222 нм лампа, іонний промінь УФ-лампи 172 нм-допоміжне осадження та низько{3}}енергетичне джерело іонів
Осадження за допомогою іонного променя
Основна концепція осадження за допомогою іонного променя (IBAD)
Осадження за допомогою іонного променя (IBAD)переважно використовує низько{0}}енергетичні іонні промені, щоб допомогти модифікувати поверхню матеріалу.
(1) Характеристики іонного -осадження: під час процесу нанесення покриття відбувається одночасно з опроміненням іонним пучком під напругою. Частинки осадженої плівки на поверхні підкладки безперервно бомбардуються іонами під напругою з джерела іонів.
(2) Ефекти іонного-осадження: високо{2}}енергетичні іони швидко бомбардують і видаляють нещільно зв’язані частинки плівки; за допомогою передачі енергії осідають частинки отримують більшу кінетичну енергію, тим самим покращуючи моделі зародження та росту; структура плівки безперервно ущільнюється, роблячи тонку плівку щільнішою; якщо вводити реактивні іони газу, на поверхні матеріалу може утворитися складний шар зі стехіометричним складом без межі між шаром сполуки та підкладкою.
Джерела іонів для осадження за допомогою іонного променя
Характеристика осадження за допомогою іонного променя полягає в тому, що атоми плівки (осаджені частинки) на поверхні підкладки безперервно бомбардуються іонами низької-енергії з джерела іонів, що призводить до дуже щільних тонкоплівкових структур і покращення характеристик плівки. Енергія пучка іонів E менше або дорівнює 500 еВ. Зазвичай використовувані джерела іонів включають:Джерело іонів Кауфмана, End-джерело іонів Холла, джерело іонів анодного шару, Джерело іонів Холла з порожнистим катодом, іДжерело радіочастотних іонів. Ці джерела іонів у певних застосуваннях оптичного покриття також можна поєднувати з a222 нм лампочкаабоУФ лампа 172 нмдля додаткового очищення поверхні або активаційної обробки для подальшого підвищення якості плівки.
(1) Джерело іонів Кауфмана
TheДжерело іонів Кауфманає гарячим джерелом іонів. Він має гарячий катод, який випромінює термоелектронні електрони для підтримки розряду. Циліндричний анод оточує катод, а газ іонізується між двома електродами. Постійні магніти додаються для підвищення ефективності іонізації, змушуючи електрони обертатися по спіралі під електромагнітним полем, збільшуючи ймовірність зіткнення з газоподібним аргоном. Джерело іонів Кауфмана має дві сітки: екранну та прискорювальну. Електрони, що вилітають з катода, стикаються з газом, іонізуючи його; отримані іони проходять через отвори в сітці екрану, щоб утворити іонний пучок, який виділяється сіткою прискорювача та нейтралізується нейтралізатором перед прямим бомбардуванням підкладки або мішені. Нейтралізація запобігає накопиченню заряду на підкладці, який може відштовхувати наступні іони.
Джерело іонів Кауфмана працює при низькому тиску від 10⁻² до 10⁻¹ Па, з низькою напругою розряду близько 50 В, струмом розряду 1–2 А, напругою пучка іонів 100–1000 еВ і щільністю струму пучка 20–40 мкА/см². Він пропонує такі переваги, як нечутливість до навколишнього середовища, низьке забруднення, низьке нагрівання заготовки, здатність холодного осадження та низьке виділення газів, що робить його широко використовуваним у підготовці оптичних тонких плівок, особливо в сценаріях із точним{10}}контролем, де він може сприяти інтеграції з222 нм лампочкадля попередньої-обробки ультрафіолетом.
(2) Кінцеве-джерело іонів Холла
TheEnd-джерело іонів Холлатакож є джерелом іонів-на основі нитки. Нитка катода розташована над анодом, а постійні магніти — під анодом; це джерело не має сіток. Термоелектронні електрони, випущені з катода над анодом, утворюють кільцевий -струм Холла під впливом ортогональних електромагнітних полів. Іони прискорюються вгору та вниз під дією катодного потенціалу та струму Холла, збільшуючи ймовірність зіткнення.
Джерело іонів End-Hall виділяє пучки іонів з енергією 50–150 еВ, максимальним струмом пучка 1500 мА, робочим вакуумом від 9×10⁻³ до 6×10⁻² Па та працює з такими газами, як аргон, кисень, азот і повітря. Він забезпечує високу щільність потоку іонів, великий кут розбіжності, легке обслуговування та є кращим вибором для недо{9}}обладнання для оптичного покриття. End-Джерела іонів Холла зазвичай використовуються в електронно-променевих випарних установках для нанесення покриттів, іноді в поєднанні зУФ лампа 172 нмдля посилення ефекту модифікації поверхні.
Джерела іонів Кауфмана та Енд-Холла використовують гарячі нитки розжарення, що робить їх сприйнятливими до корозії реактивними газами, з меншою ефективністю та коротшим терміном служби.
(3) Джерело іонів Холла з порожнистим катодом
Через короткий термін служби нитки розжарювання в джерелах Холла з’явилися джерела іонів Холла з порожнистим катодом, які використовують розряд з порожнистим катодом для генерації електронів. У них немає нитки розжарення, з анодом і магнітним полем, порожнистим катодом використовують танталові трубки чи інші тугоплавкі метали для випромінювання розрядного струму високої-щільності. Порівняно з джерелами іонів Холла джерела іонів Холла з порожнистим катодом мають багато переваг, як показано в таблиці 9-1.
У сучасній технології іонного покриття це джерело іонів забезпечує вищу стабільність і, у деяких випадках, може поєднуватися з a222 нм лампочкадля досягнення нижчих рівнів забруднення.
Таблиця 9-1 Порівняння характеристик між джерелом іонів Холла з порожнистим катодом і джерелом іонів Холла
| Характеристика | Джерело іонів Холла з порожнистим катодом | Джерело іонів Холла |
|---|---|---|
| Нитка розжарення | жодного | так |
| Температура приміщення / градус | 70 | 200 |
| Забруднення продукту | Жодного | так |
| Час роботи /год | 100 | 10 |
| Струм іонного пучка /A | 1–3 | 5–7 |
| Робочі гази | Кисень, інертні гази | Інертні гази |
(4) Джерело радіочастотних іонів
TheДжерело радіочастотних іонівце безниткове джерело іонів із зовнішньою індукційною котушкою для іонізації газу, вилучення іонів через анод для-потоку іонів далекого діапазону. Він забезпечує енергію дальнього світла, тривалий час роботи понад 1000 годин, сумісність з будь-яким робочим газом, вплив температури приміщення нижче 70 градусів і відсутність забруднення продукту. В оптичних полях його довгий термін служби підходить для інтеграції з aУФ лампа 172 нмдля безперервних виробничих процесів.
(5) Джерело іонів анодного шару
Theджерело іонів анодного шаруце джерело холодних іонів без нитки розжарювання. Введений робочий газ іонізується з утворенням плазмової області з анодом у нижній частині та катодами в середині та на периферії. Електрони від розряду між катодом і анодом дрейфують у замкнутому кільці під впливом електромагнітних полів у плазмовій області; електричне поле прискорює іони від анода. Відстань між катодом-анодом забезпечує плавний тліючий розряд у широкому діапазоні вакууму.
Джерела іонів з анодним шаром можуть бути прямокутними, довжина яких відповідає тримачу заготовки. Вони відіграють ключову роль у-очищенні заготовок перед нанесенням покриття та активації поверхні полімерних гнучких підкладок, іноді за допомогою222 нм лампочкадопоміжний для підвищення ефективності активації.
Ефекти осадження за допомогою іонного променя
Основним обмеженням іонної імплантації є її мала глибина проникнення, близько сотень нанометрів, недостатня для модифікації поверхні, особливо металів. Щоб вирішити цю проблему, поєднання іонної імплантації з осадженням плівки формує технологію модифікації поверхні осадження за допомогою іонного променя.
Осадження за допомогою іонного променя – це нова техніка модифікації поверхні, яка поєднує іонну імплантацію з осадженням тонкої плівки з парової фази. При низькій енергії пучка іонів іони не проникають глибоко; під час нанесення покриття низько{1}}енергетичне іонне опромінення забезпечує енергією атоми плівки, покращуючи зародження та зростання; бомбардування дає чудові елементарні плівки; певне змішування енергетичного бомбардування може синтезувати складні плівки з ідеальною стехіометрією. Це дозволяє безперервно рости більш товсті плівки при менших енергіях бомбардування.
(1) Ефекти, створені технологією осадження за допомогою іонного променя
Фізичні ефекти: іонне бомбардування або розпилення перед нанесенням покриття десорбує адсорбовані домішки та молекули олії з поверхні, значно покращуючи стан поверхні та адгезію плівки-до основи. Під час нанесення покриття кінетична енергія іонів регулюється від десятків до сотень еВ. Енергетичні іони, стикаючись з атомами підкладки або плівки, передають енергію, спричиняючи каскадні зіткнення та змішування віддачі, розширюючи межі змішування шару. У деяких точних програмах, поєднуючи з aУФ лампа 172 нмдля попереднього-очищення додатково посилює фізичні ефекти.
Хімічні ефекти: звичайні нітридні плівки (наприклад, TiN, CrN, AlN) і оксидні плівки (наприклад, Al₂O₃, SiO₂), отримані за допомогою осадження за допомогою іонного променя, зазвичай використовують реакційноздатні іони для бомбардування. На поверхні плівки ці іони реагують з осадженими атомами або атомами підкладки, утворюючи сполуки. Ця поверхнева хімічна реакція лежить в основі осадження за допомогою реактивного іонного променя. Високо{7}}енергетичне бомбардування руйнує слабкі зв’язки, перетворюючи міцніші на стехіометричні сполуки.
(2) Ефекти осадження за допомогою іонного променя
Опромінення іонним пучком синхронізується з осадженням плівки, застосовуючи всюди допоміжну модифікацію. Основні ефекти включають покращене зчеплення-плівки з підкладкою, морфологію структури, напругу плівки, щільність і склад/продуктивність перехідного шару. Як показано на малюнку 9-8, плівки після IBAD щільніші, що значно покращує продуктивність. У сучасних процесах випадкова інтеграція з a222 нм лампочкадопоміжне ультрафіолетове опромінення додатково оптимізує щільність.
Системи осадження за допомогою іонного променя
Теоретично будь-яке основне обладнання для вакуумного покриття може додати допоміжне джерело іонів бомбардування для формування системи осадження за допомогою іонного променя.
Ця технологія характеризується одночасним надходженням частинок плівки та іонів бомбардування на поверхню заготовки.
(1) Метод електронно-променевого випаровування
Електронно-променеве випаровування-за допомогою іонного променя: матеріал випаровується за допомогою електронної гармати, тоді як іонний промінь опромінює заготовку, ущільнюючи структуру плівки для щільної організації. У деяких розширених додатках допоміжнийУФ лампа 172 нмзабезпечує синхронну обробку поверхні.
