Набор лабораторных работ / КМ3

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

Лабораторная работа №3

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА МАГНЕТРОННОГО НАПЫЛЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК ПО ПРОГРАММНОЙ МОДЕЛИ

Проверил: Шаповалов В. И.

Выполнили: Кувыркин Е. Ф.

Фёдоров Д. С., Усов А. А.

Балканов К. М., гр. 2211

Санкт-Петербург

2005 г.

Цель работы.

1. Изучение процесса магнетронного напыления пленки.

2. Изучение влияния технологических параметров на скорость напыления пленки.

Основные положения.

Метод магнетронного напыления тонкой пленки основан на физическом распылении рабочего вещества в высоком вакууме. При изучении метода, как и в предыдущей работе, следует выделить три взаимосвязанных процесса:

1) формирование потока рабочего вещества;

2) перенос частиц рабочего вещества от источника к подложке;

3) формирование пленки на подложке.

Основные расчетные соотношения.

1. 

   Дисперсия чистой ошибки:

где все величины относятся либо к скорости напыления, либо к толщине пленки, σ_у² – оценка дисперсии, y_i – значение случайной величины в i-м эксперименте, у_ср – среднее

значение n – количество экспериментов.

Линейная модель первого порядка:

ỹ = b₀ + b₁x₁ + b₂x₂ + b₃x₃ + b₄x₄

где b₀ , b₁, b₂, b₃, b₄ - неизвестные коэффициенты, вычисляемые по результатам эксперимента; х₁ х₂, х₃, х₄ - безразмерные нормированные факторы, связанные с реальными факторами соотношением

- центр плана эксперимента по j-му фактору;

— интервал варьирования j-го фактора;

— x’_{j min}, x'_{j max} максимальный и минимальный уровни j-го фактора.

Здесь х'_j.- — физический фактор, причем х’₁= U_раб , х'₂ = p_Ar , х'₃ = R_б , х'₄ = h; х'_j0 - центр плана эксперимента по j-му фактору; I_j - интервал варьирования j-го фактора.

Исходные данные

1	Материал	Al
	d	0.2	мкм
	Uраб	1000	В
	pАг	1.0E-03	Мм рт. Ст.
	Rб	100	Ом
	h	0.1	м
2	Uраб min	750	B
	Uраб max	950	В
	pАг min	2*10^-4	Мм рт. Ст.
	pАг max	4*10^-4	Мм рт. Ст.
	Rб min	100	Ом
	Rб max	120	Ом
	h min	0.12	м
	h max	0.15	м

Таблицы и графики с экспериментальными результатами.

№ п/п	Uраб,В	pAr, ммрт. ст.	Rб, Ом	h, м	t, с	νпл, мкм/мин	d, мкм
1	800	1.4Е-3	120	0,12	15	0,422	0,11
2	800	1.4Е-3	120	0,12	13	0,4973	0,1071
3	800	1.4Е-3	120	0,12	13	0,492	0,1066
4	800	1.4Е-3	120	0,12	14	0,4376	0,1021
5	800	1.4Е-3	120	0,12	12	0,4962	0,0992
Средние значения νпл. ср,. dср						0,46902	0,105
Дисперсии чистой ошибки эксперимента σν^2, σd^2						0,001316	1,85E-05

Номер опыта	Uраб,В	pAr, ммрт. ст.	Rб, Ом	h, м	νпл, мкм/мин
1	800	1,20E-03	100	0,13	0,6717
2	800	1,20E-03	140	0,11	0,3948
3	800	1,60E-03	100	0,13	0,6648
4	800	1,60E-03	140	0,11	0,3366
5	1000	1,20E-03	100	0,13	0,9095
6	1000	1,20E-03	140	0,11	0,562
7	1000	1,60E-03	100	0,13	0,8141
8	1000	1,60E-03	140	0,11	0,9467

Результаты расчета построения модели эксперимента.

Уровень фактора, интервал	Фактор
	Uраб,В	pAr, ммрт. ст.	Rб, Ом	h, м
x’j max	1000	1.6E-03	140	0.13
x’j min	800	1.2E-03	100	0.11
x’j0	900	1.4E-03	120	0.12
Ij	100	0.2E-03	20	0.01

, где j=1, 2, 3, 4.

b₁ = 610.827

b₂ = 0.00093

b₃ = 77.453

b₄ = 0.08

Линейная модель первого порядка:

ỹ = 0,6625 + 610,827* x₁ + 0.00093*x₂ + 77.453*x₃ + 0.08*x₄

β₁=6,108

β₂=4.6657

β₃=3.873

β₄=8.053

ν = -5962.48 + 6.108 * U_раб + 4.6657* p_Ar + 3.873* R_б + 8.053* h

Вывод: В результате работы мы изучили процесс магнетронного напыления пленки, преимуществом которого перед катодным распылением является высокая скорость распыления, низкое рабочее давление и напряжение разряда.

В ходе проведения анализа результатов измерений мы получили средние значения скорости роста пленки и толщины пленки в зависимости от времени, а также дисперсию чистой ошибки эксперимента. Они необходимы для оценки полученных результатов: скорость роста и толщина не являются статическими величинами, то есть нельзя провести 2 опыта и получить абсолютно одинаковые результаты.

Также в ходе работы мы построили модель эксперимента. Но в результате анализа полученной модели мы выявили её неадекватность, то есть она не соответствует теоретическим данным. Рост скорости происходит за счет увеличения тока разряда, то есть увеличения рабочего напряжения и уменьшения балластного сопротивления, за счет уменьшения расстояния между подложкой и мишенью и увеличения давления аргона (при большем давлении мы имеем большее число атомов, которые в результате ионизации бомбардируют катод и выбивают большее число атомов рабочего вещества). То есть, последние два слагаемых в нашей модели должны иметь отрицательные коэффициенты, а это не так. При дальнейшем исследовании модели выяснилось, что сам эксперимент не является правильным, а, следовательно, и полученные результаты не верны теоретическим.