Bec de 222 nm Lampă UV de 172 nm fascicul de ioni-depunere asistată și sursă de ioni de-energie scăzută

Bec de 222 nm, fascicul de ioni cu lampă UV de 172 nm-depunere asistată și sursă de ioni cu energie scăzută-

Depunere asistată cu fascicul de ioni

Concept de bază de depunere asistată cu fascicul de ioni (IBAD)

Depunere asistată cu fascicul de ioni (IBAD)folosește în primul rând fascicule de ioni cu energie joasă-pentru a ajuta la modificarea suprafeței materialului.

(1) Caracteristicile depunerii asistate de ioni-: în timpul procesului de acoperire, depunerea are loc simultan cu iradierea de către un fascicul de ioni energizat. Particulele de film depuse pe suprafața substratului sunt bombardate continuu de ioni energizați de la sursa de ioni.

(2) Efectele depunerii-asistate de ioni: Ionii cu energie-înaltă bombardează și îndepărtează cu promptitudine particulele de peliculă legate liber; prin transferul de energie, particulele depuse obțin o energie cinetică mai mare, îmbunătățind astfel modelele de nucleare și creștere; structura filmului este compactată continuu, făcând filmul subțire mai dens; dacă sunt injectați ioni de gaz reactivi, pe suprafața materialului se poate forma un strat compus cu compoziție stoechiometrică, fără interfață între stratul compus și substrat.

Surse de ioni pentru depunerea asistată cu fascicul de ioni

Caracteristica depunerii asistate cu fascicul de ioni este aceea că atomii de film (particule depuse) de pe suprafața substratului sunt bombardați continuu de ioni cu energie scăzută-de la sursa de ioni, rezultând structuri de film subțire foarte dense și performanțe îmbunătățite ale filmului. Energia fasciculului ionic este E Mai mică sau egală cu 500 eV. Sursele de ioni utilizate în mod obișnuit includ:Sursa de ioni Kaufman, End-Sursa de ioni Hall, sursă de ioni a stratului anodic, sursă de ioni Hall cu catod gol, șiSursă de ioni RF. Aceste surse de ioni, în anumite aplicații de acoperire optică, pot fi, de asemenea, combinate cu abec de 222 nmsauLampa UV 172nmpentru curățarea suplimentară a suprafețelor sau tratamentul de activare pentru a îmbunătăți și mai mult calitatea filmului.

(1) Kaufman Ion Sursa

TheSursa de ioni Kaufmaneste o sursă de ioni de filament fierbinte. Dispune de un catod fierbinte care emite electroni termoionici pentru a susține descărcarea. Un anod cilindric înconjoară catodul, iar gazul este ionizat între cei doi electrozi. Magneții permanenți sunt adăugați pentru a îmbunătăți eficiența ionizării, determinând electronii să spiraleze sub câmpul electromagnetic, crescând probabilitatea de coliziune cu gazul argon. Sursa de ioni Kaufman are două grile: o grilă de ecran și o grilă de accelerație. Electronii emiși de catod se ciocnesc cu gazul, ionizându-l; ionii rezultați trec prin găurile din grila ecranului pentru a forma un fascicul de ioni, extras de grila de accelerator și neutralizat de un neutralizator înainte de a bombarda direct substratul sau ținta. Neutralizarea previne acumularea de sarcină pe substrat, care ar putea respinge ionii următori.

Sursa de ioni Kaufman funcționează la presiuni scăzute de 10⁻² până la 10⁻¹ Pa, cu tensiune de descărcare scăzută în jur de 50 V, curent de descărcare de 1–2 A, tensiune de fascicul de ioni de 100–1000 eV și densitate de curent al fasciculului de 20–40 μA/cm². Oferă avantaje precum insensibilitatea la mediu, contaminarea scăzută, încălzirea scăzută a piesei de prelucrat, capacitatea de depunere la rece și degajarea scăzută de gaze, făcându-l pe scară largă în pregătirea filmelor subțiri optice, în special în scenariile controlate cu precizie{10}, în care poate ajuta integrarea cu unbec de 222 nmpentru pre{0}}tratamentul cu ultraviolete.

(2) End-Hall Ion Source

TheEnd-Sursa de ioni Halleste, de asemenea, o sursă de ioni bazată-filamentului. Filamentul catodic este situat deasupra anodului, cu magneți permanenți sub anod; această sursă nu are grile. Electronii termoionici emiși de la catod deasupra anodului formează un curent Hall în formă de inel sub câmpuri electromagnetice ortogonale. Ionii sunt accelerați în sus și în jos de potențialul catodului și curentul Hall, crescând probabilitatea de coliziune.

Sursa de ioni End-Hall extrage fascicule de ioni cu energii de 50–150 eV, curent de fascicul maxim de 1500 mA, vid de funcționare de 9×10⁻³ până la 6×10⁻² Pa și funcționează cu gaze precum argon, oxigen, azot și aer. Oferă densitate mare de flux ionic, unghi mare de divergență, întreținere ușoară și este alegerea preferată pentru echipamentele de acoperire optică de gamă joasă-. Sursele de ioni End-Hall sunt utilizate în mod obișnuit în dispozitivele de acoperire prin evaporare cu fascicul de electroni, uneori combinate cu unLampa UV 172nmpentru a spori efectele de modificare a suprafeței.

Atât sursele de ioni Kaufman, cât și End-Hall folosesc filamente fierbinți, ceea ce le face susceptibile la coroziune de către gazele reactive, cu o eficiență mai mică și o durată de viață mai scurtă.

(3) Sursa de ioni Hollow Cathode Hall

Datorită duratei de viață scurte a filamentului în sursele Hall, au apărut surse de ioni Hall cu catod gol care utilizează descărcarea catodului gol pentru generarea de electroni. Acestea nu prezintă filament, cu anod și câmp magnetic, folosind tuburi de tantal sau alte metale refractare pentru catodul gol pentru a emite un curent de descărcare cu densitate mare-. În comparație cu sursele de ioni Hall, sursele de ioni Hall cu catod gol oferă multe avantaje, așa cum se arată în Tabelul 9-1.

În tehnologia modernă de placare cu ioni, această sursă de ioni oferă o stabilitate mai mare și, în unele aplicații, se poate asocia cu abec de 222 nmpentru a atinge niveluri mai mici de contaminare.

Tabelul 9-1 Comparația caracteristicilor între sursa de ioni cu catod gol și sursa de ioni cu hall

(4) Sursa de ioni RF

TheSursă de ioni RFeste o sursă de ioni fără filament, cu o bobină de inducție externă pentru ionizarea gazului, extragând ioni prin anod pentru un flux de ioni pe o rază lungă{0}}. Oferă energie mare a fasciculului, timp lung de funcționare peste 1000 de ore, compatibilitate cu orice gaz de lucru, impact asupra temperaturii spațiului sub 70 de grade și fără contaminare a produsului. În câmpurile optice, durata sa lungă de viață se potrivește integrării cu aLampa UV 172nmpentru procese de producție continue.

(5) Sursa de ioni a stratului anodic

Thesursă de ioni a stratului anodiceste o sursă de ioni reci fără filament. Gazul de lucru introdus este ionizat pentru a forma o regiune de plasmă, cu anodul în partea de jos și catozii în mijloc și periferie. Electronii de la descărcarea dintre catod și anod se deplasează într-un inel închis sub câmpurile electromagnetice din regiunea plasmei; câmpul electric accelerează ionii departe de anod. Distanța dintre catod-anod permite o descărcare lină de strălucire pe o gamă largă de vid.

Sursele de ioni din stratul anodic pot fi dreptunghiulare, cu lungimea potrivită cu suportul piesei de prelucrat. Aceștia joacă un rol cheie în curățarea pre-acoperirii piesei de prelucrat și în activarea suprafeței substraturilor flexibile polimerice, uneori folosind unbec de 222 nmauxiliar pentru a îmbunătăți eficiența activării.

Efectele depunerii asistate cu fascicul de ioni

O limitare majoră a implantării ionice este adâncimea sa mică de penetrare, în jur de sute de nanometri, insuficientă pentru modificarea suprafeței, în special a metalelor. Pentru a rezolva acest lucru, combinarea implantării ionice cu depunerea filmului formează tehnologia de modificare a suprafeței cu depunere asistată cu fascicul de ioni.

Depunerea asistată cu fascicul de ioni este o nouă tehnică de modificare a suprafeței care combină implantarea ionică cu depunerea în film subțire în fază de vapori. Cu energie redusă a fasciculului ionic, ionii nu pătrund adânc; în timpul acoperirii, iradierea cu fascicul de ioni cu energie joasă-furnizează energie atomilor de film, îmbunătățind nuclearea și creșterea; bombardamentul produce filme elementare excelente; un anumit amestec de bombardament energetic poate sintetiza filme compuse cu stoichiometrie ideală. Acest lucru permite creșterea continuă a peliculelor mai groase la energii de bombardament mai mici.

(1) Efecte produse de tehnologia de depunere asistată cu fascicul de ioni

Efecte fizice: bombardarea ionică pre-acoperire sau pulverizarea prin pulverizare desorb impuritățile adsorbite și moleculele de ulei de la suprafață, îmbunătățind considerabil starea interfeței și aderența-la stratului de substrat. În timpul acoperirii, energia cinetică ionică este reglabilă de la zeci la sute de eV. Ionii energizați care se ciocnesc cu substratul sau atomii de film transferă energie, provocând coliziuni în cascadă și amestecarea reculului, lărgind stratul de amestec al interfeței. În unele aplicații de precizie, combinarea cu aLampa UV 172nmpentru pre{0}}curățarea îmbunătățește și mai mult efectele fizice.

Efecte chimice: Filmele obișnuite de nitrură (de exemplu, TiN, CrN, AlN) și filme de oxid (de exemplu, Al₂O₃, SiO₂) preparate prin depunere asistată cu fascicul ionic folosesc de obicei ioni reactivi pentru bombardament. Pe suprafața filmului, acești ioni reacționează cu atomii depuși sau din substrat pentru a forma compuși. Această reacție chimică de suprafață stă la baza depunerii asistate cu fascicul de ioni reactivi. Bombardamentul cu energie înaltă rupe legăturile slabe, reformându-le pe cele mai puternice pentru compușii stoichiometrici.

(2) Efectele depunerii asistate cu fascicul de ioni

Iradierea fasciculului de ioni se sincronizează cu depunerea filmului, aplicând modificări auxiliare pe tot parcursul. Efectele cheie includ aderență îmbunătățită a filmului-la substrat, morfologia structurii, stresul filmului, densitatea și compoziția/performanța stratului de tranziție. După cum se arată în Figura 9-8, filmele post-IBAD sunt mai dense, îmbunătățind semnificativ performanța. În procesele moderne, integrarea ocazională cu abec de 222 nmiradierea ultravioletă auxiliară optimizează și mai mult densitatea.

Sisteme de depunere asistată cu fascicul de ioni

În teorie, orice echipament de acoperire cu vid de bază poate adăuga o sursă de ioni de bombardare auxiliară pentru a forma un sistem de depunere asistată cu fascicul de ioni.

Această tehnologie oferă sosirea simultană a particulelor de film și a ionilor de bombardament la suprafața piesei de prelucrat.

(1) Metoda de evaporare a fasciculului de electroni

Depunerea asistată de fascicul de ioni pe baza evaporării-de electroni: materialul se evaporă prin tunul de electroni, în timp ce fasciculul de ioni iradiază piesa de prelucrat, compactând structura peliculei pentru o organizare densă. În unele aplicații extinse, auxiliarLampa UV 172nmpermite tratarea sincronă a suprafeței.

(2) Metoda de pulverizare cu fascicul de ioni