К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 84
Текст из файла (страница 84)
2.6.42. Схема теювщапмесямч арестуавстаа ейеуулеваввв хаа аеамвевва теаввх швеек аавареввеи ю:хеююге ватеувала а вакуума: 1- приемвав поверхность; 2- поверхность испавещщ; Я - поверхность ковденаспщ; Фб — элементарни площадка лсаевхносгв испарениа; Р(СВН) й - точка КСВН) через промежуток вуеменв Гц уц -радиус-вахтсв гг через'промекугсх ввсмели гв ло - новмааь х поверхности ясяавслва 1 в лентяе элементарней влсщаахи ой йо, - нормаль к приемной поверхности в точке К СВН), в хстовсй спрслехаегаг толщина пленки; 5(ХУ) - крввае, аграличввающая проекцию ложрзисств испаревиа ва плоскость ХУУ; Х У, У - текущие ксовлвлазм точек ловсрзвсств испарения; С, А и - текущие коорлвнатм точек поверхясстл конденсации- приемной псверзиоств; Ш - угол ясвауенвя; бз - угол юащенсавяи где щ - масса вешсспа, испареннопз за время гг с поверхности б(ХУД = О; т - плотносп конденсата.
Суммарную функцию 1Ь потока вещества, прошедщего за время ГГ через точку подложки Р, перемещающуюся по приемной поверхности, щщ распределения конденсата, пропорционального соаьв, определяют по формуле Приведенные выражения аграведливы при следующих допущениях: расстояние от поверхности испарения до поверхности конденсации значительно меньше длины свободного пробега молекул в вакуумной камере при рабочих давлении и темпервгуре; коэффициент конденсации равен единице' распределение испаренных атомов с любой элементарной площадки поверхности и спер нтеля подчиняется закону Кнудсена (косинусоидальному); эмиссионные характеристики любой элементарной площадки поверхности испарения 6(ХУс) О одинаковы; поток энергии на поверхность конденсации определяется тешговымн скоростями молекул пара осаждаемого материала при темперщуре испарения исходного вещества.
На практике закон Кнудсена не всегда точно описывает распределение испаренных атомов по направлениям, например, при испарении вещества с помощью лазерного и электронного луча. Для этих процессов распределение конденсата пропорционально совьв, причем Ь = г ... 5. С учетом сказанного приращение толщины г(Ь~ в точке подложки Р с координатами СВЛ при испарении элементарной поверхности Нб массы вещества сЬц может быль описано формулой ше Ь - любое действительное число. Зго выражение справедливо также при показателе степени 1 / Ь. Для закона распределения конденсата совьй подынтегральное выражение Л = Л(ХХс(Аг)) имеет вид яН г~д (С вЂ” Х) — + ( — У) — + (Н вЂ” У)— йН ос г)В сн Глава ДК ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК Допущение, что эмиосионные характеристики каждой элементарной плоиаяки ~ИИ)г поверхности и~парения б(ХХа( = О одинаковм, на практике выполняется не всегда.
Неравномерность нагрева и теплоопюда от нодар яемого материала приводит к измененюо формьг поверхности испарения, а зто изменяет диырамму разлет частиц испаряемого материала, вследствие чего изменяется раопределение конденсата на поверхности изделия. Неравномерность свойств исходного материала по обьему, различная температура его отдельных участков приводят к изменению эмиссионных харахтеристик в различных точках поверхности испарения и к ее исказкению во времени, что в итоге тохе изменяет распределение конденсата по толщине.
учесть перечисленные факторы мохно путем введения параметрической зависимости координат ХХУ от времени и функции, характеризующей эмиссионную способнооп, точек поверхности испарения т(Хг'.г;(Хг)(. Тогда распределение коцденсата на подвюкной подложке примет вид С =Л(е(); П =Л(ес); (с(СЮН) = О; Х (з(()' г,(4(г) У =Я(); б(ХЯ~ = О, Основные параметры осаждипи тонких пленок в вакууме — поток энергии Рг, подводимый к источнику испарения, скорость испарения ую температура поверхности испарения Т„, количество вещества т, испаренного с единицы поверхности источника в едюпщу времени для стационарных процессов испарения, - связаны мехц(у собой следуюшим уравнением: Р (ХЛ;) ГЗ+Л+сТв(ХУХ) ' где у„- плотность испаряемого материала; Й- его удельная теплота испарения; Х - его удельная теплота плавления; с - его удельная тепло- емкость. Плотносп потока Р( изменяется в зависимости от места положения в пространстве.
Для процессов, у которых суммарный знергопоток на поверхносп конденсации выше значений, определяемых тепловыми скоро- стями молекул исходного материала, а также с учетом последних выражений для т и л система уравнений, определяющая закон Распределения эффективной толщины по поверхности конденсации, имеет вид Г,( Г( Р((ХУХ) +Р(С~Ю ху г 44 й+ )г+ сТ„(ХУУ) О е(ХГ) х Нь(ХУУ(ХТ)] х С г((юг) () У2(ег) д(СПНОР = О; Х=,6((); Т=,Т4((); с =Л(Г); б(МД = О, где Р(СОН~ = О - всломоппевьный поток. энергии на подложку, компенсирую~ций днсбаллюгс потоков энерпи и массы осаждаемого на подлохку вешесиа и обеспечивающий на поверхности конденсащги требуемую эффективную толщину пленки. Анализ системы уравнений для определения эффективной толщины пленки л у в любой точке поверхности конденсации показывает, что управление процессом осаждения тонких пленок в вакууме мозкно осушествлять изменением: пространственно-временных характеристик потока массы т, потока энергии на поверхность испарения Р( и вспомогательного потока на поверхносп конденсации Р, функции распределения температуры по поверхности испарения Ти = 'г(Хга'(Ху)); закона сканирования первичным потоком энергии по поверхности испарения Х = уз((), х =,(4(г), 6(ХУ2) = О; закона пеРемещении приемной поверхности относительно поверхности ислареюи С = у((ег(, Р = Я~(е(), (с(Сгго) = О; размеров приемного овода (подложкодержвтегя), поверхности испарения и их юанмного расположения.
Кроме того, улраюить потоком массы мохно, диафрагмируя его на его пути к поверхности хонденса- ЦИИ. Система уравнений для определения эффективной толщины пленки л ф позволяет применительно к процессу вакуумного осаждеюи тонких пленок сформулировать закон баланса энергомассопереноса: осажденне пленки заданной эффективной толщины испарением исходного материала в вакууме возмохно только при вполне определенном аоот- ношении потоков масоы и энергии, участвующих в формировании конденсата: МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ 241 Рве. 2.б.43.
Сяетеиа оелжделяя телкой ллеаен е воррвгаруавсей даафрамойг Рд,СсРсНг) - точка кривой, огреяяааеющей объемную длефрепеу; Агд(Х4)Щг) - точхя, егрелнчнеаюшяе отверстие плоской длефрагмм; с((ХУ2) О - ураиенле кривой, ограичввеюаей отлерсгле плоской дяефраъсы; Нд — эмаль расположения плоской двафрамм иед плоскостью ХОР(остальные обоаеаендл см. ряс. 26.42) Ь = — )„)У ВИь[ХУЕ[ХУЬ О е" (ХТ) ° ~+[(а] +[ — ] ыг; х,— с ) йу — — — 2) 2. сУ)' ) ьу — — — С, ~ гуХ к=х Уг — Нг ) йу — — — Нг 2 гЫ Х1(а)) .Н .(2(отФ Д(СХН) = О [(Рг + Р) -+ лч] +т Ь,ф = ОЬ. Закон баланса энергомассопереноса справедлив лри проведении любого вакуумного технологического процесса и в самом общем виде описывается соотношением [(Рг + Р) -+ и] 4-У Иф, где Р ф - эффективный объем тонкой пленки, полученной в результате технологического процесса, т.е, определенное количество продукта с заданными свойствами, полученное ло завершении технологического процесса.
На практике управлять суммарным потоком энергии, участвующим в формировании конденсата, можно путем сканирования потока энергии, подводимого к поверхности испарения, изменения его плотности в процессе испарения исходного материала либо целенаправленнопг воздействия допслнгпельного потока энергии, направленного непосредственно на поверхность конденсации. При этом может претерпевать значительные изменения и поток массы.
Упраюить лоптком массах поступающим на поверхность коцпенсашги, без изменения энергетики процесса мо~кно, варьируя траеквзрню перемещения подюжки в процессе осалдения пганки (на пракппа это чаще всего осущесгаиегся введением планеирного движения подюжас), изменяя форму поверхности коцденсации, расстояние от испариюля до подложки. В особых случаях, конга диарамма разлета исларяемого мшериалв узконаправленна, примеюпот стацюнарные ипи вращающиеся коррилгрующне днафрапчы. Корригирующая диафрагма лредстааиет собой либо ~плошной экран, либо экран с отверстием, которые частично перекрывают поток исларяемого материала. Выбор формы этого отверстии или кривой, ограничивающей поверхность экрана, является одной из основных задач при создании корригирующей диафрагмы. Схема системм осаждения тонкой пленки для поверхности исларнгеля большой площаги с корригирующей диафрагмой в виде отверстия представлена на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
