Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Спектр их слабо зависит от типа вснользуемых для откачки насосов. Основную часть газовой нагрузки составляют водород н окислы углерода, обусловленные медленными диффузионными процес. сами газовыделения нлн вторичными реакциями на термокатодах манометрических ламп. Эти компоненты преобладают не только в системах, откачнваемых титанозыми насосами, хотя последние чаще всего яиляются источниками поступления водорода и соединений углерода. В системах с сеттере-ионнылли насосами обычно присутствует также аргон, а в камерах, откачиааемых диффузионными паромасляными насосамн, кроме того, еще содержатся углеводороды. Г, Выделение и поглощение газа испарителяыи Испарители также дают свой вклад в атмосферу остаточных газов вакуумных напылительных установок.
При включении нспарителя на прогрев часто наблюдается увеличение давления почти на цорядок. После первоначального броска давление постепенно уменьшается н за счет геттерного эффекта пленки может спуститься даже ниже своего исходного значения (см. [215)). Прн нанесении металлических пленок первоначальное увеличение давления свнзано с термическим выделением растворенных и исходном металле газов, таких как Нз, СО, СОз или Км Часто наблюдается также выделение метана, обусловленного вторичными реакциями примесей углерода. Редка обнаруживается присутствие кислорода в атмосфере, поскольку он обычно реагирует с углеродом, образуя СО.
Вегенер и Мард [307) анализировали газовыделения из некоторых тугоплавкяк металлов в области температур от 1000 до 2000' С. Они обнаружили, что титан выделяет приблизительно в равных количествах Нэ н НэО, тэтнал— в основном СО и Н„'тогда как основным компонентом газовыделенив из никеля, железа и молибдена является окись углерода (> 80з(л). Количественно наиболее полно изучено газовыделение иэ меди. Гендер и Леметш [21] наблюдали с ростом температуры несколько максимумов газовыделв ния для небольших тестовых образцов.
Газ, адсорбнрованный на поверхности и содержащийся в поверхностном оксндном слое, выделялся в интервале температур 300 — 700' С, тогда как диффузионный выход его из глубины тела сталловился существенным лишь после нагрева выше 900' О. В наиболее чистом материале относительная концентрация растворенного газе не превышала 1О-л, так что общее количество газов, выделяемых по средством каждого нз этих двух процессов (диффузионного и десорбцнЬнного), было сравнимым.
Аналогичные исследования были проведены Ккркендалом н др. [303), которые иэучалн влияние разлвчных методов обработки на скорости газовыделения из бескислородной меди. После обработнн в парах воды н химического травления образцов общее количество выделившегося газе составлило !О-э мм рт. ст. ° л ° см-э. Отжиг в водороде оказался очень эффективной обезгажнвающей процедурой для всех газов, кроме Нэ.
Количество последнего компонента, выделяемого нз материала после такой обработки, близко к 1О-э мм рт. ст. ° л ° см-э. Общее газо- выделение образцов, предварительно подвергнутых отжнгу в вакууме, оказалось приблизительно равным 10-л мм рт. ст. л ° см э. б. Конструкции и рабочие характеристики вакуумных систем После достижения рабочей температуры источника выделение из него газа постепенно уменьшается, а вакуум в системе соответственно улучшается. Этот процесс ускоряется, если напыляемая пленха обладает корошнми геттернрующими свойствами, например, пленка титана.
Хром активно взаимодействует с кислородом, так что при давлениях выше 10-э мм рт. ст. концентрация СгзОз в пленке уже становится существенной [3091. Касуэлл !79! исследовал изменение спектра остаточных газов при напылении олова. При этом оказалось, что иэ самого испарятеля выделяется водород, а парциальное давление кислорода в системе вследствие геттернрующего действия свеженанесенной пленки олова уменьшается.
Геттерные свойства соединений можно проиллюстрировать на примере пленки 3!О !3!О!. Прнест и др. [3111 показали, что пленки 8!О активно поглощают НзО и О, и, следовательно, могут значительно улучшать ва. куум в обычных установках для напыленив. Прн необходимости получения очень чистых пленок широко практикуется предварительное обезгаживание источника прн температуре несколько ниже рабочей, Однако очень часто такая процедура окэзыэаетсв недостаточной, и при повышении температуры да рабочей наблюдаетси еще существенное выделение газа.
Еще одним способом улучшения чистоты пленки является экраиирование подложки а начале процесса испарения до тех пор, пока не улучшится вакуум. В обычных установках для наны. ления уровень рабочего вакуума можно несколько повысить за счет уменьшения газовыделения из смежных с нспарнтелем поверхностей, нагреваемых излучением. Десорбция газа с зтих поверхностей быстро возрастает в процессе испарения по мере увеличения их температуры. Эта проблема в какой-то мере решается установкой радиационных экранов из тугоплавких металлов и использованием водяного охлаждения для сниженнв температуры токовводов. Для защиты стенок камеры от радиационного нагрева полезно также применять рубашки, охлаждаемые жидким азотом.
В сверхвысоковакуумных системах газовыделение, обусловленное иснярвтелями, намного превышает вклад всех остальных процессов выделения газа. Все преимущество таких систем в отношении глубины вакуума оказывается совершенно бесполезным до тех пор, пока исходная чистота испаряемого вещества и материала нспарителя не будут улучшены до соответствующего уровня, а методы предварительного их обезгажнвания ие будут отработаны до требуемого совершенства.
Большан часть сверкчнстых материалов, включая н тугоплавкие металлы, в настоящее время получается методом многократной зонной плавки !312]. Качество таких материалов, по-видимому, можно еще улучшить, если процессм очистки проводить в условиях сверхвысокого вакуума [3131, Д. Автоматизированные системы для осаждения пленок Как правило, тонкопленочные структуры изготавливаются путем последовательного проведения целой серии отдельнмх операций в рааборвык высоковакуумных системах, типа тех, что были описаны в равд. 66. Однако встречаются ситуации, когда весь процесс должен быть проведен в течение единого непрерывного технологического цикла.
Это может возникнуть, например, прн необходимости нанесения пленок на большое число подложек и особенно, если каждая из ннх имеет большую плошадь поверхности. В этой ситуации последовательное проведение многих вакуумных циклон согласно требуемому ряду операций будет ограничивать производительность установки. В некоторых случаях при нанесении мно- Гл. 2. Техника высокого вакуума гослойных пленочных структур исключаетсн возможность выноса подложки па воздух на промежуточных этапах. Такие ситуации послужили толч. ком к разработке напылительных систем большой производительности и установок для получения многослойных покрытий.
Задача созаания таких установок требует существенного услонснення систем и ставит перед конструкторамн ряд специфических проблем. П Общие сведения. Решению об использовании автоматизированной напылительной системы обязательно должен предшествовать тщательный экономический и технический расчет. Из-за большбй сложности и нсоб. ходвмости введения некоторых специально канструктируемых элементов стоимость самого оборудования и расходы на эксплуатацию таких систем во много раз выше, чем обычных напылнтельных установок последовательного типа.
Из-за отсутствия предварительного опыта велик риск столкнуться с непредвиденными затратами на переконструнрованне, чрезмерные додслхн и ремонт. Эти соображения надо иметь в виду при опенке ожядземого экономического и технического выигрыша. При таком знали. зе может оказаться, что несколько обычных напылительных установок, обладаюв их в сумме эквивалентной производственной мощностью, будут выгоднее, чем одна автоматизированная. Однако возможность такога выбора исключена, например, в случае, если экспозиция изделия на воздухе между промежуточными операциямн изготовления оказывается губи. тельной для качества нлн надежности продукции.
С другой стороны, сильным аргументом в пользу напылнтельных систем непрерывного действия являются такие их достоинства, как сокращение доли ручной обработки материалов, повторяемость результатов автонатнческн контролируемых процессов и исключение ошибок оператора. Это важно, например при изготовлении соединений сверхпроводящих пленок для криогенных пеней н при нанесении защитных покрытий нз пленки, свойства которых чувствительны к экспозиции на воздухе. По данным Кука ~З!4~ наиболее воспроизвоаимыми свойствами обладают тонкопленочные Та-резисторы, изготовленные именно на линейке распылительных установок непрерывного действия с четырехдневным циклом. По сравнению с системами термического испарения конструкции ионно.распылителъных установок непрерывного действив несколько менее критичны в смысле внесения в процессе работы загрязнений в пленку.
Это связано с постоянной промывкой камер таких установок чистым рабочим газом. Следовательно, примеси из послеяующнх секций прежде, чем попасть в рабочее пространство, должны диффундировать навстречу потоку газа. Поэтому в распылительных установках часто используют способ дкфференнрованной откачки, обладающий преимуществом свободного доступа в камеру в любое время.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
