Материал: 1382

91

Манипулятор позволяет линейно перемещать подложку на длину не менее 1500 мм с погрешностью фиксации 1 мм. В рабочей технологической камере максимальная температура нагрева подложки на манипуляторе достигает 800°C с допуском поддержания выбранной величины 1°C.

6.10.5 Дифрактометр быстрых электронов

Дифрактометр быстрых электронов (рис. 6.22) представляет собой источник электронов с прямонакальным катодом. Электронная пушка дифрактометра быстрых электронов с энергией до 20 кэВ формирует пучок диаметром менее 200 мкм. При дифракционных измерениях с помощью быстрых электронов, угол падения электронного пучка равен 1°, а дифрактограмму наблюдает оператор на экране диаметром 100 мм. Оператор может определить степень кристаллизации, отсутствие ее, а также параметры элементарной ячейки решетки.

Рисунок 6.22 – Конструкция дифрактометра установки КАТУНЬ. 1– посадочный фланец, 2, 3 – изоляторы; 4 – токовводы, 5 – токоввод модулятора, 6 – катод; 7 – выходной электрод; 8 – анод; 9 – магнитная линза

Диагностический электронный пучок фокусируется на подложке, отражается от нее и направляется на люминесцентный экран.

Сервисное обслуживание источников частиц заключается в их чистке, замене отдельных элементов, профилактике систем ввода напряжения и т.д. Особенностью является предварительное ознакомление со сборочным чертежом, а также соблюдение последовательности сборки и разборки. Источники с накаленным катодом часто требуют смены вольфрамового прямонакального катода. Чаще всего катоды готовятся предварительно. Для этого вольфрам очищается в щелочи от поверхностного защитного покрытия (акводага), а затем на оправке формуется сам катод. Для уменьшения изломов при формировании катод

92

может подогреваться горелкой до температуры ниже температуры рекристализации (до слабого красного каления). Держатели катода крепятся к вольфрамовой проволоке на контактную сварку. Для улучшения качества соединения сварка проводится через никель.

Обработка электродов проводится металлическими щетками, наждачной бумагой. В ряде случаев высоковольтные электроды могут полироваться алмазными пастами например из эльбора. Чем белее паста – тем она мельче. Однако после паст необходимо тщательно удалять масла бензином «калоша» и спиртом. После переборки источник необходимо подвергать тренировке на напряжениях выше номинальных.

6.10.6 Электронно-лучевой испаритель тугоплавких материалов

Для испарения тугоплавких материалов в установке эпитаксии предусмотрен электронно-лучевой испаритель. На рис. 6.23 представлена его схема.

Рисунок 6.23 – Схема электронно-лучевого испарителя материалов: 1 – экран; 2 – заслонка; 3 – катод.

Электронно-лучевой испаритель рассчитан на напряжение до 5 кВ при токах до 100 мА. Наличие катода 3 обеспечивает эмиссию электронов. Электроны сосредотачиваются в области максимума магнитного поля и нагревают материал (кремний).

6.10.7Дополнительное ионно-лучевое оборудование установки МЛЭ

Вустановке МЛЭ имеются две ионные пушки с энергиями газовых ионов 0,5–5 кэВ и диаметром пучков 2–5 мм. Плотность тока ионов аргона

из ионной пушки типа C-40 для очистки подложек можно изменять от 0 до 200 мкА/см2, а их энергию от 30 эВ до 3 кэВ. В процессе очистки ионный пучок диаметром 2.5 мм сканирует по площади до 100 мм2. Это позволяет проводить не только очистку подложек, но и их послойное травление.

Всоставе установки имеется квадрупольный масс-спектрометр для анализа спектра потоков и остаточных газов.

93

6.10.8 Технология расшифровки процесса молекулярно-лучевой эпитаксии

Процесс роста эпитаксиальной пленки арсенида галлия наблюдается методом дифрактометрии быстрых электронов (ДБЭ)

Электронный пучок падает на кристаллическую поверхность под углом 1-2° (рис. 6.24). Пучок отражается от рядов кристалла и формирует на люминесцентном экране отражение (рефлекс) в виде световых точек или полос (тяжей). Расстояние между рефлексами d связано с расстоянием

Рисунок 6.24 – Схема формирования рефлексов методом ДБЭ

В табл. 6.1 представлена расшифровка картины ДБЭ.

Таблица 6.1 - Расшифровка картины ДБЭ

94

Число тяжей совпадает со степенью совершенства.

6.11 Методы измерения скорости формирования толщины пленок 6.11.1 Экспресс - методы сравнительного анализа толщины пленок

Наряду с объективными способами измерения, существует ряд экспресс - методов сравнительного анализа толщины пленок. Некоторые из них:

1)микроскопический анализ. Анализ пленки производят под измерительными микроскопами, которые измеряют толщину по сдвигу интерференционных полос;

2)эталонный анализ. В ряде случаев толщину пленки сравнивают с эталоном. Широкое распространение получил визуальный контроль полупрозрачных пленок толщиной 200700 ангстрем;

3)микровзвешивание. Технически этот способ реализуется напылением паров на развитую стрелку измерительного прибора;

4)метод стравливания. Этот метод основан на относительно постоянной скорости травления пленок в определенном травителе. Иногда

втравитель добавляют уксусную кислоту для уменьшения скорости травления;

5)метод вихревых токов. При большой толщине пленки ее толщину можно оценить по ЭДС, наведенной вихревыми токами. Этот метод реализован в приборах типа ВН-30 Н и ВТ-40 НЦ;

6)метод электрического пробоя. Этот метод широко применяется для испытаний диэлектрических пленок;

7)метод пропускания излучения. В качестве зондирующего излучения применяется оптическое излучение, рентген, бетта и гамма излучение, ультразвук.

Скорость напыления пленки и ее толщина взаимосвязаны. Зная толщину пленки можно определить скорость ее конденсации на подложке.

На рис. 6.25 представлены схемы реализации некоторых методов измерения толщины пленок: по изменению сопротивления (рис.6.25 а); по изменению емкости (рис. 6.25 б); по просвету пленки (рис. 6.25 в).

Рисунок 6.25 – Схемы реализации методов измерения толщины пленок: И – испаритель; З – заслонка; С – свидетель; Н – нагреватель; П – подложка.

95

6.11.2 Резистивный метод измерения толщины пленок

Из закона Ома известна зависимость сопротивления R от длины l и площади поперечного сечения S:

где ρ- удельное сопротивление пленки.

Учитывая, что для пленки площадь поперечного сечения равна

где Rп – поверхностное сопротивление пленки. Единица измерения поверхностного сопротивления: ом / (ом на квадрат).

Диапазон измеряемых толщин резистивным методом составляет

1-5 мкм.

Для измерения электрического сопротивления в установке для нанесения пленки рядом с рабочей подложкой помещается «свидетель» – подложка с контактами.

6.11.3 Ионизационный метод измерения скорости формирования пленок

В основе метода лежит принцип сравнения сигналов с ионизационных датчиков давления с паром и без пара. На рис. 6.26 представлена схема реализации метода на базе двух ионизационных датчиков давления. На экране осциллографа отслеживается разность сигналов. В последних разработках подобных приборов (ИСТИ-1, ИСТИ2) предусмотрены пересчетные устройства для обработки разности сигналов. Погрешность метода составляет ~ 10%.

Рисунок 6.26 – Метод измерения толщины на базе двух ионизационных датчиков давления