Hệ thống khối phổ ứng dụng trong lĩnh vực màng mỏng, kỹ thuật bề mặt và plasma

Sự phát triển của màng mỏng và các phương pháp lắng đọng chúng đã góp phần cải thiện đáng kể nhiều ngành công nghiệp trong thế kỷ qua. Những ngành công nghiệp này bao gồm: điện tử bán dẫn, vật liệu ghi từ tính, mạch tích hợp, đèn LED, lớp phủ quang học (chẳng hạn như lớp phủ chống phản xạ), lớp phủ cứng để bảo vệ dụng cụ, dược phẩm, y học và nhiều ngành khác.

Xử lý màng mỏng đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu, phát triển và chức năng hóa các bề mặt. Ứng dụng của công nghệ này rất rộng rãi trong các lĩnh vực: điện tử vi mô, công nghệ nano, quang điện, cơ học, quang học, photonics, dệt may, phủ bề mặt, hóa học, sinh học và y học.

Các kỹ thuật xử lý màng mỏng:

• • Phún xạ magnetron: Kỹ thuật phủ màng mỏng bằng cách bắn phá cathode kim loại bằng các ion được tạo ra trong từ trường.
  • ALD (Atomic Layer Deposition): Phương pháp lắng đọng nguyên tử theo lớp, cho phép kiểm soát độ dày màng ở cấp độ nguyên tử.
  • CVD (Chemical Vapor Deposition): Kỹ thuật lắng đọng màng mỏng từ pha khí, sử dụng các phản ứng hóa học giữa các khí tiền thân.
  • MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition): Biến thể của CVD sử dụng các hợp chất kim loại hữu cơ làm tiền thân.
  • PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition): CVD được hỗ trợ bằng plasma, giúp cải thiện tốc độ lắng đọng và tính chất của màng.
  • MBE (Molecular Beam Epitaxy): Kỹ thuật lắng đọng màng mỏng epitaxial từ các chùm tia phân tử.
  • RIE (Reactive Ion Etching): Kỹ thuật khắc plasma sử dụng các ion phản ứng để khắc chọn lọc vật liệu.
  • IBE/RIBE (Ion Beam Etch and Reactive Ion Beam Etch): Kỹ thuật khắc vật liệu bằng chùm tia ion hoặc chùm tia ion phản ứng.

Mỗi kỹ thuật thường được sử dụng cho một ứng dụng cụ thể, đòi hỏi các tham số quy trình đặc biệt để tạo ra các tính chất bề mặt/màng mong muốn. Khối phổ tứ cực Hiden cung cấp cái nhìn sâu sắc về quá trình xử lý và đặc tính của màng mỏng, cho phép tối ưu hóa sản xuất màng mỏng và chất lượng bề mặt. Các hệ thống Hiden được cấu hình riêng lẻ để đảm bảo đáp ứng tối ưu độ nhạy và tốc độ trong phân tích.

Ứng dụng

 Kiểm soát các thành phần phản ứng quan trọng trong quá trình phủ quang học màng mỏng

Hệ thống Hiden bao gồm các tùy chọn giao diện dữ liệu tiêu chuẩn toàn ngành để cho phép tích hợp kiểm soát sản xuất tự động. Máy phân tích khí dư Hiden có độ nhạy cực cao có thể phát hiện hơi nước, hydrocarbon và rò rỉ, cho phép giám sát sản xuất. Dòng máy phân tích khí dư Hiden bao gồm các hệ thống để theo dõi nhiều kỹ thuật sản xuất gia công khác nhau, bao gồm bay hơi, plasma, CVD và sputtering magnetron.

Phân tích màng mỏng và kỹ thuật bề mặt

Máy phổ khối lượng Hiden được sử dụng để kiểm soát quá trình bao gồm phát hiện điểm cuối SIMS của quá trình khắc màng mỏng bằng chùm ion của màng mỏng từ tính, các lớp III-V bao gồm gali arsenide và màng mỏng siêu dẫn bao gồm YBaCuO (yttrium bari đồng oxit), và để theo dõi thông lượng khi cần kiểm soát chính xác sự phát triển màng trong MBE (phun rào phân tử).

Khoa mặt bề mặt chân không cực sâu (UHV)

Máy khối phổ của Hiden được thiết kế để thu thập dữ liệu nhanh chóng và cung cấp khả năng phát hiện cực kỳ nhạy cho cả ion âm và ion dương trong 7 decade liên tục. Với các cấu hình đặc biệt, bao gồm các đầu vào gating riêng biệt và các chế độ phân tích đa kênh MCA, máy phổ khối Hiden có thể đáp ứng các yêu cầu của nhiều phương pháp thử nghiệm XHV/UHV khác nhau

Phân tích vật liệu nano bằng FIB-SIMS

Tích hợp khả năng đo khối phổ ion thứ cấp cho hệ thống FIB hiện có, mang lại khả năng phân tích vật liệu ở cấp độ nano có độ nhạy cao. FIB-SIMS có thể cung cấp dữ liệu nguyên tố quan trọng dựa trên phát hiện đồng vị và ion (nguyên tử và phân tử), với phạm vi ứng dụng phù hợp, rộng rãi.

Phân tích lắng đọng plasma – Phún xạ Magnetron

Thuật ngữ ‘lắng đọng plasma’ bao gồm nhiều kỹ thuật lắng đọng hơi khác nhau sử dụng plasma để lắng đọng vật liệu ‘nguồn’ lên chất nền. Những kỹ thuật như vậy thường được sử dụng để tăng cường các đặc tính bề mặt như độ cứng, khả năng kháng hóa chất và độ bám dính; hoặc để truyền đạt các đặc tính quang học hoặc điện tử cụ thể.

Phún xạ magnetron là một kỹ thuật lắng đọng trong đó plasma (thường là khí trơ như argon) được giới hạn từ tính xung quanh ‘mục tiêu’ của vật liệu nguồn được lắng đọng trên chất nền. Các ion năng lượng cao trong plasma ăn mòn mục tiêu, giải phóng các nguyên tử khỏi bề mặt của nó. Các nguyên tử được giải phóng, trung hòa về điện và có thể thoát khỏi từ trường, sau đó được lắng đọng trên chất nền, tạo thành một màng mỏng.

Các quy trình phún xạ magnetron điển hình được thực hiện trong môi trường chân không cao để giảm thiểu sự hiện diện của chất gây ô nhiễm. Việc giam giữ plasma xung quanh mục tiêu bằng từ trường mạnh cho phép nhiều va chạm ion hóa hơn giữa các electron plasma và chất khí trung tính gần bề mặt mục tiêu, làm tăng mật độ plasma và tạo ra tốc độ lắng đọng cao hơn. Ngoài ra, việc giam giữ các electron trong plasma sẽ ngăn ngừa thiệt hại do tác động trực tiếp của các electron này với chất nền hoặc màng đang phát triển.

Lớp phủ chống mài mòn, màng chống ăn mòn, chất bôi trơn màng khô, màng quang học và màng trang trí nằm trong số các ứng dụng phún xạ magnetron DC điển hình.

Sự phát triển các quá trình phún xạ Magnetron hiệu quả dựa vào việc đo chính xác các thông số plasma như thành phần, mật độ và năng lượng ion. Các hệ thống khối phổ của Hiden Analytical được sản xuất và tối ưu hóa cho việc phân tích plasma, tương quan các điều kiện plasma trong quá trình lắng đọng Magnetron với các đặc tính của màng thu được.

Plasma Etching & ALE (khắc lớn nguyên tử)

Trong quá trình xử lý plasma, điều quan trọng là duy trì các điều kiện plasma tối ưu cho quá trình. Atomic Layer Etching (ALE) là một quy trình hai bước cho phép khắc chính xác từng lớp nguyên tử đáng tin cậy. Bước đầu tiên là tạo lớp phản ứng trên bề mặt. Bước thứ hai, loại bỏ lớp này và lớp nền bên dưới theo cách tự giới hạn. Đối với bước thứ hai để tự giới hạn, điều quan trọng là năng lượng ion phải cao hơn ngưỡng bắn phá của lớp phản ứng nhưng thấp hơn ngưỡng của lớp nền. Các thông lượng gốc và ion cũng quan trọng đối với việc hình thành lớp phản ứng. Hiden PSM hoặc EQP sử dụng để theo dõi cả thông lượng của các gốc và ion và năng lượng của chúng theo thời gian thực.

Nghiên cứu đặc tính Plasma

Nhiều quy trình công nghiệp sử dụng plasma điện, và các ứng dụng mới đang phát triển nhanh chóng. Trong ngành vi điện tử, nhu cầu về năng suất cao hơn và kích thước thiết bị nhỏ hơn đồng nghĩa với việc khả năng tái tạo và hiểu biết quy trình là rất quan trọng. Đầu dò plasma của Hiden đo một số thông số plasma quan trọng và cung cấp thông tin chi tiết liên quan đến hóa học phản ứng plasma.