Lampu Excimer 172 nm dan Pengetahuan Asas Fizik Vakum

Lampu Excimer 172 nm dan Pengetahuan Asas Fizik Vakum

Asas Fizik Vakum

Teknologi penyaduran ion berkembang daripada salutan penyejatan vakum dan kini hampir secara eksklusif dilakukan dalam persekitaran vakum. Untuk memahami kepentingan dan ciri unik proses salutan dalam vakum, berikut memperkenalkan pengetahuan asas berkaitan vakum.

2.1 Vakum

2.1.1 Definisi Vakum

Vakum secara amnya merujuk kepada keadaan gas dengan tekanan lebih rendah daripada satu atmosfera standard (1 atm). Berbanding dengan keadaan atmosfera biasa, gas sangat jarang: bilangan molekul per unit isipadu sangat berkurangan, kebarangkalian perlanggaran antara molekul atau dengan zarah lain (elektron, ion) diturunkan dengan ketara, dan bilangan impak molekul per unit masa pada kawasan permukaan unit (cth, dinding ruang) juga berkurangan dengan ketara. Laluan bebas min yang panjang ini menyediakan persekitaran yang ideal untuk lampu excimer 172 nm dan sumber ultraungu vakum lain, membolehkan foton mencapai substrat dengan hampir tiada penyerapan.

2.1.2 Pembentukan Vakum

Vakum boleh dikelaskan kepada vakum semulajadi dan vakum buatan:

Vakum semulajadi Tekanan atmosfera berkurangan dengan ketinggian. Tekanan atmosfera standard pada paras laut ialah 1.01325 × 10⁵ Pa. Di atas 10 km, tekanan turun kira-kira satu urutan magnitud untuk setiap penambahan ketinggian 15 km tambahan.

Vakum tiruan Vakum tiruan dicipta dengan mengepam gas keluar gas dari bekas tertutup menggunakan pam vakum. Vakum yang digunakan dalam teknologi penyaduran ion adalah vakum buatan, di mana ruang dipindahkan ke tahap tekanan yang diperlukan sebelum salutan. Dalam sistem salutan vakum ultra-tinggi (UHV), lampu excimer 172 nm selalunya digunakan untuk pembersihan di-situ untuk mengalih keluar gas terjerap lagi.

Memahami ciri dan undang-undang vakum ialah salah satu bidang pengetahuan teras untuk profesional dalam teknologi penyaduran ion vakum, termasuk fizik vakum, pemerolehan vakum, pengukuran vakum dan teknologi aplikasi vakum.

2.1.3 Kepentingan Darjah Vakum

Darjah vakum Darjah jarang gas dipanggil darjah vakum (atau tahap vakum), biasanya dinyatakan dengan tekanan. Tekanan yang lebih rendah bermakna lebih sedikit molekul dan tahap vakum yang lebih tinggi.

Unit tekanan Unit SI ialah pascal (Pa). Perhubungan penukaran biasa ditunjukkan dalam Jadual 2-1.

Jadual 2-1 Penukaran Unit Tekanan

Asal tekanan Tekanan terhasil daripada perlanggaran rawak berterusan sejumlah besar molekul gas yang bergerak secara haba terhadap dinding bekas.

Klasifikasi julat vakum dan pam biasa

Vakum rendah: 1×10⁵ Pa hingga 1×10² Pa → pam ram berputar, pam injap gelongsor

Vakum sederhana: 1×10² Pa hingga 1×10⁻¹ Pa → Pam akar, pam penggalak

Vakum tinggi: 1×10⁻¹ Pa hingga 1×10⁻⁵ Pa → pam resapan minyak, pam turbomolekul

Vakum ultra-tinggi: < 1×10⁻⁵ Pa (biasanya turun kepada 10⁻⁸ Pa atau lebih rendah) → pam ion sputter-, pam sublimasi titanium, pam krio, pam pengambil

Dalam sistem UHV, lampu excimer 172 nm digunakan secara meluas untuk-pembersihan ozon UV-situ ruang. Sinaran ultraungu vakum 172 nm dengan cekap menjana oksigen atom dan ozon, dengan kuat mengeluarkan sisa hidrokarbon dan membolehkan pencemaran latar belakang yang sangat rendah.

Ketumpatan molekul pada tahap vakum yang berbeza Vakum adalah relatif, bukan mutlak. Pada 0 darjah dan 1 atm, terdapat 2.687 × 10¹⁹ molekul per cm³. Walaupun pada 10⁻⁸ hingga 10⁻⁹ Pa (UHV), kira-kira 33-330 molekul kekal setiap cm³. Pada tahap sedemikian, purata laluan bebas foton yang dipancarkan oleh lampu excimer 172 nm mencecah beberapa meter hingga berpuluh meter, hampir tidak mengalami penyerapan gas, menjadikannya sangat berkesan untuk pengubahsuaian permukaan dan pemendapan berbantu foto.-

2.2 Undang-undang Asas Pergerakan Molekul Gas

Gas dalam vakum dianggap sebagai gas ideal, dan gerakan molekulnya dibincangkan menggunakan teori gas ideal.

2.2.1 Teori Kinetik Gas Ideal

Andaian asas model gas ideal ① Molekul dianggap sebagai jisim titik dengan isipadu yang boleh diabaikan berbanding dengan jarak antara molekul. ② Molekul berada dalam gerakan rawak berterusan tanpa berhenti. ③ Molekul ialah sfera keras anjal sempurna tanpa daya julat-panjang; semua tenaga adalah kinetik, dan perlanggaran adalah kenyal sempurna (pemuliharaan momentum dan tenaga), menukar arah sahaja, bukan kelajuan purata atau tenaga dalaman.

Andaian ini berpegang dengan baik dalam sistem vakum disebabkan oleh tekanan rendah dan jarak antara molekul yang besar.

Kepentingan praktikal dalam teknologi salutan Dalam proses penyaduran vakum-tinggi-tinggi-tinggi, lampu excimer 172 nm kerap digunakan sebagai sumber ultraungu vakum untuk:

Pembersihan substrat-in situ (fotolisis air terjerap dan hidrokarbon),

Pengaktifan permukaan (penjanaan ikatan berjuntai untuk meningkatkan lekatan),

VUV-membantu pemendapan CVD atau ALD.

Kerana vakum yang tinggi, hampir 100 % daripada foton 172 nm mencapai permukaan bahan kerja tanpa serapan fasa-gas, meningkatkan kecekapan proses dan kualiti filem secara mendadak.