Isparavanje i raspršivanje pripadajufizičko taloženje pare (PVD). Oba prenose metal iz izvornog materijala na površinu uzorka. Međutim, "mogućnost formiranja premaza" ne znači da su rezultirajući filmovi identični.
Razlike se mogu ispitati rješavanjem tri ključna pitanja: Kako materijal napušta izvor? Kako čestice putuju kroz vakuumsku komoru? Nakon što stignu na površinu, koliko se zadržava njihova energija i informacija o smjeru?
01｜Ne žurite da upoređujete prednosti i nedostatke - Prvo shvatite kako nastaju metali
Toplotno isparavanje se oslanja na otporno zagrijane čamce, filamente ili lončiće za zagrijavanje izvornog materijala dok ne razvije dovoljan tlak pare.
Isparavanje elektronskim snopom koristi fokusirani snop elektrona za koncentriranje energije na lokalizirane regije izvornog materijala, što ga čini pogodnim za materijale koji zahtijevaju mnogo više temperature izvora.
Iako se njihovi mehanizmi grijanja razlikuju, naknadni osnovni proces je sličan: izvorni materijal prelazi u plinsku fazu, putuje kroz komoru niskog tlaka prema hladnijoj površini uzorka, gdje se adsorbira, stvara jezgru i postupno spaja u sloj tankog filma.
Magnetronsko raspršivanje ne "zakuva" ciljni materijal. Radni gas se pobuđuje da formira plazmu. Joni dobijaju energiju blizu površine mete i bombarduju metu. Kaskade sudara izbacuju ciljne atome sa površine. Izbačene čestice tada putuju kroz radni gas i dospevaju do uzorka. Primarna funkcija magnetnog polja je da efikasnije ograniči elektrone blizu površine mete, povećavajući jonizaciju i efikasnost pražnjenja.
Na stvarni fluks deponovan na uzorak i dalje utiču geometrija cilja, distribucija magnetnog polja, radni pritisak, udaljenost od mete do podloge, položaj učvršćenja i režim kretanja uzorka.
02｜Usmjerenost nije specifikacija uređaja, već posljedica transporta čestica
Kod konvencionalnog isparavanja u visokom vakuumu, sudari u gasnoj fazi između izvora i uzorka su rijetki. Čestice putuju gotovo pravim linijama. Površine uzorka okrenute prema izvoru lako primaju tok čestica, dok područja zasjenjena stepenicama ili fotootpornim bočnim zidovima mogu imati efekte sjenčanja. Ovo je dobro poznato "taloženje u liniji vidljivosti".
Međutim, usmjerenost nije određena samo pojmom "isparavanje". Dimenzije izvora, rastojanje između izvora i uzorka, ugao nagiba uzorka, zasjenjenje uređaja i način rotacije mijenjaju ugao upada čestica koje dolaze. Sa nagnutim postavljanjem podloge ili planetarnim kretanjem, isti sistem isparavanja može aktivno poboljšati pokrivenost bočnih zidova za određene karakteristike.
Za raspršivanje je potrebno trajno električno pražnjenje unutar specifičnog okruženja radnog plina. Nakon što ciljni atomi napuste ciljnu površinu, mogu se sudariti s atomima plina i njihova putanja se redistribuira. Štaviše, sama meta nije idealan tačkasti izvor. Posljedično, konvencionalno raspršivanje tipično daje širu kutnu distribuciju upadnih čestica na uzorak u poređenju sa standardnim isparavanjem. Ipak, izjava da "prskanje nema usmjerenost" jednako je netačna. Snižavanje ili podizanje radnog pritiska, podešavanje udaljenosti od mete do podloge, upotreba kolimirajućih struktura i ponovno pozicioniranje uzorka modificiraju učestalost sudara i raspodjelu uglova upada. Viši pritisak može proširiti kutno širenje čestica i može uzrokovati da čestice koje pristižu gube više energije.
03｜Zašto jedan proces favorizuje podizanje dok drugi radi bolje za pokrivanje koraka
Razlike u usmjerenosti postaju pojačane kada se naiđu na trodimenzionalne strukture. Osnovni princip lift-off-a je da se prvo uzorkuju otvore u sloju fotorezista, nanese film na cijelu podlogu, a zatim se fotorezist otopi da se zajedno skine film na vrhu otpornika.
Za uspješno podizanje, ciljni film na podlozi unutar otvora poželjno je da ne stvara kontinuiranu vezu s filmom na vrhu otpornika duž bočnih zidova. Isparavanje sa jakom usmjerenošću linije vida ima tendenciju da stvori prekid debljine u blizini bočnih zidova otpornika.
04｜Šta podloga doživljava daleko više od "jednostavnog premazanja metalnim slojem"
Isparavanje se često slobodno opisuje kao "nježno", dok se za prskanje smatra da ima "snažno bombardiranje".
Obje percepcije imaju činjenične osnove, ali nijedno ne vrijedi nezavisno od opreme i uslova procesa.
Tokom isparavanja, uzorak još uvijek može doživjeti porast temperature uzrokovan toplinskim zračenjem, izlaganjem izvoru topline i trajanjem taloženja.
Za sisteme elektronskih zraka, dodatni faktori kao što su elektroni, X-zraci, prskanje izvornog materijala i čestice se takođe moraju uzeti u obzir.
Polimeri, fotootpornici, slojevi s niskom tačkom topljenja ili uređaji osjetljivi na zračenje ne bi se trebali smatrati sigurnima samo na osnovu naziva procesa. U okruženju raspršivanja, osim ciljnih atoma, mogu biti prisutni i tokovi jona, elektrona, reflektiranih neutralnih tvari i nečistoća. Pristrasnost supstrata, lokacija plazme i radni pritisak mijenjaju stvarni unos energije koji se isporučuje uzorku. Umjerena energija može potaknuti površinsku migraciju i međufaznu vezu, dok prekomjerna energija može dovesti do povišenja temperature, modifikacije površine, ponovnog raspršivanja ili oštećenja osjetljivih slojeva.
Stoga, kada se govori o toleranciji uzorka, ne treba samo pitati "da li je temperatura visoka". Također je potrebno razmotriti od čega se sastoji površina uzorka, da li se ispod nalaze tanki slojevi oksida ili dvodimenzionalni materijali, da li je fotorezist još uvijek prisutan, da li je proizvodnja uređaja završena i da li je naknadno žarenje ili čišćenje dozvoljeno.
05｜Zašto su "isprskani filmovi gušći" samo početna izjava
Tanak film se ne spušta kao čvrsti blok metala. Umjesto toga, dolazeće čestice prvo se adsorbiraju i stvaraju jezgro da bi formirale ostrva. Ovi otoci potom rastu i spajaju se, na kraju se razvijajući u neprekidni film. Energija pristiglih čestica, temperatura podloge, brzina taloženja, upadni ugao, čistoća površine i preostali gas utiču na površinsku pokretljivost čestica i modifikuju veličinu zrna, poroznost, hrapavost, teksturu i zaostalo naprezanje. Energetske raspršene čestice i povezani energetski tokovi općenito dovode do očekivanja poboljšane pokretljivosti površine i relativno gustih filmova.
Ipak, raspršeni filmovi također mogu razviti porozne stupaste strukture, značajno naprezanje ili veliku hrapavost u uvjetima visokog radnog pritiska, značajnog gubitka energije prilikom sudara, nepovoljnih uglova upada ili neadekvatnih uvjeta površine. Ni ispareni filmovi nisu inherentno porozni. Promjene temperature supstrata, brzine taloženja, površinske obrade i pomoćnih energetskih inputa će također promijeniti ponašanje nukleacije i rasta.
Veća gustina filma ne znači automatski uređaj sa boljim performansama. Metalne elektrode mogu dati veći prioritet otporu kontakta i integritetu ivica; optičke strukture se mogu više fokusirati na hrapavost i optičke konstante; viseće konstrukcije su vrlo osjetljive na naprezanje; Slojevi difuzijske barijere obraćaju veliku pažnju na kontinuitet i defektne puteve. "Gusto" je samo materijalni opis. Na kraju, performanse se moraju procijeniti u odnosu na funkcionalne zahtjeve aplikacije tankog filma.
Rezime
I isparavanje i raspršivanje mogu nanijeti metale, ali to nisu zamjenjive tipke. Isparavanje isparava materijale u gasnu fazu putem zagrijavanja i pokazuje jaku usmjerenost vidnog polja u tipičnim uvjetima. Raspršivanje oslobađa ciljne atome ionskim bombardiranjem; sudari unutar geometrije radnog gasa i opreme generalno daju širi raspon uglova dolaska.
Tvrdnje kao što su "isparavanje je bolje" ili "prskanje je bolje" su preuranjene. Odgovarajuća ruta procesa treba objasniti kako čestice stižu do karakteristika, specificirati koja će se lokacija pregledati za minimalnu debljinu filma, koje vrste kvarova treba predvidjeti i koji će se konačni kriteriji koristiti za procjenu da li je tankoslojni sloj zaista ispunio svoju predviđenu funkciju.
