Устройство для ионно-плазменного распыления материалов в вакууме

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО РАСПЫЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ В ВАКУУМЕ, преимущественно на вращающуюся вокруг своей оси подложку, содержащее магнетронную систему, состоящую из катода с мишенью и полюсных наконечников, подложкодержатель и анод, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента полезного использования распыленного материала, оси симметрии подложкодержателя и мишени образуют угол 18 26^o, а центр мишени смещен от оси подложкодержателя на величину (0,18 0,27) D мм, причем средний диаметр зазора между полюсными наконечниками равен 0,75 D мм, где D диаметр подложкодержателя, мм.

Изобретение относится к нанесению покрытий в вакууме и может быть использовано в технологических вакуумных установках для создания изделий электронной техники, радиотехники, оптики и др.
Известны устройства для ионно-плазменного распыления материалов в вакууме (см. например. Данилин Б.С. Сырчин В.К. Магнетронные распылительные системы. М. Радио и связь, 1982. С.45, рис.35,з), содержащие катод с мишенью, магнитную систему с двумя концентричными полюсными наконечниками и подложкодержатель, собственная ось которого совпадает с осью симметрии мишени.
Известное устройство не обеспечивает достаточного коэффициента полезного использования распыляемого материала и достаточной равномерности по толщине при напылении пленки на подложку большого диаметра (200 мм).
Высокую равномерность толщины при напылении пленок на подложку большого диаметра обеспечивают путем вращения друг относительно друга подложкодержателя и магнетронной системы распыления с несколькими катодами.
В качестве прототипа выбрано устройство ионно-плазменного распыления материалов в вакууме (Авторское свидетельство СССР N 1383843, С 23 С 14/34, 1985), содержащее магнетронную систему с несколькими катодами для установки мишеней. Магнетронная система выполнена с возможностью вращения вокруг своей оси, а ось симметрии каждого катода проходит через центр подложкодержателя под углом 48-54^о к указанной оси вращения, причем отношение расстояния l от центра подложкодержателя до центра любой из мишеней к диаметру А подложкодержателя выбирают из выражения l/A>>1.
Прототип также не обеспечивает достаточного коэффициента полезного использования распыляемого материала. Так, например, в случае оптимального расположения подложкодержателя относительно мишени, в соответствии с описанием прототипа, при напылении пленки диаметром 200 мм с неравномерностью толщины (3-5)% если расстояние между центром мишени и плоскостью подложки 128 мм и если ось симметрии мишени проходит через центр подложки и образует с осью симметрии подложкодержателя угол 50^о, коэффициент полезного использования распыляемого материала 19,8% т.е. от всей массы распыленного материала только 19,8% поступает на подложку.
Цель изобретения увеличение коэффициента полезного использования распыленного материала.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для ионно-плазменного распыления материалов в вакууме, преимущественно на вращающийся вокруг своей оси подложкодержатель, содержащем магнетронную систему, состоящую из катода с мишенью и полюсных наконечников, подложкодержатель и анод, согласно изобретению, оси симметрии подложкодержателя и мишени образуют угол 18-26^о, а центр мишени смещен от оси подложкодержателя на величину (0,18-0,27)D мм и находится на расстоянии 50-0,4D от подложкодержателя, мм, причем средний диаметр зазора между полюсными наконечниками равен 0,75D, мм, где D диаметр подложкодержателя.
Расположение магнетрона так, что ось вращения подложкодержателя образует с осью симметрии мишени угол =18-26^о, а центр мишени смещен от оси подложкодержателя на величину S=(0,18-0,27)D и находится на расстоянии Н=50-0,4D от подложкодержателя, причем средний диаметр зазора между полюсными наконечниками d=0,75D, где D диаметр подложкодержателя, не менее 125 мм, позволяет повысить коэффициент полезного использования распыленного материала при высокой равномерности толщины напыляемой пленки. Если меньше 18^о или больше 26^о, S меньше 0,18D или больше 0,27D, Н больше 0,4D, d не равно 0,75D, то растет неравномерность толщины напыляемой пленки и снижается коэффициент использования распыленного материала. При уменьшении расстояния Н менее 50 мм нарушается работа устройства вследствие ухудшения условий для существования магнетронного разряда. Диаметр подложкодержателя D должен быть больше 125 мм. Названное требование обусловлено зависимостью правой границы Н от D. Если D=125 мм, устройство работоспособно только при Н=50 мм.
Предложенное техническое решение обладает существенными отличиями, так как в известных общедоступных и специальных материалах не обнаружено решений с признаками, сходными с отличительными признаками предложенного технического решения.
На чертеже схематически изображен разряд предлагаемого устройства для ионно-плазменного распыления материалов в вакууме на вращающийся вокруг своей оси подложкодержатель.
Устройство для ионно-плазменного распыления материалов в вакууме содержит подложку 1 диаметром D, мм, закрепленную на вращаемом приводным роликом 2 подложкодержателе 3, к оси вращения которого под углом =18-26^о расположена ось магнетронной системы, содержащей кольцевую мишень 4,под которой размещена водохлаждаемая магнитная система 5. Магнитная система 5 состоит из двух концентричных полюсных наконечников, средний диаметр зазора между которыми d=0,75D. Центр мишени 4 смещен от оси подложкодержателя 3 на величину S= (0,18-0,27)D и находится на расстоянии Н=50-0,4D от подложки 1. Между подложкой 1 и мишенью 4 расположен анод 6.
Устройство работает следующим образом.
Производят откачку подколпачного объема до технологического вакуума. После этого производят напуск рабочего газа, например аргона до давления 0,66 Па и включают привод подложкодержателя 3. Затем подают высокое напряжение между мишенью 4 и анодом 6 и напыляют пленку требуемой толщины. После окончания напыления отключают высокое напряжение.
П р и м е р 1. При напылении пленки диаметром D=220 мм с мишени, центр которой удален от подложкодержателя на расстояние H=80 мм, что соответствует 0,4D, и смещен относительно оси вращения подложкодержателя на величину S=36 мм, что соответствует 0,18D, причем угол между осями равен 25^о, и средний диаметр зазора между полюсными наконечниками d равен 150 мм, что соответствует 0,75D, при неравномерности толщины пленки по всей поверхности подложки (3-5)% коэффициент полезного использования распыленного материала составляет 40,1%
П р и м е р 2. Наносили пленку на подложку диаметром 200 мм. Центр мишени смещен относительно оси вращения подложкодержателя на S=54 мм, что соответствует 0,27D мм, причем угол между осями равен 26^о, что соответствует правой границе диапазона . Средний диаметр зазора между полюсными наконечниками соответствовал 0,75D и был равен 150 мм. Изменялось только расстояние от центра мишени до подложкодержателя в диапазоне 50-80 мм, что соответствует диапазоне 50-0,4D мм. При этом неравномерность толщины пленки не превышала 5% а коэффициент полезного использования распыленного материала изменялся от 47,2 до 38,9%
П р и м е р 3. Осаждали пленки на подложки, укрепленные на подложкодержателе диаметром 200 мм, с мишени, центр которой смещен относительно оси вращения подложкодержателя на S=40 мм, что соответствует 0,2D, мм, причем угол равен 18^о, что соответствует левой границе диапазона . Средний диаметр d зазора между полюсными наконечниками соответствовал 0,75D и был равен 150 мм, а расстояние между центром мишени и подложкодержателем было равно Н= 65 мм, что соответствует 0,32D. Неравномерность толщины осажденной пленки не превышала 5% а коэффициент полезного использования распыленного материала был равен 43%
Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет повысить коэффициент полезного использования распыленного материала в два раза при высокой равномерности толщины напыляемой пленки на вращаемую вокруг своей оси подложку большого диаметра, что особенно важно при нанесении дорогостоящих покрытий.
Изобретение относится к нанесению покрытий в вакууме и может быть использовано для создания изделий электронной техники, радиотехники, оптики и др. С целью увеличения коэффициента полезного использования распыленного материала в устройстве, содержащем магнетронную систему, состоящую из кода с мишенью и полюсных наконечников и анода, а также подложкодержатель, оси симметрии подложкодержателя и мишени образуют угол 18-26°С, а центр мишени смещен от оси подложкодержателя на величину (0,1 0,4) D и находится на расстоянии (0,1 0,5) D от него, причем средний диаметр зазора между полюсными наконечниками равен (0,6 0,8)D, где D диаметр подложки. Устройство для ионно-плазменного распыления материалов в вакууме содержит мишень и подложкодержатель. 1 ил.