RU2817411C1 - Magnetron with cooling system - Google Patents
Magnetron with cooling system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817411C1 RU2817411C1 RU2023117662A RU2023117662A RU2817411C1 RU 2817411 C1 RU2817411 C1 RU 2817411C1 RU 2023117662 A RU2023117662 A RU 2023117662A RU 2023117662 A RU2023117662 A RU 2023117662A RU 2817411 C1 RU2817411 C1 RU 2817411C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetron
- cooling
- target
- peripheral
- cooling water
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 19
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 abstract description 16
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 abstract description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000009688 liquid atomisation Methods 0.000 abstract 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] Chemical compound N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- -1 CrAl Inorganic materials 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N niobium pentoxide Chemical compound O=[Nb](=O)O[Nb](=O)=O ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N (2,5-dioxopyrrolidin-1-yl) 4-pyren-1-ylbutanoate Chemical compound C=1C=C(C2=C34)C=CC3=CC=CC4=CC=C2C=1CCCC(=O)ON1C(=O)CCC1=O YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000789 Aluminium-silicon alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019918 CrB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005228 Ga2S3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005533 GaO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005543 GaSe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001216 Li2S Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910032387 LiCoO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052493 LiFePO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000668 LiMnPO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012506 LiSi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012946 LiV2O5 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000252067 Megalops atlanticus Species 0.000 description 1
- 229910017231 MnTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002665 PbTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018321 SbTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004211 TaS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010169 TiCr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003092 TiS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008484 TiSi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008599 TiW Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003090 WSe2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007372 Zn4Sb3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006247 ZrS2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001386 lithium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052961 molybdenite Inorganic materials 0.000 description 1
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- BFRGSJVXBIWTCF-UHFFFAOYSA-N niobium monoxide Inorganic materials [Nb]=O BFRGSJVXBIWTCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052958 orpiment Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 150000003346 selenoethers Chemical class 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- VPQBLCVGUWPDHV-UHFFFAOYSA-N sodium selenide Chemical compound [Na+].[Na+].[Se-2] VPQBLCVGUWPDHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910052959 stibnite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N tellanylidenelead Chemical compound [Pb]=[Te] OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N telluride(2-) Chemical compound [Te-2] XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K trilithium;phosphate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]P([O-])([O-])=O TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021521 yttrium barium copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к конструкции системы магнетронного распыления, а именно к конструкции система охлаждения. Это позволяет использовать заявляемое техническое решение для получения эффективного охлаждения чувствительных элементов магнетрона и равномерного распределения тепла в мишени, повышая тем самым эффективность работы процесса напыления и улучшения отвода тепла и охлаждения чувствительных компонентов магнетрона, тем самым обеспечивая непрерывность процесса распыления и улучшая качество покрытия.The present invention relates to the design of a magnetron sputtering system, namely to the design of a cooling system. This makes it possible to use the claimed technical solution to obtain effective cooling of the sensitive elements of the magnetron and uniform heat distribution in the target, thereby increasing the efficiency of the sputtering process and improving heat removal and cooling of the sensitive components of the magnetron, thereby ensuring the continuity of the sputtering process and improving the quality of the coating.
Далее в тексте приведены термины, которые необходимы для облегчения однозначного понимания сущности заявленных материалов и исключения противоречий и/или спорных трактовок при выполнении экспертизы по существу.The text below contains terms that are necessary to facilitate a clear understanding of the essence of the declared materials and to eliminate contradictions and/or controversial interpretations when performing substantive examination.
Магнетронное распыление (или магнетронное напыление) система - это технология, используемая для нанесения тонких пленок на поверхности различных материалов. Она широко применяется в различных отраслях, включая электронику, оптику, а также в производстве покрытий для инструментов, декоративных покрытий и других приложений.Magnetron sputtering (or magnetron sputtering) system is a technology used to deposit thin films on the surfaces of various materials. It is widely used in various industries including electronics, optics, tool coatings, decorative coatings and other applications.
Основным элементом магнетронной системы распыления является магнетрон, который состоит из катода (обычно изготовленного из материала, который будет распыляться) и сильного магнитного поля. Когда на катод подается электрический заряд, магнитное поле удерживает электроны рядом с катодом и формирует плазму. Ионы в плазме получают достаточно энергии, чтобы вырвать атомы или молекулы из поверхности катода.The main element of a magnetron sputtering system is the magnetron, which consists of a cathode (usually made of the material that will be sputtered) and a strong magnetic field. When an electrical charge is applied to the cathode, a magnetic field holds the electrons near the cathode and forms a plasma. The ions in the plasma receive enough energy to rip atoms or molecules from the cathode surface.
Вырванные атомы или молекулы затем движутся в направлении обрабатываемой поверхности, где они оседают и формируют тонкую пленку. При этом используется вакуумная камера, чтобы обеспечить чистую среду для процесса и предотвратить взаимодействие с воздухом.The torn atoms or molecules then move towards the treated surface, where they settle and form a thin film. This uses a vacuum chamber to provide a clean environment for the process and prevent interaction with air.
Источником тепла: - в магнетроне источником тепла является энергия, выделяющаяся при плазменном разряде. В процессе магнетронного напыления, энергия подается на катод, который обычно изготовлен из материала, предназначенного для распыления. Когда на катод подается электрический заряд, магнитное поле, создаваемое магнетроном, удерживает электроны рядом с катодом, образуя плазму.Heat source: - in a magnetron, the heat source is the energy released during the plasma discharge. In the magnetron sputtering process, energy is applied to a cathode, which is usually made of the material intended to be sputtered. When an electrical charge is applied to the cathode, the magnetic field created by the magnetron holds the electrons close to the cathode, forming a plasma.
В плазме ионы приобретают достаточно энергии, чтобы столкнуться с атомами или молекулами материала катода и вырвать их из поверхности. При этом происходит процесс испарения и атомы или молекулы переходят из твердого состояния в газообразное состояние.In the plasma, the ions acquire enough energy to collide with atoms or molecules of the cathode material and tear them out of the surface. In this case, the process of evaporation occurs and atoms or molecules pass from a solid state to a gaseous state.
Этот процесс освобождает значительное количество тепла, так как энергия, переданная ионам, превращается в кинетическую энергию атомов или молекул. Возникающее тепло распространяется вокруг катода и охлаждается с помощью системы охлаждения, чтобы предотвратить перегрев и повреждение магнетрона и других компонентов системы.This process releases a significant amount of heat as the energy transferred to the ions is converted into kinetic energy of atoms or molecules. The resulting heat is distributed around the cathode and cooled by a cooling system to prevent overheating and damage to the magnetron and other system components.
Таким образом, в магнетроне источником тепла является плазменный разряд, где энергия ионов, сталкивающихся с атомами или молекулами, приводит к выделению тепла в процессе магнетронного напыления.Thus, in a magnetron, the heat source is a plasma discharge, where the energy of ions colliding with atoms or molecules leads to the release of heat during the magnetron sputtering process.
Система охлаждения: - система охлаждения в магнетронное напыление играет важную роль в поддержании оптимальной температуры и предотвращении перегрева различных компонентов. В процессе магнетронного напыления выделяется значительное количество тепла, особенно на поверхности катода. Без эффективной системы охлаждения это тепло может накапливаться, что может привести к повреждению оборудования и ухудшению производительности процесса.Cooling System: - Magnetron sputtering cooling system plays an important role in maintaining optimal temperature and preventing overheating of various components. The magnetron sputtering process generates a significant amount of heat, especially at the cathode surface. Without an effective cooling system, this heat can build up, causing equipment damage and process performance degradation.
Основные компоненты системы охлаждения в системе магнетронного напыления могут включать:The main cooling system components in a magnetron sputtering system may include:
1. Водяные охладители: Охладители могут быть использованы для удаления излишнего тепла. Водяные охладители обычно подключены к катоду или магнетрону для активного охлаждения.1. Water coolers: Coolers can be used to remove excess heat. Water coolers are usually connected to a cathode or magnetron for active cooling.
2. Регулировка потока охлаждающей жидкости: Система охлаждения может включать регулируемый поток охлаждающей жидкости, чтобы поддерживать стабильную температуру. Регулирование потока может осуществляться с помощью насосов и клапанов.2. Controlling Coolant Flow: The cooling system may include controlled coolant flow to maintain a stable temperature. Flow control can be achieved using pumps and valves.
Различные системы охлаждения могут применяться в зависимости от конкретных требований и конфигурации магнетронной системы. Важно обеспечить надежное охлаждение, чтобы гарантировать эффективность процесса магнетронного напыления и продолжительность работы оборудования.Various cooling systems can be used depending on the specific requirements and configuration of the magnetron system. It is important to provide reliable cooling to ensure the efficiency of the magnetron sputtering process and the uptime of the equipment.
Известно изобретение по патенту США US 5171415 A «Способ охлаждения и устройство для магнетронного распыления, в англ. Cooling method and apparatus for magnetron sputtering», где устройство магнетронного распыления снабжено охлаждающим каналом и множеством сопел для охлаждения опорной плиты мишени магнетронного распыления. В охлаждающий канал подается охлаждающая жидкость, которая распределяет давление жидкости на свои сопла. Жидкость, подаваемая из форсунок, направляется на заданную область на задней стороне опорной пластины мишени, чтобы сделать охлаждение более эффективным.The invention is known under US patent US 5171415 A “Cooling method and device for magnetron sputtering, in English. Cooling method and apparatus for magnetron sputtering", where the magnetron sputtering device is provided with a cooling channel and a plurality of nozzles for cooling the base plate of the magnetron sputtering target. Coolant is supplied to the cooling channel, which distributes the fluid pressure to its nozzles. The liquid supplied from the nozzles is directed to a predetermined area on the back side of the target support plate to make cooling more efficient.
Известно изобретение по патенту США US 6689254 B1 «Аппарат распыления с изолированным хладагентом и мишенью для его распыления, в англ. Sputtering apparatus with isolated coolant and sputtering target therefor», где магнетронное распыление образовано блоком подвижного магнита, источником охлаждающей воды и съемной мишенью, которая включает в себя сменный блок мишени и съемную охлаждающую полость, которая прилегает к задней поверхности устройства. Охлаждающая полость отделена и подключена к источнику воды.The invention is known under US patent US 6689254 B1 “Sputtering apparatus with an isolated refrigerant and a target for its sputtering, in English. Sputtering apparatus with isolated coolant and sputtering target therefor", where the magnetron sputtering is formed by a moving magnet block, a source of cooling water and a removable target, which includes a replaceable target block and a removable cooling cavity that is adjacent to the rear surface of the device. The cooling cavity is separated and connected to a water source.
Таким образом, в известном техническом решении магнетроны выполнены с системами охлаждения для отвода тепла, образующегося в процессе напыления, причем система охлаждения обычно выполнена в виде полости между нижней поверхностью мишени и магнитом, расположен за мишенью, а полость соединена с входным и выходным каналами охлаждающей жидкости или воды.Thus, in the known technical solution, magnetrons are made with cooling systems to remove heat generated during the deposition process, and the cooling system is usually made in the form of a cavity between the lower surface of the target and the magnet, located behind the target, and the cavity is connected to the input and output channels of the coolant or water.
К известным недостаткам метода можно отнести то, что конструкция системы охлаждения не гарантирует равномерного охлаждения мишени, потому что охлаждающая вода, попадая в полость, поглощает тепло, а затем процесс поглощения постепенно уменьшается, что приводит к неравномерному распределению тепла на поверхности мишени. А это влияет на распределение расхода атомов покрытия из источника, и, в свою очередь, влияет на качество покрытия.The well-known disadvantages of the method include the fact that the design of the cooling system does not guarantee uniform cooling of the target, because cooling water entering the cavity absorbs heat, and then the absorption process gradually decreases, which leads to uneven distribution of heat on the surface of the target. And this affects the distribution of the consumption of coating atoms from the source, and, in turn, affects the quality of the coating.
Задачей заявляемого изобретения является равномерное распределение температуры на поверхности мишени и охлаждение компонентов магнетрона, что обеспечивает непрерывность процесса распыления и напылить качественного покрытия. Задача достигается путем установки плавника, который смешивает поступающую и отработанную охлаждающую воду.The objective of the claimed invention is to uniformly distribute the temperature on the surface of the target and cool the magnetron components, which ensures the continuity of the sputtering process and deposits a high-quality coating. The task is achieved by installing a fin that mixes incoming and exhaust cooling water.
Техническим результатом заявленного технического решения является создание магнетрона с системой охлаждения, состоящего из крышки корпуса, закрепленной болтами к периферийному корпусу, в котором размещены мишень, центральный магнит и установленный под ним плавник для смешивания охлаждающей воды, размещенные на фиксаторе центрального магнита и плавника, периферийный магнит, размещенный под мишенью на фиксаторе периферийного магнита, при этом фиксаторы расположены в нижнем корпусе, соединенным с периферийным корпусом болтами, где предусмотрены входное отверстие с трубкой подачи охлаждающей воды и выходное отверстие с трубкой отвода охлаждающей воды.The technical result of the claimed technical solution is the creation of a magnetron with a cooling system, consisting of a housing cover bolted to a peripheral housing, in which a target, a central magnet and a fin installed underneath for mixing cooling water are placed, placed on a latch of the central magnet and the fin, a peripheral magnet , placed under the target on the peripheral magnet clamp, with the clamps located in the lower housing, connected to the peripheral housing with bolts, where an inlet hole with a cooling water supply tube and an outlet hole with a cooling water drain tube are provided.
Заявленное техническое решение иллюстрируется Фиг.The claimed technical solution is illustrated in Fig.
На Фиг. приведен 3D-вид магнетрона с системой охлаждения, где:In FIG. a 3D view of a magnetron with a cooling system is shown, where:
1 - болты (для установки каркаса сверху),1 - bolts (for installing the frame from above),
2 - крышка корпуса,2 - housing cover,
3 - мишень,3 - target,
4 - периферийный магнит,4 - peripheral magnet,
5 - центральный магнит,5 - central magnet,
6 - периферийный корпус,6 - peripheral housing,
7 - болты (для установки периферийного корпуса),7 - bolts (for installing the peripheral housing),
8 - нижний корпус,8 - lower body,
9 - плавник,9 - fin,
10 - входное отверстие,10 - inlet,
11 - выходное отверстие,11 - outlet,
12 - трубка подачи охлаждающей воды,12 - cooling water supply tube,
13 - трубка отвода охлаждающей воды,13 - cooling water drain pipe,
14 - фиксатор центрального магнита и плавника,14 - clamp of the central magnet and fin,
15 - фиксатор периферийного магнита.15 - peripheral magnet retainer.
Далее заявителем приведено описание заявленного технического решения.Next, the applicant provides a description of the claimed technical solution.
Заявленный магнетрон с системой охлаждения получен монтажно-сборочным методом и состоит из следующих элементов (Фиг.):The claimed magnetron with a cooling system was obtained using the assembly method and consists of the following elements (Fig.):
Нижний корпус 8 с полостью крепится к периферийному корпусу 6 с помощью болтов 7,The lower housing 8 with the cavity is attached to the peripheral housing 6 using bolts 7,
Трубка подачи охлаждающей воды 12 вставляется во входное отверстие 10 в нижнем корпусе 8 с полостью,The cooling water supply tube 12 is inserted into the inlet 10 in the lower housing 8 with a cavity,
Трубка отвода охлаждающей воды 13 вставляется в выходное отверстие 11 в нижнем корпусе 8 с полостью,The cooling water drain pipe 13 is inserted into the outlet 11 in the lower housing 8 with a cavity,
Центральный магнит 5 расположен на фиксаторе центрального магнита и плавника 14.The central magnet 5 is located on the clamp of the central magnet and fin 14.
Периферийный магнит 4 расположен на фиксаторе периферийного магнита 15.The peripheral magnet 4 is located on the clamp of the peripheral magnet 15.
Мишень 3 размещается поверх центрального магнита 5 и периферийного магнита 4 и закрепляется с помощью крышки корпуса 2 болтами 1.The target 3 is placed on top of the central magnet 5 and the peripheral magnet 4 and is secured using the housing cover 2 with bolts 1.
Заявленный технический результат достигается установкой плавника 9 на фиксаторе центрального магнита и плавника 14 в полости в нижнем корпусе 8.The stated technical result is achieved by installing the fin 9 on the central magnet retainer and the fin 14 in the cavity in the lower housing 8.
В типичном процессе напыления камеру сначала откачивают до высокого вакуума, чтобы свести к минимуму парциальные давления всех фоновых газов и потенциальных загрязняющих веществ. После достижения базового давления распыляющий газ, который содержит плазму, подается в камеру, а общее давление регулируется - обычно в диапазоне миллиторр - с помощью системы контроля давления.In a typical sputtering process, the chamber is first evacuated to a high vacuum to minimize the partial pressures of all background gases and potential contaminants. Once the base pressure is reached, atomizing gas, which contains the plasma, is introduced into the chamber, and the overall pressure is adjusted - typically in the millitorr range - using a pressure control system.
Чтобы инициировать генерацию плазмы, между катодом, обычно расположенным непосредственно за мишенью для распыления, и анодом, обычно подключенным к камере в качестве электрического заземления, прикладывается высокое напряжение. Электроны, присутствующие в распыляющем газе, ускоряются вдали от катода, вызывая столкновения с соседними атомами распыляющего газа. Эти столкновения вызывают электростатическое отталкивание, которое «сбивает» электроны с распыляющихся атомов газа, вызывая ионизацию. Положительные атомы распыляемого газа теперь ускоряются по направлению к отрицательно заряженному катоду, что приводит к высокоэнергетическим столкновениям с поверхностью мишени. Каждое из этих столкновений может привести к выбросу атомов с поверхности мишени в вакуумную среду с достаточной кинетической энергией, чтобы достичь поверхности подложки. Чтобы обеспечить как можно больше столкновений с высокой энергией, что приводит к увеличению скорости осаждения, в качестве распыляющего газа обычно выбирают газ с высокой молекулярной массой, такой как аргон или ксенон. Если желателен процесс реактивного распыления, газы, такие как кислород или азот, также могут быть введены в камеру во время роста пленки. Для охлаждения магнетрона используется вода. Температуру можно установить на уровне 228 К. Скорость поступления охлаждающей воды важна для создания достаточной тяги для вращения плавники в центре полости магнетрона и предпочтительно обеспечивать скорость потока более 0,5 м/с.To initiate plasma generation, a high voltage is applied between the cathode, usually located directly behind the sputtering target, and the anode, usually connected to the chamber as an electrical ground. The electrons present in the atomizing gas are accelerated away from the cathode, causing collisions with neighboring atoms of the atomizing gas. These collisions cause electrostatic repulsion, which knocks electrons off the sputtering gas atoms, causing ionization. The positive atoms of the sputtered gas are now accelerated towards the negatively charged cathode, resulting in high-energy collisions with the target surface. Each of these collisions can result in the ejection of atoms from the target surface into a vacuum environment with sufficient kinetic energy to reach the substrate surface. To ensure as many high energy collisions as possible, resulting in increased deposition rates, a high molecular weight gas such as argon or xenon is usually chosen as the atomizing gas. If a reactive sputtering process is desired, gases such as oxygen or nitrogen can also be introduced into the chamber during film growth. Water is used to cool the magnetron. The temperature can be set to 228 K. The flow rate of cooling water is important to generate sufficient thrust to rotate the fins in the center of the magnetron cavity and it is preferable to provide a flow rate greater than 0.5 m/s.
Примеры использования материала при изготовлении магнетрона:Examples of using material in the manufacture of a magnetron:
Мишень круглой формы может быть использована из самых разных металлов, подлежащих нанесению на подложку, и среди этих металлов: Ti, Al, Ru, Cr, Ni, Si, Hf, Та, Y, Zr, Ag, Au, Nb, V, Mo, W, TiAl, AlSi, TiW, TiCr, CrAl, TiSi, TiAlSi, CrAlSi, CrW, In, Sn, Ga, Si, Ge, TeAsSiGe, оксидные мишени (LMO, YBCO, ITO, AZO, NbO, ZnO, SnO2, Al2O3, Ta2O5, SiO2, In2O3, Nb2O5, TiO2, In2O3, GaO, оксид редкоземельных металлов, LiFePO4, LiV2O5, LiSi, LiCoO2, Li3PO4, LiMnPO4), нитрид, фтор, силицид, борид (В, BN, TiB2, CrB2), сульфид (ZnS, MoS2, WS2, TaS2, In2S3, FeS, MgS, MnS, Cr2S3, CaS, CdS, Cu1.8S, CuS, SnS, CuSbS2, ZrS2, As2S3, Bi2S3, TiS2, Li2S, Ga2S3, S, Sb2S3, PbS, CZTS), Селенид (Se, In2Se3, Sb2Se3, ZnSe, Sb2Se3, Cu2Se, WSe2, Na2Se, CdSe, GaSe, InSe, PbSe, Ag2Se, ZnSe, CuSe, AlSe, P2Se5, CuSbSe2, CIGS, AsGeTeSeS), теллурид (Те, CdTe, SbTe, PbTe, MnTe, ZnTe, CTZ), карбидные мишени и редкоземельные (La, Ce, Eu, Er, yb, Lu, Tb) легированный Zn4Sb3 мишени.The round target can be used from a wide variety of metals to be deposited on the substrate, and among these metals: Ti, Al, Ru, Cr, Ni, Si, Hf, Ta, Y, Zr, Ag, Au, Nb, V, Mo , W, TiAl, AlSi, TiW, TiCr, CrAl, TiSi, TiAlSi, CrAlSi, CrW, In, Sn, Ga, Si, Ge, TeAsSiGe, oxide targets (LMO, YBCO, ITO, AZO, NbO, ZnO, SnO2, Al2O3, Ta2O5, SiO2, In2O3, Nb2O5, TiO2, In2O3, GaO, rare earth metal oxide, LiFePO4, LiV2O5, LiSi, LiCoO2, Li3PO4, LiMnPO4), nitride, fluorine, silicide, boride (B, BN, TiB2, CrB2), sulfide (ZnS, MoS2, WS2, TaS2, In2S3, FeS, MgS, MnS, Cr2S3, CaS, CdS, Cu1.8S, CuS, SnS, CuSbS2, ZrS2, As2S3, Bi2S3, TiS2, Li2S, Ga2S3, S, Sb2S3, PbS, CZTS), Selenide (Se, In2Se3, Sb2Se3, ZnSe, Sb2Se3, Cu2Se, WSe2, Na2Se, CdSe, GaSe, InSe, PbSe, Ag2Se, ZnSe, CuSe, AlSe, P2Se5, CuSbSe2, CIGS, AsGeTeSeS), telluride ( Te, CdTe, SbTe, PbTe, MnTe, ZnTe, CTZ), carbide targets and rare earth (La, Ce, Eu, Er, yb, Lu, Tb) doped Zn4Sb3 targets.
Необходимо использовать постоянные магниты. Корпус должен быть изготовлен из стали или металла нержавеющей с высокой температурой плавления. Можно использовать пластиковые трубки. Плавник можно сделать из пластика, но предпочтительнее, чтобы он был металлическим.Permanent magnets must be used. The housing must be made of steel or stainless metal with a high melting point. You can use plastic tubes. The fin can be made of plastic, but it is preferable that it be metal.
Таким образом, заявителем достигнут заявленный технический результат, заключающийся в разработке конструкции системы охлаждения, обеспечивающей получение равномерного распределения температуры на поверхности мишени и охлаждение компонентов магнетрона, что обеспечивает непрерывность процесса распыления и напылить качественного покрытия.Thus, the applicant has achieved the stated technical result, which consists in developing the design of a cooling system that ensures a uniform temperature distribution on the surface of the target and cooling of the magnetron components, which ensures the continuity of the sputtering process and deposits a high-quality coating.
Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна», предъявляемому к изобретениям, так как из исследованного заявителем уровня техники не выявлена совокупность признаков, приведенная в независимом пункте формулы изобретения.The claimed technical solution complies with the “novelty” patentability condition imposed on inventions, since the set of features given in the independent claim of the invention was not identified from the level of technology examined by the applicant.
Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, так как из исследованного заявителем уровня техники не выявлено соответствие совокупности приведенных в независимом пункте формулы изобретения признаков и совокупности полученных технических результатов.The claimed technical solution complies with the patentability condition “inventive step” imposed on inventions, since the level of technology examined by the applicant did not reveal a correspondence between the set of features given in the independent claim of the invention and the set of technical results obtained.
Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям, так как заявленное техническое решение возможно реализовать в промышленности посредством применения известных из уровня техники материалов, оборудование и технологий.The claimed technical solution complies with the patentability condition of “industrial applicability” imposed on inventions, since the claimed technical solution can be implemented in industry through the use of materials, equipment and technologies known from the prior art.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2817411C1 true RU2817411C1 (en) | 2024-04-16 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5171415A (en) * | 1990-12-21 | 1992-12-15 | Novellus Systems, Inc. | Cooling method and apparatus for magnetron sputtering |
| US6689254B1 (en) * | 1990-10-31 | 2004-02-10 | Tokyo Electron Limited | Sputtering apparatus with isolated coolant and sputtering target therefor |
| EP1609880B1 (en) * | 2004-06-22 | 2008-05-14 | Applied Materials GmbH & Co. KG | Sputtering cathod for coating methods |
| WO2013033102A1 (en) * | 2011-09-02 | 2013-03-07 | Applied Materials, Inc. | Cooling ring for physical vapor deposition chamber target |
| TW201413026A (en) * | 2012-09-05 | 2014-04-01 | Applied Materials Inc | Target cooling for physical vapor deposition (PVD) processing systems |
| RU2656318C1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-06-04 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Magnetron spraying head |
| RU198710U1 (en) * | 2020-02-10 | 2020-07-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Дагестанский федеральный исследовательский центр Российской академии наук" | SPRAY MAGNETRON |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6689254B1 (en) * | 1990-10-31 | 2004-02-10 | Tokyo Electron Limited | Sputtering apparatus with isolated coolant and sputtering target therefor |
| US5171415A (en) * | 1990-12-21 | 1992-12-15 | Novellus Systems, Inc. | Cooling method and apparatus for magnetron sputtering |
| EP1609880B1 (en) * | 2004-06-22 | 2008-05-14 | Applied Materials GmbH & Co. KG | Sputtering cathod for coating methods |
| WO2013033102A1 (en) * | 2011-09-02 | 2013-03-07 | Applied Materials, Inc. | Cooling ring for physical vapor deposition chamber target |
| TW201413026A (en) * | 2012-09-05 | 2014-04-01 | Applied Materials Inc | Target cooling for physical vapor deposition (PVD) processing systems |
| RU2656318C1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-06-04 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Magnetron spraying head |
| RU198710U1 (en) * | 2020-02-10 | 2020-07-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Дагестанский федеральный исследовательский центр Российской академии наук" | SPRAY MAGNETRON |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Radzimski | Sustained self-sputtering using a direct current magnetron source | |
| US8568572B2 (en) | Very low pressure high power impulse triggered magnetron sputtering | |
| US20110011737A1 (en) | High-power pulse magnetron sputtering apparatus and surface treatment apparatus using the same | |
| US20060225997A1 (en) | Magnetron with in-situ cleaning target and its application method | |
| EP2073243B1 (en) | Linear electron source, evaporator using linear electron source, and applications of electron sources | |
| JP2921874B2 (en) | High efficiency sheet plasma sputtering equipment | |
| US20090255802A1 (en) | Cluster generator | |
| Schiller et al. | Use of the ring gap plasmatron for high rate sputtering | |
| Witke et al. | Comparison of filtered high-current pulsed arc deposition (φ-HCA) with conventional vacuum arc methods | |
| US6623610B1 (en) | Magnetron sputtering target for magnetic materials | |
| EP2073248A1 (en) | Linear electron source, evaporator using linear electron source, and applications of electron sources | |
| US7928411B2 (en) | Linear electron source, evaporator using linear electron source, and applications of electron sources | |
| US20090236217A1 (en) | Capillaritron ion beam sputtering system and thin film production method | |
| Parsons et al. | Sputter deposition processes | |
| RU2817411C1 (en) | Magnetron with cooling system | |
| TWI363807B (en) | Cooled anodes assembly and physical vapor deposition apparatus and method using the same | |
| Seyfert et al. | 40 years of industrial magnetron sputtering in Europe | |
| RU2311492C1 (en) | Device for high-speed magnetron sputtering | |
| Anders et al. | A plasma lens for magnetron sputtering | |
| Beilis et al. | Metallic film deposition using a vacuum arc plasma source with a refractory anode | |
| KR101696838B1 (en) | Sputtering apparatus for forming nano-structure | |
| Stutzin et al. | Deposition rates in direct current diode sputtering | |
| JPH0136693B2 (en) | ||
| CN114540779A (en) | Composite cathode, magnetron sputtering coating equipment and coating method | |
| EP3671806B1 (en) | Magnetron sputtering cathode assembly for an unbalanced magnetron sputtering apparatus |