ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЯ НА УСТАНОВКЕ МАГНЕТРОННОГО НАПЫЛЕНИЯ

Исследование проводилось на установке магнетронного напыления «Сегнето» производства НИИТМ, изображенной на рисунке 1.

Рисунок 1. Установка магнетронного напыления Сегнето

Исследование неравномерности толщины покрытия на примере РС сплава будет проводиться в зависимости от перемещения подложкодержателя (расстояния между магнетроном и изделием).

Проведено 4 эксперимента с отдельными группами пластин 200 мм.

1) Изначально расстояние между пластиной и магнетроном выбрано 150 мм. Далее пластины Т847-Т842 будут располагаться на 10 мм ближе с каждым последующим экспериментом (таблица 1). Как итог мы определим оптимальное расстояние между магнетроном и подложкой для достижения наименьшей неравномерности.

Таблица 1.

Исходные данные для эксперимента 1

Далее с помощью системы расчета удельного сопротивления Prometrix OmniMap Model RS35e (рис.2) собираем и анализируем данные сопротивления пластины на различных проводящих слоях. Система обеспечивает точные и воспроизводимые измерения сопротивления от 5 мОм/квадрат до 5 МОм/квадрат на пластинах от 2 дюймов (50 мм) до 8 дюймов (200 мм). OmniMap позволяет измерить до 1264 точек на пластине, используя стандартные или определяемые пользователем шаблоны, и отображает результаты испытаний в виде контурных карт, трехмерных карт, сканирований диаметров и карт штампов [1].

Рисунок 2. Система расчета удельного сопротивления RS35e [1]

В данной работе испытываемый образец устанавливается на рабочий столик, и с помощью специального прибора в 25 точках будем измерять удельное сопротивление при контакте с пластиной (таблица 2).

Таблица 2

Снятие показаний с пластин Т847-Т842

На таблице видно, что лучшей неравномерностью обладают пластины Т845 и Т844, расположенные на расстоянии 20 и 30 мм от магнетрона соответственно.

Поверхностное сопротивление определялось непосредственно с помощью прибора RS35e.

Δ – разница между максимальным и минимальным значением.

Абсолютное значение неравномерности:

АЗН = (Δ/Ср)×100 [%]                                                   (1)

Ср – среднее значение поверхностного сопротивления, Ом/кв.

Неравномерность относительно среднего:

НОС = АЗН/2                                                           (2)

2) Исходя из предыдущего эксперимента, мы убедились, что наименьшая неравномерность достигается на расстоянии в диапазоне от 124 до 134 мм. Проверим воспроизводимость от пластины к пластине и уточним оптимальное расстояние между подложкой и магнетроном для достижения наименьшей неравномерности, взяв среднее значение расстояния между магнетроном и пластиной 129 мм (таблица 3).

Таблица 3

Исходные данные для эксперимента №2

Для эксперимента будут использоваться пластины Т841-Т839 и также как и в предыдущем эксперименте показания снимаются по 25 точкам (таблица 4).

Таблица 4

Снятие показаний с пластин Т841-Т839

На таблице видно, что лучшей неравномерностью обладают пластины Т841 и Т839, имеющие неравномерность 8,21 % и 8,45 % соответственно.

3) Учитывая эксперимент № 1, пластины со смещением 30 мм и 40 мм относительно изначального расположения подложки и магнетрона также показали относительно хороший результат. Нам нужно будет проверить воспроизводимость от пластины к пластине и уточнить оптимальное расстояние между подложкой и магнетроном для достижения наименьшей неравномерности, но уже при постоянном нагреве подложки, что увеличит адгезию напыляемого материала на поверхность пластины.

Для проведения эксперимента будем использовать пластины Т838 - Т836, расположенные со смещением 35 мм относительно исходного положения (таблица 5).

Таблица 5

Исходные данные для эксперимента №3

Далее снимаем удельное поверхностное сопротивление по 25 точкам с помощью прибора RS35e компании производителя Prometrix также как и в прошлых экспериментах (таблица 6).

Таблица 6

Снятие показаний с пластин Т838-Т836

Из таблицы видно, что лучшей равномерностью напыляемого покрытия обладает пластина Т837, показавшая 7,53 %. Показатель получился лучше, чем в экспериментах 1 и 2, что говорит о положительном эффекте постоянного нагрева пластины.

4) Финальный эксперимент будет заключаться в проверке влияния увеличенных расходов газа на воспроизводимость от пластины к пластине и на равномерность слоя по пластине. Увеличим расход аргона в 1,5 раза, чтобы посмотреть его влияние на неравномерность напыления. Первую группу пластин Т835 и Т834 отдалим на 60 мм от стандартного расположения пластины и магнетрона, чтобы посмотреть влияние еще большего сближения подложкодержателя с пластиной и магнетрона. Вторую группу пластин Т833 и Т832 отдалим на 35 мм от стандартного положения, ввиду лучших проявленных показателей исходя из эксперимента 1 и 3 (таблица 7).

Таблица 7

Исходные данные для эксперимента №4

Итоговый расчет сведен в таблицу 8.

Таблица 8

Снятие показаний с пластин Т835-Т832

Опираясь на данные таблицы, получили следующие результаты:

- пластины Т835 и Т834, расположенные на расстоянии 60 мм от исходного положения, показали худшую неравномерность из проведенных экспериментов 35,3 % и 20,4 % соответственно. Это объясняется более высоким темпом напыления, что и вызывает высокую неравномерность напыляемых слоев.

- пластины Т833 и Т832, расположенные на расстоянии 35 мм от исходного положения, показали в 2 раза хуже неравномерность, нежели в эксперименте без увеличения расхода газа.

Таким образом, можно сделать вывод, что увеличивая расход газа, мы ускоряем процесс нанесения материала, но теряем в равномерности нанесения и поверхность становиться неудовлетворительной для дальнейших операций.

В итоге, лучшую неравномерность показала пластина Т837, расположенная на 125 мм от магнетрона, и подверженная постоянному нагреву. Итоговый показатель неравномерности составил 7,53±3,76 %. Но нужно учитывать, что исследование проводилось на установке RS35e по 25 точкам, чтобы сэкономить время и объем расчетов. Для более точных расчетов следует брать не менее 50 точек. Как следствие, итоговый показатель неравномерности составит около 5 %, что достаточно хороший результат.

Список литературы:

1. Прибор для снятия поверхностного сопротивления производителя Photonic Microdevices [Электронный ресурс]. – Режим доступа. – URL: http://www.photonicmicrodevices.com/Prometrix.html (дата обращения 27.05.2019)