RU2808620C2 - Device for attaching substrates during deposition of thin films (variants) - Google Patents
Device for attaching substrates during deposition of thin films (variants) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808620C2 RU2808620C2 RU2022105450A RU2022105450A RU2808620C2 RU 2808620 C2 RU2808620 C2 RU 2808620C2 RU 2022105450 A RU2022105450 A RU 2022105450A RU 2022105450 A RU2022105450 A RU 2022105450A RU 2808620 C2 RU2808620 C2 RU 2808620C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- clamping
- substrate holder
- substrate
- soft magnetic
- magnetic material
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 181
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title description 10
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 12
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 9
- 239000002120 nanofilm Substances 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- OZJCQBUSEOVJOW-UHFFFAOYSA-N (4-ethylsulfanylphenyl) n-methylcarbamate Chemical compound CCSC1=CC=C(OC(=O)NC)C=C1 OZJCQBUSEOVJOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000583 Nd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- KPLQYGBQNPPQGA-UHFFFAOYSA-N cobalt samarium Chemical compound [Co].[Sm] KPLQYGBQNPPQGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000938 samarium–cobalt magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области вакуумного напыления пленок различных материалов на подложки, закрепляемые на охлаждаемом основании - подложкодержателе. The invention relates to the field of vacuum deposition of films of various materials onto substrates fixed on a cooled base - a substrate holder.
Известны многочисленные устройства для крепления подложек из различных материалов, керамических, стеклянных, полупроводниковых, металлических и т.п. Как правило, эти устройства для крепления подложек содержат в своем составе, особенно со стороны напыления материалов, различные выступы в виде концов пружин, штифтов и т.п. Эти выступающие элементы в процессе осаждения тонких пленок, как правило не охлаждаются (не прилегают к охлаждаемому основанию - подложкодержателю), кроме того выступающие элементы способствуют возникновению микродуг (особенно при магнетронном распылении материалов). Локальное повышение температуры и возникновение микродуг в процессе осаждения тонких пленок и особенно реакционных многослойных нанопленок приводит к возникновению реакции этих пленок в процессе их напыления. Осаждаемые нанопленки вспыхивают-происходит реакция нанослоев - происходит самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС). При этом температура повышается до 1400-1500°С (пример-многослойные нанопленки Ni/Al) в течении долей секунд с выделением значительного количества тепловой энергии. Как правило, реакционные нанопленки больших размеров изготавливается при помощи вертикальных магнетронных источников распыления материалов на вращающиеся охлаждаемые подложкодержатели [1].Numerous devices are known for attaching substrates made of various materials, ceramic, glass, semiconductor, metal, etc. As a rule, these devices for fastening substrates contain, especially on the side where materials are deposited, various protrusions in the form of ends of springs, pins, etc. These protruding elements during the deposition of thin films, as a rule, are not cooled (they are not adjacent to the cooled base - the substrate holder), in addition, the protruding elements contribute to the occurrence of microarcs (especially during magnetron sputtering of materials). A local increase in temperature and the occurrence of microarcs during the deposition of thin films and especially reactive multilayer nanofilms leads to the occurrence of a reaction in these films during their deposition. The deposited nanofilms flare up, a reaction of the nanolayers occurs - self-propagating high-temperature synthesis (SHS) occurs. In this case, the temperature rises to 1400-1500°C (for example, multilayer Ni/Al nanofilms) within a fraction of a second, releasing a significant amount of thermal energy. As a rule, large reaction nanofilms are produced using vertical magnetron sources of sputtering materials onto rotating cooled substrate holders [1].
Известен подложкодержатель, содержащий основание, на котором между жестким и подпружиненным упорами с прорезью фиксируется подложка [2]. Недостатком известного устройства является наличие выступающих на лицевой поверхности элементов крепления подложек и отсутствие их охлаждения. Кроме того, данное устройство предназначено для крепления подложек небольших размеров и не подходит для крепления подложек-пластин с большими размерами, например, 100×400 мм.A substrate holder is known that contains a base on which the substrate is fixed between a rigid and spring-loaded stop with a slot [2]. A disadvantage of the known device is the presence of substrate fastening elements protruding on the front surface and the lack of cooling. In addition, this device is designed for attaching substrates of small sizes and is not suitable for attaching substrate plates with large dimensions, for example, 100x400 mm.
Известно приспособление для закрепления пластин [3] которое содержит основание и установленные на нем держатели в виде пружинистой скобы с различными изгибами. Недостатком известного устройства является, как и в предыдущем случае наличие многочисленных элементов крепления на лицевой поверхности подложки, а также отсутствие их охлаждения.A device for securing plates [3] is known, which contains a base and holders mounted on it in the form of a springy bracket with various bends. The disadvantage of the known device is, as in the previous case, the presence of numerous fastening elements on the front surface of the substrate, as well as the lack of cooling.
В качестве ближайшего аналога-прототипа выбрано устройство и способ крепления заготовок плат при напылении тонких пленок [4] содержащее рамку с технологическими окнами для размещения заготовок плат, опорными площадками для базирования заготовок плат и установленными на рамке механизмами фиксации в виде подпружиненных крепежных элементов и прижимными выступами для прижима заготовки платы. Недостатком устройства является отсутствие охлаждения заготовок плат, а также наличие выступающих прижимных выступов, что делает проблематичным использование устройства для напыления реакционных многослойных нанопленок из-за возможной реакции СВС в процессе напыления нанопленок. Способ крепления заготовок плат при этом является трудоемким, так как предполагает множество манипуляций по закреплению плат. Один из недостатков прототипа - отсутствие охлаждения подложек устранено в устройстве для охлаждения подложек в вакууме [5], содержащее охлаждаемый подложкодержатель и механические прижимы подложек. Недостаток такого устройства - выступающие над подложкой механические прижимы, которые могут привести при напылении реакционных многослойных нанопленок к реакции СВС.As the closest prototype analogue, a device and method for fastening board blanks during deposition of thin films [4] was selected, containing a frame with technological windows for placing board blanks, support platforms for basing board blanks and fixation mechanisms installed on the frame in the form of spring-loaded fasteners and clamping protrusions for pressing the board blank. The disadvantage of the device is the lack of cooling of the board blanks, as well as the presence of protruding clamping protrusions, which makes the use of the device for deposition of reactive multilayer nanofilms problematic due to a possible SHS reaction during the deposition of nanofilms. The method of fastening board blanks is labor-intensive, as it involves a lot of manipulations to secure the boards. One of the disadvantages of the prototype - the lack of cooling of the substrates - was eliminated in a device for cooling substrates in a vacuum [5], containing a cooled substrate holder and mechanical clamps of the substrates. The disadvantage of such a device is the mechanical clamps protruding above the substrate, which can lead to an SHS reaction during deposition of reactive multilayer nanofilms.
Задача изобретения - разработка устройства крепления подложек на охлаждаемые основания-подложкодержатели с крепежными элементами без выступающих прижимных выступов в виде винтов, штырьков и концов пружин. Вторая задача - устройство для крепления подложек должно обеспечивать минимальное время на крепление подложек на подложкодержателе и снятие подложек с подложкодержателя. Третья задача - элементы крепления подложек должны иметь хороший тепловой контакт с охлаждаемым подложкодержателем.The objective of the invention is to develop a device for attaching substrates to cooled base-substrate holders with fastening elements without protruding clamping protrusions in the form of screws, pins and spring ends. The second task is that the device for attaching substrates must provide a minimum time for attaching substrates to the substrate holder and removing substrates from the substrate holder. The third task is that the substrate fastening elements must have good thermal contact with the cooled substrate holder.
Эти задачи решаются следующим образом. Предлагается три варианта устройства для крепления подложек.These problems are solved as follows. There are three options for the device for attaching substrates.
Первый вариант. По краям основания - охлаждаемого подложкодержателя выполняются отверстия в которые устанавливаются стержневые магниты (запрессовываются или вклеиваются в отверстия подложкодержателя). Концы стержневых магнитов не доходят до лицевой поверхности подложкодержателя на расстояние 2-3 толщины подложки. Для подложки толщиной 0.5-0.8 мм это расстояние равно 1-2.4 мм. Лицевая поверхность подложкодержателя - поверхность на которую устанавливается подложка. Охлаждаемый подложкодержатель изготавливается из материала с высокой теплопроводностью - медь, алюминий и т,п. Используются магниты из неодимового сплава или магниты из сплава самарий-кобальт. Это самые мощные на сегодняшний день магниты. Используются теплопроводные подложки из немагнитного материала (полированные латунь, алюминий, медь и т.п.) толщиной от 0.1 мм до 1.5 мм (обычно 0.5-0.8 мм) с отверстиями по краям, соответствующими размерам отверстий для установки стержневых магнитов в подложкодержателе. Для определенного технологического процесса изготовления реакционных нанопленок используются подложки с одной толщиной. Прижим подложки к водоохлаждаемому подложкодержателю осуществляется при помощи прижимной рамки из теплопроводного материала (медь, алюминий, латунь и т.п.) по краям которой установлены круглые штифты из магнитомягкого материала (железо, сталь, никель и т.п.). Диаметр штифтов и расстояние между штифтами в прижимной рамке соответствуют диаметру отверстий в подложкодержателе и расстоянию между отверстиями в подложкодержателе с допусками, позволяющими свободно вставлять штифты, расположенные на прижимной рамке в отверстия в подложкодержателе. Подложка также выполняется с отверстиями и расстояниями между ними с допусками, позволяющими свободно крепить подложку на штифты прижимной рамки. Длина штифтов выполнятся в 2-3 раза больше толщины подложки, чтобы подложка держалась на поверхности прижимной рамки и свободно входила в отверстия в подложкодержателе. При меньшей длине штырей подложка может соскользнуть с поверхности прижимной рамки, а при большей длине штырей увеличивается трение при их помещении в отверстия в подложкодержателе. При этом торец штифта не должен касаться торца стержневого магнита, установленного в подложкодержателе, тем самым обеспечивается гарантированное прижатие подложки к подложкодержателю, а также при этом учитываются допуски на толщину подложки (обычно не более ±0,05 мм). Торцы стержневых магнитов должны не доходить до поверхности торцов штифтов на расстояние (0.1-0.5) мм. Магнитное поле магнитов взаимодействует с штифтами, при этом происходит прижатие прижимной рамки с подложкой к поверхности подложкодержателя. При больших значениях расстояний ослабляется магнитное поле и снижается усилие прижатия прижимной рамки. Вместо прижимной рамки могут быть использованы прижимные колпачки в виде стержня, выполненного из магнитомягкого материала и шляпки, выполненной из материала с высокой теплопроводностью (медь, алюминий и т.п.). Возможно применение колпачков, полностью изготовленных из магнитомягкого материала.First option. Along the edges of the base - the cooled substrate holder, holes are made into which bar magnets are installed (pressed or glued into the holes of the substrate holder). The ends of the bar magnets do not reach the front surface of the substrate holder at a distance of 2-3 times the thickness of the substrate. For a substrate with a thickness of 0.5-0.8 mm, this distance is 1-2.4 mm. The front surface of the substrate holder is the surface on which the substrate is installed. The cooled substrate holder is made of a material with high thermal conductivity - copper, aluminum, etc. Neodymium alloy magnets or samarium-cobalt alloy magnets are used. These are the most powerful magnets available today. Thermally conductive substrates made of non-magnetic material (polished brass, aluminum, copper, etc.) with a thickness of 0.1 mm to 1.5 mm (usually 0.5-0.8 mm) with holes along the edges corresponding to the size of the holes for installing bar magnets in the substrate holder are used. For a certain technological process of manufacturing reactive nanofilms, substrates with the same thickness are used. The substrate is pressed against the water-cooled substrate holder using a pressure frame made of a heat-conducting material (copper, aluminum, brass, etc.) along the edges of which round pins made of a soft magnetic material (iron, steel, nickel, etc.) are installed. The diameter of the pins and the distance between the pins in the clamping frame correspond to the diameter of the holes in the substrate holder and the distance between the holes in the substrate holder with tolerances that allow the pins located on the clamping frame to be freely inserted into the holes in the substrate holder. The substrate is also made with holes and distances between them with tolerances that allow the substrate to be freely attached to the pins of the clamping frame. The length of the pins will be 2-3 times greater than the thickness of the substrate, so that the substrate rests on the surface of the clamping frame and fits freely into the holes in the substrate holder. With shorter pin lengths, the substrate may slide off the surface of the clamping frame, and with longer pin lengths, friction increases when they are placed in the holes in the substrate holder. In this case, the end of the pin should not touch the end of the bar magnet installed in the substrate holder, thereby ensuring guaranteed pressing of the substrate to the substrate holder, and also taking into account tolerances on the thickness of the substrate (usually no more than ±0.05 mm). The ends of the bar magnets should not reach the surface of the ends of the pins by a distance of (0.1-0.5) mm. The magnetic field of the magnets interacts with the pins, and the clamping frame with the substrate is pressed against the surface of the substrate holder. At large distances, the magnetic field is weakened and the pressing force of the clamping frame is reduced. Instead of a clamping frame, clamping caps can be used in the form of a rod made of a soft magnetic material and a cap made of a material with high thermal conductivity (copper, aluminum, etc.). It is possible to use caps made entirely of soft magnetic material.
Из отдельных пластин водоохлаждаемого подложкодержателя и элементов крепления подложки может изготавливаться подложкодержатель карусельного типа, вращающийся перед магнетронными источниками распыления материалов.A carousel-type substrate holder can be made from individual plates of a water-cooled substrate holder and substrate fastening elements, rotating in front of magnetron sources of material sputtering.
На фиг. 1 приведены конструктивные элементы первого варианта устройства для крепления подложек при напылении реакционных многослойных нанопленок. Здесь: 1 - основание - охлаждаемый подложкодержатель, 2 - подложка с отверстиями 3, 4 - прижимная рамка из теплопроводного материала с установленными цилиндрическими штифтами 5 из магнитомягкого материала, 6 - стержневой магнит, установленный в отверстие 7 в подложкодержателе. Прижимная рамка выполняется со скругленными краями со стороны напыляемого материала, что устраняет образование микродуг, и за счет плотного прилегания к подложкодержателю обеспечивается хороший тепловой контакт. На фиг. 2а и фиг. 2б показан фрагмент устройства крепления подложек в сборе, т.е. когда все элементы крепления подложки, показанные на фиг. 1, соединяются между собой. Здесь 6 - стержневой магнит, установленный в отверстии 7 в подложкодержателе 1, 8 - колпачок из теплопроводного материала со смонтированным штифтом 5 из магнитомягкого материала, А-зазор между торцом магнита 6 и торцом штифта 5. Остальные обозначения позиций соответствуют обозначениям на фиг. 1.In fig. Figure 1 shows the structural elements of the first version of the device for attaching substrates during deposition of reactive multilayer nanofilms. Here: 1 - base - cooled substrate holder, 2 - substrate with holes 3, 4 - pressing frame made of thermally conductive material with installed cylindrical pins 5 made of soft magnetic material, 6 - bar magnet installed in hole 7 in the substrate holder. The pressing frame is made with rounded edges on the side of the sprayed material, which eliminates the formation of micro-arcs, and due to the tight fit to the substrate holder, good thermal contact is ensured. In fig. 2a and fig. Figure 2b shows a fragment of the assembled substrate fastening device, i.e. when all the substrate fastening elements shown in FIG. 1, are connected to each other. Here 6 is a bar magnet installed in hole 7 in the substrate holder 1, 8 is a cap made of thermally conductive material with a mounted pin 5 made of soft magnetic material, A is the gap between the end of the magnet 6 and the end of pin 5. The remaining designations of positions correspond to the designations in Fig. 1.
При необходимости увеличения усилия прижатия подложки к основанию-подложкодержателю вместо штифтов-стержней 5 из магнитомягкого материала могут быть применены магниты, причем полюс магнита, расположенного в прижимной рамке должен быть противоположен полюсу стержневого магнита, расположенного в основании-подложкодержателе, при этом магниты будут притягиваться друг к другу.If it is necessary to increase the force of pressing the substrate to the base-substrate holder, instead of pins-rods 5 made of soft magnetic material, magnets can be used, and the pole of the magnet located in the clamping frame should be opposite to the pole of the bar magnet located in the base-substrate holder, and the magnets will attract each other to friend.
Вторым вариантом устройства крепления подложек с использованием стержневых магнитов является следующий вариант. Также, как и в первом варианте по краям основания-водоохлаждаемого подложкодержателя выполняются отверстия, в которые устанавливаются стержневые магниты (запрессовываются или вклеиваются в отверстия подложкодержателя). Концы стержневых магнитов выступают над лицевой поверхностью подложкодержателя на расстояние равное 2-3 толщины подложки. На выступающие концы стержневых магнитов одевается подложка. Прижим подложки к водоохлаждаемому подложкодержателю осуществляется при помощи прижимной рамки или отдельных прижимных колпачков, выполненных из магнитомягкого материала (железо, никель и т.п.). В прижимной рамке или колпачках выполняются глухие отверстия со стороны рабочей поверхности подложки. Выступающие торцы магнитов не должны доходить до поверхности дна в глухом отверстии прижимной рамки или прижимного колпачка на расстояние 0.1-0.5 мм. Магнитное поле магнитов взаимодействует с магнитомягким материалом прижимной рамки (прижимного колпачка), при этом происходит прижатие прижимной рамки к подложке и подложки к поверхности подложкодержателя. При больших значениях расстояний ослабляется магнитное поле и снижается усилие прижатия прижимной рамки (прижимного колпачка). На фиг. 3 приведены конструктивные элементы крепления подложек по второму варианту. Здесь: 1 - основание - охлаждаемый подложкодержатель с установленными стержневыми магнитами 6, 2 - подложка с отверстиями 3, 4 - прижимная рамка из магнитомягкого материала с глухими отверстиями. Прижимная рамка выполняется со скругленными краями со стороны напыляемого материала, что устраняет образование микродуг, и за счет плотного прилегания к подложкодержателю обеспечивается хороший тепловой контакт. На фиг. 4а и фиг. 4б показан фрагмент устройства крепления подложек в сборе, т.е. когда все элементы крепления подложки, показанные на фиг. 3, соединяются между собой. Здесь 10 - глухие отверстия в прижимной рамке 4,11 - колпачок из магнитомягкого материала, А-зазор между торцом магнита 6 и поверхностью в глухом отверстии в прижимной рамке 4. Остальные обозначения позиций соответствуют обозначениям на фиг. 3. Прижимную рамку в устройствах для крепления подложек в обоих вариантах целесообразно использовать для подложек с небольшими размерами (50-100 мм), для которых возможно изготовление прижимной рамки с высокой плоскостностью поверхности. Для устройств крепления подложек с большими габаритными размерами (более 100 мм) предпочтительнее использовать вместо прижимной рамки прижимные колпачки, которые могут быть изготовлены с высокой плоскостностью и тем самым обеспечивается прижим подложки к водоохлаждаемому подложкодержателю с хорошим тепловым контактом.The second option for a device for attaching substrates using bar magnets is the following option. Just as in the first option, holes are made along the edges of the base-water-cooled substrate holder into which bar magnets are installed (pressed or glued into the holes of the substrate holder). The ends of the bar magnets protrude above the front surface of the substrate holder at a distance equal to 2-3 times the thickness of the substrate. A substrate is placed on the protruding ends of the bar magnets. The substrate is pressed against the water-cooled substrate holder using a clamping frame or separate clamping caps made of soft magnetic material (iron, nickel, etc.). Blind holes are made in the clamping frame or caps on the side of the working surface of the substrate. The protruding ends of the magnets should not reach the bottom surface in the blind hole of the clamping frame or clamping cap at a distance of 0.1-0.5 mm. The magnetic field of the magnets interacts with the soft magnetic material of the clamping frame (clamping cap), thereby pressing the clamping frame to the substrate and the substrate to the surface of the substrate holder. At large distances, the magnetic field is weakened and the pressing force of the clamping frame (clamping cap) is reduced. In fig. Figure 3 shows the structural elements for fastening the substrates according to the second option. Here: 1 - base - cooled substrate holder with installed bar magnets 6, 2 - substrate with holes 3, 4 - pressing frame made of soft magnetic material with blind holes. The pressing frame is made with rounded edges on the side of the sprayed material, which eliminates the formation of micro-arcs, and due to the tight fit to the substrate holder, good thermal contact is ensured. In fig. 4a and fig. Figure 4b shows a fragment of the assembled substrate fastening device, i.e. when all the substrate fastening elements shown in FIG. 3, are connected to each other. Here 10 are blind holes in the clamping frame 4, 11 are a cap made of soft magnetic material, A is the gap between the end of the magnet 6 and the surface in the blind hole in the clamping frame 4. The remaining position designations correspond to the designations in Fig. 3. It is advisable to use the clamping frame in devices for fastening substrates in both variants for substrates with small dimensions (50-100 mm), for which it is possible to produce a clamping frame with a high surface flatness. For devices for fastening substrates with large overall dimensions (more than 100 mm), it is preferable to use clamping caps instead of a clamping frame, which can be manufactured with high flatness and thereby ensure that the substrate is pressed against a water-cooled substrate holder with good thermal contact.
Третий вариант устройства крепления подложек заключается в следующем. Также, как и в первом варианте по краям основания-водоохлаждаемого подложкодержателя выполняются отверстия в которые устанавливаются стержневые магниты (запрессовываются или вклеиваются в отверстия подложкодержателя). Концы стержневых магнитов устанавливаются в одной плоскости (заподлицо) с лицевой поверхностью подложкодержателя. Полюса магнитов чередуются по линии расположения магнитов. Подложка выполняется без отверстий по ее краям с размерами равными размеру подложкодержателя на который она будет установлена. Прижим подложки к водоохлаждаемому подложкодержателю осуществляется при помощи прижимной планки из магнитомягкого материала выполненной в виде уголка в сечении с верхней и боковой полками. Магнитное поле магнитов взаимодействует с магнитомягким материалом прижимной планки, при этом происходит прижатие прижимной планки к подложке и подложки к поверхности подложкодержателя. Боковая полка прижимной планки ограничивает ее перемещения по поверхности подложки и фиксирует подложку в заданном положении. В случае использования подложки с большими размерами (более 200 мм) прижимная планка может быть выполнена из двух и более частей. Теплопроводность магнитомягких материалов на основе железа достаточно большая (60-70 Вт/мК) и за счет незначительной толщины прижимной рамки (0,3-0,5 мм) обеспечивается хороший отвод тепла на поверхность водооохлаждаемого подложкодержателя.The third option for the substrate fastening device is as follows. Just as in the first option, holes are made along the edges of the base-water-cooled substrate holder into which bar magnets are installed (pressed or glued into the holes of the substrate holder). The ends of the bar magnets are installed in the same plane (flush) with the front surface of the substrate holder. The poles of the magnets alternate along the line of the magnets. The substrate is made without holes along its edges with dimensions equal to the size of the substrate holder on which it will be installed. The substrate is pressed against the water-cooled substrate holder using a pressure strip made of soft magnetic material made in the form of an angle in cross-section with the top and side shelves. The magnetic field of the magnets interacts with the soft magnetic material of the clamping bar, thereby pressing the clamping bar to the substrate and the substrate to the surface of the substrate holder. The side shelf of the clamping bar limits its movement along the surface of the substrate and fixes the substrate in a given position. In the case of using a substrate with large dimensions (more than 200 mm), the pressure strip can be made of two or more parts. The thermal conductivity of soft magnetic materials based on iron is quite high (60-70 W/mK) and due to the insignificant thickness of the pressure frame (0.3-0.5 mm), good heat dissipation to the surface of the water-cooled substrate holder is ensured.
На фиг. 5 приведены конструктивные элементы устройства крепления подложки по третьему варианту. Здесь 1 - водоохлаждаемый подлложкодержатель, 6 - стержневые магниты, установленные в отверстия по краям подложкодержателя, 2 - подложка, 12 - прижимные планки.In fig. Figure 5 shows the structural elements of the substrate fastening device according to the third option. Here 1 is a water-cooled substrate holder, 6 are bar magnets installed in holes along the edges of the substrate holder, 2 is a substrate, 12 are clamping strips.
На фиг. 6 показан фрагмент устройства крепления подложек в сборе, т.е. когда все элементы крепления подложки, показанные на фиг. 5, соединяются между собой. Здесь А-верхняя полка прижимной планки, Б-боковая полка прижимной планки, остальные обозначения соответствуют обозначениям на фиг. 5.In fig. Figure 6 shows a fragment of the assembled substrate fastening device, i.e. when all the substrate fastening elements shown in FIG. 5, are connected to each other. Here A is the upper shelf of the clamping bar, B is the side shelf of the clamping bar, the remaining designations correspond to the designations in Fig. 5.
В качестве примера по первому варианту было изготовлено устройство для крепления подложек. В качестве водоохлаждаемого основания использовалась медная пластина толщиной 8 мм с расположенными внутри медными трубками, по которым пропускалась охлаждающая вода. В качестве подложек использовались пластины из теплопроводного алюминиевого сплава АДШ (коэффициент теплопроводности 236 Вт/мК), толщиной 0.8 мм. В качестве стержневых магнитов использовались неодимовые магниты в виде стержней с диаметром 5 мм и высотой 5 мм. Прижимная рамка также изготавливалась из пластины, толщиной 0.8 мм, из теплопроводного алюминиевого сплава марки АДШ. Расстояние между торцами магнитов и торцами штифтом составляло 0.3 мм. Усилие прижима при этом составляло не менее 150 г для одной пары магнит-штифт. При расстоянии между магнитами в 40 мм на длине прижимной рамки в 400 мм обеспечивалось прижатие подложки 100×400 мм с усилием до 3 кг, что достаточно для плотного прижатия подложки к охлаждаемому подложкодержателю.As an example, according to the first option, a device for attaching substrates was manufactured. A copper plate 8 mm thick with copper tubes located inside through which cooling water was passed was used as a water-cooled base. Plates made of thermally conductive aluminum alloy ADS (thermal conductivity coefficient 236 W/mK), 0.8 mm thick, were used as substrates. Neodymium magnets in the form of rods with a diameter of 5 mm and a height of 5 mm were used as bar magnets. The clamping frame was also made of a plate, 0.8 mm thick, of heat-conducting aluminum alloy of the ADS brand. The distance between the ends of the magnets and the ends of the pin was 0.3 mm. The clamping force was at least 150 g for one magnet-pin pair. With a distance between the magnets of 40 mm and a length of the clamping frame of 400 mm, it was possible to press a 100×400 mm substrate with a force of up to 3 kg, which is sufficient to tightly press the substrate to the cooled substrate holder.
В качестве примера по второму варианту было изготовлено устройство для крепления подложек со следующими отличиями. Прижимная рамка (прижимной колпачок) изготавливались из магнитомягкого материала (Сталь 3). Расстояние между выступающими торцами стержневых магнитов и поверхностью дна в глухом отверстии прижимной рамки или прижимного колпачка составляло 0.3 мм. Усилие прижима для одной пары магнит-прижимной колпачок составляло 150 г.As an example, using the second option, a device for attaching substrates was manufactured with the following differences. The clamping frame (clamping cap) was made of soft magnetic material (Steel 3). The distance between the protruding ends of the bar magnets and the bottom surface in the blind hole of the clamping frame or clamping cap was 0.3 mm. The clamping force for one magnet-clamping cap pair was 150 g.
В качестве примера по третьему варианту было изготовлено устройство для крепления подложек со следующими отличиями от предыдущих вариантов. Стержневые магниты закреплялись заподлицо в отверстиях на краях подложкодержателя. Боковая поверхность стержневого магнита (диаметр 5 мм, высота 5 мм) располагалась на расстоянии 1 мм от края подложкодержателя толщиной 8 мм. Использовались подложки из алюминиевого сплава толщиной 0,5 мм с размерами 100×200 мм. Прижимная планка выполнялась из полосы магнитомягкого материала (сталь 3) толщиной 0,5 мм с полками равными 5 мм. При расстоянии между магнитами в 40 мм усилие прижатия подложки к поверхности подложкодержателя на длине 200 мм составляло до 2 кг, что достаточно для плотного прижатия подложки к водоохлаждаемому подложкодержателю.As an example, according to the third option, a device for attaching substrates was manufactured with the following differences from previous options. Bar magnets were fixed flush in holes at the edges of the substrate holder. The side surface of the bar magnet (diameter 5 mm, height 5 mm) was located at a distance of 1 mm from the edge of the 8 mm thick substrate holder. Substrates made of aluminum alloy with a thickness of 0.5 mm and dimensions of 100×200 mm were used. The clamping bar was made of a strip of soft magnetic material (steel 3) 0.5 mm thick with flanges equal to 5 mm. With a distance between magnets of 40 mm, the force of pressing the substrate against the surface of the substrate holder over a length of 200 mm was up to 2 kg, which is sufficient to tightly press the substrate to the water-cooled substrate holder.
Крепление подложек в первом варианте осуществляется следующим образом. Подложка 2 (см. фиг. 1 и фиг. 2) одевается своими отверстиями 3 на штифты 5 (из магнитомягкого материала или из магнитов), расположенные на прижимной рамке 4, после чего рамка с подложкой прижимается к основанию - подложкодержателю 1, таким образом, чтобы штифты 5 вошли в отверстия 3 на подложкодержателе 1. С использованием вместо прижимной рамки прижимных колпачков способ крепления осуществляется аналогичным образом. Подложка одевается одним из отверстий на штифт прижимного колпачка, после чего прижимается к основанию подложкодержателя (штифт прижимного колпачка вставляется в отверстие на подложкодержателе). Затем вставляются оставшиеся прижимные колпачки в отверстия на подложке и отверстия в подложкодержателе.The fastening of the substrates in the first embodiment is carried out as follows. The substrate 2 (see Fig. 1 and Fig. 2) is put on with its holes 3 on pins 5 (made of soft magnetic material or magnets) located on the pressing frame 4, after which the frame with the substrate is pressed against the base - substrate holder 1, thus so that the pins 5 fit into the holes 3 on the substrate holder 1. Using pressure caps instead of a pressure frame, the fastening method is carried out in a similar way. The substrate is put on one of the holes onto the pin of the pressure cap, and then pressed against the base of the substrate holder (the pin of the pressure cap is inserted into the hole on the substrate holder). Then the remaining pressure caps are inserted into the holes on the substrate and the holes in the substrate holder.
Крепление подложек по второму варианту осуществляется следующим образом. Подложка 3 (см. фиг. 3 и фиг. 4) одевается своими отверстиями 3 на стержневые магниты 6, расположенные на поверхности подложкодержателя 1, после чего они прижимаются к поверхности подложкодержателя путем одевания на выступающие стержневые магниты 6 прижимной рамки 4 или прижимного колпачка 11.The fastening of substrates according to the second option is carried out as follows. The substrate 3 (see Fig. 3 and Fig. 4) is put on with its holes 3 on bar magnets 6 located on the surface of the substrate holder 1, after which they are pressed to the surface of the substrate holder by placing a clamping frame 4 or a clamping cap 11 on the protruding bar magnets 6.
Крепление подложек по третьему варианту осуществляется следующим образом. Подложка 2 (см. фиг. 5 и фиг. 6) прижимается при помощи прижимных планок 12 к поверхности водоохлаждаемого подложкодержателя 1.The mounting of the substrates according to the third option is carried out as follows. The substrate 2 (see Fig. 5 and Fig. 6) is pressed using clamping strips 12 to the surface of the water-cooled substrate holder 1.
Процесс установки и снятия одной подложки размером 100×200 мм во всех вариантах занимает не более 20 сек. Установка и снятие 12 подложек (100×200 мм) на вертикально расположенную карусель, состоящую из 6 пластин, образующих подложкодержатель, размером 400×100 мм (6 подложек) занимает не более 4 мин.The process of installing and removing one substrate measuring 100×200 mm in all options takes no more than 20 seconds. Installation and removal of 12 substrates (100×200 mm) on a vertically located carousel, consisting of 6 plates forming a substrate holder, measuring 400×100 mm (6 substrates) takes no more than 4 minutes.
Таким образом, в предлагаемом устройстве для крепления подложек решены поставленные задачи:Thus, the proposed device for attaching substrates solves the following problems:
- устройство не содержит элементов крепления с острыми углами и выступающими над поверхностью подложек и подложкодержателя;- the device does not contain fastening elements with sharp corners and protruding above the surface of the substrate and substrate holder;
- устройство позволяет производить монтаж и демонтаж подложек с минимальным временем - до 20 сек на одну подложку 100×200 мм;- the device allows installation and dismantling of substrates with minimal time - up to 20 seconds per substrate 100×200 mm;
- элементы крепления подложек выполнены из материалов с высокой теплопроводностью (от 60 Вт/мК) и с малой толщиной (0,3-1 мм), что обеспечивает хороший теплоотвод выделяющегося тепла в процессе напыления тонких пленок.- substrate fastening elements are made of materials with high thermal conductivity (from 60 W/mK) and small thickness (0.3-1 mm), which ensures good heat removal of the generated heat during the deposition of thin films.
Источники информацииInformation sources
1. Axel Schumacher and all. Assembly and Packaging of Micro Systems by Using Reactive Bonding Processes. European Microelectronics Packaging Conference EMPC 20151. Axel Schumacher and all. Assembly and Packaging of Micro Systems by Using Reactive Bonding Processes. European Microelectronics Packaging Conference EMPC 2015
2. Парфенов О.Д. Технология микросхем: Учеб. пособие для вузов по спец. «Конструирование и про-во ЭВА». - М.: Высшая школа, 1986, 320 с., стр. 177-178, рис. 2.12)2. Parfenov O.D. Microcircuit technology: Textbook. manual for universities on special. "Design and production of EVA." - M.: Higher School, 1986, 320 pp., pp. 177-178, fig. 2.12)
3. Патент RU 2380786, опубл. 27.01.2010 г.3. Patent RU 2380786, publ. 01/27/2010
4. Патент RU 2656328, опубл. 04.06.2018 г.4. Patent RU 2656328, publ. 06/04/2018
5. Патент RU 2046838, опубл. 27.10.1993 г.5. Patent RU 2046838, publ. October 27, 1993
Claims (6)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2022105450A RU2022105450A (en) | 2023-08-28 |
| RU2808620C2 true RU2808620C2 (en) | 2023-11-30 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2046838C1 (en) * | 1993-09-07 | 1995-10-27 | Евгений Николаевич Ивашов | Apparatus for cooling substrates in vacuum |
| SU1380265A1 (en) * | 1986-03-31 | 2005-06-20 | В.И. Ирков | DEVICE FOR APPLYING COATINGS IN VACUUM |
| RU2380786C1 (en) * | 2008-11-18 | 2010-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр по радиоэлектронным системам и информационным технологиям имени В.И. Шимко" (ФГУП "Федеральный НПЦ "Радиоэлектроника" им. В.И. Шимко") | Device for plate fastening |
| RU2656328C1 (en) * | 2017-05-23 | 2018-06-04 | Акционерное общество "Ижевский радиозавод" | Device and method of strengthening the training board when thin film depositing |
| CN110073481A (en) * | 2017-11-23 | 2019-07-30 | 应用材料公司 | The method for being used to support the substrate carrier of substrate, mask chucking device, vacuum flush system and operation substrate carrier |
| RU2748440C1 (en) * | 2020-07-29 | 2021-05-25 | Акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (АО "ОНИИП") | Method for attaching flexible metal substrate to water-cooled surface of substrate holder during vacuum spraying of materials |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1380265A1 (en) * | 1986-03-31 | 2005-06-20 | В.И. Ирков | DEVICE FOR APPLYING COATINGS IN VACUUM |
| RU2046838C1 (en) * | 1993-09-07 | 1995-10-27 | Евгений Николаевич Ивашов | Apparatus for cooling substrates in vacuum |
| RU2380786C1 (en) * | 2008-11-18 | 2010-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Федеральный научно-производственный центр по радиоэлектронным системам и информационным технологиям имени В.И. Шимко" (ФГУП "Федеральный НПЦ "Радиоэлектроника" им. В.И. Шимко") | Device for plate fastening |
| RU2656328C1 (en) * | 2017-05-23 | 2018-06-04 | Акционерное общество "Ижевский радиозавод" | Device and method of strengthening the training board when thin film depositing |
| CN110073481A (en) * | 2017-11-23 | 2019-07-30 | 应用材料公司 | The method for being used to support the substrate carrier of substrate, mask chucking device, vacuum flush system and operation substrate carrier |
| RU2748440C1 (en) * | 2020-07-29 | 2021-05-25 | Акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (АО "ОНИИП") | Method for attaching flexible metal substrate to water-cooled surface of substrate holder during vacuum spraying of materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11424109B2 (en) | Carrier with vertical grid for supporting substrates in coater | |
| US7072184B2 (en) | Heat sink attachment | |
| US10082665B2 (en) | DMD assembly, DLP optical engine and DLP projection device | |
| RU2808620C2 (en) | Device for attaching substrates during deposition of thin films (variants) | |
| TW448529B (en) | Wafer coating apparatus clamp ring warp preventing method and apparatus | |
| CN101107381A (en) | Magnetic circuit device for magnetron sputtering and its manufacturing method | |
| RU2006129978A (en) | EXTERNAL WALL DESIGN AND AUXILIARY METAL DEVICE | |
| CN102851643B (en) | Non-adhering sputters structure and the method for forming the structure for sputtering | |
| JP2016003386A (en) | Deposition holder | |
| TW424114B (en) | Cathode-arrangement for an equipment to sputter a target | |
| RU2571200C2 (en) | Wall-mounted holder for magnetic wall systems | |
| JP2010180438A (en) | Mask unit, and vapor deposition apparatus having the same | |
| US12068142B2 (en) | Carrier with vertical grid for supporting substrates in coater | |
| CN111868295B (en) | Carrier with vertical grid for supporting substrate in coater | |
| RU2022105450A (en) | Device and method of attaching substrates during deposition of thin films (options) | |
| CN103534525B (en) | Ligthing paraphernalia | |
| CN217469378U (en) | Recyclable 86-box protective cover | |
| CN218920476U (en) | Television set | |
| JP2007009255A (en) | Film deposition device and film deposition method | |
| KR100583521B1 (en) | Substrate supported tray alignment system | |
| CN217920147U (en) | Self-adaptation feed mechanism | |
| CN219718617U (en) | Lamp strip buckle device | |
| JP2015021142A (en) | Lock member and mask holder for substrate film deposition process | |
| JP2013042049A (en) | Wafer support device | |
| EP0068079B1 (en) | Magnetic head assembly and method of assembly |