222 nm-es izzó, 172 nm-es UV lámpa ionsugár-segített leválasztás és alacsony-energiájú ionforrás
Ionsugárral segített leválasztás
Az ionsugárral segített leválasztás (IBAD) alapkoncepciója
Ionsugár-asszisztált leválasztás (IBAD)elsősorban alacsony{0}}energiájú ionnyalábokat alkalmaz az anyagfelület módosításának elősegítésére.
(1) Az ion-segített leválasztás jellemzői: A bevonási folyamat során a lerakódás az energiával ellátott ionsugárral történő besugárzással egyidejűleg történik. A szubsztrát felületén lerakódott filmrészecskéket folyamatosan bombázzák az ionforrás energizált ionjai.
(2) Az ion-segített lerakódás hatásai: A nagy-energiájú ionok azonnal bombázzák és eltávolítják a lazán megkötött filmrészecskéket; az energiaátvitel révén a lerakódott részecskék nagyobb kinetikus energiához jutnak, ezáltal javulnak a magképződési és növekedési minták; a filmszerkezetet folyamatosan tömörítik, így a vékonyréteg sűrűbbé válik; ha reaktív gázionokat injektálnak be, akkor az anyag felületén sztöchiometrikus összetételű összetett réteg képződhet, amelynek nincs határfelülete a vegyületréteg és a hordozó között.
Ionforrások ionsugárral segített leválasztáshoz
Az ionsugárral segített leválasztás jellemzője, hogy a szubsztrát felületén lévő filmatomokat (lerakódott részecskéket) folyamatosan bombázzák az ionforrásból származó alacsony{0}}energiájú ionok, ami nagyon sűrű vékonyréteg-struktúrákat és jobb filmteljesítményt eredményez. Az ionsugár energiája E kisebb vagy egyenlő, mint 500 eV. Az általánosan használt ionforrások a következők:Kaufman ionforrás, Vége-Hall-ionforrás, anódréteg ionforrás, üreges katód Hall ionforrás, ésRF ionforrás. Ezek az ionforrások bizonyos optikai bevonatolási alkalmazásoknál kombinálhatók a222nm-es izzóvagy172nm-es UV lámpasegédfelület tisztításhoz vagy aktiváló kezeléshez a film minőségének további javítása érdekében.
(1) Kaufman ionforrás
AKaufman ionforrásforró filamentumos ionforrás. Forró katóddal rendelkezik, amely termionos elektronokat bocsát ki a kisülés fenntartása érdekében. A katódot egy hengeres anód veszi körül, és a két elektróda között gáz ionizálódik. Állandó mágneseket adnak hozzá, hogy javítsák az ionizációs hatékonyságot, aminek következtében az elektronok spiráloznak az elektromágneses mező alatt, növelve az argongázzal való ütközés valószínűségét. A Kaufman ionforrásnak két rácsja van: egy képernyőrács és egy gyorsítórács. A katódból kibocsátott elektronok gázzal ütköznek, ionizálják azt; a keletkező ionok áthaladnak a szűrőrácson lévő lyukakon, és ionnyalábot képeznek, a gyorsítórács kivonja, és semlegesítővel semlegesíti, mielőtt közvetlenül bombázná a hordozót vagy a célpontot. A semlegesítés megakadályozza a töltés felhalmozódását a hordozón, ami taszíthatja a következő ionokat.
A Kaufman ionforrás alacsony, 10-10-10 Pa nyomáson, 50 V körüli kisülési feszültséggel, 1-2 A kisülési árammal, 100-1000 eV ionsugárfeszültséggel és 20-40 μA/cm² sugáráram-sűrűséggel működik. Olyan előnyöket kínál, mint a környezetre való érzéketlenség, alacsony szennyeződés, alacsony munkadarab-melegedés, hidegleválasztási képesség és alacsony gázkibocsátás, így széles körben alkalmazzák az optikai vékonyréteg-előkészítésben, különösen precíziós{10}}ellenőrzött forgatókönyvekben, ahol elősegítheti a222nm-es izzóultraibolya elő{0}}kezeléshez.
(2) Vége-Hall-ionforrás
AVége-Hall-ionforrásizzószál{0}}alapú ionforrás is. A katód izzószál az anód felett helyezkedik el, az anód alatt pedig az állandó mágnesek; ennek a forrásnak nincsenek rácsai. Az anód feletti katódból kibocsátott termionos elektronok gyűrű alakú Hall-áramot alkotnak ortogonális elektromágneses mezők hatására. Az ionokat felfelé és lefelé gyorsítja a katódpotenciál és a Hall-áram, növelve az ütközés valószínűségét.
Az End{0}}Hall ionforrás 50–150 eV energiájú, 1500 mA maximális sugáráramú, 9×10⁻3–6×10⁻² Pa üzemi vákuumú ionnyalábokat von ki, és olyan gázokkal dolgozik, mint az argon, az oxigén, a nitrogén és a levegő. Nagy ionfluxus-sűrűséget, nagy eltérési szöget, egyszerű karbantartást biztosít, és ez az előnyben részesített választás alacsony kategóriás optikai bevonóberendezésekhez. Vége-A Hall-ionforrásokat általában az elektronsugaras párologtató bevonatokban használják, néha kombinálva172nm-es UV lámpafelületmódosító hatások fokozására.
Mind a Kaufman, mind az End{0}}Hall ionforrások forró filamenteket használnak, így érzékenyek a reaktív gázok által okozott korrózióra, alacsonyabb hatásfokkal és rövidebb élettartammal.
(3) Üreges katód csarnok ionforrás
A Hall-források izzószálának rövid élettartama miatt megjelentek az üreges katódú Hall-ionforrások, amelyek üreges katódos kisülést használnak elektrongenerálásra. Nem tartalmaznak izzószálat, anóddal és mágneses mezővel, tantálcsöveket vagy más tűzálló fémeket használnak az üreges katódhoz, amely nagy{1}}sűrűségű kisülési áramot bocsát ki. A Hall-ionforrásokhoz képest az üreges katódos Hall-ionforrások számos előnnyel rendelkeznek, amint azt a 9-1. táblázat mutatja.
A modern ionozási technológiában ez az ionforrás nagyobb stabilitást biztosít, és bizonyos alkalmazásokban párosítható a222nm-es izzóalacsonyabb szennyezettségi szint elérése érdekében.
9-1. táblázat: Az üreges katód hall-ionforrás és a hall-ion-forrás jellemzőinek összehasonlítása
| Jellegzetes | Üreges katód csarnok ionforrás | Hall ionforrás |
|---|---|---|
| Szál | Egyik sem | Igen |
| Térhőmérséklet/fok | 70 | 200 |
| A termék szennyeződése | Egyik sem | Igen |
| Működési idő /h | 100 | 10 |
| Ionsugár áram /A | 1–3 | 5–7 |
| Munkagázok | Oxigén, inert gázok | Inert gázok |
(4) RF ionforrás
ARF ionforrásegy szál nélküli ionforrás egy külső indukciós tekercssel a gáz ionizálására, és az anódon keresztül vonja ki az ionokat a hosszú hatótávolságú ionáramlás érdekében. Nagy sugárzási energiát, hosszú, több mint 1000 órás működési időt, bármilyen munkagázzal kompatibilitást, 70 fok alatti térhőmérséklet-hatást és termékszennyeződésmentességet kínál. Az optikai területeken hosszú élettartama megfelel az integrációnak a172nm-es UV lámpafolyamatos gyártási folyamatokhoz.
(5) Anódréteg ionforrás
Aanódréteg ionforrásizzószál nélküli hideg ionforrás. A bevezetett munkagázt ionizálják, hogy plazmarégiót képezzenek, az anód alul, a katód pedig a közepén és a periférián. A katód és az anód közötti kisülésből származó elektronok zárt gyűrűben sodródnak elektromágneses mezők hatására a plazmatartományban; az elektromos tér felgyorsítja az ionokat az anódtól. A katód-anód távolság egyenletes izzást tesz lehetővé széles vákuumtartományban.
Az anódrétegű ionforrások lehetnek téglalap alakúak, amelyek hossza megegyezik a munkadarab tartójával. Kulcsszerepet játszanak a munkadarab bevonás előtti-tisztításában és a rugalmas polimer szubsztrátumok felületaktiválásában, néha egy222nm-es izzósegédeszköz az aktiválás hatékonyságának javítására.
Az ionsugárral segített lerakódás hatásai
Az ionimplantáció fő korlátja a kis, több száz nanométer körüli behatolási mélység, amely nem elegendő a felület módosításához, különösen a fémek esetében. Ennek megoldására az ionimplantáció és a filmleválasztás kombinálása ionsugárral segített leválasztásos felületmódosítási technológiát hoz létre.
Az ionsugárral segített leválasztás egy új felületmódosítási technika, amely az ionimplantációt gőzfázisú vékonyréteg-leválasztással kombinálja. Alacsony ionsugár energiával az ionok nem hatolnak be mélyen; a bevonat során az alacsony-energiájú ionsugaras besugárzás energiát biztosít a film atomjainak, javítva a magképződést és a növekedést; a bombázás kiváló elemi filmeket eredményez; bizonyos energiabombázásos keveréssel ideális sztöchiometriájú összetett filmeket lehet szintetizálni. Ez lehetővé teszi a vastagabb filmek folyamatos növekedését alacsonyabb bombázási energiák mellett.
(1) Az ionsugár-asszisztált leválasztási technológia által létrehozott effektusok
Fizikai hatások: A bevonat előtti ionbombázás vagy porlasztás deszorbeálja a felületről az adszorbeált szennyeződéseket és olajmolekulákat, nagymértékben javítva a felület állapotát és a film{1}}alapanyag tapadását. A bevonat során az ionok kinetikai energiája több tíztől több száz eV-ig hangolható. A szubsztrátum vagy film atomjaival ütköző energizált ionok energiát adnak át, ami kaszkádütközéseket és visszaütési keveredést okoz, kiszélesítve a határfelület keverőrétegét. Egyes precíziós alkalmazásoknál kombinálva a172nm-es UV lámpamert az elő{0}}tisztítás tovább fokozza a fizikai hatásokat.
Kémiai hatások: Az ionsugárral segített leválasztással előállított nitridfilmek (pl. TiN, CrN, AlN) és oxidfilmek (pl. Al2O3, SiO2) jellemzően reaktív ionokat használnak a bombázáshoz. A film felületén ezek az ionok reakcióba lépnek a lerakódott vagy szubsztrát atomokkal, és vegyületeket képeznek. Ez a felületi kémiai reakció áll a reaktív ionsugárral segített lerakódás hátterében. A nagy-energiájú bombázás megszakítja a gyenge kötéseket, az erősebbeket sztöchiometrikus vegyületekké alakítja.
(2) Az ionsugárral segített lerakódás hatásai
Az ionsugaras besugárzás szinkronizálódik a filmleválasztással, mindenhol segédmódosítást alkalmazva. A kulcsfontosságú hatások közé tartozik a film{1}}szubsztrátum jobb tapadása, a szerkezet morfológiája, a filmfeszültség, a sűrűség és az átmeneti réteg összetétele/teljesítménye. Amint a 9-8. ábrán látható, az IBAD utáni filmek sűrűbbek, jelentősen javítva a teljesítményt. A modern folyamatokban alkalmankénti integráció a222nm-es izzóa kiegészítő ultraibolya besugárzás tovább optimalizálja a sűrűséget.
Ionsugárral segített leválasztási rendszerek
Elméletileg bármely alapvető vákuumbevonatoló berendezés hozzáadhat egy kiegészítő bombázó ionforrást egy ionsugárral segített leválasztási rendszer kialakításához.
Ennek a technológiának a jellemzője a filmrészecskék és a bombázóionok egyidejű megérkezése a munkadarab felületére.
(1) Elektronsugaras párologtatási módszer
Elektronsugaras elpárologtatás-alapú, ionsugárral segített leválasztás: Az anyag elektronágyúval párolog el, míg az ionsugár besugározza a munkadarabot, tömöríti a filmszerkezetet a sűrű szerveződés érdekében. Egyes kiterjesztett alkalmazásoknál kisegítő172nm-es UV lámpaszinkron felületkezelést tesz lehetővé.
