Deposición del Haz de Ión - Aplicaciones y Ventajas por Tecnología del Plasma de los Instrumentos de Oxford

Temas Revestidos

Reseña
¿Cuál es una Fuente del Haz de Ión?
Fuentes del Haz de Ión de los Instrumentos de Oxford
     Matrices
     Neutralizadores
Ajuste Doble Básico del Compartimiento del Chisporroteo del Haz de Ión
Deposición de Materiales Usando la Deposición del Haz de Ión
Propiedades e Incremento Que Controlan de Películas Usando las Herramientas de los Instrumentos de Oxford
Ambientes de la Deposición del Haz de Ión y de la Presión Inferior
La Deposición y la Superficie del Haz de Ión Prelimpian y Filman Mando de Tensión
La Calidad de las Películas Depositadas del Haz de Ión
Confiabilidad y Reproductibilidad de la Deposición del Haz de Ión
Aplicaciones de la Deposición del Haz de Ión
     Capa de la Barra del Laser
     Único Filtro de la Cavidad
     Espejo de Tres Cavidades
     Giroscopio del Laser de Anillo
Resumen

Reseña

Este papel presenta una revista de la Tecnología del Haz de Ión. En esta revista las aplicaciones principales y las ventajas de usar la tecnología del Haz de Ión para los procesos de la deposición cuando están comparadas a la tecnología tal como plasma o evaporación (PVD) serán presentadas. Para comenzar con, una reseña de cómo se genera un haz de ión será descrita. Esto entonces será seguida por una presentación y una discusión de algunas aplicaciones ventajosas de la tecnología del haz de ión.

¿Cuál es una Fuente del Haz de Ión?

Esencialmente, una fuente del haz de ión es una fuente del plasma ajustada con un conjunto de matrices permitiendo a una secuencia de iones ser extraído. Nuestra fuente del haz de ión tiene las tres piezas principales siguientes: el compartimiento del licenciamiento, las matrices y el neutralizador.

Los Iones son producidos en el compartimiento del licenciamiento sujetando un gas (generalmente Argón) a un campo del RF. El gas se introduce en un compartimiento del cuarzo o del alúmina con una antena de bobina movida por motor RF alrededor de él. El campo del RF excita electrones libres hasta que tengan suficiente energía para romper los átomos del gas en los iones y los electrones; esto se refiere como “acoplamiento inductivo “. El gas se ioniza así y se establece un plasma. El voltaje de punta a punta del RF en la antena puede alcanzar elevados valores. El efecto de este voltaje sobre los iones puede ser una fuerza electroestática que creará los iones altamente energizados. Aunque este efecto hiciera la fuente de ión fácil comenzar, estos iones erosionarán la fuente de ión chisporroteando, dañándolo y creando la contaminación en el proceso; esto se refiere como “acoplamiento capacitivo”.

Fuentes del Haz de Ión de los Instrumentos de Oxford

En la fuente de ión de Oxford, el acoplamiento capacitivo es suprimido colocando un blindaje electroestático dentro del compartimiento del cuarzo para permitir que solamente al RF el componente magnético transfiera energía a los átomos del gas. El blindaje electroestático evita que el campo eléctrico, generado a través de la bobina de la antena del RF, incorpore la fuente de ión. También ayuda a romper hacia arriba cualquier capa de conducto contínua del depósito en el interior del tubo del plasma del cuarzo que podría revisar y reducir la eficiencia de la generación del plasma de la potencia del RF.

Matrices

El papel de las matrices es esencialmente acelerar los iones con una alta velocidad. Típicamente, nuestros conjuntos de la matriz se hacen de dos o tres matrices (véase la Figura 1a). Las matrices tienen un modelo de agujero específico con las aperturas numerosas; es la combinación de todos los beamlets individuales que forman el haz. la separación de la Inter-Matriz y la curvatura de la matriz son también importantes dependiendo de la aplicación requerida, por ejemplo dependiendo de la talla de la meta que se chisporrotearán o del tipo de deposición.

Nuestra fuente de ión produce un plasma de la baja temperatura con los iones (fríos) lentos (<1eV) que se pueden extraer de la fuente de ión vía las matrices con una energía bien definida, y que no causan ninguna erosión importante de la estructura de la matriz.

En Vista de un sistema de tres matrices, una diferencia potencial o un voltaje aplicada específica a través de las matrices proporciona a la fuerza impulsora para los iones. La matriz interna en contacto con el plasma, llamada “matriz de pantalla”, es la que fija voltaje o energía del haz. Esto se fija en una conexión a tierra en relación con del potencial positivo. Una Vez a través de los agujeros de la matriz de pantalla, una conexión a tierra en relación con del potencial negativo y por lo tanto lejos más negativo en relación con la matriz de pantalla se utiliza para acelerar los iones. La diferencia potencial total representa el voltaje de la extracción para el haz. La tercera matriz del “desacelerador” se conecta a tierra y la colimación del haz de las ayudas (reduce la divergencia del haz), suprime el electrón detrás-que fluye y reduce generalmente el redeposition del dorso chisporroteado del material sobre la matriz y el interior del acelerador la fuente. Esto a su vez aumenta el período entre los tiempos fuera de servicio para la limpieza de la matriz y también hace la limpieza de las matrices más fácil. La energía final de los iones extraídos es igual a la energía del haz del conjunto (V)B (véase la Figura 1b).

Cuadro 1. Una estructura de la formación del haz de tres matrices

Neutralizadores

Finalmente, el tercer elemento que constituye la fuente de ión de Oxford es un neutralizador, que es básicamente una fuente del electrón que equilibra la carga de los iones en el haz para reducir los efectos de la espacio-carga que causan divergencia del haz con la repulsión mutua de los iones y para prevenir cargar del fulminante o de la meta iluminado. Generalmente, más electrones se emiten del neutralizador que los iones de la fuente, no obstante éstos no combinan generalmente directamente con la secuencia del ión para formar los átomos neutrales. La divergencia del Haz es una función de muchos parámetros, VB (voltaje del haz), IB (Corriente del haz), VA (voltaje del acelerador), IN (corriente del neutralizador), Etc. y también es afectada por el gas que dispersa dependiendo de la presión del compartimiento, que es una razón para guardar la presión del compartimiento tan bajo como sea posible. La acción recíproca es compleja y la optimización es un proceso de equilibrar los diversos parámetros hasta que se obtenga el resultado deseado.

Ajuste Doble Básico del Compartimiento del Chisporroteo del Haz de Ión

El ajuste básico del compartimiento de DIBS (Haz de Ión Doble Que Chisporrotea), véase el Cuadro 2 abajo, comprende una fuente de la deposición que enfoque exactamente un haz de ión neutralizado sobre una meta con derrame mínimo para evitar la contaminación de películas de depósito. Esto activa los materiales tales como Au, Cr, Ti, Pinta para los carriles del metal, materiales magnéticos tales como FE, Co, Ni, Etc. o dieléctricos tales como SiO2, AlO23, Etc. que se depositarán (el filete es no exhaustivo).

También comprende una ayuda/una fuente del grabado de pistas que puedan satisfacer diversas funciones: puede ser utilizada para grabar el ácido (o molino del ión) el substrato; puede proveer de “ayuda” al proceso de la deposición bombardeando la película de depósito los iones enérgicos que pueden mejorar o modificar las propiedades o la estequiometría de la película por efectos físicos y/o químicos; puede también ser utilizada como de poca energía prelimpia del substrato antes de la deposición. A Veces, esta fuente se utiliza sin matrices como fuente del plasma de los radicales activados térmicos del `' para la modificación química del material de depósito mientras que disminuye el bombardeo físico del substrato.

La herramienta de Ionfab se puede también suministrar solamente una u otra de las fuentes de ión antedichas, cualquier para la deposición donde la ayuda o el grabado de pistas no se requiere para el proceso, o como una aguafuerte/herramienta de la modificación el fresar/de la superficie donde no se requiere ninguna deposición.

Cuadro 2. opinión del Diagrama Esquemático de un sistema de Ionfab

Deposición de Materiales Usando la Deposición del Haz de Ión

Algunos de los materiales mas comunes depositados son óxidos tales como AlO23, TaO25, SiO2 y TiO2 (generalmente de metas23 del AlO, de TA, del Si, 2 de SiO y del Ti y con O2 adicional al gas de proceso). De Hecho, O2 se puede introducir directamente en el compartimiento o con la deposición y/o la fuente de la ayuda; esto permite que los dieléctricos estequiométricos sean depositados cualquiera de una meta dieléctrica stochiometric, donde el agotamiento del oxígeno durante el chisporroteo se reemplaza, o de una meta del metal en el modo reactivo donde los átomos chisporroteados del metal se oxidan en algún momento que podrían estar en la meta, durante tránsito al substrato o en el substrato si se utiliza un haz o un plasma de la ayuda del oxígeno-rodamiento. La segunda fuente se puede también utilizar para el substrato prelimpia a, por ejemplo, logre la adherencia mejorada de las películas o quite los óxidos nativos, o mientras que una ayuda física durante la deposición para densify más lejos las películas.

Lo mismo se pueden hacer para la deposición del nitruro, e.g. Pecado usando34 una meta del Pecado34 y una N en2 la fuente del compartimiento o de la ayuda. Otro, más ` exótico', los materiales, tales como MGF, LaF2, NbO3,2 ZrO5, YO3,2 HfO3 YF2 Etc.3 , se pueden también depositar por el haz de ión (reactivo y/o ayudado) que chisporrotea y el filete incluye el material tal como el VO queX requiere el mando extremadamente exacto de las relaciones de transformación de proceso del gas permitir que las propiedades termoeléctricas muy específicas sean logradas para las aplicaciones sensibles de la toma de imágenes térmica.

Propiedades e Incremento Que Controlan de Películas Usando las Herramientas de los Instrumentos de Oxford

Nuestra herramienta también permite que inclinan el substrato sea girado y en relación con la dirección del flux del chisporroteo activando más lejos la “sintonización” del incremento de película/de propiedades así como de mando del cubrimiento del paso de progresión para la deposición sobre la topología superficial. Los tipos de Deposición serán más inferiores que la evaporación, pero éste permite mucho más mando con un tipo de deposición mucho más reproductivo y más fiable permitiendo mando de espesor muy exacto simple cronometrando. El material también se chisporrotea y se deposita en un ambiente de una temperatura mucho más baja que la evaporación. La temperatura real del substrato se puede así mantener muy inferior durante el tramitación usando el helio introducido capacidad de enfriamiento de la parte trasera.

Ambientes de la Deposición del Haz de Ión y de la Presión Inferior

La deposición del haz de Ión se ejecuta en un ambiente de una presión mucho más inferior (en el rango-4 de 10 Torres o baje) que el magnetrón estándar que chisporrotea, así que ninguna chisporrotea la partícula extraña del gas (e.g. AR) en la película es mucho menos de un problema (al igual que también verdad para la evaporación). El camino libre medio de iones y del material chisporroteado se aumenta por consiguiente grandemente que también inhibe la termalización del material chisporroteado también, dando por resultado energías cinéticas de depósito del átomo (típicamente entre el eV 1 a 100) mucho más arriba que, por ejemplo, en el caso de los átomos evaporados.

La Deposición y la Superficie del Haz de Ión Prelimpian y Filman Mando de Tensión

Desde la preparación del substrato y/o la tensión de la película está generalmente la causa de problemas en la adherencia para películas más gruesas, la deposición del haz de ión puede proporcionar a la superficie prelimpia y al mando de tensión de la película por la segunda fuente de ión. Por Otra Parte, la deposición del haz de ión no sufre del problema de la “expectoración” considerada a menudo en la evaporación.

La Calidad de las Películas Depositadas del Haz de Ión

Las calidades depositadas de la película se pueden dividir en categorías ópticas y mecánicas:
Las propiedades Ópticas de una película fina son caracterizadas por las calidades siguientes:

  • Transmitencia (asociada a valores y a homogeneidad dispersivos)
  • Amortiguación (asociada a las propiedades de la diapositiva)
  • Dispersión (asociada a defectos de la tosquedad superficial y del volumen)

Nuestras máquinas de pintar ópticas dedicadas del haz de ión dan buenos gracias de los resultados de la baja de la dispersión a la deposición lisa de la película. Cuadro 3 demostraciones abajo algunos ejemplos de las únicas capas del óxido de SiO2 y de TiO2 en el fulminante del Si. Una tosquedad superficial de 0.22nm rms para el Pecado34 depositado en un fulminante del Si también se ha medido.

Cuadro 3. mediciones de la evaluación de la tosquedad Superficial por el AFM

Confiabilidad y Reproductibilidad de la Deposición del Haz de Ión

Sin Embargo, además de suavidad excelente de la película, la herramienta del haz de ión debe tener fuentes seguras y reproductivas si se van los mismos resultados a ser obtenidos para que la película siguiente sea depositada. El espesor del film y la reproductibilidad del Índice de refracción son muy importantes al depositar capas de múltiples capas.

En el Cuadro 4 abajo se muestra la deposición25 de TaO sobre tres corridas consecutivas medidas sobre un 8" fulminante depositado en un fulminante del Si. El Cuadro 5 muestra la repetibilidad correspondiente del Índice de refracción obtenida sobre las mismas tres corridas consecutivas de la deposición. El Cuadro 6 muestra un ejemplo de la uniformidad34 de la deposición del Pecado sobre 100m m en el fulminante del Si con una uniformidad del Índice de refracción del ±0.1%. El Cuadro 7 muestra un ejemplo de la uniformidad2 de la deposición de SiO sobre 200m m en el fulminante del Si con uniformidad del Índice de refracción mejor de ±0.1% con la exclusión del borde de 5m m. Puede ser observado que el diverso perfil de la curva comparada a la deposición25 de TaO está conectado a diversos parámetros de la colocación y del haz de la platina que afecten a divergencia del haz.

Cuadro 4. uniformidad25 de la deposición de TaO sobre tres corridas consecutivas en el fulminante de 200m m Si

Cuadro 5. dispersión Repetible para el Índice de refracción25 de TaO sobre tres corridas consecutivas

Cuadro 6. uniformidad34 de la deposición del Pecado sobre 100m m en el fulminante del Si

Cuadro 7. uniformidad2 de la deposición de SiO sobre 200m m en el fulminante del Si

Aplicaciones de la Deposición del Haz de Ión

Algunos ejemplos se muestran abajo de aplicaciones que nuestras herramientas se están utilizando para:

  • Capa de la Barra del Laser
  • Único Filtro de la Cavidad
  • Espejo de Tres Cavidades
  • Giroscopio del Laser de Anillo

Capa de la Barra del Laser

  • Capa de la barra del Laser para las barras individuales en ambas facetas: Parámetros Dobles de la capa (AR) de antireflejos de la longitud de onda con 8 capas TaO25/la capa2 de SiO.
  • Transmisión @532nm: 99,815%
  • Transmisión @1064nm: 99,390%

Cuadro 8. capa Anti de la capa de la Reflexión (AR) con 8 capas que recubren TaO25/SiO2.

Único Filtro de la Cavidad

En el Cuadro 9 abajo puede ser visto la transmitencia teórica según lo calculado con MacLeod así como la exploración de múltiples capas como-depositada medida con un espectrofotómetro

  • Enarbole la baja de Inserción - 0.08dB
  • FWHM = 2.021nm
  • Longitud De Onda del Centro: 1553,4 nanómetro,
  • 40 QW

Cuadro 9. Única transmitencia de la cavidad

Espejo de Tres Cavidades

Cuadro 10 exploración abajo de la baja de inserción de las demostraciones comparado con longitud de onda.

  • Longitud De Onda 1549.8nm del Centro (ITU = 1549.72nm)
  • Anchura De Banda de la Banda de Paso (@ - 0.5dB) = 1.07nm
  • Pare la Anchura De Banda de la Banda (@ - 25dB) = 2.7nm
  • Baja de Inserción (@1549.7nm: 193.45THz) = -0.086dB

Cuadro 10. exploración de la baja de Inserción comparado con la longitud de onda para un espejo de tres cavidades

Giroscopio del Laser de Anillo

Cuadro 11 exploración abajo de la transmisión de las demostraciones de un espejo diseñado para 633nm en 45°.

  • Baja <60ppm del Espejo
  • Uniformidad <±0.0005
  • Tosquedad Superficial <1Å

Cuadro 11 exploración de la Transmisión de un espejo diseñado para 633nm en 45°

Algunos de nuestros clientes han logrado bajas totales debajo de 20 PPM para sus espejos del giroscopio del laser de anillo. El ambiente del sitio Limpio y la preparación de la optimización de proceso así como del sistema son dominantes para que las bajas totales sean guardadas a una condición atmosférica mínima.

El filete de aplicaciones es extenso con solamente algunos ejemplos que son mostrados. Muchos tipos de capas de múltiples capas son posibles y, dependiendo del tipo de capa, de producción y de calidad requeridas, los diversos medios se pueden proporcionar para la supervisión y controlar su incremento tal como monitores del cristal de cuarzo o supervisión óptica in situ.

Resumen

Como se ha visto arriba, las ventajas principales ofrecidas por la deposición del haz de ión son:

  • Alta calidad superficial
  • Películas lisas Densas
  • Muy bajo dispersando
  • Muy bajo bajas ópticas
  • Corrida Muy buena para ejecutar repetibilidad de proceso
  • Uniformidad Excelente
  • Adaptabilidad Máxima
  • Rango de aplicaciones

Fuente: Tecnología del Plasma de los Instrumentos de Oxford.

Para más información sobre esta fuente visite por favor la Tecnología del Plasma de los Instrumentos de Oxford.

Date Added: Nov 25, 2010 | Updated: Sep 24, 2013

Last Update: 24. September 2013 05:46

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