยาวที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้สำหรับเวลาเฉลี่ยในการทำความสะอาด (MTTC) การทำความสะอาดสำหรับระบบการสะสมอาจทำได้ง่ายเหมือนกับการทำความสะอาดด้วยพลาสมาที่พบในระบบ PECVD หรือซับซ้อนกว่านั้นโดยที่โล่จำเป็นต้องทำความสะอาดจากแหล่งกำเนิดเช่นเดียวกับในระบบการสะสมของสปัตเตอร์ รอบการทำความสะอาดที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพพร้อมคุณสมบัติหลังการทำความสะอาดที่รวดเร็วนั้นเป็นข้อดีอย่างชัดเจน
ความเสียหาย
เมื่อคุณลักษณะมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ โดยทั่วไปแล้วคุณลักษณะเหล่านั้นจะไวต่อความเสียหายของกระบวนการมากขึ้น เทคโนโลยีการทับถมแต่ละครั้งมีศักยภาพในการก่อให้เกิดความเสียหายต่อวัสดุที่ทับถมอยู่ อย่างไรก็ตาม ความเสียหายไม่ใช่หัวข้อง่ายๆ การทำความเข้าใจและการวัดค่าความเสียหายอาจเป็นเรื่องที่ค่อนข้างท้าทาย เนื่องจากกลไกของความเสียหายอาจซับซ้อน และตัวความเสียหายเองก็บอบบางมาก ความเสียหายอาจมาจากการทิ้งระเบิดไอออน การปนเปื้อน หรือรังสีอัลตราไวโอเลต และอาจมีความเสียหายหลายแหล่งพร้อมกัน บ่อยครั้งที่ข้อกำหนดคือ "ไม่มีความเสียหาย" แต่ไม่ค่อยมีความคิดว่าจะสามารถสังเกตความเสียหายได้อย่างไรโดยไม่ต้องสร้างอุปกรณ์ให้เสร็จและไม่ต้องสร้างสิ่งประดิษฐ์อื่นๆ สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจข้อจำกัดของอุปกรณ์และวัสดุของคุณ ติดต่อ VPI วันนี้เพื่อจัดการประชุมเพื่อหารือเกี่ยวกับความต้องการของคุณ
ลองดูที่รายงานผลการทดสอบสำหรับเครื่องเคลือบรุ่น SD-900M ของ VPI เพื่อหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับความสม่ำเสมอของการสะสมตัวของความหนา