1.3.2 Методы контроля и управления реактивным магнетронным распылением (рмр)

В обычном (не реактивном) процессе ионного распыления достаточно контролировать скорость распыления, поддерживая заданное давление аргона и ток (мощность) разряда [6]. При реактивном распылении требования к контролю процесса возрастают, так как необходимо еще обеспечить постоянство состава получаемых пленок.

Как отмечено выше, для стабилизации процесса реактивного магнетронного распыления необходимо поддерживать катод магнетрона с полностью или частично металлической поверхностью, поддерживая соответственно высокое парциальное давление реактивного газа для формирования требуемой компонентной пленки. Это не всегда возможно, поскольку, если увеличивать поток реактивного газа, неизбежной становится реакция между металлической мишенью и реактивным газом. Это в свою очередь приводит к гистерезисному поведению, и неконтролируемым переходам между металлической и реактивными модами процесса, особенно в диапазоне давлений реактивного газа, при котором формируется стехиометрическая пленка.

Для анализа процессов реактивного магнетронного распыления целесообразно выделить внешние параметры разряда, т.е. те параметры, величины которых заданы и контролируются во время процесса, и внутренние параметры, величины которых устанавливаются в результате сложных явлений в разряде.

Основными внешними параметрами являются поток реактивного газа, мощность разряда, поток и давление аргона. Внутренними – скорость распыления, парциальное давление реактивного газа и быстрота поглощения его пленкой, степень покрытия поверхности мишени соединением, скорости распыления мишени и нанесения пленки, а также вольтамперные характеристики разряда. Разделение на внешние и внутренние параметры в какой-то мере условно, так как иногда они могут меняться местами, например в работах, где контролируют парциальное давление реактивного газа. Но для большинства исследований указанное разделение справедливо.

Если в процессе реактивного магнетронного распыления контролировать внешние параметры разряда, то на характеристиках внутренних параметров разряда появляются гистерезисные петли. В частности, на зависимостях парциального давления реактивного газа и скорости распыления мишени от потока реактивного газа или мощности разряда. Если же контролируемыми параметрами сделать внутренние параметры разряда, то тогда необходимые для их поддержания величины потока реактивного газа в камеру или мощность разряда будут определяться явлениями в разряде. В этом случае на характеристиках разряда отсутствуют гистерезисные петли. Существует несколько способов контроля внутренних параметров процесса нанесения:

• Регулировка парциального давления реактивного газа путем изменения его потока в камеру;

• Измерение парциального давления реактивного газа с помощью масс-cпектрометра или приборов спектрального контроля;

• Управление процессом по скорости распыления;

• Регулировка парциального давления реактивного газа по ВАХ разряда на постоянном токе;

• Управление процессом реактивного распыления мощностью разряда.