コーティング膜の応力

- Dec 08, 2018-

コーティング膜の応力

 

I.フィルムストレスの分類とストレスの原因

 

内部応力は、堆積内部応力と追加内部応力とに分けることができる。 前者は 成膜中であり、結晶核が合体したときに膜に形成される構造欠陥や熱的作用が誘起される

気相原子が基板に注入されると、成膜プロセス中に大量の熱が放出される 。この熱量は基板の消光と同等であり、同時に応力が発生する

蒸気が基板堆積の初期段階で核を形成するので、粒子の表面張力によって、隣接する粒子が合体してより大きな粒子を形成し 、この合体によりその表面エネルギーが減少し、表面積が減少し、粒子の収縮および基質が防止される凝集して収縮することから、フィルムに凝結内部応力が生じる。 後者は、バースト後のフィルム形成によるものである

大気または大気にコーティングチャンバー内に露出し、酸化によって生成された膜。 上記の3つの応答 力ACTSが引っ張り応力または圧縮応力の形であるかどうかは、膜基材界面

せん断応力を発生させる。 せん断応力が膜基材界面間の接着を克服するのに十分に大きい場合、膜は亀裂を生じる。

フィルムと基板を適切に合わせるために、フィルムの熱応力を低減させ、フィルムの正しい配合物 を堆積の過程で、強度の鍵は内部応力を減少させるか、または2つの応力をそれぞれ補償することである他は、フィルムの接着性を改善することでもある。

 

2. 低応力膜を得る方法

 

低応力の膜を得るために、膜調製において以下の措置を講じることができる

(1)熱応力を低減するために基板温度を補正する

低熱応力からの堆積は、基板温度が選択されるべきであるが、低融点金属膜構造により高められた内部応力からきれいな小さな内部応力が選択されるべきであり、熱応力がこの瞬間において主な役割を果たすインジウムスズ鉛のような超伝導膜の準備、液体ヘリウム温度の熱ストレス下の基板はゼロであるため、低融点金属は、他の種類の金属上のより低い基板温度を選択すべきであり、基板温度は、内部ストレスを軽減する目的を達成する

加えて、2つの材料の熱膨張係数がフィルムに近づくように、膜および基板を合理的に選択することも、熱応力を低減する方法である

(2) 残留ガス圧力の正しい選択

膜の堆積、残留ガス圧が高すぎると、蒸気と残留ガス分子との衝突確率が増加し、堆積速度に影響を及ぼすだけでなく、膜構造のランダム配置によって生じる衝突散乱現象に起因して、多孔膜層、膜の酸化が容易であり、膜層内であっても泡を発生させるので、室内の残留ガス圧を好ましくないかつ甚だしいものとし、 10 -3〜10 -4 Paを 選択すること が適切である

(3) 堆積速度の選択

堆積速度は、蒸発源 要素 の温度、形状、サイズ、距離及び蒸発能力に依存する 堆積速度の選択は、膜の性能要件および応力だけでなく、プロセス

要件。 導電性金属膜の場合、堆積速度は、膜、できるだけ小さい粒度、結び目のある 構造、弱い酸化、明るく滑らかな表面、良好な導電性 など、より大きくなるように選択することができる 膜シンクを増加させるために抵抗膜上に膜の適切な酸化は、製品の安定性のために必要である。 したがって、堆積速度をいくらか遅くすることができる ほとんどの誘電体膜は酸化物または他の化合物膜であるため、酸化されると分解する。 あるいは、ヒーターが化学反応を起こすと、両方とも蒸発源温度に関係し、誘電体膜の熱伝導が悪く、蒸発熱が不均一である場合には、より遅い堆積速度を使用すべきである。

(4)膜厚と蒸気入射角の選択

フィルムの厚さと平均残留応力の関係を図1-2-7に示します。 フィルムの厚さが100nmを超える と、応力が変化しない。 しかし、膜 - 基材界面における応力によるせん断力

それはフィルムの厚さに正比例するので、フィルムの厚さが大きすぎるとせん断力が接着力よりも大きくなり、フィルムが失われます。

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図1-2-7銀膜の蒸発・スパッタリング時の平均残留応力

蒸気の入射角を選択することも非常に重要です。蒸発距離の小さい装置では、入射角

入射角を減少させるためには、より少ない基板

必要です。 発生の角度は、一般に15 °を 超えてはならない もちろん、ベースピースフレームの合理的な設定を渡すこともでき ます。この問題を解決するには。

5)付加的な内部応力の適切な制御と排除

付加的な内部応力は、ほとんどが圧縮応力であり、堆積中に生成される膜の応力特性に従って適切であり得る

フィルムのような制御と調整は、より大きな引っ張り応力を有し、より多くの多様性を達成するために追加の応力を 生じ させることができる 。応力の相互補償。

 

また、成膜後、真空室内で適切な断熱を行うことにより、膜の内部構造を安定化させ、表面に非常に薄い精製膜を形成することができる。 また、基板温度が室温よりもはるかに高い場合には、新しく堆積された膜をできるだけ大気に曝さないように、またはできるだけ曝露しないようにすることも重要である