Для отримання вакуумних покриттів з відтворюваними властивостями потрібен контроль технологічних параметрів процесу на всіх його стадіях. До числа найбільш важливих параметрів, роблять вплив на властивості покриттів, слід віднести:
- режими процесів випаровування або розпилення;
- хімічний склад і тиск залишкових газів у камері;
- параметри розпорошених або випаруваних атомів (ступінь іонізації частинок, їх кінетичну енергію, хімічний склад, просторовий розподіл та ін);
- характеристики стану поверхні підкладки (температуру поверхні підкладки, її шорсткості, ступінь однорідності і повний хімічний склад, структуру поверхневих шарів, умови і режим очищення);
- режими осадження (Швидкість росту, товщину покриття і характер її розподілу по підкладці, величину нагріву безпосередньо в процесі осадження);
- умови і режим наступної обробки тонкопленочной системи. p> Хімічний склад газової фази, парціальний тиск окремих її компонент визначається за допомогою газових мас-спектрометрів різного типу: з електромагнітним поділом іонів, времяпролетного, квадрупольних та ін Вони відрізняються методом розділення іонів. Найбільш простими і технологічними при експлуатації є времяпролетного мас-спектрометри, принципова схема яких представлена ​​на рисунку 9.
В
Рисунок 9 - Схема времяпролетного мас-спектрометра: 1 - аналізований газ; 2 - зона іонізації, 3 - анод, 4 - камера дрейфу; 5 - катод, 6 - сіточні електроди камери іонізації; 7 - система реєстрації іонного струму
Іони, що утворюються в зоні іонізації, виштовхуються з неї пилкоподібним потенціалом П†, який подається на сітковий електрод 6. Утворився пакет іонів, що мають різну залежно від маси швидкість
vi = (2eφ/mi) 1/2,
потрапляє в камеру дрейфу довжиною L = 400 ... 800 мм, в якій відбувається розліт іонів за масою: легкі іони першими в пакеті досягають реєструючої системи. За допомогою системи обробки електричний сигнал перетвориться в мас-спектр. Основна перевага таких мас-спектрометрів - можливість реєстрації бистропротекающих змін хімічного складу газової фази. p> Мас-спектрометри з електромагнітним поділом іонів є, як правило, більш точними і принцип їх дії заснований на явищі викривлення траєкторії руху заряджених частинок в поперечному магнітному полі під дією сили Лоренца.
Для контролю щільності потоку різних за своєю природою випаруваних частинок на практиці використовують такі основні методи.
Метод іонізації випаруваних атомів. Схема іонізаційного датчика представлена ​​на малюнку 10. br/>В
Рисунок 10 - Принципова схема іонізаційного датчика для вимірювання щільності потоку випаруваних частинок: 1 - катод, 2 - дискримінатор, 3 - колектор іонів
Іонний струм в ланцюзі анод - катод утворюється іонами металу і іонами залишкових газів, що знаходяться в камері. Для розділення іонів використовується механічний дискримінатор, який являє собою диск, що містить отвори. При обертанні дискримінатора в зону іонізації надходить потік атомів, щільність якого періодично змінюється, і в вимірювальної ланцюга виникає змінний струм, амплітуда якого пропорційна щільності спрямованого потоку атомів аналізованого речовини.
Використання ефекту резонансу кварцових кристалів.
Монокристали кварцу, вирізані певним чином, мають резонансну частоту коливань, зміна якої Df залежить від зміни маси кристала Dm
,
де b - коефіцієнт пропорційності.
Якщо на поверхню такого кристала осаджувати покриття, то його товщину легко визначити, вимірюючи зміну резонансної частоти. Прилади, принцип дії яких заснований на даному ефекті, мають високу точність, прості при експлуатації, Однак якщо в камері виникають електричні розряди, то через наведень вимірювання за допомогою таких датчиків проводити не можна. p> В основі практично всіх методів контролю товщини і швидкості росту покриттів лежать встановлені попередньо розмірні залежності фізико-механічних властивостей. Зазначимо, що описані вище методи іонізації випаруваних атомів і контролю резонансної частоти можна розглядати як методи контролю товщини і швидкості росту шарів непосредст середньо у процесі осадження. Крім цих на практиці широко використовуються такі методи контролю товщини і швидкості росту вже обложених покриттів:
1. Оптичні методи. Контроль відносно тонких, прозорих для випромінювання покриттів проводиться шляхом реєстрації інтерференційних ефектів при взаємодії світлового потоку з тонкопленочной системою. Якщо ж покриття досить товсте, то його товщину визначають шляхом вимірювання поглинання світла на підставі закону Буггеров-Ламберта. При вимірюванні товщини непрозорих (металевих) покриттів реєструють параметри інтерференції на кордоні шару, В«сходинціВ», формованої шляхом екранування частини поверхні підкладки. p> 2. Методи механічного зважування. Полягають в зважуванні підкладки в процесі н...
