سیستم های کندوپاش (2)

کندوپاش باریکه ی یونی

در سیستم تخلیه ی درخشان، فشار گاز به حدی بالاست که مولکول های گازی در طی رشد لایه نازک، تابش انجام می دهند. این مسئله موجب ورود ناخالصی های گازی در لایه ی کندوپاش شده، می شود. در سیستم کندوپاش باریکه ی یونی، یون های برخورد کننده، در منبع یونی، تولید می شود. هدف در محفظه ی کندوپاش بوسیله ی باریکه ی یونی بمباران می شود که این بخش، از منبع یونی جداست (همانگونه که در شکل 1 مشاهده می شود). Chopra و Randlett پیشگامان کار بر روی رسوب دهی لایه ی نازک با استفاده از کندوپاش باریکه ی یونی هستند. آنها سیستم کندوپاش باریکه ی یونی ساختند و نشان دادند که چگونه این سیستم برای رسوب دهی لایه های نازک فلزی و لایه های عایق، استفاده می شود. منبع یونی از یک نوع سیستم ایجاد یونی تشکیل شده است که در آن، یک تخلیه ی قوس الکتریکی برای ایجاد یون های مورد نیاز برای کندوپاش، استفاده می شود. یک باریکه ی یونی تعریف شده با جریانی تا حد 500 میکرو آمپر در یک ناحیه ی سطحی 1 سانتیمتر مربعی، ایجاد می شود و یون های حاصله وارد محفظه ی خلأ می شود. فشار کاری محفظه در حد است و ولتاژ تسریع کننده نیز در حد 50 ولت تا 2 کیلوولت است.
منبع باریکه ی یونی نوع Kaufman، با استفاده از تکنولوژی لایه ی نازک، تولید شده است. این نوع از منابع، به طور نمونه وار دارای یک محفظه ی پلاسمایی به همراه منبع یونی است. در این ساختار، یک کاتد فیلمانی داغ وجود دارد. یون های ایجاد شده در منبع می تواند با استفاده از حفرات شبکه ای تشدید شود و بدین صورت، یک باریکه ی یونی مسطح تشکیل می شود.
جریان باریکه ی یونی در گستره ی 10 mA تا چند آمپر است. این جریان به ابعاد منبع وابسته است. انرژی یونی می تواند در گستره ی 0.5 تا 2.5 کیلوولت باشد. فشار گازی مربوط به محفظه ی کندوپاش، به طور نمونه وار در گستره ی تا می باشد. این نوع از سیستم ها ، به طور گسترده برای اچ کندوپاشی وسایل نیمه رسانا، استفاده می شود. علاقه ی روز افزون برای کندوپاش باریکه ی یونی نه تنها برای فرایندهای نیمه رسانا می باشد، بلکه برای توسعه ی مواد عجیب و غریب نیز می باشد. شکل 2 نشاندهنده ی یک سیستم کندوپاش باریکه ی یونی معمولی با منبع یونی Kaufman می باشد. خواص عملیاتی نمونه وار مربوط به منبع باریکه ی یونی تجاری، در جدول 1 آورده شده است. کاتد توخالی، منبع باریکه ی یونی و یا منبع باریکه ی یونی rf برای به عنوان منبع یونی اکسیژن، استفاده می شوند.

پلاسمای ECR

پلاسمای بر پایه ی میکروویو رزونانس سیکلوترونی الکترونی (ECR) در ابتدا برای استفاده در اچ رآکتیو و یا رسوب دهی، توسعه یافتند. به هر حال، یک تغییر در منبع، می تواند این توانایی را ایجاد کند که این سیستم برای رسوب دهی معمولی و یا رسوب دهی فعال، مورد استفاده قرار گیرد. تخلیه ی ECR بوسیله ی میدان الکتریکی rf پایدار می شود. شرایط ECR به صورت زیر می باشد:
که در اینجا، f نشاندهنده ی فرکانس میدان الکتریکی rf است. B نشاندهنده ی میدان مغناطیسی و e و m به ترتیب بار الکترونی و جرم است. برای سیستم ECR معمولی، f=2.45 GHz و B=874 gauss. یک سیستم کندوپاش ECR در شکل 3 نشان داده شده است. این سیستم از یک هدف حلقه ای با بایاس منفی تشکیل شده ات که در خروجی محفظه ی تخلیه، قرار دارد. بایاس هدف، در حد 0.4 تا 1.0 کیلو الکترون ولت است. از آنجایی که این سیستم به صورت شیمیایی از یک کاتد سرد پایدار، استفاده می کند، گازهای رآکتیو همچنین می تواند برای کندوپاش، استفاده شود. فشار عملیاتی در حد 12بوده است به نحوی که اتم های رسوب دهی شده بر روی نمونه، به صورت خطی به زیرلایه می رسند. جدول 2 خلاصه ای از خواص عملیاتی این سیستم کندوپاش می باشد.

کندوپاش فرکانس متوسط

کندوپاش دی الکتریک ها، با استفاده از کندوپاش مگنترونی rf انجام می شود. عموماً نرخ رسوب دهی از هدف دی الکتریک کمتر از نرخ کندوپاش فعال از هدف فلزی است. برای رسوب دهی با نرخ سریع دی الکتریک ها، کندوپاش فعال dc از هدف فلزی تحت حالت فلزی انجام می شود و بدین صورت، کندوپاش از کاتد فلزی انجام می شود. در این حالت، اکسیداسیون لایه در سطح زیرلایه انجام می شود. به هر حال، کندوپاش فعال قوسی، که به عنوان یک پیشرفت غیر منتظره برای تولید لایه های نازک دی الکتریک در نظر گرفته می شود، موجب شد تا یون های مثبت پر انرژی ایجاد شود. لایه های عایق همچنین بر روی سطح محفظه و یا آند، ایجاد می شود. وقتی لایه ی عایق موجود بر روی آند، ضخیم شود، تخلیه ی کندوپاشی پایدار می شود. این پدیده، پدیده ی "ناپدید شدن آند" نامیده می شود. مسئله ی ایجاد شده برای آند، با استفاده از یک تمیزکننده ی آندی، رفع می شود. یکی از راه های تمیز کردن آند، استفاده از کاتدهای مگنترونی دوگانه یا دوقلو می باشد.

شکل 4 نشاندهنده ی کاتد مگنترونی دوقلو می باشد که برای رسوب دهی سریع اکسیدهای فلزی و یا لایه های نیترید فلزی، مورد استفاده قرار می گیرد. کاتد مگنترونی، حاوی یک جفت هدف فلزی است. کاتد به منبع تغذیه ی فرکانس متوسط و یا به منبع تغذیه ی dc پالسی وصل می شود که در این حالت، گستره ی فرکانس در حد 10 تا 100 kHz می باشد. واحدهای پالسی دو قطبی به صورت دوره ای ولتاژ مگنترون منفرد را معکوس می کند و بدین صورت موجب خنثی شدن بارهای سطحی می شود. کندوپاش فعال، موجب تولید لایه های اکسیدی و یا لایه های نیتریدی می شود. در هر زمان، یکی از کاتدهای مگنترونی دارای پتانسیل منفی است و به عنوان کاتد کندوپاش، تلقی می شود در حالی که دیگری، نقش آند دارد. پلاریته ی تغییر کننده، موجب می شود تا آند تمیز شود. این مسئله حتی در زمان پوشش دهی نیز مشاهده می شود و بدین صورت، از ایجاد تخلیه ی قوسی، جلوگیری می شود.

مگنترون دوگانه، یک راه حل موفقیت آمیز برای مسئله ی "ناپدید شدن آند" می باشد. این بخش نیازمند دو هدف است. شکل 5 نشاندهنده ی یک کاتد مگنترونی منفرد با آندهای خود تمیز شونده، می باشد. دو آند در اینجا، وجود دارد یک سیستم دو آنده که هر کدام به یک طرف از منبع ac وصل می شود. هر المان اندی به عنوان یک آند واقعی عمل می کند و کاتدهای کندوپاش شده، به پلاریته ی منبع توان ac عمل می کند. تناوب پیوسته ی ولتاژ و جریان، موجب می شود تا نواحی عایق آند حفظ شوند. سیستم دو آنده، می تواند آندهای پایداری مهیا کند که به صورت دوره ای سطح هدف کاتدی و آندی را تخلیه می کند و از تشکیل قوس، جلوگیری می کند.
در مگنترون پالسی، گستره ی فرکانس متوسط برای تولید یک سیستم پوشش وسیع استفاده می شود. از این روش، در تولید لایه های اکسید سیلیسیم و آلومینا، استفاده می شود.
تکنولوژی کندوپاش MF بعد از دهه ی 1990 توسعه یافت. این تکنولوژی همچنین برای عمل آوری زیرلایه ها، استفاده می شود.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Thin Film Materials Technology /Kiyotaka Wasa