Лабораторная работа №4.

1. Принцип работы магнетронных распылительных систем?

Принцип работы магнетронных распылительных систем основан на физическом распылении материала мишени (катода) в тлеющем газовом разряде в скрещенном электрическом и магнитном полях.

Тлеющий разряд на постоянном токе зажигается между катодом и анодом в среде инертного газа (чаще всего аргона) при пониженном давлении. При отсутствии магнитного поля ионы аргона ускоренно движутся к катоду, приобретая энергию, близкую к разности потенциалов катод – анод. При разности потенциалов в сотни вольт – единицы кВ происходит интенсивное физическое распыление катода. Распыленные нейтральные частицы материала катода, покидая катод с энергией единицы – десятки эВ, осаждаются на подложку или стенки вакуумной камеры, образую там пленочное покрытие.

2. Каковы причины относительно высокой адгезии пленок, наносимых магнетронным распылением?

Относительно высокая энергия конденсирующихся частиц и наличие активирующего воздействия на подложку (основной вклад вносит ионная бомбардировка) способствуют образованию переходного слоя на границе раздела пленка−подложка. Образование переходного слоя, т. е. отсутствие резкой границы между материалом пленки и подложки, обусловлено частичным внедрением распыленных частиц в подложку. Наличие переходного слоя приводит к высокой адгезии пленки.

3. Каков характер влияния индукции магнитного поля магнетронного распылителя на скорость осаждения пленки титана и ток разряда.

При наложении на плазму разряда магнитного поля (рис.1) в области катода возникают зоны со скрещенными магнитным и электрическим полем. Величина магнитного поля выбирается из условия: ларморовский (циклотронный) радиус вращения электронов значительно меньше расстояния катод – анод. Это соответствует индукции магнитного поля 0,02 – 0,08 Т. Электроны плазмы, а также электроны, эмитированные из катода в результате ион-электронной эмиссии, попадают в ловушку. Троектория их движения к аноду резко увеличивается. Это приводит к возрастанию числа электрон-атомных столкновений и в результате к возрастанию степени ионизации (числа ионов и электронов) и возбуждения плазмы в зонах скрещенных полей. В итоге возрастает ионный поток на катод, скорость распыления катода и скорость осаждения покрытия. В тоже время магнитное поле практически не влияет на характер движения ионов, так как их ларморовский радиус при указанных индукциях намного больше расстояния катод – анод.

Лабораторная работа №5.

1. В чем сущность алгоритмов оптического управления расходом реактивного газа в процессах РМР?

Он сводится к одновременной регистрации интенсивности элементов эмиссионного спектра разряда (атомных линий, молекулярных полос), ответственных за состав осаждаемого потока, и выработке сигналов в реальном времени, управляющих внешними параметрами разряда (расход газов, мощность разряда). При этом управляющие сигналы должны обеспечивать вывод состава плазмы на требуемый режим нанесения и его поддержание с необходимой точностью. Если расположить внешние параметры разряда по степени их влияния на точность поддержания требуемого режима, следовательно, на воспроизводимость свойств покрытия, то, в первую очередь, необходимо управлять расходом реактивного газа, затем мощностью разряда и далее давлением в вакуумной камере.

2. Какова структура систем оптического управления расходом реактивного газа в процессах РМР?

Датчиками контроллера являются: аналоговые выходы вакуумметров и оптические датчики (устройства, содержащие светофильтр, фотоприемник и предварительный усилитель). В качестве датчиков возможно использование других источников напряжения. Исполнительными устройствами контроллера являются электрически управляемые натекатели газов. В основу регулятора обратной связи датчики – натекатели положен ПИД-регулятор.