Повышение чувствительности электронно-эмиссионного датчика скорости осаждения веществ электронно-лучевым испарением на основе использования магнетронного эффекта

• Автор: Черников, Виталий Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 173 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОБЛАСТИ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ СКОРОСТИ ОСАЖДЕНИЯ
ВЕЩЕСТВ В ВАКУУМЕ
1 Классификация современных методов оперативного контроля скорости осаждения и толщины покрытий в вакууме
1.2 Обзор методов и систем многокомпонентного контроля
скоростей осаждения
1.2.1 Метод электронно-эмиссионной спектроскопии
при возбуждении электронным ударом
1.2.2 Метод электронно-эмиссионной спектроскопии на основе цилиндрического магнетрона
1.2.3 Метод атомной абсорбционной спектроскопии на основе
ламп с полым катодом
1.2.4 Метод атомной абсорбционной спектроскопии
на основе лазеров
1.2.5 Метод атомной масс-спектроскопии
1.3 Сравнение методов и систем контроля скорости
осаждения
1.4 Формулировка задачи исследования
1.5 Выводы по первой главе
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЭМИССИОННОГО ДАТЧИКА И СИСТЕМЫ РЕГИСТРАЦИИ СПЕКТРОВ
2.1 Магнетронный эффект в электронно-эмиссионном датчике
2.2 Постановка задачи поиска оптимальных параметров
2.3 Расчёт модели магнетронного эффекта
2.4 Модель системы регистрации эмиссионных спектров на основе ПЗС
и электронно-эмиссионного датчика
2.5 Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ
ОСАЖДЕНИЯ ВЕЩЕСТВ В ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ
УСТАНОВКЕ
3.1 Разработка модели системы регулирования
3.2 Экспериментальная идентификация звеньев модели
3.3 Модель системы в среде МайаЫБтиНпк
3.4 Проверка адекватности модели системы регулирования
3.5 ПИД-регулирование процесса осаждения
3.6 Анализ причин неустойчивости процесса регулирования
3.7 Адаптивное регулирование скорости осаждения
3.8 Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЭМИССИОННОГО ДАТЧИКА И СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ОСАЖДЕНИЯ
ВЕЩЕСТВ
4.1 Реализация и экспериментальное исследование электронноэмиссионного датчика скорости осаждения
4.1.1 Конструкция датчика
4.1.2 Схема управления током электронно-эмиссионного
датчика
4.1.3 Система регистрации спектров. Оценка ослабления
эмиссионного излучения в оптоволоконном световоде
4.1.4 Калибровка и поверка датчика
4.1.5 Экспериментальное исследование магнетронного эффекта
4.1.6 Эффект фокусировки в электронно-эмиссионном
датчике

4.1.7 Статистический анализ шумов измерения. Оценка случайных и систематических погрешностей измерения скорости осаждения
4.1.8 Обсуждение свойств системы измерения на основе ПЗС
4.2 Разработка схемы управления мощностью испарителя
4.3 Экспериментальное исследование процесса регулирования скорости осаждения
4.4 Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Расчет траектории электрона в среде МшЬсас!
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Акты внедрения результатов диссертационной работы

поглощении на длине волны 394,4 нм. Контроль скорости осаждения производился на уровне 1,5 нм/с с точностью ±1 %.
В работе [37] при контроле скорости осаждения иттрия линейный диапазон зависимости степени поглощения от скорости осаждения составил до 5 нм/с. Точность контроля составила 0,003 нм/с.
1.2.5 Метод атомной масс-спектроскопии
Контроль скорости осаждения веществ с помощью масс-спектроскопии заключается в измерении тока ионов осаждаемого компонента, имеющих определенное соотношение массы к заряду — т/е, и дальнейшем вычислении скорости осаждения по величине измеренного ионного тока.
Описание систем контроля скорости осаждения многокомпонентных покрытий на основе метода атомной масс-спектроскопии можно найти в работах [41, 42, 43, 44], самая ранняя из которых ([43]) датирована 1977 годом.
Во всех указанных работах для анализа плотности компонентов парового потока применяется квадрупольный масс-спектрометр. Квадрупольный масс-спектрометр относится к динамическим масс-спектрометрам и обладает высокой скоростью развертки спектра (порядка 1-10 мс), в отличие от статических схем, время развертки спектра в которых составляет 0,1 - 0,5 с.
Схема применяемого для контроля скорости осаждения масс-спектрометра приведена на рис. 1.13.
Масс-спектрометр содержит источник ионов (например, ионный источник типа Нира), масс-анализатор и приемник ионов.
Ионизатор содержит отверстие 3 для прохождения парового потока, электронную пушку, формирующую поток электронов с энергиями 50 - 100 эВ, отверстие для вытягивания ионов 4.
Атомы парового потока попадают в ионизатор, где пересекаются с потоком ионизирующих электронов низкой энергии. Далее пучок ионов вводится в вакуумную камеру анализатора вдоль оси квадрупольного