Подвижная заслонка подложки для формирования тонких пленок различной конфигурации, получаемых методом вакуумного напыления Российский патент 2022 года по МПК C23C14/04 C23C14/56 

Изобретение относится к элементам внутрикамерных устройств установок вакуумного напыления и может быть использовано при нанесении металлических и полупроводниковых пленок для покрытия деталей и элементов, применяемых в изделиях электронной, приборостроительной и оптической промышленности, а также для получения экспериментальных и опытных образцов в научно-исследовательской деятельности.

Известна установка для ионно-плазменного распыления [SU 247001, опубл. 26.01.1970], содержащая вакуумную камеру, подложку, мишень из распыляемого материала и ионизационную систему, выполненную в виде двух одинаковых электродов - термокатодов.

Недостатками указанного устройства являются отсутствие возможности напыления нескольких материалов в одном технологическом процессе, запыление катода распыляемым материалом, быстрое изнашивание термокатодов, отсутствие системы нагрева и контроля температуры подложек, загрязнение чистых подложек в процессе отпыления мишени, отсутствие магнитной системы, позволяющей создавать плазму высокой интенсивности, что снижает качество распыления.

Известно устройство для ионно-плазменного травления и нанесения тонких пленок [RU 2540318, опубл. 10.02.2015], содержащее вакуумную камеру, в которой расположены анод, выполненный в виде полого прямоугольного параллелепипеда, в отверстиях оснований которого находятся мишень и подложкодержатель, два спиральных термокатода, имеющие полукруглые отражатели, установленные параллельно мишени и подложке. Магнитная система представлена двумя соленоидами, связанными магнитопроводом и установленными рядом с отражателями снаружи камеры.

Недостатками указанного устройства являются отсутствие у подложкодержателя системы нагрева подложек, системы контроля их температуры и заслонок у термокатодов, что приводит к загрязнению распыляемыми материалами термокадодов, а также получаемых образцов при формировании многослойных структур. Отсутствие системы охлаждения мишеней не позволяет использовать данное устройство для работы с легкоплавкими материалами.

Наиболее близким техническим решением, является устройство для ионно-плазменного напыления [патент RU №2691357, приоритет изобретения 09.07.2018, гос. Регистрация 11.06.2019]. Предложена мишень, расположенная в корпусе, дополненная двумя компонентами различных по своим свойствам материалов. На корпусе, сверху имеется экран, оснащенный передвижной заслонкой, позволяющей перемещаясь вперед и назад, поочередно открывать позиции мишени, на которых расположены распыляемые материалы. Данная установка позволяет получать слоистые образцы из трех различных материалов, напыленных поочередно или одновременно в виде сплавов.

Недостатком данного устройства является невозможность получения образцов тонких пленок различной конфигурации.

Техническим результатом заявляемого изобретения является получение тонких пленок с заданной конфигурацией за один технологический цикл, без развакууммирования установки, выемки образца и установки «маски».

Данный технический результат достигается за счет того, что предложена подвижная заслонка для формирования тонких пленок с заданной конфигурацией, получаемых методом вакуумного напыления, оснащенная рабочей камерой с крышкой, контейнером для подложек образца и «свидетеля», контейнеродержателем и узлом ввода механизма движения подвижной заслонки. Заслонка представляет собой титановую пластину сложной конфигурациями со специальными окнами и отверстием для ее крепления к механизму ввода и движения внутри рабочей камеры. К крышке камеры дополнительно крепится шкала позиционирования подвижной заслонки с метками, соответствующими положению подвижной заслонки внутри рабочей камеры. Положение подвижной заслонки внутри рабочей камеры показывается стрелкой-указателем.

Предлагаемое изобретение объясняется чертежами.

На Фиг. 1 представлена схема подвижной заслонки.

На Фиг. 2 представлено расположение подвижной заслонки внутри рабочей камеры, вид сбоку.

На Фиг. 3 представлен контейнер, для подложки и свидетеля.

На Фиг. 4 представлен контейнеродержатель.

На Фиг. 5 представлены элементы механизма позиционирования подвижной заслонки, на крышке рабочей камеры (вид сверху).

На Фиг. 6 представлена схема работы подвижной заслонки внутри рабочей камеры.

1. Подвижная заслонка.

2. Проточка окна продольной конфигурации геометрии пленки (имеет те же геометрические размеры, что и проточка для поперечной конфигурации геометрии пленки).

3. Проточка окна круглой конфигурации.

4. Проточка окна для поперечной конфигурации геометрии пленки.

5. Окно для напыления «свидетеля».

6. Отверстие для крепления подвижной заслонки винтом МЗ, к механизму ввода движения подвижной заслонки внутри рабочей камеры.

7. Механизм ввода движения подвижной заслонки внутри рабочей камеры.

8. Контейнер для подложек образца и «свидетеля».

9. Посадочное место для подложки образца.

10. Посадочное место для подложки «свидетеля».

11. Рабочая камера.

12. Контейнеродержатель в рабочей камере.

13. Стойка контейнеродержателя.

14. Крышка рабочей камеры.

15. Винт М4 крепления шкалы позиционирования подвижной заслонки.

16. Шкала позиционирования подвижной заслонки.

17. Метки на поверхности шкалы, соответствующие положению подвижной заслонки внутри рабочей камеры.

18. Стрелка - указатель, показывающая положение подвижной заслонки внутри рабочей камеры в данный момент времени.

Пример конкретного выполнения:

На Фиг. 1 представлена подвижная заслонка 1, представляющая собой пластину из титана, толщиной 0,5 мм сложной конфигурации. Пластина имеет четыре окна: 2 - окно продольной конфигурации геометрии пленки, 3 - окно круглой конфигурации, 4 - окно для поперечной конфигурации геометрии пленки и окно для напыления «свидетеля» - 5. Также имеется отверстие 6, для крепления корпуса подвижной заслонки винтом МЗ, к механизму ввода движения 7 подвижной заслонки внутри рабочей камеры Фиг. 2. Подвижная заслонка, должна как можно ближе находиться к контейнеру 8, чтобы избежать возможного подпыления осаждаемого материала на подложки вне заданных конфигураций (выставляется и фиксируется по месту). Контейнер 8, Фиг. 3, имеет посадочное место 9 - для подложки образца и посадочное место 10, для подложки «свидетеля». Оба посадочных места имеют одинаковые геометрические размеры и представляют собой ячейки размером 12x12 мм, внутри которых концентрически расположены сквозные проточки - окна размером 10x10 мм. Контейнер 8 помещается внутри рабочей камеры 11, на контейнеродержатель 12, Фиг. 2. На Фиг. 4 представлен сам контейнеродержатель 12, который в свою очередь при помощи винта М4 жестко крепится к стойке контейнеродержателя 13, прикрепленной к крышке 14 внутри рабочей камеры 11, Фиг. 2. Механизм позиционирования подвижной заслонки представлен на Фиг. 5. На крышке 14 рабочей камеры 11 имеется винт М4, позиция 15, которым крепится шкала 16 с нанесенными на ее поверхность метками 17, в соответствии позициям прорезей 2, 3 и 4 окон заданной конфигурации, подвижной заслонки внутри рабочей камеры. Стрелка-указатель 18 показывает какой позиции, соответствует положение подвижной заслонки внутри рабочей камеры в данный момент времени. Настройка и нанесение меток 17 на шкалу 16, к соответствующему положению подвижной заслонки внутри рабочей камеры, производится вручную, по месту при снятой крышке рабочей камеры. Позиция 7, ответная часть механизма ввода движения подвижной заслонки, снаружи рабочей камеры.

Изобретение работает следующим образом:

С рабочей камеры 11 снимают съемную крышку 14. Предварительно подготовленные к использованию подложки образца и «свидетеля», помещают в контейнер 8, на позиции 9 и 10 Фиг. 6. Затем, контейнер 8 размещают на контейнеродержателе 11, Фиг. 2. При необходимости следует отрегулировать точность позиционирования подвижной заслонки 1 относительно шкалы позиционирования 16, Фиг. 5. При правильном позиционировании прорезей окон 2, 3 и 4 подвижной заслонки 1, Фиг. 6, во время последовательного перемещения подвижной заслонки 1 от одной позиции до другой и в обратную сторону, должны строго совпадать с позицией окна напыления образца, посадочное место 9. В то же время стрелка-указатель 18, показывающая положение подвижной заслонки 1 внутри рабочей камеры 11, должна указывать на соответствующее положение 17 на шкале 16, Фиг. 5. Во время данных манипуляций с подвижной заслонкой относительно позиции 9, позиция 10 посадочное место подложки «свидетеля» должна быть всегда в открытом состоянии, о чем будет свидетельствовать открытое окно позиции 5, Фиг. 6. При невыполнении вышеуказанных условий, необходимо провести настройку позиционирования подвижной заслонки 1 и стрелки-указателя 18 в ручном режиме при снятой крышке рабочей камеры. После регулировки подвижной заслонки, нужно убедиться в строгом выполнении условий позиционирования, и только после этого устанавливать съемную крышку 14 на рабочую камеру 11. Произвести откачку воздуха до базового вакуума в рабочей камере 11, при достижении всех нужных параметров рабочей среды и начале процесса напыления пленки подвижная заслонка 1 в данный момент времени, должна находиться в том положении, которое предусмотрено технологическим процессом в приоритете первой позиции т.е. на позиции 9 должна быть открыта прорезь той конфигурации, которая будет напыляться в первую очередь Фиг. 6. Затем, перед тем, как напылить другой материал, необходимо перевести подвижную заслонку 1 на нужную позицию. Для этого достаточно передвинуть стрелку-указатель 18 на соответствующую позицию 17 на шкале 16, Фиг. 5. Таким образом, на подложку образца, позиция 9 можно будет напылить три различных материала с разными геометрическими конфигурациями, а подложка «свидетеля» позиция 10, Фиг. 6 всегда будет в открытом положении при напылении всех трех материалов и следовательно будет иметь толщины всех напыленных материалов во время данного технологического процесса. По толщине материалов «свидетеля», можно судить о толщине напыленного материала образца.

Предложенная подвижная заслонка позволяет сократить затраты на изготовления тонких пленок на вакуумных установках и последующем их изучении. Так, например, для проведения исследования электросопротивления материалов, связанных с толщиной полупроводниковых прослоек между контактами образца, необходимо проводить большое количество технологических манипуляций во время подготовки данного образца к эксперименту. В нашем случае, достаточно получать образцы с переменной толщиной слоев прослойки полупроводника и исследовать их характеристики.

Подвижная заслонка разработана для устройства для ионно-плазменного напыления патент RU №2691357. Использование предложенной подвижной заслонки позволяет получать многослойные тонкие пленки с различной геометрией напыленных слоев различных материалов, за один технологический цикл. То есть, нет необходимости получать многослойные тонкие пленки с нужными материалами, а затем проводить сложнейшие технологические действия по приготовлению необходимой конфигурации изучаемого образца. Например, по химическому травлению, когда возникает риск «перетравить» или «недотравить» напыленные слои определенного материала пленки, а так же возможно нежелательное внедрение в «тело» образца инородных химических элементов. Или проводить ионизационное травление с использованием частичного «маскирования» образца с риском попадания материала «маски» в тело исследуемого образца. Или проведение дорогостоящей фотолитографии.

Изобретение относится к элементам внутрикамерных устройств установок вакуумного напыления и может быть использовано при нанесении металлических и полупроводниковых пленок для покрытия деталей и элементов, применяемых в изделиях электронной, приборостроительной и оптической промышленности, а также для получения экспериментальных и опытных образцов в научно-исследовательской деятельности. Подвижная заслонка установки вакуумного напыления для формирования тонких пленок различной конфигурации характеризуется тем, что она имеет отверстие для ее крепления к механизму ввода и движения внутри рабочей камеры, окна в виде продольной, круглой и поперечной прорезей и окно для напыления на подложку-свидетель, находящееся всегда в открытом положении, и механизм позиционирования, выполненный с возможностью размещения на крышке рабочей камеры установки вакуумного напыления. Механизм позиционирования содержит выполненную с возможностью прикрепления к упомянутой крышке шкалу позиционирования подвижной заслонки внутри рабочей камеры с метками, соответствующими позициям окон в виде продольной, круглой и поперечной прорезей, и стрелку-указатель, показывающую позицию, соответствующую положению подвижной заслонки внутри рабочей камеры и выполненную с возможностью соединения с ответной частью механизма ввода и движения подвижной заслонки снаружи рабочей камеры. Обеспечивается получение тонких пленок с заданной конфигурацией за один технологический цикл без развакуумирования установки, выемки образца и установки маски. 6 ил.

Подвижная заслонка установки вакуумного напыления для формирования тонких пленок различной конфигурации, характеризующаяся тем, что она имеет отверстие для ее крепления к механизму ввода и движения внутри рабочей камеры, окна в виде продольной, круглой и поперечной прорезей и окно для напыления на подложку-свидетель, находящееся всегда в открытом положении, и механизм позиционирования, выполненный с возможностью размещения на крышке рабочей камеры установки вакуумного напыления, при этом механизм позиционирования содержит выполненную с возможностью прикрепления к упомянутой крышке шкалу позиционирования подвижной заслонки внутри рабочей камеры с метками, соответствующими позициям окон в виде продольной, круглой и поперечной прорезей, и стрелку-указатель, показывающую позицию, соответствующую положению подвижной заслонки внутри рабочей камеры и выполненную с возможностью соединения с ответной частью механизма ввода и движения подвижной заслонки снаружи рабочей камеры.