Высокочастотное распыление

Высокочастотное распыление. Данный метод используется, как правило, для распыления диэлектриков. Отличается от катодного распыления тем, что на электроды, один из которых расположен под распыляемым диэлектриком, подается высокочастотный потенциал (частота от 1 до 20 МГц) (рисунок 7).

Рисунок 7 – Схема высокочастотного распыления. 1– распыляемый диэлектрик; 2– подложкодержатель; 3– изделие При подаче отрицательного потенциала на мишень (рисунок 7.22, а) протекают процессы ее распыления ионами аргона и одновременно их адсорбция на поверхности. В итоге между электродами создается тормозящее электрическое поле, приводящее к снижению и даже прекращению распыления. При замене знака потенциала, подаваемого на диэлектрическую мишень, на положительный ее поверхность обрабатывается электронами, что приводит к нейтрализации адсорбированного заряда (рисунок 7.22.б). Оптимальными условиями является равенство характерного времени зарядки поверхности полупериоду высокочастотных колебаний, подаваемых на электроды. Характерные параметры процесса: -частота изменения потенциала– 1…20 МГц; -cкорость распыления – 2·106…2·107 г/(см2·с); -удельная испаряемость – β=6·10-7 г/Дж; -энергия распыленных частиц – до 200 эВ; -скорость осаждения покрытия – до 3 нм/с; -оптимальное давление в камере– 2…3 Па. Данный процесс относится к классу плазменных (плазмохимических) процессов, особенно при распылении высокомолекулярных (полимерных) материалов. При введении в камеру химически активных газов предоставляется возможность получения пленок соответствующего состава. Таким методом получают, в частности, пленки из высокотемпературной сверхпроводящей керамики. Метод ВЧ-распыления находит промышленное применение при осаждении износостойких и коррозионно-стойких покрытий SiO2, оксида алюминия Al2O3 и из других химических соединений.

19. Плазменное распыление в несамостоятельном газовом разряде. Достоинства и недостатки. Плазменное распыление в несамостоятельном разряде. В распылительных системах данного типа горение газового разряда поддерживается дополнительным источником (магнитное поле, высокочастотное поле).
Преимущества метод РИБ:
сохранение стехиометрического состава пленок при распылении многокомпонентных сплавов
высокий коэффициент использования распыляемого вещества
возможность получения равномерных по толщине покрытий на подложке большей площади
высокая адгезия пленок
Сущность МТИ состоит в том, что в специальных испарителях вещество нагревают до температуры, при которой начинается заметный процесс испарения.
Все испарители отличаются между собой в зависимости от способа нагрева испаряемого вещества: резистивного, индукционного, электродугового и др.

20. Расчет толщины покрытия. Определение толщины покрытия представляет серьезные методические трудности, в первую очередь из-за того, что понятие «толщина» применительно к тонким слоям теряет свою определенность в силу развитого рельефа поверхностей. Под «истинной» толщиной пленки следует понимать величину ,где d (y, z) – высота наружной границы металлических границ, S – площадь поверхности слоя.

Существует ряд методов для измерения толщины проводящих тонких пленок: метод оптической интерферометрии, электрические, гравиметрически методы, с индикаторной иглой и т.д. Электрические методы включают измерения электросопротивления пленки R двух- или четырех зондовым методом и расчет толщины по соответствующим формулам с учетом удельного сопротивления r. Для двухзондового метода ,где l – длина пленки (расстояние между контактами); а – ширина пленочной дорожки. Гравиметрические методы основаны на взвешивании подложки до и после нанесения пленки. Средняя толщина пленки дается в ангстремах формулой , где ∆ P – разность веса, мкг; S – площадь образца, см²; r – плотность пленки, г∙см^-3.Электрические и гравиметрические методы просты, однако, требуют знания в первом случае удельного сопротивления, во втором – плотности пленки. Методы оптической интерферометрии используют явление интерференции света. В данной работе использован принцип образования интерференционных полос в интерферометре Майкельсона примененного в промышленном интерферометре МИИ-4.Прибор МИИ-4 позволяет измерять высоты неровностей в пределах от 1 до 0,03 мкм.При установке на прибор плоского отражающего образца на его изображении образуются интерференционные полосы (рис. 2.53)

1 2 а) б)Рис. 2.53. Интерференционная картинка плоской поверхности (а);
б – ступенька пленки (1) – подложка (2)Если на подложке сформировать ступеньку пленка-подложка, то интерференционная картина изменится (рис. 2.53, б).По этой картинке пользуясь окуляром-микрометром можно определить толщину пленки d =0,27(N ₃- N ₄)/(N ₁- N ₂) (мкм),где N ₁, N ₂, N ₃, N ₄–отсчеты окуляра-микрометра.

21. методы контроля параметров осаждения плёнок(толщины и скорости осаждения). НАНЕСЕНИЯ Получение высококачественных пленок с заранее заданными и воспроизводимыми параметрами предопределяет необходимость строгого контроля при их нанесении. Особенности контроля параметров тонкопленочных элементов определяются малыми толщинами наносимых пленок (от нескольких десятков до сотен нанометров). Рассмотрим основные способы измерения и контроля таких параметров пленок, как толщина, электрическое сопротивление, адгезия и важнейшего технологического режима — скорости нанесения. В зависимости от назначения пленок обычно определяют метод их контроля и контролируют один или два параметра. Измерение толщины пленок. Толщину пленок измеряют такими наиболее распространенными методами, как микровзвешивание и многолучевая интерферометрия. Метод микровзвешивания, в основном используемый в производстве гибридных ИМС, состоит в определении приращения массы Δm подложки после нанесения на нее пленки. Кроме того, на точность измерений влияет удельная масса нанесенного материала, которая может изменяться в зависимости от условий технологических режимов (остаточного давления, загрязнений молекулами газа и др.). Чувствительность метода взвешивания составляет 1—10 мкм/м и зависит от чувствительности весов и площади пленки на подложке Метод многолучевой интерферометрии, применяемый для измерения толщины непрозрачных пленок, основан на наблюдении в микроскоп интерференционных полос, возникающих при рассмотрении в монохроматическом свете двух поверхностей, расположенных под углом друг к другу. Перед измерением получают на образце так называемую ступеньку — резкую боковую границу пленки на подложке. Для этого маскируют часть подложки при осаждении пленки или химически удаляют часть осажденной пленки.

С увеличением массы кварцевого элемента его резонансная частота падает. Для линейного участка зависимости частоты от массы нанесенной пленки справедливо следующее соотношение: где т0 и fо — масса и резонансная частота кварцевого элемента до нанесения пленки; Δm и Δf — изменение массы кварцевого элемента и резонансной частоты после нанесения пленки. Таким образом, по изменению скорости (сдвига) резонансной частоты, фиксируемому измерительным прибором, определяют скорость роста пленки. Основной частью кварцевого датчика (рис. 19) является кварцевый элемент5 круглой или квадратной формы, на обе поверхности которого для подачи напряжения наносят тонкие слои золота или серебра. Кварцевый элемент крепится на изоляторе4 и закрывается кожухом3, который вставляется в массивный медный держатель2, охлаждаемый по трубке1 проточной водой. В кожухе и держателе имеется сквозное отверстие 6 для пропускания потока частиц наносимого материала к кварцевому элементу. Рис. 19.

Нестабильность температуры кварцевого элемента является основной причиной неконтролируемого изменения частоты. Для исключения погрешностей измерений из-за нестабильности температуры датчика держатель охлаждают. Этим методом можно также с учетом геометрических размеров кварцевого элемента и массы нанесенной пленки измерить ее толщину, используя следующую формулу: где Fп — площадь кварцевого кристалла, покрытая пленкой наносимого вещества; ρп — плотность наносимой пленки. Точность измерения толщины тонких металлических и диэлектрических пленок в интервале от 10 нм до 5 мкм составляет ± 10%. Максимально допустимая суммарная толщина пленки, наносимой на кварцевый датчик, определяется максимальным сдвигом частоты и примерно составляет 20 мкм алюминия. Существенным недостатком метода является то, что помимо градуировки по осаждаемому материалу необходима также периодическая чистка кварцевых элементов от осажденной пленки.

22. Физико_химические основы вакуумной металлизации полимерных материалов. Кинетека конденсации, влияние температуры. Процесс нанесения вакуумных покрытий на полимерные материалы связан с рядом особенностей, обусловленных природой полимерного материала и способом формирования покрытия. Так как большинство полимерных материалов характеризуется низкой теплостойкостью, они легко разрушаются под действием больших тепловых потоков, резко увеличивают газовыделение вследствие выхода паров воды, мономеров, растворителей и пластификаторов. Кроме того, толщина покрытия, наносимого на холодную подложку ограничена возникновением внутренних напряжений в формируемой плёнке.
При осаждении металлического покрытия на подложку при комнатной температуре получается мелкокристаллическая структура с высоким удельным сопротивлением и малой плотностью, особенно в тонких слоях. Структура покрытия зависит от давления остаточного газа, его состава и скорости конденсации металла. Остаточные газы влияют на структуру покрытия, осаждаясь на подложку одновременно с атомами металла и после окончания напыления, когда они сорбируются на поверхности металлической пленки. Тонкие металлические пленки весьма чувствительны к примесям даже в небольшом количестве. Примеси могут входить в состав испаряемого металла или попадать на подложку в результате разрушения материала испарительного устройства (тигля, лодочки, спирали). Толщина металлического покрытия на полимерных материалах обычно составляет 0,02 - 0,5 мкм и в значительной степени определяется назначением покрытия.

Выбор оптимальных режимов вакуумной металлизации полимерных пленок
При вакуумной металлизации алюминия на лавсановую пленку выбирают оптимальные режимы нанесения покрытия. Температура пленки не должна превышать 50 0С. Процесс металлизации проводится при давлении равным 10-2 Па, если давление в вакуумной камере будет выше, то качество покрытия будет хуже. Скорость осаждения покрытия базируется от 0,25 до 0,3 мкр/мин. Процесс металлизации составляет от 5Ї10 минут.
Выбранные режимы нанесения металлического покрытия позволяют получить очень хорошиепо качеству покрытия. Технологический процесс вакуумной металлизации полимерных пленок
Технология вакуумной металлизации полимерных пленок включает в себя следующие стадии:
1. Конструкторская подготовка пленки;
2. Сушка и обезгаживание полимерных пленок. Пленки предварительно сушат при температуре 80Ї100 0С в течение 2Ї3 часов.
3. Активационная обработка в плазме тлеющего разряда, при напряжении до 5кВ и давлении до 5 Па;
4. Установка пленки в металлизатор;
5. Откачка воздуха до давления от 10-2 до 10-3Па;
6. Нанесение металлического покрытия резестивным испарением. Данным методом наносят алюминий на лавсановую пленку;
7. Напуск воздуха в вакуумную камеру до давления равного атмосферному;
8. Предварительный контроль качества покрытия;
9. Окончательный контроль качества покрытия;
10. Упаковка и складирование материала.