Берлин Е. - Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких плёнок, страница 7

Описанное явление может иметь место, как для всего разряда, так и для отдельных его частей, в зависимости от взаимного расположения реального и условного анодов. Используя этот эффект, локально приближая или удаляя анод, можно корректировать скорость распыления в нужных местах на 5-10%. Когда аноды были расположены вдоль и вблизи катода, получалось симметричное распределение скорости нанесения пленки вдоль оси магнетрона, но с резким падением на концах магнетрона. То есть, распределение соответствовало теоретическому расчету для магнетрона ограниченной длины.

Наличие или отсутствие положительного смещения на анодах не влияло на распределение скорости нанесения. В тоже время в других условиях положительное смещение на анодах может быть полезным, чтобы обеспечить хорошую равномерность нанесения, так как исключают влияние каких-либо других заземленных металлических частей арматуры, ранее действовавших как аноды. з 2 Рве.

4.2. Схема разрядного промежутка магнетронной распьпительной системы [!О) ! — катод-мишень, 2 — траектория вторичного электрона, 5 — электрон, 4— плазма, 5 — условный анод, 6 — анод, 7 — распыленный атом, 8 — ион 4.3.2. Влияние анодов, противалеясащих поверхности мишени В нашей установке кроме анодов, обрамляющих протяженный катодный узел, имелись аноды, расположенные напротив мишеней у их концов [рис. 4.3), Это были экраны, ограничивающие зону нанесения пленки. Эти экраны были вне зоны светящейся плазмы, и имели площадь не меньшую, чем катоды.

В этом случае в центральной части магнетронов, где площадь анодов была меньше. анодное падение потенциала было выше, и соответственно скорость распыления ниже. Это отразилось на распределении толп1нны получаемого покрытия: в центральной части толщина покрытия меньше.

т.ъ 1 б го (31 м~аы <с ав юм и ю Рис. 4.3. Схема расположения анодов а — вид сбоку мвгнетроиа; б — вид с торца магнетрона: ! — катодный узел, 2 — продольные аноды, 3 — противолежащие аноды Когда убрали продольные аноды, описанный выше эффект проявился сильнее. Одновременно для поддержания того же напряжения разряда при стабилизированном токе пришлось увеличить поток аргона в камеру примерно на 25%. Таким образом, распределение толщины покрытия вдоль магнетронов формируется под действием и продольных анодов, и противолежащих анодов.

В результате распределение пропускания покрытия имеет вид, показанный на рис. 4.4, на котором видны и подъем пропускания на краях, и его провалы вблизи краев. Полъем — это результат недостаточной длины магнетрона. А наличие провала (локальное снижение оптического пропускания пленки на 4-10% (увеличения ее толщины) вблизи краев магнетрона (у нас 100-150 мм от края подложки)) — результа~ влияния на скорость распыления нескольких причин: 1 Противолежащий анод есть только вблизи концов магнетрона, поэтому он стимулирует там увеличение ионизации и скорости распыления.

2. Неоднородность холловского тока приводит к тому, что анодный ток и скорость распыления нарастают к краям магнетрона [3). Нарастание толщины пленки к краям магнетрона заканчивается там, где сказывается действие недостаточности его длины. Для устранения провалов пропускания было необходимо прикрыть противолежащие аноды изолированным экраном так, чтобы их влияние могло сказываться только на самых краях подложки, и таким образом можно в какой-то мере компенсировать недостаточность длины магнетрона.

4.3. Явнянне лотхжиния анодов на)нгвноиврнотвь толщины аленки 3 ~Г ф г00 мв Фю зев вев Рвс. 4.4. Распределение пропускания покрытия вдоль магнетрона ( по оси абсцисс расстояние от середины мага етро на в мы) 4.3.3. Влияние килглгетрии расположения анодоо Если анод расположен вдоль протяженного катодного узла только с одной стороны, то такая несимметричная система дает несимметричное распределение толщины пленки: у одного конца магнетрона она существенно выше, чем у другого 13).

Это связано с холловским током в плазме магнетронного разряда 13). Электрическое поле одностороннего анода действует на холловские электроны на торцевых участках; на одном ускоряет их, а на другом замедляет. Там, где они ускоряются, там скорость распыления выше. А на другом торце — наоборот. Отсюда возникает перекос. В нашей установке при работе одного магнетрона был заметен перекос распределения пропускания пленки вдоль магнетрона от — ! 5% на одном конце до +20% на другом. Симметричное распределение толщины пленки вдоль магнетрона дает протяженный магнетрон, у которою катодный узел обрамлен длинными анодами симметрично с двух сторон. Точно также дуальная система магнетронов, обрамленная длинными анодами с двух сторон, дает симметричное распределение толщины пленки вдоль магнетронов.

Объясняется это тем, что у каждого из пары магнетронов, обрамленных парой анодов, перекосы противоположны. При совместной работе они компенсируют друг друга. Симметричность системы зависит от идентичности магнетронов, которые обычно всетаки отличаются один от другого (7). Например, из-за небольшого различия магнитов адин из магнетронов при равных токах разряда работает при меньшем напряжении и распыляет мишень, по-видимому, с меньшей скоростью. Поэтому, если перекос возник в силу каких-либо причин, например, из-за не идентичности магнетронов, то его можно компенсировать, сдвигая оба анода относительно магнетрона в поперечном направлении. Этим интенсифицируется распыление одного или другого торца и достигается симметрия распределения, Если из-за недостаточной длины магнетрона необходимо интенсифицировать распыление обоих торцов одновременно, то надо поставить аноды параллелограммом так, чтобы они приближались к катоду у его торцов с той стороны, где электрическое пале анодов будет ускорять холловские электроны при прохождении ими торцевых участков плазменного таранда.

Тат же эффект можно получить, выдвигая там аноды вперед, увеличивая этим их площадь. Все это справедливо как для олиночного магнстрона, распыляюшего металлическую мишень, так и для пары соседних магнетронов, занятых в реактивном процессе. Итак, суммарное распределение равно сумме распределений от одиночных магнетронов, имеющих по одному одностороннему аноду [3[. В результате у концов магнетронов толщина пленки на 20% больше, чем в середине [3]. Снизить указанную неравномерность удается введением дополнительного анода между магнетронами [3[. 4.4.

Дополнительные причины неравномерности при реактивном распылении 4.4. 1, Влияние состояния поверхности анода Поверхность анода в реактивном процессе покрывается слоем диэлектрика, который может сушестаенно влиять на режим разряда [2 — 3, 5, 8[. На поверхности диэлектрика оседают электроны, которые создают электрическое поле внутри диэлектрика и вне его. Внутренние электрические поля могут вызвать электрические пробои диэлектрика. А внешнее поле увеличивает анодное падение потенциала, что требует увеличения напряжения разряда и тем снижает эффективность использования источника питания.

Кроме того, локальные неоднородности такого поля могут вызвать неоднородность анодного свечении и увеличение со временем неравномерности скорости распыления вдоль магпетрона с 2 до 4% [8[. Слишком толстый слой диэлектрика на аноде может перекрыть путь электронов, анод как бы исчезает. Эта тема «исчезающего анода» предмет отдельного рассмотрения (см. главу 5).

4.4.2. Влияние соотношения длин протянсеиного магнетрона и рейки подачи реактивного газа Рассмотрим ситуацию, при которой вдоль магнетрона установлена газоподаюшая рейка, обеспечивающая одинаковые потоки реактивных газов на единицу длины. В этом случае плотность ионного тока реактивного газа (например, азота) на мишень также будет одинакова.

В этой ситуации условия распыления будут одинаковы по всей длине мишени. Однако условия осаждения на краях будут отличаться от условий в середине. Отличия состоят в том, что материал, распыляемый на краях, осаждается на сравнительно большей площади. Из-за этого пленка там содержит больше атомов газа и толщина ее сушественно ниже, чем в середине. Это приводит к тому, что на краях подложки пленка будет иметь еще более заметные увеличения пропускания, чем при не реактивном процессе. Чтобы сгладить неравномерность, необходимо чтобы на краях давление реактивного газа было ниже, чем в середине. Это достигается или изменением ллины рейки, нли, что проше, прикрытием отверстий азотной рейки на ее краях. Тогда степень покрытия поверхности мишени на краях будет ниже, а скорость распыления на краях будет выше.

Состав пленки у краев будет ближе к составу пленки у центра магнетрона, отчего ее коэффициент преломления возрастет. Все это снизит пропускание на краях до уровня равного пропусканию в середине, а оптическую толщину пленки подтянет к оптической толщине покрытия в середине подложки. Количество прикрытых отверстий в азотной рейке определяется по выравниванию пропускания на краях подложки. Одновременно добиваются симметричности распределения пропускания.

4.4.3. Выравнивание неоднородностей нанесеинои пленки, локальной регулируемой подачей азота или аргона Локачьные неоднородности распределения скорости распыления при не реактивном процессе распыления можно компенсировать локальной дополнительной подачей азота в места, где пропускание недостаточно, то есть в места провала пропускания. Это делали с помо- (40ч гс чс я, шью дополнительной системы подачи реактивного газа в этих местах [1, 8] Тоже было осушествлено в нашей работе Для этого к рейке в соответствуюших местах (470 мм от середины магнетрона) прикрепили дополнительные сопла регулируемой подачи азота с помощью автоматической системы напуска В обоих случаях регуляторы дополнительных потоков были выведены наружу Ими можно было регулировать пропускание непосредственно во время процесса, наблюдая пропускание на обоих краях пленки Удалось выровнять пропускание так, что оставшиеся неоднородности не превышали 2-4% То же делали в работе [1], где дополнительно локально подавали кислород, чтобы снизить там скорость нанесения, и аргон там, где надо было ее увеличить У нас и в работе [Ц выравнивание скорости распыления на торцах магнетрона проводилось вручную, а в работе [8] — автоматически Для этого использовали разностный сигнал от датчиков оптического пропускания пленки, установленных у торцов магнетрона Этот сигнал управлял подачей аргона у торцов магнетрона Обычно неоднородности подачи аргона слабо сказываются на форме распределения пропускания наносимой металлической пленки Это объясняется тем, что атомы аргона практически не поглощаются растущей пленкой и достаточно свободно распределяются по всему объему рабочей камеры Поэтому локальная подача аргона увеличивает распыление там всего на 1-4% В реактивном процессе это сказывается сильнее, так как дополнительный аргон еше снижает долю ионов азота в общем, ионном токе, что уменьшает степень покрытия мишени Но эффект все равно не большой 3-7% Резюме для протяженных магнетронов (длиной более 1,5 м) удается получить равномерность толщины пленки на подложке до +2% [1, 8] а~ж ч Д 4 Нг!!епдаЫ 1 апд ХеасогоЬ К Ьдйганоп оГя!коп Гагаеи Гог геаснче врннеппв Ггогп а го!анна су!гпдпса! 0С гпаапеггоп сайоде — 36гГ Апина! Тесни СопГ Ргос, (!993), Кос оГЪЪс Соагегч, р 49! 494 5 сдос1гег 0 А Ап еянпате оГгье рогеппа!в дече!оред оп соагед аподев дпппв рн1вед 0с геаснче врппеппа — 42гГАпппа! Тесьп СопГ Ргос, (!999), зос о!час Соагегв,р 87 90 6 Неепег 13 апд ал Кесеп! дече!оргпепы оп оргка! соаппвв врнпегед Ьу дпа! гпахпеггоп няпха ргосевв гехп!а1кпвуяегп — 42гГАппна! Тесьп СопГ Ргос, (!999) зос огтгас Соагегв, р 34-38 7 Кггсьо(Г'чг Апд Корге Т Нгяь роиег рывед павле!гоп врппег гесьпо!ову — 39(ГАппна! Тесьп СопГ Ргос, (!996), зос ог чье Соатегв, р 117 122 8 Наде! 8 1 апд Огеепе Р алгагеьчев Гог Ьг8Ь геаснче врппеппх — Тьгп Бо1Ы Ейпв, 392 (200!) р !74-183 9 0е ВооясЬег Ьу апд Спосхаегг 0 Адчапсев гп суьпдпса! пяхпе1гопв — 421Г Апина! Тесьп СопГ Ргос, (!999), зос ог'чье Сов!ага, р 156 !62 1О Данилин Б С, Сырчнн В К Магнетронные распылительныесистемы М, «Радио и связь», 1982, 73 с Литература к главе 4 ! 0аппепЬегв К ЫенсогпЬ К апд Куап А НгпГогпнву сон!го! оГгазе епьапсед геасгяе АС вршгеяпх — 421Г Апина! Тесьп Соп( Ргос, (1999), Бос ог час Соагегв, р 181-185 2 зсьо1! К Аноде ргоыепзв гп рп!ведроиег геаспче врппеппв огдге1есгпсв — 421ГАпппа! Тесьп СопГ Ргос, (1999), Кос ог час Соагегв, р 169-175 3 Бгесх Р ЕГГес! о(аноде !оса!гоп оп дерояпоп ргогдев Гог !опя гогагаЫе пзахпеггопв— 37НАппоа! Тесан СопГ Ргос, (!994), Кос огьнс Соагегв, р 233-236 ЫЛ~~б йети р Д~3 ГЛАВА 5 ПРОЦЕСС РЕАКТИВНОГО МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ СО СРЕДНЕЧАСТОТНЫМ ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ МАГНЕТРОНА Получение пленок диэлектриков в процессе реактивного распыления создает массу проблем, связанных с возникновением большого числа пробоев в разрядной системе.