Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 125
Текст из файла (страница 125)
4. По ение плыщб методом нного раеныаеннв Как указал Левнтскнй [123), механизм поглощения злектронамн энергия высокочастотного поля для случая ионов, которые не могут приобрести в таком поле энергию болыпую, чем несколько электрон. вольт, непрвмевнм. Кроме того, как уже указывалось, нет необходимости использовать высокне напряжения для поддержания ВЧ разряда, так как такой разряд не зависит от числа вторнчных электронов, эмиттнруеыых с электродов. Поэтому на первый взгляд может показаться, что в высокочастотном разряде нет попов, обладающях энергией, необходимой для конного распыления мишени, Выло устаяовлено экспериментально, что в рассматриваемом нами ВЧ разряде плазма имеет значительный положительный потенцнвл относительно обоих электродов [123). Этот высокий цотенцнал является следствяем того, что подвяжность электронов намного больше подвнжяостн ионов.
Из-за весьма малой длительности одного полупернода приложенного напряженна дойтн до соответствующего электрода за это время сможет сравнительно небольшое число ионов. Электронов хе зв каждый полупернод попадает на электроды значнтельно больше. В результате этого ток высокой частоты, измеряемый во внешней пепи, почти полностью обуслов. лен злектронамн плазмы, достнгающямв электродов в течение чередующнх ся полуяернодов. В течение каждого полупериода нз области разряде экстрагнруются те электроны, которые к началу полупернода находятся а превелах расстояния А от электрола.
Здесь А — амплвтудз колебаний электрона в высокочастотном поле. Если напряженность првложеяного поля записывается как; Е Еь соз ю1, то: зьшлитуда колебаннй электрона в В4 иоле А определяется следующнм образом: где р — подвпжность электронов прн данном даеленнн газа. Из выражения 13) следует, что для зффектнвного нспользоваиня разряда з рассматриваемой нами конфнгурацян электродов расстоянне мелгду ними долзкно быть порядка А' нлн больше. В противном случае всв юмятропы, созданные в межэлектродном пространстве в результате коннзацив газа, будут вытянуты из разряда и собраны на электроды в течение одного периода.
Таким образом, согласно Левнтскому [123), плазма ВЧ разряда сосредоточена в области, расположенной симметрично относя. тельно электродов и имеющей протяженность д — 2А (где Ф вЂ” расстояние между электродами). Область плазмы колеблется между злектродзмн с угловой частотой приложенного к электродам напряжения м и амплитудой А в касается каждого электрода попеременно в моменты времени. когда мт п)2 н Зп/2. Концентрация электронов в центральной области довольно постояняа, а вне этой области, в пределах расстояния А от кахс. дого из электродов.
быстро спадает по мере приближенна к электродам. )уеантскнй, определяя зеличяну потенцнала плазмы с помощью электрнче. ского зонда, показал, что этот потенциал, как в ожвдзлось, возрастает с величиной црнложенного ВЧ напряженна н увеличнвается, как показано на рве. 26, с уменьшением давления, [Результаты рнс. 26 получены с напряженнем ва электродах около 360 В.) Помимо зондовых нзмеренвй потенциала п))эзмы, Левнтскнй зкспернментально подтвердил, что некоторые ноны прнобретайт энергию порядка разности потенцналов, существующей между плазмой и любым нз электродов. Сделал он зто путем прамого вэ.
мерения энергнн ионов, падающих на электрол, н получал интересный ре. эультэт. Оказалось, что максимальная энергия аоноз, прнходящнк на 8. Высокочастотмое распмление г,р электрод, была больше, чем, пространственный потенциал, измеренный электрическим зондом, Это расхождение автор объяснил неточностью зондовых измерений. Однако, как было поназано в недавних расчетах Цуи [!28[, такое различие является следствием того, что некоторые ионы могут входить а область катодиого падения как раз в такой момент времени, чтобы большую часть пути к мишени находиться под действием напряжения, близкого по величинь к е~о удвоенной амглитуде (от пина до пика).
Подобным же образом ноны, начинающие путь сквозь темное пространство, когда напряженность ВЧ поля приближается к нулю, приходят на мишень с энергией, меньшей чем напряжение автоматического смещения между плазмой и мишенью. Чем больше периодов ВЧ поля яеобходнмо иону для прохождения темного пространства, тем больше вероятность того, что его энергия будет соответствовать среднему значению напряжения автоматического смещения. В результате этого разброс энергий ионов умень- чргг шается с уменьшением амплитуды катодного падения.
Ранее шла речь о взаимодействии ионов с ВЧ полем прн электродах равной плошади. Рассмотрим теперь систему, в которой один злектрод значительно больше другого. Так как полный ток через каждый электрод дол- ~~ яЮ эсен быть одинаковым, плотность тока на электроде большей площади будет меяьше. Поэтому число электронов, теряемых ~ гг плазмой на единице плошади, у больше- бгг го электрода будет меньше. Если во гул,ии,ожгла внешней ВЧ цепи не будет выделяться постоянной составляющей напряжения, потенциал иа обоих электродах будет одмнаковым н„ следовательно, такам система, в первом приближении, будет ра. ботать таи, как если бы электроды было одинаковой плошади.
Однако если во внешнюю цепь включить конденсатор [!281 то постоянные составляющие потенциала иа электродах уже яе булут одинаковыми. Вследствие более высокой плотности тона на меньшем электроде, потенциал иа ием будет значительно выше,.чем на ббльшем. Соотношение аостовнных напряжений на двух электролах с изменением отношения их площадей изменяется более быстро, чем простая обратно пропорциональная зависимость. Это объясняется тем, что уменьшение напряжения яа данном электроде приводит к соответствующему уменьшению толщины ионной оболочки вблизи этого электрода.
В результате емкостное сопротивление большего вхектрода уменьшается быстрее, чем оно уменьшалось бы вследствие только увеличения ялощадн этого электрода. Есхи мы теперь заменим конденсатор ао внешней цепи слоем диэлектрика на одном иа электродов, эффект будет таким же, н между плазмой и меньшим электродом появятся достаточно высокое напряжение. Если слоем диэлектрика будет покрыт именно этот электрод, то может иметь место ионная бомбардаровка н, следовательно, распыление поверхности диэлектрика.
Появление постоянного напряженна между двумя злектродамн разной плошадн з высокочастотном тлеюпаем разряде, когда один из электронов — днэлектргпь обнзружилн Батлер н Квио [138[. Наноса слой металла на внутреннюю поверхность стеклянной ставка против ВЧ электрода, овн смоглн нэмермть разность потенциалов между поверхностью диэлектрика н цвазмой. Плазма создавалась в газовом разряде пестоявиого тона с во. Гл. 4. Получение пленок методом ионного распыления мощью термоэлектронной эмиссии, Напряжение ВЧ прикладывалось между электродом с диэлектриком и термоэлектронным катодом.
Экспериментальные данные этой работы, показывающие зависимость потенциала стеклянной стенки от амплитуды приложенно~о ВЧ напряжения, приведены на рис. 27, Как и предполагалось, постоянная составляющая потенциала поверхности диэлектрика оказалась почти равной амплитуде приложенного ВЧ напряжения. Конечная вели ~низ этого потенциала при нулевом ВЧ напряжении обусловлена плавающим потенциалом стенки в разряде постоянного тока. Батлер и Кино заключили, что величина потенцнзла на поверхности диэлектрика была такой„ что большая часть электронов плазмы отталкивалась заряженной поверхностью и попасть на пее могли лишь наиболее быстрые электроны.
Благодарв этому ионный и электронный токи на поверхности диэлектрика оказывались одинаковыми. Это равенство, очевидно, должно выполняться, так как нзоляшш одного из электродов означает, что ео внешней цепи постоянный ток протекать ие может. В ч "зр ч -ВВ ь ~~-Уго ~~гВВ Р А7 ' УВ 2УВ ЛУ Вреаеяяыенне, В Ряс. 27. Зяяясяыяять яостояяоого яотояяялла сгоняя Гяяяряыеяяя яотоылтячесяого сыяыояяя) от лыялятуды вч яяорямоояя (!Зок Г. Техника высокочастотного распыления Как нами уже отмечалось, с физической точки зрения система ВЧ распыления во многом подобна системе расиылеиия на постоянном токе, еиа. зывалось также, что преимушество работы при низких давлениях газа нв постоянном токе, связанное с яспользованием трехэлектродной системы а распыления, в значительной степе— — ни утрачивается в случае ВЧ рес.
С,. Хяыуя~яу-я2 ПЫЛЕиня, ПОЭ20МУ МЫ раССМОтрИМ Яу" о '", ЯЯу только системы с самостоятельным Я Хе Х разрядом (двухэлектродиые). Возможно, наиболее важное рвали. чие между системой распыления иа Рд о : Я Ру постоянном токе и высокочастот. Хе=Я Я Я ной системой заключается в том, что последняя нуждаетсн в схеме согласования импеданса и нагруз. Хг ки, т.
е. разрядной камеры, с выходным сопротивлением источника Ряя. 2э. тяяяояыя гяяыы яоглосоояяяя яыоодооол вч геясроторя я ого яягруякя, ВЧ.на"Ряжения. На рис. 28 прис ведены две, чаще всего используемые схемы согласования и формулы для расчета параметров их компонентов [18(). Здесь Ял — импеданс генератора (который почти всегда равен 80 Ом и приводится в описании прибора), а й — импеданс ВЧ тлеющего разряда Величина импеданса разряда должна быть измерена для каждой конкретной системы. В большинстве случаев импедавс генератора выше импеданса разряда, так что в этом случае следует использовать схему с Г-об. разным четырехполюсннком, показанную на рис. 28,а [94). Конденсатор, 448 8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
