Izhlapevanje in razprševanje pripadatafizično naparjevanje (PVD). Oba prenašata kovino iz izvornega materiala na površino vzorca. Vendar "zmožnost oblikovanja prevleke" ne pomeni, da so nastali filmi enaki.
Razlike je mogoče preučiti z obravnavanjem treh ključnih vprašanj: Kako gradivo zapusti vir? Kako delci potujejo po vakuumski komori? Koliko njihove energije in informacij o smeri se obdrži, ko dosežejo površino?
01｜Ne hitite s primerjavo prednosti in slabosti - Najprej razumejte, kako nastanejo kovine
Toplotno izhlapevanje se opira na uporovno segrete čolne, filamente ali lončke za segrevanje izvornega materiala, dokler ne razvije zadostnega parnega tlaka.
Izhlapevanje z elektronskim žarkom uporablja fokusiran elektronski žarek za koncentriranje energije na lokalizirana območja izvornega materiala, zaradi česar je primeren za materiale, ki zahtevajo veliko višje temperature vira.
Čeprav se njihovi mehanizmi segrevanja razlikujejo, je kasnejši temeljni proces podoben: izvorni material preide v plinsko fazo, potuje skozi nizkotlačno komoro proti hladnejši površini vzorca, kjer se adsorbira, nukleira in postopoma združi v tankoplastno plast.
Magnetronsko razprševanje ne "zavre" ciljnega materiala. Delovni plin se vzbudi, da nastane plazma. Ioni pridobivajo energijo v bližini ciljne površine in bombardirajo tarčo. Kaskade trkov izbijejo ciljne atome s površine. Izmeteni delci nato potujejo skozi delovni plin in dosežejo vzorec. Primarna funkcija magnetnega polja je učinkovitejše omejevanje elektronov blizu ciljne površine, s čimer se poveča učinkovitost ionizacije in praznjenja.
Na dejanski tok, odložen na vzorec, še vedno vplivajo geometrija tarče, porazdelitev magnetnega polja, delovni tlak, razdalja tarče do podlage, položaj vpenjala in način gibanja vzorca.
02｜Smernost ni specifikacija naprave, ampak posledica transporta delcev
Pri običajnem visokovakuumskem izhlapevanju so trki plinske faze med virom in vzorcem redki. Delci potujejo skoraj v ravnih črtah. Površine vzorca, ki so obrnjene proti viru, zlahka sprejmejo tok delcev, medtem ko se na območjih, zasenčenih s stopnicami ali stranskimi stenami fotorezista, lahko pojavijo učinki senčenja. To je dobro znano "odlaganje v vidnem polju".
Vendar pa usmerjenost ni določena le z izrazom "izhlapevanje". Dimenzije vira, razdalja od vira do vzorca, kot nagiba vzorca, senčenje vpenjala in način vrtenja spreminjajo vpadni kot prihajajočih delcev. Z nagnjeno postavitvijo substrata ali planetarnim gibanjem lahko isti izhlapevalni sistem aktivno izboljša pokritost stranskih sten za določene funkcije.
Razprševanje zahteva trajno električno razelektritev v okolju določenega delovnega plina. Ko ciljni atomi zapustijo ciljno površino, lahko trčijo z atomi plina in njihove poti se prerazporedijo. Poleg tega cilj sam po sebi ni idealen točkovni vir. Posledično konvencionalno razprševanje običajno zagotavlja širšo kotno porazdelitev vpadnih delcev na vzorec v primerjavi s standardnim izhlapevanjem. Kljub temu je izjava, da "razprševanje nima usmerjenosti", enako netočna. Znižanje ali zvišanje delovnega tlaka, prilagoditev razdalje med tarčo in podlago, uporaba kolimacijskih struktur in premeščanje vzorca spremenijo frekvenco trka in porazdelitev vpadnega kota. Višji tlak lahko poveča kotno širjenje delcev in povzroči, da prispeli delci izgubijo več energije.
03｜Zakaj en proces daje prednost dvigu, medtem ko je drugi boljši za pokritost korakov
Razlike v smeri se povečajo, ko naletimo na tridimenzionalne strukture. Temeljno načelo dviganja je, da najprej vzorčite odprtine v plasti fotorezista, nanesete film na celotno podlago in nato raztopite fotorezist, da skupaj odstranite film na vrhu fotorezista.
Za uspešno dviganje ciljni film na substratu znotraj odprtin po možnosti ne sme tvoriti neprekinjene povezave s filmom na vrhu upora vzdolž stranskih sten. Izhlapevanje z močno usmerjenostjo zornega kota ponavadi ustvari prelom debeline v bližini stranskih sten upora.
04｜Kakšne izkušnje substrata presegajo "preprosto prevlečeni s kovinsko plastjo"
Izhlapevanje je pogosto ohlapno opisano kot "nežno", medtem ko se razprševanje obravnava kot "močno obstreljevanje".
Obe zaznavi imata dejansko podlago, vendar nobena ne drži neodvisno od opreme in pogojev postopka.
Med izhlapevanjem lahko vzorec še vedno doživi dvig temperature zaradi toplotnega sevanja, izpostavljenosti viru toplote in trajanja nanašanja.
Pri sistemih z elektronskim žarkom je treba upoštevati tudi dodatne dejavnike, kot so elektroni, rentgenski žarki, brizganje izvornega materiala in delci.
Polimeri, fotorezisti, plasti z nizkim tališčem ali naprave, občutljive na sevanje, se ne smejo šteti za varne samo na podlagi imena postopka. V okolju razprševanja so lahko poleg ciljnih atomov prisotni tudi tokovi ionov, elektronov, odbitih nevtralnih snovi in nečistoč. Pristranskost substrata, lokacija plazme in delovni tlak spremenijo dejansko vneseno energijo v vzorec. Zmerna energija lahko spodbuja površinsko migracijo in medfazno lepljenje, medtem ko lahko prekomerna energija povzroči zvišanje temperature, modifikacijo površine, ponovno napršenje ali poškodbe občutljivih plasti.
Zato se pri razpravi o toleranci vzorca ne bi smeli spraševati le, ali je temperatura visoka. Upoštevati je treba tudi, iz česa je sestavljena površina vzorca, ali so pod njo tanke oksidne plasti ali dvodimenzionalni materiali, ali je fotorezist še vedno prisoten, ali je izdelava naprave končana in ali je dovoljeno naknadno žarjenje ali čiščenje.
05｜Zakaj je "napršeni filmi gostejši" le izhodiščna izjava
Tanek film se ne spusti kot trden kovinski blok. Namesto tega se prihajajoči delci najprej adsorbirajo in nukleirajo, da tvorijo otoke. Ti otoki nato rastejo in se združujejo ter se sčasoma razvijejo v neprekinjen film. Energija prihajajočih delcev, temperatura substrata, stopnja nanosa, vpadni kot, čistoča površine in preostali plin določajo površinsko mobilnost delcev in spreminjajo velikost zrn, poroznost, hrapavost, teksturo in preostalo napetost. Energijski razpršeni delci in z njimi povezani energijski tokovi na splošno vodijo do pričakovanj povečane površinske mobilnosti in sorazmerno gostih filmov.
Kljub temu lahko napršeni filmi razvijejo tudi porozne stebričaste strukture, znatno obremenitev ali visoko hrapavost v pogojih visokega delovnega tlaka, znatne izgube energije pri trku, neugodnih vpadnih kotov ali neustreznih površinskih pogojev. Prav tako evaporirani filmi niso sami po sebi porozni. Spremembe temperature substrata, hitrosti nanašanja, površinske obdelave in pomožnih vnosov energije bodo prav tako spremenile nukleacijo in rast.
Večja gostota filma ne pomeni samodejno boljše zmogljivosti naprav. Kovinske elektrode lahko dajejo večjo prednost kontaktnemu uporu in celovitosti robov; optične strukture se lahko bolj osredotočajo na hrapavost in optične konstante; viseče konstrukcije so zelo občutljive na obremenitve; sloji difuzijske pregrade so zelo pozorni na kontinuiteto in poti napak. "Gosto" je zgolj materialni opis. Navsezadnje je treba delovanje oceniti glede na funkcionalne zahteve aplikacije s tanko plastjo.
Povzetek
Tako izhlapevanje kot razprševanje lahko naneseta kovine, vendar nista zamenljivi možnosti s pritiskom na gumb. Izhlapevanje uparja materiale v plinasto fazo s segrevanjem in v tipičnih pogojih kaže močno usmerjenost zornega kota. Razprševanje osvobodi ciljne atome z ionskim obstreljevanjem; trki znotraj delovnega plina in geometrije opreme na splošno dajejo širši razpon prihodnih kotov.
Trditve, kot sta "izhlapevanje je boljše" ali "razprševanje je boljše", so preuranjene. Ustrezna pot postopka bi morala razložiti, kako delci pridejo do elementov, določiti, na kateri lokaciji bo pregledana minimalna debelina filma, katere vrste napak je treba predvideti in katera končna merila bodo uporabljena za presojo, ali je plast tankega filma resnično izpolnila svojo predvideno funkcijo.
