Установка для ионного распыления Советский патент 1978 года по МПК C23C15/00 

I

Изобретение относится к устройства для получения покрытий /пленок/ метал 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 охлаждаемым анодом, расположенным между двумя катодами, соленоиды, электромагнитный клапан, систему откачки, систему подачи инертного газа и блок электропитания,

Цель изобретения - повышение качества наносимых слоев и повышение автоматизации процесса.

Для достижения 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 катоды

поджаты к охладжаемому основанию, а аноды закреплены на змеевике с хладоагентом.

При этом кристаллодержатели снабжены манипуляторами и счетчиками количества слоев, а электромагнитный клапан расположен в системе подачи инертного газа и электрически связан с блоком питания.

На фиг. 1 изображена общая схема установки ионного распыления| на фиг, 2 - схема секции ионного распыления . на фиг. 3 - схема системы охлаждения секции ионного распыления; на фиг.

k - схема блока электропитания.

Установка ионного распыления состоит из нескольких независимых секций ионного распыления 1, собранных вместе с магнитно-разрядным насосом 2 в одном

вакуумном прогреваемом съемном корпу се 3. Роль насоса 2 выполняет стандартная секция ионного распыления. Подогреваемый корпус 3, секции ионного распыления 1 и насос 2 являются разборными элементами устройства, устаиовлен-1ы на иераз6орно; кег1П01реваемом корпусе г; с|-1аб) сорЬц :;,г iitiM ;-ic;сосом 5 с вакуумным к.г1апаном Ь, служащим для предварительной откачки, непрогреваемым магнит 1О разряднь м насосом 7 с вакуумным клапаном 8. служащим для зысоковакуу11 -;ой откачки и вь соковакуумного обезгажиаанмя, системой подачи ni-sepTbioro газа 9s механизмом экспонирова -ия подложек 10, манипуляторами 11 слу;изщ|.-1ми для зэмеi-ib подложе и их перемещения из одной секции ионного распыле1| 1я в другую; злектрсмагнитньгм клапаном 12,, служит для поддержания силы трка разряда на любом вь бранном уровне а тече -п-1е длительного периода при распылении, высоковольтными вакуумными вводами 13 ДЛИ подач - высокого напряжения к катодам секций ионного распыления, низко8ольтнь ми электрическим -; вакуумными В8одаг-1и 14, тармог зрг:ого вакуум-метрз 15 илг 1змерен;.я давления в устройстве при откачке сорбциокним часосом 5s датчиком ионизациогЛтого вякуум-метра 16 для измерения давления при , Откачке насосом J, вaкyyмнb: l клапаном 17 для HanyciO сухого азота при аскрытии устройства и извлечени - готовых покрытий.Каждая секция ионного оаспыления имеет четыре катода 18, центры которых расположены s четырех вершинах основания услов -1ой релиетк- октоэд| а 14 два анода 20 центры которых расположены параллельно между двумя парами катоACS, две неподвижных маски 21 с ок1-;ами; центрьг которых расположены Б условной решетки октазцре 15, два гюдвижных кристзллодерх;ателя 22 г гюдложгами 23 5 центрыKOTOpbix могут совмещаться с вершинами условном региетки октаэдра 19; две металлические заслонки 24 торного типа которые служат для перекрытия окон 3 подвижных масках 21. солеоид 25s который создает гродоль-ое агнитное поле 26Катоды 18 изолмроБзны о г корпуса с омощью плоских изо,пяторов 2J i ля отвода тепла при работе они имеют ольцевой шлиф 28, которь;й г)р;1;дИМается ружиной 29 к охла кдае;-юму основанию 30нод 20 непосредственно 1;оёдинен с корпусом и охлаждается при работе xjiaflагентом с принудительной цирн.уля,Ц1ей по змеевику ,31. Каждая секиия ионного распыления снабжена полым те-;пповым экраном 32, который имеет встроенный мический нагреватель 33, s при работе ожет заполняться хладагентом.

Каждая секция ионного распыления ,-:меет незазисимо от других секций электрическое питание. Четыре катода 18 соединены параллельно и на них подается постоянное напряжение от отдельного .аысоковольтного источника питания 3. Каждый соленоид 25 имеет независимый низковольтный источник питания.

Таким образом, в блоке электропитания имеется несколько /по числу секций ионного распыления/ высоковольтных 3 и низковольтных 35 источников питания, блок питания Зб непрогреваемого магнит но-разрядного насоса 7t блок питания 37 электромагнитного 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 датчика Д, иониза-. ци.онный термопарный вакуум-метр 1 для измерения разряжений а вакуумном объеме устройства с помощью малометрического датчика 16 и датчика ISs термопарный вакуум-метр 42 для измерения давленияИнертного газа в системе подачи инертного газа 9 с помощью манометрического датчика, измеритель парциальных давлений 3 для определения парциальнь х давлений газовых примесей в прогреваемом корпусе 3 в процессе изготовления покрытий с помощью омегатронного датчика 4, потенциометр посто янного тока 15 для измерения температур

внутри устройства с помощью термопар, электронный секундомер 46 для механизма экспонирования подложек ТО, электриуеский цифровой счетчик количества слоев 47 для механизма экспонирования

подложек 10, схема измерения сопротивлений 48 для фиксации сопротивления покрытий в процессе напыления.

Установка работает следующим образом.

В каждой сек1| и ионного распыления 1 устанавливается четыре катода 18 из такого материала, из которого предполагается получать покрытия. Если

предполагается получать покрытия искусственного алмаза, -то в качестве материала катодов берется графит. В кристаллодержатели 22 загружается подложка 23- Отверстия в масках 21 перекрыеаются заслонками 24. На секции ионного распыления надевается вакуумный прогреваемый корпус 3, который сочленяется с непрогреваемым корпусом 4 с

помощью металлимеского вакуумного уплотнения 49.

Вакуумная система включается в о качку. В начале откачивает насос 5,

. затем насос 7- После -достижения разряжения 10 включается омический нагреватель 53 и начинается обезгаживание секций ионного распыления 1 -л насоса 2. Контроль за температурой обезгаЖ1«ания осуществляется с помощью двух термопар /на чертеже не показаны/.

; 8 конце обезгаживания включается

омвеский нагреватель 33, запускается насос 2, система охлаждения насоса 2 и секций ионного распыления 1 заполняется хладагентом, например, жидким азотом. .

После запуска насоса 2 и включения системы охлаждений и s верхней части корпуса 3 над насосом 2 достигаются максимально чистые вакуумные условия,

помощью аэтчика

давление, измеряемое

Ш, достигает 10 тор, а парционалрнов давление всех газовых примесей, измеряемое с помощью омегатронного датчика А, снижается до минимума. Затем насос 7 отключается до откачиваемого объема клапаном 8 и включается система подачи инертного газа 9, причем электромагнитный клапан 12 полностью открывается. Давление в вакуумном объеме увеличивается за счет поступления и-гертного газа до тор. Запускаются по

очереди все ионного расг ьтения 1 и включается электромагнитньй клапан 12. При этом в пространстве между катодами происходит ионизация атомов инертного газа. Образовавшиеся ионы под действием электрического поля : ускоряются в направлении от анодов 20 к катодам 18 и бомбардируют катоды. При этом материал катодов подвергается катодному распылению.

Под давлением инертного га за в секч-. ионного распыления 10 - 10 тор средняя длина свободного пробега отдельных атомов значительно превышает расстояние между катодами 18 v, подложкой 23. Таким образом при работе секши каждый из метьрех катодов испускает расходящийся пучок сравнительно быстрьк атомов.

Кроме нейтральных атомов вещества катодов, ионы инертного газе выбивают с поверхности катодов 18 вторичные электроны, которьв под действием электрического и продольного магнитного поля 26 соленоида 25 начинают двигаться по спирали в направлении магнитных

iсиловых лйний осцилируют между двумя катодами, вызывают ионизацию инертного газа и поддерживают газовый разряд при

i-iHepTHoro газа. Ноны вызвав катодное распыjY в г.1атериале катода, 3 по мере дальнейшего распыления .матер;.1ала катода постепенно осзобождаются в; центре катода, но задержиза отся & боковых его участках, которые мало распыляются. Убыль инертного f-335 за счет поглощения катодами аослолняется постоянным поступлением инертного газа из системы подачи инертного газа 9. причем поступление газа автоматически регулируется с помощью электромагнитного 12, который открывается или закрывается в зависимости от .чянь: тока газового разряда, пропор1111онального давлению. После, / примео;гс, 30 ;мнутной холостой работы каждой секции 1j в течение которой происходит дспслнительная очистка катодов и анодов с помощью газового разряда, усьноБка готова к изготовлению покрытий.

Для изготоаления однослойного покрытия в центре маски 21 с помощью манипулятора 11 устанавливается кристаллодержатель 22 с подложкой 23. С помощью .механизма экспонирования подложек 10 открывается заслонка 2 и одноБременно автоматически запускается секундомер.,

Центр окна маски 21 расположен в вершине условной решетки октаэдра 19 поэтог.у при работе здесь сходятся четыре отдельных атомарных пучка быстрых атомоэ распыляемого вещества. Каждь1Й из четырех пучков наклонен к

плоскости Г:ОДПОЖК 1 ПОД УГЛОМ 5°.

Таким образом, в каждую точку подложки прч работе могут поступать атомы с iSTbipex сторон под углом 5. В результате KS поверхности рельефа подложи:- практически не может быть темезь л мест,, в которые не попадал бы распыляет-,ый материал. После окончания э;;спозиц1и заслонка 2k закрывается и автоматически останавливается секундомер,

Для изготовления многослойных покрытий типа сеидвиме устройство снабжено несколькими секциями ионного распыления 1, которые могут работать одновременно незав;;г.ммо друг от друга. Подложка 23 напыляется по очереди в разных секциях ионного распыления, причем подложка 23 перемещается из одной секции в другую примерно за одну секунду с помощью манипулятора 1I при закоытык заслонках 2, не прерывая процесс .напыления. Количество слоев, напыляемых на одну подложку, фиксируется автоматически с помощью электрического цифрового счетчика 7. Для изготовления покрытий из смеси нескольких веществ в любом соотношении на одном или нескольких катодах 18 одной секции закрепляются катоды из сплава или мозаичные катоды. На поверхности мозаичных катодов имеются участки из различных веществ. Возможно получение покрытия из смеси нескольки веществ при использовании нескольких секций ионного распыления 1, манипуляторов 11 и механизма экспонирования подложек 10, Покрытие изготавливается многослойным напылением в виде сендвича с толщиной отдельных слоев не более моноатомного. Необходимое процентное содержание составляющих компонентов покрытия обеспечивается за счет подбора толщины отдельных слоев Для изготовления монокристаллическо го покрытия в кристаллодержатель 22 устанавливается монокристаллическая пoдлoжJK 23, например, из каменной соли, которая подогревается при ос аждении с помощью специального омическог нагревателя не показан на чертежей д необходимой постоянной температуры. Для измерения электросопротивления покрытия в динамике в процессе осаждения в кристаллодержатель 22 устанавливается специальная диэлектрическая под .ложка 23 с металлйческйми контактами, Kotopbie соёдиняются с помощью пр5« ТГнь1 проводов с низковольтными электрическими вакуумными вводами 14, к которым подключается мостовая или потенциометрическая схема измерения сопротивлеНИИ 8. Формула изобретения У. Установка для ионного распыления, содержащая разрядную вакуумную камеру с охлаждаемым анодом, расположенным между двумя катодами, соленоиды, электромагнитный клапан, систему откачки, систему подачи инертного газа и блок ; электропитания, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества наносимых слоев, 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 катоды поджаты к охлаждаемому основанию, а аноды закреплены на змеевике с хладагентом. 2. Установка по п. 1,отличаю щ а с я тем, что, с целью повышения автоматизации процесса, кристаллодержатели снабжены манипул яторами и счет- чикрм количества слоев, а электромагнитный клапан расположен в систёкГё rioдачи инертного газа и электрически сйязан с блоком питания.

фцг.

Фа.2. у и J4 34 J4 3 4f 42 38

Фиг.: