过滤阴极真空电弧（FCVA）技术.pdf

新加坡纳峰科技私人有限公司纳峰真空镀膜（上海）有限公司过滤阴极真空电弧（FCVA）技术纳峰纳峰概要•FCVA技术介绍•与DLC技术的比较•NTI技术的重点•FCVA技术•背景•挑战•FCVA源的设计•阴极电弧源•异面双弯装置•性能表现介绍介绍•长久以来阴极电弧沉积被用于低级的硬质镀膜•过滤阴极真空电弧最初在俄国研制发展•在80年代，AustraliaU及LawrenceLivermoreUSA振兴了FCVA在TiN及其他镀膜的研究•在80年代末及90年代初,SydneyU及CambridgeU开始应用FCVA制作及研究ta-C膜•NTU于1993年开始研究及开发工作•首两项专利申请于1995年2月•在镀膜技术方面总共有8项专利介绍介绍•Australia,Veeco(CSC)及Cambridge的设计方法•45至90度之间的单弯过滤导管•LawrenceLivermoreLab的设计方法•在真空室内弯曲•脉冲电源•无接触打火•NTI的设计方法•异面双弯过滤器•便于生产及维修的设计介绍介绍非晶碳膜磁控溅射镀膜直线阴极电弧激光熔镀单或双离子束阴极电弧气相沉积曲线阴极电弧方形阴极电弧气相沉积异面双弯过滤阴极电弧全离子气相沉积(纳峰)介绍介绍•传统的镀膜技术包括物理气相沉积（PVD）及化学气相沉积（CVD）•过滤阴极真空电弧在硬盘驱动器工业（HDD）是一项已被接受的新镀膜技术–镀膜微粒是能量可调整的纯离子束•独特优异的膜层品质(例如ta-C)•镀膜时无显著的热能辐射，基材温度不需要冷却水便可保持在70°C以下•碳膜及金属膜无需气体输入•高沉积率介绍比较离子束数量E能量0100200300400500磁控溅射沉积及等离子强化CVDFCVAE0E0偏压介绍各种镀膜方法大致比较PVDPVDCVDCVDFCVAFCVA((溅射溅射))((等离子强化等离子强化CVDCVD))镀膜微粒原子反应分子100%离子峰值能量~0.1eV~1eV20to3000eV附着性能一般好很好镀膜气压1E-3Torr1E-3Torr1E-6Torr膜层密度~50－80%~80－100%~100%镀膜温度~120度>200度<80度工件尺寸可以很大小中等镀膜速率中到高小到中中到高原材料固体气体固体膜层均匀性10%5%4%膜层重复性10%10%5%膜层质量一般好很好操作成本一般高低到一般重点工作重点1.镀膜系统及等离子体源设计与制造•FCVA镀膜等离子体源•融合FCVA体源和其他镀膜技术的真空镀膜系统2.工艺技术开发3.薄膜材料研发重点•典型及定制的FCVA源及真空镀膜系统型号:MTCS-2103多功能装卸锁定镀膜系统型号:CS-1904大批量镀膜系统型号:CS-2103装卸锁定镀膜系统型号:FS1FCVA源型号:CS-2121批量镀膜系统重点•纳峰的FCVA技术受以下专利保护Model:MTCS-2103MultitaskLoadLockSystemModel:CS-1904BatchSystemModel:CS-2103LoadLockSystemModel:CS-2003R&DBatchSystemModel:FS1FCVAsource美国专利获准6,031,2396,262,5396,319,3696,338,79909/529966申请08/89441909/23611309/53000909/644072欧洲专利获准08112360811237申请97932940.6英国专利申请0010053.70010057.80010055.2日本专利申请521067/2001506712/1999521066/2001521065/2001中国专利申请97198178.7新加坡专利获准4556900686790068678006868045568申请9900387-3200004788-69项专利3项专利3项专利5项专利1项专利7项专利获准重点•薄膜材料研发Model:MTCS-2103MultitaskLoadLockSystemModel:CS-2103LoadLockSystemModel:CS-2003R&DBatchSystemModel:FS1FCVAsource数据储存工业数据储存工业qqtata--CC薄膜薄膜作为外保护层作为外保护层qqAlAl22OO33薄膜薄膜作为电介质功能层作为电介质功能层精密机械工业精密机械工业qqtata--CC薄膜薄膜作为硬质保护层作为硬质保护层qq陶瓷薄膜陶瓷薄膜TiNTiN,,TiCTiC,,AlNAlN,WC,,WC,用于摩擦学及装饰用于摩擦学及装饰qq透明薄膜透明薄膜AlAl22OO33等等..作为防化损保护层作为防化损保护层微电子工业微电子工业qq金属金属Cu,Ta,Cu,Ta,TaNTaN用于铜填充用于铜填充qq金属金属Cu,Ti,CrCu,Ti,Cr作为连接层作为连接层qqtata--CC和和AlAl22OO33薄膜薄膜作为电介质、防粘模及防作为电介质、防粘模及防腐蚀保护层腐蚀保护层qqITOITO透明电极透明电极FCVA技术VacuumarcsupplyOpticalviewportStrikerFilterfieldFocusingmagnetic field Substrate bias Gas Vacuum chamber Carbon plasma Substrate discharge chamber plasma bridge neutralizer RF ion beam Etching source arcing 图解 FCVA 技术 • 阴极: 直径50-80 mm, 99.999% 纯石墨盘 • 弯曲轴向的磁场和电场 • 滤掉无用的宏观粒子和 中性原子 FCVA FCVA 技术的图解 技术的图解 FCVA 技术 挑战 n 现况 – 世界上主要的研究小组 » 美国、英国、澳洲，其他... – 主要问题 » 粒子数量(10 3 到10 7 /cm 2 ) » 大面积均匀镀膜非常困难 » 沉积率低 » 薄膜品质不够好(sp 3 级分, H&E, 光学能带间隙) » 生产时的电弧控制 » 生产上的重复性及可靠性 » 维护及保养 CSC CSC 的 的 FCA FCA 源 源 FCVA 技术 FCVA 特性 § 阳极/阴极设计 • 稳定的电弧，全等离子束 流镀膜 § 异面双弯过滤器 • 较低的宏观粒子数量 (~1/cm 2 ) • 强化的等离子传输效率 § 等离子束扫描 • 可获得大面积均匀镀膜 § 其它创新特性 • 简易的维护与保养 • 良好的重复性 过滤 扫描 阳极 打火器 真空电弧 FCVA 技术 聚焦圈 扫描圈 异面双弯 研磨装置 阳极 打火装置 阴极(靶) 平台 FCVA 源的设计 FS 系列 • 装置于Shimadzu DLC-MR3CA 的FS1 – GMR 滑动磁头的镀膜应用 – 可替换的模块设计 – 优于±5% 的均匀性（沉淀范围可达φ 8” ） FCVA 技术 FCVA 技术 电弧斑点 FCVA 技术 电脑设计(FCVA 源) 磁场的电脑图形 FCVA 技术 Anode Coil Cylindrical Anode Cathode Cooled Cathode Support Cathode Coil Electrical Feedthrough Insulator Ignition Device Water Cooling Channels Attachment Flange Power Input Water Input Water Output Cathode Coil FCVA 源的阳极和阴 极图像设计 FCVA 技术 电脑设计(过滤器) 电脑模拟的等离子移动 磁场的电脑图形 FCVA 技术 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Radius(mm) T h i c k n e s s ( n m ) 1 2 3 优于+/-3% 的均匀性 FCVA 技术 20500 25500 30500 35500 40500 45500 0 5 10 15 20 25 30 Sample number E S S A C 1 s I n t e n s i t y C1s Intensity Average + 5% - 5% Repeatability : 3.78% Film thickness = 50Å FCVA 技术 双弯系统沉积的薄膜 经改进的双弯系统沉积的薄膜 传统过滤器沉淀的薄膜 1993 1996 1999