Depósito do Feixe de Íon - Aplicações e Vantagens pela Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford

Assuntos Cobertos

Vista Geral
Que é um Feixe de Íon Source?
Fontes do Feixe de Íon dos Instrumentos de Oxford
     Grades
     Neutralizadores
Feixe de Íon Duplo Básico que Engasga a Câmara Estabelecida
Depósito dos Materiais Usando o Depósito do Feixe de Íon
Propriedades e Crescimento de Controlo dos Filmes Usando Ferramentas dos Instrumentos de Oxford
Ambientes do Depósito do Feixe de Íon e da Baixa Pressão
Depósito do Feixe de Íon e Controle De Superfície Pre-Limpo e do Filme de Esforço
A Qualidade de Filmes Depositados do Feixe de Íon
Confiança e Reprodutibilidade do Depósito do Feixe de Íon
Aplicações do Depósito do Feixe de Íon
     Revestimento da Barra do Laser
     Único Filtro da Cavidade
     Espelho de Três Cavidades
     Giroscópio do Laser de Anel
Sumário

Vista Geral

Este papel apresenta uma revisão da Tecnologia do Feixe de Íon. Nesta revisão as aplicações principais e as vantagens de usar a tecnologia do Feixe de Íon para processos do depósito quando comparadas à tecnologia tal como o plasma ou a evaporação (PVD) serão apresentadas. Para começar com, uma vista geral de como um feixe de íon é gerado será descrita. Isto será seguido então por uma apresentação e por um exame de algumas aplicações vantajosas da tecnologia do feixe de íon.

Que é um Feixe de Íon Source?

Essencialmente, uma fonte do feixe de íon é uma fonte do plasma cabida com um grupo de grades permitindo um córrego dos íons de ser extraído. Nossa fonte do feixe de íon tem as seguintes três peças principais: a câmara da descarga, as grades e o neutralizador.

Os Íons são produzidos na câmara da descarga sujeitando um gás (geralmente Argônio) a um campo do RF. O gás é alimentado em uma câmara de quartzo ou de alumina com uma antena de bobina posta RF em torno dele. O campo do RF excita elétrons livres até que tenham bastante energia para quebrar átomos do gás em íons e em elétrons; isto é referido como “o acoplamento indutivo “. O gás é ionizado assim e um plasma é estabelecido. A tensão fim-a-fim do RF na antena pode alcançar elevados valor. O efeito desta tensão nos íons pode ser uma força electrostática que crie íons altamente energizados. Embora este efeito faça a fonte de íon fácil começar, estes íons corrmoerão a fonte de íon engasgando, danificando o e criando a contaminação no processo; isto é referido como “o acoplamento capacitivo”.

Fontes do Feixe de Íon dos Instrumentos de Oxford

Na fonte de íon de Oxford, o acoplamento capacitivo é suprimido colocando um protector electrostático dentro da câmara de quartzo para permitir que somente ao RF o componente magnético transfira a energia aos átomos do gás. O protector electrostático impede que o campo elétrico, gerado através da bobina da antena do RF, incorpore a fonte de íon. Igualmente ajuda a quebrar acima todo o revestimento de condução contínuo do depósito no interior da câmara de ar do plasma de quartzo que poderia seleccionar e reduzir a eficiência da geração do plasma da potência do RF.

Grades

O papel das grades é essencialmente acelerar íons com uma velocidade alta. Tipicamente, nossos grupos da grade são feitos de duas ou três grades (veja a Figura 1a). As grades têm um teste padrão de furo específico com aberturas numerosas; é a combinação de todos os beamlets individuais que formam o feixe. a separação da Inter-Grade e a curvatura da grade são igualmente importantes segundo a aplicação exigida, por exemplo segundo o tamanho do alvo a ser engasgados ou a taxa de depósito.

Nossa fonte de íon produz um plasma da baixa temperatura com os íons (frios) lentos (<1eV) que podem ser extraídos da fonte de íon através das grades com uma energia bem definida, e que não causam nenhuma erosão significativa da estrutura da grade.

Considerando um sistema de três grades, uma diferença potencial ou uma tensão aplicada específica através das grades fornecem a força motriz para os íons. A grade interna em contacto com o plasma, chamado de “grade tela”, é essa que ajusta a tensão ou a energia do feixe. Isto é ajustado em uma terra relativa a do potencial positivo. Uma Vez através dos furos da grade de tela, uma terra relativa a do potencial negativo e daqui distante mais negativo relativo à grade de tela é usada para acelerar os íons. A diferença potencial total representa a tensão da extracção para o feixe. A terceira grade do “decelerator” geralmente são aterradas e a colimação do feixe das ajudas (reduz a divergência do feixe), suprimem o elétron queflui e reduzem o redeposition da parte traseira engasgada do material na grade e no interior do acelerador a fonte. Isto aumenta por sua vez o período entre tempos ociosos da máquina para a limpeza da grade e igualmente facilita a limpeza das grades. A energia final dos íons extraídos é igual à energia do feixe do grupo (V)B (veja a Figura 1b).

Figura 1. Uma estrutura da formação do feixe de três grades

Neutralizadores

Finalmente, o terceiro elemento que constitui a fonte de íon de Oxford é um neutralizador, que seja basicamente uma fonte do elétron que equilibre a carga dos íons no feixe para reduzir os efeitos da espaço-carga que causam a divergência do feixe com a repulsa mútua dos íons e a fim impedir cobrar da bolacha ou do alvo iluminado. Geralmente, mais elétrons são emitidos do neutralizador do que íons da fonte, porém estes não combinam geralmente directamente com o córrego do íon para formar átomos neutros. A divergência do Feixe é uma função de muitos parâmetros, VB (tensão do feixe), IB (Corrente do feixe), VA (tensão do acelerador), IN (corrente do neutralizador), Etc. e é afectada igualmente pelo gás que dispersa segundo a pressão da câmara, que é uma razão manter o mais baixo possível a pressão da câmara. A interacção é complexa e a optimização é um processo de equilibrar os vários parâmetros até que o resultado desejado esteja obtido.

Feixe de Íon Duplo Básico que Engasga a Câmara Estabelecida

A câmara básica de DIBS (Feixe de Íon Duplo que Engasga) estabelecida, considera Figura 2 abaixo, compreende uma fonte do depósito que focalize exactamente um feixe de íon neutralizado em um alvo com derramamento mínimo para evitar a contaminação de filmes de depósito. Isto permite materiais tais como o Au, o Cr, o Si, a Pinta para trilhas do metal, materiais magnéticos tais como o Fe, Co, Ni, Etc. ou dieléctricos tais como SiO2, AlO23, Etc. a ser depositados (a lista é não exaustiva).

Igualmente compreende uma assistência/fonte gravura em àgua forte que possam cumprir várias funções: pode ser usado para gravar (ou moinho do íon) a carcaça; pode fornecer o “auxílio” ao processo do depósito bombardeando o filme de depósito os íons energéticos que podem melhorar ou alterar as propriedades ou a estequiometria do filme por efeitos físicos e/ou químicos; pode igualmente ser usado como uma baixo-energia pre-limpa da carcaça antes do depósito. Às Vezes, esta fonte é usada sem grades como uma fonte do plasma de radicais ativados térmicos do `' para a alteração química do material de depósito ao minimizar o bombardeio físico da carcaça.

A ferramenta de Ionfab pode igualmente ser fornecida com a somente uma ou a outro das fontes de íon acima, um ou outro para o depósito onde a assistência ou gravura em àgua forte não são exigidas para o processo, ou como gravura a água-forte/uma ferramenta da alteração da trituração/superfície onde nenhum depósito seja exigido.

Figura 2. opinião do Diagrama Esquemático de um sistema de Ionfab

Depósito dos Materiais Usando o Depósito do Feixe de Íon

Alguns dos materiais os mais comuns depositados são óxidos tais como o AlO23, o TaO25, o SiO2 e o TiO2 (geralmente dos alvos23 do AlO, da Ta, do Si, 2 do SiO e do Si e com o O2 adicionado ao gás do processo). Certamente, O2 pode ser introduzido directamente na câmara ou com o depósito e/ou a fonte da assistência; isto permite que os dieléctricos estoiquiométricos sejam depositados qualquer um de um alvo dieléctrico stochiometric, onde a prostração do oxigênio durante engasgar seja substituída, ou de um alvo do metal no modo reactivo onde os átomos engasgados do metal são oxidados em algum momento que poderiam estar no alvo, durante o trânsito à carcaça ou na carcaça se um feixe ou um plasma da assistência do oxigênio-rolamento são usados. A segunda fonte pode igualmente ser usada para a carcaça pre-limpa, ao por exemplo, para conseguir a adesão melhorada dos filmes ou para remover os óxidos nativos, ou como uma assistência física durante o depósito para densify mais os filmes.

O mesmos podem ser feitos para o depósito do nitreto, por exemplo Pecado usando34 um alvo do Pecado34 e um N2 na fonte da câmara ou da assistência. Outro, mais ` exótico', os materiais, tais como MGF, LaF2, NbO3,2 ZrO5, YO3,2 HfO3 YF2 Etc.3 , podem igualmente ser depositados pelo feixe de íon (reactivo e/ou ajudado) que engasga e a lista inclui material como o VO queX exige o controle extremamente preciso de relações do gás do processo permitir que as propriedades thermo-elétricas muito específicas sejam conseguidas para aplicações sensíveis da imagiologia térmica.

Propriedades e Crescimento de Controlo dos Filmes Usando Ferramentas dos Instrumentos de Oxford

Nossa ferramenta igualmente permite que a carcaça seja girada e inclinado relativo ao sentido do fluxo do salpico permitindo mais o “ajustamento” do crescimento de filme/propriedades assim como do controle da cobertura da etapa para o depósito na topologia de superfície. As taxas de Depósito serão mais baixas do que a evaporação, mas esta reserva muito mais controle com uma taxa de depósito muito mais reprodutível e mais predizível permitindo o controle de espessura muito preciso simplesmente cronometrando. O material igualmente é engasgado e depositado em um ambiente de uma temperatura muito mais baixa do que a evaporação. A temperatura real da carcaça pode assim ser mantida muito baixa durante o processamento usando o hélio alimentado a capacidade refrigerando da parte traseira.

Ambientes do Depósito do Feixe de Íon e da Baixa Pressão

O depósito do feixe de Íon é executado em um ambiente de uma pressão muito mais baixa (na escala-4 de 10 Torr ou abaixe) do que o magnétron padrão que engasga, assim que algum engasga a inclusão do gás (por exemplo AR) no filme é muito menos de um problema (como é igualmente verdadeiro para a evaporação). O trajecto livre médio dos íons e do material engasgado é aumentado em conformidade extremamente que igualmente inibe o thermalisation do material engasgado também, tendo por resultado energias cinéticas de depósito do átomo (tipicamente entre o eV 1 a 100) muito mais altamente do que, por exemplo, no caso dos átomos evaporados.

Depósito do Feixe de Íon e Controle De Superfície Pre-Limpo e do Filme de Esforço

Desde a preparação da carcaça e/ou o esforço do filme é geralmente a causa dos problemas na adesão para uns filmes mais grossos, o depósito do feixe de íon pode fornecer ambo o controle de superfície pre-limpo e do filme de esforço pela segunda fonte de íon. Além Disso, o depósito do feixe de íon não sofre do problema do “esguicho” considerado frequentemente na evaporação.

A Qualidade de Filmes Depositados do Feixe de Íon

As qualidades depositadas do filme podem ser divididas em categorias ópticas e mecânicas:
As propriedades Ópticas de um filme fino são caracterizadas pelas seguintes qualidades:

  • Transmitância (associado com os valores e a homogeneidade dispersivos)
  • Absorção (associada com as propriedades da transparência)
  • Scatter (associado com os defeitos da aspereza de superfície e do volume)

Nossos coaters ópticos dedicados do feixe de íon dão bons agradecimentos dos resultados da perda do scatter ao depósito liso do filme. Figura 3 mostras abaixo alguns exemplos de únicas camadas do óxido de SiO2 e de TiO2 na bolacha do Si. Uma aspereza de superfície de 0.22nm rms para o Pecado34 depositado em uma bolacha do Si foi medida igualmente.

Figura 3. medidas da avaliação da aspereza De Superfície pelo AFM

Confiança e Reprodutibilidade do Depósito do Feixe de Íon

Contudo, além do que a lisura excelente do filme, a ferramenta do feixe de íon deve ter fontes seguras e reprodutíveis se os mesmos resultados devem ser obtida para que o filme seguinte seja depositado. A espessura de filme e a reprodutibilidade do R.I. são muito importantes ao depositar revestimentos multilayer.

Em Figura 4 abaixo é mostrado o depósito25 de TaO sobre três corridas consecutivas medidas sobre um 8" bolacha depositada em uma bolacha do Si. Figura 5 mostra a repetibilidade correspondente do R.I. obtida sobre as mesmas três corridas consecutivas do depósito. Figura 6 mostra um exemplo da uniformidade34 do depósito do Pecado sobre 100mm na bolacha do Si com uma uniformidade de ±0.1% R.I. Figura 7 mostra um exemplo da uniformidade2 do depósito de SiO sobre 200mm na bolacha do Si com uniformidade melhor de ±0.1% R.I. com exclusão da borda de 5mm. Pode-se observar que o perfil diferente da curva comparada ao depósito25 de TaO está ligado com os parâmetros diferentes do posicionamento e do feixe da moldura do vidro de originais que afectam a divergência do feixe.

Figura 4. uniformidade25 do depósito de TaO sobre três corridas consecutivas na bolacha do Si de 200mm

Figura 5. dispersão Repetível para TaO25 R.I. sobre três corridas consecutivas

Figura 6. uniformidade34 do depósito do Pecado sobre 100mm na bolacha do Si

Figura 7. uniformidade2 do depósito de SiO sobre 200mm na bolacha do Si

Aplicações do Depósito do Feixe de Íon

Alguns exemplos são mostrados abaixo das aplicações que nossas ferramentas estão sendo usadas para:

  • Revestimento da Barra do Laser
  • Único Filtro da Cavidade
  • Espelho de Três Cavidades
  • Giroscópio do Laser de Anel

Revestimento da Barra do Laser

  • Revestimento da barra do Laser para barras individuais em ambas as facetas: Parâmetros Duplos do revestimento (AR) de anti-reflexo do comprimento de onda com umas 8 camadas TaO25/revestimento2 de SiO.
  • Transmissão @532nm: 99,815%
  • Transmissão @1064nm: 99,390%

Figura 8. Anti revestimento do revestimento da Reflexão (AR) com as 8 camadas que revestem TaO25/SiO2.

Único Filtro da Cavidade

Em Figura 9 abaixo pode ser visto o transmitância teórico como calculado com o MacLeod junto com a varredura multilayer como-depositada medida com um espectrofotômetro

  • Repique a perda de Inserção - 0.08dB
  • FWHM = 2.021nm
  • Comprimento De Onda do Centro: 1553,4 nanômetro,
  • 40 QW

Figura 9. Único transmitância da cavidade

Espelho de Três Cavidades

Figura 10 varredura abaixo da perda de inserção das mostras contra o comprimento de onda.

  • Comprimento De Onda 1549.8nm do Centro (UIT = 1549.72nm)
  • Largura De Faixa da Faixa de Passagem (@ - 0.5dB) = 1.07nm
  • Pare a Largura De Faixa da Faixa (@ - 25dB) = 2.7nm
  • Perda de Inserção (@1549.7nm: 193.45THz) = -0.086dB

Figura 10. varredura da perda de Inserção contra o comprimento de onda para um espelho de três cavidades

Giroscópio do Laser de Anel

Figura 11 varredura abaixo da transmissão das mostras de um espelho projetado para 633nm em 45°.

  • Perda <60ppm do Espelho
  • Uniformidade <±0.0005
  • Aspereza De Superfície <1Å

Figura 11. varredura da Transmissão de um espelho projetado para 633nm em 45°

Alguns de nossos clientes conseguiram perdas totais abaixo de 20 ppm para seus espelhos do giroscópio do laser de anel. O ambiente do quarto desinfetado e da optimização assim como do sistema de processo preparação são chaves para que as perdas totais sejam mantidas a um mínimo.

A lista de aplicações é extensiva com somente alguns exemplos que estão sendo mostrados. Muitos tipos de revestimentos multilayer são praticáveis e, segundo o tipo de revestimento, de produção e de qualidade exigidos, os vários meios podem ser fornecidos para a monitoração e o controlo de seu crescimento tal como monitores do cristal de quartzo ou a monitoração óptica in situ.

Sumário

Como foi visto acima, os benefícios principais oferecidos pelo depósito do feixe de íon são:

  • Qualidade de superfície Alta
  • Filmes lisos Densos
  • Muito baixo dispersando
  • Muito baixo perdas ópticas
  • Corrida Muito boa para executar a repetibilidade do processo
  • Uniformidade Excelente
  • Flexibilidade Máxima
  • Escala de aplicações

Source: Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford.

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor a Tecnologia do Plasma dos Instrumentos de Oxford.

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

Last Update: 24. September 2013 05:45

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