تبخیر و کندوپاش هر دو متعلق بهرسوب فیزیکی بخار (PVD). هر دو فلز را از یک ماده منبع به سطح نمونه منتقل می کنند. با این حال، "توانایی تشکیل یک پوشش" به این معنی نیست که فیلم های حاصل یکسان هستند.
تفاوت ها را می توان با پرداختن به سه سوال کلیدی بررسی کرد: چگونه مطالب از منبع خارج می شوند؟ چگونه ذرات در داخل محفظه خلاء حرکت می کنند؟ پس از رسیدن به سطح، چه مقدار از انرژی و اطلاعات جهت آنها حفظ می شود؟
01｜برای مقایسه محاسن و معایب عجله نکنید - ابتدا بفهمید فلزات چگونه تولید می شوند
تبخیر حرارتی به قایقها، رشتهها یا بوتههایی که با مقاومت حرارتی گرم میشوند متکی است تا ماده منبع را تا زمانی که فشار بخار کافی ایجاد کند، گرم کند.
تبخیر پرتو الکترونی از یک پرتو الکترونی متمرکز برای متمرکز کردن انرژی بر روی مناطق محلی از ماده منبع استفاده می کند و آن را برای موادی مناسب می کند که به دمای منبع بسیار بالاتری نیاز دارند.
اگرچه مکانیسمهای گرمایش آنها متفاوت است، فرآیند اساسی بعدی مشابه است: ماده منبع به فاز گاز منتقل میشود، از طریق محفظه کم فشار به سمت سطح نمونه خنکتر حرکت میکند، جایی که جذب میشود، هستهای میشود و به تدریج در یک لایه لایه نازک به هم میپیوندد.
کندوپاش مگنترون ماده مورد نظر را "جوش نمی آورد". گاز فعال برای تشکیل پلاسما برانگیخته می شود. یون ها نزدیک سطح هدف انرژی می گیرند و هدف را بمباران می کنند. آبشارهای برخورد اتم های هدف را از سطح بیرون می اندازند. سپس ذرات خارج شده از طریق گاز در حال کار عبور کرده و به نمونه می رسند. عملکرد اصلی میدان مغناطیسی این است که الکترونها را به طور مؤثرتری در نزدیکی سطح هدف محصور کند و بازده یونیزاسیون و تخلیه را افزایش دهد.
شار واقعی رسوبشده بر روی نمونه همچنان تحتتاثیر هندسه هدف، توزیع میدان مغناطیسی، فشار کاری، فاصله هدف تا بستر، موقعیت ثابت و حالت حرکت نمونه قرار دارد.
02 ｜جهت یابی یک مشخصات دستگاه نیست، بلکه پیامد انتقال ذرات است
در تبخیر معمولی با خلاء بالا، برخورد فاز گاز بین منبع و نمونه نادر است. ذرات تقریباً در خطوط مستقیم حرکت می کنند. سطوح نمونه رو به منبع به آسانی شار ذرات را دریافت می کنند، در حالی که نواحی تحت سایه پله ها یا دیواره های جانبی مقاوم به نور ممکن است اثرات سایه را تجربه کنند. این همان "رسوب خط دید" معروف است.
با این حال، جهت دهی صرفاً با عبارت "تبخیر" تعیین نمی شود. ابعاد منبع، فاصله منبع تا نمونه، زاویه شیب نمونه، سایه ثابت و حالت چرخش، همگی زاویه برخورد ذرات ورودی را تغییر می دهند. با قرار دادن بستر کج شده یا حرکت سیاره ای، همان سیستم تبخیر می تواند به طور فعال پوشش دیوارهای جانبی را برای ویژگی های خاص بهبود بخشد.
کندوپاش نیاز به تخلیه الکتریکی پایدار در یک محیط کاری گاز خاص دارد. پس از خروج اتمهای هدف از سطح هدف، ممکن است با اتمهای گاز برخورد کرده و مسیر حرکت آنها دوباره توزیع شود. علاوه بر این، هدف خود یک منبع نقطه ایده آل نیست. در نتیجه، کندوپاش معمولی معمولاً توزیع زاویه ای گسترده تری از ذرات فرود را در مقایسه با تبخیر استاندارد به نمونه ارائه می دهد. با این وجود، این بیانیه که "کندوپاش هیچ جهتی ندارد" به همان اندازه نادرست است. کاهش یا افزایش فشار کاری، تنظیم فاصله هدف تا زیرلایه، استفاده از ساختارهای همسو، و جابهجایی نمونه، همگی فرکانس برخورد و توزیع زاویه برخورد را اصلاح میکنند. فشار بالاتر می تواند گسترش زاویه ای ذرات را گسترش دهد و همچنین ممکن است باعث شود ذرات ورودی انرژی بیشتری را از دست بدهند.
03｜چرا یکی از فرآیندها از Lift-Off حمایت می کند در حالی که دیگری برای پوشش مرحله بهتر عمل می کند
تفاوت در جهت گیری هنگام مواجهه با ساختارهای سه بعدی تشدید می شود. اصل اساسی لیفت آف این است که ابتدا منافذ در لایه مقاوم به نور را الگو برداری کنید، فیلم را روی کل بستر قرار دهید، و سپس فترزیست را حل کنید تا لایه بالای رزیست از کنار هم جدا شود.
برای بلند کردن موفقیت آمیز، لایه هدف روی زیرلایه در داخل دهانه ها ترجیحاً نباید یک اتصال مداوم با فیلم در بالای مقاومت در امتداد دیواره های جانبی ایجاد کند. تبخیر با جهت گیری خط دید قوی باعث ایجاد شکاف ضخامت در نزدیکی دیواره های جانبی مقاوم می شود.
04｜آنچه که بستر فراتر از "ساده پوشاندن با یک لایه فلزی" است.
تبخیر اغلب به صورت "ملایم" توصیف می شود، در حالی که کندوپاش به عنوان "بمباران قوی" در نظر گرفته می شود.
هر دوی این برداشت ها دارای پایه های واقعی هستند، اما هیچ کدام مستقل از تجهیزات و شرایط فرآیند صادق نیستند.
در طول تبخیر، نمونه همچنان ممکن است افزایش دما ناشی از تابش حرارتی، قرار گرفتن در معرض منبع گرما و مدت زمان رسوب را تجربه کند.
برای سیستم های پرتو الکترونی، عوامل اضافی مانند الکترون ها، اشعه ایکس، پاشش مواد منبع و ذرات نیز باید در نظر گرفته شوند.
پلیمرها، مقاومکنندههای نور، لایههای با نقطه ذوب پایین یا دستگاههای حساس به تشعشع نباید صرفاً بر اساس نام فرآیند ایمن تلقی شوند. در یک محیط کندوپاش، به غیر از اتم های هدف، شار یون ها، الکترون ها، خنثی های منعکس شده و ناخالصی ها نیز ممکن است وجود داشته باشد. بایاس بستر، محل پلاسما و فشار کاری، انرژی ورودی واقعی تحویل به نمونه را تغییر می دهد. انرژی متوسط می تواند مهاجرت سطحی و پیوند بین سطحی را تقویت کند، در حالی که انرژی بیش از حد ممکن است منجر به افزایش دما، تغییر سطح، کندوپاش مجدد یا آسیب به لایه های حساس شود.
بنابراین، هنگام بحث از تحمل نمونه، نباید صرفاً پرسید "آیا دما بالا است یا خیر". همچنین باید در نظر گرفت که سطح نمونه از چه چیزی تشکیل شده است، لایههای نازک اکسیدی یا مواد دوبعدی در زیر آن قرار دارد، آیا مقاومت نوری هنوز وجود دارد، آیا ساخت دستگاه کامل شده است، و آیا بازپخت یا تمیز کردن پس از فرآیند مجاز است یا خیر.
05- چرا "فیلم های پراکنده متراکم تر هستند" فقط یک بیانیه شروع است
یک لایه نازک به عنوان یک بلوک جامد از فلز پایین نمی آید. در عوض، ذرات ورودی ابتدا جذب و هسته میشوند و جزایر را تشکیل میدهند. این جزایر سپس رشد می کنند و به هم می پیوندند و در نهایت به یک فیلم پیوسته تبدیل می شوند. انرژی ذرات ورودی، دمای بستر، نرخ رسوب، زاویه برخورد، تمیزی سطح و گاز باقیمانده همگی بر تحرک سطح ذرات حاکم است و اندازه دانه، تخلخل، زبری، بافت و تنش پسماند را تغییر میدهد. ذرات پرانرژی پرانرژی و شارهای انرژی مرتبط به طور کلی منجر به انتظارات افزایش تحرک سطح و لایههای نسبتاً متراکم میشوند.
با این وجود، فیلم های پراکنده همچنین می توانند ساختارهای ستونی متخلخل، تنش قابل توجه یا زبری زیاد را تحت شرایط فشار کاری بالا، اتلاف انرژی در اثر برخورد، زوایای برخورد نامطلوب یا شرایط سطحی نامناسب ایجاد کنند. فیلم های تبخیر شده نیز ذاتا متخلخل نیستند. تغییرات در دمای بستر، نرخ رسوب، عملیات سطحی و ورودی های انرژی کمکی نیز به همین ترتیب هسته و رفتار رشد را تغییر می دهد.
تراکم فیلم بالاتر به طور خودکار به دستگاه هایی با عملکرد بهتر ترجمه نمی شود. الکترودهای فلزی ممکن است اولویت بیشتری برای مقاومت تماس و یکپارچگی لبه داشته باشند. ساختارهای نوری ممکن است بیشتر روی زبری و ثابت های نوری تمرکز کنند. سازه های معلق به تنش بسیار حساس هستند. لایه های مانع انتشار توجه زیادی به مسیرهای تداوم و نقص دارند. «متراکم» صرفاً یک توصیف مادی است. در نهایت، عملکرد باید در برابر الزامات عملکردی برنامه لایه نازک ارزیابی شود.
خلاصه
هم تبخیر و هم کندوپاش می توانند فلزات را رسوب دهند، اما گزینه های دکمه ای قابل تعویض نیستند. تبخیر، مواد را از طریق گرمایش به فاز گاز تبخیر می کند و در شرایط معمولی جهت گیری خط دید قوی را نشان می دهد. کندوپاش اتم های هدف را از طریق بمباران یونی آزاد می کند. برخوردها در هندسه گاز و تجهیزات کار به طور کلی دامنه وسیع تری از زوایای ورود را ایجاد می کنند.
ادعاهایی مانند "تبخیر بهتر است" یا "دوپاش بهتر است" زودرس است. یک مسیر فرآیند مناسب باید توضیح دهد که چگونه ذرات به ویژگیها میرسند، مشخص میکند که کدام مکان برای حداقل ضخامت لایه بازرسی میشود، چه نوع خرابیهایی باید پیشبینی شود، و چه معیارهای نهایی برای قضاوت در مورد اینکه آیا لایه لایه نازک واقعاً عملکرد مورد نظر خود را انجام داده است، استفاده میشود.
