Dépôt de Faisceau D'ions - Applications et Avantages par Technologie de Plasma d'Instruments d'Oxford

Sujets Couverts

Synthèse
Quelle est une Source de Faisceau D'ions ?
Sources de Faisceau D'ions des Instruments d'Oxford
     Réseaux
     Neutralisants
Double Installation De base de Cavité de Pulvérisation de Faisceau D'ions
Dépôt des Matériaux Utilisant le Dépôt de Faisceau D'ions
Propriétés et Accroissement de Réglage des Films Utilisant des Outils des Instruments d'Oxford
Environnements de Dépôt de Faisceau D'ions et de Basse Pression
Le Dépôt et la Surface de Faisceau D'ions Nettoient et Filment le Contrôle de Stress
La Qualité des Films Déposés de Faisceau D'ions
Fiabilité et Reproductibilité de Dépôt de Faisceau D'ions
Applications de Dépôt de Faisceau D'ions
     Couche de Barre de Laser
     Filtre Unique de Cavité
     Miroir de Trois Cavités
     Gyroscope de Laser Annulaire
Résumé

Synthèse

Cet article présente un examen de Technologie de Faisceau D'ions. Dans cette révision les applications principales et les avantages d'utiliser la technologie de Faisceau D'ions Pour des procédés de dépôt quand comparé à la technologie telle que le plasma ou l'évaporation (PVD) seront présentés. Pour commencer, une synthèse de la façon dont un faisceau d'ions est produit sera décrite. Ceci sera alors suivi d'un exposé et d'un examen de quelques applications avantageuses de technologie de faisceau d'ions.

Quelle est une Source de Faisceau D'ions ?

Essentiellement, une source de faisceau d'ions est une source de plasma équipée d'un ensemble de réseaux permettant à un flot des ions d'être extrait. Notre source de faisceau d'ions a les trois majeures parties suivantes : la cavité de débit, les réseaux et le neutralisant.

Des Ions sont produits dans la cavité de débit en soumettant un gaz (habituellement l'Argon) à une zone de RF. Le gaz est introduit dans une cavité de quartz ou d'alumine avec une antenne de bobine actionnée par RF autour de lui. La zone de RF excite les électrons libres jusqu'à ce qu'ils aient assez d'énergie pour diviser des atomes de gaz en ions et électrons ; ceci désigné sous le nom « du couplage inductif « . Le gaz est ainsi ionisé et un plasma est déterminé. La tension de bout en bout de RF sur l'antenne peut atteindre des valeurs élevées. L'effet de cette tension sur les ions peut être une force électrostatique qui produira les ions fortement activés. Bien Que cet effet rende la source d'ions facile à commencer, ces ions éroderont la source d'ions en pulvérisant, en l'endommageant et en produisant la contamination dans le procédé ; ceci désigné sous le nom « du couplage capacitif ».

Sources de Faisceau D'ions des Instruments d'Oxford

Dans la source d'ions d'Oxford, le couplage capacitif est supprimé en mettant un écran électrostatique à l'intérieur de la cavité de quartz pour permettre seulement le RF au composant magnétique de transférer l'énergie aux atomes de gaz. L'écran électrostatique empêche le champ électrique, produit en travers de la bobine de l'antenne de RF, d'écrire la source d'ions. Il aide également à briser n'importe quelle couche de conduite continue de déposer sur l'intérieur du tube de plasma de quartz qui pourrait examiner et réduire l'efficience de rétablissement de plasma de l'alimentation électrique de RF.

Réseaux

Le rôle des réseaux est essentiellement d'accélérer des ions avec une vitesse élevée. Type, nos positionnements de réseau sont faits de deux ou trois réseaux (voir la Figure 1a). Les réseaux ont une configuration de trou particulière avec de nombreuses ouvertures ; c'est la combinaison de tous les différents beamlets qui forment la poutre. la séparation d'Inter-Réseau et la lordose de réseau sont également importantes selon l'application exigée, par exemple selon la taille d'objectif à pulvériser ou des tarifs de dépôt.

Notre source d'ions produit un plasma de basse température avec les ions (froids) lents (<1eV) qui peuvent être extraits de la source d'ions par l'intermédiaire des réseaux avec de l'énergie bien définie, et qui n'entraînent aucune érosion significative de la structure de réseau.

Vu un réseau trois, une différence potentielle ou une tension appliquée particulière en travers des réseaux fournit la force d'entraînement pour les ions. Le réseau intérieur en contact avec le plasma, « réseau d'écran » appelé, est celui qui règle la tension ou l'énergie de poutre. Ceci est réglé à masse relative de potentiel positif. Une Fois par les trous de réseau d'écran, à masse relative de potentiel négatif et par conséquent bien plus négatif relativement au réseau d'écran est employée pour accélérer les ions. Toute la différence potentielle représente la tension d'extraction pour la poutre. Le troisième réseau de « décélérateur » est habituellement fondu et la collimation de poutre d'aides (réduit la divergence de la poutre), supprime l'électron de retour-coulant et réduit le redeposition de l'arrière pulvérisée de matériau sur le réseau et l'intérieur d'accélérateur la source. Ceci augmente consécutivement la période entre les temps d'arrêt pour le nettoyage de réseau et facilite également le nettoyage de réseaux. L'énergie finale des ions extraits est égale à l'énergie de poutre de positionnement (V)B (voir la Figure 1B).

Le Schéma 1. Une structure de formation de poutre de trois réseaux

Neutralisants

En Conclusion, le troisième élément constituant la source d'ions d'Oxford est un neutralisant, qui est fondamentalement une source d'électron qui équilibre la charge des ions dans la poutre afin de réduire des effets d'espace-charge entraînant la divergence de poutre par la répulsion mutuelle des ions et afin d'éviter le remplissage du disque ou de l'objectif lumineux. Généralement, plus d'électrons sont émis du neutralisant que des ions de la source, toutefois ceux-ci ne combinent pas habituellement directement avec le flot d'ion pour former les atomes neutres. La divergence de Poutre est un fonctionnement de beaucoup de paramètres, de VB (tension de poutre), d'IB (Courant de poutre), de VA (tension d'accélérateur), d'IN (courant de neutralisant), d'Etc. et est également affectée par le gaz dispersant selon la pression de cavité, qui est une raison de maintenir la pression de cavité aussi bas comme possible. L'interaction est complexe et l'optimisation est un procédé d'équilibrer les paramètres variés jusqu'à ce que l'effet désiré soit obtenu.

Double Installation De base de Cavité de Pulvérisation de Faisceau D'ions

L'installation de base de cavité d'OSSELETS (Double Faisceau D'ions Pulvérisant), voient le Schéma 2 ci-dessous, comporte une source de dépôt qui oriente exactement un faisceau d'ions neutralisé sur un objectif avec la surplus minimale afin d'éviter la contamination des films déposants. Ceci active des matériaux tels que l'Au, le Cr, le Ti, la Pinte pour des pistes en métal, les matériaux magnétiques tels que le Technicien, la Co, le Ni, Etc. ou les diélectriques tels que SiO2, AlO23, Etc. à déposer (la liste est non exhaustive).

Il comporte également une aide/source gravure à l'eau forte qui peuvent accomplir des fonctionnements variés : il peut être employé pour corroder (ou fraise d'ion) le substrat ; il peut fournir à la « aide » au procédé de dépôt en bombardant le film déposant les ions énergétiques qui peuvent améliorer ou modifier les propriétés ou la stoechiométrie de film par des effets matériels et/ou chimiques ; il peut également être utilisé en tant qu'à énergie réduite nettoient du substrat avant le dépôt. Parfois, cette source est utilisée sans réseaux comme source de plasma les radicaux lancés de ` thermique' pour la modification chimique du matériau déposant tout en réduisant à un minimum le bombardement matériel du substrat.

L'outil d'Ionfab peut également être fourni avec seulement un ou autre des sources d'ions ci-dessus, l'un ou l'autre pour le dépôt où l'aide ou gravure à l'eau forte n'est pas exigée pour le procédé, ou comme gravure/outil de modification de fraisage/surface où aucun dépôt n'est exigé.

Le Schéma 2. vue de Schéma d'un système d'Ionfab

Dépôt des Matériaux Utilisant le Dépôt de Faisceau D'ions

Certains des matériaux les plus communs déposés sont des oxydes tels que l'AlO23, le TaO25, le SiO2 et le TiO2 (habituellement de l'AlO23, Merci, des objectifs de SI, 2 de SiO et de Ti et avec de l'O2 ajouté au gaz de processus). En Effet, O2 peut être introduit directement dans la cavité ou par le dépôt et/ou la source d'aide ; ceci permet aux diélectriques stoechiométriques d'être déposés l'un ou l'autre d'un objectif diélectrique stochiometric, où l'épuisement de l'oxygène pendant la pulvérisation est remonté, ou d'un objectif en métal en mode réactif où les atomes pulvérisés en métal sont oxydés à une certaine remarque qui pourrait être sur l'objectif, pendant le transit au substrat ou sur le substrat si une poutre ou un plasma d'aide d'oxygène-roulement est utilisée. La deuxième source peut également être utilisée pour le substrat nettoient à, par exemple, réalisez l'adhérence améliorée des films ou éliminez les oxydes indigènes, ou pendant qu'une aide matérielle pendant le dépôt pour densify davantage les films.

Les mêmes peuvent être faits pour le dépôt de nitrure, par exemple Péché utilisant34 un objectif de Péché34 et un N dans2 la source de cavité ou d'aide. Autre, plus de ` exotique', matériaux, tels que MGF, LaF2, NbO3,2 ZrO5, YO3,2 HfO3 YF2 Etc.3 , peuvent également être déposés par le faisceau d'ions (réactif et/ou aidé) pulvérisant et la liste comprend un tel matériau comme la VO quiX exige du contrôle extrêmement précis des taux de processus de gaz de permettre aux propriétés thermoélectriques très particulières d'être réalisées pour des applications sensibles de formation d'images thermiques.

Propriétés et Accroissement de Réglage des Films Utilisant des Outils des Instruments d'Oxford

Notre outil permet également au substrat d'être tourné et incliné relativement au sens de flux de pulvérisation activant davantage le « ajustement » de l'accroissement de film/des propriétés ainsi que du contrôle de couverture de phase pour le dépôt sur la topologie extérieure. Les tarifs de Dépôt seront inférieurs à l'évaporation, mais ceci laisse beaucoup plus de contrôle avec des tarifs de dépôt beaucoup plus reproductibles et plus prévisibles permettant le contrôle d'épaisseur très précis simplement par le calage. Le matériau est également pulvérisé et déposé dans un environnement de température beaucoup plus basse que l'évaporation. La température réelle de substrat peut être maintenue ainsi très basse pendant le traitement utilisant l'hélium alimenté la capacité de refroidissement de postérieur.

Environnements de Dépôt de Faisceau D'ions et de Basse Pression

Le dépôt de faisceau d'ions fonctionne dans un environnement de pression beaucoup plus basse (dans la chaîne-4 de 10 Torr ou abaissez) que le magnétron normal pulvérisant, ainsi en pulvérisent l'inclusion du gaz (par exemple AR) dans le film sont beaucoup moins de problème (de même qu'également vrai pour l'évaporation). On augmente en conséquence grand le moyen libre parcours des ions et du matériau pulvérisé qui empêche également la thermalisation du matériau pulvérisé aussi bien, ayant pour résultat des énergies cinétiques déposantes d'atome (type entre eV 1 à 100) beaucoup plus haut que, par exemple, dans le cas des atomes évaporés.

Le Dépôt et la Surface de Faisceau D'ions Nettoient et Filment le Contrôle de Stress

Depuis la préparation de substrat et/ou le stress de film sont habituellement la cause des problèmes dans l'adhérence pour des couches plus épaisses, le dépôt de faisceau d'ions peut fournir la surface nettoient et le contrôle de stress de film par la deuxième source d'ions. D'ailleurs, le dépôt de faisceau d'ions ne souffre pas du problème du « crachement » souvent vu dans l'évaporation.

La Qualité des Films Déposés de Faisceau D'ions

Les qualités déposées de film peuvent être divisées en catégories optiques et mécaniques :
Des propriétés Optiques d'un film mince sont caractérisées par les qualités suivantes :

  • Transmittance (associée avec des valeurs et la homogénéité dispersives)
  • Absorption (associée avec des propriétés de transparence)
  • Dispersion (associée avec des défauts d'aspérité et de volume)

Nos dispositifs d'enduction optiques dédiés de faisceau d'ions donnent bonne grâce de résultats de perte de dispersion au dépôt sans heurt de film. Le Schéma 3 expositions ci-dessous quelques exemples de seules couches d'oxyde de SiO2 et de TiO2 sur le disque de SI. Une aspérité de 0.22nm RMS pour le Péché34 déposé sur un disque de SI a été également mesurée.

Le Schéma 3. mesures de bilan d'aspérité Par l'AFM

Fiabilité et Reproductibilité de Dépôt de Faisceau D'ions

Cependant, en plus de l'excellente douceur de film, l'outil de faisceau d'ions doit avoir des sources fiables et reproductibles si les mêmes résultats doivent être obtenus pour que le prochain film soit déposé. L'épaisseur de film et la reproductibilité d'Indice de réfraction sont très importantes en déposant les couches multicouche.

Sur le Schéma 4 ci-dessous est affiché le dépôt25 de TaO plus de trois passages consécutifs mesurés au-dessus d'un 8" disque déposé sur un disque de SI. Le Schéma 5 affiche la répétabilité correspondante d'Indice de réfraction obtenue au-dessus des mêmes trois passages consécutifs de dépôt. Le Schéma 6 affiche un exemple d'uniformité34 de dépôt de Péché plus de 100mm sur le disque de SI avec une uniformité d'Indice de réfraction de ±0.1%. Le Schéma 7 affiche un exemple d'uniformité2 de dépôt de SiO plus de 200mm sur le disque de SI avec l'uniformité d'Indice de réfraction meilleur que de ±0.1% avec l'exclusion d'arête de 5mm. Il peut observer que le profil différent de la courbure comparée au dépôt25 de TaO est joint avec les différents paramètres de positionner et de poutre de la platine qui affectent la divergence de poutre.

Le Schéma 4. uniformité25 de dépôt de TaO plus de trois passages consécutifs sur le disque de 200mm SI

Le Schéma 5. dispersion Reproductible pour l'Indice de réfraction25 de TaO plus de trois passages consécutifs

Le Schéma 6. uniformité34 de dépôt de Péché plus de 100mm sur le disque de SI

Le Schéma 7. uniformité2 de dépôt de SiO plus de 200mm sur le disque de SI

Applications de Dépôt de Faisceau D'ions

Quelques exemples sont affichés ci-dessous des applications que nos outils sont utilisés pour :

  • Couche de Barre de Laser
  • Filtre Unique de Cavité
  • Miroir de Trois Cavités
  • Gyroscope de Laser Annulaire

Couche de Barre de Laser

  • Couche de barre de Laser pour différentes barres sur les deux facettes : Paramètres À double longueur d'onde (AR) de couche d'antiréflexion avec des 8 couches TaO25/couche2 de SiO.
  • Boîte De Vitesses @532nm : 99,815%
  • Boîte De Vitesses @1064nm : 99,390%

Le Schéma 8. Anti couche de la couche de Réflexion (AR) avec 8 couches vêtant TaO25/SiO2.

Filtre Unique de Cavité

Sur le Schéma 9 ci-dessous peut être vu la transmittance théorique comme prévu avec MacLeod avec l'échographie multicouche comme-déposée mesurée avec un spectrophotomètre

  • Faites Une Pointe la perte par insertion - 0.08dB
  • FWHM = 2.021nm
  • Longueur D'onde de Centre : 1553,4 nanomètre,
  • 40 QW

Le Schéma 9. transmittance Unique de cavité

Miroir de Trois Cavités

Le Schéma 10 échographie ci-dessous de perte par insertion d'expositions contre la longueur d'onde.

  • Longueur D'onde 1549.8nm de Centre (UIT = 1549.72nm)
  • Largeur De Bande de Bande de Passage (@ - 0.5dB) = 1.07nm
  • Arrêtez la Largeur De Bande de Bande (@ - 25dB) = 2.7nm
  • Perte par insertion (@1549.7nm : 193.45THz) = -0.086dB

Le Schéma 10. échographie de perte par insertion Contre la longueur d'onde pour un miroir de trois cavités

Gyroscope de Laser Annulaire

Le Schéma 11 échographie ci-dessous de boîte de vitesses d'expositions d'un miroir conçu pour 633nm à 45°.

  • Perte <60ppm de Miroir
  • Uniformité <±0.0005
  • Aspérité <1Å

Le Schéma 11. échographie de Boîte De Vitesses d'un miroir conçu pour 633nm à 45°

Certaines de nos abonnées ont réalisé des pertes totales en-dessous de 20 pages par minute pour leurs miroirs de gyroscope de laser annulaire. L'environnement de chambre Propre et la préparation d'optimisation de processus ainsi que de système sont principaux pour que les pertes totales soient maintenues à un minimum.

La liste d'applications est vaste avec seulement quelques exemples ayant été affichés. Beaucoup de types de couches multicouche sont faisables et, selon le type de la couche, du débit et de qualité exigés, des moyens variés peuvent être donnés pour la surveillance et régler leur accroissement tel que des moniteurs de cristal de quartz ou la surveillance optique in situ.

Résumé

Comme a été vu ci-dessus, les principaux bénéfices offerts par dépôt de faisceau d'ions sont :

  • Qualité extérieure Élevée
  • Films lisses Denses
  • Très bas dispersant
  • Très bas pertes optiques
  • Passage Très bon pour faire fonctionner la répétabilité de processus
  • Excellente uniformité
  • Flexibilité maximale
  • Gamme d'applications

Source : Technologie de Plasma d'Instruments d'Oxford.

Pour plus d'informations sur cette source visitez s'il vous plaît la Technologie de Plasma d'Instruments d'Oxford.

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

Last Update: 24. September 2013 05:40

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