Автоматизация непрерывного фотометрического контроля скорости осаждения и травления тонких диэлектрических пленок

• Автор: Семенова, Светлана Эрнстовна
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 165 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РОЦЕССА ОСАЖДЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК И ЕГО КОНТРОЛЯ.

1Л Влияние скорости осаждения на свойства пленок

1.2 Обзор методов нанесения гонких пленок в вакууме.

1.3 Обзор методов измерения скорости осаждения и их

КЛАССИФИКАЦИЯ

ЕЗЛ Гравиметрический метод.

Е3.2 Метод измерения давления молекул пара.

1.3.3 Метод кварцевого резонатора

ЕЗЛ Ультразвуковой метод.

1.3.5 Оптические методы
1.3.5.1 Фотометрический метод.
1.3.5.2 Метод спектрофотометрии.
1.3.5.3 Эллипсометрический метод
1.3.5.4 Интерференционный метод.
1.3.6 Резистивный метод
1.3.7 Емкостный метод
1.3.8 Ионизационный метод
1.3.9 Метод электронноэмиссионной спектроскопии.
1.4 Анализ методов контроля скорости осаждения и толщины ПЛЕНОК.
Выводы по I 1Ервой главе и постановка задач исследований
2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ
2.1 Математическая модель процесса осаждения гонких пленок
2.2 Математическая модель метода контроля процесса осаждения
2.3 Анализ методов измерения мгновенной скорости осаждения диэлектрических ПЛЕНОК.
2.3.1 Методы измерения мгновенного значения частоты гармонического сигнала.
2.3.1.1 Метод временных интервалов
2.3.1.2 Метод фиксированных уровней.
2.3.1.3 Метод двойного дифференцирования
2.3.1.4 Метод двойного интегрирования.
2.3.2 Применение методов измерения мгновенного значения частоты к реальному сигналу фотометра
2.4 ИСТОЧНИКИ ПОГРЕШНОСТЕЙ В ФОТОМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ КОНТРОЛЯ СКОРОСТИ НАПЫЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК
2.5 Влияние отклонений показателей преломления па
ЗНАЧЕНИЕ СИГНАЛА ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ.
Ф В Ы ВОДЫ ПО 1Л ОРОЙ ГЛАВЕ.
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ И
ЭКСПНРИМЕ1ГГАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ФОТОМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
3.1 МОДЕЛИРОВАИЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ В СРЕДЕ МАТЕАВ И СИНТЕЗ ЕГО ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ
3.2 ПОЛУНАТУРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
УСТРОЙСТВА СОПРЯЖЕНИЯ1
3.3 ПОЛУНАТУРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ МОДУЛЕЙ 1СР ОАБ1 I
3.4 Измерение скорости травления фоторезиста в растворе
ГИДРООКИСИ КАЛИЯ 1
3.5 Описание установки для термического вакуумного
ИСПАРЕНИЯ1
3.6 Применение фотометрического измерителя для
АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СКОРОСТИ ОСАЖДЕНИЯ В Ф РЕАЛЬНОМ ПР1ЕССЕ ТЕРМОВАКУУМНОГО НАНЕСЕНИЯ
ПОКРЫТИЯ
Выводы ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ
4 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФОТОМЕТРИЧЕСКО О ИЗМЕРИТЕЛЯ
4.1 Описание программной реализации метода расчета
МГНОВЕННОЙ СКОРОСТИ ОСАЖДЕНИЯI
4.2 Метрологическое обеспечение исследований.
4.2.1 Методика и прибор для измерения показателя
преломления и толщины пленок.
4.2.2 Измерение показателя преломления нанесенных пленок.
4.2.3 Исследование стабильности мощности лазера
4.2.4 Определение длины волны полупроводникового лазера
ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ.1
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Ниже на основе различных исследований и научных работ приведены многочисленные данные, подтверждающие влияние скорости осаждения нате или иные свойства пленок. Показатель . В [2] рассмотрено влияние скорости осаждения на структуру и свойства пленок в процессе их нанесения. Описана зависимость радиуса критического зародыша от скорости осаждения, обусловленная тем, что от этой скорости зависит изменение свободной энергии при конденсации данного материала в массивном кристалле при тех же условиях на пересыщение, что и в данном эксперименте. Согласно приведенным здесь соотношениям, изменение свободной энергии увеличивается с увеличением скорости. Таким образом, увеличение скорости осаждения приводит к увеличению скорости зародышеобразования и к образованию более мелких островков. Эго значит, что обычно непрерывная пленка образуется при меньших толщинах. Однако, так как зависимость от скорос ти осаждения логарифмическая, то ее небольшое увеличение (в 2 или 3 раза) существенно не меняет радиус критического зародыша. Для того чтобы можно было наблюдать какие-либо эффекты, связанные с изменением размера критического зародыша, необходимо изменить величину скорости на несколько порядков. Существенное влияние в процессе роста на жидкообразное состояние островков скорости осаждения и температуры очевидно из общей природы срастания. Более высокая скорость подобна влиянию дополнительного количества атомов, осажденных значительно раньше процесса коалесценции. Это означает, что по мере срастания утолщение составных островков будет все меньше, в результате чего образуется сплошная пленка на более ранней стадии осаждения. При получении монокристаллических пленок кремния толщиной до мкм на кремниевых подложках методом электронной бомбардировки в вакууме минимальная температура подложки, при которой возможно получение качественных монокристаллических пленок, зависит от скорости осаждения и находится в интервале от до °С. Соотношение между скоростью осаждения и температурой подложки представлено на рисунке 3. Пунктирная линия является температурной зависимостью скорости осаждения, полученной Тойе-рером, использовавшим метод восстановления БКЗЦ водородом. Наилучшие пленки были выращены при высоких скоростях роста (0,5 - 1 мкм/мин). Постников и др. Унвала и Букер также обнаружили, что рост пленки сильно зависит от скорости осаждения. При скорости осаждения выше критического значения в пленке не наблюдалось структурных дефектов, подобным дефектам упаковки. При температуре подложки, равной °С, и низких скоростях осаждения (менее 0,5 мкм/мин) пленки имели дефекты упаковки, в то время как при более высоких скоростях дефекты в пленке отсутствовали. V 7. Как было показано для полупроводниковых пленок германия и кремния, полученных испарением в вакууме, температура, при которой происходит эпитаксия, также зависит от скорости осаждения. Но данным Мэтьюза, повышенная скорость осаждения влечет за собой увеличение температуры подложки, способствующей эпитаксии и влияющей на коалесценцию зародышей. По мере увеличения агломерации пленка становится электрически однородной при более высокой усредненной толщине, называемой критической толщиной. Критическая толщина увеличивается с увеличением скорости осаждения и достигает постоянного значения при достаточно высоких скоростях, когда высокое пересыщение дает более стабильные зародыши, образуемые при взаимодействии между атомами газа. При более низких скоростях состав газовой фазы над пленкой может зависеть от ес толщины и приводить к более высокому содержанию примеси в пленке. Сама скорость осаждения является функцией параметров, соответствующих выбранной технологии наращивания. При взрывном распылении скорость осаждения зависит от взрывного напряжения, тока, давления газа, природы используемого газа и расстояния катод-подложка. Напряжение зазора, кроме его влияния на скорость роста, может значительно влиять на структуру пленки. Факторами, влияющими на структуру пленки при осаждении из газовой фазы, являются скорость потока газа, давление, температура []. Увеличение концентрации газов-реагентов или температуры подложки увеличивает скорость осаждения.