Оптическое управление расходом реактивного газа в процессах магнетронного нанесения покрытий

Изменение давления на 1% приводит к изменению состава осаждаемого потока на 0,9% для случая алгоритма управления по отношению кислорода к аргону (IO/IAr = const) и 0,44% для алгоритма управления по кислороду (IO = const).

Таблица 1 - Коэффициенты пропорциональности между относительным изменением состава осаждаемого потока «а» и «b», скоростью осаждения «с», относительным содержанием кислорода «d» и относительной нестабильностью мощности ?W/W (при Р=const) и давления ?P/P (при W=const) для процессов осаждения оксида титана

Изменение мощности на 1% приводит к изменению скорости осаждения потока на 2,5% для случая алгоритма управления по отношению кислорода к титану (IO/ITi = const) и 4,1% для алгоритма управления по кислороду (IO = const).

Изменение мощности на 1% приводит к изменению кислорода в осаждаемом потоке на 1,0% для случая алгоритма управления по кислороду (IO = const) и 3,0% для алгоритма управления по титану (ITi = const).

Равенство рассматриваемых коэффициентов нулю, для какого-либо алгоритма управления, означает отсутствие влияния нестабильности мощности или давления на процесс осаждения. Следует отметить, что нестабильность мощности влияет на процесс осаждения оксида титана в несколько раз сильнее, нежели нестабильность давления. Вследствие чего эксперимент по определению степени влияния нестабильности давления на процесс осаждения нитрида титана не проводился.

Таблица 2 - Коэффициенты пропорциональности между относительным изменением состава осаждаемого потока «а», скоростью осаждения «с», относительным содержанием азота «d» и относительной нестабильностью мощности ?W/W (при Р=const) для процессов осаждения нитрида титана

Из таблицы 2 видно, что изменение мощности на 1% приводит к изменению состава осаждаемого потока на 3,3% для случая алгоритма управления азоту (IN = const) и на 3,75% для алгоритма управления по титану (ITi = const).

Изменение мощности на 1% приводит к изменению скорости осаждения потока на 2,5% для случая алгоритма управления по отношению азота к титану (IN/ITi= const) и на 2,8% для алгоритма управления по азоту (IN = const) .

Изменение мощности на 1% приводит к изменению кислорода в осаждаемом потоке на 1,1% для случая алгоритма управления по азоту (IN = const) и 3,25% для алгоритма управления по титану (ITi = const).

Количественное различие коэффициентов для процессов нанесения TiO2 и TiN вероятнее всего связано с тем, что для управления в одном случае использована атомная линия, а в другом молекулярная полоса.

Влияние мощности разряда и давления на интенсивности этих элементов различно.

Кроме этого существует отличие в скорости распыления оксида и нитрида титана при остальных одинаковых условиях.

Заключение

При сравнении различных алгоритмов оптического управления расходом рабочих газов магнетронного нанесения оксида титана установлено, что в случае нестабильности мощности оптимальным алгоритмом для поддержания состава осаждаемого потока является алгоритм, использующий отношение линии реактивного газа к линии аргона.

Для достижения постоянства скорости осаждения пленок в условиях нестабильности мощности наилучшие результаты показал алгоритм, основанный на поддержании постоянным отношения интенсивности линии кислорода к линии титану.

В условиях нестабильности давления оптимальным алгоритмом для поддержания состава осаждаемого потока оксида титана является одноканальный, основанный на поддержании постоянной интенсивности линии кислорода.

Для процессов формирования пленок нитрида титана эффективности применения оптических алгоритмы в условиях нестабильности мощности разряда качественно совпадает со случаями формирования оксида титана.

Представленные результаты позволяют выбрать оптимальный алгоритм оптического управления расходом реактивного газа с точки зрения требуемой воспроизводимости свойств пленочных покрытий и возможностей системы оптического управления.

Список литературы

1. Plasma-emission-controlled magnetron sputtering of TiO thin films / Brudnik A., Czternastek H., Zakrewska K. // Thin Solid Films. 1991. Vol. 199, N 1. P. 45?58.

2. Реактивное нанесение в вакууме слоев нитрида титана / Сейдман Л.А. // Обзоры по электронной технике. Сер. 2. 1988. Вып. 6. С. 8?30.

3. Predicting thin film stoichiometry in reactive sputtering / Berg S., Larson T., Hender C., Blom H. // J. Appl. Phys. 1988. Vol. 63, N 1. P. 887?891.

4. Спектральный контроль и управление процессами магнетронного реактивного распыления / Бурмаков А.П., Балясников А.А., Зайков В.А., Лабуда А.А., Чёрный В.Е. // Вакуумная техника и технологии. 1994. Т. 4, Вып. 2. С. 14?16.

5. Управление расходом газов в технологических процессах ионно-плазменного и ионно-лучевого осаждения многослойных покрытий с заданными свойствами / Бурмаков А.П., Игнатенко И.И., Коротков К.В., Чёрный В.Е. // Физика и химия обработки материалов. 2000. N 4. С. 71?74.

6. Оптико-спектральные исследования вакуумно-плазменных технологических сред в процессах нанесения покрытий сложного состава / Бурмаков А.П., Зайков В.А., Лабуда А.А., Никифоренко Н.Н., Чёрный В.Е. // Новые материалы: Материалы итоговой конференции БГУ. Минск. 1996. С. 14?18.

7. Монохроматизация излучения при спектральном контроле плазменных технологических процессов / Бурмаков А.П., Лабуда А.А., Никифоренко Н.Н. // Журнал прикладной спектроскопии. 1997. Т. 65, N 6. С. 1005?1008.

8. Неустойчивость процесса реактивного магнетронного распыления / Бурмаков А.П., Зайков В.А., Лабуда А.А., Чёрный В.Е. // Журнал прикладной спектроскопии. 1996. Т. 63, N 6. С. 1049?1053.

9. Интенсификация процессов формирования твердотельных структур концентрированными потоками энергии / А.П.Достанко, Н.К. Толочко, А.П. Бурмаков [и др.]. // Монография под общ. ред. А.П. Достанко и Н.К. Толочко. - Минск: Бестпринт, 2005. - 682 с.

10. Системы на основе малогабаритных спектрометров для контроля и управления процессами формирования пленочных покрытий / А.П. Бурмаков, В.Н. Кулешов, А.А. Лабуда, Н.Н. Никифоренко, В.Е. Черный. // Электроника. 2006г, №8. С. 42-43.

11. Контроллер расходов газов для процессов нанесения пленок сложного состава / А.П. Бурмаков, В.Н. Кулешов. // Электроника. 2006, №5, С. 59-60.

12. Структура и свойства защитных покрытий и модифицированных слоев материалов / Н.А. Азаренков, В.М. Береснов, А.Д. Погребняк // ХНУ имени В.Н. Каразина. 2007.

13. Магнетронные распылительные системы. КН1. Введение в физику и технологию магнетронного распыления / А.Кузьмичёв // К. Аверс, 2008, С. 244.

Размещено на Allbest.ru