2.Алгоритмы и системы управления процессами реактивного магнетронного осаждения.

Алгоритм оптического управления процессами реактивного магнетронного распыления сводится к одновременной регистрации относительной интенсивности необходимого набора элементов эмиссионного спектра разряда, однозначно характеризующего состав осаждаемого потока, и выработке сигналов в реальном времени, управляющих внешними параметрами 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. Ниже рассмотрены алгоритмы, которые условно разделены на одно- двух- и трехканальные по числу регистрируемых контрольных элементов спектра из прикатодной области одного магнетронного распылителя.

Одноканальный алгоритм сводится к регистрации и поддержанию на заданном уровне интенсивности одного контрольного спектрального элемента путем управления расходом реактивного газа. В качестве контрольного участка может быть использована как спектральная линия (или группа рядом расположенных линий) материала катода, так и молекулярная полоса (или спектральная линия) реактивного газа. Необходимые условия применения такого алгоритма: один тип реактивного газа, низкочастотная стабилизация тока (мощности) разряда и общего давления в вакуумной камере. В этих условиях существует однозначная зависимость между интенсивностью контрольного элемента и составом плазмы, а также составом наносимого покрытия и состоянием поверхности катода. Данный алгоритм имеет модификации при одновременной работе расположенных в едином вакуумном объеме двух и более распылителей с одинаковыми или различными материалами катодов. В таких случаях управление расходом реактивного газа производится по интенсивности контрольного элемента первого распылителя. Состав плазменного потока второго распылителя устанавливается на требуемом уровне по интенсивности спектрального элемента материала катода путем задания тока (мощности) разряда этого распылителя. С помощью такого алгоритма управления можно, например, получать композиционные покрытия типа Ti_xZr_yN или Ti_xAl_yN с любым соотношением x и y.

Двухканальный алгоритм сводится к одновременной регистрации интенсивности двух контрольных элементов. В качестве одного контрольного элемента используется спектральная линия (или их группа) материала мишени, второго – молекулярная полоса или линия реактивного газа, а также полосы соединения металл-газ. Управляющий расходом реактивного газа сигнал поддерживает отношение интенсивностей этих контрольных элементов, следовательно, соотношение формирующих покрытие потоков частиц. Необходимые условия применения такого алгоритма менее жестки, нежели одноканального и не требуют низкочастотной стабилизации тока и давления. Данный алгоритм имеет модификации, связанные с одновременной работой двух распылителей. Состав плазменного потока второго распылителя поддерживается на требуемом уровне путем поддержания его разрядного тока таким образом, что отношение интенсивностей элементов материала катода второго и первого распылителей остается постоянным.

При использовании в технологии РМР двух реактивных газов указанные алгоритмы модифицируются в следующие варианты. Трехканальный алгоритм – это одновременное выделение трех контрольных элементов, интенсивность которых обусловлена содержанием в разряде частиц материала катода, одного и второго реактивного газа соответственно. Сигналы, управляющие расходом реактивных газов, формируются таким образом, что отношение интенсивностей первого и второго, второго и третьего контрольных элементов поддерживаются в ходе техпроцесса или при его повторении. Для одно- и двухканального алгоритмов расход второго реактивного газа поддерживается на постоянном уровне относительно расхода первого путем задания постоянного сдвига управляющих натекателями сигналов при условии сохранения соотношения давлений газов на входах натекателей.

В процессах нанесения многослойных покрытий в едином вакуумном объеме возможно использование одного или нескольких из указанных алгоритмов в последовательности, определяемой составом и структурой покрытия [6].