Берлин Е. - Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких плёнок, страница 11

Так, на- пример, для цинковой или индиевой мишени с кислородом оптимальное время задержки оказалось 50 мкс [34], и это притом, что ИП позволял отключать питающее напряжение через 10 мкс. Для алюминиевой мишени в среде кислорода время задержки 5 мкс дает сушественно лучший результат, чем время задержки 1 мкс. Объясняется это тем, что большая энергия, действующая на мишень в дуге, может быть полезна, так как очишает поверхность мишени от локальных излишних островков окисла, что уменьшает вероятность образования последующих дуг во время процесса распыления. Это, безусловно, полезно во время очистки поверхности мишени в начале процесса распылением ее на заслонку.

Во время нанесения пленки на подложку это тоже бывает полезно. Однако в некоторых случаях время задержки нельзя увеличивать, когда наиболее важно исключить появление в пленке дефектов, вызванных локальными энергичными воздействиями на мишень. 5.5.3. Влияние времени выключения импульсного СЧ ИП после пробоя на стабильность реактивного процесса напыления При возникновении дуги включается зашита импульсного СЧ ИП, которая отключает его от магнетрона или подае~ на магнетрон положительный импульс. В это время в вакуумной камере дуга прекрашается, и носители заряда рассеиваются.

После окончания этих процессов возможно безопасное повторное включение ИП. Чем на большее время отключается ИП, тем больше вероятность, что повторное включение будет безопасным. При не реактивных процессах распыления обычно можно отключать питание магнетрона на десяток миллисекунд. В реактивном процессе распыления время отключения питания влияет на стабильность процесса напыления [32]. Чем на большее время отключается ИП, тем больше возрастает в это время парциальное давление реактивного газа, степень покрытия поверхности мишени и растушей пленки. И тем дольше эти параметры будут возвращаться к первоначальным величинам после включения ИП [32]. Это, во-первых, приводит к неконтролируемым изменениям свойств пленки, и, во-вторых, может вывести процесс из заданной рабочей точки в режим полностью покрытой диэлектриком мишени.

Поэтому экспериментально получено, что время выключения импульсного СЧ ИП после пробоя не должно превышать 0,8-1,0 мс [32]. ~~~58 Часгиь 1. Глава 5. Лроиесс реактивного иагнетронного распылении «ь.»~ ь и«»» «»» ф 5.6. Причины пробоев на аноде при реактивном магнетронном разряде и их устранение 5. б, 1. Причины пробоев на аноде. Цюбеема исчеииощего» анода В процессе реактивного нанесения диэлектрических пленок на аноде магнетронного источника возникает ситуация, аналогичная ситуации на поверхности катода [8[.

На слое диэлектрика, осаждаюшегося на аноде, аккумулируются электроны из плазмы разряда, которые создают в нем электрическое поле. Равновесный потенциал на поверхности диэлектрика обычно отрицательный и может достичь на хорошем диэлектрике потенциала катода, что приведет к прекращению разряда. В реальных случаях этот потенциал существенно ниже катодного, он растет со временем нанесения от -б до -25 В из-за увеличения толщины диэлектрика и тем быстрее, чем меньше плошадь анода [5]. Даже такие небольшие изменения потенциала вызывают существенные изменения тока через анод, покрытый диэлектриком.

Поскольку покрытие анода диэлектриком может быть неоднородным, то и потенциал может распределяться неравномерно. Следствием чего будет появление локальной неоднородности распыления. Если же напряженность поля в диэлектрике превысит пробивную, то произойдет пробой. Его результатом может быть вылет частиц покрытия, загрязняющих слой, наносимый на изделие, и вьщеление заметного количества газов, влияющих на режим разряда. Проблемы роста заряда на диэлектрике и его пробоя на аноде решаются, в какой-то мере, применением среднечастотных импульсных ИП [8]. В СЧ-разряде отрицательный заряд накапливается на поверхности анодного диэлектрика во время распыляющей части импульса.

В это время зазор между анодом и плазмой составляет всего несколько дебаевских радиусов, то есть доли миллиметра. Во время импульса обратной полярности [5] отрицательный заряд должен компенсироваться током ионов из плазмы разряда. К сожалению, величина этого тока ограничена низкой подвижностью ионов и замедляющим действием пространственного заряда. Во время импульса обратной полярности потенциал плазмы вырастает почти до амплитуды этого импульса.

Анод в это время отрицателен по отношению к плазме, и анодный зазор расширяется мгновенно. В захваченном им объеме собираются все ионы, кото- рые двигаются к аноду под действием электрического поля. Они компенсируют отрицательный заряд, и тогда анод снова работает коллектором электронов. Из-за различия в подвижности ионов и электронов компенсация ионами заряда на анодном диэлектрике происходит менее эффективно, чем компенсация электронами на катоде [5]. Поэтому, как показано в [5], для анода, покрытого диэлектриком, существует предельная плотность тока, при превышении которой анод не работает коллектором электронов, и резко встает проблема исчезающего анода ()нгЫеп аноде). Эта критическая плотность тока зависит от концентрации ионов и энергии электронов в плазме, а так же от частоты ИП и длительности положительного импульса. Если плотность тока на анод не велика и не превышает критической, то диэлектрик на аноде практически не влияет на работу анода.

Но если плотность тока превышает критическую (2 — 10 А/м'), то, несмотря на применение импульсного СЧ ИП, заряд на анодном диэлектрике не компенсируется, и анод перестает работать коллектором электронов [5]. В этом случае применяют устройства, в которых анод может очищаться от диэлектрика непосредственно во время процесса. Используют два варианта: дуальное магнетронное распыление [Пца1 Майпеггоп брцяепп8 (()М8)] и мультианодное распыление, оно же называется «распыление с дополнительным анодом» [Ведцпс)ап1 Апог)е Врц11епп8 (ВАЯ)]. 5.6.2.

Дуальное магнепгронное распыление При дуальном магнетронном распылении два одинаковых, либо с противоположными магнитными системами [29] магнетрона, электрически изолированные друг от друга, устанавливаются рядом в одной вакуумной распылительной камере и питаются в противофазе среднечастотным импульсным двуполярным напряжением синусоидальной [23] или прямоугольной [2, 2б] формы. В такой ситуации одну половину периода один магнетрон работает катодом, а другой — анодом. В другую половину периода — наоборот. Мишень магнетрона, работающего в данную половину периода катодом, очищается в это время от излишнего диэлектрика.

Таким образом, поверхности мишеней поочередно очищаются, что не дает вырасти там толстому сплошному слою диэлектрика, и это позволяет предотвратить «исчезновение» анода. ( 6» «1.Г 5. «»~» Некоторую проблему представляет собой неизбежная небольшая (10%) асимметрия магнетронов, работающих дуально [23[. Компенсировать ее можно, изменяя баланс мощностей, подводимых к магнетронам. Делают это, изменяя длительность чередующихся импульсов. Другой способ — подать небольшое компенсирующее постоянное напряжение на один из магнетронов.

Дуальное магнетронное распыление ([ЗМБ) с импульсным ИП в варианте «Т»«ш-Мая» фирмы 1 еуЬо[д АО позволяет независимо регулировать параметры импульсов, приходящих на каждую мишень, что дает дополнительную возможность одновременно распылять разные металлы и получать пленки сплавов контролируемого состава [22[, Для того чтобы электроны могли проходить от одного магнетрона к другому, мишени должны «видеть» друг друга, то есть путь электронов должен быть максимально коротким [22, 24). Кроме того„оказалось, более целесообразно использовать магнитные системы магнетронов противоположной полярности (СР() ВМВ) [29[. Тогда ток ионов на подложку в 2-3 раза выше, чем при магнетронах с одинаковой полярностью магнитных систем (МГ()ВМБ). Развитием системы «Т»уш-Мая 1» стала система «Тч4п-Мая П» [24[.

Новым в этой системе является расположение мишеней магнетронов не в одной плоскости, а под углом (20 — 60') друг к другу. Одновременно увеличивается ширина мишеней; с 100 до 240 мм [24 — 25[. Это, в свою очередь, позволило увеличить подводимую к магнетронам мощность и количество материала в мишени. При питании пары магнетронов двуполярными импульсами зажигание разряда затруднено тем, что максимальная плотность электронов и ионов находится у мишени магнетрона, который уже отработал катодом, а у второго магнетрона, который должен стать катодом, плотность заряженных частиц понижена.

Поэтому целесообразно применение специального поджига. Дуальное магнетронное распыление (ОМЯ) с импульсным ИП успешно решает проблемы «исчезающего» анода и пробоев на катоде. Этот метод получил широкое распространение, и с его помощью успешно получали пленки диэлектриков. Но ему свойственны свои недостатки: 1) Требуется два магнетрона, что усложняет и удорожает оборудование. Такую систему невозможно встроить в существующие установки, так как там не предусмотрено достаточно места для второго магнетрона. 5.б.»»»м«Р ~ » Рй Д 2) Работе мишеней в качестве анодов мешает окружающее их магнитное поле.