RU2285742C2 - Method of application of metallic coat on dielectric substrate and device for realization of this method - Google Patents
Method of application of metallic coat on dielectric substrate and device for realization of this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2285742C2 RU2285742C2 RU2004122691/02A RU2004122691A RU2285742C2 RU 2285742 C2 RU2285742 C2 RU 2285742C2 RU 2004122691/02 A RU2004122691/02 A RU 2004122691/02A RU 2004122691 A RU2004122691 A RU 2004122691A RU 2285742 C2 RU2285742 C2 RU 2285742C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- substrate
- plasma
- size
- distance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Данное изобретение относится к оборудованию для плазменной технологии, в частности к устройствам для нанесения металлизации на устройства микромеханики, фильтры, линии задержки, интегральные микросхемы и печатные платы. В современной технологии стоит задача подвода внешних электрических сигналов к сформированным на диэлектрической подложке элементам, для чего необходимо нанесение контактных площадок и иногда проводников, причем область поверхности, занятая металлическим покрытием, составляет незначительную часть общей поверхности, а толщина наносимого слоя не превышает нескольких долей микрона. В качестве металла, используемого для нанесения контактов, обычно используются благородные металлы (золото, платина или серебро). В настоящее время для нанесения таких покрытий используются стандартные магнетронные распылительные устройства [1]. При этом металлическое покрытие наносится на всю поверхность подложки. Поэтому процесс формирования контактных площадок включает в себя необходимость травления слоев металла той части подложки, которая должна быть открытой. Необходимость снизить расходы драгметаллов на травление настолько актуальна, что были разработаны специальные процессы, исключающие нанесение толстых слоев металла на участки, которые должны быть свободными путем создания специальной структуры на поверхности подложки [2, 3]. Еще один недостаток магнетронных распылительных устройств связан с трудностями изменения рабочего режима (давления газа и тока разряда), который во многом определяется материалом мишени и величиной и пространственным распределением магнитного поля.This invention relates to equipment for plasma technology, in particular to devices for applying metallization to micromechanical devices, filters, delay lines, integrated circuits and printed circuit boards. In modern technology, the task is to supply external electrical signals to the elements formed on the dielectric substrate, which requires the application of contact pads and sometimes conductors, the surface area occupied by the metal coating being an insignificant part of the total surface, and the thickness of the applied layer does not exceed a few fractions of a micron. Noble metals (gold, platinum or silver) are usually used as the metal used for applying contacts. Currently, standard magnetron spraying devices are used for applying such coatings [1]. In this case, a metal coating is applied to the entire surface of the substrate. Therefore, the process of forming contact pads includes the need to etch metal layers of that part of the substrate that should be open. The need to reduce the cost of precious metals for etching is so urgent that special processes have been developed that exclude the application of thick layers of metal to areas that should be free by creating a special structure on the surface of the substrate [2, 3]. Another drawback of magnetron sputtering devices is the difficulty in changing the operating mode (gas pressure and discharge current), which is largely determined by the target material and the magnitude and spatial distribution of the magnetic field.
Кроме того, нанесение качественного покрытия магнетроном включает в себя обязательную очистку мишени перед нанесением покрытия на подложку, заключающуюся в распылении поверхностного слоя, содержащего нежелательные примеси, поглощенные поверхностью на заслонку. Процесс очистки может иметь намного большую продолжительность, чем непосредственное нанесения покрытия, составляющее иногда несколько секунд, так как требуемая толщина контактных площадок составляет десятые доли микрона и меньше. Малое время напыления создает проблему толщины наносимого слоя, так как существуют проблемы обрыва процесса напыления при использовании для этого как механических, так и электрических средств. Таким образом, существующая технология нанесения контактных площадок сопровождается большим непроизводительным расходом дорогого материала мишени.In addition, the application of a high-quality coating by a magnetron includes mandatory cleaning of the target before coating the substrate, which consists in spraying a surface layer containing undesirable impurities absorbed by the surface onto the shutter. The cleaning process can have a much longer duration than direct coating, sometimes amounting to several seconds, since the required thickness of the contact pads is tenths of a micron or less. A short spraying time creates a problem of the thickness of the applied layer, since there are problems of interrupting the spraying process when using both mechanical and electrical means. Thus, the existing technology for the application of contact pads is accompanied by a large unproductive consumption of expensive target material.
В силу малой толщины наносимых покрытий альтернативой магнетронному распылению может быть катодное распыление в отсутствие магнитного поля [4]. Недостатком подобных устройств и реализуемых с их помощью способов напыления является существенное повышение давления рабочего газа (обычно аргона) в силу увеличения потерь заряженных частиц за счет дрейфа в постоянном электрическом поле, что приводит к понижению качества наносимого покрытия вследствие захвата примесей и многократного рассеяния атомов распыляемого металла в процессе его диффузии к подложке. Кроме того, в силу того, что подложка часто является диэлектриком, необходимо использование внешнего анода, на котором и будет осаждаться основная масса распыляемого металла. Использование диодных ВЧ-систем распыления [5], в которых подложка помещается на подложкодержатель, являющийся одним из электродов, в данном случае нежелательно, так как наличие ВЧ-полей вблизи подложки может привести к пробою диэлектрика. Кроме того, для исключения распыления подложки подложкодержатель должен иметь площадь много больше, чем мишень, что в свою очередь увеличивает непроизводительный расход материала. Попытка ограничить поток ионов за счет коллиматора не приводит к успеху в диодных системах, так как вызывает увеличение потерь заряженных частиц и повышение необходимых для поддержания разряда ВЧ электрического поля и давления рабочего газа.Due to the small thickness of the applied coatings, cathodic sputtering in the absence of a magnetic field can be an alternative to magnetron sputtering [4]. The disadvantage of such devices and spraying methods implemented with their help is a significant increase in the pressure of the working gas (usually argon) due to an increase in the loss of charged particles due to drift in a constant electric field, which leads to a decrease in the quality of the applied coating due to trapping of impurities and multiple scattering of atomized metal atoms during its diffusion to the substrate. In addition, due to the fact that the substrate is often a dielectric, it is necessary to use an external anode, on which the bulk of the atomized metal will be deposited. The use of diode RF sputtering systems [5], in which the substrate is placed on a substrate holder, which is one of the electrodes, is undesirable in this case, since the presence of RF fields near the substrate can lead to breakdown of the dielectric. In addition, to prevent spraying of the substrate, the substrate holder should have an area much larger than the target, which in turn increases the unproductive consumption of material. An attempt to limit the ion flux due to the collimator does not lead to success in diode systems, since it causes an increase in the loss of charged particles and an increase in the necessary to maintain the discharge of the RF electric field and the pressure of the working gas.
Наиболее близким к рассматриваемому является способ нанесения покрытия в несамостоятельном газовом разряде [6]. В этом способе подложку располагают напротив мишени в плазме, созданной тлеющим разрядом в рабочем газе, и подают на мишень отрицательный потенциал, для того чтобы обеспечить отрицательные потенциал мишени относительно плазмы и распыление материала мишени.Closest to the considered is the method of coating in a non-self-contained gas discharge [6]. In this method, the substrate is placed opposite the target in the plasma created by a glow discharge in the working gas, and a negative potential is applied to the target in order to provide negative potential of the target relative to the plasma and sputtering of the target material.
Первой технической задачей, решаемой в данном изобретении, является уменьшение расхода материала мишени при нанесении металлического покрытия. Второй технической задачей - увеличение точности установления толщины напыленного слоя. Третьей технической задачей является улучшение качества напыляемого покрытия за счет уменьшения давления рабочего газа и увеличения степени ионизации газа и распыляемого вещества мишени. Четвертой технической задачей является увеличение срока работы без проведения технического обслуживания. Пятая техническая задача заключается в увеличении выхода годных изделий при нанесении покрытия на диэлектрическую подложку за счет защиты подложки от электромагнитных полей, генерируемых в плазме. Шестая техническая задача состоит в упрощении сбора вещества, распыляемого с мишени для его повторного использования в технологическом процессе. И, наконец, седьмая техническая задача состоит в локализации наносимого покрытия в заданных точках подложки для упрощения дальнейшего формирования топологии металлического покрытия с помощью последующих процессов фотолитографии и травления. Поставленные технические задачи решаются при выполнении следующих условий.The first technical problem solved in this invention is to reduce the consumption of target material when applying a metal coating. The second technical task is to increase the accuracy of determining the thickness of the sprayed layer. The third technical task is to improve the quality of the sprayed coating by reducing the pressure of the working gas and increasing the degree of ionization of the gas and the sprayed substance of the target. The fourth technical challenge is to increase the life of the unit without maintenance. The fifth technical problem is to increase the yield of products when coating a dielectric substrate by protecting the substrate from electromagnetic fields generated in the plasma. The sixth technical challenge is to simplify the collection of the substance sprayed from the target for reuse in the process. And finally, the seventh technical task is to localize the applied coating at predetermined points of the substrate to simplify the further formation of the topology of the metal coating using subsequent photolithography and etching processes. The assigned technical tasks are solved under the following conditions.
Первая и вторая технические задачи решаются тем, что в известном способе нанесения металлического покрытия на диэлектрическую подложку, включающем катодное распыление материала мишени, которую помещают в плазму, создаваемую в рабочем газе дополнительным источником, и на которую подают отрицательное смещение относительно плазмы, поперечный размер мишени выбирают в пределах от 0,2 мм до максимального из значений 5 мм и удвоенного поперечного размера покрытия, подложку располагают на расстоянии не менее 0,5 мм от мишени и не более длины свободного пробега атома мишени, а сумму расстояний от подложки до мишени и размера мишени в перпендикулярном к подложке направлении устанавливают не менее суммы толщин слоев пространственного заряда у мишени и подложки и не более максимальной из величин - поперечного размера покрытия и удвоенной суммы толщин слоев пространственного заряда у мишени и подложки, мишень и подложку перемещают друг относительно друга с точностью позиционирования не менее половины суммы поперечного размера покрытия и поперечного размера мишени, давление рабочего газа выбирают таким образом, чтобы расстояние между мишенью и подложкой было меньше длины свободного пробега атома мишени, а скорость перемещения мишени относительно подложки выбирают таким образом, чтобы обеспечить заданную толщину покрытия, при этом скорость напыления регулируют изменением напряжения на подложке и изменением мощности генератора плазмы.The first and second technical problems are solved by the fact that in the known method of applying a metal coating on a dielectric substrate, comprising cathodic sputtering of the target material, which is placed in the plasma created in the working gas by an additional source, and to which a negative bias relative to the plasma is applied, the transverse size of the target is chosen ranging from 0.2 mm to the maximum of 5 mm and double the transverse size of the coating, the substrate is placed at a distance of not less than 0.5 mm from the target and not more than the length of freedom one path of the target atom, and the sum of the distances from the substrate to the target and the size of the target in the direction perpendicular to the substrate set at least the sum of the thicknesses of the space charge layers at the target and the substrate and no more than the maximum of the transverse size of the coating and twice the sum of the thicknesses of the space charge layers targets and substrates, the target and the substrate are moved relative to each other with positioning accuracy of at least half the sum of the transverse dimension of the coating and the transverse dimension of the target, the working pressure of the gas is chosen so that the distance between the target and the substrate is less than the mean free path of the target atom, and the velocity of the target relative to the substrate is chosen so as to provide a given coating thickness, while the deposition rate is controlled by changing the voltage on the substrate and changing the power of the plasma generator .
Задача улучшения качества напыляемого покрытия за счет уменьшения давления рабочего газа и увеличения степени ионизации газа и распыляемого вещества мишени при дополнительном уменьшении расхода материала мишени при нанесении покрытия решается тем, что в способе по п.1 плазму создают с помощью индуктивного ВЧ-источника плазмы.The task of improving the quality of the spray coating by reducing the pressure of the working gas and increasing the degree of ionization of the gas and the spray material of the target with an additional decrease in the consumption of target material during coating is solved by the fact that in the method according to
Задача дальнейшего улучшения качества напыляемого покрытия за счет уменьшения давления рабочего газа и увеличения степени ионизации газа и распыляемого вещества мишени при дополнительном уменьшении расхода материала мишени при нанесении покрытия решается тем, что в способе по п.2 плазму создают с помощью индуктивного ВЧ-источника плазмы, содержащего плоскую индуктивную спиральную антенну для возбуждения ВЧ-разряда, согласующее устройство и ВЧ-генератор, соединенные коаксиальным кабелем, причем расстояние между подложкой и индуктивной антенной устанавливают по крайней мере в два раза больше глубины проникновения ВЧ-поля в плазму в рабочем режиме l=c/ωPe, где с - скорость света, ωPe=(4πnее2/m)1/2 - плазменная частота, nе - плотность электронов в плазме в рабочем режиме (см-3), е, m - заряд (4,8·10-10 СГСЭq) и масса электрона (9,1·10-28 г).The task of further improving the quality of the spray coating by reducing the pressure of the working gas and increasing the degree of ionization of the gas and the spray material of the target with an additional decrease in the consumption of target material during coating is solved by the fact that in the method according to
Задача увеличения срока работы без проведения технического обслуживания ВЧ-источника плазмы решается также тем, что в способе по п.3 плоскую индуктивную спиральную антенну для возбуждения ВЧ-разряда заслоняют от мишени с помощью расположенного параллельно поверхности антенны рядом с мишенью и механически соединенного с ней диэлектрического экрана, размер которого в два раза превышает сумму расстояния от мишени до подложки и максимального размера мишени.The task of increasing the life without maintenance of the RF plasma source is also solved by the fact that in the method according to
Задача увеличения срока работы без проведения технического обслуживания ВЧ-источника плазмы решается также тем, что в способе по п.2 подложку помещают на подложкодержатель и располагают последний в центральной части рабочей камеры между мишенью и антенной, на расстоянии от антенны по крайней мере в два раза больше глубины проникновения ВЧ-поля в плазму в рабочем режиме l=с/ωPe, где с - скорость света, ωPe=(4πnee2/m)1/2 - плазменная частота, nе - плотность электронов в плазме в рабочем режиме (см-3), е, m - заряд (4,8·10-10 СГСЭq) и масса электрона (9,1·10-28 г), экранируя антенну от распыленного вещества мишени.The problem of increasing the life without maintenance of the RF plasma source is also solved by the fact that in the method according to
Техническая задача увеличения выхода годных изделий решается тем, что в способе по п.5 используют металлический подложкодержатель, что позволяет дополнительно защитить подложку от ВЧ-поля, генерируемого антенной в момент поджига разряда.The technical problem of increasing the yield of suitable products is solved by the fact that in the method according to
Техническая задача улучшения локализации наносимого вещества в заданных точках мишени решается тем, что в способе по любому из пунктов 1-6 ограничивают поток распыляемого металла на подложку с помощью коллиматора, высота которого равна (0,5-2) суммы расстояния от мишени до подложки и размера мишени в направлении, перпендикулярном подложке, а расстояние между коллиматором и мишенью больше удвоенной толщины слоя пространственного заряда вблизи мишени и меньше суммы размера мишени в направлении, перпендикулярном подложке и удвоенной толщины слоя пространственного заряда вблизи мишени.The technical task of improving the localization of the applied substance at predetermined points of the target is solved by the fact that in the method according to any one of paragraphs 1-6, the flow of the sprayed metal onto the substrate is limited by a collimator whose height is (0.5-2) the sum of the distance from the target to the substrate and the size of the target in the direction perpendicular to the substrate, and the distance between the collimator and the target is greater than twice the thickness of the space charge layer near the target and less than the sum of the size of the target in the direction perpendicular to the substrate and doubled thickness space charge layer near the target.
Техническая задача улучшения локализации наносимого вещества в заданных точках мишени решается тем, что в способе по любому из пунктов 1-6 подложку закрывают съемной маской с необходимой топологией.The technical task of improving the localization of the applied substance at given points of the target is solved by the fact that in the method according to any one of paragraphs 1-6, the substrate is closed with a removable mask with the necessary topology.
Заявляется также устройство для реализации способа. Наиболее близким к заявляемому устройству является триодный плазменный реактор [4], стр.202. Реактор содержит рабочую камеру, выполненную из металла, средства откачки и напуска газа в рабочую камеру, источник плазмы в вакуумной камере, металлическую мишень, состоящую из напыляемого материала, подключенную к отрицательному полюсу источника постоянного напряжения, положительный полюс которого подключен к рабочей камере, и подложку, расположенную напротив мишени, на которую осуществляется напыление. Недостатками указанного устройства являются малая скорость напыления, связанная с небольшой плотностью электронов в газе, недостаточное качество покрытия, связанное с относительно высоким давлением рабочего газа, а также большой бесполезный расход материала мишени при работе с подложками, если металлическое покрытие должно занимать малую часть поверхности подложки.A device for implementing the method is also claimed. Closest to the claimed device is a triode plasma reactor [4], p.202. The reactor contains a working chamber made of metal, means for pumping and injecting gas into the working chamber, a plasma source in a vacuum chamber, a metal target consisting of a sprayed material, connected to the negative pole of a constant voltage source, the positive pole of which is connected to the working chamber, and a substrate located opposite the target, which is sprayed. The disadvantages of this device are the low deposition rate associated with the low electron density in the gas, the insufficient coating quality associated with the relatively high pressure of the working gas, and also the large useless consumption of the target material when working with substrates, if the metal coating should occupy a small part of the substrate surface.
Первая техническая задача изобретения решена тем, что в устройстве для нанесения металлического покрытия на диэлектрическую подложку, содержащем рабочую камеру, средства откачки и напуска рабочего газа, генератор плазмы, обеспечивающий возможность изменения плотности плазмы в рабочей камере, металлическую мишень, состоящую из напыляемого материала, подключенную к источнику напряжения, выполненному с возможностью регулировки напряжения и создания отрицательного смещения на мишени, диэлектрическую подложку, мишень имеет поперечный размер от 0,2 мм до 5 мм и удвоенного поперечного размера покрытия и расположена на расстоянии от подложки не менее 0,5 мм, а сумма расстояний от подложки до мишени и размера мишени в перпендикулярном к подложке направлении не менее суммы толщин слоев пространственного заряда у мишени и подложки в рабочем режиме и не более максимальной из величин - поперечного размера покрытия и удвоенной суммы толщин слоев пространственного заряда у мишени и подложки, мишень и подложка установлены с возможностью перемещения друг относительно друга с точностью позиционирования не менее половины суммы поперечного размера покрытия и поперечного размера мишени, а устройство выполнено с возможностью регулировки скорости перемещения мишени относительно подложки.The first technical problem of the invention is solved in that in a device for applying a metal coating on a dielectric substrate containing a working chamber, means for pumping and inlet of a working gas, a plasma generator that allows the plasma density in the working chamber to be changed, a metal target consisting of a sprayed material, connected to a voltage source configured to adjust the voltage and create a negative bias on the target, the dielectric substrate, the target has a transverse p the size is from 0.2 mm to 5 mm and doubled the transverse dimension of the coating and is located at a distance from the substrate of at least 0.5 mm, and the sum of the distances from the substrate to the target and the size of the target in the direction perpendicular to the substrate is not less than the sum of the thicknesses of the space charge layers targets and substrates in the operating mode and not more than the maximum of the values — the transverse size of the coating and twice the sum of the thicknesses of the space charge layers at the target and the substrate, the target and the substrate are installed with the possibility of moving relative to each other with accuracy th ranking not less than half of the transverse dimension of the coating and the transverse size of the target, and the device is adapted to adjust the speed of movement of the target relative to the substrate.
Задача улучшения качества напыляемого покрытия за счет уменьшения давления рабочего газа и увеличения степени ионизации газа и распыляемого вещества мишени решается тем, что в устройстве по п.9 в качестве источника плазмы использован индуктивный высокочастотный разряд.The task of improving the quality of the sprayed coating by reducing the pressure of the working gas and increasing the degree of ionization of the gas and the sprayed target material is solved by the fact that in the device according to
Задача дополнительного улучшения качества напыляемого покрытия решается также тем, что в устройстве по п.10 источник плазмы содержит плоскую индуктивную спиральную антенну для возбуждения ВЧ-разряда, согласующее устройство и ВЧ-генератор, соединенные коаксиальным кабелем, причем расстояние между подложкой и индуктивной антенной превышает глубину проникновения ВЧ-поля в плазму в рабочем режиме l=с/ωPe не менее чем в два раза, где с - скорость света, ωPe=(4πnee2/M)1/2 - плазменная частота, nе - плотность электронов в разряде в рабочем режиме (см-3), е, m - заряд (4,8·10-10 СГСЭq) и масса электрона (9,1·10-28 г).The task of further improving the quality of the sprayed coating is also solved by the fact that in the device according to
Задача увеличения срока работы без проведения технического обслуживания ВЧ-источника плазмы решается тем, что в устройство по п.11 введен дополнительно диэлектрический экран, размер которого в два раза превышает сумму расстояний от мишени до подложки и максимального размера мишени, расположенный между мишенью и антенной параллельно поверхности последней.The task of increasing the life without maintenance of the RF plasma source is solved by the fact that, according to
Задача увеличения срока работы без проведения технического обслуживания ВЧ-источника плазмы решается также тем, что в устройстве по п.11 подложка расположена на дополнительно введенном подложкодержателе, который помещен в центральной части рабочей камеры между мишенью и антенной.The task of increasing the life without maintenance of the RF plasma source is also solved by the fact that in the device according to
Техническая задача увеличения выхода годных изделий решается тем, что в устройстве по п.13 подложкодержатель выполнен из металла.The technical problem of increasing the yield of suitable products is solved by the fact that in the device according to
Техническая задача улучшения локализации наносимого вещества в заданных точках мишени и сбора вещества мишени, распыляемого в рабочую камеру, решается тем, что в устройстве по любому из пунктов 9-14 дополнительно установлен коллиматор потока распыляемого металла, высота которого лежит в пределах от 0,5 до 2 суммы расстояний от мишени до подложки и размера мишени в направлении, перпендикулярном подложке, а расстояние между коллиматором и мишенью лежит в пределах между удвоенной толщиной слоя пространственного заряда вблизи мишени и суммы размера мишени в направлении, перпендикулярном подложке и удвоенной толщины слоя пространственного заряда вблизи мишени.The technical task of improving the localization of the applied substance at predetermined points of the target and collecting the target substance sprayed into the working chamber is solved by the fact that the device according to any one of paragraphs 9-14 additionally has a collimator of the sprayed metal flow, the height of which ranges from 0.5 to 2 the sum of the distances from the target to the substrate and the size of the target in the direction perpendicular to the substrate, and the distance between the collimator and the target lies between twice the thickness of the space charge layer near the target and the sum p zmera target in the direction perpendicular to the substrate and twice the thickness of the space charge layer near the target.
Техническая задача улучшения локализации наносимого вещества в заданных точках мишени решается также тем, что в устройстве по любому из пунктов 9-14 мишень закрыта съемной маской.The technical task of improving the localization of the applied substance at predetermined points of the target is also solved by the fact that in the device according to any one of paragraphs 9-14, the target is covered by a removable mask.
Изобретение иллюстрируется чертежами. Фиг.1 иллюстрирует стандартную магнетронную установку для нанесения металлических покрытий. Фиг.2 содержит общую схему устройства на базе триодного плазмохимического реактора, фиг.3 - вариант выполнения мишени и ее расположение над подложкой, фиг.4 - схему устройства на базе индуктивного ВЧ-разряда, фиг.5 - два варианта индуктивной антенны в виде однозаходной и многозаходной спиралей, фиг.6-10 - различные варианты устройства с использованием генератора плазмы на базе индуктивного ВЧ-разряда. На фиг.11 показана конструкция коллиматора для исключения нанесения металлизации на участки подложки, удаленные от мишени.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 illustrates a standard magnetron installation for applying metal coatings. Figure 2 contains a general diagram of a device based on a triode plasma-chemical reactor, Figure 3 is an embodiment of a target and its location above a substrate, Figure 4 is a diagram of a device based on an inductive RF discharge, Figure 5 is two variants of a single-input inductive antenna and multi-helix, 6-10 - various variants of the device using a plasma generator based on inductive RF discharge. Figure 11 shows the design of the collimator to prevent the deposition of metallization on portions of the substrate remote from the target.
Рассмотрим сначала стандартное устройство нанесения покрытий (Фиг.1). В рабочей камере, состоящей из корпуса 1 и съемной крышки 2 с вакуумным уплотнением между ними 3, расположены подложкодержатель 4 и обрабатываемая подложка 5. Устройство содержит систему управления давлением газа в рабочей камере в виде системы напуска газа в камеру 6 и откачки газа 7. Магниты 8 создают магнитное поле на поверхности мишени 9, состоящей из распыляемого материала. Мишень подключена к отрицательному полюсу источника постоянного тока 10 и таким образом является катодом, положительный полюс которого соединен с рабочей камерой. Магнитное поле вблизи поверхности мишени представляет собой магнитную ловушку для электронов, эмиттируемых мишенью под действием бомбардировки ионами нейтрального газа, и приводит к существенному увеличению плотности плазмы. На мишень подается отрицательное напряжение, обычно от 400 до 1500 В в зависимости от материала и конструкции катода. Типичная величина магнитного поля составляет около 1 кГс в области максимума и 200 Гс в области минимума магнитного поля. Достижение более сильных полей существенно удорожает установку. Ларморовский радиус электрона в этом поле составляет около 0.01-0.05 см. Поперечный размер области распыления мишени должен быть много больше ларморовского радиуса (в противном случае неоднородное магнитное поле не приводит к образованию магнитной ловушки и использование магнитного поля бессмысленно), таким образом, область распыления обычно имеет размер 1-2 см. Диаметр мишени (или ее минимальный размер для плоской мишени) обычно превышает этот размер в 2-3 раза. Плотность ионного тока в области распыления составляет обычно около 40 мА/см2. При скорости напыления 2 мкм/мин требуемое время напыления металлического покрытия толщиной 0.1 мкм составляет около 2 секунд.Consider first a standard coating device (Figure 1). In the working chamber, which consists of a
В заявляемом устройстве (Фиг.3, 4, 6-10) максимальный размер мишени 9 обычно не превышает 0.5 см вдоль любого из направлений, что позволяет существенно снизить массу и стоимость мишени. При этом использование магнитного поля по изложенным выше соображениям для увеличения разрядного тока и стабилизации разряда бессмысленно. В примере реализации изобретения, приведенном на фиг.2, разряд создается между катодом 12 и анодом 13, подключенными к внешнему блоку питания 14 и разнесенными возможно на большие расстояния для снижения рабочего давления газа в камере. Катод может быть выполнен холодным или накаленным для снижения напряжения на разряде. Распыляемая мишень 9, соединенная с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения 10, помещается в камеру на системе держателей 11, обеспечивающих перемещение мишени вдоль поверхности подложки, с сохранением постоянного расстояния между мишенью и подложкой. Держатели 11 могут представлять собою плавающие (т.е. отключенные электрически от других элементов устройства) электроды или же могут быть выполнены из диэлектрика. Провод, соединяющий отрицательный полюс источника 10, проходит внутри держателей 11 и электрически изолирован от плазмы, заполняющей объем камеры. Давление в камере при реализации способа выбирают таким образом, чтобы распыляемые атомы мишени достигали подложки в режиме свободного пробега, т.е. длина свободного пробега распыленных атомов мишени превышала расстояние от мишени до подложки. Скорость распыления определяется ионным током на мишень, поэтому данное устройство позволяет регулировать скорость напыления покрытия с помощью регулировки тока между катодом 12 и анодом 13. Изменять скорость распыления мишени можно также изменением отрицательного напряжения на мишени, так как при этом изменяется коэффициент распыления [5].In the inventive device (Fig.3, 4, 6-10), the maximum size of the
Существенным для реализации данного изобретения является выбор поперечного размера мишени d, ее размера h в перпендикулярном к поверхности подложки направлении h и расстояния Н между мишенью и подложкой (Фиг.3). Рассмотрим сначала короткую мишень (h≪d). Форма поверхности последней, обращенная к подложке, может быть полусферической, или плоской, или иметь переходную форму. В первом случае поток распыленных атомов не зависит от направления, а во втором угловое распределение потока атомов от поликристаллической мишени может быть приближенно представлено функцией cosφ [12], [13]. При оценке будем исходить из равномерного распределения, так как этот вариант представляет собой наихудший вариант реализации изобретения. Плотность напыления от тонкой, размером много меньше расстояния от подложки может быть оценена из простых геометрических соображений в предположении прямолинейности траекторий ионовEssential for the implementation of this invention is the choice of the transverse size of the target d, its size h in the direction h perpendicular to the surface of the substrate and the distance H between the target and the substrate (Figure 3). Consider first the short target (h≪d). The surface shape of the latter, facing the substrate, can be hemispherical, or flat, or have a transitional shape. In the first case, the flux of atomized atoms does not depend on the direction, and in the second, the angular distribution of the atom flux from the polycrystalline target can be approximately represented by the cosφ function [12], [13]. In the assessment, we will proceed from a uniform distribution, since this option is the worst-case scenario. The deposition density from a thin, much smaller than the distance from the substrate can be estimated from simple geometric considerations under the assumption that the ion paths are straightforward
где r - расстояние от перпендикуляра к поверхности подложки, проходящего через центр симметрии мишени до точки наблюдения (Фиг.9), I0 - величина, которая характеризует скорость распыления вещества мишени. При больших r, когда 
Все приведенные рассуждения легко обобщаются на случай мишени, вытянутой вдоль направления наносимого покрытия.All the above considerations are easily generalized to the case of a target elongated along the direction of the applied coating.
Таким образом, при использовании тонких распыляемых мишеней наибольшая экономия вещества мишени будет иметь место, если расстояние между подложкой и мишенью будет составлять около 0,75 поперечного размера наносимого покрытия, типичный размер которого составляет обычно 100 мкм. Под поперечным размером покрытия здесь и далее понимается поперечный размер единичного элемента покрытия, т.е. проводника, контактной площадки и т.п.Если разные элементы различаются по размеру, под поперечным размером понимается поперечный размер элементов, занимающих наибольшую площадь на подложке. Однако существуют ограничения на величину минимального расстояния между мишенью и подложкой. Если расстояние между мишенью и подложкой будет меньше суммарной толщины слоев пространственного заряда соответственно у мишени и подложки, то плазма не будет проникать в пространство между подложкой и мишенью, таким образом, будет отсутствовать бомбардировка ионами поверхности мишени и ее распыление. Характерный размер слоя пространственного заряда можно оценить по формуле, полученной Ленгмюром в [14] для слоя пространственного заряда, содержащего только ионыThus, when using thin sputtering targets, the greatest savings in target material will occur if the distance between the substrate and the target is about 0.75 of the transverse dimension of the coating to be applied, typically having a typical size of 100 microns. Hereinafter, by the transverse dimension of a coating is meant the transverse dimension of a single coating element, i.e. conductor, contact pad, etc. If different elements vary in size, the transverse size refers to the transverse size of the elements occupying the largest area on the substrate. However, there are restrictions on the minimum distance between the target and the substrate. If the distance between the target and the substrate is less than the total thickness of the space charge layers respectively at the target and the substrate, then the plasma will not penetrate into the space between the substrate and the target, thus, there will be no bombardment by ions of the target surface and its sputtering. The characteristic size of the space charge layer can be estimated by the formula obtained by Langmuir in [14] for the space charge layer containing only ions
где LS - толщина слоя пространственного заряда, м, ε0 - диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м, е - элементарный электрический заряд, К, М - масса иона, φ - напряжение на слое пространственного заряда. В, J≈neVS - плотность ионного тока на границе слоя пространственного заряда, А/м2, n - плотность заряженных частиц на границе плазмы и слоя пространственного заряда, м-3, 
По конструктивным соображениям расстояние между подложкой и мишенью сложно сделать меньше 0,5 мм, так как необходимо обеспечить механическое перемещение мишени относительно подложки с сохранением расстояния Н. При расстояниях Н свыше 30 мм обычно плотность потока распыляемых атомов становится малой по сравнению с плотностью потока рабочего газа, при этом, как показывает эксперимент, качество покрытия падает.For structural reasons, the distance between the substrate and the target is difficult to make less than 0.5 mm, since it is necessary to ensure mechanical movement of the target relative to the substrate while maintaining the distance H. At distances H above 30 mm, the flux density of atomized atoms usually becomes low compared to the flux density of the working gas at the same time, as the experiment shows, the quality of the coating decreases.
Несмотря на то что наибольшая экономия материала мишени достигается при малых расстояниях между мишенью и подложкой порядка поперечного размера слоя металлического покрытия, требуемый технический результат (экономия материала по сравнению с прототипом) достигается и при больших расстояниях. К увеличению расстояния между мишенью и подложкой приходится прибегать также для уменьшения скорости напыления, что позволяет удлинить время напыления и тем самым повышает точность установления толщины напыляемого слоя.Despite the fact that the greatest economy of the target material is achieved at small distances between the target and the substrate of the order of the transverse size of the metal coating layer, the required technical result (material savings compared to the prototype) is achieved at large distances. It is also necessary to resort to increasing the distance between the target and the substrate in order to reduce the deposition rate, which allows to extend the deposition time and thereby increases the accuracy of determining the thickness of the sprayed layer.
Опыт работы показал, что использование мишеней размером менее 0,2 мм затруднительно, так как в процессе нанесения покрытия происходит изменение формы мишени и, следовательно, изменение скорости ее распыления.Experience has shown that the use of targets smaller than 0.2 mm is difficult, since during the coating process, the shape of the target changes and, consequently, the speed of its sputtering changes.
Для мишени, поперечный размер которой d сравним с расстоянием до подложки, формула (1) должна быть измененаFor a target whose transverse dimension d is comparable with the distance to the substrate, formula (1) should be changed
Поскольку при увеличении размера мишени происходит эффективное увеличение размера напыляемой области на величину ширины мишени, для достижения максимальной экономии материала мишени ее максимальный размер поперечный размер не должен превышать удвоенного поперечного размера покрытия в тех случаях, когда это возможно, т.е. когда этот размер больше 0,2 мм. Тем не менее, достаточная экономия материала мишени достигается и в том случае, когда поперечный размер мишени составляет меньше 5 мм.Since an increase in the size of the target leads to an effective increase in the size of the sprayed region by the width of the target, to achieve maximum economy of the target material, its maximum transverse size should not exceed twice the transverse size of the coating in cases where this is possible, i.e. when this size is more than 0.2 mm. Nevertheless, a sufficient economy of the target material is achieved when the transverse size of the target is less than 5 mm.
Еще одно ограничение конечная ширина области напыления металла накладывает на точность перемещения мишени относительно подложки. В соответствии с вышеизложенным она должна быть не менее половины суммы поперечного размера покрытия и поперечного размера мишени.Another limitation is the final width of the metal deposition region imposes on the accuracy of target movement relative to the substrate. In accordance with the foregoing, it should be at least half the sum of the transverse dimension of the coating and the transverse size of the target.
Суммируя сказанное, для достижения заданного технического результата поперечный размер мишени выбирают в пределах от 0.2 мм до максимального из значений 5 мм и удвоенного поперечного размера металлического покрытия. Расстояние от подложки до мишени выбирается не менее 0,5 мм, а сумма расстояний от подложки до мишени и размера мишени в перпендикулярном к подложке расстоянии не менее суммы толщин слоев пространственного заряда у мишени и подложки и не более максимальной из величин - поперечного размера металлического покрытия и удвоенной суммы упомянутых толщин.Summarizing the above, in order to achieve a given technical result, the transverse size of the target is selected in the range from 0.2 mm to the maximum of 5 mm and double the transverse size of the metal coating. The distance from the substrate to the target is selected at least 0.5 mm, and the sum of the distances from the substrate to the target and the size of the target in a perpendicular distance to the substrate is not less than the sum of the thicknesses of the space charge layers at the target and the substrate and not more than the maximum of the transverse size of the metal coating and twice the sum of said thicknesses.
Оценим необходимую скорость перемещения мишени относительно подложки. Пусть площадь мишени S составляет 1 мм2. При плотности тока ионов на мишень 3 мА/см2 поток ионов на 1 см2 поверхности составляет I=1.9·1016 ионов/с. При коэффициенте распыления, равном 1 [5], поток атомов металла, распыляемых мишенью в единицу телесного угла, будет равен W=IS/4π=1.4·1013 атомов/сек/стер. При коэффициенте захвата распыленных атомов подложкой, равном 1, и расстоянии между мишенью и подложкой Z=0,5 см количество напыленных атомов на единицу площади подложки будет равно N=W/Z2=5.6·1013 атомов/с. Считая для оценки, что мишень состоит из атомов серебра, можно заключить, что такой поток напыленных атомов соответствует скорости напыления V=Nμ/ρNA=10-9 см/с, или 0.1 Ангстрем/с. При необходимой толщине наносимого слоя 30 Å время напыления составляет около 5 мин. Оценивая характерный размер области напыления как Z=0,5 см, получим, что скорость движения мишени относительно подложки должна составлять около 3,6 м/час. Конечно, данная скорость может значительно варьироваться как в большую, так и в меньшую сторону в зависимости от условий распыления, взаимного расположения мишени и подложки и площади мишени.We estimate the necessary velocity of the target relative to the substrate. Let the target area S be 1 mm 2 . When the current density of ions to the target is 3 mA / cm 2 , the ion flux per 1 cm 2 of the surface is I = 1.9 · 10 16 ions / s. When the sputtering coefficient is 1 [5], the flux of metal atoms sputtered by the target per unit solid angle will be W = IS / 4π = 1.4 · 10 13 atoms / sec / sr. When the capture coefficient of atomized atoms by the substrate is 1, and the distance between the target and the substrate is Z = 0.5 cm, the number of deposited atoms per unit area of the substrate will be N = W / Z 2 = 5.6 · 10 13 atoms / s. Assuming for estimation that the target consists of silver atoms, it can be concluded that such a flux of deposited atoms corresponds to a deposition rate of V = Nμ / ρN A = 10 -9 cm / s, or 0.1 Angstrom / s. With the required thickness of the applied layer of 30 Å, the spraying time is about 5 minutes. Estimating the characteristic size of the deposition region as Z = 0.5 cm, we find that the velocity of the target relative to the substrate should be about 3.6 m / h. Of course, this speed can vary significantly, both up and down, depending on the conditions of sputtering, the relative position of the target and the substrate, and the area of the target.
Как следует из проведенного рассмотрения, создание плазмы в окрестности мишени возможно любым способом, в том числе с помощью тлеющего, дугового, высокочастотного или сверхвысокочастотного разряда. Поэтому в п.1 и в п.9 не указан конкретный тип используемого источника плазмы.As follows from the above discussion, the creation of plasma in the vicinity of the target is possible by any method, including using a glow, arc, high-frequency, or microwave discharge. Therefore, in
Использование триодной системы в оптимальном режиме может быть затруднено тем, что минимальное давление, при котором можно зажечь тлеющий разряд относительно высоко, так как потери заряженных частиц связаны с дрейфом заряженных частиц в электрическом поле. Относительно высокое давление газа в приводит к уменьшению скорости напыления металла, а также к ухудшению качества напыляемой пленки. Поэтому возможно улучшить качество наносимого покрытия, используя в качестве генератора плазмы индуктивный высокочастотный разряд. Кроме того, использование ВЧ-разряда позволяет повысить плотность электронов в плазме, что как следует из изложенного выше, приводит к уменьшанию размера слоев пространственного заряда у мишени и подложки и позволяет уменьшить размер области напыления металла на подложку. Поэтому возможно уменьшить как размер мишени, так и расстояние от мишени до подложки. При этом происходит сокращение области напыления металла, т.е. увеличивается доля использования материала мишени.Using the triode system in the optimal mode can be complicated by the fact that the minimum pressure at which a glow discharge can be ignited is relatively high, since the loss of charged particles is associated with the drift of charged particles in an electric field. A relatively high gas pressure leads to a decrease in the deposition rate of the metal, as well as to a deterioration in the quality of the sprayed film. Therefore, it is possible to improve the quality of the applied coating using an inductive high-frequency discharge as a plasma generator. In addition, the use of an RF discharge makes it possible to increase the electron density in the plasma, which, as follows from the above, leads to a decrease in the size of the space charge layers at the target and the substrate and makes it possible to reduce the size of the region of metal deposition on the substrate. Therefore, it is possible to reduce both the size of the target and the distance from the target to the substrate. In this case, the area of metal deposition is reduced, i.e. the share of the use of the target material increases.
Пример использования ВЧ-разряда для генерации плазмы приведен на фиг.4. В этом способе плазма в разрядной камере создается с помощью индуктивной антенны 15. Конструкция антенн для возбуждения ВЧ-разряда в вакуумной камере описывалась в литературе неоднократно. В качестве примера можно использовать антенны, описанные в литературе [7-9]. Возможные варианты выполнения антенн на базе однозаходной и многозаходной спиралей приведены на фиг.5. Плотность электронов, которая может быть получена в камере диаметром 50 см при ВЧ-мощности 1 кВт и давлении нейтралов в камере 0.005 Top, достигает 1011 см-3 и более. Устройство кроме перечисленных выше элементов 1-11 содержит антенну 15, соединенную коаксиальным кабелем 16 с согласующим устройством 17. В свою очередь согласующее устройство 17 соединено коаксиальным кабелем 18 с высокочастотным (ВЧ) генератором 19. Поскольку мишень 9 отдалена от антенны 15 на значительное расстояние, напыление металла на диэлектрическое покрытие антенны 15 незначительно. Для того чтобы уменьшить амплитуду ВЧ-поля, которое может обусловить пробой диэлектрика подложки, в окрестности подложки подложку необходимо располагать на расстоянии от антенны, которое превышает глубину проникновения ВЧ-поля в плазму в рабочем режиме l=с/ωPe не менее чем в два раза, где с - скорость света, ωPe=(4πnee2/m)1/2 - плазменная частота, nе - плотность электронов в разряде в рабочем режиме (см-3), е, m - заряд (4,8·10-10 СГСЭq) и масса электрона (9,1·10-28 г). В системе СИ соответствующие формулы имеют вид l=с/ωPe, ωPe=(nee2/mε0)1/2, ε0 - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, с=3·108 м/с - скорость света, n - плотность электронов в окрестности антенны в рабочем режиме, м-3, m=9.1·10-31 кг - масса электрона, е=1.6·10-19 кулон-заряд электрона.An example of using an RF discharge to generate plasma is shown in FIG. 4. In this method, the plasma in the discharge chamber is created using an
Как правило, плоская индуктивная антенна отделяется от вакуумной камеры диэлектрической крышкой. При этом распыляемый из мишени металл частично диффундирует в объем вакуумной камеры и осаждается на ее поверхности и поверхности этой крышки. При определенной толщине осажденного на экран слоя он сначала ухудшает эффективность, а затем нарушает работу антенны, что вынуждает проводить смену крышки, который обычно имеет сложную форму и большой размер. Для увеличения времени между двумя последовательными сменами крышки в вакуумную камеру можно ввести дополнительный экран, который в силу расположения вблизи мишени будет иметь гораздо меньший размер, чем крышка антенны для перехвата диффундирующих по вакуумной камере паров металла. Пример такого устройства приведен на фиг.6, где показано введение экрана 20 для перехвата атомов металла распыляемых мишенью 9 в направлении антенны 15. Экран может быть выполнен из диэлектрика, либо из металла, имеющего электрический контакт с держателями 11, либо являющегося плавающим электродом. Для перехвата большей доли испаряемого металла достаточно, чтобы размер экрана в два раза превышал сумму расстояний от мишени до подложки и максимального размера мишени.As a rule, a flat inductive antenna is separated from the vacuum chamber by a dielectric cover. In this case, the metal sprayed from the target partially diffuses into the volume of the vacuum chamber and is deposited on its surface and on the surface of this cover. With a certain thickness of the layer deposited on the screen, it first worsens the efficiency, and then disrupts the antenna, which forces the lid to be replaced, which usually has a complex shape and large size. To increase the time between two successive changes of the cover, an additional screen can be introduced into the vacuum chamber, which, due to its location near the target, will be much smaller than the antenna cover to intercept metal vapor diffusing along the vacuum chamber. An example of such a device is shown in Fig.6, which shows the introduction of the
Еще один вариант конструкции, предпочтительный с точки зрения простоты выполнения и однородности нанесения, приведен на фиг.7. В этом устройстве мишень 9 с экраном 20 закреплены неподвижно, а подложка 5, размещенная на подложкодержателе 4, перемещается по разрядной камере с помощью системы перемещения 21, которая может быть выполнена из диэлектрика либо из металла. В последнем случае она может быть выполнена в виде плавающего электрода или соединена с корпусом рабочей камеры 1.Another design option, preferred in terms of ease of implementation and uniformity of application, is shown in Fig.7. In this device, the
Альтернативный вариант конструкции изображен на фиг.8. В нем неподвижная подложка размещена ближе к центру камеры на система крепления 22. Система крепления подложки 22 также как система перемещения 21 может быть выполнена из диэлектрика, либо из металла и в последнем случае она может быть выполнена в виде плавающего электрода или соединена с корпусом рабочей камеры 1. Подложку в данном случае крепят на подложкодержатель 4, который также используется для экранирования антенны от потока атомов распыляемых с мишени. Для исключения воздействия электрического поля антенны на подложку последняя должна быть удалена от антенны 15 на расстояние 1 не менее удвоенной глубины скин слоя l=с/ωPe, см. Для исключения влияния ВЧ-поля на стадии поджига разряда подложкодержатель 4 должен быть выполнен из металла. Мишень в данной конструкции устройства перемещается с помощью системы перемещения 11, описанной выше. В устройстве на фиг.9 мишень выполнена неподвижной, а подложка, расположенная ближе к антенне, чем мишень перемещается с помощью системы перемещения 21. В устройствах, изображенных на фиг.5-9, антенна помещена внутрь рабочей камеры. Она может быть также вынесена за ее пределы, как показана на фиг.10. В этом случае диэлектрическое окно, отделяющее антенну от рабочей камеры, должно быть уплотнено вакуумными уплотнениями 3.An alternative design is shown in Fig. 8. In it, the fixed substrate is placed closer to the center of the camera on the mounting
Дальнейшее усовершенствование изобретения может быть связано с конструкцией узла мишени. Первое усовершенствование связано с пространственным ограничением пучка атомов, испускаемых мишенью. Как правило, его осуществляют с помощью ячеистой структуры, расположенной на некотором отдалении от мишени, распыляемой с помощью магнетрона [10-11]. Как правило, это коллимирование необходимо при напылении покрытия на подложки, содержащие глубокие тренчи, для исключения нанесения металла на боковые поверхности тренчей.A further improvement of the invention may be related to the design of the target assembly. The first improvement is associated with the spatial limitation of the atomic beam emitted by the target. As a rule, it is carried out using a cellular structure located at some distance from the target, sprayed using a magnetron [10-11]. Typically, this collimation is necessary when spraying coatings on substrates containing deep trench coats to prevent the deposition of metal on the side surfaces of trench coats.
В данном случае коллимирование исключает нанесение металла на области подложки, удаленные от контактной площадки. В данном устройстве, где размер мишени мал, применение ячеистой структуры не нужно, а коллиматор может состоять из простого цилиндра, высота которого лежит в пределах от 0,5 до 2 суммы расстояний от мишени до подложки и размера мишени в направлении, перпендикулярном подложке. Для того чтобы плазма проникала в пространство между коллиматором и мишенью, расстояние между коллиматором и мишенью должно превышать удвоенную толщину слоя пространственного заряда вблизи мишени. При выполнении этих условий коллиматор не препятствует проникновению плазмы в область между мишенью и плазмой с одной стороны и перехватывает заметную долю распыляемых в вакуумную камеру атомов мишени с другой. Пример конструкции мишени 9 с коллиматором 23 приведен на фиг.11. Поскольку количество напыленного на подложку материала при удалении от мишени убывает достаточно медленно (3), для формирования необходимой топологии покрытия может быть использована накладная съемная маска.In this case, collimation excludes the deposition of metal on regions of the substrate remote from the contact pad. In this device, where the target size is small, the use of a cellular structure is not necessary, and the collimator can consist of a simple cylinder, the height of which lies in the range from 0.5 to 2 of the sum of the distances from the target to the substrate and the size of the target in the direction perpendicular to the substrate. In order for the plasma to penetrate into the space between the collimator and the target, the distance between the collimator and the target must exceed twice the thickness of the space charge layer near the target. Under these conditions, the collimator does not prevent the penetration of plasma into the region between the target and the plasma on the one hand and intercepts a noticeable fraction of the target atoms sputtered into the vacuum chamber on the other. An example of the design of the
Примеры реализации изобретения.Examples of the invention.
Пример 1.Example 1
Предложенный способ был реализован на модернизированной вакуумной установке УВН-2М2. В вакуумной камере для создания ионизации был установлен индуктивный ВЧ-источник плазмы, работавший на частоте 13.56 МГц. Конфигурация установки соответствовала фиг.3. Разряд зажигался в аргоне при давлении 5·10-3 Тор. Мощность ВЧ, вкладываемая в разряд, менялась в пределах от 300 до 800 Вт. При этом плотность электронов в центре вакуумной камеры изменялась от 3·1010 до 1.5·1011 см-3. Распыляемая мишень 9 представляла собой серебряную проволоку, диаметр которой в различных экспериментах составлял от 0.25 до 1 мм. Расстояние от индуктивной ВЧ-антенны 15 до мишени составляло около 20 см, от мишени до подложки - варьировалось в пределах от 0.1 до 3 см. На мишень подавалось отрицательное напряжение 600 В, обеспечивающее ее эффективное распыление. Скорость напыления на мишень из двуокиси кремния при среднем расстоянии от рабочей поверхности мишени до подложки 5 мм и мощности ВЧ-источника 500 Вт составляла около 1 мк в час. Таким образом, для напыления слоя металла толщиной 0.01 мк требовалось около 36 секунд. Скорость напыления могла варьироваться за счет изменения ВЧ-мощности вкладываемой в плазму, так как при этом изменялась плотность электронов в плазме и ионный ток мишени.The proposed method was implemented on a modernized vacuum installation UVN-2M2. An inductive RF plasma source operating at a frequency of 13.56 MHz was installed in a vacuum chamber to create ionization. The configuration of the installation corresponded to figure 3. The discharge was ignited in argon at a pressure of 5 · 10 -3 Torr. The RF power invested in the discharge varied from 300 to 800 watts. In this case, the electron density in the center of the vacuum chamber varied from 3 · 10 10 to 1.5 · 10 11 cm -3 . The sprayed
Пример 2.Example 2
Предложенный способ был реализован на модернизированной вакуумной установке УВН-2М2. В вакуумной камере для создания ионизации был установлен индуктивный ВЧ-источник плазмы, работавший на частоте 13.56 МГц. Конфигурация установки соответствовала фиг.7. Размер подложки из двуокиси кремния составлял 9×12 см. Подложка размещалась на расстоянии 15 см от антенны. Расстояние от подложки до мишени составляло около 2 см. Разряд зажигался в аргоне при давлении от 5·10-3 до 10-2 Top. Остальные параметры были такими же, как и в примере 1. Вследствие размещения подложки между индуктивной антенной и мишенью плотность плазмы в окрестности мишени уменьшилась. Скорость напыления упала в условиях эксперимента в 3 раза, однако осталась более чем достаточной для выполнения тех технологических задач, для которых установка предназначена.The proposed method was implemented on a modernized vacuum installation UVN-2M2. An inductive RF plasma source operating at a frequency of 13.56 MHz was installed in a vacuum chamber to create ionization. The configuration of the installation corresponded to Fig.7. The size of the silicon dioxide substrate was 9 × 12 cm. The substrate was placed at a distance of 15 cm from the antenna. The distance from the substrate to the target was about 2 cm. The discharge was ignited in argon at a pressure of 5 · 10 -3 to 10 -2 Top. The remaining parameters were the same as in example 1. Due to the placement of the substrate between the inductive antenna and the target, the plasma density in the vicinity of the target decreased. The spraying rate fell by 3 times under the experimental conditions, however, it remained more than sufficient to carry out the technological tasks for which the installation is intended.
Источники информацииInformation sources
1. Тулеушев А.Ж., Лисицын В.Н., Тулеушев Ю.Ж., Володин В.Н., Ким С.Н. Способ формирования покрытия из драгоценных металлов и их сплавов. Патент России 2.214476 от 2002.01.17. МПК С 23 С 14/16, С 23 С 14/35, С 23 С 14/38.1. Tuleushev A.Zh., Lisitsyn V.N., Tuleushev Yu.Zh., Volodin V.N., Kim S.N. The method of forming a coating of precious metals and their alloys. Russian patent 2.214476 dated 2002.01.17.
2. Lobl H-P, Van Oppen P., Klee M., Fleuster M. Method of manufacturing electronic stripline components. Патент США 6420096 от 16 июля 2002. Заявлен 3 апреля 2000. МКИ G 03 F 7/26, US C1. 430/313.2. Lobl H-P, Van Oppen P., Klee M., Fleuster M. Method of manufacturing electronic stripline components. US patent 6420096 dated July 16, 2002. Pending April 3, 2000. MKI G 03
3. Hsiao R., Robertson N.L., Santini H.A.E., Snyder C.D. Tantalum adhesion layer and reactive-ion-etch process for providing a thin film metallization area. Патент США 5885750 от 23 марта 1999. Заявлен 2 октября 1997. МКИ G 03 F 7/26, US C1 430/314.3. Hsiao R., Robertson N.L., Santini H.A.E., Snyder C.D. Tantalum adhesion layer and reactive-ion-etch process for providing a thin film metallization area. US patent 5885750 dated March 23, 1999. Declared October 2, 1997. MKI G 03
4. Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно-плазменная обработка материалов. M.: Радио и связь. 1986, стр.202.4. Ivanovsky G.F., Petrov V.I. Ion-plasma processing of materials. M .: Radio and communication. 1986, p. 202.
5. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. M.: Радио и связь, 1991, стр.282-285.5. Gotra Z. Yu. Technology of microelectronic devices. M .: Radio and communications, 1991, pp. 282-285.
6. Иванов Р.Д., Сиротенко И.Г., Спивак Г.В. Способ получения многокомпонентных ферромагнитных пленок катодным распылением. А.с. СССР №138791 от 14.07.1960. МКИ С 23 С 14/14.6. Ivanov R.D., Sirotenko I.G., Spivak G.V. A method for producing multicomponent ferromagnetic films by cathodic sputtering. A.S. USSR No. 138791 of 07/14/1960. MKI S 23
7. Xue-Yu Qlan, Arthur H. Sato. Inductively coupled RF plasma reactor with floating coil antenna for reduced capacitive coupling. US Patent №5683539 от 4.11.1997 (Заявлен 7.06.1995).7. Xue-Yu Qlan, Arthur H. Sato. Inductively coupled RF plasma reactor with floating coil antenna for reduced capacitive coupling. US Patent No. 5683539 dated November 4, 1997 (claimed on June 7, 1995).
8. John Forster, Baruey M. Cohen, Bradley 0. Stimson, George Preulx. Inductively coupled plasma reactor with top electrode for enhancing plasma ignition. US Patent №5685941 от 11.11.1997 (Заявлен 21.11.1995).8. John Forster, Baruey M. Cohen,
9. Ajil P. Paranjpe, Cecil J. Davis, Robert T. Matthews. Structure and method for incorporating an inductively coupled plasma source in a plasma processing chamber. US Patent №5580385 от 3.12.1996 (Заявлен 30.06.1994).9. Ajil P. Paranjpe, Cecil J. Davis, Robert T. Matthews. Structure and method for incorporating an inductively coupled plasma source in a plasma processing chamber. US Patent No. 5580385 dated December 3, 1996 (Declared June 30, 1994).
10. Yamaguchi H., Kanai M., Koike A., Oya K. lonization film-forming method and apparatus. US Patent 6551471 от 22.04.2003, заявлен 29.11.2000. МКИ С 23 С 14/35, US C1 204/192.12.10. Yamaguchi H., Kanai M., Koike A., Oya K. lonization film-forming method and apparatus. US Patent 6551471 dated 04/22/2003, filed November 29, 2000. MKI C 23
11. Shinmura Т. Collimated sputtering method and system used therefore. US Patent 6030511 от 29.02.2000, заявлен 2.02.1996. МКИ С 23 С 14/34, US C1 204/192.12.11. Shinmura T. Collimated sputtering method and system used therefore. US Patent 6030511 dated 02.29.2000, claimed 2.02.1996. MKI C 23
12. Физическая энциклопедия, т.4, М.: 1994, с.266.12. Physical Encyclopedia, vol. 4, M .: 1994, p. 266.
13. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой, под. ред. Р.Бериша, вып.1, М.: 1984.13. Spraying solids by ion bombardment, under. ed. R. Berisha,
14. Lengmuir I. The interaction of electron and positive ion space charges in cathode sheaths. Phys. Rev., 1929, V.33, p.954-989.14. Lengmuir I. The interaction of electron and positive ion space charges in cathode sheaths. Phys. Rev., 1929, V.33, p.954-989.
15. Sternberg N., Godyak V.A. Smooth plasma- sheath transition in a hydrodynamic model. IEEE Transaction on plasma science, V.18, N1, 1990, p.159-168.15. Sternberg N., Godyak V.A. Smooth plasma - sheath transition in a hydrodynamic model. IEEE Transaction on plasma science, V.18, N1, 1990, p.159-168.
16. Sternberg N., Godyak V.A., On asymptotic Matching and sheath edge. IEEE Transaction on plasma science, 2003, V.31, N4, p.665-667.16. Sternberg N., Godyak V.A., On asymptotic Matching and sheath edge. IEEE Transaction on plasma science, 2003, V.31, N4, p.665-667.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004122691/02A RU2285742C2 (en) | 2004-07-27 | 2004-07-27 | Method of application of metallic coat on dielectric substrate and device for realization of this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004122691/02A RU2285742C2 (en) | 2004-07-27 | 2004-07-27 | Method of application of metallic coat on dielectric substrate and device for realization of this method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004122691A RU2004122691A (en) | 2006-02-10 |
| RU2285742C2 true RU2285742C2 (en) | 2006-10-20 |
Family
ID=36049281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004122691/02A RU2285742C2 (en) | 2004-07-27 | 2004-07-27 | Method of application of metallic coat on dielectric substrate and device for realization of this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2285742C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2483500C2 (en) * | 2010-07-02 | 2013-05-27 | Наталия Аркадьевна Мискинова | Method for local heating of cathode surface section |
| RU2615743C2 (en) * | 2012-08-08 | 2017-04-11 | Берндорф Хюк Банд-Унд Прессблехтехник Гмбх | Device and method for plasma substrate coating, in particular, to press list |
| RU2742751C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method of producing a wear-resistant nanostructured coating |
-
2004
- 2004-07-27 RU RU2004122691/02A patent/RU2285742C2/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ИВАНОВСКИЙ Г.Ф. и др. Ионно-плазменная обработка материалов. Радио и связь, 1986, с.202. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2483500C2 (en) * | 2010-07-02 | 2013-05-27 | Наталия Аркадьевна Мискинова | Method for local heating of cathode surface section |
| RU2615743C2 (en) * | 2012-08-08 | 2017-04-11 | Берндорф Хюк Банд-Унд Прессблехтехник Гмбх | Device and method for plasma substrate coating, in particular, to press list |
| RU2742751C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method of producing a wear-resistant nanostructured coating |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004122691A (en) | 2006-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3603024B2 (en) | Ionization physical vapor deposition method and apparatus therefor | |
| KR100322330B1 (en) | Method and apparatus for ionized sputtering of materials | |
| US5948215A (en) | Method and apparatus for ionized sputtering | |
| CA1195951A (en) | Shaped field magnetron electrode | |
| JP4150504B2 (en) | Method and apparatus for ionized physical vapor deposition | |
| US5800688A (en) | Apparatus for ionized sputtering | |
| KR100436950B1 (en) | Method And Apparatus For Low Pressure Sputtering | |
| US4392932A (en) | Method for obtaining uniform etch by modulating bias on extension member around radio frequency etch table | |
| JP3737363B2 (en) | Physical vapor treatment of surfaces with non-uniformity compensation | |
| JPH0681144A (en) | Method and device for filling package | |
| JPH0816266B2 (en) | Device for depositing material in high aspect ratio holes | |
| JP4945566B2 (en) | Capacitively coupled magnetic neutral plasma sputtering system | |
| US8454810B2 (en) | Dual hexagonal shaped plasma source | |
| JPH11260596A (en) | Plasma processing device and plasma processing method | |
| CN105887026B (en) | Physics vapour deposition system and the physical gas-phase deposite method for applying it | |
| US6220204B1 (en) | Film deposition method for forming copper film | |
| WO2014189895A1 (en) | Small feature size fabrication using a shadow mask deposition process | |
| KR101429069B1 (en) | Film-forming apparatus and film-forming method | |
| RU2285742C2 (en) | Method of application of metallic coat on dielectric substrate and device for realization of this method | |
| JP2001140073A (en) | Back face cooling gas for self-sputtering | |
| KR100273326B1 (en) | High frequency sputtering apparatus | |
| US6340417B1 (en) | Reactor and method for ionized metal deposition | |
| US6342139B1 (en) | Sputtering system | |
| JPH02175864A (en) | Thin-film forming device and formation of thin film by using this device | |
| TWI794851B (en) | Ion beam processing system and methods for manufacturing plasma plate assembly and blocker assembly thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20091203 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: PLEDGE FORMERLY AGREED ON 20110329 Effective date: 20110331 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20151028 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20160122 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |