Ion Beam laskeuma - Sovellukset ja edut Oxford Instruments Plasma Technology

Aiheet

Yleiskatsaus

Tutkimuksessa esitetään katsaus Ion Beam-teknologia. Tässä katsauksessa tärkeimpiä sovelluksia ja etuja käyttämällä Ion Beam tekniikkaa pinnoitusprosesseilla verrattuna tekniikkaa kuten plasma tai haihtumista (PVD) esitellään. Aluksi katsaus siihen, miten ionisuihkun syntyy kuvataan. Tämä seuraa sitten esittely ja käsittely jotkut edullisin sovelluksia ionisuihkun tekniikka.

Mikä on Ion Beam Lähde?

Pohjimmiltaan ionisuihkun lähde plasma lähde varustettu joukko verkkojen avulla virtana ioneja voidaan uuttaa. Meidän ionisuihkua lähde on seuraavat kolme osaa: vastuuvapauden kammio, verkkojen ja neutralisoiva.

Ionit tuotetaan vastuuvapauden kamari altistamalla kaasua (yleensä argonia) ja RF-kenttien. Syötetään kvartsi tai alumiinioksidin kammio RF powered kela antennin ympärille. RF-kenttien innostaa vapaita elektroneja kunnes he ovat tarpeeksi energiaa murtaa kaasuatomin ioneiksi ja elektroneja, tästä käytetään nimitystä "induktiivisen kytkennän". Kaasu on siten ionisoituneen ja plasma on sijoittautunut. End-to-end RF jännite antennin voi saavuttaa suuria arvoja. Vaikutus tämän jännitteen ionit voivat olla sähköstaattinen voima, joka luoda erittäin virtaa ioneja. Vaikka tämä vaikutus tekisi ionilähde helppo aloittaa, näiden ionien rapautuu ionilähde katodipölyynnystä, vahingoittaa sitä ja luoda saastuminen prosessissa; tätä kutsutaan "kapasitiivinen kytkin".

Ion Beam lähteet Oxford Instruments

Vuonna Oxford ionilähde, kapasitiivinen kytkentä on tukahdutettu asettamalla staattinen suoja sisällä kvartsi jaosto antaa vain RF magneettisen komponentin siirtää energiaa kaasuatomin. Staattinen suoja estää sähkökenttä, syntyy koko kelan antennijohto, pääsemästä ionilähde. Se auttaa myös hajottaa mitään jatkuvaa suorittamista pinnoite talleta sisäpuolella kvartsi plasman putki joka voisi näytön ja vähentää plasman sukupolven tehokkuutta RF-teho.

Ristikot

Rooli verkkojen olennaisesti nopeuttaa ionien suurella nopeudella. Yleensä meidän grid asettaa tehdään kaksi tai kolme verkot (katso kuva 1a). Verkot ovat erityisen reikäkuvio lukuisia aukkoja, se on yhdistelmä kaikkien yksittäisten beamlets jotka muodostavat palkki. Inter-grid erottaminen ja grid kaarevuus ovat myös tärkeitä sovelluksesta riippuen tarvitaan muun muassa riippuen tavoitekoko on katodipölyynnyksellä tai laskeuman osuus.

Meidän ionilähde tuottaa alhaisen lämpötilan plasman kanssa hidas (kylmä) ioneja (<1 EV), joka voidaan poimia ionilähde kautta verkkojen kanssa hyvin määritelty energia, ja jotka eivät aiheuta merkittävää eroosiota kantaverkon rakenteesta.

Ottaen huomioon kolmen sähköverkkojen järjestelmä, erityinen soveltaa mahdollisen eron tai jännite verkkojen antaa voima-ioneja. Sisempi ruudukko yhteydessä plasma, nimeltään "näyttö ruudukko", on yksi, joka asettaa säde jännitettä tai energiaa. Tämä on asetettu myönteisiä mahdollisuuksia suhteessa maahan. Kun läpi ruudun ruudukko reikiä, negatiivinen potentiaali Suhteessa maahan ja siten paljon enemmän negatiivisia suhteessa ruudun ruudukko käytetään nopeuttamaan ioneja. Yhteensä potentiaaliero edustaa louhinta jännite palkki. Kolmas "decelerator" ruudukko on yleensä maadoitettu ja auttaa säteen collimation (vähentää eroavaisuuksia palkki), tukahduttaa elektroni back-streaming ja vähentää redeposition sekä katodipölyynnyksellä materiaalin takaisin kiihdytin verkkoon ja sisällä lähde. Tämä puolestaan ​​lisää välisenä aikana alas aikoja grid puhdistusta ja tekee myös verkkojen helpottaa puhdistusta. Lopullinen energia uuttaa ioneja on yhtä suuri asettaa Säteen energia (V _B) (ks. kuva 1b).

Kuva 1. Kolme verkkoaluetta säteen muodostumista rakenne

Neutralisers

Lopuksi kolmas tekijä muodostavat Oxford ionilähde on neutralisoiva, joka on pohjimmiltaan elektronin lähde joka tasapainottaa vastaava ionien palkin vähentämiseksi avaruudessa periä vaikutukset aiheuttavat palkki eroavuus vastavuoroisella vastenmielisyyttä sekä ionien ja jotta estämään periminen valaistu kiekko tai kohde. Yleensä enemmän elektroneja säteilevä neutralisoiva kuin ionien lähde, mutta nämä eivät yleensä suoraan yhdistää ioni stream muodostaen neutraaleja atomeja. Beam ero on tehtävä monien parametrien, V _B (beam jännite), I _B (säteen), V (kiihdytin jännite), I _N (neutralisoiva nykyinen) jne. ja vaikuttaa myös kaasun sirontaa riippuen kammioon paine, mikä on yksi syy pitää kammiopaine mahdollisimman alhaisena. Vuorovaikutus on monimutkainen ja optimointi on tasapainotusprosessi eri parametrit, kunnes haluttu tulos saadaan.

Basic Dual Ion Beam katodipölyynnystä Chamber Set Up

Perus DIBS (Dual Ion Beam katodipölyynnystä) kammio perustettu, katso kuva 2 alla, kuuluu laskeuman lähde, joka tarkasti keskittyy neutraloitu ionisuihkun päälle tavoite pienellä liikaväestö jotta vältetään saastuminen tallettaa elokuvia. Tämä mahdollistaa materiaalien kuten Au, Cr, Ti, Pt metallin kappaleita, magneettisia materiaaleja kuten Fe, Co, Ni, jne. tai eristeet kuten SiO _2, Al ₂ O ₃ jne. talletetaan (Luettelo ei ole tyhjentävä).

Se sisältää myös auttaa / etch lähde, joka voi täyttää useita tehtäviä: se voidaan käyttää etch (tai ioni mylly) alustan, se voi tarjota "apua" on kaasufaasipinnoitusmenetelmällä pommittamalla tallettaa elokuvan energinen ionien jotka voivat parantaa tai muokata pinnan ominaisuuksien tai stoikiometria fysikaalisesti ja / tai kemialliset vaikutukset, sitä voidaan myös käyttää vähän energiaa valmiiksi puhdas alustan ennen laskeuman. Joskus tämä lähde käytetään ilman sähköverkkojen kuin plasma lähde "lämpö" aktivoitu radikaalit kemiallisia muutoksia tallettaa materiaalia minimoiden fyysinen pommitettua alustan.

Ionfab työkalua voidaan myös toimittaa vain johonkin edellä ionilähteet, joko laskeuman jossa avustavat tai etch ei vaadita prosessi, tai kuten etsaus / jyrsintä / pinnan muunnos-työkalu, johon ei laskeuman vaaditaan.

Kuva 2. Periaatekuva Ionfab järjestelmä

Laskeuma materiaaleja käyttäen Ion Beam Deposition

Joitakin yleisimpiä materiaaleja talletetaan ovat oksidit kuten Al ₂ O _3, Ta ₂ O _5, SiO ₂ ja TiO ₂ (yleensä Al ₂ O _3, Ta, Si, SiO ₂ ja Ti tavoitteet ja O ₂ lisätään prosessin kaasu). Todellakin, O ₂ voidaan ottaa käyttöön joko suoraan kammioon tai laskeuman ja / tai auttaa lähde, mikä mahdollistaa stoikiometrinen eristeet talletettava joko stochiometric dielektrisen kohde, johon happikadon aikana katodipölyynnystä korvataan, tai metallinen kohde vuonna reaktiivinen tila, jossa katodipölyynnyksellä metallin atomit hapettuvat jossain vaiheessa joka voisi olla tavoite, kuljetuksen aikana alustaan ​​tai alustaan, jos happi-laakeri apuvalo tai plasma käytetään. Toinen lähde voidaan käyttää myös alustoille valmiiksi puhdasta, esimerkiksi saavuttaa parempi tartunta elokuvien tai poistaa natiivi oksideja, tai fyysistä apua aikana laskeuman edelleen densify elokuvia.

Sama voidaan tehdä nitridi laskeuman, esim. Si ₃ N ₄ käytetään Si ₃ N ₄ tavoite ja N ₂ istuntosalissa tai auttaa lähde. Muut, enemmän "eksoottinen", materiaaleista, kuten MGF _2, LAF _3, NB ₂ O _5, ZrO _3, Y ₂ O _3, HFO ₂ YF ₃ jne., voidaan tallettaa (reaktiivinen ja / tai avustaa)-ionin palkki katodipölyynnystä ja luettelo sisältää sellaisia ​​asioita VO _X, joka vaatii erittäin tarkan ohjauksen prosessissa kaasu suhdeluvut mahdollistaa hyvin erityinen lämpö-sähköiset ominaisuudet voidaan saavuttaa herkälle lämpökuvaus sovelluksiin.

Hallinta Ominaisuudet ja kasvua Films työkaluja Oxford Instruments

Meidän työkalu mahdollistaa myös alustan kierretään ja taipuvainen suhteessa paukahdella vuon suunta mahdollistaa edelleen tuning-elokuva kasvu / ominaisuuksista sekä askel kattavuus ohjaus laskeuman pintaan topologia. Laskeuma on pienempi kuin haihtuminen, mutta tämä sallii paljon enemmän ohjaus paljon toistettavissa ja ennustettavissa sulatusnopeutta mahdollistaa erittäin tarkan paksuuden ohjaus yksinkertaisesti ajoitus. Materiaali on myös katodipölyynnyksellä ja talletetaan paljon alhaisempi lämpötila ympäristössä kuin haihtuminen. Todellinen alustan lämpötila voi siis jää erittäin vähäiseksi aikana prosessointiin käyttäen helium syötetään takaisin-puolelle jäähdytys-ominaisuus.

Ion Beam Deposition ja matalapaineen ympäristöt

Ionisuihkua laskeuma kulkee paljon pienempi paine ympäristöön (10 ^-4 Torr alue tai alempi) kuin tavallinen magnetroni katodipölyynnystä, joten mitään paukahdella kaasua (esim. Ar) sisällyttämistä elokuva on paljon pienempi ongelma (kuten pätee myös haihdutus). Keskimääräinen vapaa matka ionien ja katodipölyynnyksellä materiaali on vastaavasti kasvanut huomattavasti joka myös estää thermalisation ja katodipölyynnyksellä aineiston sekä, mikä tallettamalla atomin kineettistä energiaa (tyypillisesti välillä 1-100 eV) paljon suurempi kuin esimerkiksi tapauksessa haihtunut atomien ,.

Ion Beam laskeumat ja Pinta Pre-Clean-ja Film stressin ehkäisemisessä

Koska Alustan esikäsittely ja / tai elokuva stressi ovat yleensä syy ongelmiin tartunta paksumpi elokuvia, ionisuihkun laskeuma voi tarjota sekä pinta ennen puhdas ja elokuva stressin ehkäisemisessä toisen ionilähde. Lisäksi ionisuihkua laskeuma ei kärsi ongelmasta "sylkemistä" usein nähty haihtumista.

Quality of Ion Beam talletettu Films

Talletettu elokuva ominaisuuksia voidaan jakaa optiset ja mekaaniset luokat:
Optiset ominaisuudet ohut kalvo on ominaista seuraavat ominaisuudet:

• Läpäisykyky (liittyy dispersiivinen arvot ja homogeenisuus)
• Imeytyminen (liittyy avoimuus ominaisuudet)
• Scatter (liittyy pinnan karheus ja tilavuus viat)

Meidän oma ionisuihkua optinen päällystyskoneet antaa hyvän scatter tappio tuloksia ansiosta tasainen elokuva laskeuman. Kuvassa 3 näkyy joitakin esimerkkejä yhden oksidi kerrosta SiO ₂ ja TiO ₂ Si kiekkojen. Pinnan karheus 0.22nm RMS Si ₃ N ₄ tallettaminen Si vohveli on myös mitattu.

Kuva 3. Pinnan karheus arviointi mittausten AFM

Luotettavuus ja toistettavuus Ion Beam Deposition

Kuitenkin lisäksi erinomainen elokuva sileys, ionisuihkun työkalu on oltava luotettava ja toistettavissa lähteistä, jos samoihin tuloksiin on saatu seuraava elokuva talletetaan. Sekä kalvonpaksuus ja taitekerroin toistettavuus ovat erittäin tärkeitä tallettaessaan monikerroksinen pinnoitteita.

Kuvassa 4 alla näkyy Ta ₂ O ₅ laskeuman kolmen peräkkäisen juoksee mitattu yli 8 "kiekko tallettaminen Si kiekkojen. Kuvassa 5 vastaava taitekerroin toistettavuus saatu yli samat kolme peräkkäistä laskeuma kulkee. Kuvassa 6 on esimerkki Si ₃ N ₄ laskeuma yhdenmukaisuus yli 100mm Si kiekkojen kanssa ± 0,1% taitekerroin yhdenmukaisuutta. Kuvassa 7 on esitetty esimerkki SiO ₂ laskeuman yhdenmukaisuus yli 200mm on Si kiekkojen kanssa parempi kuin ± 0,1% taitekerroin yhdenmukaisuus 5mm reunan ulkopuolelle. On ollut havaittavissa, että eri profiilia käyrä verrattuna Ta ₂ O ₅ laskeuman liittyy eri valssi paikannus ja palkki parametreja, jotka vaikuttavat säteen eroja.

Kuva 4. Ta ₂ O ₅ laskeuman yhdenmukaisuus kolmen peräkkäisen toimii 200mm Si kiekkojen

Kuva 5. Toistettavat dispersio Ta ₂ O ₅ taitekerroin kolmen peräkkäisen kulkee

Kuva 6. Si ₃ N ₄ laskeuma yhdenmukaisuus yli 100mm Si kiekkojen

Kuva 7. SiO ₂ laskeuman yhdenmukaisuus yli 200mm on Si kiekkojen

Sovellukset Ion Beam Deposition

Joitakin esimerkkejä alla sovelluksia, meidän työkaluja käytetään:

• Laser Bar Coating
• Single Cavity Filter
• Kolme onteloita Mirror
• Ring Laser Gyroscope

Laser Bar Coating

• Laser Bar pinnoite yksittäisiin palkkeihin molemmin puolista: Dual aallonpituus Heijastuksia (AR) pinnoite parametrit 8 kerros Ta ₂ O ₅ / SiO ₂ pinnoite.
• Vaihteisto @ 532nm: 99,815%
• Vaihteisto @ 1064nm: 99,390%

Kuva 8. Heijastuksia pinnoite (AR) pinnoite 8 kerrosta pinnoite Ta ₂ O ₅ / SiO _2.

Single Cavity Filter

Kuvassa 9 esitetään näkyy teoreettinen läpäisykyky kuin laskettu MacLeod yhdessä kuin luovutettua monikerroksinen skannata mitataan spektrofotometrillä

• Peak Lisäysvaimennus-0.08dB
• FWHM = 2.021nm
• Centre Aallonpituus: 1553,4 nm,
• 40 QW n

Kuva 9. Single ontelo läpäisykyky

Kolme onteloita Mirror

Kuvassa 10 esitetään väliinkytkemisvaimennus Scan vs. aallonpituus.

• Centre Aallonpituus 1549.8nm (ITU = 1549.72nm)
• Pass Band Kaistanleveys (@ - 0,5 B) = 1.07nm
• Lopeta Band Kaistanleveys (@ - 25dB) = 2.7nm
• Väliinkytkemisvaimennus (@ 1549.7nm: 193.45THz) =-0.086dB

Kuva 10. Lisäysvaimennus Scan vs. aallonpituus kolmen onteloissa peili

Ring Laser Gyroscope

Kuvassa 11 esitetään siirto skannauksen peili suunniteltu 633nm 45 °.

• Mirror menetys <60ppm
• Tasaisuus <± 0.0005
• Pinnan karheus <1a

Kuva 11. Voimansiirto skannauksen peili suunniteltu 633nm 45 °

Jotkut asiakkaamme ovat saavuttaneet tappioita yhteensä alle 20 ppm niiden rengas laser gyroskooppi peilit. Clean room ympäristön ja prosessien optimointiin sekä järjestelmän valmistelu ovat keskeisiä, jotta koko tappioiden minimiin.

Luettelo sovelluksista on laajaa, vain muutamia esimerkkejä, joiden on osoitettu. Monet lajit monikerroksisia pinnoitteet ovat toteuttamiskelpoisia ja riippuen Pinnoitteen tyyppi, suorituskykyyn ja laatuvaatimuksista, eri keinoin voidaan antaa seuranta-ja valvontajärjestelmä niiden kasvua kuten kvartsikide valvoo tai in situ optisen seurannan.

Yhteenveto

Kuten edellä on todettu edellä, tärkein tarjoamia etuja ionisuihkun laskeuma ovat:

• Korkea pinnan laatu
• Tiheä sileä elokuvat
• Erittäin alhainen sironta
• Erittäin pieni optinen tappiot
• Erittäin hyvä ajaa ajaa prosessin toistettavuus
• Erinomainen yhdenmukaisuus
• Suurin joustavuus
• Eri käyttötarkoituksiin

Lähde: Oxford Instruments Plasma Technology .

Lisätietoja tästä lähde osoitteessa Oxford Instruments Plasma Technology .