Buharlaşma ve püskürtmenin her ikisi defiziksel buhar biriktirme (PVD). Her ikisi de metali bir kaynak malzemeden bir numunenin yüzeyine aktarır. Ancak "bir kaplama oluşturabilmek", ortaya çıkan filmlerin aynı olduğu anlamına gelmez.
Farklılıklar üç temel soruyu ele alarak incelenebilir: Materyal kaynağı nasıl terk ediyor? Parçacıklar vakum odasında nasıl hareket eder? Yüzeye ulaştıktan sonra enerjilerinin ve yön bilgilerinin ne kadarı korunur?
01｜ Avantaj ve Dezavantajlarını Karşılaştırmak İçin Acele Etmeyin - İlk Önce Metallerin Nasıl Üretildiğini Anlayın
Termal buharlaştırma, kaynak malzemeyi yeterli buhar basıncı oluşana kadar ısıtmak için dirençle ısıtılan teknelere, filamanlara veya potalara dayanır.
Elektron ışınlı buharlaştırma, enerjiyi kaynak malzemenin lokalize bölgelerine yoğunlaştırmak için odaklanmış bir elektron ışınını kullanır, bu da onu çok daha yüksek kaynak sıcaklıkları gerektiren malzemeler için uygun hale getirir.
Isıtma mekanizmaları farklı olmasına rağmen, sonraki temel süreç benzerdir: kaynak malzeme gaz fazına geçer, düşük basınç odasından daha soğuk numune yüzeyine doğru ilerler, burada adsorbe edilir, çekirdeklenir ve yavaş yavaş ince bir film tabakası halinde birleşir.
Magnetron püskürtme hedef malzemeyi "kaynatmaz". Çalışma gazı plazma oluşturacak şekilde uyarılır. İyonlar hedef yüzeye yakın yerlerde enerji kazanır ve hedefi bombalar. Çarpışma basamakları hedef atomları yüzeyden dışarı atar. Fırlatılan parçacıklar daha sonra çalışma gazının içinden geçerek numuneye ulaşır. Manyetik alanın birincil işlevi, elektronları hedef yüzeyin yakınında daha etkili bir şekilde sınırlandırarak iyonizasyon ve deşarj verimliliğini artırmaktır.
Numune üzerinde biriken gerçek akı hâlâ hedef geometrisinden, manyetik alan dağılımından, çalışma basıncından, hedeften alt tabakaya olan mesafeden, fikstür konumundan ve numune hareket modundan etkilenir.
02｜Yönlülük Bir Cihazın Özelliği Değil, Parçacık Taşınmasının Bir Sonucudur
Geleneksel yüksek vakumlu buharlaştırmada kaynak ile numune arasındaki gaz fazı çarpışmaları nadirdir. Parçacıklar neredeyse düz çizgiler halinde hareket eder. Numunenin kaynağa bakan yüzeyleri parçacık akışını kolaylıkla alırken, basamaklar veya fotodirençli yan duvarlar tarafından gölgelenen alanlar gölgeleme etkileriyle karşılaşabilir. Bu, iyi bilinen "görüş hattında ifade"dir.
Ancak yönsellik yalnızca "buharlaşma" terimiyle belirlenmemektedir. Kaynak boyutları, kaynak-numune mesafesi, numune eğim açısı, fikstür gölgelemesi ve dönüş modunun tümü, gelen parçacıkların geliş açısını değiştirir. Eğimli alt tabaka yerleştirme veya gezegensel hareket ile aynı buharlaştırma sistemi, belirli özellikler için yan duvar kapsamını aktif olarak iyileştirebilir.
Püskürtme, belirli bir çalışma gazı ortamında sürekli elektrik deşarjı gerektirir. Hedef atomlar hedef yüzeyi terk ettikten sonra gaz atomlarıyla çarpışabilir ve yörüngeleri yeniden dağıtılabilir. Ayrıca hedefin kendisi ideal bir nokta kaynağı değildir. Sonuç olarak, geleneksel püskürtme tipik olarak standart buharlaştırmayla karşılaştırıldığında numuneye gelen parçacıkların daha geniş bir açısal dağılımını sağlar. Bununla birlikte, "püskürtmenin yönlülüğü yoktur" ifadesi de aynı derecede yanlıştır. Çalışma basıncını düşürmek veya yükseltmek, hedef ile alt tabaka arasındaki mesafeyi ayarlamak, yönlendirme yapılarını kullanmak ve numuneyi yeniden konumlandırmak, çarpışma frekansını ve olay açısı dağılımını değiştirir. Daha yüksek basınç, parçacık açısal yayılımını genişletebilir ve ayrıca gelen parçacıkların daha fazla enerji kaybetmesine neden olabilir.
03｜Neden Bir Süreç Kaldırmayı Tercih Ederken Diğeri Adım Kapsamı Açısından Daha İyi Performans Gösteriyor?
Üç boyutlu yapılarla karşılaşıldığında yön farklılıkları daha da artar. Kaldırmanın temel ilkesi, önce fotorezist katmanındaki açıklıkları şekillendirmek, filmi tüm alt tabaka üzerine yerleştirmek ve ardından, direncin üzerindeki filmi birlikte sıyırmak için fotorezisti eritmektir.
Başarılı bir kaldırma için, açıklıkların içindeki alt tabaka üzerindeki hedef filmin, tercihen yan duvarlar boyunca direncin üstündeki film ile sürekli bir bağlantı oluşturmaması gerekir. Güçlü görüş hattı yönelimli buharlaşma, direnç yan duvarlarının yakınında bir kalınlık kırılması yaratma eğilimindedir.
04｜Alt Yüzey Deneyimleri "Basitçe Metal Bir Katmanla Kaplanmanın" Ötesine Geçiyor
Buharlaşma genellikle gevşek bir şekilde "nazik" olarak tanımlanırken, püskürtme "güçlü bombardıman" olarak kabul edilir.
Her iki algının da gerçek temelleri vardır ancak ikisi de ekipman ve süreç koşullarından bağımsız olarak doğru değildir.
Buharlaşma sırasında numunede termal radyasyon, ısı kaynağına maruz kalma ve biriktirme süresinin neden olduğu sıcaklık artışı yaşanabilir.
Elektron ışını sistemleri için elektronlar, X ışınları, kaynak malzeme sıçraması ve parçacıklar gibi ek faktörler de dikkate alınmalıdır.
Polimerler, fotorezistler, düşük erime noktalı katmanlar veya radyasyona duyarlı cihazlar, yalnızca proses adına göre güvenli sayılmamalıdır. Püskürtme ortamında, hedef atomların yanı sıra iyon akışları, elektronlar, yansıyan nötrler ve safsızlıklar da mevcut olabilir. Substrat eğilimi, plazma konumu ve çalışma basıncı, numuneye iletilen gerçek enerji girişini değiştirir. Orta düzeyde enerji, yüzey geçişini ve arayüzey bağlanmasını teşvik edebilirken aşırı enerji, sıcaklığın yükselmesine, yüzey modifikasyonuna, yeniden püskürtmeye veya hassas katmanların hasar görmesine neden olabilir.
Bu nedenle numune toleransı tartışılırken yalnızca "sıcaklığın yüksek olup olmadığı" sorulmamalıdır. Numune yüzeyinin neyden oluştuğunu, altında ince oksit katmanlarının mı yoksa iki boyutlu malzemelerin mi bulunduğunu, fotorezistin hala mevcut olup olmadığını, cihaz imalatının tamamlanıp tamamlanmadığını ve işlem sonrası tavlamaya veya temizlemeye izin verilip verilmediğini dikkate almak gerekir.
05｜"Püskürtme Filmleri Daha Yoğundur" Neden Sadece Bir Başlangıç Noktası İfadesidir
İnce bir film, katı bir metal blok gibi aşağıya inmez. Bunun yerine, gelen parçacıklar önce adsorbe edilir ve adalar oluşturacak şekilde çekirdeklenir. Bu adalar daha sonra büyür ve birleşir, sonunda sürekli bir filme dönüşür. Gelen parçacıkların enerjisi, substrat sıcaklığı, birikme hızı, geliş açısı, yüzey temizliği ve artık gaz, parçacıkların yüzey hareketliliğini yönetir ve tane boyutunu, gözenekliliği, pürüzlülüğü, dokuyu ve artık gerilimi değiştirir. Enerjik püskürtülmüş parçacıklar ve ilgili enerji akışları genellikle gelişmiş yüzey hareketliliği ve nispeten yoğun film beklentilerine yol açar.
Bununla birlikte, püskürtmeli filmler aynı zamanda yüksek çalışma basıncı, önemli çarpışma enerji kaybı, uygun olmayan geliş açıları veya yetersiz yüzey koşulları koşulları altında gözenekli sütunlu yapılar, önemli gerilim veya yüksek pürüzlülük geliştirebilir. Buharlaştırılmış filmler de doğası gereği gözenekli değildir. Substrat sıcaklığı, biriktirme hızı, yüzey işlemi ve yardımcı enerji girdilerinde yapılan değişiklikler aynı şekilde çekirdeklenme ve büyüme davranışını da değiştirecektir.
Daha yüksek film yoğunluğu, otomatik olarak daha iyi performans gösteren cihazlara dönüşmez. Metalik elektrotlar temas direncine ve kenar bütünlüğüne daha yüksek öncelik verebilir; optik yapılar daha çok pürüzlülüğe ve optik sabitlere odaklanabilir; asılı yapılar strese karşı oldukça hassastır; difüzyon bariyeri katmanları sürekliliğe ve kusur yollarına çok dikkat eder. "Yoğun" yalnızca maddi bir tanımdır. Sonuçta performans, ince film uygulamasının işlevsel gereksinimlerine göre değerlendirilmelidir.
Özet
Hem buharlaştırma hem de püskürtme metal biriktirebilir ancak bunlar birbirinin yerine kullanılabilen düğme seçenekleri değildir. Buharlaşma, malzemeleri ısıtma yoluyla gaz fazına buharlaştırır ve tipik koşullar altında güçlü görüş hattı yönlülüğü sergiler. Püskürtme, iyon bombardımanı yoluyla hedef atomları serbest bırakır; çalışma gazı ve ekipman geometrisi içindeki çarpışmalar genellikle daha geniş bir varış açısı aralığı sağlar.
"Buharlaşma daha iyidir" veya "püskürtme daha iyidir" gibi iddialar henüz erkendir. Uygun bir proses rotası, parçacıkların özelliklere nasıl ulaştığını açıklamalı, minimum film kalınlığı için hangi konumun inceleneceğini, ne tür hataların önceden tahmin edileceğini ve ince film katmanının gerçekten amaçlanan işlevini yerine getirip getirmediğine karar vermek için hangi nihai kriterlerin kullanılacağını belirtmelidir.
