Спектральный метод диагностики

Спектральный метод диагностики позволяет выбирать рабочие режимы технологического ионно-плазменного устройства и осуществлять контроль процесса ионной обработки по интенсивностям ионных спектральных линий.

В современном оборудовании для производства изделий микроэлектроники широко используются технологические процессы с применением газоразрядной плазмы низкого давления, которые проводятся с помощью ионно-плазменных технологических устройств. В настоящее время наиболее широко применяются ионно-плазменные технологические устройства, обеспечивающие возбуждение и стабилизацию газового разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях. Так, магнетронные распылительные устройства позволяют решить значительное число задач нанесения пленок на поверхность обрабатываемых изделий. Различные источники ионизированных газовых потоков используются для обработки поверхности изделий ионной бомбардировкой и нанесения покрытий путем распыления мишеней ионным пучком. Наиболее эффективными устройствами для генерации и ускорения плотных ионных пучков являются ускорители плазмы с замкнутым электронным дрейфом в скрещенных электрическом и магнитном полях. При этом в зависимости от конфигурации области дрейфа электронов в ускорительном канале, т.е. от геометрии ускорителя, можно формировать кольцевые, ленточные или другого вида пучки.

Однако принцип работы и режимы зависят от особенностей конкретных конструктивных исполнений этих устройств (конкретных пространственных распределений электрических и магнитных полей). Математическое описание процессов генерации ионов и их ускорения для каждого конкретного ускорителя не всегда, в силу многих допущений и неточностей, дает ответы на вопросы по выбору рабочих режимов и контролю параметров технологического процесса.

В этом случае требуется применить диагностику разрядной плазмы. Одним из методов диагностики плазмы является спектроскопия разрядных процессов в ускорителе и дальнейший анализ полученных данных по интенсивностям спектральных линий при различных параметрах разряда в, условиях проведения технологического процесса. Спектроскопическая диагностика разрядной плазмы позволяет также ответить на ряд вопросов, в первую очередь связанных с распределением возбужденных атомов по состояниям возбуждения, а также раскрыть механизм возбуждения атомов и ионов в плазме. Кроме того, спектроскопия разряда является бесконтактным методом контроля параметров технологических процессов. Спектроскопический метод позволяет осуществлять контроль параметров по интенсивностям спектральных линий излучения газоразрядной плазмы.

Проведены спектроскопические исследования плазмы разряда низкого давления в аргоне в скрещенных электрическом и магнитных полях технологического плазменного ускорителя с ленточным ионным пучком, в котором в области скрещенных полей находился аргон. Такой разряд определяется как разряд с анодным слоем, в котором электроны замагничены и происходит генерация заряженных и возбужденных частиц. Ускорение ионной компоненты происходит на выходе ускорителя за счет возникающего в плазме самосогласованного электрического поля (или за счет действующей в осевом направлении силы Ампера).

Решались задачи проведения качественного спектрального анализа плазмы, исследования зависимости интенсивностей спектральных линий атомов и ионов аргона, а также спектральных линий материала электродов от основных параметров разряда (давления, тока и мощности), анализа наиболее вероятных механизмов возбуждения атомов и ионов в разряде, физической интерпретации полученных результатов, а также выдачи рекомендации по применению интенсивностей спектральных линий в качестве параметров контроля.

Исследование разряда низкого давления позволяет определить качественный состав элементов, присутствующих в плазме. Для этого устанавливается присутствие в спектре одной линии определенного элемента («последней линии»), наиболее эффективно высвечивающейся в разряде. Ее отсутствие гарантирует отсутствие и других спектральных линий этого элемента. Но часто происходит наложение спектральных линий, что является одним из источников возможных ошибок в анализе. Случайные загрязнения тоже приводят к появлению «последних линий» определяемых элементов в спектре.

Качественный спектральный анализ плазмы разряда проводился на экспериментальной установке, собранной на основе вакуумного агрегата УВН-2М-1. Минимальное давление в рабочей камере с применением азотной ловушки составляло 2·104 Па. В разрядное устройство подавался чистый аргон — 99,9%. Давление поддерживалось постоянным дросселированием путем перекрытия затвора. Степень вакуума в разрядной камере контролировалась ионизационным манометрическим преобразователем ПМИ-2 и вакуумметром ВИТ-2.

Для регулирования напряжения на разрядном промежутке применялось балластное постоянное сопротивление (~25 Ом), реостат сопротивлением 500Ом и последовательно соединенные пять галогенных ламп для дополнительной стабилизации разряда.