Подвижная заслонка подложки для формирования тонких ступенчатых пленок Российский патент 2024 года по МПК C23C14/54 C23C14/56 

Изобретение относится к элементам внутрикамерных устройств установок вакуумного напыления и может быть использование при нанесении металлических и полупроводниковых пленок для покрытия деталей, применяемых в изделиях электронной, приборостроительной и оптической промышленностей. Устройство позволяет получить образец с переменной толщиной и взаимным расположением наносимых слоев, это исключит необходимость многократного напыления образцов с одинаковыми данными по составу, по толщине, но разными по взаимному расположению слоями.

Известно устройство для эпитаксиального наращивания полупроводниковых материалов, АС СССР №608376, опубликовано 10.02.1979, позволяющее получать сплошные пленки переменной толщины по поверхности подложки.

Недостатками указанного устройства является: во-первых, сама защитная маска находится непосредственно на материале который в процессе распыления будет смешиваться с материалом маски; во-вторых, для получения пленки с другой толщиной, либо с другой крутизной клина, или при необходимости напыления другого материала, нужно заново наносить защитную маску.

Наиболее близким техническим решением, является устройство для ионно-плазменного напыления [RU №2691357, приоритет изобретения 09.07.2018, гос. Регистрация 11.06.2019], в котором 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. Так же эта установка может быть оснащена подвижной заслонкой [RU 2754147 С1 опубл. 30.08.2021], позволяющей получать образцы пленок переменной толщины.

Недостатком данного устройства является: невозможность получения образцов пленок со ступенчатой структурой в противоположных направлениях переменной толщины и наличие в подложкодержателе всего одного посадочного места для подложки.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение экономичности процесса напыления пленок и возможность получать за один технологический цикл два образца с одинаковым химическим составом на подложках из различных материалов со ступенчатыми структурами пленки по двум, взаимно противоположным направлениям.

Данный технический результат достигается за счет использования подвижной заслонки для формирования тонких пленок переменной толщины и ступенчатых структур в установках вакуумного напыления, снабженных узлом ввода механизма движения подвижной заслонки и контроля скорости ее перемещения внутри вакуумной камеры. Устройство содержит корпус, направляющие полозья движения корпуса, регулируемый нож и калибровочную вставку. Корпус выполнен с отверстиями, одно из которых предназначено для крепления пружины обратного движения, а второе - для крепления троса прямой тяги. В корпусе также проточены два сквозных окна, предназначенных для постепенного открывания поверхности подложек в процессе движения заслонки. На корпус подвижной заслонки дополнительно установлены регулировочные ножи и вставки, а контейнер имеет два посадочных места для подложек из различных материалов. Подвижная заслонка позволяет одновременно получить два образца на различных подложках, а так же клин и ступенчатые структуры как с одной, так и с противоположной стороны образца по ходу движения заслонки.

На Фиг. 1 представлена подвижная заслонка.

На Фиг. 2 представлено расположение подвижной заслонки в рабочей камере, вид сбоку.

На Фиг. 3 представлена подвижная заслонка в сборе вид снизу.

На Фиг. 4 представлен контейнер, для размещения подложек.

1. Корпус подвижной заслонки.

2. Регулируемые ножи подвижной заслонки (4 штуки).

3. Калибровочные вставки ножей заслонки (4 штуки).

4. Винты фиксации ножей заслонки (4 штуки).

5. 5 а и 56 отверстия для фиксации ответных механизмов движения подвижной заслонки.

6. Пружина обратного движения подвижной заслонки.

7. Стойка фиксации пружины обратного движения подвижной заслонки.

8. Съемная крышка рабочей камеры устройства для ионно-плазменного напыления.

9. Трос механизма прямой тяги подвижной заслонки.

10. Шкив намотки троса механизма, прямой тяги подвижной заслонки.

11. Рабочая камера устройства для ионно-плазменного напыления.

12. Узел ввода механизма движения подвижной заслонки.

13. Окна для постепенного открывания поверхностей подложек.

14. Контейнеродержатель.

15. Направляющие полозья движения корпуса подвижной заслонки.

16. Винты для фиксации направляющих полозьев.

17. Винты для крепления контейнеродержателя к стойкам крепления контейнеродержателя к съемной крышке рабочей камеры устройства для ионно-плазменного напыления.

18. Стойки крепления контейнеродержателя к съемной крышке рабочей камеры устройства для ионно-плазменного напыления.

19. Подложки.

20. Контейнер для подложек.

21. Посадочные места для подложек в контейнере.

На Фиг. 1 представлен корпус подвижной заслонки 1, представляющий собой прямоугольную пластину. Две противоположные стороны корпуса заслонки имеют выступы, расположенные по центру сторон и загнутые под углом 90° к плоскости корпуса заслонки, имеют по одному центральному отверстию 5а и 5б для фиксации ответных механизмов работы заслонки. Причем, к позиции 5а одним концом крепится пружина 6, задача которой обеспечивать возможность реверса, т.е. обратного движения подвижной заслонки, а другой конец пружины крепится к стойке 7, закрепленной на съемной крышке рабочей камеры 8 Фиг. 2. К позиции 5б, одним концом крепится трос 9 прямой тяги механизма хода заслонки позиция 10. Необходимо отметить, что весь механизм ввода через съемную крышку 8 в рабочую камеру 11 системы вращения, обеспеченную реверсом, задает стандартный узел 12, работающий при помощи реверсивных двигателей, расположенных сверху съемной крышки и не находящихся внутри рабочей камеры. Данные двигатели оснащены набором редукторов, что в свою очередь предусматривает возможность менять скорость движения подвижной заслонки. Это так же является одним из решений образования крутизны клина по толщине получаемой пленки. Для того, чтобы получать четкую границу напыляемого материала в процессе напыления слоев, корпус заслонки оснащен четырьмя регулируемыми ножами 2, выполненными из тонких пластин немагнитного материала и предназначенными для наибольшего приближения к поверхности подложек со стороны подвижной заслонки. Корпус содержит также четыре сменные калибровочные вставки 3, имеющие вид трапеции, размеры которых подбираются индивидуально, в зависимости от особенностей геометрии подложек и четыре винта 4 для фиксации регулируемых ножей. Также в корпусе подвижной заслонки проточены два сквозных окна 13 Фиг. 3, предназначенных для постепенного открывания поверхности подложек в процессе движения заслонки.

Подвижная заслонка 1 удерживается на плоскости контейнеродержателя 14 при помощи двух направляющих полозьев 15, расположенных на противоположных сторонах контейнеродержателя и работающих в области рабочей части корпуса подвижной заслонки. Направляющие полозья 15 в свою очередь крепятся к контейнеродержателю 14 тремя винтами 16 Фиг. 3. Контейнеродержатель 14 при помощи винтов 17, крепится к стойкам контейнеродержателя 18 Фиг. 2, в свою очередь стойки контейнеродержателя строго фиксируются к съемной крышке 8, рабочей камеры 11.

Пример работы подвижной заслонки.

С рабочей камеры 11 снимают съемную крышку 8. Предварительно подготовленные к использованию подложки 19 Фиг. 4, помещаются в контейнер 20, на позиции 21 - посадочные места для подложек Фиг. 4. Подложки могут быть выполнены из различных материалов, что позволяет провести исследование зависимости физических свойств получаемых образцов от материала подложки. Затем, контейнер 20 помещают в посадочное окно контейнеродержателя 14. При необходимости следует отрегулировать точность позиционирования подвижной заслонки 1, относительно открытых проемов окон 13 контейнера 20 в контейнеродержателе, либо выбрать позицию заслонки согласно предполагаемой структуре пленок образца. Для получения многослойных пленок с первым слоем одинаковой толщины по всей поверхности подвижную заслонку необходимо установить в режим открытого окна 13, а последующие слои получать уже с использованием подвижной заслонки. При выполнении всех начальных установок, связанных с подготовкой, загрузкой и регулировкой позиций подвижной заслонки, съемную крышку рабочей камеры устанавливают на свое место и начинают рабочий процесс. По достижению всех нужных параметров рабочей среды и начале процесса напыления пленки подвижная заслонка 1, находясь в положении «окно открыто», позволяет получить сплошную пленку определенной толщины из выбранного материала. Далее процесс напыления приостанавливается для смены напыляемого материала, а подвижная заслонка 1, направляемая полозьями 15, посредством механизма узла 12 начинает свое движение вдоль контейнеродержателя 14 на расстояние предусмотренное размером ступеньки и останавливается. Одновременно с началом движения подвижной заслонки 1 запускается секундомер, как дополнительная мера фиксации времени и расстояния передвижения заслонки в прямом направлении, что позволяет использовать полученные данные при работе реверса (обратного хода подвижной заслонки). После остановки подвижной заслонки 1 и секундомера начинается процесс напыления второго слоя материала. Первый же слой пленки, будучи прикрытым заслонкой остается незапыленным вторым материалом. Для получения подобной ступеньки с противоположной стороны образца необходимо отключить процесс напыления материала, выбрать нужный материал, включить реверс заслонки с одновременным пуском секундомера. С учетом времени пройденного заслонкой в прямом направлении нужно взять время обратного движения заслонки и прибавить расчетное время движения заслонки с учетом длины будущей ступеньки. После чего отключить движение заслонки и запустить процесс напыления выбранного материала. Таким образом можно получить многослойные пленки с послойной ступенчатой структурой, отличающиеся длиной ступенек, напыленных из различных материалов.

Представленный вариант конструкции позволяет при необходимости получить пленки с переменной толщиной, причем заслонка работает одновременно для двух образцов.

Изобретение относится к подвижной заслонке для формирования тонкой пленки переменной толщины со ступенчатой структурой или со структурой в виде клина в установке вакуумного напыления. Указанная установка вакуумного напыления снабжена узлом ввода механизма движения подвижной заслонки и контроля скорости ее перемещения внутри вакуумной камеры. Предложенная подвижная заслонка содержит корпус с отверстиями, одно из которых предназначено для крепления пружины обратного движения, а второе - для крепления троса прямой тяги. На корпусе подвижной заслонки установлены регулируемые ножи, изготовленные в виде пластин из немагнитного материала, и сменные калибровочные вставки регулируемых ножей. Упомянутый корпус выполнен с возможностью движения по двум направляющим полозьям, расположенным на противоположных сторонах контейнеродержателя, имеющего возможность расположения в нем контейнера с двумя посадочными местами для подложек из различных материалов. В корпусе подвижной заслонки проточены два сквозных окна для постепенного открывания поверхностей подложек в процессе движения заслонки. Обеспечивается повышение экономичности процесса напыления пленок и возможность получения за один технологический цикл двух образцов с одинаковым химическим составом тонкой пленки на подложках из различных материалов со ступенчатыми структурами пленки по двум взаимно противоположным направлениям. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

1. Подвижная заслонка для формирования тонкой пленки переменной толщины со ступенчатой структурой или со структурой в виде клина, полученной с одной и с противоположной стороны каждой подложки по ходу движения заслонки, в установке вакуумного напыления, снабженной узлом ввода механизма движения подвижной заслонки и контроля скорости ее перемещения внутри вакуумной камеры, характеризующаяся тем, что она содержит корпус подвижной заслонки, выполненный с отверстиями, одно из которых предназначено для крепления пружины обратного движения, а второе - для крепления троса прямой тяги, при этом на корпусе подвижной заслонки установлены регулируемые ножи, выполненные в виде пластин из немагнитного материала, и сменные калибровочные вставки регулируемых ножей, при этом упомянутый корпус выполнен с возможностью движения по двум направляющим полозьям, расположенным на противоположных сторонах контейнеродержателя, имеющего возможность расположения в нем контейнера с двумя посадочными местами для подложек из различных материалов, при этом в корпусе подвижной заслонки проточены два сквозных окна для постепенного открывания поверхностей подложек в процессе движения заслонки.

2. Подвижная заслонка по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью одновременного получения двух образцов, представляющих собой подложки из различных материалов с одинаковой по химическому составу указанной тонкой пленкой.