Метод электронно-лучевого испарения в PVD: физика и применение
Метод электронно-лучевого испарения (ЭЛИ) можно отнести к термическим методам физического осаждения тонких пленок из газовой фазы (англ. Physical Vapor Deposition, PVD). Однако он имеет ряд особенностей, таких как возможность использовать большие объемы испаряемых материалов, достигать высоких температур и больших скоростей осаждения, минимизации влияния материала тигля на покрытие и ряд других.
Этим методом можно наносить широкий спектр как металлических, так и диэлектрических покрытий. Таким образом, электронно-лучевое испарение нашло широкое распространение на производственных линиях во многих областях, включая производство оптических покрытий, микроэлектронику, производство полупроводниковых устройств и др.
Оглавление
Физические основы процесса
В этом методе, как и при термическом напылении, материал испаряют за счет нагрева. Однако источником тепла в данном случае служит поток электронов.
Большинство представленных на рынке испарителей используют термическую эмиссию электронов. Катод представляет собой нить накала, сделанную из вольфрама или его сплавов. При пропускании электрического тока катод нагревается и начинает испускать электроны. Далее электроны ускоряются высоким напряжением до энергий в несколько килоэлектронвольт, а затем при помощи управляющих магнитных полей направляются на испаряемый материал и фокусируются.
Материал располагают в тигле, охлаждаемом водой. В результате место нагрева очень локализовано, в процессе испарения участвует только небольшая часть материала. Система управления лучом позволяет перенаправлять электронный поток в нужное место, контролируя процесс.
Ключевые аспекты технологии
- Электронный луч может достигать высоких плотностей мощности, что позволяет испарять даже самые тугоплавкие материалы, такие как вольфрам.
- Так как в этом методе место и интенсивность нагрева являются контролируемыми, можно достичь высоких скоростей осаждения пленки (выше, чем при магнетронном и термическом методах).
За счет контроля положения луча можно добиться эффективного использования материала. Каждый раз направляя электроны в новую позицию, можно израсходовать практически весь материал, при этом не загрязнив покрытие материалом тигля.- Современные системы на производственных линиях используют испарители с несколькими тиглями, вплоть до 30. Это позволяет наносить многослойные покрытия в одном техпроцессе, поочередно подставляя тигли с различными материалами под электронный луч.
- В системе с несколькими тиглями в каждый момент времени используется только один из них, остальные защищены крышкой, чтобы избежать взаимного напыления материалов.
- Катод стараются спрятать от прямого потока испаряемых частиц или от других воздействий в камере. Таким образом, в зависимости от системы, электронный луч поворачивается магнитным полем на 270 или на 180 градусов. Это позволяет увеличить срок эксплуатации катодной нити накала и уменьшить вероятность возникновения нежелательных разрядов.
- Иногда при нагреве электронным лучом составные молекулы испаряемого материала, такого как оксид или нитрид, могут частично диссоциировать. В этом случае в камеру напускают небольшое количество кислорода или азота, для того чтобы восстановить молекулу до требуемого состояния.
Ионное ассистирование
Для увеличения адгезии, а также плотности пленки применяют метод ионного ассистирования (англ. Ion Assisted Deposition, IAD). Он заключается в том, что на подложку, совместно с потоком вещества из испарителя, направляется поток ионов из отдельно стоящего ионного источника.
Этот поток ионов передает энергию напыляемым атомам, что позволяет контролировать некоторые свойства пленки (плотность, адгезию, коэффициент преломления и др.).
Так, например, при нанесении оптических покрытий, пленки с применением ионного ассистирования обладают большей плотностью и более предсказуемым коэффициентом преломления, что критически важно при создании интерференционных фильтров. Спектры таких фильтров более стабильны и меньше зависят от параметров окружающей среды.
Кроме контроля свойств напыляемого покрытия, перед напылением можно провести ионную чистку подложки или ее активацию. В качестве рабочего газа для ионного источника часто используют аргон. Также, при напылении диэлектрических покрытий, к аргону можно добавить кислород или азот, что позволяет совместить ассистирование и реактивный процесс.
Источник создает поток ионов с широким энергетическим спектром, со средними энергиями от нескольких десятков электронвольт до нескольких килоэлектронвольт, в зависимости от типа источника. Распространёнными типами ионных источников для ассистирования являются end-Hall, источник с анодным слоем и сеточный ВЧ источник.
«АкадемВак» — технологии под ваши задачи: от идеи до производства
Компания «АкадемВак» расположена в сердце Сибири, в Новосибирском Академгородке. Мы разрабатываем, производим и поставляем современные установки вакуумного напыления, которые подходят для решения широкого круга задач - от научных исследований до серийного производства.
Широкий модельный ряд и разнообразная компоновка позволяют подобрать решение, максимально адаптированное под задачу клиента.
- Высокопроизводительные вакуумные установки напыления серии ACADEMVAC-PRO: вакуумные камеры большого объема, мощная система откачки, полностью автоматизированная система управления. Предназначены для серийного производства.
- Компактные установки напыления серии ACADEMVAC-Tabletop: небольшие установки напыления, возможны исполнения с ручной системой управления для снижения стоимости. Подходят для лабораторных и исследовательских задач, для знакомства с тонкопленочными технологиями. Чаще всего эти установки оснащаются магнетронами с диаметром мишени 2 или 3 дюйма, термическими испарителями.
- Универсальные вакуумные установки напыления серии ACADEMVAC-M/T: установки среднего размера, максимально гибкая платформа для кастомизации. Обеспечивают гибкость в выборе методов получения тонкоплёночных покрытий (включая электронно-лучевые испарители), средств откачки, контроля за процессами, аналитики, содержат возможности для дооснащения в будущем. Хорошо подходят для мелкосерийного производства, для выполнения широкого спектра задач.
- Сверхвысоковакуумные установки напыления серии ACADEMVAC-UHV: специализированные вакуумные установки, разработанные с целью обеспечить повышенные требования к чистоте процессов в сверхвысоковакуумных перспективных применениях.
Помимо напылительного оборудования, компания "АкадемВак" разрабатывает и производит установки травления, термовакуумных испытаний (ТВИ), вакуумные печи, а также узлы и комплектующие: вакуумные камеры, криогенные экраны, технологические источники, системы питания и управления.
Специалисты компании готовы оказать экспертную помощь в выборе оптимального технологического решения под ваши задачи. Напишите нам о Вашей задаче или ознакомьтесь с нашим каталогом.
