Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок (1051250), страница 49
Текст из файла (страница 49)
ос Основной источник г и Гпф погрешности — измене- Рис. 3-б7. Градуировочные кривые иие емкости измеритель- еикостиого датчика для моиоокиного конденсатора за си кРемния (7) халькогеиидиого счет изменения его тем- стекла (2) и трехсериистой сурьпературы. При 200'С погрешность измерения составляет 1,5о)о.
/о. Экспериментальные данные показывают необходимость поддерживать температуру измерительного конденсатора ниже 200'С, если измерения толщины пленки необходимо сделать с точностью, большей, ч . К достоинствам метода следует отнести простоту конструкции и монтажа датчика и возможность измерять как толщину, так и скорость осаждения тонких пленок .
К недостаткам непосредственно в процессе напыления. 1л ие метода следует отнести необходимость производить калибровку прибора по каждому напыляемому материалу. Кроме того, при напылении пленки суммарной марион толщинои олее мк датчик необходимо очищать от напыленной пленки, что создает некоторые неудобства в аботе. за ия п Ионизационный метод. В основе метода леж т и ц потока пара испаряемого материала элект а ониэм итти емым ру ь ми накаленным катодом, н последующее е тронами, 17 — 2о! 257 Измерение величины ионного тоКа с помощью иониэационного манометра.
Прн практически встреча5ощихся скоростях напыления количество ионов, образующихся из молекул оста- очных газов (1„+з), превышает количество ионов и р 11 ). Метод ионизацнонного манометра применим о1)' только при условии разделения этих двух составляющих ионного 5 тока. Принципиальная 5 4-тЧ схема подобного рода 5-5 устройства показана 77 Р, на рис, 3-66. Разделе- ! Ние составлупощих ион. ч' + 6 Рз 71 ного гока 1„, и 1, 7„' осуществляется путем ,1 периодического прерывания потока пара с нов ~)у~~ 744 мощью механической заслонки, установленРнс. 3-88. устройство для излгерения ной на пути пара.
скорости напыления ионизздиониыы Ионизационный ма- нометр состоит из нити 1 — нсварнтель, 1 — засломка; 3 — низко- 9, сетки 10 и частотный генератор с усгглителем, 4 — дер- накала, сет жатель водложкн, 5 — отверстие в держа- КОЛЛСКТора ИОНОВ !! теле водложьн, 6 — стеклянный цилиндр, 7 — стеклянный стержень; 3 — ножка с вы- КОЛЛЕКТОройт ИОНО  — — данн055 конструкции 11 — коллектор ионов; П вЂ” трансформатор; и — измеритель н интегратор тогга' служит ТОНКИЙ СЛОЙ 14 — осциллограф металла, нанесенный на внутреннюю поверхность стеклянного цилиндра Электроны, эмиттированные катодом и ускоренные разностью потенциалов в +200 в, ионизируют молекулы пара и остаточного газа в вакуумной системе.
Ионы собираются коллектором, имеющим небольшой отрицательный потенциал. Заслонка 2 колеблется с частотой 10 — 20 гц, вследствие чего отверстие 5 в держателе подложки периодически открывается и закрывается. Ионный ток, обусловленный ионами пара, обнаруживается в цепи коллектора как переменная составляющая с частотой, равной удвоенной частозе колебаний заслонки. В той же цепи течет постоянный ток, обусловленный ионами остаточных газов. Для определения тол- 258 шины пленки производится интегрирование величины переменной составляющей ионного тока по времени: где 19 — постоянная, зависящая от геометрии датчика, напряжений на электродах, а также от эффективного сечения ионизации.
Вычислить величину лл л 0 не представляется воз- Тоэа можным, так как эффек- удРР тинное сечение ионизацип гг различно для различных вегцеств и, кроме того, т' изменяется вдоль движения электронов с изменением их энергии. П~ю~- му прибор, работающий зйу по принципу иопизации ЭЛЕКтроиаМИ, НуждаЕтея Р 1 г 5 4 5 Е 7 Л Р 117зуд-тж в пРеДваРительной гРа- Ри, З зд ззвгтсилгость толщины дуировке по каждому ис- пленки от величины заряди, изпаряемому материалу лгеренного интегрвторолг тока для Зависимосгь толщины ЗЛЮЛ1ИННЯ, НИКЕЛЯ, ЛРОМа.
пленки Й от заряда Я, измеренного интегратором тока для алюминия, никеля и хрома, показана на рис. 3-69. При измерении толщины пленки интегратором переменная составляющая ионного тока 1,"; поддерживается постоянной и равной 4 10-'й а путем регулировки накала испарителя. Координатами точек на кривых рис. 3-69 являются значения интегрального заряда Я и соответствующие им толщины пленок, измеренные вне вакуулуиой системы с помощью интерфереиционного микроскопа.
Точность интегрирования заряда проверяется путем измерения длительности испарения с помощью хронометра. Для получения соотношения между скоростью осаждения гзл/гт! и переменной составляющей ионного тока 1„проводится калибровка прибора, в результате которой определяется постоянная прибора О. Для проведения калибровки производится последовательно несколько испарений данного материала ва идентичные 57* 259 (по материалу, качеству поверхности и температуре) подложки, причем ионный ток остается постоянным во время калибровки.
Толщина осажденной пленки измеряется с помощью интерференционного микроскопа, а полученные значения толщин делятся на соответствующую длительность осаждения. Зависимость переменной составляющей ионного тока /„+, от скорости напыления 2 г/й/Ж для алюминия, ни- 22 келя и хрома показана на тО а рнс. 3-70. М1 Для измерения скорости напыления может быть применен ионизациге-а овиый манометр обраг щенного типа, коллектор О Ф и сетка которого легко Ю- прогреваются аналогично ал прогреву сетки в обыч- ГО- ных ионизационных ма- 02 ОФ1Ол1 2О йО~Я 2ОЧД/сек нометрах.
Электроды ОООО 1О ОО ОО1ОО ООО датчика монтируются на Рнс. 3-70. Зависимость перемен- фарфоровых панелях. иой составляющей переменного Ток утечки между анодом тока от скорости аапыления для и коллектором пренебреалюминия, никеля и хрома. экимо мал. Чувствитель. ность датчика по давлению составляет 4 10 †' а/мм рг. ст.
Блок-схема установки для контроля скорости осаждения показана на рис. 3-71. В этой схеме трансформаторы Трз и Тра используются для прогрева сетки и коллектора. Трансформаторы Тр~ и Трз регулируют ток прогрева коллектора и сетки. Ток эмиссии поддерживается постоянным за счет применения схемы стабилизации тока эмиссии обычного ионизационного манометра. Ионный ток на входе самописца колеблется от 0 до 10 хне.
В схеме предусмотрено автоматическое управление, корректирующее отклонение скорости осаждения от заранее установленной. При калибровке прибора по скорости осаждения могут быть использованы два метода. Первый метод состоит в увеличении отношения ионного тока, образованного ионами напыляемого металла, к ионному току, образованному ионами остаточного газа. Для этого необходимо: 260 правильно расположить датчик по отношению к источнику испарения и подложке; так как плотность потока пара обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника испарения, то входной си~пал может быть увеличен путем помещения датчика в непосредственной близости от источника испарения; Рис.
3-71, Блан-схема установки для контроля скорости осаждения ионизапионным датчиком с прогре- ваемыми электродами увеличить скорость испарения, так как при ее увеличении одновременно увеличивается отношение ионов, образуемых испарясмым металлом, к ионам, образованным остаточными газами; иметь рабочий вакуум лучше, чем 2 1О-' жм рг. сгл при таком вакууме ионный ток от ионизации молекул остаточного газа равен 0,08 мка, а ионный ток от ионн зации атомов испаряемого вещества при скорости испарения 50 А/сек равен 20 жка 1соответственно их отношение равно 250).
Описанный метод используется при скоростях осаждения от 50 до 200 А/сек. Второй метод применяется тогда, когда скорости осаждения изменяются в широких пределах и давление в системе относительно велико 1около 1 10-' млз рт. ст.). 13 — 261 261 В этом методе ионный ток, обусловленный ионизацией молекул остаточного газа !„также исключается при измерении скорости осаждения и толщины пленки, что достигается использованием компенсационной схемы (рис.
3-72). В этом случае применяются два датчика— ««алле«тору доги«и«а с«ооосгии ««опла«тоугу ионного манометра 200 Ы !00 70 - 00 ы 70 4 г ы с,, чч Рис. 3-72. Скем* компенсации ионного гока, образованнога молекулами остаточного газа. г 0«00060 Я г «000!0 г0 Иоь«гььк лга«лагаа один для измерения скорости осаждения, вто- Рис. 3-73, типичные калибровочрпй — в качестве ионнза- ные кривые иончзаиионного на»- чика дли олова, свинца и мочоционного манометра. Типичные калибровочные кривые для олова, свинца и моноокиси кремния приведены на рис.
3-73. Чувствительность прибора по каждому осаждаемому материалу определяется отдельно. Калибровка действа- тельна для данной геометрии источника, положения подложки и датчика. В случае замены датчика, изменения геометрии подложки и испарителя необходимо заново определять чувствительность прибора по данному напыляемому материалу. Выпускаемый отечественной промышленностью измеритель скорости осаждения и толщины пленки нонпзационный (ИСТИ-1) измеряет скорость осаждения в диаь пазоне 1Π— 200 А/сек с максимальной погрешностью ч-15ого и толщину плевки в диапазоне 1000- — 10000 А с максимальной погрешностью ч-15оь. Суммарная толгцина пленки, напыляемой на один датчик, не менее 100 льк.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
