Ion Beam הפקדת - יישומים יתרונות ידי אוקספורד מכשירים פלזמה טכנולוגיה

נושאים שידונו

סקירה

מאמר זה מציג סקירה של טכנולוגיה אלומת יונים. בסקירה זו היישומים העיקריים ואת היתרונות של שימוש בטכנולוגיה אלומת יונים עבור תהליכים בתצהיר בהשוואה טכנולוגיה כמו פלזמה או אידוי (PVD) יוצגו. כדי להתחיל, סקירה של כמה אלומת יונים נוצר יתוארו. זו תהיה ואחריו מצגת ודיון של כמה יישומים יתרון של הטכנולוגיה אלומת יונים.

מהו מקור אלומת יונים?

בעיקרו של דבר, מקור אלומת יונים היא מקור פלזמה מצויד קבוצה של רשתות המאפשר זרם של יונים להיעקר. אלומת יונים שלנו יש מקור הבאה לשלושה חלקים עיקריים: הפרשות קאמרית, רשתות ו neutraliser.

יונים מיוצרים בתא פריקה ידי העמדת גז (בדרך כלל ארגון) לשדה RF. הגז מוזן לתוך תא קוורץ או אלומינה עם אנטנה RF מופעל סליל סביבו. השדה RF שמרגש אלקטרונים חופשיים עד שיש להם מספיק אנרגיה כדי לשבור אטומי גז לתוך יונים ואלקטרונים, זה המכונה "צימוד אינדוקטיבי". גז הוא מיונן ובכך ו פלזמה היא הוקמה. המתח end-to-end RF על האנטנה יכול להגיע לערכים גבוהים. ההשפעה של מתח זה על היונים יכול להיות כוח אלקטרוסטטי כי תיצור יונים אנרגיה גבוהה. למרות אפקט זה יעשה את מקור יון קל להתחיל, יונים אלו לשחוק את מקור יון ידי המקרטעת, פגיעה בו יוצר זיהום בתהליך, זה המכונה "צימוד קיבולי".

Ion Beam מקורות מן אוקספורד מכשירים

במקור יון אוקספורד, צימוד קיבולי מדוכאת על ידי הצבת במגן אלקטרו בתוך תא קוורץ לאפשר רק את הרכיב המגנטי RF להעביר אנרגיה של אטומי גז. המגן אלקטרוסטטית מונע שדה חשמלי, שנוצר על פני הסליל של אנטנת ה-RF, מלהיכנס מקור יון. זה גם עוזר לשבור את כל ציפוי ביצוע רציף מהפקדת על החלק הפנימי של הצינור פלזמה קוורץ אשר יכול להפחית את מסך הפלזמה דור היעילות של כוח ה-RF.

רשתות

תפקידו של רשתות הוא למעשה להאיץ יונים עם מהירות גבוהה. בדרך כלל, מערכות הרשת שלנו עשויים שתיים או שלוש רשתות (ראה תרשים 1a). רשתות יש דפוס מסוים חור עם פתחים רבים, זה הוא שילוב של כל beamlets בודדות היוצרות את הקורה. Inter-רשת ההפרדה עקמומיות רשת חשובים אף הם בהתאם ליישום הנדרש, למשל, בהתאם לגודל המטרה להיות גמגם או שיעור בתצהיר.

מקור יון שלנו מייצרת פלזמה בטמפרטורה נמוכה עם (קר) יונים איטי (<1eV) אשר ניתן לחלץ מן המקור יונים באמצעות רשתות עם האנרגיה מוגדר היטב, ואשר אינן גורמות לשחיקה משמעותית של מבנה הרשת.

בהתחשב מערכת תלת רשתות, הבדל מסוים הפוטנציאל להחיל או המתח על פני רשתות מספק את הכוח המניע של היונים. רשת פנימי במגע עם הפלזמה, שנקרא "מסך רשת", הוא זה קובע מתח קרן או אנרגיה. זה מוגדר פוטנציאל חיובי יחסית לקרקע. לאחר דרך החורים ברשת המסך, פוטנציאל שלילי ביחס לאדמה, ומכאן הרבה יותר שלילי יחסית לרשת המסך משמש כדי להאיץ את היונים. ההבדל הפוטנציאל הכולל מייצג את מתח החילוץ עבור הקורה. השלישית רשת "decelerator" מעוגנת בדרך כלל ועוזר collimation קרן (מפחית הסטייה של הקרן), מדכא אלקטרון גב הזרמת ומפחית redeposition של גמגם חומר בחזרה אל הרשת מאיץ בתוך המקור. זה בתורו מגדיל את תקופת בין הזמנים מטה לניקוי רשת וגם עושה רשתות ניקוי קל יותר. האנרגיה הסופית של יוני חילוץ שווה האנרגיה להגדיר קרן _(V-B) (ראה איור 1b).

באיור 1. רשת three קרן מבנה היווצרות

Neutralisers

לבסוף, המרכיב השלישי המהווים את מקור יון אוקספורד הוא neutraliser, שהוא בעצם מקור אלקטרונים שמאזנת את מטען של יונים בתוך הקורה כדי להפחית את שטח תשלום גרימת תופעות הבדלי הקורה באמצעות דחייה הדדית של היונים ועל מנת כדי למנוע טעינה של רקיק היעד או מואר. באופן כללי, יותר אלקטרונים נפלטים neutraliser מאשר יונים מן המקור, אולם אלה בדרך כלל לא ישירות לשלב עם הזרם יון ליצור אטומים נייטרלים. הבדלי Beam היא פונקציה של פרמטרים רבים, V _B (מתח קרן), אני _{ב '(קרן} נוכחי), V (מתח מאיץ), אני _N (neutraliser הנוכחי), וכו' מושפע גם על ידי פיזור גז בהתאם החדר הלחץ, וזו אחת הסיבות להשאיר את תא הלחץ נמוך ככל האפשר. אינטראקציה מורכבת אופטימיזציה הוא תהליך של איזון בין פרמטרים שונים עד להשגת התוצאה הרצויה.

יסוד Dual Ion Beam יורקת לשכת הגדרת

דיבס בסיסיים (Dual Ion Beam משתעל) להקים תא, ראה איור 2 להלן, מהווה מקור בתצהיר במדויק מתמקד אלומת יונים מנוטרל על מטרה עם עודפי מינימלי כדי למנוע זיהום של סרטים הפקדת. זה מאפשר חומרים כגון Au, Cr, טי, Pt עבור פסי מתכת, חומרים מגנטיים כמו Fe, Co, Ni, וכו 'או דיאלקטריים כמו SiO _2, Al ₂ O _3, וכו' כדי להיות מופקד (הרשימה היא לא ממצה).

זה גם מהווה מקור לסייע / לחרוט שיכולים למלא תפקידים שונים: הוא יכול לשמש מצע לחרוט (או טחנת יון); שהיא יכולה לספק "סיוע" תהליך הדחה על ידי מפציצים את הסרט הפקדת עם יונים אנרגטיים אשר יכולים לשפר או לשנות את המאפיינים של סרט או stoichiometry פיזית ו / או תופעות כימיות, זה יכול לשמש גם בתור אנרגיה נמוכה מראש נקי של המצע לפני בתצהיר. לפעמים, מקור זה משמש ללא רשתות כמקור פלזמה של רדיקלים "תרמית" מופעל על שינוי כימי של החומר הפקדת תוך מזעור הפגזה הפיזי של המצע.

הכלי Ionfab יכול גם להיות מסופק רק עם אחד או אחר של מקורות יון לעיל, גם בתצהיר שבו לסייע או לחרוט אינו נדרש לתהליך, או ככלי תחריט / טחינה / משטח שינוי שם אין צורך בתצהיר.

2. תרשים סכמטי להציג מערכת Ionfab

הפקדת של חומרים באמצעות הפקדת אלומת יונים

חלק מן החומרים הנפוצים ביותר הם מופקדים תחמוצות כגון Al ₂ O _3, Ta ₂ O _5, SiO ₂ והדוד ₂ (בדרך כלל Al ₂ O _3, Ta, Si, SiO ₂ מטרות טי עם O ₂ הוסיף את גז התהליך). ואכן, O ₂ יכול להיות הציג במישרין לתא או דרך בתצהיר ו / או את מקור לסייע; זה מאפשר דיאלקטריים stoichiometric להיות מופקד גם מהיעד דיאלקטרי stochiometric, שם דלדול חמצן במהלך המקרטעת מוחלף, או מיעד מתכת במצב תגובתי שבו אטומי המתכת גמגם הם חמצון בשלב כלשהו אשר יכול להיות על המטרה, בזמן המעבר למצע או על פני המצע אם חמצן נושאות לסייע אלומת פלזמה או משמש. המקור השני יכול לשמש גם עבור המצע מראש נקייה, למשל, להשיג הידבקות שיפור של הסרטים או להסיר תחמוצות הילידים, או פיזית לסייע במהלך בתצהיר נוסף densify הסרטים.

הדבר יכול להיעשות בתצהיר ניטריד, כגון Si N _{3 4} באמצעות Si N _{3 4} היעד N ₂ בחדר או לסייע המקור. אחרים, חומרים יותר "אקזוטיים", כגון ₂ MGF, Laf _3, Nb ₂ O _5, ZrO _3, Y ₂ O _3, HFO ₂ YF ₃ וכו ', יכולים גם להיות מופקדים על ידי (תגובתי ו / או בסיוע) יון קרן המקרטעת ואת הרשימה כוללת חומר כגון VO _X הדורש שליטה מדויקת מאוד של יחסי הגז תהליך לאפשר ספציפיים מאוד תרמו חשמלית המאפיינים להיות מושגת עבור רגיש יישומי הדמיה תרמית.

מאפיינים שליטה וצמיחה של סרטים באמצעות כלים של אוקספורד מכשירים

הכלי שלנו מאפשר גם המצע לסובב ונוטה יחסית גמגום כיוון השטף המאפשרת "כיוונון" נוספת של צמיחה הסרט / מאפיינים כמו גם כיסוי בקרה צעד להפקדה על טופולוגיה פני השטח. שיעורי הפקדת יהיה נמוך יותר מאשר אידוי, אבל זו אינה מאפשרת שליטה רבה יותר עם שיעור בתצהיר הרבה יותר לשחזור וצפוי המאפשר שליטה עובי מדויק מאוד פשוט על ידי תזמון. החומר הוא גם גמגם והפקידו בסביבת טמפרטורה נמוכה בהרבה אידוי. טמפרטורת המצע בפועל ולכן יכול להישמר נמוכה מאוד במהלך עיבוד באמצעות נמאס הליום בחזרה בצד יכולת הקירור.

Ion Beam הפקדת וסביבות בלחץ נמוך

בתצהיר יון הקורה פועל בסביבה הלחץ הרבה יותר נמוך (בטווח 10 Torr ^-4 או נמוך) מאשר תקן magnetron המקרטעת, כך שכל גמגום גז (למשל Ar) הכללתם בסרט הוא הרבה פחות בעיה (כמו גם לגבי אידוי). הנתיב החופשי הממוצע של יונים גמגם החומר בהתאם גדל מאוד, אשר גם מעכב thermalisation של התיז חומר וכן, וכתוצאה מכך הפקדת האנרגיות אטום קינטית (בדרך כלל בין 1-100 eV) גבוה הרבה יותר מאשר, למשל, במקרה של אטומים התאדו ,.

Ion Beam הפקדת משטח טרום נקי מתח בקרה הקולנוע

מאז הכנת המצע ו / או סרט מתח הם בדרך כלל הגורם לבעיות הידבקות לסרטים עבה, בתצהיר יון הקורה יכול לספק גם משטח מראש נקי מתח לשלוט בסרט על ידי המקור יון השני. יתר על כן, בתצהיר יון קרן לא סובלים מבעיה של "יריקה" לעיתים לראות אידוי.

איכות של אלומת יונים שהופקד סרטים

איכויות הסרט הופקד ניתן לחלק לקטגוריות אופטיות ומכניות:
התכונות האופטיות של הסרט דק מתאפיינים בתכונות הבאות:

• העברה (המשויך ערכים dispersive והומוגניות)
• הקליטה (המשויך תכונות שקיפות)
• פיזור (המשויך חספוס פני השטח פגמים נפח)

קרן המסור שלנו יון coaters אופטי לתת פיזור טוב הפסד תוצאות הודות בתצהיר הסרט חלקה. איור 3 להלן מציג כמה דוגמאות של שכבות תחמוצת יחיד של SiO ₂ והדוד ₂ על פרוסות סיליקון Si. חספוס פני השטח של 0.22nm rms עבור Si N _{3 4} שהופקדו על פרוסות סיליקון Si גם נמדדו.

איור 3. חספוס פני השטח על ידי מדידות הערכה AFM

מהימנות שחזור של הפקדת אלומת יונים

זאת, בנוסף החלקות סרט מעולה, הכלי אלומת יונים חייב מקורות מהימנים לשעתקו אם את אותן תוצאות הם שיופק עבור הסרט הבא להיות מופקד. גם עובי הסרט ומדד reproducibility השבירה חשובים מאוד בעת הפקדת multilayer חומרי ציפוי.

בתרשים 4 להלן מוצג טא בתצהיר ₂ O ₅ מעל שלוש ריצות רצופות בהסתכלות רקיק "8 שהופקדו על פרוסות סיליקון Si. איור 5 מראה את השבירה המדד המקביל הדירות שהתקבלו במהלך שלוש ריצות אותו בתצהיר רצופים. איור 6 מציג דוגמה של Si N _{3 4} אחידות בתצהיר מעל 100 מ"מ על פרוסות סיליקון Si עם אחידות ± 0.1% מקדם השבירה. איור 7 מציג דוגמה אחידות ₂ בתצהיר SiO מעל 200 מ"מ על פרוסות סיליקון Si עם יותר אחידות ± 0.1% השבירה המדד למעט קצה 5mm. ניתן לראות כי פרופיל שונים של עקומת לעומת בתצהיר Ta ₂ O ₅ קשורה מיצוב Platen פרמטרים שונים המשפיעים על סטייה קרן קורת.

איור 4. טא ₂ O ₅ אחידות בתצהיר מעל שלוש ריצות רצופות על פרוסות סיליקון Si 200mm

איור 5. הפיזור ולחזרה על מדד ת"א _{2 5} השבירה O על פני שלוש ריצות רצופות

איור 6. Si N _{3 4} אחידות בתצהיר מעל 100 מ"מ על פרוסות סיליקון Si

איור 7. SiO ₂ בתצהיר אחידות מעל 200 מ"מ על פרוסות סיליקון Si

יישומים של הפקדת אלומת יונים

כמה דוגמאות הן כמוצג להלן של יישומים הכלים שלנו נמצאים בשימוש עבור:

• לייזר בר ציפוי
• חלל בית מסנן
• שלושה חללים Mirror
• טבעת גירוסקופ בלייזר

לייזר בר ציפוי

• לייזר בר ציפוי ברים הפרט על שני היבטים: Dual גל נגד השתקפויות (AR) ציפוי פרמטרים בשכבת 8 טא ₂ O ₅ / SiO ₂ ציפוי.
• הילוכים @ 532nm: 99.815%
• הילוכים @ 1064nm: 99.390%

איור 8. ציפוי נגד השתקפויות (AR) ציפוי עם 8 שכבות ציפוי Ta ₂ O ₅ / SiO _2.

חלל בית מסנן

באיור 9 להלן ניתן לראות את העברה תיאורטית כפי שחושבו עם מקלאוד יחד עם כ-שהופקדו לסרוק multilayer למדוד עם ספקטרומטר

• שיא הכנסת אובדן 0.08dB
• FWHM = 2.021nm
• מרכז גל: 1553.4 ננומטר,
• 40 QW של

איור 9. העברה חלל יחיד

שלושה חללים Mirror

איור 10 שלהלן מציג אובדן ההכנסה לסרוק לעומת אורך גל.

• מרכז אורך גל 1549.8nm (ITU = 1549.72nm)
• פס רוחב פס בנד (@ - 0.5dB) = 1.07nm
• עצור רוחב פס בנד (@ - 25dB) = 2.7nm
• אובדן ההכנסה (@ 1549.7nm: 193.45THz) =-0.086dB

איור 10. לסרוק את אובדן ההכנסה לעומת אורך גל עבור במראה חללים three

טבעת גירוסקופ בלייזר

איור 11 שלהלן מציג סריקה שידור מראה מיועד 633nm ב 45 °.

• הפסד מירור <60ppm
• אחידות <± 0.0005
• חספוס פני השטח <1a

איור 11. סריקה הילוכים מראה מיועד 633nm ב 45 °

בין לקוחותינו השיגו הפסדים בסך הכל להלן 20 עמודים לדקה עבור לייזר הטבעת שלהם מראות גירוסקופ. סביבת חדר נקי אופטימיזציה של תהליך, כמו גם הכנת המערכת הם המפתח על מנת הפסדים בסך הכל להיות למינימום.

רשימת יישומים נרחב עם רק כמה דוגמאות שיש הוכח. סוגים רבים של ציפויים multilayer הם ריאלי, תלוי בסוג, ציפוי תפוקה ואיכות, האמצעים הדרושים ניתן לספק שונים לניטור ושליטה הצמיחה שלהם כמו צגי קריסטל קוורץ או ניטור אופטי באתרה.

תקציר

כפי שכבר שראינו לעיל, היתרונות העיקריים המוצעים על ידי בתצהיר אלומת יונים הם:

• משטח באיכות גבוהה
• הסרטים חלקה צפופה
• פיזור נמוך מאוד
• הפסדים אופטי נמוך מאוד
• לרוץ טוב לרוץ הדירות תהליך
• מעולה אחידות
• מקסימום גמישות
• טווח של יישומים

מקור: אוקספורד מכשירים פלזמה טכנולוגיה .

לקבלת מידע נוסף על מקור זה בקר אוקספורד מכשירים פלזמה טכנולוגיה .