Установка для ионного распыления

О П И ър А Н Ма Е (11)60301изОБРезен Йя Совхоз Советских Социалистических Республик(23) Приорнте (43) Опублико ССРР ло делам изобретена и открытий/5/ УСТАНОВКА ДЛЯ ИОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ твамтал. рт- лоИзобретение относится к устройс для получения покрытий /пленок/ ме лов полупроводников и диэлектриков, в частности для получения покрытий из искусственного алмаза методом катодного распыления.Известны установки для катодного распыления, содержащие разрядную вакуумную камеру с охлаждаемь 1 м анодом, расположенным между двумя катодами, соленоиды, электромагнитный клапан, систему откачки, систему подачи инертного газа и блок электропитания,Цель изобретения - повышение качества наносимых слоев и повьшение автоматизации процесса.Длядостижения этой цели разрядная камера выполнена в виде нескольких секций, в каждой из которых размещено четыре охлаждаемых дисковых катода, центры которых расположены в вершинах условной решетки, например октаэдра, два анода, расположенных параллельно между двумя парами катодов и подвижные кристаллодержатели, причем катодыподжаты к охладжаемому основанию, ааноды закреплены на змеевике с хладоагентом,При этом кристаллодержатели снабже 5 ны манипуляторами и счетциками количества слоев, а электромагнитный клапан расположен в системе подачи иненого газа и электрически связан с бком питания,О На фиг. 1 изображена общая схемаустановки ионного распыления; на фиг.2 - схема секции ионного распылениятна фиг, 3 - схема системы охлаждея секции ионного распыления, на фиг.- схема блока электропитания.Установка ионного распыления состоит из нескольких независимых секцийионного распь 1 ления 1, собранных вместес магнитно-разрядным насосом 2 в одном0 вакуумном прогреваемом съемном корпусе 3, Роль насоса 2 выполняет стандартная секция ионного распыления.Подогреваемый корпус 3, секции ионного распыления 1 и насос 2 являются раз5 борными элементами устройства, устаноелгны на 4 еразбрном; - ВГро ревае: Ом корпусе 11. 01-Вб 1:,е 1 ном сорб 4:, и сосом 5 с вакуумным клапаном ), слуЖВЩИМ ДГБ ПРЕДВсИЕЛЬ НО" ) ГксЧК 1НЕГ 1 рОГЭЕВсВЕГЫМ МВ ГНИ1 О"раарядгЫМ Нас) С 0 0 МС В а ( 1/ у р г Ы 1( К Л а Г с) 4 О МС Л у жа ИМ Д И -Н ОК В ГУУ с И , -КИ И вьсоковгкуумного Обезгаживанна, системой подачи инер.МОГО ;,за 9. ме хаизмом экспон)рова 1: подлОжек 10 манилу:1 яторами 11 .,. служаНми длв заме- НЫ ПОДЛОЖЕК и ИХ ГЕВЕМЕ 1 ЦЕ 4 г 5) (В Одиой 1 секции ионно-а распыления В другую; ДЛЯ ПОДДЕРжс)НИЯ СИЛЫ 1;,;Ка ОВЗОЯа;-1 а любом Выбоанном уровне В .ече.4- гГ" ТЕЛЬНОГО ГЕРЙОДа ПОИ Г)сэсгЫЛЕЬИИ, ВЫ" соковот)ь тнь)ми Вакуум; ыми Вводам 4 1 Дяя Подаци ВЬСОКОГО:В)Пря;(Е 4 ия г," КВТО- да се,(,4 и ионного Оаспыле)-ия,. низко" Воль тг,.м .) .к; ои .е ,)Г а кураги 1 ым 1 гс(с )О стс - П . г)гк;,. Кс- -г,г -:уг г.сссосом 5 датчикОм ио.сзг)ГМОИ 4 ОГО ВакУМ-МЕ. г);.згч "ф гааз с Мс г, .нС.Я.Л гр 1:,РОткачке нас Осой 7,ва куумньм клэ Г 1 аном1 ВГ 1 Ь)а 1Ку (О г) с г) ., г)О В 1 г)Ытии устройства 1 извлечении готовыхсГ)покрытий,Каждая акция ИО 1 НОГО распьгявнняимеет че тыве ка Ода8 )- т Оы кот 0РЫХ Ра ПО)О)ЕНЬ 1 св 1 СТЫРЕХ ВЕРЕИ НВХ ОСнования условнои ре(етк; Октаэдра 19сДва ЯнОГ 1 а 20 центры кото)ь:х ОаспОГОжены Га Оал 1 ельно ме)(Ву д Ву;,;я Гарами КВ.ГО-ДОВ; Две неподвижньх маски 21 с Окнами,центры котОрь 1 х расГ 0)оже,ь Б.=.ринахусловной решетки окГга.- р.- :-Ва Г;(;.(23 О тры (Оторых 1;,(,-уООВ)ща)СЯ С ВЕР)И 4 сМИ УсгОВ 4( й ОЕ)с т КИ ОКаэдра )9 Две: еталлическк зас.1;Онки )4О Г Окоытия окон В ГОсВе 4 ых мас ках., сол)е- "г иНОИД (3,:(ОТОрыи СОЗДВ-. Т:.".род,о.Сг)Е магнитное попе 16Катоды 1 8 иаяс)ров с (с с гсвг с, - ПОМОЩЬЮ ПЛОСКс)Х тонк 4 х1:с)-,-,.гс,1)Для От ВОДВ теГГЛВ пги р- боте О:исО )кольцевои Влиц) 28,:(От.),гсь 1 й пои) 14 аетсЯнпружи 140 и 29 к Охла)(дае 01 у Ос, Ос ,ю 10Д 4 од 20 непосредственно(о,(1 инвн с ко- пусом и охлаждается при рабо )е хлад: агентом с принудителы.1 ой циркуляц 4 ейпо змеевику 31. Каждая секция ионного распыпения снабжена поль 1, Тепловымраном 32, которьй имее в , встроенныйомический нагреватель 33 а при работе6 Оможет заполняться хладагентом,Каждая секция ионного распыления. "ее 1 4 езааисимо от других секций электрическое питание. Четыре катода 18 соединены параллельно и на них подаетсяпостоянное напряжение от отдельного.Высоковольтного источника питания 3 ч,Каждый соленоид 25 имеет независимыйнизковольтный источник питания.Таким образом, в блоке электропитания имеется несколько /по числу секцийионного распыления/ высоковольтных 3)4и низковольтных 35 источников питания,блок питания 36 непрогреваемого магнитно-разрядного насоса 7, блок питания 37электромагнитного клапана 12, блок питания 38 механизма экспонирования подложек 10 и манипуляторов 11, ионизациОнный вакуум-метр 39 для измерения предепьного разряжения в прогреваемом корпусе 3 с помощью да.Гчика 1)0, ионизационный термопарный вакуум-метр 1)1дг)я измерения разряжений в вакуумномобГьеме устройства с помощью малометрического датчика 16 и датчика 15, термопарный вакуум-метр 12 для измерениядавления инертного газа в системе подачи инертного газа 9 с помощью манометрического датчика, измеритель парциальных давлений )43 для определенияпарциальных давлений газовых примесейв прогреваемом корпусе 3 в процессеизготовления покрытий с помощью омегатронного датчика Ч 1, потенциометр постоянного тока 15 для измерения температурвнутри устройства с помощью термопар,электронный секундомер 16 для механизма экспонирования подложек 10, электрический циФровой счетчик количестваслоеВ 17 для механизма экспонированияподложек 10, схема измерения сопротивлений 18 для Фиксации сопротивленияпокрытий в процессе напыления,Установка работает следующим образом,В каждой сек ции ионного распыления 1 устанавливается четыре катода 18 из такого материала., из которого предполагается получать покрытия . Если предполагается получать покрытия искус. ственного алмаза, то в качестве матери ала катодов берется граФит. В кристаллодержатели 22 загружается подложка 23. Отверстия в масках 21 перекрыВаются заслонками 24. На сек ции ионного распыления надевается вакуумныйпрогреваемый корпус 3, который сочленяется с непрогреваемым корпусом 11 спомощью металлического вакуумного уплотнения 9ыивртнаГО ГЭЗа. ОНЫВакуумная система вклочается э скачку, В нэчэл 8 0 кэчиВэст насосзатем насос . По".ле Остиженияразряжения 10 Включается ами еск,;йОнагреватель 33 и начинается Обезгэживание секций ионного распьлениял насоса 2, Контроль за температурой обезгэ"жвания осуществляется с помовью двухтермопар /на чертеже не показаны/.8 конце обезгаживания включаетсяомиеский нагреватель 33 запускаетсянасос 2, система ахлажденля насоса 2и секций ионного распыления 1 заполняется хладагентом, например, жидким азотом.После запуска насоса 2 и включения си-:стемы охлаждения и в верхней частикорпуса 3 над насосом 2 достига;отсямаксимальна чистые Вакуумные условия,давление, измеряемое с помощью пэтчикэ,О, достигает 10 тор, э Гэрцианэл;. -но давление Всех газовых примесей измеряемОе с пОмОщью ОмеГэтрОННОГО датчика 1, снижается до минимума. Затемнасос 7 отключается до откачиваеиогообъема кла паном 8 и включается системаподачи инертного газа 9, причем зле,(тОомагнитный клапан 12 полностью открывается. Давление в вакуумном объемеувеличивается за счет паступг.ения и-ертного г аза до 10 6 тор, Запускаются паочереди все секции ионного распьленияи включается электромагнитный клапан12. При этом в пространстве между катодами происходит ионизация атомовинертного газа. Образовавшиеся ионыПОД ДЕйСтВИЕМ ЭЛЕКтРИЧЕСКОГа ПОЛЯускоряются в направлении от анодов 20к катодам 18 и бомбардируют катоды, Приэтом материал катодов подвергэегся .:этодному распылению,Под давлением инертного газа В сек":+6цли ионного распыленля 10 - 10 торсредняя длина свободного пробега Отдель .ньх атомов значительна поевышает рас -стОЯние между катавэми 18поблажкой23. Гаким абрэзампОи рэбат 8 сек ВАМИкаждьй из четьрех катодов испускает расходящийся пучок сравнительно "быстрыхатомов.Кроме нейтральных атомов веществакатодов, ионы инертного газа выблваотс поверхности катодов 18 вторичныеэлектроны, которые под действиемэлектрического и продольного магнитногополя 26 соленоида 25 начинают двигаться по спирали в направлении магнитньх,силовых линийосцилируют между двумякатодами, вызывают ионизацио инертногогаза и поддерживаот газовый разряд при неат в ".Га Г.:.-.=. ВьВвэь кэОдное рэспы ь веь, в 1 атериале катода, нейтоэлнзостс. э па мере дальнейшеГО распылен Я материала катода постепенно ОсэобОБДэютс: - е центре катода, но задерживаюгся б кавых его участках, каОрые мала распыляются. Убыль инертного гэзь зэ: чет поглощения катодами эаспаг.;:.Яется постаянньм поступлениеминертна;а газа из системы подачи инертногс газа 9, причем поступление газаавтоматически регулируется с помощьюэлектромагнитного клапана , которыйОткрывэегся или зэкоывается В зэВисимости от ВеличМы -окэ газового разряда,прогарциональнога давлению. После,примеО;:с, 30 инутнай холостой работыкаждой с:кции " В течение которойпраисхсд-. до;,О.-нительная Очистка катодов л энадоь ;: помощью газового разряда, усанюькэ Готова к изготовлениюпокрыл ий,Дг;,= изготовления однослойного покрытия в иентое окна маски 21 с помощьюманипулятора 11 устанавливается кристаплодержэтель 22 с подложкой 23.помощью,механизма экспонирования подложек 10 ОткОыяэе-ся заслонка 21 и ад-ноьременна автоматически запускаетсясекундомер.,Центр окна каски л 1 расположен вВершине услоэ.ой рсшетки октэздрапоэтому при работе здесь сходятся че-тыре Отдельных атомарных пучка быстРЫХ Эамав )ЭСПЫЛЯЕМОГО ВЕЩЕСТВаКаждыйз четьгрех пучков наклонен кгласкэст", под: Ож(и пад углом 15"Гэким образам. В каждую точку падложки пр; рэ:;: - 8 могут поступать ато-с :.Ть:,рех старсн под углом 15 О,8 резугь в :,эте нэ поверхности рельефаподгюжк,; арак:;чески не может быть"тенезы.;Ос; ь которые не попадалбы рэспыпяемый материал, После окон-д; 1 засгоньэ 21 закрывэегся и эьтомэтически останавливаетсясекундомер,Дгя изготовления многослоиных покрытий типа Ге двичэ устройство снабжено нескольк;ми секциями ионного распыления 1 котаоые могут работать одновременно незэвпс;ма друг от друга.Подложка 23 -;эпыляется па очереди вРЭЗНЫХ СЕКЦИЯХ ИОННОГО РЭСПЬЛ 8 НИЯ,причем подложка 23 перемещается изодной секции в другую примерно за однусекунду с помощью манипулятора 11при зэкаытых заслонках 2 б., не прерывая процесс напыления, Количествопроводов с низковольтными электрицескими вакуумными вводами 1 ч, к которым ,подключается мостовая или потенцио, метрическая схема измерения сопротивле,ний 48,слоев, напыляемых на одну подложку,фиксируется автоматически с помощьюэлектрического цифрового счетчика 17.Для изготовления покрытий из смесинескольких веществ в любом соотношениина одном или нескольких катодах 18одной секции закрепляются катоды из формула изобретениясплава или мозаичные катоды. На поверхности мозаичных катодов имеются , Установка для ионного распыления,участки из различных веществ. Возможно р содержащая разрядную вакуумную камеруполучение покрытия из смеси нескольких с охлаждаемым анодом, расположеннымвеществ при использовании нескольких между двумя катодами, соленоиды, электсекций ионного распыления 1, манипуля- ромагнитный клапан, систему откачки,торов 11 и механизма экспонирования систему подачи инертного газа и блокподложек 10. Покрытие изготавливается р электропитания, о т л и ч а ю щ а я с ямногослойным напылением в виде сенд- тем, что, с целью повышения качествавича с толщиной отдельных слоев не наносимых слоев, разрядная камера выполч чболее моноатомного, Необходимое про" нена в виде нескольких секции, в кажданцентное содержание составляющих ком- из которых размещено четыре охлаждаемыхпонентов покрытия обеспечивается за 2 е дисковых катода центры которых располосцет подбора толщины отдельных слоев. жены в вершинах условной решетки, наДля изготовления монокристаллицеско-, прймер, октаэдра, два анода, располого покрытия в кристаллодержатель 22 женных параллельно между двумя парамиустанавливается монокристаллическая катодов и подвижные кристаллодержатели,подложка 23, например, из каменной 25 прицем катоды поджаты к охлаждаемомусоли, которая подогревается при осаж-основанию, а аноды закреплены на змедении с помощью специального омического евике с хладагентом.нагрееатепя Уне показан на чертеае. по 2 Установка по и. 1, о т и н ч а"необходимой постоянной температуры. ю щ а с я тем, что, с целью повышенияДля измерения электросопротивления ЭО автоматизации процесса, кристаллодерпокрытия в динамике в процессе осажде- жатели снабжены манипуляторами и счет-ния в кристаллодержатель 22 устанавли-чиком количества слоев, а электромагвается специальная диэлектрическая под- нитный клапан расположен в системе по,ложка 23 с металлическими контактами, дачи инертного газа и электрически свякоторые соединяются с помощью пружинных з зан с блоком питания.603701 стров СС 6 Р Изд ир Заказ 1972Ц 11 И Я 4 фЧ И Государственного комитета Совета Мпо делам изобретений и открытий Москва, 113035, Раушская наб 4 редприятие сПатенТ%, Москва, Г, Бережковская наб