CN109207948A - 一种用于反应磁控溅射稳定性检测及控制的方法 - Google Patents

一种用于反应磁控溅射稳定性检测及控制的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于化合物薄膜制备领域，涉及一种用于反应磁控溅射稳定性检测及控制的方法。光谱采集探头利用探头固定及移动控制装置固定，放在真空室内部或外部，并与光纤的一端连接；光纤的另一端与光纤光谱仪连接；气体温度探头固定在另一个固定及移动控制装置上并放置在真空室内合适位置，光纤光谱仪的信号和温度信号由计算机采集；计算机进行数据处理后得到工艺控制参数，并传输到磁控溅射设备的控制单元中，达到稳定控制的目的。本发明有利于提高反应溅射沉积化合物薄膜时等离子体环境的稳定性，降低非可控性因素对薄膜工艺参数的影响。

Description

一种用于反应磁控溅射稳定性检测及控制的方法
技术领域
本发明属于化合物薄膜制备领域，涉及一种用于反应磁控溅射稳定性检测及控制的方法。
背景技术
化合物薄膜在包括航空航天、国防军工及电子信息等众多领域有着广泛的应用。反应磁控溅射是一种高效制备化合物薄膜的手段，但反应磁控溅射过程因靶材厚度、磁场强度、电绝缘和环境温度等非可控性因素的变化引起的不稳定常常导致薄膜生长偏离设定的工艺参数，从而影响到产品的成品率难以满足大规模工业化生产的要求。本发明将等离子体光谱技术和工艺控制技术相结合，发展了一种用于反应磁控溅射稳定性检测及控制的方法，实现了在线监测反应磁控溅射过程中影响薄膜生长的关键的等离子体参数，并通过反馈系统实时控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高反应溅射沉积化合物薄膜时等离子体环境的稳定性，降低非可控性因素对薄膜工艺参数影响的方法。
本发明的技术方案：
一种用于反应磁控溅射稳定性检测及控制的方法，所使用的装置包括光谱采集探头1、探头固定及移动控制装置2、光纤3、光纤光谱仪4、计算机5和气体温度探头6；具体如下：
所述的光谱采集探头1，固定在一个探头固定及移动控制装置2上，置于真空室内或真空室外，光谱采集探头1与光纤3的一端连接，光纤3的另一端与光纤光谱仪4连接，光纤光谱仪4的信号采集由计算机5控制；所述的气体温度探头6固定在另一个探头固定及移动控制装置2上，置于真空室内固定位置，并通过导线将电信号输送到计算机5；计算机5对采集到的等离子体光谱数据和气体温度数据进行数据处理，给出等离子体放电参数随时间的变化，根据等离子体放电参数随时间的变化，得出气体流量、放电功率和工作气压等工艺控制参数，将工艺控制参数传输到磁控溅射设备的控制单元中，从而实现反应磁控溅射稳定性检测及控制；
所述的探头固定及移动控制装置2，用于固定光谱采集探头1和气体温度探头6，并通过电动或手动方式调整其纵向位置；
所述的光纤3，用于连接光谱采集探头1和光纤光谱仪4，并将光谱采集探头1采集到的光传输到光纤光谱仪4中；
所述的光纤光谱仪4，具有时间分辨采集光谱数据的能力；
所述的计算机5，用于采集光纤光谱仪4收集的等离子体光谱和气体温度探头6采集的气体温度，并进行数据处理；
所述的气体温度探头6，监测所采集等离子体光谱区的气体温度变化。
所述的光谱采集探头1，有两种放置方法：真空室内放置法或真空室外放置法；真空室内放置法通过以下方式实现：利用探头固定及移动控制装置2固定光谱采集探头1，放置在真空室内部，并使光谱采集探头1对准等离子体放电区，光纤3的一端与光谱采集探头1连接，并利用过真空的方法使另一端引出真空室；真空室外放置法通过以下方式实现：用探头固定及移动控制装置2固定与光纤3连接的光谱采集探头1，并使光谱采集探头1通过玻璃或石英窗口对准真空室内等离子体放电区。
所述的光纤光谱仪4的分辨率小于0.2nm。
所述的等离子体由氧气或氮气等反应气体和惰性气体产生；等离子体放电参数包括活性原子浓度、电子激发温度及气体分子的振动和转动温度。
本发明的有益效果：本发明通过计算机对采集到的数据进行数据分析处理，利用实时的工艺参数及等离子体发射光谱和气体温度参数，能够给出活性原子浓度、电子激发温度及气体分子的振动、转动温度等等离子体参数随时间的变化，同时能够给出合适的气体流量、放电功率、工作气压等工艺控制参数，使等离子体参数达到稳定。
附图说明
图1是本发明的真空室内放置法示意图。
图2是本发明的真空室外放置法示意图。
图中：1光谱采集探头；2探头固定及移动控制装置；3光纤；4光纤光谱仪；5计算机；6气体温度探头。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示，图中光谱采集探头1利用一个探头固定及移动控制装置2固定，放在真空室内部或外部，并与光纤3的一端连接；光纤3的另一端与光纤光谱仪4连接，分辨率小于0.2nm；光纤光谱仪4的信号采集由计算机5控制；气体温度探头6固定在另一个探头固定及移动控制装置2上并置于真空室内特定位置，并通过导线将电信号输送到计算机5；计算机5对等离子体光谱信号和气体温度数据进行数据处理，并将所获得的气体流量、放电功率、工作气压等工艺控制参数，将工艺控制参数传输到磁控溅射设备的控制单元中，达到稳定控制的目的。计算机5同时可以给出反应磁控溅射沉积过程中如氧、氮等活性原子浓度、电子激发温度及气体分子的振动、转动温度等等离子体放电参数随时间的变化。

Claims (5)

1.一种用于反应磁控溅射稳定性检测及控制的方法，其特征在于，所使用的装置包括光谱采集探头(1)、探头固定及移动控制装置(2)、光纤(3)、光纤光谱仪(4)、计算机(5)和气体温度探头(6)；具体如下：
所述的光谱采集探头(1)，固定在一个探头固定及移动控制装置(2)上，置于真空室内或真空室外，光谱采集探头(1)与光纤(3)的一端连接，光纤(3)的另一端与光纤光谱仪(4)连接，光纤光谱仪(4)的信号采集由计算机(5)控制；所述的气体温度探头(6)固定在另一个探头固定及移动控制装置(2)上，置于真空室内固定位置，并通过导线将电信号输送到计算机(5)；计算机(5)对采集到的等离子体光谱数据和气体温度数据进行数据处理，给出等离子体放电参数随时间的变化，根据等离子体放电参数随时间的变化，得出气体流量、放电功率和工作气压，并传输到磁控溅射设备的控制单元中，从而实现反应磁控溅射稳定性检测及控制；
所述的探头固定及移动控制装置(2)，用于固定光谱采集探头(1)和气体温度探头(6)，并通过电动或手动方式调整其纵向位置；
所述的光纤(3)，用于连接光谱采集探头(1)和光纤光谱仪(4)，并将光谱采集探头(1)采集到的光传输到光纤光谱仪(4)中；
所述的光纤光谱仪(4)，具有时间分辨采集光谱数据的能力；
所述的计算机(5)，用于采集光纤光谱仪(4)收集的等离子体光谱和气体温度探头(6)采集的气体温度，并进行数据处理；
所述的气体温度探头(6)，监测所采集等离子体光谱区的气体温度变化。
2.根据权利要求1所述的一种用于反应磁控溅射稳定性检测及控制的方法，其特征在于，所述的光谱采集探头(1)，有两种放置方法：真空室内放置法或真空室外放置法；真空室内放置法通过以下方式实现：利用探头固定及移动控制装置(2)固定光谱采集探头(1)，放置在真空室内部，并使光谱采集探头(1)对准等离子体放电区，光纤(3)的一端与光谱采集探头(1)连接，并利用过真空的方法使另一端引出真空室；真空室外放置法通过以下方式实现：用探头固定及移动控制装置(2)固定与光纤(3)连接的光谱采集探头(1)，并使光谱采集探头(1)通过玻璃或石英窗口对准真空室内等离子体放电区。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于反应磁控溅射稳定性检测及控制的方法，其特征在于，所述的光纤光谱仪(4)的分辨率小于0.2nm。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于反应磁控溅射稳定性检测及控制的方法，其特征在于，所述的等离子体由反应气体和惰性气体产生；等离子体放电参数包括活性原子浓度、电子激发温度及气体分子的振动和转动温度。
5.根据权利要求3所述的一种用于反应磁控溅射稳定性检测及控制的方法，其特征在于，所述的等离子体由反应气体和惰性气体产生；等离子体放电参数包括活性原子浓度、电子激发温度及气体分子的振动和转动温度。
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