Устройство для нанесения покрытий в вакууме

Устройство для нанесения покрытий в вакууме

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: технология электронной техники, изготовление изделий оптики, оптоэлектроники, микроэлектроники, приборов отображения информации. Цель: повышение равномерности, наносимых покрытий. Сущность изобретения: устройство содержит генератор ионного потока, формирующий из разрядной плазмы ионный пучок протяженной формы. Напротив ионного генератора расположена протяженная мишень, над которой размещены подложки, установленные с возможностью линейного перемещения. К разрядной камере подключена газораспределительная система , включающая два газораспределителя, размещенных по торцам ионного генератора , и газораспределитель, формирующий равномерный линейный газовый поток, расположенный в центре протяженного участка . Все газораспределителя подключены к независимым газовым регуляторам, входы которых соединены через общий регулятор с центральной газовой магистралью. 5 ил., 1 табл. ел с

СО!03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 С 23 С 14/46

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) и лы4@(1!"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4932482/21 (22) 29.04,91 (46) 30.04.93, Бюл. N 16 (71) Минский радиотехнический институт (72) А,Е.Хохлов, B,ß.Ширипов, А.П,Достанко, Е.У.Корницкий, В,П.Антонов и В.Н.Уласюк (56) Патент США ¹ 4416755, кл, С 23 С

15/00, 1983.

Патент США N 4424103, кл, С 23 С

15/00, 1984, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКР ЫТИ Й В ВАКУУМ Е (57) Использование; технология электронной техники, изготовление изделий оптики, оптоэлектроники, микроэлектроники, приборов отображения информации. Цель: повышение равномерности наносимых

Изобретение относится к технике нанесения тонкопленочных покрытий в вакууме и может быть применено при изготовлении изделий оптики, микроэлектроники, оптоэлектроники, приборов отображения информации.

Цель изобретения — повышение равномерности покрытия.

Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что система газоснабжения имеет три независимых канала подачи газа, подключенных к трем газораспределителям, Один из них является газораспределителем линейного типа и расположен симметрично и параллельно протяженной части зоны разряда. Длина его определяется длиной протяженной части разрядной зо. Ж, „1812243 А1 покрытий, Сущность изобретения: устройство содержит генератор ионного потока, формирующий из разрядной плазмы ионный пучок протяженной формы, Напротив ионного генератора расположена протяженная мишень, над которой размещены подложки, установленные с возможностью линейного перемещения. К разрядной камере подключена газораспределительная система, включающая два газораспределителя, размещенных по торцам ионного генератора, и газораспределитель, формирующий равномерный линейный газовый поток, расположенный в центре протяженного участка, Все газораспределителя подключены к независимым газовым регуляторам, входы которых соединены через общий регулятор с центральной газовой магистралью. 5 ил., 1 табл. ны Lи расстоянием мишень подложка D npu помощи соотношения А = L- k .О, где k =0,5-3, Два других канала подключены к газораспределителям, примыкающим к краевым областям разряда, Применениетрехканальной системы газоснабжения создает условия для компенсации краевого эффекта при распылении мишени ленточным пучком путем возможного подрегулирования интенсивности краевых частей ионного пучка с помощью регулируемой подачи газа в соответствующие места разряда. При этом подбором интенсивностей потоков газа, направляемых в центральную и краевые части разряда, легко добиться такого положения, когда на подложке при ее линейном перемещении в поперечном направлении будет формиро1812243 ваться равномерная по толщине пленка на всем протяжении вдоль длины зоны распыления. При изменении расстояния мишень — подложка легко добиться возобновления равномерности покрытия, Введение в устройство трехканальной системы газоснабжения позволяет добиться конечной цели только при выполнении следующего необходимого требования. Ка.нал, который снабжает газовым потоком центральную-часть протяженной зоны разряда;должен бытьподключен к распределителю, газа, который обеспечивает равномерную подачу газового потока толь ко на участке, занимающем длину А;

А=1 -k D, (1) где. — длина протяженной части эоны разряда, 0 — расстояние мишень — подложка, k

= 0,5-3, Необходимость такого условия объясняется тем, что при увеличении интенсивности газового потока на краях разряда при равномерном газоснабжении всей протяженной области разряда в процессе распыления протяженной мишени за счет суперпозиции потоков от центрального и краевых участков на подложке образуются зойы повышенной толщийы; располагаемые между краями и центром, С целыю устранения этого явления газовой поток следует подавать только в краевые участки и в центр протяженной части зоны разряда, руководствуясь выражением (1). Подтверждением сказанного являются результаты расчетов; которые проведены на основании известных законов распыления и конденсации материала на подложку. При этом предполагалось, что распыление материала подчийяется косинусному закону распределения распыленных частиц, а закон распределения ионного тока на мишени аппроксимирован прямоугольным профи лем.

Физический смысл выражения (1) состоит в том, что ленточный ионный пучок при распылейии протяженной мишени должен иметь в прикраевых участках зоны с пренебрежительно малой плотностью тока. Размер этой зоны определяется половинным значением вычитаемого. Исходя из теоретических расчетов и практических исследований определено, что оптимальный размер зоны; в которую ограничен доступ рабочего газа (поступление газа в нее происходит только за счет диффузии атомов в объеме рабочей камеры), зависит от соотношения расстояния мишень-подложка и протяженности зоны распыления, места расположения газораспределителя, конструкции разрядной и ионно-оптической систем. Поэтому для каждой конкретной конструкции устройства следует подбирать свое оптимальное значение коэффициента в выражении(1) из указанного диапазона. Установленный диапазон изменения коэффициента k ограничен, с одной стороны, возникновением неоднородности за счет прикраевого роста толщины. подобно описанному выше (при

k<0,5), а, с другой стороны, возникновением

"0. в функции распределения толщины пленки провалов при черезмерно больших размерах зоны с малой плотностью тока (k>3).

На фиг.1 представлены результаты расчетов, характеризующие распределение

15 толщины пленки на подложке при распылении протяженной мишени ионным пучком различной формы, определяемой типом газавой системы; а — равномерный задув газа, а следовательно; и постоянная плотность

20 ионного тока J на всем протяженйом участке; б — увеличенная интенсивность газового потока на краях протяженного участка; в— использование трехканальной газовой системы. Расчеты пооводились для случая зна- .

25 чений длины протяженной зоны распыления 200 мм и расстояния мишеньподложка 50 мм.

На фиг. 2 представлена схема устройства для нанесения покрытий, построенного

30 на базе ионных источников с объемной разрядной камерой; на фиг.З вЂ” схема устройства на основе холловского ускорителя с замкнутым дрейфом электронов.

На фиг,4 представлены эксперимен- .

35 тальные зависимости, характеризующие распределение толщины пленки на подложке, полученные при равномерном задуве гаэа в разрядную область для различных

: расстояний мишень-подложка. На фиг.5 по40 казаны аналогичные зависимости, полученные для случая трехканальной системы газоснабжения, Устройство содержит генератор ионного потока 1, который формирует из разряд45 ной плазмй 2 ионный йучок 3 протяженной геометрии, который может быть либо параллельно-направленйым (фиг.2), либо сходя щимся {фиг,3).

Напротив ионного генератора располо50 жена протяженная мишень 4, над которой размещаются подложки 5, установленные с возможностью поперечного линейного перемещения. В ионном генераторе к разрядной камере подключены газорас55 пределители 6 и 7, которые снабжают плазму рабочим газом. Газораспределители 6 размещены по торцам ионного генератора, а гаэораспределитель 7. формиру ощий равномерный линейный газовый поток, расположен вблизи центра протяженного участка

1812243

10

15 ванного на практике

30

50 и имеет длину, определенную выражением (1), Газораспределители 6 подключены к независимым газовым регуляторам 8 и 9, а 7— к регулятору 10, Входы регуляторов соединены с центральной газовой магистралью

11 через общий регулятор 12.

Устройство работает следующим образом. С помощью питающих напряжений, подаваемых на электроды разрядной камеры, зажигают плазменный разряд в ионном генераторе, предварительно с помощью регулятора 12 установив требуемое рабочее давление в камере, Сформированный ионный пучок поступает на мишень 4, а распыленный поток попадает на перемещаемые подложки 6. После установления рабочих режимов процесса распыления производят регулировку газовых потоков по каналам с помощью регуляторов 8,9 и 10 до тех пор, пока на подложках 5 не будет формироваться равномерное покрытие. При этом контроль равномерности можно осуществлять как с помощью датчиков скорости потока, так и по толщине наносимой пленки на подложке. При изменении расстояния мишеньподложка длина газораспределителя 7 подлежит корректировке в соответствии с формулой (1). Для поддержания подобранных соотношений газовых потоков по различным каналам возможно применение соответствующих автоматических систем стабилизации, Проверка эффективности данного технического.решения проводилась с применением ионного источника, построенного на основе ускорителя с замкнутым дрейфом электронов. Проводилось сравнение нео. днородности наносимого покрытия на стекле, полученного в условиях равномерного задува газа в разрядный промежуток, с неоднородностью пленок, полученных с применением трехканальной системы газоснабжения. При этом устройство характеризовалось следующими геометрическими параметрами: форма разрядной щели— замкнутая О-образная, длина линейной протяженной части — 300 мм, радиус закруглений торцевого участка — 50 мм, размер мишени — 80 х 380 мм, угол схождения ионного пучка — 120О, материал мишени — медь, рабочий гаэ — Аг, Режим работы ионного источника: напряжение разряда — 5 кВ, ток разряда 200 мА, ток мишени 180 мА. рабочее давление в камере 6,5 10 Па, давление

-2 остаточных газов — не хуже 1,3 10 Па.

Данные экспериментальных исследований, представленных на рис,4 и 5, получены с помощью измерителя оптической плотности. Толщина пленок составляла 50,0 — 70,0 мм. В таблице представлены данные измерений степени неоднородности толщины покрытий Т (в процентах), полученные при различных значениях k. Зона измерения ограничивалась размером 300 мм.

В таблице также даны значения длины

А линейного газораспределителя, использоРезультаты исследований свидетельствуют, что предложенное техническое решение позволяет получать более высокую однородность покрытия на тех же площадях, а также практически увеличить в 1,3-1,6 раза площадь наносимого покрытия беэ ухудшения его однородности. Кроме того, было установлено, что благодаря возможности управления интенсивностями потоков в предлагаемом устройстве обеспечивается контролируемая воспроиэводимость нанесения покрытий независимо от режимов работы устройства, степени выработки мишени, расстояния мишень — подложка.

Формула изобретения

Устройство для нанесения покрытий в вакууме, содержащее генератор ионного потока, имеющий разрядную зону и ионнооптическую систему протяженной геометрии, систему газоснабжения, протяженную мишень, расположенную параллельно разрядной зоне, пбдвижный подложкодержатель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения равномерности наносимого покрытия, систе:1а газоснабжения содержит три независимых канала подачи газа, один из которых подключен к линейному газораспределителю, расположенному вдоль центральной части протяженной зоны разряда и имеющему длину А, выбранную из выражения А= 1.- k 0, где 1 — длина протяженной части зоны разряда, 0 — расстояние от мишени до подложки, k = 0,5 — 3, а два других канала подключены к распределителям газа, расположенным в краевых областях разряда.

1812243

1б

280

270

260

1812243

1812243

0 2,мм

ФИГ, 5.

Редактор

Заказ 1560 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета flo изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ф нм

Составитель А,Хохлов

Техред М.Моргентал Корректор M. Куль