Справочник технолога-оптика - Окатов М.А.
ISBN 5-7325-0236-Х
Скачать (прямая ссылка):
При условии распыления мишени равномерным потоком ионов распределение конденсата определяют по формуле
[ R2-r2-D2 1
d/d0=0,5 1 + -—------2----^--------П/2 ’
[ [(D + R - г ) + (2r?>) ]1/2 j
где г — расстояние от проекции центра мишени на плоскость подложки до заданной точки; R — радиус мишени; D — расстояние между мишенью и подложкой. Формула справедлива при коэффициенте конденсации, равном единице. При равномерном прогреве подложки и исключении краевого эффекта можно снизить неравномерность распределения конденсата до 0,1 % на части поверхности детали, определяемой Dpa6 ~ 0,5?)дет при планетарном вращении детали.
8.4. КОНТРОЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ПРОЦЕССЕ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
Широкому использованию вакуумных методов в тонкопленочной технологии во многом способствует возможность контроля, стабилизации и автоматического управления основными параметрами технологического процесса, к которым относятся давление остаточных газов и их состав, температура подложки, скорость испарения (или конденсации), толщина и оптические константы наносимого слоя.
Для повышения плотности, адгезии и других параметров покрытия наносят на подогретые подложки (температура подложки обычно составляет 100-400 °С). Для воспроизводимости характеристик широкого ряда промышленных покрытий достаточна стабильность температуры подложки ± (5-10) °С. Для измерения температуры подложки в большинстве случаев служат проволочные термопары (например, хромель — копель). Термопарный метод используют также при измерении и регулировании температуры нагрева испарителя, которая определяет скорость испарения. Температура испарителя может косвенно оцениваться по потребляемой мощности.
486
Для контроля толщины слоев в процессе их нанесения используют частотный и фотометрический методы.
Частотный метод основан на регистрации изменений частоты кварцевого резонатора Af при увеличении его массы в процессе конденсации слоя.
Взаимосвязь Af с массой и толщиной осажденного слоя определяется соотношениями [8.10]:
Af = f0/m0Am; (8.3)
Ad = y0d0/yAf, (8.4)
где Af — изменение резонансной частоты кристалла, вызываемого осаждением слоя, Гц; fQ — резонансная частота кристалла, Гц; Am, mQ — масса осажденного слоя и кристалла соответственно, г; у, у0 — плотность материала слоя и кристалла, г/см3; Ad, dQ — толщина осажденного слоя и кристалла, см.
Погрешность определения толщины слоя связана с погрешностями измерения Af, fQ, у. Прибор для измерения толщины слоя состоит из двух кварцевых резонаторов. Частота одного из них постоянна, а частота другого, расположенного в камере, зависит от толщины осаждаемого слоя. Разностная частота резонаторов усиливается и измеряется. Используют также метод нулевых биений, для чего эталонный резонатор выполняется перестраивающимся по частоте. Для определения толщины слоя необходимо знать его плотность, что сопряжено с определенными трудностями. Для облегчения задачи строят экспериментальные кривые зависимости толщины слоя от смещения частоты измерительного кварцевого резонатора для каждого конкретного материала. Однако плотность получаемых слоев существенно зависит от параметров процесса нанесения и не является величиной постоянной. Это несколько ограничивает возможности применения частотного метода.
В табл. 8.6 приведены основные характеристики нескольких кварцевых приборов. Максимальная суммарная толщина слоя, осаждаемого на кварцевый датчик, определяется максимальным сдвигом частоты, указанным в таблице. При превышении этого значения чувствительность прибора уменьшается. К недостаткам приборов относится необходимость периодической чистки кварцевого датчика.
Фотометрический метод основан на явлении интерференции света в тонких слоях. Если показатель преломления наносимого материала ниже (выше), чем у подложки, то при монохроматичес-
Таблица 8.6. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИБОРОВ
С КВАРЦЕВЫМИ ДАТЧИКАМИ
Марка прибора Рабочая частота, кГц Чувствительность по серебру, Гц/нм Максимальный сдвиг частоты датчика, кГц Погрешность измерения частотомера, %
КИТ-1 3 300 2,5 50 ±3,0
КИТ-2 10 ООО 22,6 600 ±2,5
МЭК-1 6 200 90 100 ±3,0
487
ком освещении системы подложка — пленка интенсивность отра- j женного света уменьшается (увеличивается) и достигает минимума (максимума) при оптической толщине пленки, равной 1/4 длины волны падающего света. При дальнейшем увеличении толщины интенсивность отраженного света увеличивается (уменьшается) до максимума (минимума) при оптической толщине пленки, равной Х/2. Зная число минимумов (максимумов), можно определить оптическую толщину пленки '
nd = т (Х/4), (8.5)
где т — число минимумов (максимумов) отраженного света; X — длина волны монохроматического света.
Аналогично определяют оптическую толщину пленки при использовании проходящего света.
Промышленные фотометрические системы позволяют осуществ- ! лять контроль толщины слоя на фиксированной длине волны в диа- j пазоне спектра 0,25-3,0 мкм по отражению и пропусканию. Такая система включает источник излучения, фотометрический блок, фор- ; мирующий световой пучок, устройство для выделения монохроматического излучения, устройство крепления и смены контрольного образца, фотоприемник, блоки усиления и регистрации излучения, про- ¦ шедшего через контрольный образец или отраженного от поверхности контрольного образца с пленкой. В качестве источников излуче- ‘ ния наиболее часто используют кварцевые и галогенные лампы.
