Справочник технолога-оптика - Окатов М.А.
ISBN 5-7325-0236-Х
Скачать (прямая ссылка):
мощности мишени, равной приблизительно 10 Вт/см^.
Обычно поле формируется вблизи мишени при параллельной ориентации линий поверхности мишени. В этом случае вторичные электроны, излучаемые под воздействием ударов ионов, концентрируются перед мишенью, создавая зону плазмы с высокой ионной плотностью. Этим достигаются больший эффект распыления и более высокие скорости (табл. 8.5). Магнет-ронные мишени можно использовать в диодных установках на постоянном токе и при высокочастотном напряжении. В оптической технологии метод получает все более широкое применение [8.95, 8.96].
Распыление материалов. Положительные ионы рабочего газа, получив энергию в электрическом поле, взаимодействуют с катодом, вызывая его распыление. Процесс характеризуется коэффициентом распыления СКр), который, являясь средней статистической величиной, определяется отношением числа выбитых из мишени атомов к числу бомбардирующих ионов. Значение Кр зависит от массы ти и энергии Еи иона, массы атома мишени Мм, ния иона и состояния поверхности мишени
угла паде-
Кр=К1
тиМм
Е,
ти + Мм
ЧЕИ)’
где X (Еи) — средняя длина свободного пробега иона в мишени; Ку — коэффициент, характеризующий физическое состояние мишени.
Для каждой комбинации распыляемого вещества и рабочего газа существует пороговая энергия, ниже которой распыления не происходит. С увеличением энергии иона коэффициент распыления Кр увеличивается, при очень больших энергиях уменьшается из-за глубокого проникновения ионов в мишень. Распыление не зависит от температуры катода.
Скорость распыления катода (о определяется количеством материала (г), распыленного с 1 см2 в 1 с, и связана с напряжением между анодом и катодом U, плотностью тока в разряде давлением рабочего газа р, расстоянием между катодом и подложкой D. Она определяется формулой
U-U
(0 = к2-
кр
pD
где 17кр — критическое напряжение, ниже которого распыление незначительно; к2 — постоянная, зависящая от рода газа и мате-
484
риале катода, а также от геометрии системы распыления. Выбор оптимальных параметров (напряжения U и тока j) разряда, в котором происходит катодное распыление, осуществляется по вольт-амперным и нагрузочным (выходным) характеристикам блока питания. Точки пересечения вольт-амперных характеристик при заданном давлении газовой смеси pt с нагрузочными кривыми определяют режим распыления.
Формирование потока частиц. Формирование потока атомов при катодном распылении обеспечивается выбором формы катодов и подложки, имеющих соизмеримые размеры и расположенных параллельно. Оптимальная скорость осаждения атомов вещества на подложку зависит от выбора определенного давления р, при котором ширина темного катодного пространства D' равна расстоянию между катодом и подложкой D и соблюдается соотношение pD' = const = А (значение А различно для разных газов и материалов катода).
Для получения оптических покрытий широко используют катоды: Та, Ti, Zr, Nb, Si, ZnS, Ce02, Si02 и др.
Конденсация пленкообразующего материала на подложке. Процессы конденсации в вакууме при катодном распылении и термическом испарении отличаются, поскольку распыленные атомы имеют энергию (около 5-10 эВ), на 1-2 порядка превышающую энергию термически испаренных атомов. Важным в процессе конденсации является наличие на поверхности подложки распределенного отрицательного заряда и молекул остаточного газа. На подложке электронами создается отрицательный статический заряд (потенциал может достигать более 100 В). К подложке направлены потоки: положительных ионов остаточных газов, загрязняющих пленку; рабочего газа, способствующего десорбции; ионов распыленного материала катода и др.
В целях снижения возможности загрязнения в катодных установках создают постоянный во времени поток инертного газа при давлении 13,3-1,3 Па (диодные системы) и 0,7-0,07 Па (триодные и высокочастотные системы). Содержание газа в слоях высокое. Например, при парциальном давлении остаточных газов 1,33 • 10~4 Па объемная доля кислорода в слое тантала составляет 10%. С помощью высокочастотного разряда и смещения на подложке можно уменьшить загрязнение пленки. Плотность потока атомов на подложке при катодном распылении на порядок ниже, чем при термическом испарении, поэтому скорости образования слоев при распылении значительно ниже.
Получение покрытий с равномерным распределением распыленного материала по толщине. При катодном распылении неравномерность распределения конденсата определяется двумя факторами [8.9]:
1) краевым эффектом, обусловленным угловым распределением распыленного материала, которое зависит от угла падения ионов и отличается от закона косинуса при наклонном падении, а также
485
локальным увеличением плотности ионного тока за счет изменения траектории ионов около края мишени и бомбардировки ее под более острыми углами; краевой эффект практически полностью устраняется, если диаметры катода и анода связаны соотношени-
ем -^кат ~ ^-^дет’
2) градиентом температуры по поверхности образца, связанным с неравномерным прогревом детали, который обусловлен теплообменом между образцом и технологической оправой; равномерный прогрев обеспечивается в условиях изоляции детали от металлической арматуры.
