Устройство для распыления материалов в вакууме Советский патент 1992 года по МПК C23C14/12 

Изобретение относится к нанесению покрытий в вакууме, в частности к технике получения тонкопленочных покрытий, включая диэлектрические и полупроводниковые материалы, ионным распылением в вакууме и может быть использовано в производстве электровакуумных приборов (ЭВП).

Целью изобретения является повышение скорости распыления и равномерности получаемого покрытия.

В устройстве для распыления материалов в вакууме, включающем источник ионного распыления, мишень из распыляемого материала, закрепленную на охлаждаемом держателе, и источник электронов, состоящий из металлического корпуса с эмиссионным отверстием, термокатода, расположенного внутри корпуса, и экрана-анода, изолированного от корпуса, со щелью длг выгод г электронного потока, корпус источника электронов выполнен в виде полого тора, обхватывающего мишень по периметру и разделенного в радиальном сечении на отдельные секции, электрически изолировсн- ные друг от друга, всех электродов источника электронов и держателя мишени. в каждой из которых эмиссионное отверстие выполнено в виде прорезной щели, в совокупности образующих кольцевой эмиссионный зазор, обращенный в сторону мишени, термокатод выполнен о виде кольцевого эмиттера, а экран-анод ыл:,- нен в виде пары цилиндрических электродов, расположенных симметрично

N

Р N

Р too

l

относительно кольцевого эмиссионного зазора и образующих кольцевую щель для вывода дискового электронного потока.

Кроме того, с целью усреднения плотности тока эмиссии с поверхности различных участков термокатода, корпус источника электронов разделен, например, на восемь секций, а с целью повышения равномерности нагрева кольцевой эмиттер выполнен в виду двух замкнутых полуколец из фольги тугоплавкого материала, разделяющих эмиттер на два плеча с одинаковым сопротивлением, переходящих в плоские соприкасающиеся по всей длине токоподводящие участки.

На фиг.1 представлена конструкция устройства для распыления материалов в вакууме; на фиг.2 - кольцевой эмиттер; на фиг. - распределение относительной плотности злекронного тока по периметру пото- к с целым корпусом источника электронов; на jHir.4 - распределение относительной плотности электронного тока по периметру поюка с разделенным корпусом источника электронов: на фиг,5 - зависимость уровня неоднородности распределения плотности электронного тока по периметру потока от числа секций корпуса источников электронов.

Устройство состоит из источника 1 ион- распыления - ионной пушки, формирующей пучок 2 ионов нейтрального газа, например эргона Аг. направляемого на мишень 3 из рзспыг.- емого материала (диэлектрик, полупро&одчик и т.п.). закрепленную на ьодоохпэ.-г.д;, лсм десжэтеле 4. и источника электрон эз, состоящего из металлического корпуса, выполненного в виде полого тора, например, прямоугольного сечения, и разделенного на отдельные секции 5, расположенные по периметру мишени 3, внутри которых размещен кольцевой термокатод б, выполненный из двух замкнутых полуколец 7 из фольги тугоплавкого ма- т риала (например. Та, W. и т.п.), разделяющих эмиттер на два плеча с одина- козымсопротивлением, переходящих в плоские токоподводящие участки (фиг.2). соединенные с источником 9 питания тер- мокатода 6. Секции 5 корпуса источника электронов электрически изолированы друг от друга, остальных электродов источника элеткронов и держателя 4 мишени 3 с помощью изолятора 10.

Экран-анод выполнен из двух цилиндрических электродов 11, расположенных симметрично относительно эмиссионных щелей секцимй 5 и образующих кольцевой зазор для вывода дискового электронного потока 12. Один из электродов 11 изолирован от секций 5 корпуса с помощью изолятора 13. второй может быть выполнен заодно с держателем 4 мишени 3. Экран-анод соединен с заземленным положительным

полюсом высоковольтного источника 14 ускоряющего напряжения, отрицательный полюс которого электрически соединен со средней точкой трансформатора низковольтного источника 9 питания термокатода 6.

0 В приведенном примере электрических соединений представлена схема устройства с заземленным анодом (фиг.1). как оптимальная с точки зрения работы устройства. Устройство работает следующим обра5 зом.

После достижения необходимого вакуума, порядка 1,33 .33 Ю 4 Па, в рабочей камере (не показана) включается источник 1 ионного распыления и произво0 дится распыление мишени 3 пучком 2 ионов. Одновременно с этим включается и источник электронов, для чего термокатод б с помощью низковольтного источника 9 разогревается до температуры эмиссии электро5 нов прямым пропусканием тока. Под действием высокого напряжения источника 14 электроны ускоряются по направлению к экрану-аноду и выводятся в форме дискового электронного потока 12 через кольцевой

0 зазор, образованный электродами 11. перпендикулярно ионному пучку 2, попадая на поверхность мишени 3.

Часть электронов, эмиттированных термокатодом 6, при этом оседает на секциях 5

5 металлического корпуса, заряжая их до потенциала, оптимального для автофокусировки электронного потока 12. дополнительно локализуя его. Корпус источника электронов, состоящий из отдельных

0 секций, электрически изолированных друг от друга, всех электродов источника электронов и держателя мишени, обеспечивает достижение положительного эффекта при следующем механизме работы

5 При перегреве некоторой части катода по сравнению с остальными его частями, возрастает плотность тока эмиссии с данной части. Дополнительный поток электронов заряжает близко расположенные

0 секции корпуса источника электронов до потенциала более отрицательного по сравнению с остальными секциями, что приводит к ограничению плотности тока эмиссии с данного участка катода.

5При снижении температуры некоторой части катода происходят процессы, обратные описанным.

Таким образом происходит усреднение плотности тока эмиссии с различных участков поверхности термокатода.

Неравномерность распределения плотности тока эмиссии, а следовательно, и плотности электронного потока тем меньше, чем больше локализована зона управления электронной эмиссией с поверхности катода, т.е. чем больше число независимо действующих секций содержит корпус источника электронов (фиг.З и 4).

Для обеспечения не более чем ± 5% уровня неоднородности распределения плотности по периметру электронного потока достаточно выполнить корпус источника. электронов разделенным на восемь секций (фиг.5).

Уменьшение числа секций влечет за собой увеличение уровня неоднородности распределения плотности электронного потока. Для снижения уровня неоднородности распределения плотности электронного потока число секций должно быть увеличено в зависимости от диаметра катодз и распыляемой мишени.

Протекание тока по двум параллельно соединенным поверхности, полуколец 7 термокатода 6 способствует более раг-нс- мерному его разогреву, выравнивая плотность тска эмиссии с его поверхности, повышая равномерность распределения плотности тока в электронном потоке 12 и. практически, исключая влияние магнитного поля тока накала на заряженные частицы ионного пучка 2 и электронного потока 2

Разделением термокатсдэ на два с одинаковым сопротивлением знячте-г.1-. легче обеспечить равномерность его н; ва по всей поверхности, чем при испспьзо- вании проволочного монолитного.кэтодз.

Кроме того, конструктивно разделенный катод, выполненный из фольги тугоплавкого материала, проще в изготовлении, обладает большей жесткостью, сохраняет свои размеры при установке и эксплуатации.

Таким образом, по всей поверхности диэлектрической, полупроводниковой или комбинированной мишени 3 лоложительнр заряженные зоны, создаваемые источником 1 ионного распыления, равномерно перекрываются отрицательно заряженной зоной, создаваемой источником электронов, в результате чего происходит компенсация поверхностного заряда мишени 3. Вместе с тем, часть электронного потока 12, направленного поперек ионного пучка 2. взаимодействует с ионами пучка рэвномерИР ИЗГОДЯ ДСПОЛННТрлЬную Нейтрализацию его пространственного заряда.

Выполнение з предлагаемом устройстпе метал: иче-civ-e корпуса источника элек- тронсз, разделенного на электрически и с-ч; ро;- нные друг от друга, всех электродов истсччика электронов и дерхатетя NM- ujeHi . отдельные секции, расположенные

по периметру мишени, изготовление термокатода в виде двух полуколец, а экрана-анода, состав 1е1млого из друх цилиндрических электроде1, позволяет повысить степень нейтрализации пространственного заряда

ионного пучка за счет более равномерного его взаимодейстЕия с кольцевым электронным потоком, а также производитьодновре- менно равномерную компенсацию образующихся на леей поверхности диэлектрической, полупроводниковой либо комбинированной мишени большой площади полс.-:ите:п.нС злрпженных зон зз г.-ет сь,- сокой раг-номес,,ости полуизсмого .электронного потока.

Фор .; у л а и о б о е т е и i4 я

1. УСТРОЙСТВО дг.- р-тспы.- знич материэ- лоа с- Езк/уме. вкгюча ощее истсчг:.. ионного распыления, мишень из распь ляемого материала, ззкретенную на ox i.- Адаемг-м

держателе, и источник электрсног. состоа- ш.ий из металлического корпуса с щелевым эмисс -т чым стЕ-арг., термокатэлэ :,л пг:.- .:-.т-. корпус;:, i- :;/; roн нн - ,)

oi;n :a

-,,-:.. 1-/-U. -1Г

-.. рi,: -.j 0 jHor: РОТСН а с т . г ч ,-,- KI ji ел тем. что, с целью ,.,гН:пя c«,opoc;.i ря-спыгения и равномегности полуЧоС - ЗГС ПОК.рЫТИЛ, корпус ИСТСЧНГ .З ЗЛСКтроноь выполнен з виде полого торп,

обхватывающего мишень по периметру и разделенного в радиальном сечении кэ электрически изолированные секции, причем в каждой из секций выполнены лоорез- ные щели, совокупность которых образует

кольцевой эмиссионный зазор, а термзкатод выполнен в ииде кольцевого эмиттерт.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ с ес я те-., что кольцевой эмиттер выполнен в

виде двух замкнутых полуколец из голыи

тугоплавкого материала, разделяющих эмиттер нэ дсэ плеча с одинаковым сопос- тив/., переходящие в плоские соприкасающиеся по всей длине токопроводящие участки.

Ri - rvi

Vi .,

( I fb

1 t-,4 . ;н -v i

ijv-W-i N

: i, ; / rjTf -

i --Hx L

.- - , f .- - V tr -SA wi/T, -U

, .V

7 .

. А, , V

. ПЧ

:.,.;-/ / //

7f/

--0.4-м-

//

/ .X/ .,V Д./

,- ч

,

. .jU

H U Tiin/ -N

,

-л

-е-лг

«Vi

;. У

o-,

i/J, отн.ед

Изобретение относится к нанесению ло- с рытий в вакууме, в частности к технике получения тонкопленочных покрытий, включая диэлектрические и полупроводниковые материалы, ионным распылением в вакууме, и может быть использовано в производстве электровакуумных приборов. Целью изобретения является повышение скорости распыления и равномерности получаемого покрытия. Устройство вкпючает источник ионного распыления, распыляемую мишень, закрепленную на охлаждаемом держателе, и источник электронов. Источник электронов состоит из металлического корпуса. Корпус разделен на секции для обеспечения равномерности плотности тока эмиссии термокатода, выполненного в виде кольцевого эмиттера, и экрана-г.исдч. выполненного в виде цилиндричес их злек-ро- дов. Неравномерность распределения плотности тока эмиссии тем ме.-и. °ом большее число независимо . А секции будет содержать корпус ncv v .з электронов. Необходимую степень игс-г- о- родности можно определить по прилзг е- мым графикам. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. -t г

О

Jjj0..OVHEd

0

(fn

,paS

fid T

,pod

Jmax J/nin. a

0 2 Ь 6 8 Ю 12 ft N,utm. Фиг. 5