ЛР6 Магнетронное распыление

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ФЭТ

отчет

по лабораторной работе №6

по дисциплине «ТМиЭЭТ»

Тема: Исследование процесса магнетронного распыления

Студенты гр. 5207		Иванов А.Д.
		Шабалин А.Е.
		Макаров К.С.
Преподаватель		Никитин А.А.

Санкт-Петербург

2018

Цель работы: изучение влияния технологических параметров на сопротивление пленки.

Основные положения.

Метод магнетронного напыления тонкой пленки основан на физическом распылении рабочего вещества в высоком вакууме. Cледует выделить три взаимосвязанных процесса:

1) формирование потока рабочего вещества;

2) перенос частиц рабочего вещества от источника к подложке;

3) формирование пленки на подложке.

В вакуумной камере расположен магнетрон и устройства для размещения подложек. На рис. 3.6 представлена типичная конструкция аксиальной МРС. В простейшем случае система представляет собой корпус 1, изготовленный из ферромагнитного материала, в который вставлен постоянный магнит 2 с полюсами N и S. Мишень 3 прижата болтами к корпусу 1 через резиновую прокладку 4. При работе в магнетроне выделяется мощность в несколько киловатт, способствующая нагреву корпуса. Поэтому конструкцию охлаждают потоком водопроводной воды через трубки 5. Корпус 1, являясь

магнитопроводом, совместно с магнитом 2 служит магнитной системой уст-

ройства, которая формирует поле, проникающее через мишень в вакуум. Магнитные силовые линии 6 показаны на рис. 3.6 штриховыми линиями. Электрическое поле в системе создают с помощью мощного источника пита-

ния. Анодом обычно служит вакуумная камера или специальный электрод, установленный в ней. Установка состоит из двух электрических стоек и вакуумной камеры. На правой стойке расположены органы управления вакуумной системой, вакуумметр, натекатель для напуска газа и рукоятка регулирования режима распыления. На левой стойке расположены устройства управления и контроля подогрева подложек и измерительные приборы источника питания МРС.

Для нанесения пленки необходимо:

1. Получить в вакуумной камере высокий вакуум (p = 10^-2 Па). Установка представляется к лабораторной работе в рабочем состоянии с разогретым диффузионным насосом. В камеру напущена атмосфера. Для откачки камеры следует закрыть натекатель на левой стороне вакуумной камеры, нажать кнопку «ПВ» и откачать камеру до давления не выше 20 Па, после чего нажать кнопку «ВВ» и открыть затвор диффузионного насоса. Для напуска атмосферы закрыть затвор и открыть натекатель. При измерении остаточного давления выше 0.133 Па в установке используют термопарный вакуумметр.

2. Создать в вакуумной камере рабочую газовую среду. Для этого следует открыть вентиль на баллоне с аргоном и с помощью микрометрического натекателя установить в камере требуемое давление (p₁ = 0.8 Па, p₂ = 0.6 Па);

3. Включить источник питания МРС. Нажать кнопку «ВЫПР» и ручкой «РЕГ.НАПРЯЖЕНИЯ» на правом пульте установить требуемый ток разряда (I₁ = 1.25 A, I₂ = 1.15 A). По окончании распыления (t = 60 c) вывести рукоятку «РЕГ. НАПРЯЖЕНИЯ» в крайнее левое положение.

Основные расчетные соотношения.

Линейная модель первого порядка:

ỹ = b₀ + b₁x₁ + b₂x₂

где b₀ , b₁, b₂ - неизвестные коэффициенты, вычисляемые по результатам эксперимента; х₁ х₂ - безразмерные нормированные факторы, связанные с реальными факторами соотношением:

Здесь х'_j — физический фактор, причем х’₁= I_раб , х'₂ = p_Ar; х'_j0 - центр плана эксперимента по j-му фактору; I_j - интервал варьирования j-го фактора.

- центр плана эксперимента по j-му фактору;

— интервал варьирования j-го фактора;

x’_{j min}, x'_{j max} максимальный и минимальный уровни j-го фактора.

Обработка результатов эксперимента

Таблица 1 - Исходные данные

№ п/п	Iраб, А	pAr, Па	t, с	R, Ом
1	1,25	0,8	60	230
2	1,15	0,8	60	279
3	1,25	0,6	60	220
4	1,15	0,6	60	264
Ср.знач	1,2	0,7		248,25

Таблица 2 - Результаты расчета построения модели эксперимента.

Уровень фактора, интервал	Фактор
	Iраб, А	pAr, Па
x’j max	1,25	0,8
x’j min	1,15	0,6
x’j0	1,2	0,7
Ij	0,05	0,1

Таблица 3 – Определение уровня j-го фактора

Номер опыта	х1	х2	Ri
1	1	1	230
2	-1	1	279
3	1	-1	220
4	-1	-1	264

Линейная модель первого порядка:

Преобразим полином в следующий вид:

Сравним экспериментальные значения со значениями, полученными из модели:

Экспериментальное сопротивление, Ом	Рассчитанное сопротивление, Ом
230	231,25
279	277,75
220	218,75
264	265,25

Рисунок 1 – Сравнение экспериментальных и теоретических значений при постоянном токе

Рисунок 2 – Сравнение экспериментальных и теоретических значений при постоянном токе

Вывод: в ходе работы была изучена зависимость сопротивления пленки титана от технологических параметров (от давления рабочего газа и тока разряда). По экспериментальным данным была составлена линейная модель первого порядка, значения которой практически совпадают с измеренными сопротивлениями. Проанализировав коэффициенты и , можно заметить, что чем больше ток, тем меньше сопротивление (толще пленка), противоположная ситуация с давлением рабочего газа: чем оно больше, тем больше сопротивление (больше распыление, тоньше пленка).