RU2016117814A

RU2016117814A - Процессы с использованием удаленной плазмы дугового разряда

Info

Publication number: RU2016117814A
Application number: RU2016117814A
Authority: RU
Inventors: Владимир ГОРОХОВСКИЙ; Дэвид ХЬЮМЕНИК; Скотт ТРУБ; Патрик А. САЛЛИВАН; Николас ПЕТЕРСОН; Эдвард ТЕЙЛОР; Грег ВОЛАН
Original assignee: Вейпор Текнолоджиз Инк.
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2016-05-05
Publication date: 2017-11-14
Also published as: CN106119780A; EP3091560A1

Claims

1. Система для нанесения покрытий, содержащая:

вакуумную камеру; и

блок нанесения покрытий, расположенный в вакуумной камере, причем блок нанесения покрытий содержит:

испаритель;

подложкодержатель для поддержки подлежащих покрытию подложек таким образом, чтобы подложки располагались перед испарителем;

первичную катодную вакуумно-дуговую сборку, содержащую узел катодной камеры, катодную мишень, необязательный первичный анод и экран, который изолирует катодную мишень от вакуумной камеры и определяет отверстия для пропускания тока электронной эмиссии или плазмы металлического пара от катодной мишени в вакуумную камеру;

удаленный анод, электрически соединенный с катодной мишенью;

первичный источник электропитания, подсоединенный между катодной мишенью и первичным анодом; и

вторичный источник электропитания, подсоединенный между катодной мишенью и удаленным анодом, причем испаритель расположен между узлом катодной камеры и удаленным анодом, удаленный анод имеет линейный размер, испаритель имеет линейный размер, катодная мишень имеет линейный размер и подложкодержатель имеет линейный размер, при этом линейный размер удаленного анода, линейный размер испарителя и линейный размер подложкодержателя параллельны друг другу, а линейный размер удаленного анода равен или больше линейного размера испарителя, так что ограниченная плазма, вытекает от катодной мишени к удаленному аноду.

2. Система по п. 1, в которой линейный размер испарителя определяет его длинная сторона, которая параллельна линейному размеру катодной мишени, при этом линейный размер испарителя параллелен линейному размеру катодной мишени.

3. Система по п. 1, в которой линейный размер испарителя определяет его короткая сторона, которая параллельна линейному размеру катодной мишени.

4. Система по п. 1, в которой первичный анод заземлен или экранирован.

5. Система по п. 1, также содержащая по меньшей мере один дополнительный испаритель, расположенный между узлом катодной камеры и удаленным анодом.

6. Система по п. 5, в которой перпендикулярные расстояния между каждым из испарителей и подлежащими покрытию подложками, по существу, равны и расстояние между узлом катодной камеры и удаленным анодом меньше расстояния, при котором происходит пробой, когда напряжение, прикладываемое вторичным источником электропитания, превышает от 1,2 до 10 раз напряжение, прикладываемое первичным источником электропитания.

7. Система по п. 5, в которой множество катодных мишеней соединено с удаленным анодом, причем каждая катодная мишень из указанного множества катодных мишеней имеет линейный размер, который параллелен линейному размеру удаленного анода.

8. Система по п. 1, в которой расстояние между вершиной узла катодной камеры и подложками составляет примерно от 2 до 20 дюймов.

9. Система по п. 1, в которой внешнее магнитное поле прикладывается вдоль области между испарителем и подлежащими покрытию подложками.

10. Система по п. 9, в которой внешнее магнитное поле прикладывается к магнитно изолированной катодной мишени узла катодной камеры.

11. Система по п. 9, в которой внешнее магнитное поле прикладывается к магнитно изолированному удаленному аноду.

12. Система по п. 1, в которой испаритель содержит компонент, выбранный из группы, включающей магнетрон, тепловой испаритель, электронно-лучевой испаритель и катодно-дуговой испаритель.

13. Система по п. 1, в которой катодная мишень содержит компонент, выбранный из группы, включающей холодный вакуумно-дуговой катод, полый катод, термоэлектронный катод прямого накала, электронно-лучевой испаритель и их сочетания.

14. Система по п. 11, в которой катодная мишень изготовлена из металла, обладающего геттерными свойствами, включая сплавы титана и циркония.

15. Система по п. 1, в которой экран катодной камеры является водоохлаждаемым и имеет отрицательное смещение относительно катодной мишени, причем потенциал смещения экрана находится в диапазоне от -50 В до -1000 В.

16. Система по п. 1, в которой плазменные зонды для измерения плотности плазмы установлены между узлом катодной камеры и удаленным анодом, при этом плазменные зонды обеспечивают обратную связь для регулирования вторичного источника электропитания, в котором ток удаленного анода регулируется для достижения равномерного распределения плотности плазмы между узлом катодной камеры и удаленным анодом.

17. Система по п. 1, в которой катодная мишень является частью катодной группы, имеющей множество катодных мишеней, установленных в узле катодной камеры, причем линейный размер каждой катодной мишени, по существу, равен линейному размеру удаленного анода.

18. Система по п. 1, в которой катодная мишень является пластиной или стержнем.

19. Система по п. 1, в которой множество вспомогательных удаленных анодов соединены с удаленным анодом посредством переменных резисторов.

20. Система по п. 19, в которой множество вспомогательных удаленных анодов соединены с удаленным анодом посредством конденсаторов.

21. Система по п. 1, содержащая множество блоков нанесения покрытия.

22. Система по п. 21, в которой множество блоков нанесения покрытия выровнены, по существу, линейно.

23. Система по п. 1, в которой испаритель, катодная мишень и удаленный анод распределены в линейном направлении, при этом подложкодержатель перемещается в линейном направлении.

24. Система по п. 1, в которой вакуумная камера имеет круглое поперечное сечение, причем катодная мишень и удаленный анод распределены вокруг центральной оси вакуумной камеры, при этом подложкодержатель перемещается в круговом направлении.

25. Система по п. 1, в которой первичная катодная вакуумно-дуговая сборка содержит катодный источник фильтрованной вакуумной дуги.

26. Система по п. 25, в которой катодный источник фильтрованной вакуумной дуги содержит катодную мишень и плазменный канал, причем плазменный канал, имеет длинную сторону, изогнутую секцию вдоль средней линии плазменного канала, плазменный канал имеет участок катодной камеры и выходной туннельный участок с противоположных сторон от изогнутой секции.

27. Система по п. 26, в которой плазменный канал имеет прямоугольное поперечное сечение, размеры которого сопоставимы с катодной мишенью.

28. Система по п. 26, в которой узел катодной камеры содержит прямоугольный канал.

29. Система по п. 26, в которой катодная мишень установлена на изолированном держателе на конце участка катодной камеры таким образом, чтобы испаряемая поверхность катодной мишени была обращена внутрь плазменного канала.

30. Система по п. 26, в которой указанный изгиб составляет угол примерно от 60 до 120°.

31. Система по п. 26, дополнительно содержащая магнитную заслонку, имеющую отклоняющие магниты и фокусирующие электромагниты, расположенные вокруг плазменного канала, причем отклоняющие магниты расположены вокруг наружной стороны катодной камеры и секции изгиба, а фокусирующие электромагниты расположены на выходе плазменного канала.

32. Система по п. 31, в которой магнитная заслонка открыта, когда отклоняющие электромагниты и фокусирующие электромагниты активированы, так что ионизированная фильтрованная плазма металлического пара, генерированная на катодной мишени, транспортируется по плазменному каналу к подложкам.

33. Система по п. 31, в которой газообразная технологическая среда в узком коридоре, определенном между подложками и стенками вакуумной камеры вдоль траектории удаленного дугового разряда, также является высокоионизированной.

34. Система по п. 31, в которой испарители включают множество магнетронных распылительных источников, разряд которых объединяется с дуговым разрядом удаленного анода, в результате чего повышается ионизация магнетронного распылительного источника.

35. Система по п. 31, в которой магнитная заслонка закрыта, когда отклоняющие магниты и фокусирующие электромагниты не активированы, так что плазма металлического пара, генерированная катодной мишенью, захватывается в пределах плазменного канала, в то время как дуговой разряд удаленного анода проходит между катодной мишенью и удаленным анодом вдоль коридора, определенного подложками и стенками вакуумной камеры, обеспечивая ионизацию и активацию технологической среды для осаждения покрытия.

36. Система по п. 31, в которой множество магнетронных распылительных источников и удаленных анодов позиционированы на питающем блоке в центральной области вакуумной камеры, чтобы удаленный дуговой разряд заполнял область между питающим блоком и стенками вакуумной камеры.

37. Система по п. 31, в которой испаритель содержит источник двунаправленной фильтрованной дуги, имеющий двунаправленный плазменный канал, удаленные аноды, установленные на периферийном крае двунаправленного плазменного канала, причем дуговой разряд удаленного анода создается вдоль коридора, определенного между наружным краем плазменного канала и подложками.

38. Система по п. 37, в которой двунаправленный плазменный канал дополнительно содержит экраны, установленные с обоих концов двунаправленного плазменного канала.

39. Система по п. 37, в которой дуговой разряд удаленного анода поддерживается источником однонаправленной фильтрованной вакуумной дуги и/или источником двунаправленной фильтрованной дуги, чтобы плазма дугового разряда удаленного анода заполняла область осаждения покрытия, определенную между наружной стенкой двунаправленного фильтрованного дугового источника и стенками вакуумной камеры.

40 Система по п. 39, в которой источник двунаправленной фильтрованной дуги и источник однонаправленной фильтрованный дуги выполнены с возможностью функционировать совместно или независимо в режиме магнитной заслонки, однако в связи с магнетронными распылительными источниками.

41. Система по п. 39, содержащая первый дополнительный магнетронный источник и второй дополнительный магнетронный источник, расположенные вблизи выхода плазменного канала в вакуумной камере, обращенной к подложкам, чтобы распыляемый магнетроном поток сливался с катодной мишенью источника фильтрованной дуги.

42. Система по п. 39, дополнительно содержащая два магнетронных источника, расположенных на выходе плазменного канала.

43. Система по п. 31, выполненная с возможностью работать в поточном режиме.

44. Система по п. 1, выполненная с возможностью работать в периодическом режиме.

45. Система для нанесения покрытий, содержащая:

напылительную камеру;

испаритель, имеющий поверхность мишени с длинным размером испарителя и коротким размером испарителя;

подложкодержатель для поддержки подлежащих покрытию подложек, так что подложки позиционированы в напылительной камере перед испарителем, причем подложкодержатель имеет линейный размер;

прямоугольный источник однонаправленной дуговой плазмы двойной фильтрации, функционирующий в качестве источника плазмы металлического пара для осаждения покрытия и источника электронов, и содержащий прямоугольный плазменный канал, имеющий отклоняющую секцию и выходную туннельную секцию, а также содержащий первую катодно-дуговую камеру, имеющую первую катодную мишень, вторую катодно-дуговую камеру, имеющую вторую катодную мишень, и отклоняющую анодную пластину, причем первая катодно-дуговая камера и вторая катодно-дуговая камера отделены друг от друга указанной отклоняющей анодной пластиной и расположены с противоположных сторон отклоняющей секции;

удаленный анод, электрически соединенный с первой катодной мишенью и второй катодной мишенью, причем удаленный анод имеет линейный размер, испаритель имеет линейный размер;

вторичный источник электропитания, подсоединенный между катодной мишенью и удаленным анодом.

46. Система для нанесения покрытий по п. 45, дополнительно содержащая отклоняющие катушки, окружающие отклоняющий участок плазменного канала.

47. Система для нанесения покрытий по п. 45, дополнительно содержащая стабилизирующие катушки, которые окружают катодную камеру и ограничивают катодные пятна дуги на испаряемой поверхности катодных мишеней.

48. Система для нанесения покрытий по п. 45, дополнительно содержащая фокусирующие катушки, окружающие выходной участок катодных камер, которые фокусируют поток плазмы металлического пара по направлению к отклоняющему участку плазменного канала.

49. Система для нанесения покрытий по п. 45, дополнительно содержащая первый магнетронный источник и второй магнетронный источник, расположенные на выходном туннельном участке плазменного канала, причем первый магнетронный источник и второй магнитный источник регулируют интенсивность ионной бомбардировки металлическими ионами во время гибридного стимулированного фильтрованной дугой процесса осаждения покрытия магнетронным распылением.

50. Система для нанесения покрытий по п. 45, дополнительно содержащая экранированный катодно-дуговой источник электронов, расположенный в центре напылительной камеры.

51. Система по п. 45, выполненная с возможностью работы в поточном режиме.

52. Система по п. 45, выполненная с возможностью работы в периодическом режиме.