イオンビームの沈殿 - オックスフォードの器械血しょう技術によるアプリケーションそして利点

カバーされるトピック

概要
イオンビームソースは何ですか。
オックスフォードの器械からのイオンビームソース
     格子
     Neutralisers
基本的な二重イオンビームの放出させる区域セットアップ
イオンビームの沈殿を使用して材料の沈殿
オックスフォードの器械からのツールを使用してフィルムの制御の特性そして成長
イオンビームの沈殿および低圧の環境
イオンビームの沈殿および表面は応力制御を前もってきれいにし、撮影します
イオンビームの沈殿させたフィルムの品質
イオンビームの沈殿の信頼性そして再現性
イオンビームの沈殿のアプリケーション
     レーザー棒コーティング
     単一キャビティフィルター
     3 つのキャビティミラー
     リングレーザーのジャイロスコープ
概要

概要

このペーパーはイオンビームの技術の検討を示します。この検討で血しょうまたは蒸発 (PVD) のような技術と比較されたとき示されます沈殿プロセスのためにイオンビームの技術を使用する主要出願そして利点は。イオンビームがどのようにの生成されるかから開始するためには、概要は記述されます。これはイオンビームの技術のある有利なアプリケーションの提示そして議論にそれから先行します。

イオンビームソースは何ですか。

基本的に、イオンビームソースは一組の格子と合う血しょうソースで得られることをイオンのストリームが可能にします。私達のイオンビームソースに次の 3 つの主要な部品があります: 排出区域、格子および neutraliser。

イオンは排出区域で RF フィールドへガス (通常アルゴン) を服従させることによって作り出されます。ガスはそれのまわりの RF によって動力を与えられるコイル・アンテナが付いている水晶またはアルミナ区域に入れられます。 RF フィールドはイオンおよび電子にガス原子を壊す十分なエネルギーがあるまで自由な電子を刺激します; これは「誘導結合「と言われます。ガスはこうしてイオン化し、血しょうは確立されます。アンテナのエンドツーエンド RF の電圧は高い値に達することができます。イオンに対するこの電圧の効果は非常に活気づけられたイオンを作成する静電気力である場合もあります。この効果がイオンソースを開始すること容易にさせるがこれらのイオンは放出させ、それを損ない、そしてプロセスで汚染を作成することによってイオンソースを腐食させます; これは「容量性カップリング」と言われます。

オックスフォードの器械からのイオンビームソース

オックスフォードイオンソースでは、容量性カップリングは RF だけ磁気コンポーネントがガス原子にエネルギーを転送する水晶区域の中の静電気の盾を置くことによって抑制されます。静電気の盾は RF のアンテナのコイルを渡って生成された電界がイオンソースを入力することを防ぎます。それはまた RF 力の血しょう世代別効率を選別し、減らすことができる水晶血しょう管の内部の沈殿からの連続的な行なうコーティングの分割を助けます。

格子

格子の役割は本質的に高速のイオンを加速することです。通常、私達の格子セットは 2 つか 3 つの格子から成っています (図 1a を見て下さい)。格子に多数の開口が付いている特定の穿孔パターンがあります; それはビームを形作るすべての個々の beamlets の組合せです。相互格子分離および格子湾曲は放出させるべきターゲットサイズか溶着速度によって、例えば必要なアプリケーションによってまた重要です。

私達のイオンソースは得ることができる明示されているエネルギーの格子によってイオンソースから格子構造の重要な腐食を引き起こさないし遅い (冷たい) イオン (<1eV) が付いている低温血しょうを作り出します。

3 つの格子システムを考えると、格子を渡る特定の応用電位差か電圧はイオンに駆動力を提供します。「スクリーングリッド」と呼出される血しょうと接触する内部の格子はビーム電圧かエネルギーをセットするものです。これは肯定的な潜在性の相関的な地面でセットされます。一度スクリーングリッドの穴を通して、否定的な潜在性の相関的な地面がそれ故にスクリーングリッドに関連してはるかに否定的イオンを加速するのに使用され。総電位差はビームのための抽出の電圧を表します。第 3 「減速機」の格子およびヘルプのビーム視準は通常 (ビームの発散を減らします) 基づき、バック流れる電子を抑制し、そして加速装置の格子および内部に放出させた材料の背部の redeposition をソース減らします。これは格子クリーニングのためにそれから補充所要時間間のピリオドを増加し、また格子クリーニングをもっと簡単にします。得られたイオンの最終的なエネルギーはセットのビームエネルギーと等しいです (V)_B (図 1b を見て下さい)。

図 1。 3 つの格子ビーム形成構造

Neutralisers

最後に、オックスフォードイオンソースを構成する第 3 要素は基本的にイオンの相互拒絶によってビーム発散を引き起こすスペース料金の効果を減らすためにビームのイオンの料金の照らされたウエファーかターゲットの充満を防ぐためにバランスをとる電子ソースの neutraliser であり。通常、ソースからのイオンよりより多くの電子は中立原子を形作るためにこれらがイオンストリームと通常直接結合しないどんなに、 neutraliser から出ます。ビーム発散は多くのパラメータ、 V (ビーム電圧)_B、 I (ビーム流れ)_B、 V (加速装置の電圧)_A、 I (neutraliser の流れ)_N、等の機能で、また区域圧力をできるだけ低く保つ 1 つの理由の区域圧力によって分散するガスによって影響されます。相互作用は複雑であり、望ましい結果が得られるまで最適化はさまざまなパラメータのバランスをとるプロセスです。

基本的な二重イオンビームの放出させる区域セットアップ

基本的な DIBS (放出させる二重イオンビーム) 区域セットアップは、下の図 2 をから成り立ちます沈殿のフィルムの汚染を避けるために正確に最小のこぼれのターゲットに中和されたイオンビームを集中する沈殿ソース見ます。これは金属トラックのための Au、 Cr、チタニウム、 Pt、 Fe のような磁気材料、 SiO、 AlO、等のような Co、 NI、等または₂誘電体のような₂₃材料を沈殿するべき可能にします (リストは非徹底的です)。

それはまたさまざまな機能を達成できる腐食ソース/援助から成り立ちます: それが (またはイオン製造所) 基板をエッチングするのに使用することができます; それは沈殿プロセスに物理的なおよび/または化学効果によってフィルムの特性か化学量論を改善するか、または修正できる精力的なイオンを沈殿のフィルムの衝撃によって「援助」に与えることができます; それはまた沈殿前に基板の低エネルギーとして前もってきれいにします使用することができます。時々、このソースは ` の熱」沈殿材料の化学修正のための作動した基の血しょうソースとして格子なしで基板の物理的な衝突を最小化している間使用されます。

援助か腐食がプロセスに必要とならない、または沈殿が必要とならないエッチング/製粉/表面の修正のツールとして Ionfab のツールはことができます沈殿また上記のイオンソースの 1 だけまたは他とのための供給する。

図 2. Ionfab システムの設計図の眺め

イオンビームの沈殿を使用して材料の沈殿

沈殿する共通材料の一部は AlO、タオ、₂₃ SiO および₂₅ TiO のような₂ 酸化物です₂ (通常が付いている AlO₂₃、 Ta、 Si、 SiO₂ およびチタニウムターゲットからそして₂ プロセスガスに追加される O)。実際に、 O は₂ 区域にまたは沈殿や援助ソースによって直接もたらすことができます; これは化学量論的な誘電体が放出させることの間の酸素の枯渇が取り替えられる、または酸素ベアリング援助ビームか血しょうが使用されればで基板にまたは基板ターゲットで、中継の間にあることができる放出させた金属原子がいつか酸化する反応モードの金属ターゲットからのどちらかします stochiometric 誘電性ターゲットからの沈殿するように。第二の源はまた基板に前もってきれいにしますに使用することができます、例えば、フィルムの改善された付着を達成するか、または沈殿の間に更にフィルムを densify ためにネイティブ酸化物を、またはと同時に物理的な援助除去して下さい。

同じは窒化物の沈殿、区域または援助ソースの₃₄ 罪ターゲットそして₃₄ N を使用して例えば₂ 罪のためにすることができます。 _他、より多くの ` エキゾチック」、材料、のような MgF、 LaF₂、 NbO₃、₂ ZrO₅、 YO₃、₂ HfO₃ YF₂ 等₃ 、かもしれ、またあ沈殿によ (反応および/または助け) ion イオンビーム放出およびリスト含そのような材料のような VO _X 要求極度精密制御のプロセスガス比率許極めて特殊熱電特性あ達成のため敏感 thermal 赤外線画像アプリケーション。

オックスフォードの器械からのツールを使用してフィルムの制御の特性そして成長

私達のツールはまた基板が放出の変化方向に関連して回り、傾斜するようにしま表面の位層幾何学に沈殿のためのフィルム成長/特性、またステップ適用範囲制御の更に「調整を」可能にします。溶着速度は蒸発より低くが、これははるかに再生可能な、予想できる溶着速度の大いにより多くの制御を割り当てま非常に精密な厚み制御をタイミングによって単に許可します。材料はまた蒸発より大いに低温の環境で放出させ、沈殿します。実際の基板の温度はこうして裏側の冷却の機能を入れられるヘリウムを使用して処理の間に非常に低い保つことができます。

イオンビームの沈殿および低圧の環境

イオンビームの沈殿は放出させる標準マグネトロンより大いに低圧の環境で (^-4 10 トルの範囲でまたは下げて下さい) 動作します従ってフィルムのガス (例えば Ar) の包含をです大いに問題のより少し放出させます (ように蒸発にまたあてはまる)。イオンおよびまた放出させた材料の熱化をまた禁じる放出させた材料の平均自由行程は沈殿原子の運動エネルギーに終って、蒸発させた原子の場合には非常に大いに大いに増加します、それに応じて (普通 1 から 100 eV 間で) より、例えば。

イオンビームの沈殿および表面は応力制御を前もってきれいにし、撮影します

基板の準備やフィルムの圧力以来厚いフィルムのための付着の問題の原因は通常あります、イオンビームの沈殿は第 2 イオンソースによって表面前もってきれいにしますおよびフィルムの応力制御を両方提供できます。さらに、イオンビームの沈殿は頻繁に蒸発で見られる「分散」の問題に苦しみません。

イオンビームの沈殿させたフィルムの品質

沈殿させたフィルムの品質は光学および機械カテゴリに分けられるかもしれません:
薄膜の光学的性質は次の品質によって特徴付けられます:

伝送 (分散値および同質性と関連付けられる)
吸収 (過透性の特性と関連付けられる)
分散 (表面荒さおよびボリューム欠陥と関連付けられる)

私達の専用イオンビームの光学コーターはスムーズなフィルムの沈殿へのよい分散損失の結果の感謝を与えます。 Si のウエファーの図 3 下のショー SiO および TiO の単一の₂ 酸化物の層₂ のある例。 Si のウエファーで沈殿する罪のための 0.22nm₃₄ rms の表面荒さはまた測定されました。

AFM による図 3. 表面荒さの評価の測定

イオンビームの沈殿の信頼性そして再現性

ただし、優秀なフィルムの滑らかさに加えて、イオンビームのツールは同じ結果が沈殿するべき次のフィルムのために得られるべきなら信頼でき、再生可能なソースがなければなりません。多層コーティングを沈殿させるときフィルム両方厚さおよび R.i. の再現性は非常に重要です。

下の図 4 で 8"₂₅ に測定される 3 つの連続した実行上のタオの沈殿を Si のウエファーで沈殿するウエファー示されています。図 5 は同じ 3 つの連続した沈殿実行に得られる対応する R.i. の反復性を示します。図 6 は ±0.1% R.i. の均等性の₃₄ Si のウエファーの 100mm 上の罪の沈殿均等性の例を示します。図 7 は 5mm の端の排除のよく₂ より ±0.1% R.i. の均等性の Si のウエファーの 200mm 上の SiO の沈殿均等性の例を示します。それはタオの沈殿と比較されるビーム発散に影響を与える異なったプラテンの位置および₂₅ ビームパラメータとカーブの別のプロフィールがリンクされること観察することができます。