<<
>>

Очистка подложек нагревом

Эффект очистки нагревом объясняется: а) термодесорбцией; б) химическими реакциями с газами атмосферы, в результате которых образуются летучие соединения. При нагреве подложек в среде, содержащей кислород (часто это делается обжигом в пламени), важно так подобрать параметры очистки, чтобы предотвратить неполное сгорание загрязнения, которое приводит к образованию сажи на подложке.

Кроме того, важно обеспечить однородный нагрев, так как невыполнение этого условия может привести к большим механическим напряжениям и разрушении» подложки.

Очистка стеклянных подложек производилась протиркой ватным тампоном с последующей обработкой в горячей воздушной струе [29]. При этом адгезионная прочность тонкопленочной структуры XipoiM—медь, которая напылялась Hia очищенное данным способом подложки, была удовлетворительной. Следует иметь в виду, что нагрев стеклянных подложек выше 200° может вызвать возникновение микрошероховатости поверхности подложек [50].

Возможно применение очистки подложек нагревом в вакуумной! камере, который производится непосредственно перед напылением. Отметим, что температуру прогрева следует выбирать с особой тщательностью, так как при перегреве возможно загрязнение поверхности подложек вследствие дифузии веществ из их: объема.

Нагрев в глубоком вакууме может быть применен для удаления SiO2 с поверхности кремния в результате реакции

Si02 + Si = 2Si0 (летуч).              •              (52)

Очистка по реакции (52) возможна из-за того, что температура испарения моноокиси кремния значительно ниже, чем двуокиси (обычно выбирается температура 1200°С, время обработки— несколько минут). Состав поверхности кремния после очистки нагревом необходимо контролировать, так как при температуре выше IOOO0C возможна диффузия адсорбированного на кремнии кислорода внутрь подложки [6]. Ионно-плазменная обработка подложек как средства очистки

Очистка подложек падающими ионами, в том числе в плазме тлеющего и ВЧ разряда, относится к наиболее перспективным видам обработки, так как позволяет обрабатывать подложки в вакуумной камере непосредственно^ перед ,нанесением пленки и тем самым исключить повторное загрязнение подложки.

Кроме того,, данный вид обработки представляет собой стабильный технологический процесс, так как свойства разряда определяются электрическими параметрами цепи и легко контролируются. Ионы способны удалить любые виды загрязнений. Очистка поверхности подложки при ионной обработке происходит вследствие: десорбции загрязнений, происходящей под ударами ионов, электорнов и нейтральных частиц[4]; фотодесор'бции под действием ультрафиолетового излучения из ионного источника или области тлеющего разряда; термодесорбции загрязнений из-за нагрева подложки падающими частицами, а также рекомбинации на ее поверхности;,

реакции органических загрязнений с атомарным кислородом, в результате чего образуются газообразные соединения, которые откачиваются вакуумной системой[5]; изменения структуры и фазового состава поверхности подложек под действием быстрых частиц.

Механизм 5) обусловливает активацию поверхности подложки, которая заключается в разрыве поверхностных связей подложки, вследствие чего облегчается процесс образования новых связей.

В случае плазменной обработки подложек главными механизмами очистки являются 4) и 5). При, обработке быстрыми ионами из автономного источника превалируют механизмы I), 4), 5).

Из различных видов предварительной ионной обработки подложек наибольшее распространение на практике получила очистка в тлеющем разряде, так как она обеспечивает достаточно равномерную обработку всей площади подложки. (Для равномерной обработки подложек необходимо лишь приблизительное равенство площадей подложки и электрода очистки.) Кроме того, конструкции монтируемых в вакуумную камеру электродов тлеющего разряда лучше! совместимы с типами производственных вакуумных установок. Поэтому уделим основное внимание рассмотрению процессов обработки в тлеющем разряде.

Экспериментальное оборудование для плазменной обработки подложек описано в [51]. Для образования тлеющего разряда в вакуумной камере должны быть установлены два электрода (во многих случаях роль одного из электродов выполняет вакуумная камера), на которые подается потенциал 500 В и вamp;ше.

Иногда на электроды подается переменное напряжение. Так как плазма разряда переменного тока низкой частоты аналогична плазме положительного столба тлеющего разряда постоянного тока, то обработка подложек в разряде переменного тока рассматриваться не будет. Электроды для обработки, как правило, изготавливаются из алюминия, так как при этом уменьшается вероятность загрязнения поверхности подложки из-за малого значения коэффициента распыления алюминия.

В случае проводящей подложки эффективная очистка может быть произведена распылением по механизму I). Для данной цели подложка соединяется с отрицательным полюсом источника напряжения, и она подвергается интенсивному травлению положительными ионами разряда, имеющими энергию порядка сотен электронвольт. Скорость распыления металлических подложек

(53)

где Uк — напряжение между электродами, В; I — ток разряда, А; dK — длина катодного темного пространства, м; р — давление газа, Па; k — коэффициент пропорциональности.

Процесс очистки проводящих подложек с помощью катодного распыления разработан достаточно хорошо. Менее ясен процесс плазменной очистки подложек из диэлектрика. Для рыспыления диэлектрика может быть использован ВЧ разряд, возможно также применение для очистки разряда постоянного тока. В технологии подготовки подложек для напыления зачастую нежелательно сильно распылять верхний слой подложек, необходимо) лишь обеспечивать высокую степень адгезии. Для этой цели удобно использовать обработку тодложек тлеющим разрядом постоянного тока. По сведениям некоторых авторов эффективная очистка с использованием тлеющего разряда возможна только в среде кислорода. Улучшение адгезионной способности, обусловленное обработкой подложек в тлеющем разряде в среде кислорода, было отмечено при напылении многих металлов, в том числе золота. Можно предположить, что кислород усиливает диффузию золота в подложку. Обработка подложек в тлеющем разряде в среде кислорода сильно изменяет свойства материала подложки. Если реакция кислорода с материалом подложки нежелательна, то очистку можно проводить в среде инертных газов. В этом случае эффект повышения адгезионной способности подложек обусловлен механизмом I).

Материал подложек и плазма между собой сложно взаимодействуют, что затрудняет практическое использование процесса ионно-плазменной обработки. В плазме одновременно происходит несколько процессов, по-разному влияющих на адгезионные свойства поверхности подложек.

Побочные эффекты, стимулированные действием плазмы. При неверно избранных параметрах плазменной обработки на поверхности подложек может образоваться пленка полимера под действием бомбардировки электронами паров масла в вакуумной камере. Особенно часто этот эффект возникает при использовании в диффузионном насосе силиконовых масел. Рост пленки полимера, появляющейся под действием электронной бомбардировки в вакуумной камере электронного микроскопа, происходит со скоростью от 0,5 до 50 him/ч. Благоприятные условия для роста полимерной пленки возникают при использовании тлеющего разряда с заземленным анодом, так как в этом случае отрицательный электрод является инжектором электронов с энергией до нескольких сотен электронвольт. Источниками углеводородов, которые образуют полимерную пленку, являются: недостаточно чистая вакуумная оснастка, обратный поток масла из системы откачки и различные органические материалы, которые присутствуют в; вакуумной камере, так как под действием электронной и ионной обработки в тлеющем разряде эти материалы могут выделять углеводороды. Скорость роста полимерной пленки :на диэлектрической подложке уменьшается при удалении подложки от края катодного темного) пространства. Роста полимерной пленки не происходит, если подложка затенена от катода.

Исследования условий образования и роста полимерной пленки

под действием потока электронов показали [52], что1 рост полимеров характеризуется важной особенностью: при увеличении температуры подложки и уменьшении плотности потока электронов рост пленки замедляется, а при некоторых критических значениях этих величин вовсе прекращается. Условие образования полимерной пленки выражается соотношением

I gt; a exp (— EfkT),

где I — интенсивность электронного потока, А»м"2; T — температура подложки, К; k — постоянная Больцмана, константы а и E определяются экспериментально и в случае подложки из молибдена они равны IO34 м"2-с-1 и 119 ,кДж/моль соответственно.

Для уменьшения эффекта полимеризации в плазме можно использовать затенение подложки металлическим экраном, который препятствует попаданию на подложку быстрых электронов, а следовательно,* и-образованию на ней полимеров.

Другим нежелательным явлением, сопровождающим процесс обработки подложек в тлеющем разряде, является перенос материала с электрода очистки на подложку. Для уменьшения данного эффекта следует выбирать материал электрода с малым коэффициентом распыления, а расстояние подложка — электрод и давление в вакуумной камере должны быть максимальными. Процент распыленного вещества, достигающего подложки, определяется по соотношению

(55)

где D — расстояние между мишенью и подложкой, м; Я—средняя длина пробега, м; M — число Маха (можно принять, что 1,5); P — часть распыленного с электрода материала, достигающего подложки.

Другим источником загрязнения поверхности подложки при обработке ее в тлеющем разряде является эффект распыления металлического подложкодержателя. Это явление возникает, если схема подключения электродов очистки предусматривает заземление отрицательного электрода (например, на промышленной установке вакуумного напыления УВН-71П-3). В этом случае поверхность подложкодержателя, как и всей вакуумной камеры, является катодом, который подвергается распылению из-за бомбардировки быстрыми положительными ионами. Эффект загрязнения подложки материалом подложкодержателя, как правило, бывает весьма значителен, так как в этом случае согласно (55) поток атомов на подложку велик из-за малости D (здесь Dlt;1 мм).

Практика показала, что при обработке подложек из ситалла в течение I...2 мин в тлеющем разряде с заземленным катодом на краю подложек визуально наблюдается темный налет, который представляет собой распыленный материал подложкодержателя. Адгезия на загрязненных местах подложки практически отсутствует. Для исключения распыления подложкодержателя следует электрически изолировать его от «земли», при этом потенциал

подложкодержателя станет «плавающим», т. е. будет приблизительно равен потенциалу анода. Данное изменение потенциала подложкодержателя влечет за собой уменьшение энергии падающих на его поверхность ионов, что, в свою очередь, ухудшит эффект распыления [53].

Другой возможной причиной сильного распыления материала подложкодержателя и технологической оснастки вакуумной камеры является возникновение эффекта «полого катода». Полый катод образуется у поверхности проводящей технологической оснастки при заземлении отрицательного выхода источника питания. Необходимым условием возникновения данного эффекта является наличие вогнутости «земляной» поверхности. Явление полого катода заключается в осцилляциях электронов в полостях и вогнутостях поверхности, что приводит к возрастанию количества носителей тока в плазме и в конечном итоге к увеличению эффекта распыления. Полый катод наблюдается как светящееся пятно у поверхности. Чтобы подложка не загрязнялась вследствие явления полого катода, нужно исключить полости и вогнутости технологической оснастки, находящейся в области подложки.

<< | >>
Источник: Углов А. А. и др.. Адгезионная способность пленок.—М.: Радио и связь,. — 104 с.. 1987

Еще по теме Очистка подложек нагревом:

  1. Влияние совместного действия обработки подложек: в тлеющем разрядеи предварительного нагрева перед напылением на адгезионную прочность
  2. Химическая очистка подложек перед нанесением пленок
  3. Применение ионно-лучевой обработки подложек для повышения адгезионной прочности
  4. Карманов А. П.. Технология очистки сточных вод, 2015
  5. 3.2. Очистка промышленных и бытовых стоков
  6. 5.5. Комбинированные методы и аппаратура очистки газов
  7. 6.2.3. Биологический метод очистки сточных вод
  8. 2.3. Методы очистки меламина-сырца.
  9. 6.2. Методы и оборудование для очистки технической воды и промышленных стоков
  10. Лекция 6. ОЧИСТКА И ПОВТОРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ВОДЫ И ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ
  11. Лекция 5. ОЧИСТКА И ПЕРЕРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГАЗОВ, ДЫМОВЫХ ОТХОДОВ И ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ВЫБРОСОВ
  12. Механические методы очистки сточных вод
  13. Методы, используемые при очистке и дезинфекции природных вод
  14. Голубовская Э.К.. Биологические основы очистки воды. Учебное пособие. — М.: Высшая школа. — 268 с., 1978
  15. VI.2. ОЧИСТКА ВОЗДУХА ОТ ПЫЛИ И МИКРООРГАНИЗМОВ С ПОМОЩЬЮ АЭРОИОНОВ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ПОЛЯРНОСТИ
  16. Химические и физико-химические методы очистки сточных вод
  17. Влияние давления остаточных газов и скорости напыления на адгезионную прочность