Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок (1051250), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Отновными узлами прибора явля!отся: 1) датчик; 262 2) модулятор, служащий для пернодцческого прерывания молекулярного потока и представляющий собой диск с отверстиями, вращающийся вокруг своей оси; 3) генератор и стабилизатор частоты модуляции, обеспечивающие вращение модулятора с заданной скоростью; 4) стабилизатор эмиссии; 5) измерительный усилитель с синхронным детектором и усилителем постоянного тока; 5) интегратор, состоящий из преобразователя «напряжение — частота», трехдекадного счетчика с визуальной индикацией и устройства заданной толщины пленки; 7) блок питания; 8) индикатор скорости. Переменная составляющая ионного тока датчика (пропорциональная скорости осаждения испаряемого вещества) выделяется, усиливается, детсктнрустся и подается на стрелочный индикатор, показания которого пропорциональны скорости осаждения испаряемого вещества, а также па цифровой интегратор, показания которого пропорциональны толщине пленки.
Прибор достаточно прост в эксплуатации, не требует регулировки в процессе работы и позволяет автоматизировать процесс производства тонких металлических и диэлектрических плевок, Радиочастотный метод (метод кварцевого вибратора). В основе метода лежит измерение изменения частоты колебаний кварцевого кристалла при осаждении на нем пленки напыляемого вещества. Как известно, частота колебаний,)о кварцевого кристалла меняется при изменении его массы то на вели- чипу Ьуп по формуле аг ам !ь ыь' где Л7 — изменение (сдвиг) резонансной частоты.
Поскольку известна масса осаждаемои пленки Ат н ее плотность Т, а объем пленки 17=Лт7у, то толщина пленки й =- —, 78' где 5- — площадь кварцевого кристалла, покрытая пленкой папыляемого вещества. !8« 263 Подставляя вместо Лот ес значение, выраженное через сдвиг резонансной частоты, получаем следующее выражение для определения толщины пленки: тцей формуле Л/ через разность частот и сделав соответ- ствующие преобразования, получим: й= — — ',— Л/, /,к т Поскольку,/ра Л/ и площадь напыления, как и плотность пленки, практически не изменяются, получим, что зависимость й=у(Л/) графически выражается в виде прямой линии, выходягцей из начала координат.
Однако, как показывает экспериментальная проверка, допущение, что у=сопз1, справедливо для металлических пленок, имеющих толщину больше 200 — 300 А, а при меньших толщинах плотность пленки является функцией толщины. Выбор рабочей частоты,/ зависит от диапазона толщин измеряемых пленок. Если требуется измерять очень тонкие плевки и необходим прибор с большой чувствительностью, то выбирают высокую рабочую частоту.
Ес.чи же требуется прибор с достаточно большим диапазоном измеряемых тол!цин, обладающий большой областью линейной зависимости изменения частоты от толщины напыляемой пленки, то выбирают относительно низкую рабочую частоту. Чувствительность прибора в основном определяется стабильностью частоты измерительного кварцевого генератора и эталона частоты. Обычно чувствительность кварцевого резонатора Лог/Л/= =- 1О-' г/кит/. Используемая радиотехническая аппаратура при частоте 20 Мат! дает возможность определить сдвиг частоты Л/=20 гп, что позволяет измерять приращение массы 10 — ' г/смв.
Обычно устройство для измерения толщины состоит из кварцевого генератора и перестраиваемого эталона частоты измерительного блока. Кварцевый крпсталл устанавливается в вакуумной системе в специальном держателе. При этом одна из граней кристалла остается огкрьпой для потока пара испаряемого вещества, В работе (Л. 17) для удооства практического использования снималась зависимость толщины плевки не от изменения частоты Л/, а непосредственно от частоты колебаний кварца /. Поскольку частота колебаний кварцевого кристалла при увеличении толгцпны напыляемой пленки уменьшается, то Л/=/о †/.
Заменив в предыду2ой Как видно из этой формулы, зависимость Й=тр(/) представляет собой прямую линию, идущую из точки (и=-0; /=/,) под углом и к осн частот. угол и опреде. ляется из выражения !к а — 1 Я !кб Рис 3-7! устройство апи креплеиии кварцевого кри- сталла. Кристаллы кварца чз вствптельны к изменениям температуры. При напылении нагреватели излучают 3 значительное количество тепла, что приводит к повышению температуры кри 5 сталла. Нестабильность температуры кристалла кварца является основной причиной паразитного ухода частоты и запаздывания в определении толщины.
Для исключения погрешности от нестабильности температуры датчиков их следует защищать от нагрева. С этой целью обычно держатель датчика охлаждается проточной водой, благодаря чему температура кристалла не превышает температуру держателя более чем на 20'С, чем обеспечивается малое изменение температурного коэффициента частоты. На рис. 3-74 изображен водоохлаждаемый держатель кварца. Он состоит из охлаждаемого проточной водой медного блока 4, в котором помещается кристалл с нужным срезом. Водяной охладитель д, защищенный снизу экраном Б, припаян к медному блоку.
Медный блок, водянон охладитель и экран одновремснно являются заземленным электродом, Верхний электрод ! представляет собой медную пластинку, вставленную в изолирующую рамку 2. На две грани кристалла 6 напыляются золотые нлн а:помнннсвыс электроды. Для получения хорошего электрического контакта между электродами держателя и электродами, напыленпыми на кристалл, используется пружина 7. Для повторного использования датчика напыленное вещество может удаляться либо химически, либо путем обработки тонким абразивным порошком. После этого нет необходимости производить повторную градуиоовку прибора, так как параметры кристалла после очистки нс изменяются.
Выпускаемый отечественной промышленностью кварцевый измеритель толщины пленок (КИТ-1) предназначен для измерения толщины тонких металлических, полупроводниковых и диэлектрических пленок в лабораторных и заводских условиях. Диапазон измеряемых толщин от 100 до 50000 А с точностью ч-1Ов7ч. Суммарная толщина пленки, напыляемой на кварцегый датчик, для металла 50 000 А, для диэлектрика — 100 000 А.
Прибор позволяет задавать требуемую толщину пленки, после достижения которой на специальный выход прибора подается сигнал об окончании напыления. Прибор прост в эксплуатации, не требует регулировки в процессе работы и позволяет автоматизировать процесс производства тонких пленок.
К достоинствам радиочастотного метода следует отнести сравнительно высокую точность измерения, высокую чувствительность и малую инерционность. К недостаткам метода следует отнести уход частоты, связанный с нестабильностью температуры кристалла. Кроме того, уход частоты может быть обусловлен также неточным исполнением среза кристалла и паразптными колебаниями, которые могут возникнуть при плохом его закреплении. Г1ри отслаивании части напыленной пленки с поверхности кристалла частота прибора может скачкообразно изменяться, что может явиться причиной резкого искажения показаний прибора. Рассмотрение методов и приборов, предназначенных для контроля скорости напыления и толщины тонких пленок, показывает, что в настоящее время не существует универсального прибора, который в равной степени удовлетворял бы всем специфическим требованиям, предъявляемым к подобного рода приборам. Так, например, механические, весовые, радиометрнческие и оптические методы позволяют измерять только 266 толщину пленки, однако они до снх пор применяются в технике тонких пленок.
Более того, многолучевая интсрферомотрия (и, в частности, метод полос равной толщины) служит одним из основных методов калибровки большинства приборов, предназначенных для измерения толщины пленки, поскольку показания этих приборов, как правило, не являются абсолютными. Сюда относятся широко применяемые в тонкопленочной технологии методы измерения толщины пленки путем замера ее электрического сопротивления, смкостный метод, метод, основанный на ионизации паров напыляемого материала, а также радиочастотный метод, использующий явление сдвига частоты колебаний кристалла кварца при осаждении на его гранях напыляемого материала. В тех методах, в которых толщина пленки рассма. тривается как геометрическая ступенька, образованная пленкой и подложкой, структура пленки не оказывает существенного влияния на точность измерения Это относится к ощупыванию пленки с помощью иглы с алмазным наконечником, к методу двойного микроскопа и интерферометрическому методу.
Имеются методы (весовой, фотометрический и др.), для которых решающее значение имеет структура пленки. Поэтому выбор метода измерения зависит от свойств пленок, их толщины, материала плевки н подложки, а также необходимой точности измерения. ЗЛЬ ВАКУУМНЫЕ НАЧЫЛИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ЛИНИИ Вакуумное напылительное оборудование, посмотря на его многообразие, может быть разделено на следующие основные группы: вакуумные установки периодического действия; вакуумные установки непрерывного действия и конвейерные линии непрерывного действия. Современные напылительные установки и линии, помимо вакуумных систем, состоящих из рабочих камер, насосов, ш:пазов, затворов, вентилей, вакуумметров и других элементов, могут содержать (в зависимости от назначения установки или линии) следующие механизмы и устройства, предназначенные для выполнения того или иного технологического процесса: механизмы для смены и совмещения масок с подложками, устройства для нагрева и охлаждения подложек; испарители; загрузочные и разгрузочные шлюзовые камеры; контрольно-регули- 262 рующую аппаратуру; блоки питания и органы управления.
В настоящее время наибольшее распространение получили наны.чительные установки периодического действия колпакового типа с использованием резиновых прокладок для уплотнения колпака с плитой. Это объясняется тем, что при частых подъемах колпака его уплотнение не представляет никакой технической трудности. Однако наличие резиновых прокладок не позволяет производить прогрев колпака выше 80 в !00' С, что и ограничивает предельный вакуум установок подобного типа давлением порядка 10-и мм рт. сг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
