Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок (1051250), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Она ограничивается рассеиванием электронов луча на облаке металлического пара, давление которого в районе фокусного пятна составляет несколько миллиметров ртутного столба. Схема включения электронной пушки показана на рис. 3-60,д. Периодическая подача штабика и поддержание постоянной высоты расплавленной капли (4— 5 мм) осуществляются автоматически прп помощи специальной следящей системы. Принцип работы следящей системы показан на рис.
3-60,е. Расположенная перед зеркальцем шторка, защищающая его от запыления металлом, с помощью электромагнита периодически (2 раза в минуту) открывается иа короткий промежуток времени (0,1 сек). 16 — 261 241 При испарении металла в случае открытой шторки изображение раскаленной капли ! через собиршощую линзу проектируется на светонепроницаемую перегородку со щелью б. Непосредственно за перегородкой устанавливается фоторезистор 8, Щель расположена так, что прн достижении каплей уровня, превышающего рабочий, происходит засветка фоторезистора и возникающий фототок после усиления включает реле, разрывающее цепь механизма, производящего подачу штабика 2. Если же в момент открытия шторки раскаленная капля оказывается ниже рабочего уровня, изображение капли не попадает на щель и засветки фотосопротивления не происходит. В этом случае на короткое время запускается электромеханизм подачи штабика.
Другая конструкция электронного испарителя с поворотом луча на 180' показана на рис. 3-60,ж. В корпусе испарителя имеется сферическое углубление диаметром !5 мм и глубиной 3 лл, куда закладывается испаряемый материал, который бомбардируется сфокусированным электронным лучом. Мощность луча составляет 2 квт прп пятне диаметром 3 мм. Во время испарения материал сохраняет сферическую форму вследствие сил натяжения. В данной конструкции катод заэкранирован от источника испарении, что увеличивает его срок служоы. Весь испаритель смонтирован на двух водоподводящих трубках и крепится на быстросьемном фланцс.
Для испарения небольших количеств материалов применяется автотигельный пспаритель с электроннолучевым нагревом, изображенный на рис. 3-60,з. Электронный луч круглого сечения, образованный плоским катодом, отклоняегся полем электромагнита и фокусируется магнитной линзой, находящейся над испарителем. Отклонение луча сделано с таким расчетом, чтобы испаряемый материал не попадал на катод. Для испарения больших количеств материалов применяется электроннолучевой испаритель с плоским лучом !рис. 3-60,и). Здесь также электронный луч отклоняется полем электромагнита и направляется на тигель.
В данной конструкции катод и фокусирующий электрод находятся под отрицательным напряжением высоковольтного источника, Схематическое изображение электронного испарителя с отклонением луча на 90' показано на рнс. 3-60,к. Отклонение луча осуществляется с помощью электро- 242 магнитной катушки, находящейся вне вакуумной камеры. Энергия луча испаряет верхнюю часть материала, подлежащего испарению. Материал в виде штабнка подается через медное кольцо, охлаждаемое водой.
Этим методом поддерживается постоянный уровень плоскости испарения расплавленного металла. На рис. 3-60,л представлен электронный испаритель, предназначенный для напыления кремния. Электронный прожектор испарителя состоит из четырех основных частей: верхнего и нижнего катодных колец, катода и анода. Вольфрамовый кольцевой катод (с сечением проволоки 0,15 млс и диаметром кольца 54 мм) укреплен прн помощи керамических держателей.
Электронный луч формируется в пространстве между верхним и нижним катодными кольцами. Воронкообразный анод имеет в раструбе отверстия, через которые электронный луч поступает на испаряемый материал, создавая электронное пятно диаметром около 2 мл. Этот прожектор работает при ускоряющем напряжении 10— !8 кв и токе до 20 ма.
Такая конструкция позволяет защитить напыляемый материал от загрязнений катода, а также катод от разрушения ионами кремния. Кремниевый штабик зажимается в медном держателе, охлаждаемом водой. 3-4. КОНТРОЛЬ СКОРОСТИ НАПЫЛЕНИЯ И ТОЛЩИНЫ ТОНКИХ ПЛЕНОК Для получения высококачественных пленок с заранее заданными и воспроизводимыми параметрами представляется необходимым строго контролировать процесс осаждения. Если средства и методы контроля таких параметров, как температура, степень разрежения, чистота и однородность химического состава испаряемого материала, взаимное расположение испарителя и подложки, достаточно хорошо известны н обеспечивают необходимую точность измерения, то измерение скорости осаждения пленки в процессе ее напыления и толщины тонкопленочных слоев представляет собой значительно более трудную задачу.
Различный химический состав напыляемых материалов и различные способы, применяемые для их испарения, а также широкий диапазон требуезюй скорости осаждения и получаемой толщины тошсопленочных !6* 243 слоев вызывают необходимость использования методов измерения, основанных на различных физических принципах. К приборам, предназначенным для контроля скорости осаждения пленки в процессе ее напыления, предьявляется целый ряд специфических требований: минимальная погрешность при измерении как скорости напыления, так и толщины пленки (порядка нескольких процентов), а в отдельных случаях не более 1)0; высокая надежность, стабильность во времени н независимость показании от условий работы (температуры, давления, механических воздействий, воздействия агрессивных паров и др.); одновременное измерение как скорости напыления, так и толщины пленки с постоянством чувствительности в широком диапазоне измеряемых величин (для пленок однородного состава до нескольких тысяч ангстрем, а для пленок сложного состава — несколько десятков тысяч ангстрем); пригодность для измерения как мсталлнческих, так н диэлектрических пленок; возможность использования для автоматического регулирования скорости напыления.
Механические методы. Механические методы измерения толщин основаны на сравнении толщины слоя с прокалиброванным масштабом длин, чем обеспечивается непосредственное измерение геометрической толщины слоя, в связи с чем измснение различных свойств тонких пленок в зависимости от их толщины не имеет в данном случае никакого значения. К недостаткам механических методов следует отнести частичное разушение пленки вследствие внедрения в нее измерительного элемента (щупа), Механические методы позволяют измерять толщины от нескольких микрон до сотых долей микрона.
Простейшим видом механического метода является измерение толщины слоя при помощи щупа, смещение которого увеличивается посредством механического приспособления — клина. На клин накладывается однородная по толщине пленка, после чего на него надвигается жесткий калибр, Точность метода зависит от качества обработки плоскости клина.
Методом клина можно измерять толщины порядка 1 мк и выше. Толщиномер по Аббе также имеет щуп, который касается измеряемой пленки, причем давление щупа на 244 пленку уменьшается соответствующим противовесом. Для получения увеличенного смещения щупа используется микроскоп с окулярным микрометром, имеющий 50-кратное увеличение, позволяющее отсчитывать смещение до 0,01 мк, Для увеличения чувствительности таких приборов используется сочетание микрометра с методом световой стрелки.
Разновидностью механического метода является преобразование поступательного движения иглы, вращаемой мотором, в электрический сигнал, пропорциональный плотности вещества пленки. С помощью этого метода можно оценить шероховатость подложки с точностью ~-100 А и измерить толщину пленки от 200 до 3 000 А с той же точностью, Прибор с иглой монтируется на столе с помощью резиновых прокладок для ослабления чувствительности к вибрациям. Образцы пленок, нанесенных на подложку в виде ступеньки, закрепляются на микроскопическом столике с линейным верньером и мотором для вращения иглы. Игла представляет собой четырехсторонний пирамидальный алмазный наконечник, имеющий радиус закругления 2,5 мк. На иглу воздействует нагрузка меньше 0,1 Г Игла может перемещаться по пленке с разными скоростями.
Механическое движение иглы преобразуетгя в электрический сигнал, который затем усиливается и фиксируется при помощи самописца. Игла, скользя по пленке, оставляет на ней след, глубина которого пропорциональна плотности вещества пленки. При одном и том же весе толщина пленки обратно пропорциональна ее плотности. Глубина следа, который оставляет игла на пленке, определяется плотностью последней. Чем больше плотность пленки, тем менее глубокий след оставляет на ней игла. Прибор может быть прокалиброван тремя методамп: взвешиванием, интерфсренционным методом и методом, основанным на использовании рентгеновских лучеи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
