لمبة 222 نانومتر، 172 نانومتر شعاع أيون مصباح UV -الترسيب المساعد ومصدر أيونات الطاقة المنخفض-
الترسيب بمساعدة شعاع الأيون
المفهوم الأساسي للترسيب بمساعدة الشعاع الأيوني (IBAD)
الترسيب بمساعدة الشعاع الأيوني (IBAD)تستخدم في المقام الأول حزمًا أيونية منخفضة الطاقة- للمساعدة في تعديل سطح المادة.
(1) خصائص الترسيب المساعد للأيونات -: أثناء عملية الطلاء، يحدث الترسيب في وقت واحد مع التشعيع بواسطة شعاع أيوني نشط. يتم قصف جزيئات الفيلم المترسبة على سطح الركيزة بشكل مستمر بواسطة الأيونات النشطة من مصدر الأيون.
(2) تأثيرات الترسيب الأيوني - المساعد: تقوم الأيونات عالية الطاقة - بقصف وإزالة جزيئات الفيلم غير المتماسكة على الفور؛ ومن خلال نقل الطاقة، تكتسب الجسيمات المترسبة طاقة حركية أكبر، وبالتالي تحسين أنماط التنوي والنمو؛ يتم ضغط هيكل الفيلم بشكل مستمر، مما يجعل الفيلم الرقيق أكثر كثافة؛ إذا تم حقن أيونات الغاز التفاعلية، يمكن أن تتشكل طبقة مركبة ذات تركيبة متكافئة على سطح المادة، مع عدم وجود واجهة بين الطبقة المركبة والركيزة.
مصادر الأيونات لترسيب الشعاع الأيوني بمساعدة
إن خاصية الترسيب بمساعدة شعاع الأيونات هي أن ذرات الغشاء (الجزيئات المترسبة) على سطح الركيزة يتم قصفها بشكل مستمر بواسطة أيونات منخفضة الطاقة -من مصدر الأيون، مما يؤدي إلى هياكل غشاء رقيق كثيفة للغاية وتحسين أداء الفيلم. طاقة الشعاع الأيوني هي E أقل من أو تساوي 500 فولت. تشمل مصادر الأيونات شائعة الاستخدام ما يلي:مصدر أيون كوفمان, نهاية-مصدر أيون القاعة, مصدر أيون طبقة الأنود, مصدر أيون قاعة الكاثود المجوف، ومصدر أيون الترددات اللاسلكية. يمكن أيضًا دمج هذه المصادر الأيونية، في بعض تطبيقات الطلاء البصري، مع ألمبة 222 نانومترأومصباح الأشعة فوق البنفسجية 172 نانومترلتنظيف السطح المساعد أو معالجة التنشيط لتعزيز جودة الفيلم.
(1) مصدر أيون كوفمان
المصدر أيون كوفمانهو مصدر أيون خيوط ساخنة. إنه يتميز بكاثود ساخن ينبعث منه إلكترونات حرارية للحفاظ على التفريغ. يحيط بالقطب أنود أسطواني، ويتأين الغاز بين القطبين. تتم إضافة مغناطيس دائم لتحسين كفاءة التأين، مما يتسبب في دوران الإلكترونات تحت المجال الكهرومغناطيسي، مما يزيد من احتمال الاصطدام بغاز الأرجون. يحتوي مصدر أيون كوفمان على شبكتين: شبكة الشاشة وشبكة المسرع. تصطدم الإلكترونات المنبعثة من الكاثود بالغاز، مما يؤدي إلى تأينه؛ تمر الأيونات الناتجة عبر الثقوب الموجودة في شبكة الشاشة لتكوين شعاع أيوني، يتم استخلاصه بواسطة شبكة المسرع، ويتم تحييده بواسطة مُعادل قبل قصف الركيزة أو الهدف مباشرة. يمنع التعادل تراكم الشحنات على الركيزة، مما قد يؤدي إلى صد الأيونات اللاحقة.
يعمل مصدر أيون كوفمان عند ضغوط منخفضة تتراوح من 10⁻² إلى 10⁻¹ Pa، مع جهد تفريغ منخفض يبلغ حوالي 50 فولت، وتيار تفريغ يتراوح بين 1–2 أمبير، وجهد شعاع الأيون يتراوح بين 100–1000 فولت، وكثافة تيار الحزمة تبلغ 20–40 ميكرو أمبير/سم². إنه يوفر مزايا مثل عدم الحساسية للبيئة، والتلوث المنخفض، وانخفاض تسخين قطعة العمل، والقدرة على الترسيب البارد، وانخفاض إطلاق الغازات، مما يجعله مستخدمًا على نطاق واسع في إعداد الأغشية الرقيقة البصرية، وخاصة في السيناريوهات التي يتم التحكم فيها بدقة{10} حيث يمكن أن يساعد في التكامل معلمبة 222 نانومترللمعالجة المسبقة بالأشعة فوق البنفسجية-.
(2) النهاية-مصدر أيون القاعة
النهاية-مصدر أيون القاعةوهو أيضًا مصدر أيوني يعتمد على الخيوط-. يقع خيوط الكاثود فوق القطب الموجب، مع وجود مغناطيس دائم أسفل القطب الموجب؛ هذا المصدر ليس لديه شبكات. تشكل الإلكترونات الحرارية المنبعثة من الكاثود فوق الأنود حلقة - على شكل هالة تحت المجالات الكهرومغناطيسية المتعامدة. يتم تسريع الأيونات لأعلى ولأسفل بواسطة جهد الكاثود وتيار هول، مما يزيد من احتمالية الاصطدام.
يستخرج مصدر أيون القاعة- حزم الأيونات ذات الطاقات 50-150 فولت، والحد الأقصى لتيار الشعاع 1500 مللي أمبير، وفراغ التشغيل من 9×10⁻³ إلى 6×10⁻² Pa، ويعمل مع غازات مثل الأرجون والأكسجين والنيتروجين والهواء. إنه يوفر كثافة تدفق أيونية عالية، وزاوية تباعد كبيرة، وسهولة الصيانة، وهو الخيار المفضل لمعدات الطلاء البصري ذات النهاية المنخفضة. End-تُستخدم مصادر أيونات الهالة بشكل شائع في طبقات تبخير شعاع الإلكترون، ويتم دمجها أحيانًا معمصباح الأشعة فوق البنفسجية 172 نانومترلتعزيز تأثيرات تعديل السطح.
تستخدم كل من مصادر أيونات كوفمان وإند-خيوطًا ساخنة، مما يجعلها عرضة للتآكل بواسطة الغازات التفاعلية، مع كفاءة أقل وعمر افتراضي أقصر.
(3) مصدر أيون قاعة الكاثود المجوف
نظرًا لعمر الفتيل القصير في مصادر هول، ظهرت مصادر أيونات هول الكاثود المجوفة التي تستخدم تفريغ الكاثود المجوف لتوليد الإلكترون. إنها لا تحتوي على أي خيوط، مع أنود ومجال مغناطيسي، باستخدام أنابيب التنتالوم أو معادن حرارية أخرى للكاثود المجوف لإصدار تيار تفريغ عالي الكثافة-. بالمقارنة مع مصادر أيونات هول، فإن مصادر أيونات هول ذات الكاثود المجوف توفر العديد من المزايا، كما هو موضح في الجدول 9-1.
في تقنية الطلاء الأيوني الحديثة، يوفر مصدر الأيون هذا استقرارًا أعلى، وفي بعض التطبيقات، يمكن أن يقترن بـلمبة 222 نانومترلتحقيق مستويات تلوث أقل.
جدول 9-1 مقارنة الخصائص بين مصدر أيون قاعة الكاثود المجوف ومصدر أيون القاعة
| مميزة | مصدر أيون قاعة الكاثود المجوفة | مصدر هول ايون |
|---|---|---|
| خيوط | لا أحد | نعم |
| درجة حرارة الفضاء / درجة | 70 | 200 |
| تلوث المنتج | لا أحد | نعم |
| وقت التشغيل / ساعة | 100 | 10 |
| أيون شعاع الحالي /أ | 1–3 | 5–7 |
| الغازات العاملة | الأكسجين والغازات الخاملة | الغازات الخاملة |
(4) مصدر أيون الترددات اللاسلكية
المصدر أيون الترددات اللاسلكيةعبارة عن مصدر أيوني بدون خيوط مزود بملف حث خارجي لتأيين الغاز، واستخلاص الأيونات عبر الأنود لتحقيق تدفق أيوني طويل المدى-. إنه يوفر طاقة شعاع عالية، ووقت تشغيل طويل يزيد عن 1000 ساعة، والتوافق مع أي غاز عامل، وتأثير درجة حرارة الفضاء أقل من 70 درجة، وعدم تلوث المنتج. وفي المجالات البصرية، فإن عمرها الطويل يناسب التكامل مع أمصباح الأشعة فوق البنفسجية 172 نانومترلعمليات الإنتاج المستمرة.
(5) مصدر أيون طبقة الأنود
المصدر أيون طبقة الأنودهو مصدر أيون بارد بدون خيوط. يتم تأين غاز العمل المُدخل ليشكل منطقة بلازما، مع وجود الأنود في الأسفل والكاثودات في المنتصف والمحيط. تنجرف الإلكترونات الناتجة عن التفريغ بين الكاثود والأنود في حلقة مغلقة تحت المجالات الكهرومغناطيسية في منطقة البلازما؛ يعمل المجال الكهربائي على تسريع الأيونات بعيدًا عن القطب الموجب. يتيح تباعد الأنود- الكاثود تفريغ التوهج بسلاسة عبر نطاق فراغ واسع.
يمكن أن تكون مصادر الأيونات بطبقة الأنود مستطيلة، مع طول مطابق لحامل قطعة العمل. إنهم يلعبون أدوارًا رئيسية في-تنظيف قطع العمل قبل الطلاء وتنشيط سطح ركائز البوليمر المرنة، وأحيانًا باستخداملمبة 222 نانومترمساعد لتحسين كفاءة التنشيط.
آثار ترسيب الشعاع الأيوني بمساعدة
أحد القيود الرئيسية على زرع الأيونات هو عمق اختراقها الضحل، حوالي مئات النانومترات، وهو غير كافٍ لتعديل السطح، خاصة المعادن. ولمعالجة ذلك، فإن الجمع بين زرع الأيونات وترسيب الأفلام يشكل تقنية تعديل سطح ترسيب الشعاع الأيوني.
الترسيب بمساعدة شعاع الأيونات هو تقنية جديدة لتعديل السطح تجمع بين زرع الأيونات وترسيب الأغشية الرقيقة في مرحلة البخار. مع انخفاض طاقة شعاع الأيونات، لا تخترق الأيونات بعمق؛ أثناء الطلاء، يوفر التشعيع بشعاع أيوني منخفض الطاقة-طاقة لفيلم الذرات، مما يؤدي إلى تحسين النواة والنمو؛ ينتج عن القصف أفلام عنصرية ممتازة؛ يمكن لخلط قصف الطاقة المعين تصنيع الأفلام المركبة باستخدام قياس العناصر الكيميائية المثالي. وهذا يسمح بالنمو المستمر للأغشية الأكثر سمكًا عند طاقات القصف المنخفضة.
(1) التأثيرات الناتجة عن تقنية الترسيب بمساعدة شعاع الأيون
التأثيرات الفيزيائية: يؤدي القصف الأيوني -الطلاء المسبق أو الرش بالرش إلى امتصاص الشوائب الممتصة وجزيئات الزيت من السطح، مما يؤدي بشكل كبير إلى تحسين حالة الواجهة والتصاق الركيزة بالفيلم-. أثناء الطلاء، تكون الطاقة الحركية الأيونية قابلة للضبط من عشرات إلى مئات الإلكترونات فولت. تقوم الأيونات النشطة التي تتصادم مع ذرات الركيزة أو الفيلم بنقل الطاقة، مما يتسبب في تصادمات متتالية وخلط ارتدادي، مما يؤدي إلى توسيع طبقة خلط الواجهة. في بعض التطبيقات الدقيقة، يتم الجمع مع أمصباح الأشعة فوق البنفسجية 172 نانومترلأن التنظيف المسبق-يعمل على تحسين التأثيرات المادية بشكل أكبر.
التأثيرات الكيميائية: أفلام النتريد الشائعة (على سبيل المثال، TiN، CrN، AlN) وأفلام الأكسيد (على سبيل المثال، Al₂O₃، SiO₂) المحضرة بواسطة الترسيب بمساعدة شعاع الأيونات تستخدم عادةً الأيونات التفاعلية للقصف. على سطح الفيلم، تتفاعل هذه الأيونات مع الذرات المترسبة أو الركيزة لتكوين مركبات. هذا التفاعل الكيميائي السطحي يكمن وراء الترسيب بمساعدة شعاع الأيونات التفاعلية. يؤدي قصف الطاقة العالية- إلى كسر الروابط الضعيفة، مما يؤدي إلى إصلاح الروابط القوية للمركبات المتكافئة.
(2) آثار ترسيب الشعاع الأيوني بمساعدة
يتزامن تشعيع الشعاع الأيوني مع ترسيب الفيلم، مع تطبيق التعديل الإضافي طوال الوقت. تشتمل التأثيرات الرئيسية على تحسين التصاق طبقة الفيلم-، وشكل البنية، وإجهاد الفيلم، والكثافة، وتكوين/أداء الطبقة الانتقالية. كما هو موضح في الشكل 9-8، أصبحت أفلام ما بعد IBAD أكثر كثافة، مما يؤدي إلى تحسين الأداء بشكل ملحوظ. في العمليات الحديثة، التكامل العرضي مع ألمبة 222 نانومتريعمل التشعيع فوق البنفسجي المساعد على تحسين الكثافة.
أنظمة الترسيب بمساعدة الشعاع الأيوني
من الناحية النظرية، يمكن لأي معدات طلاء فراغ أساسية إضافة مصدر أيوني قصف مساعد لتشكيل نظام ترسيب بمساعدة شعاع أيوني.
تتميز هذه التقنية بالوصول المتزامن لجزيئات الفيلم والأيونات المقذوفة إلى سطح قطعة العمل.
(1) طريقة التبخر بشعاع الإلكترون
تبخر شعاع الإلكترون -الترسيب بمساعدة شعاع الأيون: تتبخر المادة عبر مدفع الإلكترون بينما يقوم شعاع الأيون بإشعاع قطعة العمل، مما يؤدي إلى ضغط بنية الفيلم من أجل تنظيم كثيف. في بعض التطبيقات الموسعة، مساعدمصباح الأشعة فوق البنفسجية 172 نانومتريتيح المعالجة السطحية المتزامنة.
