172 nm Eksimer chiroq va vakuum fizikasining asosiy bilimlari
Vakuum fizikasi asoslari
Ion qoplama texnologiyasi vakuumli bug'lanish qoplamasidan kelib chiqqan va hozir deyarli faqat vakuum muhitida amalga oshiriladi. Vakuumdagi qoplama jarayonlarining ahamiyati va o'ziga xos xususiyatlarini tushunish uchun quyida vakuum bilan bog'liq fundamental bilimlar kiritiladi.
2.1 Vakuum
2.1.1 Vakuumning ta'rifi
Vakuum odatda bir standart atmosferadan (1 atm) past bosimga ega bo'lgan gaz holatini anglatadi. Oddiy atmosfera sharoitlari bilan solishtirganda, gaz juda kam uchraydi: birlik hajmdagi molekulalar soni sezilarli darajada kamayadi, molekulalar o'rtasidagi yoki boshqa zarralar (elektronlar, ionlar) bilan to'qnashuv ehtimoli sezilarli darajada kamayadi va birlik sirt maydoniga (masalan, kamera devoriga) molekulyar ta'sirlar soni ham sezilarli darajada kamayadi. Bu uzoq o'rtacha erkin yo'l 172 nm eksimer lampalar va boshqa vakuumli ultrabinafsha manbalar uchun ideal muhitni ta'minlaydi, bu esa fotonlarning deyarli hech qanday yutilishsiz substratga etib borishiga imkon beradi.
2.1.2 Vakuumning hosil bo'lishi
Vakuumni tabiiy vakuum va sun'iy vakuumga ajratish mumkin:
Tabiiy vakuum Atmosfera bosimi balandlik bilan kamayadi. Dengiz sathida standart atmosfera bosimi 1,01325 × 10⁵ Pa ni tashkil qiladi. 10 km dan yuqori balandlikda har 15 km balandlikda bosim taxminan bir darajaga pasayadi.
Sun'iy vakuum Sun'iy vakuum vakuum nasoslari yordamida muhrlangan idishdan gazni chiqarish orqali hosil bo'ladi. Ion qoplama texnologiyasida ishlatiladigan vakuum sun'iy vakuum bo'lib, unda kamera qoplamadan oldin kerakli bosim darajasiga evakuatsiya qilinadi. Ultra{2}}yuqori vakuumli (UHV) qoplama tizimlarida adsorbsiyalangan gazlarni keyingi tozalash uchun-insitu tozalash uchun ko'pincha 172 nm eksimer chiroq ishlatiladi.
Vakuumning xususiyatlari va qonunlarini tushunish vakuum ionlarini qoplash texnologiyasi, jumladan vakuum fizikasi, vakuumni olish, vakuumni o'lchash va vakuumni qo'llash texnologiyalari bo'yicha mutaxassislar uchun asosiy bilim sohalaridan biridir.
2.1.3 Vakuum darajasining ahamiyati
Vakuum darajasi Gazning kamayishi darajasi vakuum darajasi (yoki vakuum darajasi) deb ataladi, odatda bosim bilan ifodalanadi. Pastroq bosim kamroq molekulalar va yuqori vakuum darajasini anglatadi.
Bosim birliklari SI birligi paskal (Pa). Umumiy konvertatsiya aloqalari 2-1-jadvalda ko'rsatilgan.
Jadval 2-1 Bosim birligini konvertatsiya qilish
| Pa | Torr | mbar | atm |
|---|---|---|---|
| 7.500×10⁻³ | 10⁻² | 10⁻² | |
| 1.333×10² | 1 | 1.333 | 1.315×10⁻³ |
| 100 | 0.750 | 1 | |
| 1.013×10⁵ | 760 | 1013 | 1 |
Bosimning kelib chiqishi Bosim ko'p sonli termal harakatlanuvchi gaz molekulalarining idish devoriga doimiy tasodifiy to'qnashuvi natijasida yuzaga keladi.
Vakuum diapazonlari va tipik nasoslarning tasnifi
Kam vakuum: 1×10⁵ Pa dan 1×10² Pa gacha → aylanuvchi qanotli nasoslar, surma vanali nasoslar
Oʻrtacha vakuum: 1×10² Pa dan 1×10⁻¹ Pa gacha → Roots nasoslari, kuchaytiruvchi nasoslar
Yuqori vakuum: 1×10⁻¹ Pa dan 1×10⁻⁵ Pa gacha → moy diffuziya nasoslari, turbomolekulyar nasoslar
Ultra{0}}yuqori vakuum: < 1×10⁻⁵ Pa (odatda 10⁻⁸ Pa yoki undan pastroq) → püskürtme{4}}ion nasoslari, titan sublimatsiya nasoslari, kriopompalar, oluvchi nasoslar
UHV tizimlarida 172 nm eksimer chiroq kamerani in{1}}situ UV-ozon bilan tozalash uchun keng qo'llaniladi. Uning 172 nm vakuumli ultrabinafsha nurlanishi atomik kislorod va ozonni samarali hosil qilib, qoldiq uglevodorodlarni kuchli ravishda yo'q qiladi va fonda juda past ifloslanishni ta'minlaydi.
Turli vakuum darajalarida molekulyar zichlik Vakuum mutlaq emas, nisbiydir. 0 daraja va 1 atm haroratda har sm³ ga 2,687 × 10¹⁹ molekula to'g'ri keladi. Hatto 10⁻⁸ dan 10⁻⁹ Pa (UHV) gacha bo'lsa ham, har bir sm³ uchun taxminan 33-330 molekula qoladi. Bunday darajalarda 172 nm eksimer chiroq chiqaradigan fotonlarning oʻrtacha erkin yoʻli bir necha metrdan oʻnlab metrgacha yetadi va gazsi deyarli yutmaydi, bu esa sirtni oʻzgartirish va foto{12}}yordamli choʻkma uchun juda samarali boʻladi.
2.2 Gaz molekulyar harakatining asosiy qonunlari
Vakuumdagi gazlar ideal gazlar sifatida qaraladi va ularning molekulyar harakati ideal gaz nazariyasi yordamida muhokama qilinadi.
2.2.1 Ideal gazlarning kinetik nazariyasi
Ideal gaz modelining asosiy taxminlari ① Molekulalar molekulalararo masofalarga nisbatan ahamiyatsiz hajmga ega nuqta massalari sifatida qaraladi. ② Molekulalar to'xtovsiz, tasodifiy harakatda bo'ladi. ③ Molekulalar mukammal elastik qattiq sharlar boʻlib, ular uzoq masofaga taʼsir qilmaydigan-; barcha energiya kinetikdir va to'qnashuvlar mukammal elastik (impuls va energiyaning saqlanishi), o'rtacha tezlik yoki ichki energiya emas, balki faqat yo'nalishni o'zgartiradi.
Bu taxminlar past bosim va katta molekulalararo masofalar tufayli vakuum tizimlarida juda yaxshi o'rin tutadi.
Qoplash texnologiyasida amaliy ahamiyati. Yuqori{0}}vakuumli va ultra{1}}yuqori{2}}vakuumli qoplama jarayonlarida 172 nm eksimer chiroq ko'pincha vakuumli ultrabinafsha manba sifatida ishlatiladi:
Substratni -insitu tozalash (adsorblangan suv va uglevodorodlarning fotolizi),
Yuzaki faollashuv (yopishishni yaxshilash uchun osilgan bog'lanishlarni yaratish),
VUV-yordamli CVD yoki ALD yotqizish.
Yuqori vakuum tufayli 172 nm fotonlarning 100% ga yaqini gaz fazasini yutmasdan ish qismi yuzasiga etib boradi, bu esa jarayon samaradorligi va plyonka sifatini keskin oshiradi.
