Способ управления плазменным осаждением тонких пленок в вакууме Советский патент 1993 года по МПК C23C14/00 

Изобретение относится к плазменной диагностике и управлению процессом осаждения тонких пленок в вакууме, в частности к технологиям, использующим распыление, осаждение из химических паров и плазменную полимеризацию.

Целью изобретения является повышение коэффициента выхода годных за счет обеспечения однородных и воспроизводимых характеристик пленок.

В процессе осаждения тонкой пленки с использованием плазмы осуществляют наблюдение и анализ плазменного оптического излучения и результаты используют для

управления плазменным процессом осаждения пленки.

На фиг. 1 представлена блок-схема, иллюстрирующая плазменную систему, применяемую в предлагаемом способе; на фиг.2 - камера плазменного осаждения и устройство измерения, поперечное сечение; на фиг.З - примерный спектр эмиссии излучения плазмы; на фиг.4 - 6 - связи частиц молекулы газа, применяемого в процессе плазменного осаждения; на фиг.7 - семейство кривых, иллюстрирующих распределение электронной энергии в плазме; на фиг.8 - диаграмма энергетических уровней для одиночного элемента плазмы; на

XJ CN

Ю

00

фиг.9 -.11- блок-схема компьютерной программы, управляющей входными переменными плазменного процесса с учетом измеренного плазменного спектра; на фиг.12 - дополнительные элементы оснастки плазменной системы по фиг.1, 2; на фиг. 1.3 - частичный разрез А-А на фиг. 12; на фиг. 14 - этап работы элементов, представленных на фиг.12, 13.

Система для реализации данного способа (фиг.1) включает в себя замкнутую реакционную камеру 1, в которой формируется плазма, В камере размещают подложку 2 для осаждения на ней тонкой пленки некоторого материала. Подложкой может служить любой совместимый с вакуумом материал, подобный металлу, стеклу и некоторым видам пластмассы. В реакционную камеру газовая система 3 подает один или несколько газов. Электрическое поле создает источник 4, а низкое давление поддерживается управляющей давлением системой 5. Оптический эмиссионный спектрометр 6 соединен через оптическую волоконную светопроводящую среду 7 с реакционной камерой 1 так, что обеспечена связь видимого и почти видимого излучения плазмы (особенно ультрафиолетового участка) со спектрометром.Кварцевое окно 8 в боковой стенке реакционной камеры можно использовать для оптической связи излучения с внешней волоконной средой 7. Общее системное управление 9, включающее в себя управляемую компьютером часть, соединено с каждым из компонентов системы так, чтобы принимать информацию от них и посылать управляющие на них команды.

В системе, показанной на фиг.1, реакционная камера 1 может быть любого типа, обеспечивающего выполнение процессов нанесения пленок, усиленного плазмой осаждения химических паров, плазменной полимеризации или других вакуумных методов получения тонких пленок. Более подробное объяснение назначения каждого из компонентов системы, представленной на фиг.1, дано со ссылками на фиг.2; предполагается, что проводят усиленный плазмой процесс осаждения химических паров или процесс плазменной полимеризации. Реакционная камера разделена на загрузочный шлюзовой отсек 10 и рабочий отсек 11 изоляционной щелевой заслонкой 12. Управляющая давлением система 5 включает в себя механический насос 13, соединенный с загрузочной шлюзовой камерой 10 клапаном 14. Управляющая давлением система также содержит диффузионные насосы 15 и 16 и механический насос 17. Диффузионный насос 15 соединен с загрузочной шлюзовой

камерой 10 через изоляционный вакуумный затвор 18 и регулируемый экран 19. Аналогично диффузионный насос 16 соединен с рабочей камерой 11 через изоляционный вакуумный затвор 20 и регулируемый экран 21. Экраном 21 управляет системное управление 9 во время процесса нанесения, чтобы поддерживать давление на заданном уровне.

Подложка 2 сначала загружается в загрузочный шлюзовой отсек 10 при закрытой заслонке 12. Затем механический насос 13 понижает давление, после чего начинает работать диффузионный насос 15, еще больше

5 понижая давление, доводя разрежение до 6,5 х 10 Па. Рабочее давление составляет около 46 мкм для усиленного плазмой осаждения из химического пара или процесса плазменной полимеризации и достигается

0 напуском рабочих газов в реакционную камеру и дросселированием дифффузионного насоса 16 с помощью экрана 21. Во время загрузочной и разгрузочной операций диффузионный насос 16 поддерживает рабочее

5 давление в рабочей камере 11. Когда загрузочная шлюзовая камера 10 оказывается откачанной до базового давления, открывается заслонка 12 и подложка перемещается в камеру 11..

0 Предусмотрена возможность перемещения подложки вперед-назад через зону 22, где формируется плазма. В данной системе это достигается при помощи множества роликов 23, предпочтительно изготовленных

5 из алюминия с электроизоляционными О-об- разными кольцевыми ободьями по внешней поверхности для опоры подложки. Ролики вращает двигатель (на чертеже не показан), обеспечивающий управляемую осевую ско0 ррсть и тем самым перемещение подложки 2. Типовой процесс.осаждения пленок включает в себя перемещение подложки взад- вперед через плазменную область 22 несколько раз, чтобы тонкая пленка, осаж5 дающаяся на верхнюю поверхность подложки, обрела требуемую однородную толщину.

Внутри камеры 11 размещено магнет- ронное устройство распыления, образован0 ное из магнитного блока 24 и катода 25. Источник питания 4 выходом включен между катодом 25 и металлическим корпусом реакционной камеры 11. Магнетронное устройство создает подходящую комбинацию

5 магнитных и электрических полей, чтобы создавалась плазма, когда в реакционную камеру вводят надлежащие газы. Подложка остается электрически изолированной и проходит непосредственно через плазменную область 22.

Газообразные компоненты, необходимые для формирования плазмы в области 22. вводятся в камеру 11 через трубопровод 26. Труба (на чертеже не показана), имещая сопла, установленные по ее длины, расположена поперек камеры 11 {перпендикулярно к плоскости фиг.2), где трубопровод 26 входит в камеру. Этот газ распространяется внутри камеры 11 от подающей трубы к диффузионному насосу 16 (обозначено пунктирной линией на фиг.1). Предпочтительно вводить газ с той стороны плазменной области 22, которая ближе к насосу 16, Пара экранов 2.7 и 28. по одному с каждой стороны магнетронного устройства, также пома- гает ограничить газовый поток плазменной областью 22. Конкретная газоподающая система 3, которая соединена с трубопроводом 26, зависит, естественно, от того, сколько надлежит смешивать газов и каковы их свойства.

На фиг.2 используются два независимых источника 29 и 30 газов под высоким давлением, но для других процессов подобных газовых источников может быть меньше или больше. В этом частном примере имеется .источник 31 жидкого материала, подлежащего испарению. Испарительный аппарат 32 обеспечивает поступление необходимого управляемого потока пара во входной трубопровод 26 в соответствии с управляющим сигналом от системного управления 9, который воздействует на расходомер, являющийся частью испарительного аппарата 32. Аналогично сильно сжатые газы источников 29 и 30 нагнетаются через индивидуальные управляемые расходомеры 33 и 34 соответственно. Управление плазмой и, соответственно, пленкой, осаждающейся на подложке, обеспечивается возможностью регулирования пропорции каждой газовой составляющей, проходящей по входной трубе 26 в напылительную камеру 11. Каждый из расходомеров 33 и 34 и расходомер в аппарате 32 подают на системное управление 9 электрический сигнал, пропорциональный скорости потока проходящего через него газа, реагируют на сигнал от системного управления 9, регулирующий и управляющий скоростью этого потока.

. В некоторых системах ,в частности в поточных промышленных системах плазменного нанесения покрытий, желательно предпринимать шаги, гаратирующие достаточную подачу газов от газовой системы 3. В промышленных устройствах для нанесения покрытий желательно, чтобы достигалась наивысшая скорость осаждения без ухудшения качества осаждаемой пленки.

Чтобы гарантировать, что скорость осаждения не лимитируется объемом газа, присутствующего внутри реакционной камеры, необходимо должным образом подобрать 5 размеры газовой системы 3 и управляющей давлением системы 5.

. Механический насос 17 и диффузионный насос 16 управляющей давлением системы 5 должны быть достаточно

0 производительными, чтобы обеспечивался поток газов через реакционную камеру. Для повышения коэффициента полезного действия насоса экран 21. размещенный на входе диффузионного насоса, можно полностью

5 снять, создавая диффузионному насосу условие беспрепятственной работы. Диффузионный насос можно полностью демонтировать и установить более мощный механический насос, что является альтерна0 тивным вариантом обеспечения возможности понижать давление внутри реакционной камеры.

Чтобы использовать преимущества большой насосной мощности, газовая сис5 тема 3 должна быть согласована по производительности. Баланс между насосной мощностью и подачей газовой смеси выбирается таким, чтобы обеспечивалось заданное рабочее давление внутри камеры 11 и

0 существовала гарантия, что процесс осаждения не лимитируется недостатком реаген- тной газовой составляющей. Наличие газовых входов в реакционную камеру 1 также позволяет задавать повышенную скоро5 сть газовому потоку, как и обеспечивать хорошее распределение газа внутри камеРЫВ примере, осуществляемом по данному способу, жидкостью 31 является органо0 силикон, а сжатыми газами 29 и 30 - кислород и гелий, соответственно. Выбранным видом органосиликона является гекса- метилдисилоксан, структурная формула которого показана на фиг.4. Продуктом при5 мерного процесса усиленного плазмой осаждения из химических паров является тонкая пленка, очень твердая, стойкая к ца- рапанию, оптически прозрачная и хорошо сцепляющаяся с подложкой. Эту пленку

0 применяют для покрытия автомобильных или строительных стеклянных подложек, которые наносятся либо непосредственно на стекло, либо поверх другой или нескольких других пленок, подобных нанесенному на5 пылением малоэммссионному покрытию. Этот класс подложек отличается большими габаритами, так что процесс должен обеспечивать формирование пленок, обладащих однородными характеристиками по всей поверхности,

На фиг.З дан пример оптического эмиссионного спектра, полученного спектрометром 6 (фиг. 1) для плазмы, сформированной в рабочей камере 11 из подобной комбинации газов. Интенсивности трех линий эмис- сии излучения подвергаются замеру и используются для диагностики характеристики плазмы, а затем для выполнения всевозможных регулировок относительного содержания газообразных составляющих, которые необходимы для поддержания характеристик плазмы в требуемом состоянии. Тремя линиями являются водородная альфа-линия 81 на волне около 657,1 нанометра, водородная бета-линия 83 на волне около 486,1 нанометра и галиевая эмиссионная линия 85 на волне около 501,8 нанометра. Поскольку эти три эмиссионных пика очень велики относительно интенсивности ближайшего участка спектра и очень узки, спектрометр должен обладать разрешающей способностью всего лишь 0,5 нанометра, что хорошо согласуется с разрешающей способностью приборов.

Чтобы исключить влияние неизвестных переменных и нежелательного шума оптического сигнала, отношения этих уровней интенсивности применяются для диагностирования плазмы и управления процессом. В данном примере отношение интенсивности водородной альфа-линия 81 к интенсивности гелиевой линии 85 применяется для управления скоростью потока пара силиконового исходного материала через расходомер 32. Этот материал является источником водорода, эмиссия которого наблюдается. Когда это отношение превысит некоторое опорное значение, компьютерная управляющая система 9 принуждает расходомер, встроенный в расходомер, уменьшить скорость потока пара силиконового материала без воздействия на скорости потока других газов. Если это отношение упадет ниже опорного значения, расходомер раскрывается для увеличения потока пара силиконового исходного материала.

Второе отношение, которое используется, составляют интенсивности двух эмиссионных линий одиночных атомных или молекулярных элементов плазмы, В данном конкретном примере применяются интенсивности водородной альфа-линии 81 и водородной бета-линии 83. Как разъясняется ниже, это отношение пропорционально средней электронной температуре Те плазмы. Если это отношение (или вычисленное по нему Те) превысит опорное значение, то компьютерное управление 9 заставляет расходомер 33 увеличить поток кислорода

без воздействия на скорость потока силико- носодержащего пара или геля. Если отношение интенсивностей (или вычисленное по нему Т0) упадет ниже опорного значения, скорость кислородного потока уменьшается. Повышенное содержание кислорода, как предполагается, влечет понижение средней электронной температуры за счет комбинации с атомарным водородом, который является основным источником электронов в этой газообразной смеси.

Ниже проводится исследование природы взятой для примера плазмы и дано истолкование взаимосвязи отношений интенсивностей эмиссионных линий. На фиг.4 дан экскиз молекулы силиконосодержащего пара. Надо, например, чтобы часть SI-0-SI осела на подложку. Как обозначено на фиг.4, энергия сцепления между атомами кремния и кислорода значительно выше энергии других связей в молекуле. Сила этого сцепления - 8,31 эВ. Энергия сцепления между атомом кремния и метиловой группой СНз составляет 4,53 эВ.

На фиг.5 показана метиловая группа с энергией сцепления углерода и водорода, равной 3,51 эВ. Поэтому в плазме, обладающей распределением высокоэнергетических электронов, сталкивающихся с силиконосодержащими молекулами, существует большая вероятность того, что столкновение электрона с молекулой заставит метиловую группу или водород отделиться от остальной части молекулы без воздействия на Si-O-Sl-составляющую. Кислород, вводимый в плазму, как полагают, соединяется с водородом и углеродом, образуя разнообразные газовые и паровые соединения, которые отсасываются из реакционной камеры 11с помощью диффузионного насоса 16. Это является другим достоинством кислородной составляющей плазменного газа. В настоящем примере желательно минимизировать или полностью исключить присутствие углерода в осажденной пленке для получения неорганической тонкой пленки.

Теоретическое максвелловское распределение энергий электронов в плазме показано на фиг.7. Сплошная кривая 87 представляет одно из таких распределений. Электронная популяция электронов о.бла- дает большей энергией, распределение энергий смещается, как это показано пунктирной линией 89, но сохраняет свою форму. Аналогично, если полная энергия популяции электронов уменьшается, то кривая смещается в сторону меньших значений, как это показано точечно-пунктирной линией 91.

Как можно заметить на фи г.. 7, надлежащим положением кривой распределения энергии электронов является то, где плотность электронов с энергией, достаточной для разрыва Si-C-связи, значительно выше плотности электронов, обладающих энергией, дсотаточно большой, чтобы вызвать нежелательный разрыв связи - О. Как можно видеть по форме кривых на фиг.7, это действительно происходит, если учесть, что вертикальный масштаб электронной плотности является логарифмическим. На самом деле, было установлено, что распределение, показанное сплошной линией 87, является приблизительно оптимальным для описываемого примера, причем желательным для Те является значение, чуть большее 1,0.

Также можно заметить из фиг.7, здесь изображены три эмиссионные линии, используемые на фиг.З. Энергия возбуждения, которая порождает водородную альфа-линию 93, находится около 12 эВ, то же для водородной бета-линии 95 (находится около 12,7 эВ) и то же для гелиевой линии 97 (около 23 эВ). Эти энергии представляют собой то, что атом водорода или гелия должен поглотить при столкновении со свобод- ным электроном, чтобы испустить наблюдаемое волновое излучение, когда атом выходит из возбужденного состояния.

На фиг.8 представлена энергетическая диаграмма для водородного атома, иллюстрирующая сказанное выше. Стокновение с электроном с энергией более 12,07 эВ может сделать атом возбужденным, при этом его электрон переместится с основного энергетического квантового уровня на более высокий энергетический квантовый уровень . Когда этот возбужденный электрон переходит на соседний, более низкий энергетический квантовый уровень , испускается фотон на волне альфа-водорода. Аналогично фотон на волне бета-водорода испускается, когда возбужденный водородный атом после столкновения с электроном, энергия которого больше 12,73 эВ, сходит со своего возбужденного квантового уровня обратно на энергетический квантовый уровень . Как результат, интенсивности этих эмиссионных линий водорода оказываются связанными с плотностью электронов в плазме, обладающей этими энергетическими уровнями. Отношение этих интенсивностей водородных эмиссионных линий дает отношение плотностей. Это позволяет эффективно подогнать макс- велловскую кривую электронной плотности к тем двум точкам, по которым можно определить среднюю электронную температуру Те.:

Однако желательно отдельно измерять высокоэнергётический хвост распределения электронной энергетической кривой на фиг.7. Отношение интенсивностей водород- 5 ных линий пригодно для определения остальной части кривой, поскольку электронные плотности, которые она представляет, находятся на энергетических уровнях в основной части кривой энергети- 0 ческого распределения. Но распределение плотности на более высоких энергетических уровнях может в то же самое время спадать до очень низких уровней. Это, как полагают, происходит по причине неэффективной 5 энергетической связи. Поэтому также выполняют независимый замер на высоком энергетическом уровне. В настоящем примере выбрана линия эмиссии гелия, и она соотносится с одной из водородных линий, 0 предпочтительно с водородной альфа-линией в качестве опорной. Это желательное отношение определяется предварительно к процессу осаждения, чтобы имелась возможность сравнивать измеренное отноше- 5 ние с этим опорным и выполнять любые необходимые регулировки в реальном времени.. -.

Некоторое количество высокоэнергетических электронов, относящихся к хвосту 0- распределения на кривой фиК7, желательно для прямого.воздействия на подложку, поскольку известно, что это повышает прочность нанесенной пленки через усиление поперечных связей. Также уменьшается на- 5 пряженность пленки, обеспечивая лучшее сцепление пленки с подложкой. Малое отношение в плазменной эмиссии водороднрй альфа-линии.интенсивности к интенсивности гелиевой линии служит предсказатель- 0 ным признаком этих благоприятных результатов.

Применение гелиевой эмиссионной линии также дает преимущество, поскольку гелий инертен. Этот газ не сочетается с 5 другими газовыми составляющими плазмы, Л юбой инертный газ обладает этим преимуществом, а также тем, что вызывает появление эмиссионной линии в хвостовой части кривой, Инертный газ в данном примере 0 применяется в основном для содействия исходному источнику электронов, когда начинается формирование плазмы путём создания электрического поля.

Когда по замеренным интенсивностям и 5 отношениям установлено, что кривую распределения электронной энергии (фиг.7) надлежит изменить для осуществляемого процесса, это можно сделать несколькими способами. Повышение возбуждающей частоты источника питания влечет повышение

средней энергии электронов хотя бы до точки, в которой электроны уже не могут следовать за быстро меняющимся электрическим полем. Мощность источника может иметь воздействие на распределение электронной энергии, что зависит от геометрии реакционной камеры, при этом повышение мощности влечет за собой повышение электронной энергии. Другой переменной, которую можно регулировать, является общий газовый расход, который изменяет длительность пребывания молекул внутри плазмы и повышает вероятность столкновения. Давление в этой камере также влияет на молекулярную энергию в некоторых пределах. Применяемый в данном примере способ, однако, удерживает эти переменные на постоянном уровне и взамен изменяет отношение скоростей потоков индивидуальных газов в реакционную камеру.

Определение средней электронной температуры Те по отношению альфа- и бета-водородных эмиссионных линейных интенсивностей является существенным обстоятельством. Полагают, что определе-- ние электронной температуры плазмы по ее эмиссионному спектру чрезвычайно затруднительно. Математические соотношения между электронной температурой и интенсивностью конкретной эмиссионной линии хорошо известны. Однако эти соотношения содержат дополнительные неизвестные, подобные молекулярной и электронной плотностям плазмы. При таком числе неизвестных невозможно принять эти уравнения непосредственно для точного вычисления электронной температуры по интенсивности эмиссионной линии. Однако, если интенсивности двух таких эмиссионных линий от одного элемента плазмы взять в отношении, как в данном случае взято отношение водородных альфа- и бета- линий, эти другие переменные математически исключаются и больше не влияют на результат. Этот расчет относится к холодной плазме, то есть к той, в которой средняя ионная энергия очень мала в сравнении со средней электронной энергией.

На фиг.9-11 представлены блок-схемы управляющих компьютерных программ, которые наблюдают за интенсивностями трех эмиссионных линий и регулируют индивидуальные скорости разных газовых потоков, что вызвано необходимостью поддерживать электронное температурное распределение в приемлемых границах. Представленный процесс проще всего описать как совокупность нескольких функциональных модулей. Первый модуль 35 нуждается в информации как о желательных

плазменных параметрах, так и о фактически существующих. Предпочтительно вводить желаемую среднюю электронную температуру Те и затем вычислять ту, которая

существует в плазме, как показано на фиг.9. так как это позволяет процессорному оператору иметь дело с известными величинами. Однако, поскольку Те пропорциональна отношению водородных альфа- и бета-эмиссионных линий, это отношение можно просто подставить в блок-схему фиг.9. где появляется Те. Оно после этого становится тем отношением линейных интенсивностей, к которому регулируют процесс.

Когда фактическая и желаемая величины введены в систему, следующий модуль 36 обрабатывающего алгоритма обращается к отношению интенсивностей водородной альфа- и гелиевой эмиссионных линий.

Первый шаг 37 сравнивает фактическое и желаемое отношения. Если они достаточно близки, то обрабатывающая компонента 36 полностью опускается переходом к шагу 38 в следующем модуле 39. Но если желаемое

и фактическое отношения не равны, то шаг 40 производит регулировку расходомера 32 для изменения потока силиконосодержаще- го пара в том направлении, которое сближает сравниваемые отношения.

Шаг 41 модуля 36 проверяет, что вычисленное напряжение лежит в диапазоне расходомера 32. Если это так, обрабатывающий процесс переходит к шагу 38, если нет, то обрабатывающая петля модуля 36 выполняется заново. Если второй расчет также даст, результатом напряжение, которое лежит вне диапазона расходомера 32, то обработка прекращается и сообщение об ошибке появляется на операторском дисплее, что

указано позицией 42.

Когда скорость потока силиконосо- держащего пара оказывается отрегулированной, следующий модуль 39 обработки

регулирует поток кислорода в ответ на сравнение желаемой и фактической электронных температур Те. Если эти величины совпадают с достаточной точностью, тогда обработка возвращается к начальному модулю 35 и выполняет вновь функции сбора и сравнения данных, а затем проходит через остаток программы. Это постоянное наблюдение за плазменными характеристиками позволяет осуществлять управление

плазмой в реальном времени для получения равномерной готовой пленки и воспроизводимости свойств пленок от подложки к подложке.

Программный модуль 39 работает аналогично модулю 36. Если заново вычисленное напряжение для расходомера кислородного потока не попадает в диапазон этого расходомера, что устанавливается на шаге 43, вычисление выполняется еще раз на тот случай, если произошла ошибка. Если напряжение оказывается вне диапазона и во второй раз, обработка прекращается и на дисплее появляется сообщение об ошибке. Однако новое напряжение, управляющее клапаном кислорородного расходомера, находится внутри диапазона, обработка возвращается назад к начальному модулю 35 и воспроизводится до тех пор, пока обрабатывающие модули 35 - 37 не будут исполнены по крайней мере четыре раза. После четвертого раза, а также если последняя расчетная петля повлекла дальнейшую регулировку кислородного расходомера, выполняется следующий модуль 44 обработки. После четырех проходов через регулировки силико- носодержащего и кислородного потоков делается заключение о необходимости выполнения некоторой другой регулировки. Точное число обрабатывающих циклов, которое допустимо перед переходом к следующему вычислительному модулю 44, может меняться.

Модуль 44 также наблюдает за Те, но на этот раз выполняются регулировки потока газообразного гелия в плазменную камеру. Увеличение подачи инертного газа увеличивает число электронов, уменьшение подачи газа снижает число электронов. Такая же проверка рассчитанного напряжения для гелиевого расходомера выполняется в модуле 44, как и в модуле 36 и модуле 39 на шаге 45. Когда выполнена надлежащая регулировка гелиевого потока, обработка вновь возвращается к начальному модулю 35 для повторения этого цикла.

Можно внести много изменений в детали описываемого процесса без отступления от преимуществ, обеспечиваемых основными способамии наблюдения эмиссионных линий, которые таким образом осуществляются. Эти же способы применяются к другим газам и даже к плазмам, являющимся частью тоикопленочно наносимой системы. В системе с титановой мишенью измеряют, например, интенсивность линии 399,9 нанометра испускания титана и интенсивность линии 301,3 нанометра испускания нитрида титана. Отношение интенсивностей этих линий используется точно так же, как отношение водородной альфа- и гелиевой интенсивностей, описанное выше. Две линейные интенсивности аргона можно применять для вычисления средней электронной температуры в этом примере нанесения, как было описано выше в примере с отношением интенсиеностей водородной альфа-линии к водородной бета-линий. Плазменные входные переменные мощности источника 4 и давления внутри

5 камеры 11 не включены в алгоритм, представленный на фйг.9, как автоматически регулируемые количества. Обнаружено, что удовлетворительные результаты дает удержание этих количеств фиксированными по

0 крайней мере для большой обрабатываемой партии. Это предпочтительно достигать установкой.управляющей системы 9 на желаемые значения мощности и давления. Управляющая система оснащена стандарт5 ными средствами слежения за этими количествами и регулирования их, если есть необходимость, для поддержания постоянных уровней, задаваемых изначально. Спектр плазмы, пример которого дан на

0 фиг.З, зависит от зоны внутри плазмы, в которой производится наблюдение. Это значит, что интенсивности трех эмиссионных пиков 81, 83 и 85, абсолютно и относительно, различны в зависимости оттого, где

5 размещен конец оптического волокна 7 относительно кварцевого окна 8 (фиг.1) реакционной камеры 1. Если эта позиция остается постоянной и распределение интенсивностей по плазме не изменяется, спо0 собы управления этим процессом, описанные выше, оптимизируют его. Но если желательно применять это же процессорное управление на другом участке оборудования, то вероятно, что плазма бу5 дет наблюдаться в области с отличным эмиссионным спектром. Поэтому управляющая система, предварительно оптимизированная для одного плазменного эмиссионного спектра, может потребовать калибровки для

0. работы со спектром, обладающим различными интенсивностями пиков, подлежащих наблюдению, по.сравнению с плазмой, для которой была оптимизирована управляющая система. Кроме того, спектр может из5 меняться по объему плазмы из-за изменения толщины подложки, любых изменении потоков газов, скоростей газовых потоков, изменений мощности подачи, некоторых относительных изменений в элект0 рической мощности, поступающей на систему, и т.п.

Поэтому для дальнейшей оптимизации управления плазменным процессом по способу, проиллюстрированному фиг. 12-14,

5 удерживается конец оптической волоконной среды 7 в одной и той же зоне плазмы вне зависимости от любых подобных изменений.

Предпочтительным положением для оптического волокна 7, которое сравнительно

просто обнаружить при любой плазме, является то, в котором оно обращено к той области, где отношение интенсивностей эмиссий в сравнительно узких волновых зонах максимально. В описанном примере этим предпочтительным отношением является отношение интенсивности водородной альфа-линии к интенсивности эмиссии гелиевой линии.

Со ссылками на фиг,12, 13 дано описа- ние устройства для перемещения оптического волоконного кабеля 7 относительно прозрачного окна 8 реакционной камеры для удержания этого отношения на максимуме. Оптический волоконный кабель 7 предпочтительно заканчивается в длинной, небольшого диаметра, круглой трубе 46. Предпочтительно, чтобы кабель состоял из множества отдельных оптических волокон. Назначение трубки 46 - ограничение есте- ственного конического угла восприятия света оптическим волокном настолько, чтобы он воспринимал направленные световые лучи, исходящие из области плазмы 22 с площадью, равной площади отверстия трубки 46 на том конце, которым она примыкает к кварцевому окну 8. Внутренняя поверхность трубки 46 выполнена высокорефлек- торной.

Светонаправляющая трубка 46 закреп- ляется на опорном блоке 47, который установлен относительно реакционной камеры 1 со свободой перемещения по осям X и Y. Для осуществления перемещения применяются надлежащие двигатели. Примером мо- жет служить применение независимых тяговых двигателей 48 и 49 для направлений X и Y соответственно, которые приводят опорный блок 47 в движение через соответствующие механические соединения по этим двумя осям. Двигателями управляют позиционные управляющие схемы 50, которые, в свою очередь, соединены с системным компьютерным управлением 9 (фиг.1) надлежащей схемой 51.

Поэтому блок 47 можно легко заставить перемещать трубку 46 с концом оптического волокна в ту позицию, где отношение интенсивности в однородной альфа-линии к интенсивности гелиевой линии оказывается максимальным. Эту регулировку можно выполнять при каждой загрузке подложки в реакционную камеру или, что более практично, периодически, а также когда существенно изменяется природа подложки.

С помощью механизма, изображенного на фиг. 12,13, можно реализовать несколько специфических способов поиска желаемой позиции. Один из них состоит в сканировании волоконно-оптической трубки 46 по некоторой диаграмме по поверхности окна 8 пи одновременном вычислении компьютерной управляющей системой 9 желаемого отношения по информации, полученной в нескольких точках каждой растровой линии. Затем вычисляется координатная позиция для блока 47, в которой существует максимум отношения, и блок перемещается в эту позицию для наблюдения за плазмой.

Другой из многочисленных способов определения позиции максимального отношения интенсивностей проиллюстрирован фиг.14. В качестве первого шага труба 46 помещается в четыре разнесенные позиции . 52-55, затем трубка 46 помещается в четыре другие позиции вокруг позиции 54, например позиции 56 - 59. Максимальное отношение интенсивностей для каждого из этих четырех положений регистрируется, как и для других четырех положений вокруг такой координаты и т.д.

Как альтернатива механизму, описанному со ссылками.на фиг.8-14. волоконного кабеля, трубку 46 можно перемещать вручную с одновременным наблюдением, выполняемым оператором, за желательным отношением интенсивностей, которое вычисляет компьютер.

Таким образом, данный способ управления плазменными переменными позволяет создавать тонкопленочные изделия с необходимыми свойствами. Данный способ управления плазменным процессом обеспечивает более высокий коэффициент выхода годных изделий за счет получения более однородных и воспроизводимых свойств.

Изобретение относится к нанесению тонких пленок и покрытий и может быть использовано в электронной промышленности. В ходе процесса осаждения тонкой пленки на поверхность подложки с использованием плазмы осуществляют измерение и анализ плазменного оптического испуска2 ния для управления характером плазмы, регулируя тем самым характеристики наносимой тонкой пленки. Одним из выявляемых аспектов испускания является интенсивность каждой из двух испускательных линий разных волновых зон от одного и того же плазмообразующего вещества, при этом вычисляют отношение интенсивностей, которое сравнивают с заданным значением, что обеспечивает однородные и воспроизводимые характеристики наносимой пленки. Это отношение связано со средней электронной температурой плазмы, которую можно по нему вычислить. Дополнительно можно измерить интенсивность некоторой другой линии испускания от другого плазмообразующего вещества и определить ее отношение к одной из ранее назван- ных линейных интенсивностей, если возникает необходимость в дополнительном управлении. 15 з.п. ф-лы, 14 ил. ел

Формула изобретения 1. Способ управления плазменным осаждением тонких пленок в вакууме, включающий генерирование плазмы со множеством управляемых рабочих параметров, содержащий некоторое множество атомных

и/или молекулярных веществ, каждое из которых обладает эмиссией электромагнитного излучения, природа каждой изменяется при изменении рабочих параметров, и детектирование интенсивности эмиссии из плазмы, отличающийся тем, что, с

целью повышения выхода годных путем обеспечения однородных и воспроизводимых характеристик пленок, детектирование интенсивностей эмиссионных линий отдельных веществ плазмы осуществляют в двух разных областях ширины полосы частот, сравнивают их и автоматически регулируют две обнаруженные интенсивности линий отдельных веществ для получения заданного отношения изменением одного или нескольких параметров плазмы.

Приоритетно пунктам:

1

т

il

ог и

0Ј

У

vl

1

/

п

ы и

Ј1

ЗЕ

91

« 1

-flC

/

Г

8Z9i6Z.l

400

450

500 фиг, 5

CHi

CHi

- 0 - Si ixCHi

J - ж-g

СКз

CH3

- О 9&

« 4.53 э&

c/a4

550600 O

650

H

il

C-C

фи г 5

фиг.6

фаг 7

фиг 8

Фиг. 13