CZ2017613A3 - Způsob měření impedance deponované vrstvy ve výbojovém plazmatu a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents
Způsob měření impedance deponované vrstvy ve výbojovém plazmatu a zařízení k provádění tohoto způsobu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2017613A3 CZ2017613A3 CZ2017-613A CZ2017613A CZ2017613A3 CZ 2017613 A3 CZ2017613 A3 CZ 2017613A3 CZ 2017613 A CZ2017613 A CZ 2017613A CZ 2017613 A3 CZ2017613 A3 CZ 2017613A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- impedance
- probes
- probe
- plasma
- planar
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 110
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 4
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 52
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 20
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 11
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 3
- 238000012552 review Methods 0.000 description 3
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 2
- 238000001566 impedance spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 241001432959 Chernes Species 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Způsob měření impedance deponované vrstvy (4) ve výbojovém plazmatu (5), které je generováno plazmovým depozičním zdrojem (105) do prostoru nade dvěma identickými symetricky zrcadlově uspořádanými planárními sondami (3) jednak pracujícími v blízkém okolí sondového napětí=O V a sondového proudu=0 mA a jednak připojenými k signálovému generátoru (8), jehož pracovní frekvence nastavitelná v intervalu 1 Hz až 10 MHz je rozmítána přes transformátor (7). Podstata vynálezu spočívá v tom, že data obsahující časové průběhy sondového proudu () na planárních sondách (3), a sondového napětí () mezi planárními sondami (3) zjištěná paralelně napojenými osciloskopickými sondami (9) a proudovou sondou (12) jsou přenášena do digitálního osciloskopu (10), z něhož jsou exportována do vyhodnocovacího a řídícího počítače (11), ve kterém jsou určovány amplitudy () a (), jejich okamžitá frekvence () a jejich vzájemný fázový posuv (), z nichž je následně stanovována pro každou nastavenou frekvenci signálového generátoru (8) komplexní impedance (Z) deponované vrstvy (4) a její reálná část (ReZ) a imaginární část (ImZ). Dále je podstatou vynálezu zařízení k provádění tohoto způsobu.
Description
Způsob měření impedance deponované vrstvy ve výbojovém plazmatu a zařízení k provádění tohoto způsobu
Oblast techniky
Vynález spadá do oblasti měření parametrů nízkotlakého plazmatu, které se používá pro různé aplikace, jako je plazmatická depozice tenkých vrstev, plazmové leptání, plazmové iontové zdroje atd., a týká se způsobu měření impedance deponované vrstvy ve výbojovém plazmatu a zařízení k provádění tohoto způsobu.
Dosavadní stav techniky
V současné době existuje celá řada metod a zařízení pro měření parametrů výbojového plazmatu přímo při technologickém procesu, jako je plazmatické nanášení tenkých vrstev, úprava povrchů a plazmové leptání. Tato zařízení umožňují analyzovat při procesu buď vlastní plazmaznebo tenkou vrstvu přímo při růstu. Jako základní metoda pro měření parametrů plazmatu při technologickém procesu jsou používány různé modifikace Langmuirovské sondy, a to buď jednosonodové posané ve stati: V. I. Demidov, S. V. Ratynskaia, and K. Rypdal, Electric Probes for Plasmas: The Link Between Theory and Instrument, Review of Scientific Instruments 73, 3409 (2002)fnebo dvousondové popsané ve stati: E. O. Johnson and L. Malter, A Floating Double Probe Method for Measurements in Gas Discharges, Physical Review 80 (1950) 58-68. Tyto metody jsou používané v mnoha uspořádáních vhodných pro technologické plazma. To zahrnuje například vyhřívanou sondu posanou ve stati: P. Adámek, J. Kalčík, M. Šícha, M. Tichý, H. Biederman, L. Soukup, L. Jastrabík, Czechoslovak Journal of Physics, Vol. 49 (1999), 1685-1701, která díky ohřevu povrchu sondy zajistí její čistý povrch při měření. Další uspořádání využívají rychlé měření sondových chatakteristik tj.s takovou rychlostí měření než se sonda stihne pokrýt tenkou vrstvou a dojde k ovlivnění měření. Na tomto principu fungují i časově rozlišené sondové systémy popsaných ve statích: P Adámek, M. Čada, Z. Hubička, L. Jastrabík, Š. Kment, J. Olejníček, Způsob synchronizace měření pro sondovou diagnostiku plazmatu a měřicí systém k prováděni
-2tohoto způsobu, patent CZ 304249·, a dále: P. Adámek, M. Čada, Z. Hubička, L. Jastrabík, Š. Kment, J. Olejníček, Zařízení pro umožnění diagnostiky plazmatu s vyloučením měření narušených nestabilitami a přechodovými jevy v plazmatu, užitný vzor CZ 29928; které umožňují analyzovat nestacionární a časově nestabilní plazma. Z důvodu pokrývání povrchu sondy dielektrickou vrstvou v některých nanášecích procesech byly použity metody a zařízení na bázi vysokofrekvenčních metod diagnostiky plazmatu. Tyto metody zahrnují různá měření vysokofrekvenčních impedancí plazmatu popsaných ve statích: M. A. Sobolewski, Monitoring Sheath Voltages and Ion Energies in High-density Plasmas using Noninvasive Radio-frequency Current and Voltage Measurements, Journal of Applied Physics 95, 4593 (2004); a dále: Hopkins M, 2000, US^Patent 6K061T006. Používány jsou jak vektorové, tak skalární vysokofrekvenční měřící metody. Dále jsou používána vysokofrekvenční měření iontových toků na sondu v případě jejího pokrytí dielektrickou nebo polovodivou tenkou vrstvou. Jedna základní metoda měření iontového toku na substrát v depozičním plazmatu je popsaná ve stati: N. St. J. Braithwait, J. P. Boothy and G. Cunge, Plasma Sources Sci. Technol. 5 (1996) 677-684; a využívá modulovaného RF napětí aplikovaného na substrát, kdy je měřen vybíjecí proud tvořený dopadem iontů na sondu v době modulační pauzy. Tato metoda v některých modifikacích diskutuje vliv deponované vrstvy na substrátu a jejích izolačních vlastností na přesnost měření, nicméně tyto metody nejsou schopny určit impedanci deponované vrstvy přímo z těchto měření. Další metoda měření vysokofrekvenčních impedancí plazmatu a toku iontů na různě pokrytou sondu tenkou vrstvou je popsána ve statích: M. A. Sobolewski, Appl. Phys. Lett. 72, 1146 (1998). Tyto metody využívají měření průběhu vysokofrekvenčních napětí a proudů a jejich fázového rozdílu různými digitálními záznamníky signálů či digitálními osciloskopy. Bylo nalezeno několik postupů, jak z těchto průběhů signálů určit iontový tok na sondu případně impedanci plazmatu. Tyto postupy jsou dále popsány ve statích: M. A. Sobolewski, Phys. Rev. E 59, 1059 (1999). I v těchto případech je vliv impedance deponované vrstvy v některých uvedených statích diskutován ve vztahu k přesnosti určení impedance plazmatu, nicméně o určení impedance vlastní deponované vrstvy a velikosti její reálné a imaginární části z těchto měření přímo při depozičním procesu v plazmatu se dosud v žádných případech a statích nehovoří.
-3Střídavé a vysokofrekvenční impedance polovodivých a dielektrických tenkých vrstev deponovaných na vodivém substrátu jsou standardně měřeny metodou impedanční spektroskopie. Tenké vrstvy deponované na vodivém substrátu jsou vkládány do kapalných či pevných elektrolytů a je měřena jejich impedance v širokém rozsahu frekvencí. V tomto případě je měřena souhrnná impedance soustavy tenká vrstva+elektrolyt. Jelikož je tato impedance měřena v širokém rozsahu frekvencí, lze sestrojit tak zvané Nyquistovy grafy, kde je zachycena závislost reálné a imaginární části měřené celkové impedance na frekvenci. Z charakteru těchto Nyquistových grafů a znalosti modelu jednotlivých impedancí v systému lze od sebe oddělit impedance jednotlivých částí, a tak určit impedanci tenké vrstvy nebo impedanci blízko povrchu tenké vrstvy (v případě polovodivých vrstev tzv Schottkyho bariéry atd). Impedanční spektroskopie tenkých vrstev v kapalných a pevných elektrolytech byla popsána ve statích: I. M. Hodge, M. D. Ingram and A. R. West , Impedance and Modulus Spectroscopy of Polyctystalline Solid Electrolytes, J. Electroanal. Chern., 74 (1976) 125-143; a dále: D. Armstrong, M. F. Bell, and A. A. Metcalfe, The AC Impedance of Complex Electrochemical Reactions, Electrochemistry, Chemical Society Specialist Periodical Reports 6, (1978) 98-127. Tato impedanční spektroskopická měření byla dosud prováděna pouze v kapalných nebo pevných elektrolytech, ale nikdy v plynném výbojovém plazmatu. Tato měření by byla totiž v klasické konfiguraci ve výbojovém plazmatu značně obtížná díky silné nelineární volt-ampérové charakteristice stěnové vrstvy prostorového náboje kolem měřené elektrody s tenkou vrstvou. Je dobře známo, že voltampérové charakteristiky planární sondy ve výbojovém plazmatu mají značně nelineární charakter, což je podrobně popsáno například ve stati: V. /. Demidov, S. V. Ratynskaia, and K. Rypdal, Electric Probes for Plasmas: The Link Between Theory and Instrument, Review of Scientific Instruments 73, 3409 (2002) Pokud by bylo přivedeno RF napětí na sondu kolem Ufl (plovoucí potenciál), díky nelineárnímu charakteru charakteristiky by vznikaly zejména na měřeném proudu vyšší harmoniky f a to by komplikovalo stanovení a interpretaci měřených impedančních spekter.
Úkolem předkládaného vynálezu je představit způsob měření impedance deponované vrstvy ve výbojovém plazmatu a zařízení k provádění tohoto způsobu, které umožňuje
-4na základě měření průběhu napětí a proudu ve zvolených frekvencích a následného vyhodnocení impedačních spekter určit komplexní impedanci samostatné deponované vrstvy na povrchu planární sondy.
Podstata vynálezu
Stanoveného cíle je dosaženo vynálezem, kterým je způsob měření impedance deponované vrstvy ve výbojovém plazmatu, které je generováno plazmovým depozičnim zdrojem do prostoru nade dvěma identickými symetricky zrcadlově uspořádanými planárními sondami jednak pracujícími v blízkém okolí sondového napětí Ud=0 V a sondového proudu /d=0 mA a jednak připojenými k signálovému generátoru, jehož pracovní frekvence nastavitelná v intervalu 1 Hz až 10 MHz je rozmítána přes transformátor. Podstata vynálezu spočívá v tom, že data obsahující časové průběhy sondového proudu (ls) na planárních sondách, a sondového napětí (Us) mezi planárními sondami zjištěná paralelně napojenými osciloskopickými sondami a proudovou sondou jsou přenášena do digitálního osciloskopu, z něhož jsou exportována do vyhodnocovacího a řídícího počítače, ve kterém jsou určovány amplitudy (Uso) a (lSo), jejich okamžitá frekvence (f) a jejich vzájemný fázový posuv (φ), z nichž je následně stanovována pro každou nastavenou frekvenci signálového generátoru komplexní impedance (Z) deponované vrstvy a její reálná část (ReZ) a imaginární část (ImZ).
Dále je podstatou vynálezu zařízení pro měření impedance deponované vrstvy ve výbojovém plazmatu, tvořené vakuovou komorou vybavenou alespoň čerpací jednotkou a depozičnim zdrojem pro generování plazmazu, které je charakterizováno tím, že ve vnitřním prostoru vakuové komory je instalována nosná souprava vyrobená z dielektrického materiálu a uzpůsobená pro uložení dvou symetricky zrcadlově uspořádaných elektricky vodivých planárních sond, které jsou vyvedeny vně vakuové komory, kde jsou přes transfomátor propojeny s uzemněným signálovým generátorem, přičemž před transformátorem je k vývodům planárních sond přes osciloskopické sondy připojen digitální osciloskop, propojený jednak s vyhodnocovacím a řídícím počítačem
-5a jednak s proudovou sondou, která je osazena před transformátorem na jednom z vývodů planárních sond.
Ve výhodném provedení jsou vývody planárních sond vně vakuové komory opatřeny hlavními spínači, před nimiž je k vývodům přes dvojici oddělovacích spínačů a oddělovací kondenzátor paralelně připojen vysokofrekvenční generátor, přičemž planární sondy jsou tvořeny dvojicí přilehlých půlkruhů.
Předkládaným vynálezem se dosahuje nového a vyššího účinku v tom, že pomocí nového způsobu měření je možno během doby růstu tenké vrstvy v plazmatu určit a vyčlenit z celkové naměřené impedance v reálném čase samostatnou impedanci deponované vrstvy, tedy její reálnou a imaginární část, v závislosti na frekvenci a určit kapacitu Cv a paralelní odpor Rv deponované vrstvy. Oddělením impedance deponované vrstvy na sondách je možno získat také samostatnou impedanci vlastního výbojového plazmatu a z této impedance je dále možno získat informaci o hustotě výbojového plazmatu tedy koncentrace elektronů ne ve výbojovém plazmatu. Konstrukce zařízení je nová v tom, že využívá pro měření impedančních spekter v plazmatu dvojici identických rovinných sond v symetrickém zapojení, pracující v lineární oblasti jejich voltampérové charakteristiky v okolí sondového napětí Ud = 0 V, přičemž rozmítaný signální generátor je připojen k dvojici sond přes oddělovací transformátor, který sníží vnitřní impedanci zdroje signálu a zároveň systém dvou sond galvanicky oddělí od země.
Objasnění výkresů
Konkrétní příklady provedení zařízení podle vynálezu jsou schematicky znázorněny na připojených výkresech, kde:
obr.1 je celkové blokové schéma zařízení pro měření impedance deponované vrstvy ve výbojovém plazmatu, obr.2 je dílčí schéma vlastního impendačního spektrografu z obr.1 se znázorněním nosné soupravy planárních sond při pootočení o 90°,
-6obr.3 je schéma impendačního modelu tenké vrstvy a plazmatu v dvousondovém symetrickém systému pro měření spektroskopie v plazmatu, obr.4 je grafické znázornění impedančního spektra získaného v dvousondovém systému bez pokrytí sond tenkou vrstvou, obr.5 je grafické znázornění impedančního spektra získaného v dvousondovém systému s tenkou vrstvou analogickou na obou sondách o kapacitě Cv = 10 pF a paralelním odporu Rv = 500 Ω, obr.6 je grafické znázornění impedančního spektra získaného v dvousondovém systému s tenkou vrstvou analogickou na obou sondách o kapacitě Cv = 10 pF a paralelnírn_odporu Rv = 50 kQ a obr.^ je grafické znázornění impedančního spektra získaného v dvousondovém systému s tenkou vrstvou analogickou na obou sondách o kapacitě Cv = 10 pF a paralelním odporu Rv = 50 Ω.
Obrázky, které znázorňují schémata zařízení podle vynálezu a prokazují účinky jeho užívání, a následně popsané příklady konkrétních provedení zařízení v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu vynálezu.
Příklady provedení vynálezu
Zařízení podle vynálezu je v základním provedení znázorněném na obr. 1 tvořeno vakuovou komorou 1, v jejímž vnitřním prostoru 101 je instalována nosná souprava 2, vyrobená z dielektrického materiálu a uzpůsobená pro uložení dvou symetricky zrcadlově uspořádaných elektricky vodivých planárních sond 3, na které je deponována tenká vrstva 4. Planární sondy 3 jsou v příkladném optimálním provedení zobrazeném na obr.2 vytvořeny ve tvaru přilehlých půlkruhů. Vakuová komora 1 je přes spojovací hrdlo 102 opatřené oddělovacím regulačním ventilem 103 standardně propojena s čerpací jednotkou 104. například vývěvou. V horní části je vakuová komora 1 vybavena depozičním zdrojem 105 pro generování plazmatu 5 a je opatřena dvěma průtokoměry 106 pro vpouštění pracovních plynů. Planární sondy 3 jsou přes průchodky 107 vyvedeny vně vakuové komory 1, kde jsou přes hlavní spínače 6 a transfomátor 7,
-7snížující vnitřní impedanci zdroje signálu na zanedbatelnou hodnotu, propojeny s uzemněným signálovým generátorem S. Před transformátorem 7 je vně vakuové komory 1 k vývodům planárních sond 3 přes osciloskopické sondy 9 připojen digitální osciloskop 10 propojený jednak s vyhodnocovacím a řídícím počítačem 11 a jednak s proudovou sondou 12, která je osazena před transformátorem 7 na jednom z vývodů planárních sond 3. Zařízení je dále vybaveno vysokofrekvenčním generátorem 13, který je přes dvojici oddělovacích spínačů 14 a oddělovací kondenzátor 15 paralelně připojen před hlavními spínači 6 na vývody planárních sond 3.
Měření komplexní impedance Z celkového měřeného obvodu zařízení popsaného výše je prováděno v plazmatu 5, které je generováno plazmovým depozičnim zdrojem 105 do prostoru nade dvěma identickými symetricky zrcadlově uspořádanými planárními sondami 3 pracujícími v blízkém okolí sondového napětí Ud=Q V a sondového proudu ld=0 mA, kde lze charakteristiku planárních sond 3 považovat za téměř lineární. Planární sondy 3 jsou přes sepnuté hlavní spínače 6 připojeny k signálovému generátoru 8, jehož pracovní frekvence je rozmítána přes transformátor 7, který snižuje vnitřní impedanci zdroje signálu, tedy signálového generátoru 8 na zanedbatelnou hodnotu a galvanicky sondový obvod odděluje od země. Přes paralelně napojené osciloskopické sondy 9 a přes proudovou sondu 12 jsou vývody z planárních sond 3 připojeny k digitálnímu osciloskopu 10, z něhož jsou naměřená data exportována do vyhodnocovacího a řídícího počítače 11 k dalšímu programovému zpracování.
Takto jsou do vyhodnocovacího a řídícího počítače 11 přenesena data obsahující časové průběhy sondového proudu [s na planárních sondách 3, a sondového napětí Us mezi planárními sondami 3, jak je graficky znázorněno na obr.3. Z průběhů těchto veličin lze pomocí vyhodnocovacího a řídícího počítače 11 určit ze sondového napětí Us a sondového proudu /$ jejich amplitudy Uso a lso, jejich okamžitou frekvenci f danou okamžitou frekvencí rozmítaného signálového generátoru 8 a dále jejich vzájemný fázový posuv ¢. Takto lze stanovit pro každou nastavenou frekvenci signálového generátoru 8 komplexní impedanci Z, která má reálnou část ReZ a imaginární část ImZ. Tyto veličiny lze určit z naměřených veličin na základě následujících vztahů :
-8ReZ(f) = —cosp ImZ(f) = —sin φ Z = — Í3° (I) ím (II) (III)
Pokud se vynese do 2D grafu na vertikální osu ImZ a na horizontální osu ReZ pro všechny změřené frekvence dostaneme Nyquistův graf stanovené komplexní impedance Z, který je znázorněn na obr.4 a obr.5. Horní křivka přidaná v grafech je závislost okamžité frekvence f na ReZ. aby byl patrný vztah mezi vynesenou impedancí a frekvencí.
Takto je možno určit komplexní impedanci Z celkového měřeného obvodu, která se skládá z impedance Zv deponované vrstvy a dále impedance ZP plazmatu, přičemž platí vztah:
Z = + Zp
Na obr. 3 je znázorněn vhodný impedanční model dvou měřících planárních sond 3 vložených do plazmatu 5. Vodivé planární sondy 3 se pokryjí tenkou vrstvou 4, jejíž impedanci Zv lze modelovat paralelním spojení kapacity Cv vrstvy a rezistoru Rv vrstvy. Vztah mez Zv> Cv a Rv lze určit podle vztahu :
- = - + j2nfC„
Zp Rp β/)
Právě tyto veličiny, které charakterizují deponovanou vrstvu během jejího růstu, je možno určit pomocí nového způsobu měření na novém zařízení ze získaných impedančních spekter, jak je patrné z obr.4 a obr.5. Na obr.4 je vidět impedanční spektrum sondového systém pouze s plazmatem 5 bez deponované tenké vrstvy 4. Na obr.5 je vidět impedanční spektrum sondového systému v plazmatu 5 s tenkou vrstvou 4, jejíž impedanci Zv lze vyjádřit paralelním spojením kapacity Cva Rv. Po srovnání obou případů z obr.4 a obr.5 lze identifikovat v grafu dva oddělené půlkruhy frekvenční závislosti impedance, kdy levý patří zjevně k impedanci ZP plazmatu 5 a pravý k impedanci Zv tenké vrstvy 4. Pak lze ze spektra oddělit frekvenční závislost impedance Zv samotné tenké vrstvy (ReZv a lmZv) podle modelu z obr.3 a stanovit podle vztahu (V) Rv a Cv deponované vrstvy.
-9Na obr.5 je příklad impedančního spektra dvojice planárních sond 3 v plazmatu 5 při pokrytí tenkou vrstvou 4 s kapacitou Cv = 10 pF a paralelním odporem Rv = 500 W. Impedanci vlastní tenké vrstvy 4 pro různé frekvence lze z impedančního spektra jasně identifikovat podle patrné půlkružnice v pravé části grafu. Impedanční příspěvek plazmatu lze v principu určit měřením v počátku depozice, kdy dvojice planárních sond 2 ještě není pokryta tenkou vrstvou 4. Srovnáním obr.4 a obr.5 lze impedančnímu spektru vlastního plazmatu 5 přiřadit půlkružnici v levé části grafu. Situace tenké vrstvy 4 sCv = 10 μΕ a odporem Rv = 50 kQ, což je případ relativně bezeztrátového dielektrika, je zobrazena na obr.6. Rapidní změna ImZ pro oblast nízkých frekvencí je charakteristická pro dielektrické vrstvy s nízkou vodivostí. Naopak na obr.7 je vidět případ velmi vodivé vrstvy Cv = 10 pF a Rv=50W, kdy je impedance tenké vrstvy 4 identifikovatelná krátkou oblastí v pravé části grafu.
Za účelem možnosti vyčištění obou planárních sond 3 před měřením je měřící obvod deaktivován a odpojen otevřením hlavních spínačů 6 a následným sepnutím pomocných spínačů 14. Tak jsou obě planární sondy 3 připojeny přes oddělovací kondenzátor 15 k vysokofrekvenčnímu generátoru 13. Tento generátor 13 generuje okolo obou planárních sond 3 přídavný vysokofrekvenční výboj, který způsobí odprášení deponované tenké vrstvy 4 na obou planárních sondách 3.
Popsaný příklad konstrukce zařízení není jeho jediným možným provedením, ale jak je patrné z obr.2, nemusí být vlastní impendační spektrograf vybaven v základní verzi dvojicemi hlavních spínačů 6 a pomocných spínačů 14. pomocí jejichž střídavého spínání a vypínání je umožněno daktivovat měřící obvod a připojením vysokofrekvenčního generátoru 13 zajistit pomocí přídavného vysokofrekvenčního výboje odprášit deponované vrstvy na obou planárních sondách 3.
Průmyslová využitelnost
Nový způsob měření a zařízení jsou aplikovatelné v plazmaztických depozičních systémech, kdy je nutné kontrolovat přímo při depozici dielektrické vlastnosti deponované tenké vrstvy a její vodivost. Jelikož se jedná o zařízení, které tyto informace poskytne v reálnem čase přímo při depozici v plazmatu, lze toto zařízení použít k řízení depozičního procesu, např. reaktivního magnetronového naprašování nebo plazmochemické depozice z par reaktivních plynů.
Claims (4)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Způsob měření impedance deponované vrstvy (4) ve výbojovém plazmatu (5), které je generováno plazmovým depozičním zdrojem (105) do prostoru nade dvěma identickými symetricky zrcadlově uspořádanými planárními sondami (3) jednak pracujícími v blízkém okolí sondového napětí Ud=0 V a sondového proudu ld=0 mA a jednak připojenými k signálovému generátoru (8), jehož pracovní frekvence nastavitelná v intervalu 1 Hz až 10 MHz je rozmítána přes transformátor (7), vyznačující se tím, že data obsahující časové průběhy sondového proudu (ls) na planárních sondách (3), a sondového napětí (Us) mezi planárními sondami (3) zjištěná paralelně napojenými osciloskopickými sondami (9) a proudovou sondou (12) jsou přenášena do digitálního osciloskopu (10), z něhož jsou exportována do vyhodnocovacího a řídicího počítače (11), ve kterém jsou určovány amplitudy (Uso) a (Jso), jejich okamžitá frekvence (f) a jejich vzájemný fázový posuv (φ), z nichž je následně stanovována pro každou nastavenou frekvenci signálového generátoru (8) komplexní impedance (Z) deponované vrstvy (4) a její reálná část (ReZ) a imaginární Část (ImZ).
- 2. Zařízení pro měření impedance deponované vrstvy (4) ve výbojovém plazmatu (5) způsobem uvedeným v nároku 1, tvořené vakuovou komorou (1) vybavenou alespoň čerpací jednotkou (104) a depozičním zdrojem (105) pro generováni plazmazu (5), vyznačující se tím, že ve vnitřním prostoru (101) vakuové komory (1) je instalována nosná souprava (2) vyrobená z dielektrického materiálu a uzpůsobená pro uložení dvou symetricky zrcadlově uspořádaných elektricky vodivých planárních sond (3), které jsou vyvedeny vně vakuové komory (1), kde jsou přes transfomátor (7) propojeny s uzemněným signálovým generátorem (8), přičemž před transformátorem (7) je k vývodům planárních sond (3) přes osciloskopické sondy (9) připojen digitální osciloskop (10), propojený jednak s vyhodnocovacím a řídícím počítačem (11) a jednak s proudovou sondou (12), která je osazena před transformátorem (7) na jednom z vývodů planárních sond (3).
- 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že vývody planárních sond (3) jsou vně vakuové komory (1) opatřeny hlavními spínači (6), před nimiž je k vývodům přes dvojici oddělovacích spínačů (14) a oddělovací kondenzátor (15) paralelně připojen vysokofrekvenční generátor (13).
- 4. Zařízení podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že planární sondy (3) jsou tvořeny dvojicí přilehlých půlkruhů.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2017-613A CZ2017613A3 (cs) | 2017-10-04 | 2017-10-04 | Způsob měření impedance deponované vrstvy ve výbojovém plazmatu a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2017-613A CZ2017613A3 (cs) | 2017-10-04 | 2017-10-04 | Způsob měření impedance deponované vrstvy ve výbojovém plazmatu a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ307505B6 CZ307505B6 (cs) | 2018-10-24 |
| CZ2017613A3 true CZ2017613A3 (cs) | 2018-10-24 |
Family
ID=63998830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2017-613A CZ2017613A3 (cs) | 2017-10-04 | 2017-10-04 | Způsob měření impedance deponované vrstvy ve výbojovém plazmatu a zařízení k provádění tohoto způsobu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2017613A3 (cs) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4081671A4 (en) | 2020-12-03 | 2023-09-27 | Univerzita Palackého v Olomouci | DEVICE FOR DEPOSITING DIELECTRIC OPTICAL THIN FILM USING SPUTTERING PLASMA SOURCES AND ENERGY ION SOURCES |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4270872B2 (ja) * | 2001-03-16 | 2009-06-03 | 東京エレクトロン株式会社 | インピーダンスをモニターするシステム並びに方法 |
| JP4544949B2 (ja) * | 2004-09-16 | 2010-09-15 | パナソニック株式会社 | 表面検査方法および装置 |
| JP5162269B2 (ja) * | 2008-02-08 | 2013-03-13 | 株式会社アルバック | 真空処理装置 |
| JP2010016124A (ja) * | 2008-07-02 | 2010-01-21 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
| KR101206744B1 (ko) * | 2011-02-28 | 2012-11-30 | 성균관대학교산학협력단 | 임피던스를 이용한 인시투 박막 두께 측정 장치, 박막 두께 측정 방법 및 그 기록 매체 |
-
2017
- 2017-10-04 CZ CZ2017-613A patent/CZ2017613A3/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ307505B6 (cs) | 2018-10-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Meddings et al. | Application of electrochemical impedance spectroscopy to commercial Li-ion cells: A review | |
| CN102598200B (zh) | 用于测量等离子体参数的传感器 | |
| US8242789B2 (en) | Plasma system and measurement method | |
| CN105659075B (zh) | 多相计量中的结垢监测和抑制剂量化技术 | |
| Sobolewski | Measuring the ion current in electrical discharges using radio-frequency current and voltage measurements | |
| Sobolewski | Current and voltage measurements in the Gaseous Electronics Conference rf Reference Cell | |
| Sezemsky et al. | Modified high frequency probe approach for diagnostics of highly reactive plasma | |
| CZ2017613A3 (cs) | Způsob měření impedance deponované vrstvy ve výbojovém plazmatu a zařízení k provádění tohoto způsobu | |
| CN102156001A (zh) | 一种射频放电等离子体自偏置探针诊断方法 | |
| CZ31194U1 (cs) | Impedanční spektrograf pro měření impedance deponované vrstvy ve výbojovém plazmatu | |
| Vilitis et al. | Determination of contact potential difference by the Kelvin Probe (Part I) I. Basic principles of measurements | |
| Oberrath et al. | On the Multipole Resonance Probe: Current Status of Research and Development | |
| Callegaro et al. | An impedance spectrometer for the metrology of electrolytic conductivity | |
| Wilken et al. | Development of a radio-frequency glow discharge source with integrated voltage and current probes | |
| Golubkov et al. | An oxide coating impedance measurement during micro-arc oxidation | |
| Ye et al. | Application of a tuned Langmuir probe for the diagnostic study of radio frequency glow discharges: instrumentation and theory | |
| Chenyao et al. | Fast-sweeping Langmuir probes: what happens to the I–V trace when sweeping frequency is higher than the ion plasma frequency? | |
| Kito et al. | Multi-harmonic analysis in a floating harmonic probe method for diagnostics of electron energy and ion density in low-temperature plasmas | |
| KR101000939B1 (ko) | 공정 모니터링 장치와 그 방법 | |
| KR101564787B1 (ko) | 2차원 공정 모니터링 장치 | |
| Smy et al. | Variation of the rf response of a Langmuir probe with amplitude and frequency | |
| Huo et al. | Studies on characteristics of resistive power calculated with discrete Fourier transform in a pulse-modulated radio frequency discharge | |
| US20230305045A1 (en) | System and method for non-invasive sensing of radio-frequency current spectra flowing in a plasma processing chamber | |
| Sobolewski et al. | Electrical measurements for monitoring and control of rf plasma processing | |
| Raju et al. | Performance evaluation of the newly developed impedance analyzer by measuring and comparing the electrical and thermal properties of BaTiO3+ Ni0. 5Zn0. 5Fe2O4 materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20231004 |