Автоматизация контроля скоростей распыления и осаждения тонких пленок методом электронно-эмиссионной спектроскопии при магнетронном нанесении

• Автор: Ломанов, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 129 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ СКОРОСТИ ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЙ, НАНОСИМЫХ В ВАКУУМЕ.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЕДОВАНИЙ
1.1 Классификация известных методов контроля скорости осаждения, наносимых в вакууме
1.2 Методы и устройства контроля параметров технологического процесса осаждения покрытий
1.2.1 Обзор дифференциальных методов контроля скорости осаждения покрытий
1.2.2 Обзор прямых методов контроля скорости нанесения покрытий
1.3 Сравнение косвенных и прямых методов контроля скорости осаждения материала
1.4 Формулировка задачи исследования
1.5 Выводы по первой главе и постановка задач исследований
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТОДА ЭЛЕКТРОННОЭМИССИОННОГО СПЕКТРОСКОПИИ, ПРИМЕНЯЕМОГО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СКОРОСТИ ОСАЖДЕНИЯ И АНАЛИЗА СОСТАВА ПОКРЫТИЙ. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРОННО-ЭМИССИОННОГО ДАТЧИКА
2.1 Анализ процессов, происходящих при магнетронном распылении
2.1.1 Исследование основных особенностей работы магнетронной распылительной системы
2.1.2 Движение заряженных частиц в плазме
2.1.3 Зависимость скорости распыления материалов от основных параметров технологического процесса
2.1.4 Математическая модель магнетронной системы, характеризующая число возбуждений распыленных атомов
2.2 Электронно-эмиссионный датчик скорости распыления материала

Осаждение материалов в вакууме является одной из эффективных технологий получения тонкопленочных покрытий, применяемых в машиностроении, приборостроении и электронике. В последнее время наибольшее распространение в этой сфере получили технологии ионно-плазменного распыления, в частности, планарные магнетронные распылительные системы.
Свойства получаемых покрытий зависят от множества параметров технологического процесса. Одним из основных таких параметров является скорость осаждения материала, которая оказывает большое влияние на структуру, адгезию и электрофизические свойства пленки, а при одновременном использовании нескольких распылительных систем для получения сложных многокомпонентных покрытий - на химический состав пленки. Также, зная среднее значение скорости осаждения, можно рассчитать текущую толщину напыляемого покрытия.
Получение покрытий с заданными параметрами можно обеспечить контролем и управлением скоростью осаждения материала. Поэтому актуальной является задача непрерывного автоматизированного контроля и регулирования скорости осаждения покрытий.
Наиболее широко распространенные в промышленности методы контроля осаждения пленок с использованием кварцевого пьезокристалла или ионизации потока паров осажденного материала во многих случаях не обеспечивают требуемой точности контроля либо имеют малый ресурс непрерывной работы.
В данной работе был усовершенствован метод электронно-эмиссионной спектроскопии для определения скоростей распыления и осаждения материала в процессе получения тонкопленочных покрытий в вакууме для магнетронных систем распыления путем создания математической модели метода, автоматизации процесса и разработки нового электронно-эмиссионного датчика.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТОДА ЭЛЕКТРОННО-ЭМИССИОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ, ПРИМЕНЯЕМОГО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СКОРОСТИ ОСАЖДЕНИЯ И АНАЛИЗА СОСТАВА ПОКРЫТИЙ. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРОННО-ЭМИССИОННОГО ДАТЧИКА
Анализ электронно-эмиссионного метода контроля процесса осаждения пленок проведен для магнетронного распыления, которое является наиболее перспективным и в настоящее время бурно развивающимся.
Магнетронные распылительные системы обладают целым рядом достоинств [46-48]:
- возможность получения (при введении в газоразрядную плазму реакционно-способных газов) соединений, которые практически невозможно получить термическим испарением веществ в высоком вакууме;
- высокая адгезия пленок;
- сохранение стехиометрического состава пленок при распылении многокомпонентных сплавов;
- однородность покрытий по толщине.
В связи с этим в последнее время наблюдается преобладание магнетрон-ных систем распыления над другими.
Характерные особенности и области применения магнетронных распылительных систем представлены на рис. 11.
2.1 Анализ процессов, происходящих при магнетронном распылении
2.1.1 Исследование основных особенностей работы магнетронной распылительной системы
Рассмотрим принцип действия магнетронной распылительной системы и ее рабочие параметры. Схема планарного магнетрона представлена на рис. 12.