RU2049152C1 - Apparatus for vacuum deposition of materials - Google Patents
Apparatus for vacuum deposition of materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2049152C1 RU2049152C1 SU5043524A RU2049152C1 RU 2049152 C1 RU2049152 C1 RU 2049152C1 SU 5043524 A SU5043524 A SU 5043524A RU 2049152 C1 RU2049152 C1 RU 2049152C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- sprayed
- substrate
- shape
- ion source
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке изделий в вакууме, а именно к устройствам для распыления материалов в вакууме ионным пучком, и может быть использовано в электронной, оптической, приборостроительной и других машиностроительных отраслях промышленности при нанесении многослойных покрытий из различных, в том числе дорогостоящих или токсичных материалов при гравировании или формообразовании (корректировке формы) поверхностей путем направленного распыления материалов. The invention relates to the processing of products in a vacuum, and in particular to devices for spraying materials in a vacuum with an ion beam, and can be used in the electronic, optical, instrument-making and other engineering industries when applying multilayer coatings from various, including expensive or toxic materials, engraving or shaping (adjusting the shape) of surfaces by means of directional spraying of materials.
Известны устройства для распыления материалов в вакууме ионным пучком, содержащие установленные в вакуумной камере источник ионов, узел крепления мишеней из распыляемого материала и держатель с подложками. Known devices for spraying materials in vacuum by an ion beam, containing an ion source installed in a vacuum chamber, a mount of targets from the sprayed material and a holder with substrates.
Достоинствами метода распыления материалов ионным пучком являются возможность распыления любых материалов, высокая чистота процесса напыления, проводимого в условиях высокого вакуума ( ≈10-4 мм рт.ст.), высокое качество напыленных пленок (однородность состава, равномерность толщины, хорошая адгезия, механическая прочность и др.), возможность контроля и управления процессом напыления, возможность получения компонентных пленок любого состава распылением соответствующей мишени, либо распылением набора мишеней из нескольких материалов в одном процессе.The advantages of the ion beam atomization method are the ability to atomize any materials, high purity of the spraying process carried out under high vacuum (≈10 -4 mm Hg), high quality of sprayed films (uniformity of composition, uniformity of thickness, good adhesion, mechanical strength etc.), the ability to control and control the deposition process, the ability to obtain component films of any composition by spraying the corresponding target, or by spraying a set of targets from several materials in down process.
Основными недостатками данного типа устройств являются: низкая их производительность по сравнению с устройствами ионно-плазменного распыления, а также с устройствами распыления, использующими, например, резистивные, электронно-лучевые и другие типы испарителей, "широкое" угловое распределение распыляемого материала (близкое к "закону косинуса", характерному для резистивных и электронно-лучевых способов распыления), что не позволяет проводить процесс направленного распыления (локального напыления) материалов и, следовательно, приводит к большому расходу материала мишени и к загрязнению распыляемым материалом стенок камеры. The main disadvantages of this type of device are: their low productivity compared with ion-plasma spraying devices, as well as with spraying devices using, for example, resistive, electron-beam and other types of evaporators, the "wide" angular distribution of the sprayed material (close to " cosine law, which is characteristic of resistive and electron-beam sputtering methods), which does not allow the process of directed sputtering (local sputtering) of materials and, therefore, leads to a large consumption of target material and to contamination by the sprayed material of the walls of the chamber.
Известны источники интенсивных пучков ионов-дуоплазматроны, на основе которых могут быть созданы распылительные устройства с высокой производительностью (плотность тока ионов до 10 А/см2), не уступающие, например, электронно-лучевым испарителям (плотность тока порядка нескольких А/см2).Known sources of intense ion beams-duoplasmatrons, on the basis of which atomizing devices with high productivity can be created (ion current density up to 10 A / cm 2 ), not inferior, for example, to electron-beam evaporators (current density of the order of several A / cm 2 ) .
Однако основным недостатком данного типа устройств является большой угол расходимости ионного пучка, что так же не позволяет локализовать в пространство поток распыляемого вещества и приводит к большому расходу материала мишени и к загрязнению распыляемым материалом стенок камеры. However, the main disadvantage of this type of device is the large angle of divergence of the ion beam, which also does not allow to localize the flow of the atomized substance into space and leads to a large consumption of the target material and to contamination of the chamber walls with the atomized material.
Известно устройство для распыления ионным пучком, содержащее установленные в вакуумной камере источник ионов, узел крепления мишени с распыляемым материалом и держатель с обрабатываемой подложкой, в котором для локализации в пространстве потока распыляемого вещества и уменьшения загрязнения распыляемым материалом стенок камеры используются диафрагма, ограничивающую апертуру ионного пучка, и ловушка распыленного материала. A device for atomizing an ion beam containing an ion source installed in a vacuum chamber, a attachment site of a target with a spray material and a holder with a processed substrate, in which a diaphragm restricting the aperture of the ion beam is used to localize in the space the flow of the spray substance and reduce the pollution of the chamber walls with the spray material , and a spray trap.
Основными недостатками данного устройства являются:
загрязнение обрабатываемой поверхности подложки материалом диафрагмы, которая находится в рабочей зоне пучка;
неэффективность ловушки распыленного материала, поскольку ограничение апертуры ионного пучка не изменяет угловое распределение потока распыляемого материала, остающееся "широким".The main disadvantages of this device are:
contamination of the treated surface of the substrate with the material of the diaphragm, which is located in the working area of the beam;
inefficiency of the trap of atomized material, since the limitation of the aperture of the ion beam does not change the angular distribution of the flow of atomized material, which remains "wide".
Основными недостатками всех указанных выше устройств, ухудшающими их эксплуатационные характеристики, являются большой расход (непроизводительное использование) распыляемого материала мишени, загрязнение распыляемым материалом стенок рабочей камеры, что имеет решающее значение при распылении, например, дорогостоящих и токсичных материалов. The main disadvantages of all of the above devices, which worsen their operational characteristics, are the high consumption (unproductive use) of the sprayed target material, contamination of the walls of the working chamber with the sprayed material, which is crucial when spraying, for example, expensive and toxic materials.
Цель изобретения улучшение эксплуатационных характеристик за счет уменьшения загрязнения распыляемым материалов стенок камеры, повышение экономичности расхода материала мишени, расширение технологических возможностей устройства, увеличение срока службы мишени. The purpose of the invention is the improvement of operational characteristics by reducing the contamination of the sprayed materials on the walls of the chamber, increasing the efficiency of the consumption of target material, expanding the technological capabilities of the device, increasing the life of the target.
Цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем установленные в вакуумной камере источник ионов, узел крепления мишеней, несущий по меньшей мере одну мишень с распыляемым материалом, и держатель подложек, распыляемая поверхность мишени имеет форму собирающего рефлектора, а держатель подложек установлен так, чтобы обрабатываемая поверхность подложки была расположена в максимуме индикатрисы потока распыленного материала мишени. The goal is achieved in that in a known device containing an ion source installed in a vacuum chamber, a target attachment unit carrying at least one target with the sprayed material, and a substrate holder, the sprayed target surface has the shape of a collecting reflector, and the substrate holder is mounted so that the treated surface of the substrate was located at the maximum indicatrix of the flow of the sprayed target material.
Кроме того, распыляемая поверхность мишени имеет форму сферы, центр которой совмещен с обрабатываемой поверхностью подложки. In addition, the sprayed target surface has the shape of a sphere, the center of which is aligned with the treated surface of the substrate.
Кроме того, распыляемая поверхность мишени оптически связана с выходной апертурой источника ионов и с обрабатываемой поверхностью подложки. In addition, the sprayed target surface is optically coupled to the output aperture of the ion source and to the substrate surface being treated.
Кроме того, распыляемая поверхность мишени имеет форму параболы, фокус которой совмещен с обрабатываемой поверхностью подложки или с выходной апертурой источника ионов. In addition, the sprayed surface of the target has the shape of a parabola, the focus of which is aligned with the treated surface of the substrate or with the output aperture of the ion source.
Кроме того, распыляемая поверхность мишени имеет форму эллипса, один фокус которого совмещен с выходной апертурой источника ионов, а другой с обрабатываемой поверхностью подложки. In addition, the sprayed surface of the target has the shape of an ellipse, one focus of which is aligned with the output aperture of the ion source, and the other with the treated surface of the substrate.
Кроме того, распыляемая поверхность мишени выполнена в виде углубления, дно которого имеет форму собирающего рефлектора. Углубление может быть выполнено, например, в виде лунки или в виде желоба. In addition, the sprayed surface of the target is made in the form of a recess, the bottom of which has the shape of a collecting reflector. The recess can be performed, for example, in the form of a hole or in the form of a gutter.
В мишени выполнено по меньшей мере одно сквозное отверстие, боковая поверхность которого имеет форму собирающего рефлектора. При этом выходная апертура источника ионов, распыляемая поверхность мишени и обрабатываемая поверхность подложки могут быть расположены соосно. At least one through hole is made in the target, the lateral surface of which has the shape of a collecting reflector. In this case, the output aperture of the ion source, the sprayed surface of the target, and the treated surface of the substrate can be aligned.
Узел крепления мишеней и/или источник ионов снабжены приводами перемещения с возможностью смены участков распыляемой поверхности. The attachment site of the targets and / or the ion source are equipped with displacement drives with the possibility of changing sections of the sprayed surface.
Сопоставительный анализ предлагаемого устройства для распыления материалов в вакууме с известным показывает, что предлагаемое устройство отличается тем, что распыляемая поверхность мишени имеет форму собирающего рефлектора, а держатель подложек установлен так, чтобы обрабатываемая поверхность подложки была расположена в максимуме индикатрисы потока распыленного материала мишени, что позволяет уменьшить загрязнение распыляемым материалом стенок камеры и, следовательно, улучшить эксплуатационные характеристики устройства. При этом предлагаемое устройство отличается также тем, что распыляемая поверхность мишени может иметь форму сферы, центр которой совмещен с обрабатываемой поверхностью подложки, что так же позволяет уменьшить загрязнение распыляемым материалом стенок камеры. A comparative analysis of the proposed device for spraying materials in a vacuum with the known one shows that the proposed device is characterized in that the sprayed surface of the target has the shape of a collecting reflector, and the substrate holder is mounted so that the processed surface of the substrate is located at the maximum indicatrix of the flow of the sprayed target material, which allows reduce the contamination of the walls of the chamber with sprayed material and, therefore, improve the operational characteristics of the device. Moreover, the proposed device is also characterized in that the sprayed surface of the target can be in the form of a sphere, the center of which is aligned with the processed surface of the substrate, which also reduces the pollution of the walls of the chamber with the sprayed material.
Кроме того, предлагаемое устройство отличается тем, что распыляемая поверхность мишени может быть оптически связана с выходной апертурой источника ионов и с обрабатываемой поверхностью подложки. При этом распыляемая поверхность мишени может иметь форму параболы, фокус которой совмещен с обрабатываемой поверхностью подложки или с выходной апертурой источника ионов, или форму эллипса, один из фокусов которого совмещен с выходной апертурой источника ионов, а другой фокус совмещен с обрабатываемой поверхностью подложки. Указанные отличия так же позволяют уменьшить загрязнение распыляемым материалом стенок камеры. In addition, the proposed device is characterized in that the sprayed surface of the target can be optically connected with the output aperture of the ion source and with the treated surface of the substrate. In this case, the sprayed surface of the target can be in the form of a parabola, the focus of which is aligned with the treated surface of the substrate or with the output aperture of the ion source, or the shape of an ellipse, one of the foci of which is aligned with the output aperture of the ion source, and the other focus is aligned with the processed surface of the substrate. The indicated differences also make it possible to reduce the pollution of the chamber walls with the sprayed material.
Кроме того, предлагаемое устройство отличается так, что распыляемая поверхность мишени может быть выполнена в виде углубления, например, в форме лунки или желоба, дно которого имеет форму собирающего рефлектора, что повышает экономичность расхода материала мишени. In addition, the proposed device differs so that the sprayed surface of the target can be made in the form of a recess, for example, in the form of a hole or trough, the bottom of which has the shape of a collecting reflector, which increases the efficiency of the consumption of the target material.
Кроме того, предлагаемое устройство отличается тем, что в мишени может быть выполнено по меньшей мере одно сквозное отверстие, боковая поверхность которого имеет форму собирающего рефлектора, при этом выходная апертура источника ионов, распыляемая мишень и обрабатываемая поверхность подложки могут быть расположены соосно, что расширяет технологические возможности устройства. In addition, the proposed device is characterized in that at least one through-hole can be made in the target, the side surface of which has the shape of a collecting reflector, while the output aperture of the ion source, the sprayed target and the treated surface of the substrate can be aligned, which extends the technological device capabilities.
Кроме того, предлагаемое устройство отличается тем, что узел крепления мишеней и/или источник ионов могут быть снабжены приводами перемещения с возможностью смены участков распыляемой поверхности мишени, что увеличивает срок службы мишеней. In addition, the proposed device is characterized in that the attachment site of the targets and / or ion source can be equipped with movement drives with the possibility of changing sections of the sprayed surface of the target, which increases the service life of the targets.
На фиг.1 показан общий вид конструктивной схемы предлагаемого устройства для распыления материалов в вакууме; на фиг.2 варианты конструктивного исполнения устройства; на фиг.3 возможные формы распыляемой поверхности мишеней; на фиг.4 вариант конструктивного исполнения устройства с кольцевой мишенью. Figure 1 shows a General view of the structural scheme of the proposed device for spraying materials in a vacuum; figure 2 options for the design of the device; figure 3 possible shape of the sprayed surface of the targets; in Fig.4 a variant of the design of the device with a ring target.
Устройство (фиг. 1) содержит установленные в вакуумной камере 1 автономный источник ионов 2 (например, дуоплазматрон или источник Кауффмана), узел крепления мишеней 3, на котором расположены одна или несколько мишеней 4 с распыляемым материалом, и держатель подложек 5 с размещенными на нем подложками 6, подлежащими обработке. Распыляемая поверхность мишени 7 имеет форму собирающего рефлектора (вогнутого зеркала), держатель подложек 5 установлен так, что при распылении какого-либо участка мишени 4 пучком ионов с выходной апертурой 8 обрабатываемая поверхность подложки 9 находится в направлении максимума 10 индикатрисы (диаграммы направленности) потока 11 распыленного материала мишени 4. Узел крепления мишеней 3, источник ионов 2 и держатель подложек 5 могут быть снабжены соответствующими приводами перемещениями 12, 13, 14. The device (Fig. 1) contains a self-contained
Распыляемая поверхность мишени 7 может иметь сферическую форму (фиг. 2, а), при этом центр F этой сферической поверхности совмещен с обрабатываемой поверхностью подложки 9. The sprayed surface of the
Распыляемая поверхность мишени 7 может быть расположена так, чтобы она имела оптическую связь как с выходной апертурой 8 источника ионов 2, так и с обрабатываемой поверхностью подложки 9 (фиг.2, б,в,г). При этом распыляемая поверхность мишени 7 может иметь, например, параболическую форму, при этом фокус параболы F может быть совмещен или с выходной апертурой 8 источника ионов 2 (фиг. 2,б), или с обрабатываемой поверхностью подложки 9 (фиг.2,в). Распыляемая поверхность мишени 7 может быть выполнена также в форме эллипса (фиг. 2, г), при этом выходная апертура 8 источника ионов 2 может быть расположена в одном фокусе (F1), а обрабатываемая поверхность 9 подложки 6, соответственно, во втором фокусе (F2) эллипса.The sprayed surface of the
Распыляемая поверхность 7 мишени 4 может быть выполнена в виде углубления (фиг. 3,а), дно которого имеет форму собирающего рефлектора. При этом углубление может быть выполнено, например, в виде лунки (фиг.3,б) или в виде желоба (фиг.3,в). The sprayed
Мишень 4 может быть выполнена также с одним (или несколькими) сквозных отверстием, например, в виде кольца (фиг.3,г), внутренняя боковая поверхность которого имеет форму собирающего рефлектора. При этом выходная апертура 8 источника ионов 2, распыляемая поверхность 7 мишени 4 и обрабатываемая поверхность 9 подложки 6 могут быть расположены соосно (фиг.4). The
Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.
Вакуумная камера 1 (фиг.1) предварительно откачивается до высокого вакуума (10-5-10-6 мм рт. ст. ). После подачи рабочего газа например, Ar, и соответствующих напряжений на электроды ионного источника внутри него (в его разрядной камере) возникает плазменный разряд, содержащий ионы рабочего газа. С помощью ионно-оптической системы происходит формирование ("вытягивание", ускорение, фокусировка) пучка ионов, который, будучи направленным через выходную апертуру 8 на поверхность 7 мишени 4, распыляет ее. Созданный таким образом поток 11 распыленного материала мишени 4, достигая поверхности 9 подложки 6 и осаждаясь на ней, образует пленку напыленного материала с необходимой структурой и другими характеристиками (толщиной, однородностью, плотностью и др.).The vacuum chamber 1 (figure 1) is pre-pumped to a high vacuum (10 -5 -10 -6 mm RT. Art.). After supplying a working gas, for example, Ar, and the corresponding voltages to the electrodes of an ion source inside it (in its discharge chamber), a plasma discharge appears containing the working gas ions. Using an ion-optical system, the formation of an “ion beam” (acceleration, acceleration, focusing) takes place, which, being directed through the
Благодаря тому, что распыляемая поверхность 7 мишени 4 имеет форму собирающего рефлектора, поток распыленного материала 11 является существенно неизотропным, т. е. имеется направление 10, в котором индикатриса (диаграмма направленности) потока распыленного материала 11 имеет резко выраженный максимум. Due to the fact that the sprayed
Именно на этом направлении максимума индикатрисы потока распыленного материала, устанавливается обрабатываемая подложка, поэтому основная масса распыленного материала осаждается на подложке, и уменьшается загрязнение распыляемым материалом стенок камеры. It is in this direction of the maximum indicatrix of the flow of sprayed material that the processed substrate is installed, so the bulk of the sprayed material is deposited on the substrate, and the pollution of the walls of the chamber by the sprayed material is reduced.
Для увеличения срока службы мишеней одна или несколько мишеней 4 могут быть расположены на общем узле крепления 3, соединенным с приводом перемещения 12, обеспечивающим замену участка распыляемой поверхности 7 мишени 4 по мере ее "срабатывания" (изменения формы) на соседний участок с исходной формой поверхности. To increase the service life of the targets, one or
При наличии на узле крепления 3 нескольких мишеней, содержащих различные материалы, смена мишеней (или распыляемых участков их) может производиться по заданной программе непосредственно во время проведения процесса распыления. В некоторых случаях (например, когда источник ионов находится в фокусе собирающего рефлектора) замену участков распыляемой поверхности более целесообразно обеспечивать с помощью привода перемещения 13, соединенного с источником ионов 2. При этом возможен и комбинированный вариант аппаратного исполнения, при котором, например, смена участков распыляемой поверхности одной мишени 4 производится перемещением источника ионов 2, а смена различных мишеней производится перемещением узла крепления 3. If there are several targets on the
С помощью привода перемещения 14, которым может быть снабжен держатель 5 подложек 6, можно обеспечить, при необходимости, более равномерное осаждение напыляемого материала на поверхность подложки, или напыление пленок с определенным рельефом, или обработку в одном процессе нескольких подложек, причем все эти перемещения могут производиться автоматически по заданной программе. Using the
При выборе конкретного варианта конструктивного исполнения устройства, в частности, взаимного расположения источника ионов, распыляемой мишени и обрабатываемой подложки, следует учитывать многочисленные факторы, определяющие как форму ионного пучка, бомбардирующего мишень, так и форму пространственного распределения потока распыленного материала. В частности, форма ионного пучка определяется типом источника ионов, режимом его работы (потенциалами на электродах ионно-оптической системы), размерами и формой выходной апертуры, расстоянием до распыляемой мишени. When choosing a particular embodiment of the device, in particular, the relative position of the ion source, the target being sprayed, and the substrate to be treated, numerous factors should be taken into account that determine both the shape of the ion beam bombarding the target and the spatial distribution of the stream of atomized material. In particular, the shape of the ion beam is determined by the type of ion source, the mode of its operation (potentials on the electrodes of the ion-optical system), the size and shape of the output aperture, and the distance to the sprayed target.
Форма пространственного распределения потока распыленного материала зависит от энергии ионов, соотношения атомных весов вещества рабочего газа и материала мишени, угла падения ионов на поверхность мишени, структуры распыляемой поверхности мишени (аморфная, поликристаллическая, кристаллическая) и других факторов. Среди возможных типов пространственного распределения потока распыленного материала можно выделить три основных вида: изотропное (распределение по закону косинуса), "нормальное" (с ярко выраженным максимумом на диаграмме направленности-индикатрисе плотности потока распыленного материала в направлении нормали к поверхности мишени) и "зеркальное" (с максимумом индикатрисы в направлении зеркального отражения оси пучка от поверхности мишени). Как показывает анализ, при ионном распылении большинства аморфных и поликристаллических материалов, в частности металлов, наблюдаются два последних вида распределения "нормальное" и "зеркальное". "Нормальное" или "надкосинусное" распределение имеет место при распылении более легкими ионами с высокими энергиями (Е > 10 кэВ) и при малых углах падения пучка (относительно нормали к поверхности. С уменьшением энергии ионов (до 1 кэВ и менее) и с увеличением их массы при падении ионов под углом к распыляемой поверхности направление преимущественной эмиссии (максимум индикатрисы) смещается от нормали к поверхности в сторону направления, соответствующего зеркальному отражению бомбардирующих ионов. The shape of the spatial distribution of the sprayed material flow depends on the ion energy, the ratio of the atomic weights of the working gas substance and the target material, the angle of incidence of ions on the target surface, the structure of the sprayed surface of the target (amorphous, polycrystalline, crystalline) and other factors. Among the possible types of spatial distribution of the sprayed material flow, three main types can be distinguished: isotropic (distribution according to the law of cosine), “normal” (with a pronounced maximum on the radiation pattern-indicatrix of the density of the sprayed material flow in the direction normal to the target surface) and “mirror” (with a maximum of the indicatrix in the direction of specular reflection of the beam axis from the target surface). As the analysis shows, during the ion sputtering of most amorphous and polycrystalline materials, in particular metals, the last two types of distribution are “normal” and “mirror”. A "normal" or "cosine" distribution occurs when sputtering with lighter ions with high energies (E> 10 keV) and at small beam angles of incidence (relative to the normal to the surface. With a decrease in ion energy (up to 1 keV or less) and with an increase their masses when ions fall at an angle to the sprayed surface, the direction of preferential emission (maximum indicatrix) shifts from the normal to the surface in the direction corresponding to the mirror reflection of the bombarding ions.
В случае "нормального" или близкого к нему углового распределения плотности потока распыленного материала мишени наиболее целесообразной будет такая конструкция распылительного устройства, в котором распыляемая поверхность 7 мишени 4 имеет сферы (фиг.2,а), в центре которой устанавливается срабатываемая поверхность 9 подложки 6. В этом случае при любой форме пучка (параллельной или расходящейся) и независимо от угла падения пучка на поверхность мишени, направлением максимума плотности (индикатрисы) распыленного материала с любого участка распыляемой поверхности мишени будет направление к центру сферы, где и расположена подложка, т.е. будет иметь место "фокусировка" потока распыляемого материала в заданную точку на поверхность подложки. Такая конструкция устройства обеспечивает, помимо уменьшения загрязнения стенок камеры и увеличения производительности процесса ионно-лучевого напыления, возможность проведения процесса направленного распыления (локального напыления) материалов, например, для создания рельефа или для формообразования (или доводки формы) оптических и других высокоточных поверхностей. In the case of a "normal" or close to it angular distribution of the flux density of the sprayed target material, the most appropriate design of the spray device in which the sprayed
В случае углового распределения плотности потока распыленного материала, близкого к "зеркальному", более эффективной является такая конструкция распылительного устройства, при которой основная система элементов выходная апертура источника ионов распыляемая поверхность мишени обрабатываемая поверхность подложки представляет собой оптически связанную систему (фиг.2,б, в, г). Для ионных источников с расходящимся пучком (типа УЗДП, дуоплазматрон и др.) более целесообразным является выполнение распыляемой поверхности мишени в форме эллипса или параболы, в фокусе которых устанавливается выходная апертура источника ионов (точнее, условная точка "начала" пучка). При этом в случае эллиптической поверхности мишени (фиг.2,г) подложка устанавливается в другом фокусе эллипса, а в случае параболической мишени (фиг.2,б) подложка устанавливается тем, чтобы прямая линия мишень-подложка была параллельна оси параболы. In the case of an angular distribution of the flux density of the atomized material close to the “mirror” one, the design of the atomization device is more effective in which the main system of elements is the output aperture of the ion source, the sprayed target surface, the processed surface of the substrate is an optically coupled system (Fig. 2, b, c, d). For ion sources with a diverging beam (such as an ultrasonic diffusion detector, duoplasmatron, etc.), it is more expedient to make the sprayed surface of the target in the form of an ellipse or parabola, the focus of which is set to the output aperture of the ion source (more precisely, the conditional point of the beam's "beginning"). In this case, in the case of an elliptical target surface (FIG. 2, d), the substrate is installed in a different focus of the ellipse, and in the case of a parabolic target (FIG. 2, b), the substrate is set so that the straight target-substrate line is parallel to the axis of the parabola.
Для ионных источников с параллельным или слаборасходящимся пучком (например, источник Кауфмана), подложку целесообразно поместить в фокусе параболы распыляемой поверхности мишени, а источник ионов установить так, чтобы ось ионного пучка была параллельна оси параболы (фиг.2,в). For ion sources with a parallel or slightly diverging beam (for example, a Kauffman source), it is advisable to place the substrate in the focus of the parabola of the sprayed surface of the target, and set the ion source so that the axis of the ion beam is parallel to the axis of the parabola (Fig. 2, c).
С целью более экономичного расхода материала мишени ее распыляемая поверхность может быть выполнена в виде углубления (фиг.3,а), дно которого имеет форму собирающего рефлектора, а боковые стенки имеют форму, обеспечивающую перераспыление материала с их поверхности на дно углубления. Кроме того, наличие боковых стенок, т.е. "заглубление" распыляемой поверхности мишени, способствует дополнительному ограничению углового распределения распыленного материала, т.е. дополнительному уменьшению загрязнения распыляемым материалом стенок камеры. Углубление может быть выполнено, например, в виде лунки (фиг.3,б) или в виде желоба (фиг.3,в). For the purpose of more economical consumption of the target material, its sprayed surface can be made in the form of a recess (Fig. 3, a), the bottom of which has the shape of a collecting reflector, and the side walls have a shape that redistributes the material from their surface to the bottom of the recess. In addition, the presence of side walls, i.e. "deepening" of the sprayed surface of the target, further limits the angular distribution of the sprayed material, i.e. further reducing the contamination of the chamber walls with the sprayed material. The deepening can be performed, for example, in the form of a hole (Fig.3, b) or in the form of a gutter (Fig.3, c).
Дальнейшее ограничение непроизводительной части потока распыленного материала и расширение технологических возможностей устройства может быть достигнуто выполнением в мишени сквозного отверстия, (например, мишень в виде кольца) внутренняя боковая поверхность которого имеет форму собирающего рефлектора, обеспечивающую преимущественное распыление материала мишени через отверстие кольца. При этом (фиг.4) ионный источник 2, распыляемая мишень 4 и подложка 6 могут быть установлены на одной оси. Поскольку в последнем случае распыляемой поверхностью мишени является внутренняя боковая поверхность 7 кольца, и обрабатываемая поверхность 9 подложки 6 может находиться в зоне прямого действия ионного пучка, то процесс распыления будет иметь некоторые особенности. В случае использования металлической мишени 4 и диэлектрической подложки 6 процесс распыления пойдет без особенностей, если использовать не нейтрализованный электронами "чистый" ионный пучок. В этом случае обрабатываемая поверхность диэлектрической подложки накапливает положительный заряд и "отражает" пучок ионов. В то же время нейтральные атомы распыляемой металлической мишени беспрепятственно могут осаждаться на подложке. Further limitation of the non-productive part of the flow of atomized material and the expansion of the technological capabilities of the device can be achieved by making a through hole in the target (for example, a target in the form of a ring) whose inner side surface has the shape of a collecting reflector, which provides preferential sputtering of the target material through the ring opening. In this case (figure 4), the
При распылении металлических мишеней на металлическую подложку или диэлектриков на диэлектрическую подложку (с нейтрализацией ионного пучка) процесс напыления так же будет происходить, однако, с несколько меньшей скоростью. Возможность напыления здесь обусловлена известной зависимостью скорости распыления от угла падения ионов: максимальная скорость распыления большинства материалов наблюдается при больших углах падения ионов относительно нормали к поверхности (при α 50-75о), и эта максимальная скорость в 2-4 раза больше скорости распыления при нормальном падении. В нашем случае, следовательно, скорость распыления мишени, а значит и скорость напыления на подложку будет больше скорости распыления этого материала с подложки из-за прямой бомбардировки ее ионами пучка (при нормальном падении). Подбором соответствующих условий (форма распыляемой поверхности, форма апертуры пучка, расстояние мишень-подложка и др.) можно регулировать скорость процесса напыления.When sputtering metal targets on a metal substrate or dielectrics on a dielectric substrate (with neutralization of the ion beam), the deposition process will also occur, however, at a slightly lower speed. The possibility of sputtering here is due to the well-known dependence of the sputtering rate on the angle of incidence of ions: the maximum sputtering rate of most materials is observed at large angles of incidence of ions relative to the normal to the surface (at α 50-75 о ), and this maximum speed is 2-4 times higher than the sputtering rate at normal fall. In our case, therefore, the sputtering speed of the target, and hence the speed of sputtering on the substrate, will be higher than the speed of sputtering of this material from the substrate due to direct bombardment by beam ions (with normal incidence). By selecting the appropriate conditions (the shape of the sprayed surface, the shape of the aperture of the beam, the distance of the target substrate, etc.), you can control the speed of the spraying process.
Таким образом, предлагаемое устройство улучшает эксплуатационные характеристики за счет уменьшения загрязнения распыляемым материалом стенок камеры. Thus, the proposed device improves performance by reducing the pollution of the sprayed material on the walls of the chamber.
Кроме того, предлагаемое устройство повышает экономичность расхода материала мишени за счет уменьшения непроизводительной части потока распыляемого материала. In addition, the proposed device improves the efficiency of the consumption of material of the target by reducing the unproductive part of the flow of sprayed material.
Кроме того, предлагаемое устройство имеет более широкие технологические возможности за счет большого выбора конструктивных вариантов исполнения распыляемых мишеней и взаимного расположения элементов системы; ионный источник распыляемая мишень подложка в рамках предлагаемого технического решения устройства для распыления материалов в вакууме. In addition, the proposed device has wider technological capabilities due to the large selection of design options for the execution of the spray targets and the relative position of the elements of the system; ion source sprayed target substrate in the framework of the proposed technical solution of the device for spraying materials in vacuum.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5043524 RU2049152C1 (en) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Apparatus for vacuum deposition of materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5043524 RU2049152C1 (en) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Apparatus for vacuum deposition of materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2049152C1 true RU2049152C1 (en) | 1995-11-27 |
Family
ID=21604913
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5043524 RU2049152C1 (en) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Apparatus for vacuum deposition of materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2049152C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2455387C2 (en) * | 2006-03-31 | 2012-07-10 | Хойа Корпорейшн | Ion gun system, vapour deposition apparatus and method of making lens |
RU2599587C1 (en) * | 2015-05-27 | 2016-10-10 | Российская Федерация от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Device for application of diffusion coatings |
RU2657671C2 (en) * | 2015-11-26 | 2018-06-14 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт точного машиностроения" | Device for forming multicomponent and multilayer coatings |
RU2727235C2 (en) * | 2016-01-26 | 2020-07-21 | Боэ Текнолоджи Груп Ко., Лтд. | Device for application of coating with moving target and method of coating application |
-
1992
- 1992-03-26 RU SU5043524 patent/RU2049152C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 834800, кл. H 01J 37/30, 1981. * |
Патент США N 4724060, кл. C 23C 14/34, 1985. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2455387C2 (en) * | 2006-03-31 | 2012-07-10 | Хойа Корпорейшн | Ion gun system, vapour deposition apparatus and method of making lens |
RU2599587C1 (en) * | 2015-05-27 | 2016-10-10 | Российская Федерация от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Device for application of diffusion coatings |
RU2657671C2 (en) * | 2015-11-26 | 2018-06-14 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт точного машиностроения" | Device for forming multicomponent and multilayer coatings |
RU2727235C2 (en) * | 2016-01-26 | 2020-07-21 | Боэ Текнолоджи Груп Ко., Лтд. | Device for application of coating with moving target and method of coating application |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7405415B2 (en) | Ion source with particular grid assembly | |
RU2224050C2 (en) | Method and apparatus for deposition of biaxially oriented textured coatings | |
US4812326A (en) | Evaporation source with a shaped nozzle | |
EP1184483A2 (en) | Thin-film formation system and thin-film formation process | |
US6063455A (en) | Apparatus for manufacturing diamond film having a large area and method thereof | |
JPH073450A (en) | Magnetron sputtering source for low-pressure operation | |
WO1995003436A1 (en) | Stationary aperture plate for reactive sputter deposition | |
JPH07116599B2 (en) | Spatter device | |
JPS636977B2 (en) | ||
RU2049152C1 (en) | Apparatus for vacuum deposition of materials | |
US20020134668A1 (en) | Apparatus and method for uniformly depositing thin films over substrates | |
CN103459652A (en) | Apparatus and method for surface processing | |
US5019712A (en) | Production of focused ion cluster beams | |
US3267015A (en) | Systems and processes for coating by evaporation | |
US20050145477A1 (en) | Device for targeted application of deposition material to a substrate | |
WO2012047982A2 (en) | Plume steering | |
JPH05255842A (en) | Laser sputtering device | |
US8979282B2 (en) | Device for projecting an image on a surface and device for moving said image | |
JP3336421B2 (en) | Sputtering equipment | |
JPH07282758A (en) | 3-grid ion optics system | |
SU834800A1 (en) | Installation for processing article optical surfaces | |
EP0445897B1 (en) | Process for deposition of thin and very thin layers | |
RU194223U1 (en) | Thin film coating device | |
CN1725424A (en) | Improved ion gun | |
RU2066704C1 (en) | Device for deposition of thin films in vacuum |