В процессе ионно-плазменного травления

Прямые методы контроля подразделяются на три подгруппы, в которых: пленка материала, подвергаемого ИПТ, воздействует на ИП в течение определенного времени; ИП реагирует на проходящий через него поток распыляемого материала; ИП реагирует на удары распыляемых частиц. Две подгруппы, в которых: частицы (воздействующие на ИП) самостоятельно образуются в распылительной камере и создаются от специального источника. К первой подгруппе относятся методы оптической спектроскопии и вторичной электронной эмиссии под действием ионной бомбардировки, а ко второй - фотометрические, интерферометрические, поляриметрические, оже-спектроскопические, электроннолучевые, рентгенолучевые и радиоактивные методы.

В основе резистивного метода контроля лежит зависимость между толщиной и сопротивлением проводящей пленки постоянному току. Резистивный метод можно использовать для контроля ИПТ токопроводящих пленок. Для этого на «свидетель», представляющий собой отрезок диэлектрической или полупроводниковой подложки с двумя контактными площадками, необходимо нанести металлическую пленку такой же толщины, как и на рабочих подложках. Толщина контактных площадок должна быть значительно больше толщины подвергаемой ИПТ металлической пленки. Для проведения ИПТ рабочие подложки и «свидетель» поме­щаются на мишень, а от контактных площадок «свиде­теля» создаются электрические выводы к схеме измерения сопротивления. При полном удалении металлической пленки со «свидетеля» измерительный прибор покажет бесконечное сопротивление и процесс ИПТ может быть остановлен.

К ограничениям резистивного метода контроля следует отнести низкую точность измерения сопротивления в процессе травления и применимость только к проводящим пленкам.

Метод кварцевого резонатора основан на измерении изменения резонансной частоты кварцевого кристалла при травлении пленок материалов. При измерениях в газоразрядной плазме пьезоэлектрические кварцевые кристаллы должны быть тщательно экранированы от электрических полей и заряженных частиц. Поэтому очевидно, что нельзя проводить контролируемое ИПТ пленок непосредственно на кварцевом кристалле. Определять скорость ИПТ можно только по измерению скорости осаждения распыляемой плёнки на экранированный кварцевый датчик. К основным недостаткам метода кварцевого резонатора относятся малый срок службы дорогих кварцевых кристаллов и значительное изменение частоты измерительного кристалла по сравнению с частотой эталонного.

К оптическим методам контроля относятся: фотометрические, использующие измерения величины отражения или пропускания металлических, полупроводниковых и диэлектрических пленок; интерференционные, использующие явление интерференции в системе пленка - подложка; поляриметрические, основан­ные на измерении поляризации отраженного пленками света; спектроскопические, основанные на измерении характеристического излучения распыляемых частиц возбуждаемого в газоразрядной плазме.

Фотометрический метод можно применять для контроля окончания процесса ИПТ металлических пленок, нанесенных на диэлектрические подложки, так как после стравливания хорошо отражающей металлической пленки значение измеряемого сигнала резко уменьшается. Это изменение можно выделить на фоне помех и наводок, вносимых излучением плазмы. На рис. 13.6,а показана диодная система ИПТ с устройством для контроля толщины обрабатываемых пленок на основе гелий-неонового лазера. Луч лазера направляется в вакуумную камеру через смотровое окно и при помощи зеркал и микрометрических винтов юстируется на поверхности образца, подвергаемого травлению. Интенсивность отраженного луча регистрируется фотодиодом.

На рис. 13.6,б показано изменение коэффициента отражения во времени при ИПТ пленки Аu толщиной 100 нм на стеклянной подложке.

Устройство на рис.12.8,а может применяться и для интерференционного контроля толщины диэлектрических пленок в многослойных структурах, основанного на подсчете интерференционных экстремумов от системы пленка - подложка (или подслой).

Методы поляриметрии редко применяют для определения толщин пленок в процессе их нанесения или травления в вакууме, так как они требуют многочисленных расчетов и графических построений.

Метод оптической спектроскопии (рис.13.7) дает хорошие результаты при контроле скорости ИПТ различных материалов. При удалении материала поверхностного слоя интенсивность излучения его атомов резко падает, что позволяет определять границы слоев различных материалов. Метод оптической спектроскопии может применяться для контроля процессов ИПТ в различных системах травления.

Рисунок 13.6 - Схема фотометрического метода контроля (а) и зависимость коэффициента отражения золотой пленки от времени ИПТ (б):

1-лазер;2- система отклонения луча лазера; 3- вакуумная камера; 4- анод; 5- образцы; 6- мишень

В ионно-лучевых системах с электронными пушками для определения толщины тонких пленок и скорости их ИТ можно использовать метод оже-спектроскопии основанный на регистрации оже-спектров, т.е. первых производных функций энергетического распределения отраженных от пленок электронов. Основные трудности метода заключаются в обеспечении воспроизводимости положения электронного и ионного пучков на поверхности подвергаемого травлению образца и в поддержании необходимой чистоты применяемого рабочего газа.