Магнетронная распылительная система Российский патент 2024 года по МПК C23C14/35 C23C14/56 

Изобретение относится к конструкциям магнетронных распылительных систем и может быть использовано для получения покрытий из металлов, диэлектриков, полупроводников и т.п. в различных отраслях промышленности, в том числе в микроэлектронике.

Известна магнетронная распылительная система, состоящая из вращающейся вертикальной карусели с размещенными на ней подложками, расположенной в центре вакуумной камеры, и нескольких магнетронных источников, расположенных на наружной стороне вакуумной камеры [1]. Достоинством такой магнетронной распылительной системы является возможность напыления в едином вакуумном цикле нескольких материалов или, в случае напыления одного материала, возможность увеличить производительность при напылении этого материала. Также достоинством такой магнетронной распылительной системы является возможность обслуживания мишеней магнетронных источников после проведения цикла напыления материала за счет бокового откидывания магнетронного источника. Недостатком такой магнетронной распылительной системы является необходимость выполнения на стенках колпака вакуумной камеры протяженных прямоугольных отверстий для крепления магнетронных источников. Протяженный магнетронный источник, состоящий из магнитопровода с водоохлаждаемой мишенью, имеет значительные вес и габариты, и для поднятия колпака вакуумной камеры необходима мощная механическая система, что усложняет конструкцию магнетронной распылительной системы. Другим недостатком такого расположения магнетронных источников является ограниченное их количество по окружности вакуумной камеры из-за необходимости применения достаточно габаритных конструкций магнетронных источников по их ширине с целью надежного соединения с вакуумным уплотнением в прямоугольных отверстиях в колпаке вакуумной камеры, предназначенных для крепления магнетронных источников снаружи вакуумной камеры.

Известна магнетронная распылительная система, состоящая из вертикальной карусели с подложками, расположенными в центре вакуумной камеры, и четырех магнетронных источников, расположенных внутри вакуумной камеры на ее периферии [2]. Также известна магнетронная распылительная система с шестью магнетронными источниками, расположенными по периферии вакуумной камеры, и подложкодержателем, расположенным посредине вакуумной камеры [3]. Достоинством таких магнетронных распылительных систем является возможность напыления в едином вакуумном цикле нескольких материалов. Недостатками таких магнетронных распылительных систем являются: затруднительная очистка поверхности мишени после проведения цикла напыления материала; замена мишени предполагает демонтаж магнетронного источника, что снижает производительность напыления слоев материалов; необходимость выполнения между магнетронными источниками свободного пространства для обеспечения доступа к подложкодержателю с целью загрузки на его поверхность подложек (в свободном пространстве можно было бы разместить дополнительный магнетронный источник для увеличения производительности магнетронной распылительной системы); затруднительный доступ к подложкодержателю для его обслуживания (загрузка и выгрузка подложек, очистка от частиц распыляемого материала и т.п.)

Наиболее близкой к заявляемому объекту является магнетронная распылительная система - установка «Краудион-М2-17/2» компании «ИОНТЕК-нано», состоящая из вертикальной карусели с подложками, расположенными в центре вакуумной камеры, и магнетронных источников, расположенных на наружной поверхности вакуумной камеры [4] - прототип. Достоинством такой системы является то, что магнетронные источники имеют возможность откидываться на 90° и занимать горизонтальное положение, тем самым обеспечивая доступ к обслуживанию мишеней (очистка, замена и т.п.). Для доступа к поверхности подложкодержателей с целью их обслуживания (загрузка и выгрузка подложек и т.п.) предусмотрена отдельная дверца на поверхности вакуумной камеры.

Недостатком такой магнетронной распылительной системы является уменьшение производительности напыления материалов из-за того, что в зоне дверцы для загрузки подложек не размещаются дополнительные магнетронные источники распыления материалов. Также недостатком такой магнетронной распылительной системы является увеличение ее габаритов во время приведения мишеней из вертикального в горизонтальное положение.

Задача изобретения - создание конструкции магнетронной распылительной системы, позволяющей производить напыление различных материалов с максимальной производительностью на протяженные подложки со свободным доступом к поверхности подложкодержателя и поверхности мишеней без увеличения расстояния между магнетронными источниками, с максимальным размещением числа магнетронных источников внутри колпака вакуумной установки.

Поставленная задача достигается следующим образом. По центру вакуумной камеры, круглой в сечении, размещается вертикально карусель с подложкодержателями и размещенными на них подложками. На расстоянии от карусели по периферии вакуумной камеры (обычно на расстоянии от 50 до 200 мм) располагаются магнетронные источники с распыляемыми мишенями. Магнетронные источники размещаются равномерно по всей периферии вакуумной камеры без свободных пространств между ними. Между магнетронными источниками располагаются съемные экраны, причем каждый из экранов относится одновременно к двум расположенным рядом магнетронным источникам. Экраны могут выполнять как роль анодов, так и предотвращать перемешивание напыляемых материалов от двух рядом работающих магнетронных источников. Эти экраны располагаются максимально близко к поверхности подложек, размещенных на подложкодержателе. При таком размещении получается максимальная производительность процесса напыления пленок, так как конкретная подложка, размещенная на вращающемся подложкодержателе, все время будет находиться в зоне напыления того или иного материала, установленного на поверхности магнетронных источников. Магнетронные источники выполнены с возможностью поворота на угол α 90°-120° вокруг вертикальной оси, расположенной на одной из вертикальных сторон магнетронного источника. Также предусмотрены узлы крепления магнетронных источников, фиксирующие его в рабочем положении. Поворот двух расположенных рядом магнетронных источников осуществляется в разные стороны: левого магнетронного источника - по часовой стрелке, правого магнетронного источника - против часовой стрелки. Такая возможность поворота магнетронных источников обеспечивает удобную загрузку подложек на подложкодержатель и легкий доступ к очистке поверхности мишени от напыляемых частиц материала. Два таких расположенных рядом магнетронных источника выбираются в предполагаемом месте загрузки подложек на поверхность подложкодержателя.

Магнетронные источники поворачиваются вокруг вертикальной оси на угол α 90°-120°, обеспечивая, тем самым, свободный доступ к поверхности подложкодержателя. Подача воды в магнетронные источники для охлаждения мишеней производится при помощи гибких полимерных трубок, позволяющих производить поворот магнетронных источников. При повороте магнетронных источников на угол меньше 90° частично закрывается доступ к поверхности подложкодерателя, а при повороте на угол больше 120° увеличивается длина гибких полимерных трубок для охлаждения мишеней, что в ряде случаев неприемлемо.

На фиг. 1 и фиг. 2 приведена конструкция предложенной магнетронной распылительной системы. На фиг. 1 приведена конструкция магнетронной распылительной системы в рабочем состоянии - в состоянии, при котором происходит распыление материалов. Здесь 1 - плита вакуумной установки; 2 - колпак вакуумной установки; 3 - стойки крепления нижней плиты 5; 4 - стойки крепления верхней плиты 6; 7 - магнетронные источники распыления с закрепленными мишенями; 8 - поворотные узлы крепления магнетронного источника (такие узлы находятся как на нижней плите, так и на верхней плите, между которыми и располагаются детали магнетронной распылительной системы); 9 - съемные экраны, 10 - полимерные трубки, позволяющие повернуть магнетронный источник на угол α 90°-120°; 11 - вакуумные вводы для подачи воды; 12 - узлы крепления магнетронного источника в рабочем состоянии (здесь позиции 13-14, приведенные на фиг. 2, не показаны). Система охлаждения магнетронных источников выполнена в виде трубок охлаждения, впаянных в специальные охладители, на которых крепятся распыляемые мишени. Эти трубки через соответствующие вакуумплотные вводы подключаются к системе охлаждения (на фиг. 1 не показаны) через гибкие полимерные трубки.

На фиг. 2 (вид сверху) показана конструкция магнетронной распылительной системы с повернутыми на угол α 90°-120° магнетронными источниками, что позволяет производить очистку мишеней от распыляемых частиц материала, замену мишеней и осуществлять доступ к поверхности подложкодержателя для загрузки и выгрузки подложек, а также для очистки подложкодержателя. Здесь 1 - плита вакуумной установки; 7 - магнетронные источники в повернутом положении (пунктиром обозначены магнетронные источники в рабочем положении), 9 - съемные экраны; 13-карусель с подложкодержателями, 14 - подложкодержатели, α - угол поворота магнетронных источников (90°-120°) (здесь позиции 2-6, 9-12, приведенные на фиг.1, не показаны).

Для проверки правильности выбранных решений была изготовлена магнетронная распылительная система, состоящая из шести вертикально расположенных по окружности плоских протяженных магнетронных источников распыления материалов с размером мишени длиной 465 мм и шириной 90 мм. В центре вакуумной камеры располагалась карусель с подложкодержателями и закреплеными на них подложками. Карусель состояла из шести протяженных прямоугольных подложкодержателей шириной 110 мм и длиной 400 мм. При повороте двух рядом расположенных магнетронных источника открывался доступ к поверхности подложкодержателя, по размеру, значительно превышающему по ширине размеру подложки, что позволяло свободно крепить на поверхность подложкодержателя подложки шириной 110 мм и длиной 200 мм. Количество магнетронных источников, располагаемых по периметру вакуумной камеры, определяется диаметром вакуумной камеры, шириной магнетронных источников и расстоянием между экранами. Для камеры диаметром 500 мм оптимальное число магнетронных источников - шесть, при этом конкретная подложка находится в зоне напыления всех мишеней практически все время. Каждый из магнетронных источников снабжен независимым высоковольтным источником питания, при этом возможно получение многослойных пленок при одновременной работе шести магнетронных источников.

Испытания такой магнетронной распылительной системы показали, что скорость напыления шести медных мишеней на вращающийся подложкодержатель составляла 15 мкм в час.

Источники информации

1. Данилин Б.С, Сырчин В.К. Магнетронные распылительные системы. - М.: Радио и связь; 1982, с. 57, рис. 45.

2. Установка магнетронного распыления Caroline D12B. Каталог вакуумно-технологического оборудования компании ЗАО НПП «ЭСТО-Вакуум». www.esto-vacuum.ru.

3. Магнетронная распылительная система. Патент РФ №2748443 от 25 мая 2021 г.

4. Установка магнетронного распыления «Краудион-М2-17/2». Каталог оборудования компании «ИОНТЕК-нано». www.iontec.ru.

Изобретение относится к магнетронной распылительной системе. Она состоит из вертикальной карусели с подложками, расположенной в центре вакуумной камеры, и магнетронных источников, расположенных внутри вакуумной камеры на ее периферии. Между магнетронными источниками расположены съемные экраны. Каждый съемный экран представляет собой анод и выполнен с возможностью предотвращения перемешивания напыляемых материалов от двух рядом работающих магнетронных источников. Магнетронные источники выполнены с возможностью поворота на угол, составляющий 90-120°, вокруг вертикальной оси, расположенной на одной из вертикальных сторон магнетронного источника. Обеспечивается напыление различных материалов с максимальной производительностью на протяженные подложки со свободным доступом к поверхности подложкодержателя и поверхности мишеней без увеличения расстояния между магнетронными источниками, с максимальным размещением числа магнетронных источников внутри колпака вакуумной установки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Магнетронная распылительная система, характеризующаяся тем, что она состоит из вертикальной карусели с подложками, расположенной в центре вакуумной камеры, и магнетронных источников, расположенных внутри вакуумной камеры на ее периферии, при этом между магнетронными источниками расположены съемные экраны, при этом каждый съемный экран представляет собой анод и выполнен в возможностью предотвращения перемешивания напыляемых материалов от двух рядом работающих магнетронных источников, при этом магнетронные источники выполнены с возможностью поворота на угол, составляющий 90-120°, вокруг вертикальной оси, расположенной на одной из вертикальных сторон магнетронного источника.

2. Магнетронная распылительная система по п. 1, отличающаяся тем, что магнетронные источники выполнены с возможностью охлаждения посредством подключения через гибкие полимерные трубки к системе охлаждения.

3. Магнетронная распылительная система по п. 1, отличающаяся тем, что поворот двух расположенных рядом магнетронных источников осуществляется в разные стороны: левого магнетронного источника - по часовой стрелке, правого магнетронного источника - против часовой стрелки.