RU1797628C - Способ управлени плазменным осаждением тонких пленок в вакууме - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к нанесению тонких пленок и покрытий и может быть использовано в электронной промышленности . В ходе процесса осаждени  тонкой пленки на поверхность подложки с использованием плазмы осуществл ют измерение и анализ плазменного оптического испуска2 ни  дл  управлени  характером плазмы, регулиру  тем самым характеристики наносимой тонкой пленки. Одним из вы вл емых аспектов испускани   вл етс  интенсивность каждой из двух испускательных линий разных волновых зон от одного и того же плазмообразующего вещества, при этом вычисл ют отношение интенсивностей, которое сравнивают с заданным значением, что обеспечивает однородные и воспроизводимые характеристики наносимой пленки. Это отношение св зано со средней электронной температурой плазмы, которую можно по нему вычислить. Дополнительно можно измерить интенсивность некоторой другой линии испускани  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

Description

Изобретение относитс  к плазменной диагностике и управлению процессом осаждени  тонких пленок в вакууме, в частности к технологи м, использующим распыление, осаждение из химических паров и плазменную полимеризацию.

Целью изобретени   вл етс  повышение коэффициента выхода годных за счет обеспечени  однородных и воспроизводимых характеристик пленок.

В процессе осаждени  тонкой пленки с использованием плазмы осуществл ют наблюдение и анализ плазменного оптического излучени  и результаты используют дл 

управлени  плазменным процессом осаждени  пленки.

На фиг. 1 представлена блок-схема, иллюстрирующа  плазменную систему, примен емую в предлагаемом способе; на фиг.2 - камера плазменного осаждени  и устройство измерени , поперечное сечение; на фиг.З - примерный спектр эмиссии излучени  плазмы; на фиг.4 - 6 - св зи частиц молекулы газа, примен емого в процессе плазменного осаждени ; на фиг.7 - семейство кривых, иллюстрирующих распределение электронной энергии в плазме; на фиг.8 - диаграмма энергетических уровней дл  одиночного элемента плазмы; на

XJ CN

Ю

00

фиг.9 -.11- блок-схема компьютерной программы , управл ющей 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 дл  реализации данного способа (фиг.1) включает в себ  замкнутую реакционную камеру 1, в которой формируетс  плазма, В камере размещают подложку 2 дл  осаждени  на ней тонкой пленки некоторого материала. Подложкой может служить любой совместимый с вакуумом материал, подобный металлу, стеклу и некоторым видам пластмассы. В реакционную камеру газова  система 3 подает один или несколько газов. Электрическое поле создает источник 4, а низкое давление поддерживаетс  управл ющей давлением системой 5. Оптический эмиссионный спектрометр 6 соединен через оптическую волоконную светопровод щую среду 7 с реакционной камерой 1 так, что обеспечена св зь видимого и почти видимого излучени  плазмы (особенно ультрафиолетового участка) со спектрометром.Кварцевое окно 8 в боковой стенке реакционной камеры можно использовать дл  оптической св зи излучени  с внешней волоконной средой 7. Общее системное управление 9, включающее в себ  управл емую компьютером часть, соединено с каждым из компонентов системы так, чтобы принимать информацию от них и посылать управл ющие на них команды.

В системе, показанной на фиг.1, реакционна  камера 1 может быть любого типа, обеспечивающего выполнение процессов нанесени  пленок, усиленного плазмой осаждени  химических паров, плазменной полимеризации или других вакуумных методов получени  тонких пленок. Более подробное объ снение назначени  каждого из компонентов системы, представленной на фиг.1, дано со ссылками на фиг.2; предполагаетс , что провод т усиленный плазмой процесс осаждени  химических паров или процесс плазменной полимеризации. Реакционна  камера разделена на загрузочный шлюзовой отсек 10 и рабочий отсек 11 изол ционной щелевой заслонкой 12. Управл юща  давлением система 5 включает в себ  механический насос 13, соединенный с загрузочной шлюзовой камерой 10 клапаном 14. Управл юща  давлением система также содержит диффузионные насосы 15 и 16 и механический насос 17. Диффузионный насос 15 соединен с загрузочной шлюзовой

камерой 10 через изол ционный вакуумный затвор 18 и регулируемый экран 19. Аналогично диффузионный насос 16 соединен с рабочей камерой 11 через изол ционный вакуумный затвор 20 и регулируемый экран 21. Экраном 21 управл ет системное управление 9 во врем  процесса нанесени , чтобы поддерживать давление на заданном уровне .

Подложка 2 сначала загружаетс  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 понижа  давление, довод  разрежение до 6,5 х 10 Па. Рабочее давление составл ет около 46 мкм дл  усиленного плазмой осаждени  из химического пара или процесса плазменной полимеризации и достигаетс 

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

5 давление в рабочей камере 11. Когда загрузочна  шлюзова  камера 10 оказываетс  откачанной до базового давлени , открываетс  заслонка 12 и подложка перемещаетс  в камеру 11..

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

5 из алюмини  с электроизол ционными О-об- разными кольцевыми ободь ми по внешней поверхности дл  опоры подложки. Ролики вращает двигатель (на чертеже не показан), обеспечивающий управл емую осевую ско0 ррсть и тем самым перемещение подложки 2. Типовой процесс.осаждени  пленок включает в себ  перемещение подложки взад- вперед через плазменную область 22 несколько раз, чтобы тонка  пленка, осаж5 дающа с  на верхнюю поверхность подложки , обрела требуемую однородную толщину.

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

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

Газообразные компоненты, необходимые дл  формировани  плазмы в области 22. ввод тс  в камеру 11 через трубопровод 26. Труба (на чертеже не показана), имеща  сопла, установленные по ее длины, расположена поперек камеры 11 {перпендикул рно к плоскости фиг.2), где трубопровод 26 входит в камеру. Этот газ распростран етс  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, котора  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. Конкретна  газоподающа  система 3, котора  соединена с трубопроводом 26, зависит, естественно, от того, сколько надлежит смешивать газов и каковы их свойства.

На фиг.2 используютс  два независимых источника 29 и 30 газов под высоким давлением, но дл  других процессов подобных газовых источников может быть меньше или больше. В этом частном примере имеетс  .источник 31 жидкого материала, подлежащего испарению. Испарительный аппарат 32 обеспечивает поступление необходимого управл емого потока пара во входной трубопровод 26 в соответствии с управл ющим сигналом от системного управлени  9, который воздействует на расходомер ,  вл ющийс  частью испарительного аппарата 32. Аналогично сильно сжатые газы источников 29 и 30 нагнетаютс  через индивидуальные управл емые расходомеры 33 и 34 соответственно. Управление плазмой и, соответственно, пленкой, осаждающейс  на подложке, обеспечиваетс  возможностью регулировани  пропорции каждой газовой составл ющей, проход щей 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 проход щего через него газа, реагируют на сигнал от системного управлени  9, регулирующий и управл ющий скоростью этого потока.

. В некоторых системах ,в частности в поточных промышленных системах плазменного нанесени  покрытий, желательно предпринимать шаги, гаратирующие достаточную подачу газов от газовой системы 3. В промышленных устройствах дл  нанесени  покрытий желательно, чтобы достигалась наивысша  скорость осаждени  без ухудшени  качества осаждаемой пленки.

Чтобы гарантировать, что скорость осаждени  не лимитируетс  объемом газа, присутствующего внутри реакционной камеры, необходимо должным образом подобрать 5 размеры газовой системы 3 и управл ющей давлением системы 5.

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

0 производительными, чтобы обеспечивалс  поток газов через реакционную камеру. Дл  повышени  коэффициента полезного действи  насоса экран 21. размещенный на входе диффузионного насоса, можно полностью

5 сн ть, создава  диффузионному насосу условие беспреп тственной работы. Диффузионный насос можно полностью демонтировать и установить более мощный механический насос, что  вл етс  альтерна0 тивным вариантом обеспечени  возможности понижать давление внутри реакционной камеры.

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

0 существовала гаранти , что процесс осаждени  не лимитируетс  недостатком реаген- тной газовой составл ющей. Наличие газовых входов в реакционную камеру 1 также позвол ет задавать повышенную скоро5 сть газовому потоку, как и обеспечивать хорошее распределение газа внутри камеРЫВ примере, осуществл емом по данному способу, жидкостью 31  вл етс  органо0 силикон, а сжатыми газами 29 и 30 - кислород и гелий, соответственно. Выбранным видом органосиликона  вл етс  гекса- метилдисилоксан, структурна  формула которого показана на фиг.4. Продуктом при5 мерного процесса усиленного плазмой осаждени  из химических паров  вл етс  тонка  пленка, очень тверда , стойка  к ца- рапанию, оптически прозрачна  и хорошо сцепл юща с  с подложкой. Эту пленку

0 примен ют дл  покрыти  автомобильных или строительных стекл нных подложек, которые нанос тс  либо непосредственно на стекло, либо поверх другой или нескольких других пленок, подобных нанесенному на5 пылением малоэммссионному покрытию. Этот класс подложек отличаетс  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) дл  плазмы, сформированной в рабочей камере 11 из подобной комбинации газов. Интенсивности трех линий эмис- сии излучени  подвергаютс  замеру и используютс  дл  диагностики характеристики плазмы, а затем дл  выполнени  всевозможных регулировок относительного содержани  газообразных составл ющих, которые необходимы дл  поддержани  характеристик плазмы в требуемом состо нии . Трем  лини ми  вл ютс  водородна  альфа-лини  81 на волне около 657,1 нанометра , водородна  бета-лини  83 на волне около 486,1 нанометра и галиева  эмиссионна  лини  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 согласуетс  с разрешающей способностью приборов.

Чтобы исключить вли ние неизвестных переменных и нежелательного шума оптического сигнала, отношени  этих уровней интенсивности примен ютс  дл  диагностировани  плазмы и управлени  процессом . В данном примере отношение интенсивности водородной альфа-лини  81 к интенсивности гелиевой линии 85 примен етс  дл  управлени  скоростью потока пара силиконового исходного материала через расходомер 32. Этот материал  вл етс  источником водорода, эмисси  которого наблюдаетс . Когда это отношение превысит некоторое опорное значение, компьютерна  управл юща  система 9 принуждает расходомер, встроенный в расходомер, уменьшить скорость потока пара силиконового материала без воздействи  на скорости потока других газов. Если это отношение упадет ниже опорного значени , расходомер раскрываетс  дл  увеличени  потока пара силиконового исходного материала .

Второе отношение, которое используетс , составл ют интенсивности двух эмиссионных линий одиночных атомных или молекул рных элементов плазмы, В данном конкретном примере примен ютс  интенсивности водородной альфа-линии 81 и водородной бета-линии 83. Как разъ сн етс  ниже, это отношение пропорционально средней электронной температуре Те плазмы . Если это отношение (или вычисленное по нему Те) превысит опорное значение, то компьютерное управление 9 заставл ет расходомер 33 увеличить поток кислорода

без воздействи  на скорость потока силико- носодержащего пара или гел . Если отношение интенсивностей (или вычисленное по нему Т0) упадет ниже опорного значени , скорость кислородного потока уменьшаетс . Повышенное содержание кислорода, как предполагаетс , влечет понижение средней электронной температуры за счет комбинации с атомарным водородом, который  вл етс  основным источником электронов в этой газообразной смеси.

Ниже проводитс  исследование природы вз той дл  примера плазмы и дано истолкование взаимосв зи 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, энерги  сцеплени  между атомами кремни  и кислорода значительно выше энергии других св зей в молекуле. Сила этого сцеплени  - 8,31 эВ. Энерги  сцеплени  между атомом кремни  и метиловой группой СНз составл ет 4,53 эВ.

На фиг.5 показана метилова  группа с энергией сцеплени  углерода и водорода, равной 3,51 эВ. Поэтому в плазме, обладающей распределением высокоэнергетических электронов, сталкивающихс  с силиконосодержащими молекулами, существует больша  веро тность того, что столкновение электрона с молекулой заставит метиловую группу или водород отделитьс  от остальной части молекулы без воздействи  на Si-O-Sl-составл ющую. Кислород, вводимый в плазму, как полагают, соедин етс  с водородом и углеродом, образу  разнообразные газовые и паровые соединени , которые отсасываютс  из реакционной камеры 11с помощью диффузионного насоса 16. Это  вл етс  другим достоинством кислородной составл ющей плазменного газа. В насто щем примере желательно минимизировать или полностью исключить присутствие углерода в осажденной пленке дл  получени  неорганической тонкой пленки.

Теоретическое максвелловское распределение энергий электронов в плазме показано на фиг.7. Сплошна  крива  87 представл ет одно из таких распределений. Электронна  попул ци  электронов о.бла- дает большей энергией, распределение энергий смещаетс , как это показано пунктирной линией 89, но сохран ет свою форму . Аналогично, если полна  энерги  попул ции электронов уменьшаетс , то крива  смещаетс  в сторону меньших значений , как это показано точечно-пунктирной линией 91.

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

Также можно заметить из фиг.7, здесь изображены три эмиссионные линии, используемые на фиг.З. Энерги  возбуждени , котора  порождает водородную альфа-линию 93, находитс  около 12 эВ, то же дл  водородной бета-линии 95 (находитс  около 12,7 эВ) и то же дл  гелиевой линии 97 (около 23 эВ). Эти энергии представл ют собой то, что атом водорода или гели  должен поглотить при столкновении со свобод- ным электроном, чтобы испустить наблюдаемое волновое излучение, когда атом выходит из возбужденного состо ни .

На фиг.8 представлена энергетическа  диаграмма дл  водородного атома, иллюстрирующа  сказанное выше. Стокновение с электроном с энергией более 12,07 эВ может сделать атом возбужденным, при этом его электрон переместитс  с основного энергетического квантового уровн  на более высокий энергетический квантовый уровень . Когда этот возбужденный электрон переходит на соседний, более низкий энергетический квантовый уровень , испускаетс  фотон на волне альфа-водорода . Аналогично фотон на волне бета-водорода испускаетс , когда возбужденный водородный атом после столкновени  с электроном, энерги  которого больше 12,73 эВ, сходит со своего возбужденного квантового уровн  обратно на энергетический квантовый уровень . Как результат, интенсивности этих эмиссионных линий водорода оказываютс  св занными с плотностью электронов в плазме, обладающей этими энергетическими уровн ми. Отношение этих интенсивностей водородных эмиссионных линий дает отношение плотностей. Это позвол ет эффективно подогнать макс- велловскую кривую электронной плотности к тем двум точкам, по которым можно определить среднюю электронную температуру Те.:

Однако желательно отдельно измер ть высокоэнергётический хвост распределени  электронной энергетической кривой на фиг.7. Отношение интенсивностей водород- 5 ных линий пригодно дл  определени  остальной части кривой, поскольку электронные плотности, которые она представл ет , наход тс  на энергетических уровн х в основной части кривой энергети- 0 ческого распределени . Но распределение плотности на более высоких энергетических уровн х может в то же самое врем  спадать до очень низких уровней. Это, как полагают, происходит по причине неэффективной 5 энергетической св зи. Поэтому также выполн ют независимый замер на высоком энергетическом уровне. В насто щем примере выбрана лини  эмиссии гели , и она соотноситс  с одной из водородных линий, 0 предпочтительно с водородной альфа-линией в качестве опорной. Это желательное отношение определ етс  предварительно к процессу осаждени , чтобы имелась возможность сравнивать измеренное отноше- 5 ние с этим опорным и выполн ть любые необходимые регулировки в реальном времени .. -.

Некоторое количество высокоэнергетических электронов, относ щихс  к хвосту 0- распределени  на кривой фиК7, желательно дл  пр мого.воздействи  на подложку, поскольку известно, что это повышает прочность нанесенной пленки через усиление поперечных св зей. Также уменьшаетс  на- 5 пр женность пленки, обеспечива  лучшее сцепление пленки с подложкой. Малое отношение в плазменной эмиссии водороднрй альфа-линии.интенсивности к интенсивности гелиевой линии служит предсказатель- 0 ным признаком этих благопри тных результатов.

Применение гелиевой эмиссионной линии также дает преимущество, поскольку гелий инертен. Этот газ не сочетаетс  с 5 другими газовыми составл ющими плазмы, Л юбой инертный газ обладает этим преимуществом , а также тем, что вызывает по вление эмиссионной линии в хвостовой части кривой, Инертный газ в данном примере 0 примен етс  в основном дл  содействи  исходному источнику электронов, когда начинаетс  формирование плазмы путём создани  электрического пол .

Когда по замеренным интенсивност м и 5 отношени м установлено, что кривую распределени  электронной энергии (фиг.7) надлежит изменить дл  осуществл емого процесса, это можно сделать несколькими способами. Повышение возбуждающей частоты источника питани  влечет повышение

средней энергии электронов хот  бы до точки , в которой электроны уже не могут следовать за быстро мен ющимс  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,  вл етс  общий газовый расход, который измен ет длительность пребывани  молекул внутри плазмы и повышает веро тность столкновени . Давление в этой камере также вли ет на молекул рную энергию в некоторых пределах. Примен емый в данном примере способ, однако, удерживает эти переменные на посто нном уровне и взамен измен ет отношение скоростей потоков индивидуальных газов в реакционную камеру.

Определение средней электронной температуры Те по отношению альфа- и бета-водородных эмиссионных линейных интенсивностей  вл етс  существенным обсто тельством. Полагают, что определе-- ние электронной температуры плазмы по ее эмиссионному спектру чрезвычайно затруднительно . Математические соотношени  между электронной температурой и интенсивностью конкретной эмиссионной линии хорошо известны. Однако эти соотношени  содержат дополнительные неизвестные, подобные молекул рной и электронной плотност м плазмы. При таком числе неизвестных невозможно прин ть эти уравнени  непосредственно дл  точного вычислени  электронной температуры по интенсивности эмиссионной линии. Однако , если интенсивности двух таких эмиссионных линий от одного элемента плазмы вз ть в отношении, как в данном случае вз то отношение водородных альфа- и бета- линий, эти другие переменные математически исключаютс  и больше не вли ют на результат. Этот расчет относитс  к холодной плазме, то есть к той, в которой средн   ионна  энерги  очень мала в сравнении со средней электронной энергией.

На фиг.9-11 представлены блок-схемы управл ющих компьютерных программ, которые наблюдают за интенсивност ми 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 нуждаетс  в информации как о желательных

плазменных параметрах, так и о фактически существующих. Предпочтительно вводить желаемую среднюю электронную температуру Те и затем вычисл ть ту, котора 

существует в плазме, как показано на фиг.9. так как это позвол ет 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 по вл етс  Те. Оно после этого становитс  тем отношением линейных интенсивностей, к которому регулируют процесс.

Когда фактическа  и желаема  величины введены в систему, следующий модуль 36 обрабатывающего алгоритма обращаетс  к отношению интенсивностей водородной альфа- и гелиевой эмиссионных линий.

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

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

Шаг 41 модул  36 провер ет, что вычисленное напр жение лежит в диапазоне расходомера 32. Если это так, обрабатывающий процесс переходит к шагу 38, если нет, то обрабатывающа  петл  модул  36 выполн етс  заново. Если второй расчет также даст, результатом напр жение, которое лежит вне диапазона расходомера 32, то обработка прекращаетс  и сообщение об ошибке по вл етс  на операторском дисплее, что

указано позицией 42.

Когда скорость потока силиконосо- держащего пара оказываетс  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 возвращаетс  к начальному модулю 35 и выполн ет вновь функции сбора и сравнени  данных, а затем проходит через остаток программы. Это посто нное наблюдение за плазменными характеристиками позвол ет осуществл ть управление

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

Программный модуль 39 работает аналогично модулю 36. Если заново вычисленное напр жение дл  расходомера кислородного потока не попадает в диапазон этого расходомера, что устанавливаетс  на шаге 43, вычисление выполн етс  еще раз на тот случай, если произошла ошибка. Если напр жение оказываетс  вне диапазона и во второй раз, обработка прекращаетс  и на дисплее по вл етс  сообщение об ошибке. Однако новое напр жение, управл ющее клапаном кислорородного расходомера, находитс  внутри диапазона, обработка возвращаетс  назад к начальному модулю 35 и воспроизводитс  до тех пор, пока обрабатывающие модули 35 - 37 не будут исполнены по крайней мере четыре раза. После четвертого раза, а также если последн   расчетна  петл  повлекла дальнейшую регулировку кислородного расходомера, выполн етс  следующий модуль 44 обработки. После четырех проходов через регулировки силико- носодержащего и кислородного потоков делаетс  заключение о необходимости выполнени  некоторой другой регулировки. Точное число обрабатывающих циклов, которое допустимо перед переходом к следующему вычислительному модулю 44, может мен тьс .

Модуль 44 также наблюдает за Те, но на этот раз выполн ютс  регулировки потока газообразного гели  в плазменную камеру. Увеличение подачи инертного газа увеличивает число электронов, уменьшение подачи газа снижает число электронов. Така  же проверка рассчитанного напр жени  дл  гелиевого расходомера выполн етс  в модуле 44, как и в модуле 36 и модуле 39 на шаге 45. Когда выполнена надлежаща  регулировка гелиевого потока, обработка вновь возвращаетс  к начальному модулю 35 дл  повторени  этого цикла.

Можно внести много изменений в детали описываемого процесса без отступлени  от преимуществ, обеспечиваемых основными способамии наблюдени  эмиссионных линий, которые таким образом осуществл ютс . Эти же способы примен ютс  к другим газам и даже к плазмам,  вл ющимс  частью тоикопленочно наносимой системы. В системе с титановой мишенью измер ют, например, интенсивность линии 399,9 нанометра испускани  титана и интенсивность линии 301,3 нанометра испускани  нитрида титана. Отношение интенсивностей этих линий используетс  точно так же, как отношение водородной альфа- и гелиевой интенсивностей, описанное выше. Две линейные интенсивности аргона можно примен ть дл  вычислени  средней электронной температуры в этом примере нанесени , как было описано выше в примере с отношением интенсиеностей водородной альфа-линии к водородной бета-линий. Плазменные входные переменные мощности источника 4 и давлени  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 дл  большой обрабатываемой партии. Это предпочтительно достигать установкой .управл ющей системы 9 на желаемые значени  мощности и давлени . Управл юща  система оснащена стандарт5 ными средствами слежени  за этими количествами и регулировани  их, если есть необходимость, дл  поддержани  посто нных уровней, задаваемых изначально. Спектр плазмы, пример которого дан на

0 фиг.З, зависит от зоны внутри плазмы, в которой производитс  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 позици  остаетс  посто нной и распределение интенсивностей по плазме не измен етс , спо0 собы управлени  этим процессом, описанные выше, оптимизируют его. Но если желательно примен ть это же процессорное управление на другом участке оборудовани , то веро тно, что плазма бу5 дет наблюдатьс  в области с отличным эмиссионным спектром. Поэтому управл юща  система, предварительно оптимизированна  дл  одного плазменного эмиссионного спектра, может потребовать калибровки дл 

0. работы со спектром, обладающим различными интенсивност ми пиков, подлежащих наблюдению, по.сравнению с плазмой, дл  которой была оптимизирована управл юща  система. Кроме того, спектр может из5 мен тьс  по объему плазмы из-за изменени  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 дл  дальнейшей оптимизации управлени  плазменным процессом по способу , проиллюстрированному фиг. 12-14,

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

Предпочтительным положением дл  оптического волокна 7, которое сравнительно

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

Со ссылками на фиг,12, 13 дано описа- ние устройства дл  перемещени  оптического волоконного кабел  7 относительно прозрачного окна 8 реакционной камеры дл  удержани  этого отношени  на максимуме . Оптический волоконный кабель 7 предпочтительно заканчиваетс  в длинной, небольшого диаметра, круглой трубе 46. Предпочтительно, чтобы кабель состо л из множества отдельных оптических волокон. Назначение трубки 46 - ограничение есте- ственного конического угла воспри ти  света оптическим волокном настолько, чтобы он воспринимал направленные световые лучи , исход щие из области плазмы 22 с площадью , равной площади отверсти  трубки 46 на том конце, которым она примыкает к кварцевому окну 8. Внутренн   поверхность трубки 46 выполнена высокорефлек- торной.

Светонаправл юща  трубка 46 закреп- л етс  на опорном блоке 47, который установлен относительно реакционной камеры 1 со свободой перемещени  по ос м X и Y. Дл  осуществлени  перемещени  примен ютс  надлежащие двигатели. Примером мо- жет служить применение независимых т говых двигателей 48 и 49 дл  направлений X и Y соответственно, которые привод т опорный блок 47 в движение через соответствующие механические соединени  по этим двум  ос м. Двигател ми управл ют позиционные управл ющие 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 оказываетс  максимальным. Эту регулировку можно выполн ть при каждой загрузке подложки в реакционную камеру или, что более практично , периодически, а также когда существенно измен етс  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 управл ющей системой 9 желаемого отношени  по информации, полученной в нескольких точках каждой растровой линии. Затем вычисл етс  координатна  позици  дл  блока 47, в которой существует максимум отношени , и блок перемещаетс  в эту позицию дл  наблюдени  за плазмой.

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

Как альтернатива механизму, описанному со ссылками.на фиг.8-14. волоконного кабел , трубку 46 можно перемещать вручную с одновременным наблюдением, выполн емым оператором, за желательным отношением интенсивностей, которое вычисл ет компьютер.

Таким образом, данный способ управлени  плазменными переменными позвол ет создавать тонкопленочные издели  с необходимыми свойствами. Данный способ управлени  плазменным процессом обеспечивает более высокий коэффициент выхода годных изделий за счет получени  более однородных и воспроизводимых свойств.

Claims (16)

1. Формула изобретени  1. Способ управлени  плазменным осаждением тонких пленок в вакууме, включающий генерирование плазмы со множеством управл емых рабочих параметров, содержащий некоторое множество атомных

   и/или молекул рных веществ, каждое из которых обладает эмиссией электромагнитного излучени , природа каждой измен етс  при изменении рабочих параметров, и детектирование интенсивности эмиссии из плазмы, отличающийс  тем, что, с

   целью повышени  выхода годных путем обеспечени  однородных и воспроизводимых характеристик пленок, детектирование интенсивностей эмиссионных линий отдельных веществ плазмы осуществл ют в двух разных област х ширины полосы частот , сравнивают их и автоматически регулируют две обнаруженные интенсивности линий отдельных веществ дл  получени  заданного отношени  изменением одного или нескольких параметров плазмы.
2. 2. Способ по п.1, отличающий с   тем, что сравнение двух интенсивностей включает определение отношени  интенсивностей эмиссионных линий двух полос, а автоматическое регулирование - сравнение этого отношени  с требуемым значением.
3. 3. Способ по п.2, отличающийс  тем, что управл емые рабочие параметры включают давление, скорости потоков газов в вакуумный объем и электрическое поле, при этом интенсивность эмиссии излучени  отдельных веществ плазмы детектируетс  в каждой из двух узких линий видимой длины волны излучени .
4. 4. Способ по п.З, отличающийс  тем, что регулирование интенсивностей эмиссии излучени  отдельных веществ обеспечиваетс  изменением скорости потока по крайней мере одного из газов.
5. 5. Способ по пп.1-4, отличающий- с   тем, что детектирование осуществл ют в области, где отношение интенсивностей в диапазоне двух узких полос максимально.
6. 6. Способ по пп.1-5, отличающий с   тем, что включает детектирование интенсивности определенной полосы эмиссии излучени  других веществ в плазме.
7. 7. Способ по п.б, о т л и ч а ю щ и и с  тем, что включает в себ  вычисление второ- го отношени  интенсивностей эмиссионных линий, которое находитс  между интенсивностью одной из двух линий эмиссии из этих веществ и интенсивностью линии других веществ , сравнение второго вычисленного от- ношени  с требуемым отношением, которое поддерживаетс  во врем  процесса осаждени , и автоматическое регулирование второго отношени  изменением рабочих параметров плазмы.
8. 8. Способ по п.7, отличающийс  тем, что другие вещества представл ют собой инертный газ.
9. 9. Способ по пп, 7 и 8, от л и ч а ю щи й- с   тем, что регулирование второго отношени  осуществл етс  автоматическим изменением скорости потока по крайней мере одного из тазов.
10. 10. Способ по п.З, отличающий с   тем, что стади  сравнени  интенсивностей включает вычисление из отношени  интенсивностей средней температуры электронов плазмы.
11. 11. Способ по п.1. о т л и ч а ю щ и И с.   тем, что осуществл ют детектирование уровней первой и второй интенсивностей каждой из линий двух узких полос видимой части спектра из отдельных веществ плазмы и детектирование уровн  третьей интенсивности линии из других веществ, определение первого и второго отношений уровней первой и второй интенсивностей и первой и третьей интенсивностей, соответственно, а также регулирование скорости потока первого газа дл  сохранени  первого отношени  на первом заданном уровне и регулирование скорости потока второго газа дл  сохранени  второго отношени  на втором заданном уровне.
12. 12. Способ по п. 11, о т л и ч а ю щ и и - с   тем, что второй газ характеризуетс  наличием молекул, в которых содержатс  упом нутые другие вещества, причем первый газ характерен тем, что измен ет среднюю энергию электронов в плазме.
13. 13. Способ по п.11, отличающий- с   тем, что второй газ включает в себ  органосиликоновый пар,
14. 14. Способ по п.11, о т л и ч а ю щ и и - с   тем, что первый газ включает в себ  кислород:
15. 15. Способ по пп.12 и 13, отличаю- щи и с   тем, что уровни первой и второй интенсивностей представл ют альфа- и бета- эмиссии водорода, а уровень третьей интенсивности представл ет собой эмиссию излучени  гели .
16. 16. Способ по п. 14, о тличающий- с   тем, что второй газ включает в себ  гексаметилдисилоксан.

    Приоритетно пунктам:

    15.07.87 по пп. 1-4 и 6-16;

    09.05.88 по п.5.

    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

    6.31 эВ

    фи г 5

    фиг.6

    фаг 7

    фиг 8

    Фиг. 13