RU2467093C1 - Device for vacuum deposition of films using electromagnetic radiation - Google Patents
Device for vacuum deposition of films using electromagnetic radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2467093C1 RU2467093C1 RU2011118901/02A RU2011118901A RU2467093C1 RU 2467093 C1 RU2467093 C1 RU 2467093C1 RU 2011118901/02 A RU2011118901/02 A RU 2011118901/02A RU 2011118901 A RU2011118901 A RU 2011118901A RU 2467093 C1 RU2467093 C1 RU 2467093C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate holder
- electromagnetic radiation
- vacuum
- films
- cylindrical body
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к устройствам для вакуумного нанесения пленок с использованием электромагнитного излучения, и может быть использовано в различных областях техники и прежде всего в электронной технике СВЧ.The invention relates to vacuum technology, and in particular to devices for vacuum film deposition using electromagnetic radiation, and can be used in various fields of technology and, above all, in microwave electronic equipment.
Известны два типа устройств вакуумного нанесения пленок с использованием электромагнитного излучения:Two types of vacuum film deposition devices using electromagnetic radiation are known:
первый - с источником электромагнитного излучения, расположенным внутри вакуумной камеры,the first is with a source of electromagnetic radiation located inside the vacuum chamber,
второй - вне вакуумной камеры.the second is outside the vacuum chamber.
К общим проблемам и задачам, присущим тому и другому типу в последнем одной из основных задач, является также ввод и реализация электромагнитного излучения от внешнего источника в вакуумно-реакционную камеру (далее - вакуумную камеру) и особенно в случае с подвижным, как правило, вращающимся держателем подложки (далее - вращающийся подложкодержатель) с обеспечением надежного электрического контакта.To the general problems and tasks inherent in both types in the last one of the main tasks is also the introduction and implementation of electromagnetic radiation from an external source into the vacuum-reaction chamber (hereinafter - the vacuum chamber) and especially in the case of a moving, usually rotating a substrate holder (hereinafter referred to as a rotating substrate holder) with reliable electrical contact.
Известно устройство для нанесения пленок, содержащее вакуумную камеру с загрузочным люком, вакуумную систему, устройства для ионно-плазменного и магнетронного напыления и размещенное в вакуумной камере устройство для фиксации и вращения обрабатываемой детали [1].A device for applying films comprising a vacuum chamber with a loading hatch, a vacuum system, devices for ion-plasma and magnetron sputtering and a device for fixing and rotating the workpiece placed in a vacuum chamber is known [1].
В котором источник электромагнитного излучения (магнетрон и ионный источник) расположены внутри вакуумной камеры и используется с целью непосредственного нанесения пленок из самого источника.In which the source of electromagnetic radiation (magnetron and ion source) are located inside the vacuum chamber and is used to directly deposit films from the source itself.
Известно устройство для получения нанодисперсных порошков в плазме СВЧ разряда, содержащее технологически связанные между собой микроволновой генератор, плазмотрон, формирователь газового потока, разрядную камеру, поглотитель микроволнового излучения, вакуумно-реакционную камеру, теплообменник, фильтр-сборник целевого продукта, устройство для ввода исходных реагентов в порошкообразном, парообразном, жидкокапельном состоянии [2].A device for producing nanodispersed powders in a microwave discharge plasma is known that contains a microwave generator, a plasma torch, a gas flow former, a discharge chamber, a microwave absorber, a vacuum reaction chamber, a heat exchanger, a target product filter collector, and a device for introducing initial reagents in a powdery, vaporous, liquid droplet state [2].
В котором источник электромагнитного излучения (плазмотрон) расположен вне вакуумной камеры и используется с целью термостимуляции исходных реагентов для перевода их в газообразное состояние и нагрев до температуры протекания реакции.In which the source of electromagnetic radiation (plasmatron) is located outside the vacuum chamber and is used to thermally stimulate the initial reagents to transfer them to the gaseous state and heat to the temperature of the reaction.
И в котором ввод электромагнитного излучения осуществляется посредством вакуумного электрического ввода, неподвижно соединенного с плазмотроном.And in which the input of electromagnetic radiation is carried out by means of a vacuum electrical input, motionlessly connected to the plasmatron.
Данное устройство является достаточно сложным, так как предназначено для осуществления химических процессов при очень высоких температурах (1200-3200)°C и требует соответствующих материалов для ее изготовления.This device is quite complex, as it is designed to carry out chemical processes at very high temperatures (1200-3200) ° C and requires appropriate materials for its manufacture.
Известно устройство для проведения свободнорадикальных газофазных реакций, содержащее отсек, отделенный от области реакции в реакторе, по меньшей мере, один канал, соединяющий область реакции в вакуумно-реакционной камере с отсеком, по меньшей мере, одну линию подачи для ввода продувочного газа в отсек, по меньшей мере, один источник электромагнитного излучения, который расположен так, что электромагнитное излучение проходит через отсек и примыкающую к отсеку область реакции в вакуумно-реакционной камере, линию подачи, предназначенную для подачи газового потока и открывающуюся в вакуумно-реакционную камеру [3].A device for conducting free radical gas-phase reactions, containing a compartment separated from the reaction region in the reactor, at least one channel connecting the reaction region in the vacuum reaction chamber with the compartment, at least one supply line for introducing purge gas into the compartment, at least one source of electromagnetic radiation, which is located so that the electromagnetic radiation passes through the compartment and adjacent to the compartment, the reaction region in the vacuum reaction chamber, the supply line, designed A feed gas stream and the opening in the vacuum reaction chamber [3].
В котором источник электромагнитного излучения - генератор СВЧ, расположен вне вакуумно-реакционной камеры и используется с целью возбуждения плазмы в одной из вакуумных камер и предназначен для формирования оптического и ультрафиолетового излучения, которое вводится в другую вакуумно-реакционную камеру посредством оптического окна.In which the source of electromagnetic radiation - a microwave generator, is located outside the vacuum reaction chamber and is used to excite plasma in one of the vacuum chambers and is designed to form optical and ultraviolet radiation, which is introduced into the other vacuum reaction chamber through an optical window.
Данное устройство реализует широко известный метод фотохимического стимулирования, который является на сегодня прогрессивным и требует соответствующих устройств, отечественные аналоги которых на сегодня не известны.This device implements the widely known method of photochemical stimulation, which is progressive today and requires appropriate devices, domestic analogues of which are not known today.
Известно устройство для нанесения функциональных и композиционных покрытий в вакууме, содержащее вакуумную камеру, терморезистивный испаритель для испарения легкоплавких металлов и сплавов, подвижный подложкодержатель, магнетрон, источник лазерного излучения для распыления и испарения тугоплавких ферромагнитных и неферромагнитных металлов и сплавов, тигель для испарения упомянутых металлов и сплавов лазерным излучением, при этом в вакуумной камере выполнен люк для лазерного излучения [4].A device for applying functional and composite coatings in a vacuum is known, comprising a vacuum chamber, a thermoresistive evaporator for evaporating low-melting metals and alloys, a movable substrate holder, a magnetron, a laser source for spraying and evaporating refractory ferromagnetic and non-ferromagnetic metals and alloys, a crucible for vaporizing the mentioned metals and alloys by laser radiation, while in the vacuum chamber a hatch for laser radiation is made [4].
Достоинством этого устройства является реализация широких функциональных возможностей, а именно возможность обеспечения нанесения пленок различными независимыми друг от друга методами, с использованием различных независимых источников электромагнитного излучения.The advantage of this device is the implementation of wide functional capabilities, namely the ability to ensure the deposition of films by various methods independent of each other, using various independent sources of electromagnetic radiation.
Однако использование вышеупомянутых устройств с использованием указанных электромагнитных излучений, как правило, приводит к нарушению структуры материала наносимых пленок, а в случае химических соединений или сплавов - к нарушению и их стехиометрического состава и, как следствие, снижению качества пленок.However, the use of the above devices using these electromagnetic radiation, as a rule, leads to a violation of the structure of the material of the applied films, and in the case of chemical compounds or alloys, to a violation of their stoichiometric composition and, as a consequence, a decrease in the quality of the films.
Известно устройство для вакуумного нанесения пленок с использованием электромагнитного излучения, содержащее вакуумно-реакционную камеру, в которой расположен экранированный подложкодержатель в виде полой усеченной составной пирамиды с углом наклона боковых стенок относительно вертикальной оси не более трех градусов. При этом подложкодержатель электрически изолирован, выполнен с возможностью движения и подачи на него потенциала смещения, содержит нагреватель подложкодержателя, систему подачи реагентов, вакуумную и теплообмена, источник электромагнитного излучения, элемент электрического вакуумного ввода и реализации электромагнитного излучения с вакуумной и вне вакуумной частями, при этом элементы связаны технологически [5 - прототип].A device for vacuum deposition of films using electromagnetic radiation, containing a vacuum reaction chamber in which a shielded substrate holder in the form of a hollow truncated composite pyramid with an angle of inclination of the side walls relative to the vertical axis of not more than three degrees. Moreover, the substrate holder is electrically isolated, made with the possibility of movement and supplying a bias potential to it, contains a substrate holder heater, a reagent supply system, a vacuum and heat exchange, an electromagnetic radiation source, an electric vacuum input element and the implementation of electromagnetic radiation with vacuum and without vacuum parts, while the elements are connected technologically [5 - prototype].
В котором источник электромагнитного излучения (генератор ВЧ) расположен вне вакуумно-реакционной камеры и используется с целью стимуляции технологического процесса.In which the source of electromagnetic radiation (HF generator) is located outside the vacuum reaction chamber and is used to stimulate the process.
И в котором электрический вакуумный ввод выполнен в виде единичного штыревого электрода, а элемент реализации электромагнитного излучения представляет собой систему неподвижных металлических штыревых электродов, часть которых электрически соединена с источником электромагнитного излучения - генератором ВЧ, а другая - заземлена.And in which the electric vacuum input is made in the form of a single pin electrode, and the element for the implementation of electromagnetic radiation is a system of fixed metal pin electrodes, some of which are electrically connected to an electromagnetic radiation source - an RF generator, and the other is grounded.
Недостатками данного устройства является несовершенство элемента реализации электромагнитного излучения - системы неподвижных металлических штыревых электродов в сочетании с подвижным (вращающимся) подложкодержателем.The disadvantages of this device is the imperfection of the element of implementation of electromagnetic radiation - a system of fixed metal pin electrodes in combination with a movable (rotating) substrate holder.
Это обуславливает:This leads to:
во-первых, неравномерную, нестабильную, ненадежную, резкую, передачу электромагнитного излучения с электрического вакуумного ввода на подвижный (вращающейся) подложкодержатель и тем самым неэффективное горение - локализацию плазмы вне зоны подлокодержателя в течение всего технологического процесса нанесения пленок и тем самым низкую его воспроизводимость и, как следствие, низкое качество и воспроизводимость пленок,firstly, uneven, unstable, unreliable, sharp, transmission of electromagnetic radiation from an electric vacuum inlet to a movable (rotating) substrate holder and thereby inefficient combustion - localization of the plasma outside the area of the sub-holder during the entire technological process of film deposition and thereby its low reproducibility and as a result, low quality and reproducibility of films,
во-вторых, ограничение величины вакуума (не более 2,66 Па), что в свою очередь обуславливает низкую скорость процесса нанесения пленок и, как следствие, низкую производительность.secondly, the limitation of the magnitude of the vacuum (not more than 2.66 Pa), which in turn leads to a low speed of the process of applying films and, as a consequence, low productivity.
Кроме того использование в качестве нагревателя подложкодержателя инфракрасных нагревателей в виде галогенных ламп, которые отличаются:In addition, the use of infrared heaters in the form of halogen lamps as a heater for the substrate holder, which differ:
а) недолговечностью,a) fragility,
б) изменением технических характеристик, например их прозрачности в процессе эксплуатации, приводящих к нарушению технологического режима осаждения пленок, и как следствие, низкое качество и воспроизводимость,b) a change in technical characteristics, for example, their transparency during operation, leading to a violation of the technological mode of film deposition, and as a result, poor quality and reproducibility,
в) сложностью конструкции.c) the complexity of the design.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение качества и воспроизводимости пленок путем обеспечения надежной и стабильной подачи электромагнитного излучения на подвижный (вращающейся) подложкодержатель, повышение производительности, упрощение эксплуатации.The technical result of the claimed invention is to improve the quality and reproducibility of films by providing reliable and stable supply of electromagnetic radiation to a movable (rotating) substrate holder, increasing productivity, simplifying operation.
Указанный технический результат достигается устройством для вакуумного нанесения пленок с использованием электромагнитного излучения, содержащим вакуумную реакционную камеру, размещенный в камере электрически изолированный подложкодержатель в виде полой усеченной составной пирамиды с углом наклона боковых стенок с внешней стороны относительно вертикальной оси не более трех градусов, выполненный с возможностью вращения и подачи на него потенциала смещения, нагреватель подложкодержателя, систему подачи реагентов, вакуумную систему, электрически соединенные источник электромагнитного излучения, электрический вакуумный ввод, и элемент реализации электромагнитного излучения, при этом часть электрического вакуумного ввода расположена вне вакуумной реакционной камеры, а другая часть и элемент реализации электромагнитного излучения - внутри нее.The specified technical result is achieved by a device for vacuum deposition of films using electromagnetic radiation, containing a vacuum reaction chamber, an electrically isolated substrate holder in the chamber in the form of a hollow truncated composite pyramid with an inclination angle of the side walls from the outside relative to the vertical axis of not more than three degrees, made with the possibility rotation and supply of bias potential to it, substrate holder heater, reagent supply system, vacuum systems y, an electrically connected source of electromagnetic radiation, an electric vacuum input, and an element for the realization of electromagnetic radiation, while a part of the electric vacuum input is located outside the vacuum reaction chamber, and the other part and the element for the realization of electromagnetic radiation are inside it.
При этом подложкодержатель с усеченной стороны дополнительно снабжен крышкой и размещенной на внешней стороне крышки антифрикционной пластиной, а на боковых стенках подложкодержателя с внешней стороны установлены рабочие подложки,In this case, the substrate holder on the truncated side is additionally equipped with a cover and an antifriction plate located on the outside of the cover, and working substrates are installed on the side walls of the substrate holder from the outside,
при этом устройство снабжено экраном в виде охватывающего подложкодержатель металлического заземленного стакана, закрепленного на вакуумной реакционной камере со стороны электрического вакуумного ввода,wherein the device is provided with a screen in the form of a metal grounded cup enclosing the substrate holder, mounted on the vacuum reaction chamber from the side of the electric vacuum input,
нагреватель подложкодержателя выполнен в виде зигзагообразного проволочного элемента, установленного внутри подложкодержателя,the substrate holder heater is made in the form of a zigzag wire element mounted inside the substrate holder,
элемент реализации электромагнитного излучения выполнен в виде съемного и разъемного перпендикулярно вертикальной оси экранированного полого цилиндрического корпуса с центрирующей канавкой на внутренней горизонтальной поверхности, примыкающей к электрическому вакуумному вводу, и закреплен на конце электрического вакуумного ввода,the implementation element of electromagnetic radiation is made in the form of a removable and detachable perpendicular to the vertical axis of the shielded hollow cylindrical body with a centering groove on the inner horizontal surface adjacent to the electric vacuum inlet, and is fixed to the end of the electric vacuum inlet,
а в цилиндрическом корпусе в прямой последовательности расположены спиральная пружина, толкатель в виде диска с центрирующей канавкой со стороны спиральной пружины, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль вертикальной оси полого цилиндрического корпуса, при этом спиральная пружина закреплена одним концом в центрирующей канавке полого цилиндрического корпуса, а другим концом - в центрирующей канавке толкателя,and in a cylindrical housing in a direct sequence are a spiral spring, a pusher in the form of a disk with a centering groove on the side of the spiral spring, made with the possibility of reciprocating motion along the vertical axis of the hollow cylindrical body, while the spiral spring is fixed at one end in the centering groove of the hollow cylindrical body and the other end in the centering groove of the pusher,
контактный электрод в виде стержня с направляющим диском на одном конце и с полусферой на другом выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль вертикальной оси полого цилиндрического корпуса и вращательного вокруг этой оси,a contact electrode in the form of a rod with a guide disk at one end and with a hemisphere at the other is made with the possibility of reciprocating motion along the vertical axis of the hollow cylindrical body and rotational around this axis,
в толкателе и в направляющем диске подвижного контактного электрода соосно и симметрично выполнены углубления конической формы, в которых расположен с технологическим зазором элемент в виде шарика, обеспечивающий подвижность контактного электрода при соприкосновении с антифрикционной пластиной,in the plunger and in the guide disk of the movable contact electrode, conical recesses are made coaxially and symmetrically, in which a ball-shaped element is located with a technological gap, which ensures the mobility of the contact electrode in contact with the antifriction plate,
причем электрический вакуумный ввод, вакуумная реакционная камера, экран подложкодержателя, полый цилиндрический корпус, спиральная пружина, антифрикционная пластина, крышка и подложкодержатель расположены соосно,moreover, an electric vacuum inlet, a vacuum reaction chamber, a substrate holder screen, a hollow cylindrical body, a coil spring, an anti-friction plate, a cover and a substrate holder are coaxial,
полый цилиндрический корпус, спиральная пружина, толкатель, контактный электрод, антифрикционная пластина, крышка, подложкодержатель и экран подложкодержателя выполнены из электропроводящего и коррозионностойкого в условиях плазмы материала,a hollow cylindrical body, a coil spring, a pusher, a contact electrode, an antifriction plate, a cover, a substrate holder and a screen of a substrate holder are made of electrically conductive and corrosion-resistant material under plasma conditions,
а упомянутые углубления конической формы выполнены с углом конуса 90°±1° и глубиной h, определяемой выражением:and said recesses of conical shape are made with a cone angle of 90 ° ± 1 ° and a depth h defined by the expression:
где L - размер поперечного сечения элемента в виде шарика, обеспечивающего подвижность контактного электрода,where L is the size of the cross section of the element in the form of a ball, providing mobility of the contact electrode,
Δ - величина технологического зазора.Δ is the value of the technological gap.
Электрический вакуумный ввод выполнен, например, в виде единичного штыревого электрода.The electric vacuum input is made, for example, in the form of a single pin electrode.
Антифрикционная пластина выполнена, например, из стеклоуглерода.The antifriction plate is made, for example, of glassy carbon.
Полый цилиндрический корпус выполнен разъемным в области спиральной пружины ее максимального сжатия.The hollow cylindrical body is made detachable in the area of the spiral spring of its maximum compression.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Наличие с усеченной стороны подложкодержателя крышки и антифрикционной пластины, размещенной на внешней стороне крышки и в совокупности с иным выполнением элемента реализации электромагнитного излучения, а именно в виде указанного полого цилиндрического корпуса и в совокупности с расположенными в нем элементами, выполненными и соединенными указанным образом, обеспечивает:The presence on the truncated side of the substrate holder of the lid and an antifriction plate located on the outside of the lid and in combination with another embodiment of the electromagnetic radiation implementation element, namely in the form of the indicated hollow cylindrical body and in combination with the elements located therein made and connected in the indicated manner, provides :
во-первых, подвижность контактного электрода как возвратно-поступательного вдоль вертикальной оси полого цилиндрического корпуса, так и вращательного вокруг этой оси и тем самым обеспечивается:firstly, the mobility of the contact electrode as a reciprocating along the vertical axis of the hollow cylindrical body, and rotational around this axis and thereby provides:
а) равномерная, плавная, стабильная и надежная передача электромагнитного излучения с вакуумного электрического ввода непосредственно на антифрикционную пластину подвижного (вращающегося) подложкодержателя и тем самым обеспечивается устойчивое и равномерное горение плазмы в течение всего технологического процесса нанесения пленок и тем самым обеспечивается его воспроизводимость,a) uniform, smooth, stable and reliable transmission of electromagnetic radiation from the vacuum electrical input directly to the antifriction plate of the movable (rotating) substrate holder and thereby ensures stable and uniform burning of the plasma throughout the entire process of film deposition and thereby ensures its reproducibility,
б) максимально возможное устранение несоосности - рассовмещения элементов, возникающие в процессе сборки и эксплуатации устройства,b) the maximum possible elimination of misalignment - misregistration of elements that occur during the assembly and operation of the device,
в) максимально возможное устранение механических напряжений и соответственно возможных механических повреждений из-за температурного расширения материалов элементов устройства.c) the maximum possible elimination of mechanical stresses and, accordingly, possible mechanical damage due to thermal expansion of the materials of the elements of the device.
И как следствие этого - повышение качества и воспроизводимости пленок.And as a consequence of this - improving the quality and reproducibility of films.
Расположение электрического вакуумного ввода, вакуумной реакционной камеры, экрана подложкодержателя, полого цилиндрического корпуса, спиральной пружины, антифрикционной пластины, крышки и подложкодержателя соосно обеспечивает,The location of the electric vacuum inlet, the vacuum reaction chamber, the substrate holder screen, the hollow cylindrical body, the coil spring, the anti-friction plate, the cover and the substrate holder coaxially provides,
во-первых, миниатюризацию как самих элементов устройства, так и миниатюризацию и максимальную согласованность их сборки и, как следствие, упрощение эксплуатации.firstly, miniaturization of the device elements themselves, as well as miniaturization and maximum coordination of their assembly and, as a result, simplification of operation.
во-вторых, уменьшение сил трения, возникающих в местах соприкосновения поверхностей этих элементов и тем самым обеспечивается повышение надежности передачи электромагнитного изучения на подвижный (вращающейся) подложкодержатель и, как следствие, повышение качества и воспроизводимости пленок.secondly, a decrease in the friction forces arising in the places of contact of the surfaces of these elements and thereby provides an increase in the reliability of transmission of electromagnetic studies to a movable (rotating) substrate holder and, as a result, an increase in the quality and reproducibility of films.
Выполнение полого цилиндрического корпуса, спиральной пружины, толкателя, контактного электрода, антифрикционной пластины, крышки, подложкодержателя и экрана подложкодержателя из электропроводящего и коррозионностойкого в условиях плазмы материала обеспечивает максимально возможное исключение загрязнения наносимых пленок материалами данных элементов и, как следствие, повышение качества и воспроизводимости пленок.The implementation of a hollow cylindrical body, coil spring, pusher, contact electrode, anti-friction plate, cover, substrate holder and screen of the substrate holder of electrically conductive and corrosion-resistant materials under plasma conditions provides the maximum possible elimination of contamination of the applied films by the materials of these elements and, as a result, improving the quality and reproducibility of the films .
Использование в качестве материала антифрикционной пластины стеклоуглерода обеспечивает максимальную механическую устойчивость контактной пары (контактного электрода и антифрикционной пластины) благодаря его свойств, а именно прочности, достаточной электропроводности и низкой адгезии к другим материалам и тем самым обеспечивается надежная и стабильная передача электромагнитного излучения к подвижной (вращающейся) поверхности подложкодержателя и тем самым обеспечивается равномерное и устойчивое горение плазмы, и как следствие, повышение качества и воспроизводимости пленок.The use of glassy carbon antifriction plate as a material ensures maximum mechanical stability of the contact pair (contact electrode and antifriction plate) due to its properties, namely strength, sufficient electrical conductivity and low adhesion to other materials, and thus reliable and stable transmission of electromagnetic radiation to moving (rotating ) the surface of the substrate holder and thereby ensures uniform and stable combustion of the plasma, and as a result, p enhance quality and reproducibility of the films.
Кроме того, удлиняется срок эксплуатации устройства без ремонта.In addition, the life of the device without repair is lengthened.
Выполнение подложкодержателя с упомянутым углом наклона боковых стенок с внешней стороны, равно как и расположение рабочих подложек с внешней стороны его боковых стенок, обеспечивает значительное упрощение загрузки рабочих подложек и, как следствие, повышение производительности и упрощение эксплуатации.The implementation of the substrate holder with the said angle of inclination of the side walls on the outside, as well as the location of the working substrates on the outside of its side walls, provides a significant simplification of the loading of the working substrates and, as a result, increased productivity and simplified operation.
Наличие экрана обеспечивает:The presence of the screen provides:
с одной стороны, локализацию горения плазмы со стороны боковых поверхностей подложкодержателя и тем самым обеспечивается стабилизация технологического процесса, и, как следствие, повышение качества и воспроизводимости пленок,on the one hand, localization of plasma combustion from the side surfaces of the substrate holder and thereby ensures stabilization of the process, and, as a result, improving the quality and reproducibility of films,
а с другой, максимальное исключение горения плазмы между крышкой подложкодержателя и элементом реализации электромагнитного излучения и тем самым обеспечивается исключение протекания технологического процесса нанесения пленок вне рабочих подложек.and on the other hand, the maximum exclusion of plasma combustion between the substrate holder cover and the electromagnetic radiation realization element, and thereby the process of applying the films outside the working substrates is eliminated.
Итак, совокупность существенных признаков заявленного устройства для вакуумного нанесения пленок с использованием электромагнитного излучения в полной мере обеспечивает технический результат, а именно повышение качества и воспроизводимости пленок, повышение производительности, упрощение эксплуатации.So, the set of essential features of the claimed device for vacuum film deposition using electromagnetic radiation fully provides a technical result, namely improving the quality and reproducibility of films, increasing productivity, simplifying operation.
На фиг.1 (а и б) представлен схематично общий вид (разрез) заявленного устройства для вакуумного нанесения пленок с использованием электромагнитного излучения 1а, и вид элемента реализации электромагнитного излучения (фиг.1б), гдеFigure 1 (a and b) shows a schematic general view (section) of the claimed device for vacuum film deposition using electromagnetic radiation 1a, and a view of an implementation element of electromagnetic radiation (Fig.1b), where
- вакуумная реакционная камера - 1,- vacuum reaction chamber - 1,
- подложкодержатель - 2,- substrate holder - 2,
- нагреватель подложкодержателя - 3,- heater substrate holder - 3,
- система подачи реагентов - 4,- reagent supply system - 4,
- вакуумная система - 5,- vacuum system - 5,
- источник электромагнитного излучения - 6,- source of electromagnetic radiation - 6,
- электрический вакуумный ввод - 7,- electric vacuum inlet - 7,
- элемент реализации электромагнитного излучения - 8,- the element of implementation of electromagnetic radiation - 8,
- крышка - 9- cover - 9
- антифрикционная пластина - 10,- anti-friction plate - 10,
- рабочие подложки - 11,- working substrates - 11,
- экран - 12,- screen - 12,
- спиральная пружина - 13,- spiral spring - 13,
- толкатель - 14 с центрирующей канавкой и углублением конической формы,- pusher - 14 with a centering groove and a conical groove,
- контактный электрод - 15, с направляющим диском и углублением конической формы в нем на одном конце и с полусферой - на другом,- contact electrode - 15, with a guide disk and a conical-shaped recess in it at one end and with a hemisphere at the other,
- элемент в виде шарика - 16, обеспечивающий подвижность контактного электрода.- the element in the form of a ball - 16, providing mobility of the contact electrode.
Пример конкретного выполнения, заявленного устройствам для вакуумного нанесения пленок с использованием электромагнитного излучения.An example of a specific implementation of the claimed devices for vacuum film deposition using electromagnetic radiation.
Элементы устройства выполнены, например,Elements of the device are made, for example,
- вакуумная-реакционная камера 1 - из нержавеющей стали марки Х18Н10Т,- vacuum-reaction chamber 1 - from stainless steel grade X18H10T,
- подложкодержатель 2 - из дюралюминия марки Д16,- substrate holder 2 - from duralumin grade D16,
- нагреватель подложкодержателя 3 - из проволоки марки Х20Н80 зигзагообразной формы,- heater substrate holder 3 - from wire grade X20H80 zigzag shape,
система подачи реагентов 4 - в виде системы трубок, например, из дюралюминия марки Д16, расположенных по периметру подложкодержателя 2,reagent supply system 4 - in the form of a system of tubes, for example, of duralumin grade D16, located around the perimeter of the
вакуумная система 5 - например, вакуумные насосы,vacuum system 5 - for example, vacuum pumps,
- источник электромагнитного излучения 6 - генератор СВЧ с частотой не более 30 МГц,- source of electromagnetic radiation 6 - microwave generator with a frequency of not more than 30 MHz,
- электрический вакуумный ввод 7 - в виде, например, единичного штыревого электрода из нержавеющей стали марки Х18Н10Т,- electric vacuum inlet 7 - in the form of, for example, a single pin electrode made of stainless steel grade X18H10T,
- элемент реализации электромагнитного излучения - 8 в виде полого цилиндрического корпуса из дюралюминия марки Д16,- an element for the implementation of electromagnetic radiation - 8 in the form of a hollow cylindrical body made of duralumin grade D16,
- крышка подложкодержателя 9 - из дюралюминия марки Д16,- lid of the substrate holder 9 - made of duralumin grade D16,
- антифрикционная пластина 10 - из стеклоуглерода марки СУ-2500,- anti-friction plate 10 - from glassy carbon brand SU-2500,
- рабочие подложки 11 - из кремния марки КЭФ,- working substrates 11 - made of silicon grade KEF,
- экран - 12 - из дюралюминия марки Д16,- screen - 12 - from dural grade D16,
- спиральная пружина - 13 выполнена из вольфрама марки ВА с длиной хода, например 10-15 мм с диаметром при полном сжатии, например 15 мм,- spiral spring - 13 is made of tungsten grade VA with a stroke length of, for example 10-15 mm with a diameter when fully compressed, for example 15 mm,
- толкатель - 14 с центрирующей канавкой на одной стороне и углублением конической формы с противоположной стороны - из нержавеющей стали марки Х18Н10Т,- pusher - 14 with a centering groove on one side and a conical recess on the opposite side - made of stainless steel grade X18H10T,
- контактный электрод - 15 с направляющим диском и углублением конической формы в нем - на одном конце и с полусферой, на другом - из дюралюминия марки Д16,- a contact electrode - 15 with a guide disk and a conical shaped recess in it - at one end and with a hemisphere, at the other - from duralumin grade D16,
- элемент в виде шарика 16 диаметром 3 мм.- an element in the form of a
При этом углубления конической формы в толкателе и в направляющем диске подвижного электрода выполнены, например, с углом 90° и глубиной, рассчитанной согласно указанному выражению и равной 1,6 мм.In this case, the conical recesses in the plunger and in the guide disk of the movable electrode are made, for example, with an angle of 90 ° and a depth calculated according to the indicated expression and equal to 1.6 mm.
Причем электрический вакуумный ввод 7, вакуумная реакционная камера 1, экран подложкодержателя 12, полый цилиндрический корпус 8, спиральная пружина 13, антифрикционная пластина 10, крышка 9 и подложкодержатель 2 расположены соосно.Moreover, the
Работа устройстваDevice operation
Предварительно подготавливают устройство к работе, а именно подают электропитание от силового щита, включают вакуумную систему 5, разгерметизировывают вакуумную реакционную камеру 1, открывают ее, загружают рабочие подложки 11, закрывают, откачивают посредством вакуумной системы 5 до вакуума примерно 10-4 мм рт.ст.The device is preliminarily prepared for operation, namely, power is supplied from the power switchboard, the
Нагревают подложкодержатель 2 посредством нагревателя 3 и соответственно рабочие подложки 11 до заданной температуры.The
Достигают соответствия заданных температуры и давления.Reach matching temperature and pressure.
Параллельно подготавливают источник электромагнитного излучения 6 для чего включают блок питания и накал лампы.In parallel, prepare a source of
Далее подключают подложкодержатель 2 к механизму, обеспечивающему его движение, например, электродвигатель СДР.Next, the
Далее посредством системы подачи реагентов 4 подают смесь рабочих газов, при этом контролируют расход и давление, например, посредством расходомера РРГ-3-1Ф и вакуумметра ВТБ-1.Then, through the
Включают источник электромагнитного излучения 6, задают требуемое напряжение смещения на подложкодержателе 2.Turn on the source of
Электромагнитное излучение от источника электромагнитного излучения 6 через электрический вакуумный ввод 7 подается на элемент реализации электромагнитного излучения 8 в виде полого цилиндрического корпуса, а затем через его корпус и одновременно через спиральную пружину 13, толкатель 14, элемент в виде шарика 16 на контактный электрод 15.Electromagnetic radiation from an
При этом за счет спиральной пружины 13, толкателя 14, элемента в виде шарика 16 обеспечивается возвратно-поступательное движение контактного электрода 15 вдоль вертикальной оси полого цилиндрического корпуса элемента реализации 8.In this case, due to the
Возвратно-поступательное движение контактного электрода 15 обеспечивает контакт с антифрикционной пластиной 10 подвижного (вращающегося) подложкодержателя 2.The reciprocating movement of the
При этом за счет сил трения, возникающих при соприкосновении контактного электрода 15 с подвижной антифрикционной пластиной 10 и одновременно с этим за счет сил трения, возникающих в местах соприкосновения элемента в виде шарика 16 с толкателем 14 и контактным электродом 15 в их углублениях, обеспечивается и вращательное движение контактного электрода 15 вокруг упомянутой оси (вертикальной оси полого цилиндрического корпуса элемента реализации 8).In this case, due to the friction forces that occur when the
Электромагнитное излучение от контактного электрода 15 передается при контакте с антифрикционной пластиной 10 через крышку 9 на подвижный (вращающийся) подложкодержатель 2 и соответственно на рабочие подложки 11, на которые осуществляется нанесение, например, диэлектрической пленки двуокиси кремния требуемой толщины.Electromagnetic radiation from the
Выключают в обратной последовательности и охлаждают при вакууме естественным путем до температуры порядка 60°C.Turn off in the reverse order and cool under vacuum in a natural way to a temperature of about 60 ° C.
Отключают вакуумную систему 5 от вакуумной реакционной камеры 1, разгерметизировывают ее и выгружают рабочие подложки 11 с нанесенными диэлектрическими пленками двуокиси кремния.Disconnect the
Изготовленные образцы нанесенных диэлектрических пленок двуокиси кремния были проконтролированы:The prepared samples of deposited dielectric films of silicon dioxide were monitored:
Визуально на предмет целостности и измерены их толщина посредством МИИ-4.Visually on the subject of integrity and their thickness was measured by means of MII-4.
Измерены электрические характеристики тестового емкостного элемента, выполненного на этих диэлектрических пленках:Measured electrical characteristics of the capacitive test element made on these dielectric films:
- удельная емкость,- specific capacity
- тангенс угла диэлектрических потерь,- dielectric loss tangent,
- напряженность электрического пробоя посредством зондовой установки, измерителя емкости Е7-12 и измерителя Л2-56.- electric breakdown intensity by means of a probe installation, a capacitance meter E7-12 and a meter L2-56.
Образцы диэлектрических пленок двуокиси кремния:Samples of dielectric films of silicon dioxide:
1. Характеризуются равномерной окраской, отсутствием включений, разрывов поверхности.1. They are characterized by uniform color, lack of inclusions, surface tears.
2. Имеют при толщине пленок (0,29-0,31) мкм достаточно высокие электрические характеристики:2. With a film thickness (0.29-0.31) μm, they have sufficiently high electrical characteristics:
удельную емкость (118-120) пФ/мм2,specific capacity (118-120) pF / mm 2 ,
тангенс угла диэлектрических потерь 0,001-0,002,dielectric loss tangent 0.001-0.002,
напряженность электрического пробоя 6 МВ/см.electrical breakdown voltage of 6 MV / cm.
Таким образом, заявленное устройство для вакуумного нанесения пленок с использованием электромагнитного излучения обеспечивает по сравнению с прототипом повышение качества как механических, так и электрических характеристик, воспроизводимости, повышение производительности, упрощение эксплуатации.Thus, the claimed device for vacuum deposition of films using electromagnetic radiation provides, in comparison with the prototype, an increase in the quality of both mechanical and electrical characteristics, reproducibility, increased productivity, simplified operation.
Диэлектрические пленки, изготовленные на данной установке и имеющие достаточно высокие вышеприведенные характеристики, могут быть широко востребованы и прежде всего в электронной технике СВЧ.Dielectric films made on this installation and having rather high above characteristics can be widely demanded and, first of all, in microwave electronic equipment.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2375496 МКИ C23C 14/56 приоритет 08.02.2008, опубл. 10.12.2009.1. RF patent No. 2375496
2. Патент РФ №2252817 МКИ B01J 19/08 приоритет 08.02.2008, опубл. 10.12.2009.2. RF patent №2252817 MKI B01J 19/08 priority 08.02.2008, publ. 12/10/2009.
3. Патент РФ №2341326 МКИ B01J 19/12 приоритет 08.02.2008, опубл. 10.12.2009.3. RF patent No. 2341326 MKI B01J 19/12 priority 08.02.2008, publ. 12/10/2009.
4. Патент РФ №2271409 МКИ C23C 28/00 приоритет 06.12.2001, опубл. 10.03.2006.4. RF patent No. 2271409 MKI C23C 28/00 priority 06.12.2001, publ. 03/10/2006.
5. А.С.Валеев и др. «Установка УВП-2М для плазмохимического осаждения диэлектрических слоев» Электронная промышленность, №5, 1980 г. стр.50-51, Производственно-издательский отдел ЦНИИ «Электроника», Москва, 117415, проспект Вернадского, 39.5. A.S. Valeev and others. “Installation of UVP-2M for plasma-chemical deposition of dielectric layers” Electronic Industry, No. 5, 1980, pages 50-51, Production and Publishing Department of Central Research Institute “Electronics”, 117415, Moscow, prospect Vernadsky, 39.
Claims (4)
где L - размер поперечного сечения элемента в виде шарика, обеспечивающего подвижность контактного электрода,
Δ - величина технологического зазора.1. A device for vacuum deposition of films using electromagnetic radiation, containing a vacuum reaction chamber placed in the chamber an electrically isolated substrate holder in the form of a hollow truncated composite pyramid with an angle of inclination of the side walls from the outside relative to the vertical axis of not more than three degrees, made with the possibility of rotation and supply of bias potential to it, substrate holder heater, reagent supply system, vacuum system, electrically connected electrical source magnetic radiation, an electric vacuum inlet and an element for implementing electromagnetic radiation, the part of the electric vacuum inlet being located outside the vacuum reaction chamber, and the other part and the element for selling electromagnetic radiation inside it, characterized in that the substrate holder on the truncated side is further provided with a lid and placed on the outer side of the lid with an anti-friction plate, and working substrates are installed on the side walls of the substrate holder from the outside, while the device equipped with a screen in the form of a grounded metal cup enclosing the substrate holder, mounted on the vacuum reaction chamber from the side of the electric vacuum input, the substrate holder heater is made in the form of a zigzag wire element mounted inside the substrate holder, the electromagnetic radiation implementation element is made in the form of a removable and detachable perpendicular to the vertical axis of the shielded cylindrical cylindrical housings with a centering groove on the inner horizontal surface adjacent to the electric vacuum inlet, and mounted on the end of the electric vacuum inlet, and in a cylindrical body in a direct sequence are a spiral spring, a pusher in the form of a disk with a centering groove on the side of the spiral spring, made with the possibility of reciprocating movement along the vertical axis of the hollow a cylindrical body, while the spiral spring is fixed at one end in the centering groove of the hollow cylindrical body, and the other end in the centering to of the pusher, a contact electrode in the form of a rod with a guide disk at one end and with a hemisphere at the other is made with the possibility of reciprocating movement along the vertical axis of the hollow cylindrical body and rotatable around this axis, in the pusher and in the guide disk of the movable contact electrode coaxially and symmetrically made recesses of conical shape, in which an element in the form of a ball is located with a technological gap, which ensures the mobility of the contact electrode in contact with antifreeze a friction plate, wherein the electric vacuum inlet, the reaction chamber, the substrate support screen, the hollow cylindrical body, the coil spring, the anti-friction plate, the cover and the substrate holder are aligned, the hollow cylindrical body, the coil spring, the pusher, the contact electrode, the antifriction plate, the cover, the substrate holder and the substrate holder screen is made of electrically conductive and corrosion-resistant material under plasma conditions, and said conical recesses are made with an angle m cone 90 ° ± 1 ° and a depth h, defined by the expression:
where L is the size of the cross section of the element in the form of a ball, providing mobility of the contact electrode,
Δ is the value of the technological gap.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011118901/02A RU2467093C1 (en) | 2011-05-11 | 2011-05-11 | Device for vacuum deposition of films using electromagnetic radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011118901/02A RU2467093C1 (en) | 2011-05-11 | 2011-05-11 | Device for vacuum deposition of films using electromagnetic radiation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2467093C1 true RU2467093C1 (en) | 2012-11-20 |
Family
ID=47323241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011118901/02A RU2467093C1 (en) | 2011-05-11 | 2011-05-11 | Device for vacuum deposition of films using electromagnetic radiation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2467093C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2679031C1 (en) * | 2017-11-21 | 2019-02-05 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт точного машиностроения" | Thin films from gas phase deposition device |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2087585C1 (en) * | 1995-07-20 | 1997-08-20 | Республиканский инженерно-технический центр порошковой металлургии с Научно-исследовательским институтом проблем порошковой технологии и покрытий и опытным производством | Apparatus for applying multilayer vacuum-plasma coatings |
| EP1717338A1 (en) * | 2004-02-10 | 2006-11-02 | Ulvac, Inc. | Thin film forming apparatus |
| RU2287610C2 (en) * | 2005-05-03 | 2006-11-20 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") | Plant for ion-plasma deposition of coatings in vacuum |
| RU2294395C2 (en) * | 2005-04-29 | 2007-02-27 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") | Installation for the vacuum ionic-plasma treatment of the surfaces |
| EP1111087B1 (en) * | 1998-07-03 | 2007-05-30 | Shincron Co., Ltd. | Apparatus and method for forming thin film |
-
2011
- 2011-05-11 RU RU2011118901/02A patent/RU2467093C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2087585C1 (en) * | 1995-07-20 | 1997-08-20 | Республиканский инженерно-технический центр порошковой металлургии с Научно-исследовательским институтом проблем порошковой технологии и покрытий и опытным производством | Apparatus for applying multilayer vacuum-plasma coatings |
| EP1111087B1 (en) * | 1998-07-03 | 2007-05-30 | Shincron Co., Ltd. | Apparatus and method for forming thin film |
| EP1717338A1 (en) * | 2004-02-10 | 2006-11-02 | Ulvac, Inc. | Thin film forming apparatus |
| RU2294395C2 (en) * | 2005-04-29 | 2007-02-27 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") | Installation for the vacuum ionic-plasma treatment of the surfaces |
| RU2287610C2 (en) * | 2005-05-03 | 2006-11-20 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО "НИАТ") | Plant for ion-plasma deposition of coatings in vacuum |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2679031C1 (en) * | 2017-11-21 | 2019-02-05 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт точного машиностроения" | Thin films from gas phase deposition device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4112137A (en) | Process for coating insulating substrates by reactive ion plating | |
| Broekaert | The development of microplasmas for spectrochemical analysis | |
| CN105931942B (en) | Ambient desorption, ionization and excitation for spectrometry | |
| US3540993A (en) | Sputtering apparatus | |
| TWI699812B (en) | Linearized energetic radio-frequency plasma ion source and method for generating a linearized energetic plasma ion beam | |
| CN105122042A (en) | Microwave plasma spectrometer using dielectric resonator | |
| SE521904C2 (en) | Hybrid Plasma Treatment Device | |
| EP3047512A1 (en) | Miniature ion source of fixed geometry | |
| KR102106382B1 (en) | Plasma processing apparatus | |
| RU2467093C1 (en) | Device for vacuum deposition of films using electromagnetic radiation | |
| US20200123645A1 (en) | Plasma Process and Reactor for the Thermochemical Treatment of the Surface of Metallic Pieces | |
| WO2019164422A1 (en) | Vacuum ion-plasma apparatus for applying titanium oxynitride coatings to the surface of metal intravascular stents | |
| UA75530C2 (en) | Method for carrying out heterogeneous and homogenous chemical reactions using plasma | |
| JP2015522208A (en) | Assembly for use in vacuum processing methods | |
| CN113237867A (en) | Device and method for preparing surface enhanced Raman substrate by coupling micro-fluidic technology and plasma technology | |
| CN203216851U (en) | Device for miniature atomization/ionization and detection | |
| JP2000306848A (en) | Method and device for surface-treating sample using plasma | |
| Izake et al. | Characterization of reaction products and mechanisms in atmospheric pressure plasma deposition of carbon films from ethanol | |
| RU2653399C2 (en) | Method of amorphous oxide of aluminum coating by reactive evaporation of aluminum in low pressure discharge | |
| Goltz et al. | Inductively heated vaporizer for inductively coupled plasma mass spectrometry | |
| US3595773A (en) | Process for depositing on surfaces | |
| Gehl et al. | Design of a UHV-compatible rf plasma source and its application to self-assembled layers of CoPt3 nanoparticles | |
| CN216928483U (en) | Embedded radio frequency plasma source generating device and vacuum processing system | |
| RU2705839C1 (en) | Vacuum ion-plasma plant for applying coatings on surface of metal intravascular stents, mainly from titanium oxynitride | |
| TWI757852B (en) | Manufacturing method of parts of plasma processing apparatus and inspection method of parts |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160225 |