RU2540318C2 - Устройство для ионно-плазменного травления и нанесения тонких пленок - Google Patents

Устройство для ионно-плазменного травления и нанесения тонких пленок Download PDF

Info

Publication number
RU2540318C2
RU2540318C2 RU2013112086/02A RU2013112086A RU2540318C2 RU 2540318 C2 RU2540318 C2 RU 2540318C2 RU 2013112086/02 A RU2013112086/02 A RU 2013112086/02A RU 2013112086 A RU2013112086 A RU 2013112086A RU 2540318 C2 RU2540318 C2 RU 2540318C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
target
anode
reflectors
cathodes
substrate holder
Prior art date
Application number
RU2013112086/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013112086A (ru
Inventor
Алексей Алексеевич Исаев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП "НПП "Исток")
Priority to RU2013112086/02A priority Critical patent/RU2540318C2/ru
Publication of RU2013112086A publication Critical patent/RU2013112086A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2540318C2 publication Critical patent/RU2540318C2/ru

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области нанесения тонких пленок в вакууме и может быть использовано, например, в микроэлектронике. Устройство содержит вакуумную камеру и магнитную систему. В вакуумной камере расположен анод, выполненный в виде полого прямоугольного параллелепипеда, в отверстиях оснований которого расположены мишень и подложкодержатель. Возле открытых торцов расположены напротив друг друга два спиральных термокатода, имеющие полукруглые отражатели, закрывающие торцы. Параллельно мишени и подложке установлены магнитоуправляемые заслонки. Магнитная система выполнена в виде двух соленоидов, связанных магнитопроводом и установленных возле отражателей снаружи камеры. Длина термокатода l, расстояние между мишенью и подложкодержателем h, расстояние между катодами L и диаметр мишени d выбраны из соотношений: 0,13L≤h≤0,3L; 0,45L≤d; l=1,14d. Изобретение позволяет увеличить равномерность распределения плотности ионного тока по поверхности мишени и потока наносимого материала, что приводит к повышению качества пленок при увеличении производительности и экономичности устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области нанесения тонких пленок в вакууме и может быть использовано в микроэлектронике при разработке установок для ионно-плазменного травления и нанесения тонких пленок различных материалов.
Известна установка ионно-плазменного распыления, в которой вольфрамовый термокатод помещен в отдельную камеру, сообщающуюся с вакуумной камерой через небольшое отверстие. Кольцевой анод и мишень расположены соосно в вакуумной камере. Магнитное поле создается кольцевым соленоидом, установленным снаружи вакуумной камеры [1].
При таком расположении термокатода и анода в магнитном поле плазма собирается в узкий шнур, что приводит к неравномерности распределения ионного тока по поверхности мишени и подложки, а следовательно, к неравномерному травлению и распылению.
Известна установка для ионно-плазменного распыления, в которой в вакуумной камере ионизационная система выполнена в виде двух одинаковых электродов - термокатодов [2].
Недостатками этого устройства являются:
- термокатоды работают поочередно, один из них при работе является анодом, что приводит к его быстрому износу;
- отсутствие магнитной системы не позволяет создать плазму высокой интенсивности и, следовательно, вести качественное распыление или травление.
Известно устройство для ионно-плазменного нанесения тонких пленок, принятое за прототип [3]. Устройство содержит вакуумную камеру, в которой размещена разрядная камера, имеющая щель, напротив которой располагается отражатель. В разрядной камере вдоль щели расположен протяженный термокатод в виде накаленной нити, сбоку от которого расположен анод. Магнитные наконечники постоянных магнитов установлены внутри камеры. В устройстве создается плоский ленточный поток плазмы.
Недостатками устройства являются:
- разрядная камера, находясь внутри вакуумной камеры, вызывает ее дополнительный нагрев;
- нить термокатода утончается неравномерно по длине, при травлении возникает большой разброс глубины травления в различных местах мишени.
Техническим результатом изобретения является увеличение равномерности распределения плотности ионного тока по поверхности мишени и потока наносимого материала, что приводит к повышению качества пленок при увеличении производительности и экономичности устройства.
Технический результат достигается тем, что устройство для ионно-плазменного травления и нанесения тонких пленок содержит вакуумную камеру и магнитную систему. В вакуумной камере расположены анод, протяженный термокатод с отражателем, напротив друг друга распыляемая мишень и подложкодержатель. Анод выполнен в виде полого прямоугольного параллелепипеда, в отверстиях оснований которого расположены мишень и подложкодержатель. Возле открытых торцов расположены напротив друг друга два спиральных термокатода, имеющие полукруглые отражатели, закрывающие торцы. Параллельно мишени и подложке установлены магнитоуправляемые заслонки. Магнитная система выполнена в виде двух соленоидов, связанных магнитопроводом и установленных возле отражателей снаружи камеры. Длина термокатода 1, расстояние между мишенью и подложкодержателем h, расстояние между катодами L и диаметр мишени d выбраны из соотношений:
0.13L≤h≤0.3L; 0.45L≤d; l=1,14d.
Мишень может быть установлена на держателе, выполненном в виде полого куба с возможностью вращения.
Магнитопровод может быть расположен с одной стороны камеры и иметь на концах постоянные магниты.
Отражатели могут быть выполнены полыми с отверстиями со стороны катода.
В данной конструкции технологическая область устройства, то есть пространство между мишенью и подложкодержателем и область непосредственного формирования плазмы высокой плотности совмещены. Конструкция является одной из разновидностей ячеек Пеннинга. Характерной особенностью такой ячейки является наличие двух отражателей, замкнутого анода между ними и продольного магнитного поля.
Плазма в предлагаемом устройстве создается в скрещенных электрическом и магнитном полях. Электроны термокатодов совершают большое количество осцилляции между отражателями, прежде чем попадут на анод. В отличие от известных конструкций на пути потока плазмы нет электродов. Осциллирующие электроны не теряются и тем самым плотность образующейся плазмы не уменьшается.
Протяженный спиральный термокатод позволяет увеличить плотность потока электронов на единицу длины. Соответственно увеличивается поток плазмы.
Полукруглые отражатели могут быть полыми, куда через натекатель подается рабочий газ и выходит через отверстия к катоду. Это также способствует увеличению плотности ионной плазмы.
Параллельно мишени и подложке установлены магнитоуправляемые заслонки, перекрывающие поток распыляемых материалов подложки или мишени. Тем самым препятствующие их загрязнению.
Магнитная система, выполненная в виде двух соленоидов, связанных магнитопроводом и установленных возле отражателей снаружи камеры, создает магнитное поле в пространстве между термокатодами Магнитопровод может быть расположен с одной стороны вакуумной камеры и иметь на концах постоянные магниты, которые создают в пространстве между термокатодами дополнительное однородное магнитное поле. Мишень может быть установлена на держателе, выполненном в виде полого куба с возможностью вращения. При напылении многослойных структур на каждую грань куба помещают мишень, изготовленную из материала одного из слоев. Держатель выполнен полым, что ускоряет его остывание, что способствует повышению производительности.
Соотношения были установлены экспериментально. При этих условиях плазма равномерно распределяется по всей поверхности мишени и образцов, размещенных на подложкодержателе. При этом достигается экономичность распределения плотности ионного тока и повышается качество пленок.
Когда расстояние между мишенью и подложкодержателем h меньше 0,13L возникает неустойчивость зажигания и стационарность горения разряда, а при h больше 0,3L уменьшается плотность плазмы.
Устройство для ионно-плазменного травления и нанесения тонких пленок поясняется чертежом.
На фиг.1 представлено устройство для ионно-плазменного травления и нанесения тонких пленок, где
вакуумная камера - 1,
анод - 2,
протяженный спиральный термокатод - 3,
отражатель - 4,
мишень - 5,
подложкодержатель - 6,
магнитоуправляемая заслонка - 7,
соленоид - 8,
магнитопровод - 9,
натекатель - 10,
отверстие в отражателе - 11,
крышка камеры - 12,
постоянные магниты - 13.
Пример.
Вакуумная камера 1 выполнена из нержавеющей стали Х18Н10Т с двойными стенками диаметром 350 мм и крышкой 12. Камера 1 охлаждается проточной водой. Анод 2 выполнен в виде полого прямоугольного параллелепипеда из молибдена марки МЧ, торцы полости которого открыты, высота полости 25 мм и ширина 86 мм, в основаниях параллелепипеда выполнены отверстия, для мишени 5 диаметром 78 мм, а для подложкодержателя 72 мм. Открытые торцы анода 2 закрыты полукруглыми полыми отражателями 4, выполненными из молибдена МРН. Рабочий газ подается в отражатель 4 через натекатель 10 и выходит к термокатоду 3 через 10 отверстий 11 диаметром 1,5 мм. Термокатод 3 изготовлен в виде спирали из вольфрамовой проволоки ВРН диаметром 0,6 мм. Диаметр спирали 6 мм, а длина l=85 мм. Термокатод 3 установлен перед отражателем 4 и одним концом соединен с ним. В отверстиях оснований анода 2 напротив друг друга установлены мишень 5 и подложкодержатель 6. Расстояние между ними h равно 25 мм, расстояние между термокатодами L равно 160 мм, диаметр мишени d=75 мм, диаметр подложкодержателя 70 мм. Соленоиды 8 с магнитопроводом 9, изготовленным из электротехнической стали марки 10895 и постоянными магнитами 13 из самарий кобальта, установлены снаружи камеры 1 возле отражателей 4.
Устройство для защиты смотрового окна вакуумной камеры работает следующим образом.
Вакуумная камера 1 откачивается до высокого остаточного вакуума 1·10-4 Па. В камеру 1 через натекатель 10 напускают рабочий газ до необходимого уровня давления. Давление в камере поддерживается постоянным в течение всего процесса. На соленоиды 8 подают ток возбуждения. На анод 2 подается электрический потенциал положительный относительно отражателей 4. На термокатоды 3 подается напряжение накала. Между термокатодами 3 образуется плазма. Мишень 5 закрывается заслонкой 7 и на подложкодержатель 6 с установленными образцами подается отрицательный относительно анода 2 электрический потенциал 50-100 В. Происходит процесс травления. Ток разряда составляет 0,8А. Процесс травления идет с увеличением отрицательного потенциала до 0,2-2 кВ.
Ионный ток на подложке составляет 500 мА, плотность его 10 мА/см2. Неравномерность распределения плотности тока по подложке не более 10%. После окончания травления, открывают заслонку 7 и открывают мишень 5. Закрывают подложкодержатель 6 с установленными образцами заслонкой 7 и открытую мишень 5 протравливают. Открывают заслонку 7, на открытую мишень 5 подают отрицательный потенциал относительно анода 2 и напыляют пленки на образцы. После напыления перекрывают напуск рабочего газа, снимают питающие напряжения и извлекают изделия после остывания из камеры 1 через крышку 12.
Экономичность устройства зависит от эффективности использования ионов газового разряда. Ионы вытягиваются из плазмы на электроды, находящиеся под отрицательным потенциалом относительно плазмы. Расположение мишени и подложкодержателя в полости прямоугольного параллелепипеда обеспечивает значительно больший ионный ток на мишени или подложке, чем на катодах.
Эксперимент проводился на молибденовой мишени. Измеренная скорость ионного травления составила 8 нм/с, а скорость напыления пленок молибдена на подложку 5 нм/с. Мощность рассеивания в устройстве составляла 640 Вт, мощность разряда 160 Вт. Экономичность при токе на подложке (образце) составила 0,62 мА/Вт, что выше, чем в известных устройствах.
Источники информации
1. В.А. Попович и др. «Установка ионно-плазменного распыления», « Электронная техника» Серия 1, Электроника СВЧ, выпуск 5, 1973.
2. SU 247001, МПК6 C23C 14/42, С23С 14/32.
3. US 4175029, НПК 204/298.

Claims (3)

1. Устройство для ионно-плазменного нанесения тонких пленок, содержащее магнитную систему и вакуумную камеру, в которой расположены анод, протяженный термокатод, два отражателя, установленные напротив друг друга, распыляемая мишень и подложкодержатель, отличающееся тем, что оно снабжено вторым протяженным термокатодом и магнитоуправляемыми заслонками, анод выполнен в виде полого прямоугольного параллелепипеда с открытыми торцами и с отверстиями в основаниях, при этом в отверстиях расположены мишень и подложкодержатель, параллельно которым установлены магнитоуправляемые заслонки, термокатоды выполнены спиральными и расположены напротив друг друга со стороны открытых торцов анода, отражатели выполнены полукруглыми и установлены в открытых торцах анода с перекрытием их, а магнитная система выполнена в виде двух соленоидов, связанных магнитопроводом и размещенных напротив отражателей снаружи камеры, причем длина термокатода l, расстояние между мишенью и подложкодержателем h, расстояние между катодами L и диаметр мишени d выбраны из соотношений: 0,13L ≤h ≤0,3L; 0,45L ≤d; l = 1,14d.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что мишень установлена на держателе, выполненном в виде полого куба с возможностью вращения.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отражатели выполнены полыми с отверстиями со стороны катода.
RU2013112086/02A 2013-03-18 2013-03-18 Устройство для ионно-плазменного травления и нанесения тонких пленок RU2540318C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013112086/02A RU2540318C2 (ru) 2013-03-18 2013-03-18 Устройство для ионно-плазменного травления и нанесения тонких пленок

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013112086/02A RU2540318C2 (ru) 2013-03-18 2013-03-18 Устройство для ионно-плазменного травления и нанесения тонких пленок

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013112086A RU2013112086A (ru) 2014-09-27
RU2540318C2 true RU2540318C2 (ru) 2015-02-10

Family

ID=51656223

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013112086/02A RU2540318C2 (ru) 2013-03-18 2013-03-18 Устройство для ионно-плазменного травления и нанесения тонких пленок

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2540318C2 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2599587C1 (ru) * 2015-05-27 2016-10-10 Российская Федерация от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Устройство для нанесения диффузионных покрытий
RU2691357C1 (ru) * 2018-07-09 2019-06-11 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) Устройство для ионно-плазменного напыления
RU2782416C1 (ru) * 2021-12-17 2022-10-26 Акционерное Общество "Наука И Инновации" Магнетронная распылительная система

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU247001A1 (ru) * ЙЕ. йоТо
US4175029A (en) * 1978-03-16 1979-11-20 Dmitriev Jury A Apparatus for ion plasma coating of articles
US4662312A (en) * 1984-12-28 1987-05-05 Nissin Electric Co., Ltd. Apparatus for ion and vapor deposition
US5998798A (en) * 1998-06-11 1999-12-07 Eaton Corporation Ion dosage measurement apparatus for an ion beam implanter and method
WO2001029278A1 (en) * 1999-10-15 2001-04-26 Advanced Energy Industries, Inc. Method and apparatus for substrate biasing in multiple electrode sputtering systems
RU2305142C2 (ru) * 2005-03-28 2007-08-27 Закрытое акционерное общество научно-производственный центр "Трибоника" Способ ионной обработки поверхностного слоя металлического изделия и установка для его осуществления
RU2425173C2 (ru) * 2009-01-11 2011-07-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Установка для комбинированной ионно-плазменной обработки
RU2450083C2 (ru) * 2010-06-15 2012-05-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Установка для вакуумной ионно-плазменной обработки длинномерных изделий

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU247001A1 (ru) * ЙЕ. йоТо
US4175029A (en) * 1978-03-16 1979-11-20 Dmitriev Jury A Apparatus for ion plasma coating of articles
US4662312A (en) * 1984-12-28 1987-05-05 Nissin Electric Co., Ltd. Apparatus for ion and vapor deposition
US5998798A (en) * 1998-06-11 1999-12-07 Eaton Corporation Ion dosage measurement apparatus for an ion beam implanter and method
WO2001029278A1 (en) * 1999-10-15 2001-04-26 Advanced Energy Industries, Inc. Method and apparatus for substrate biasing in multiple electrode sputtering systems
RU2305142C2 (ru) * 2005-03-28 2007-08-27 Закрытое акционерное общество научно-производственный центр "Трибоника" Способ ионной обработки поверхностного слоя металлического изделия и установка для его осуществления
RU2425173C2 (ru) * 2009-01-11 2011-07-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Установка для комбинированной ионно-плазменной обработки
RU2450083C2 (ru) * 2010-06-15 2012-05-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Установка для вакуумной ионно-плазменной обработки длинномерных изделий

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2599587C1 (ru) * 2015-05-27 2016-10-10 Российская Федерация от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Устройство для нанесения диффузионных покрытий
RU2691357C1 (ru) * 2018-07-09 2019-06-11 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) Устройство для ионно-плазменного напыления
RU2782416C1 (ru) * 2021-12-17 2022-10-26 Акционерное Общество "Наука И Инновации" Магнетронная распылительная система

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013112086A (ru) 2014-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5642721B2 (ja) ビーム状プラズマ源
US6250250B1 (en) Multiple-cell source of uniform plasma
US20090032393A1 (en) Mirror Magnetron Plasma Source
US20070205096A1 (en) Magnetron based wafer processing
KR101064567B1 (ko) 빔폭 제어 가능한 전자빔 제공 장치
JP2009534797A (ja) デュアルプラズマビーム源および方法
KR101267459B1 (ko) 플라즈마 이온주입 장치 및 방법
JPS5845892B2 (ja) スパツタ蒸着装置
US9922795B2 (en) High brightness ion beam extraction using bias electrodes and magnets proximate the extraction aperture
US9508532B2 (en) Magnetron plasma apparatus
US20090314631A1 (en) Magnetron With Electromagnets And Permanent Magnets
RU2540318C2 (ru) Устройство для ионно-плазменного травления и нанесения тонких пленок
US8304744B2 (en) Closed drift ion source
JP4078084B2 (ja) イオン化成膜方法及び装置
RU2373603C1 (ru) Источник быстрых нейтральных атомов
KR102533881B1 (ko) 단일 빔 플라즈마 소스
US8575565B2 (en) Ion source apparatus and methods of using the same
TW201941240A (zh) 用於離子束蝕刻之電漿橋引式中和器
RU2601903C2 (ru) Способ напыления тонкопленочных покрытий на поверхность полупроводниковых гетероэпитаксиальных структур методом магнетронного распыления
KR101105842B1 (ko) 환상형 타겟 마그네트론 스퍼터링 장치
CN109786203B (zh) 多通道离子源产生装置
JPH0266167A (ja) イオン化蒸着装置
JPS594045Y2 (ja) 薄膜生成用イオン化装置
RU2395134C2 (ru) Устройство для плазмохимической обработки материалов
Swarnalatha et al. Estimation of density of charge species in a triode discharge system

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20160331