Источники ионов ИИ

Источники ионов ИИ (ООО «Лаборатория вакуумных технологий плюс») работают по принципу ускорителя с анодным слоем. В зазоре между протяжённым анодом и магнитными полюсами, выполняющими роль катода, поддерживается разряд в скрещенных электрическом и магнитном полях. Ионы рождаются в тонком прианодном слое и ускоряются полем, образуя пучок с расхождением не более 2°. В источнике нет сеток и накального катода: реактивные газы ему не вредят, а ресурс не ограничен расходуемыми электродами.

Пучку не нужен катод-компенсатор: заряд компенсируется электронами вторичной плазмы, которая возникает вокруг самого пучка. Состав установки упрощается: от источника требуются только специализированный блок питания (БП 351, БП 356.01), подвод газа и охлаждающей воды.

Ток пучка регулируется расходом рабочего газа. В рабочем диапазоне ионный ток прямо пропорционален расходу до определённого предела, своего для каждого газа. Свыше предела разряд переходит в сильноточный режим: напряжение падает, разрядный ток в несколько раз превышает допустимый, формирование пучка нарушается, электроды катода распыляются. Работать в этом режиме нельзя. Средняя энергия ионов равна примерно половине напряжения питания, поэтому напряжение выбирают под задачу: низкие энергии для очистки и ассистирования, высокие для распыления.

У протяжённых моделей пучок линейный: ионы распределены равномерно вдоль щели источника, длина пучка у серийных моделей составляет от 100 до 825 мм, а линейная плотность ионного тока до 25 мА/см сохраняется по всей длине. Такой пучок располагают вдоль вращающегося барабана: закреплённые на его поверхности изделия при вращении равномерно проходят через слой ионов. Источник крепят за торец или за заднюю стенку на стенке камеры, внутри или снаружи барабана. В установке НИКА-151 источник размещён снаружи, в НИКА-158 внутри, в НИКА-146 работают сразу два источника: один внутри, другой снаружи.

Для очистки подложек и ассистирования напыления обычно используют аргон, кислород или азот. Аргон применяется при распылении материалов и очистке металлических и полупроводниковых подложек. Кислородом очищают оксидные подложки: стекло, керамику, ситалл. Он хорошо удаляет органические загрязнения и не загрязняет подложку распылённым с оснастки металлом. Кислород также используют при ассистировании напыления оксидов. Азот подходит для очистки подложек из органических материалов и для ассистирования при напылении нитридов.

Типовые операции с протяжённым пучком: очистка подложек перед нанесением покрытий, ионное травление, ионная полировка, модификация поверхности, ассистирование при магнетронном и термическом напылении. Рабочее давление в камере начинается от 0,001 Па. Верхняя граница для каждой модели указана в её характеристиках, нижняя ограничена только возможностями откачки: чем меньше давление, тем чище обработка.

Отдельная модификация ИИ-52 формирует самый компактный в семействе пучок: цилиндрический, с наружным диаметром 24 мм, при этом такой же протяжённый, как у остальных источников, и с тем же малым расхождением. Источник концентрирует мощность на малой площади и потому лучше всех подходит для распыления мишеней диаметром до 50 мм из любого материала: металлов, включая ферромагнитные, диэлектриков, драгоценных и просто дорогих материалов, порошков. Мишень расходуется экономно, в работу идёт только её центральная зона.

При распылении источник размещают так, чтобы пучок падал на мишень под углом около 30°. Это относится ко всем источникам серии, и к протяжённым тоже. Под этим углом скорость распыления максимальна, распылённый материал летит по нормали к поверхности мишени, где располагают подложку, и не запыляет сам источник, который к тому же стараются отнести подальше, насколько позволяет камера. Отражённые ионы уходят по закону отражения в сторону от подложки и не повреждают структуру растущей плёнки; для напыления прозрачных проводящих покрытий, например ITO, это существенно.

Основные характеристики источников ионов:

• напряжение питания 500–5000 В, средняя энергия ионов 250–2500 эВ;
• линейная плотность ионного тока до 25 мА/см;
• максимальный ток пучка от 120 до 2000 мА в зависимости от модели;
• длина линейного пучка от 100 до 825 мм;
• расхождение пучка не более 2°;
• рабочие газы: аргон, кислород, азот и другие, не вызывающие осаждения высокоомных слоёв на деталях устройства;
• работа без катода-компенсатора, без сеток и накальных катодов;
• ресурс более 10 лет интенсивной эксплуатации.

Технические характеристики конкретной модели: длина и ток пучка, рабочий диапазон напряжений, габариты. Они приведены в карточке каждой модели.