I isparavanje i prskanje pripadajufizičko taloženje iz pare (PVD). Oba prenose metal iz izvornog materijala na površinu uzorka. Međutim, "sposobnost 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 do površine, koliko njihove energije i informacija o smjeru ostaje zadržano?
01｜Nemojte žuriti s usporedbom prednosti i nedostataka - Prvo shvatite kako nastaju metali
Toplinsko isparavanje oslanja se na otporno grijane čamce, filamente ili tigle za zagrijavanje izvornog materijala dok ne razvije dovoljan tlak pare.
Isparavanje elektronskim snopom koristi fokusirani elektronski snop za koncentriranje energije na lokalizirana područja izvornog materijala, što ga čini prikladnim za materijale koji zahtijevaju puno više temperature izvora.
Iako se njihovi mehanizmi zagrijavanja razlikuju, temeljni proces koji slijedi je sličan: izvorni materijal prelazi u plinovitu fazu, putuje kroz niskotlačnu komoru prema hladnijoj površini uzorka, gdje se adsorbira, nukleira i postupno spaja u sloj tankog filma.
Magnetronsko raspršivanje ne "kuha" ciljni materijal. Radni plin se pobuđuje da bi se stvorila plazma. Ioni dobivaju energiju blizu površine mete i bombardiraju metu. Kaskade sudara izbacuju ciljne atome s površine. Izbačene čestice zatim putuju kroz radni plin i dolaze do uzorka. Primarna funkcija magnetskog polja je učinkovitije zadržavanje elektrona u blizini ciljne površine, povećavajući učinkovitost ionizacije i pražnjenja.
Na stvarni tok taložen na uzorak i dalje utječu geometrija cilja, distribucija magnetskog polja, radni tlak, udaljenost cilj-podloga, položaj učvršćenja i način gibanja uzorka.
02｜Usmjerenost nije specifikacija uređaja, već posljedica prijenosa čestica
Kod konvencionalnog isparavanja u visokom vakuumu, sudari plinske faze između izvora i uzorka su rijetki. Čestice putuju gotovo pravocrtno. Površine uzorka okrenute prema izvoru lako primaju tok čestica, dok područja zasjenjena stepenicama ili bočnim stijenkama fotootpornog materijala mogu imati efekte zasjenjenja. Ovo je dobro poznato "depozicija u neposrednoj blizini".
Međutim, usmjerenost nije određena samo izrazom "isparavanje". Dimenzije izvora, udaljenost od izvora do uzorka, kut nagiba uzorka, zasjenjenje učvršćenja i način rotacije mijenjaju upadni kut čestica koje dolaze. S nagnutim postavljanjem podloge ili planetarnim gibanjem, isti sustav isparavanja može aktivno poboljšati pokrivenost bočne stijenke za određene značajke.
Raspršivanje zahtijeva dugotrajno električno pražnjenje u određenom okruženju radnog plina. Nakon što ciljni atomi napuste ciljnu površinu, mogu se sudariti s atomima plina i njihova se putanja preraspodijeli. Nadalje, sama meta nije idealan točkasti izvor. Posljedično, konvencionalno raspršivanje obično daje širu kutnu distribuciju upadnih čestica u uzorak u usporedbi sa standardnim isparavanjem. Unatoč tome, izjava da "prskanje nema usmjerenost" jednako je netočna. Snižavanje ili podizanje radnog tlaka, prilagođavanje udaljenosti meta-podloga, korištenje kolimirajućih struktura i ponovno pozicioniranje uzorka mijenjaju učestalost sudara i distribuciju upadnog kuta. Viši tlak može proširiti kutno širenje čestica i također može uzrokovati da čestice koje dolaze izgube više energije.
03｜Zašto jedan proces daje prednost podizanju dok drugi ima bolju izvedbu za pokrivanje koraka
Razlike u usmjerenosti se pojačavaju pri susretu s trodimenzionalnim strukturama. Temeljno načelo podizanja je da se prvo napravi uzorak otvora u sloju fotootpornog sloja, nanese film preko cijele podloge, a zatim se otopi fotootporni sloj kako bi se zajedno skinuo film na vrhu otpornog materijala.
Za uspješno skidanje ciljni film na podlozi unutar otvora po mogućnosti ne bi trebao tvoriti kontinuiranu vezu s filmom na vrhu otpora duž bočnih stijenki. Isparavanje sa snažnim usmjerenjem u liniji gledanja ima tendenciju stvaranja pukotine u debljini u blizini bočnih stijenki otpornika.
04｜Šta supstrat doživljava daleko nadilazi "jednostavno oblaganje metalnim slojem"
Isparavanje se često slobodno opisuje kao "nježno", dok se raspršivanje smatra "snažnim bombardiranjem".
Obje percepcije imaju činjenične temelje, ali nijedna nije istinita neovisno o opremi i uvjetima procesa.
Tijekom isparavanja uzorak još uvijek može doživjeti porast temperature uzrokovan toplinskim zračenjem, izloženošću izvoru topline i trajanjem taloženja.
Za sustave s elektronskim snopom moraju se uzeti u obzir i dodatni čimbenici kao što su elektroni, X-zrake, prskanje izvornog materijala i čestice.
Polimeri, fotorezisti, slojevi s niskim talištem ili uređaji osjetljivi na zračenje ne bi se trebali smatrati sigurnima samo na temelju naziva procesa. U okruženju raspršivanja, osim ciljanih atoma, mogu biti prisutni i tokovi iona, elektrona, reflektiranih neutralnih i nečistoća. Pristranost supstrata, položaj plazme i radni tlak mijenjaju stvarni unos energije dostavljene uzorku. Umjerena energija može potaknuti površinsku migraciju i međupovršinsko spajanje, 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 se samo pitati "je li temperatura visoka". Također je potrebno razmotriti od čega se sastoji površina uzorka, leže li ispod tanki oksidni slojevi ili dvodimenzionalni materijali, je li fotootpor još prisutan, je li izrada uređaja dovršena i je li dopušteno naknadno žarenje ili čišćenje.
05｜Zašto je "sputtered filmovi gušći" samo početna izjava
Tanak film se ne spušta kao čvrsti metalni blok. Umjesto toga, dolazne se čestice prvo adsorbiraju i stvaraju jezgre kako bi oblikovale otoke. Ti otoci zatim rastu i spajaju se, na kraju se razvijajući u kontinuirani film. Energija pristiglih čestica, temperatura podloge, brzina taloženja, upadni kut, čistoća površine i zaostali plin upravljaju pokretljivošću površine čestica i modificiraju veličinu zrna, poroznost, hrapavost, teksturu i zaostalo naprezanje. Energetske raspršene čestice i pridruženi tokovi energije općenito dovode do očekivanja poboljšane površinske pokretljivosti i relativno gustih filmova.
Unatoč tome, raspršeni filmovi također mogu razviti porozne stupčaste strukture, značajno naprezanje ili veliku hrapavost u uvjetima visokog radnog tlaka, značajnog gubitka energije sudara, nepovoljnih upadnih kutova ili neadekvatnih površinskih uvjeta. Ni evaporirani filmovi nisu inherentno porozni. Promjene temperature supstrata, brzine taloženja, površinske obrade i pomoćnih energetskih unosa također će promijeniti ponašanje nukleacije i rasta.
Veća gustoća filma ne znači automatski uređaje s boljim performansama. Metalne elektrode mogu dati veći prioritet kontaktnom otporu i cjelovitosti rubova; optičke strukture mogu se više usredotočiti na hrapavost i optičke konstante; viseće strukture su vrlo osjetljive na stres; slojevi difuzijske barijere posvećuju veliku pozornost kontinuitetu i putovima defekata. "Gusto" je samo materijalni opis. U konačnici, izvedba se mora ocijeniti u odnosu na funkcionalne zahtjeve aplikacije tankog filma.
Sažetak
I isparavanje i raspršivanje mogu taložiti metale, ali nisu međusobno zamjenjive opcije tipkala. Isparavanje isparava materijale u plinovitu fazu putem zagrijavanja i pokazuje snažnu usmjerenost prema liniji gledanja u tipičnim uvjetima. Raspršivanjem se oslobađaju ciljani atomi ionskim bombardiranjem; sudari unutar radnog plina i geometrije opreme općenito daju širi raspon dolaznih kutova.
Tvrdnje poput "isparavanje je bolje" ili "raspršivanje je bolje" su preuranjene. Odgovarajuća ruta procesa trebala bi objasniti kako čestice dolaze do značajki, odrediti koja će se lokacija pregledavati za minimalnu debljinu filma, koje vrste kvarova treba predvidjeti i koji će se konačni kriteriji koristiti za procjenu je li sloj tankog filma doista ispunio svoju predviđenu funkciju.
