WO2017156614A1 - Вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий и способ нанесения на ней оптических покрытий - Google Patents

Вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий и способ нанесения на ней оптических покрытий Download PDF

Info

Publication number
WO2017156614A1
WO2017156614A1 PCT/BY2016/000002 BY2016000002W WO2017156614A1 WO 2017156614 A1 WO2017156614 A1 WO 2017156614A1 BY 2016000002 W BY2016000002 W BY 2016000002W WO 2017156614 A1 WO2017156614 A1 WO 2017156614A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
chamber
vacuum
technological
coatings
substrate holder
Prior art date
Application number
PCT/BY2016/000002
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Евгений Александрович ХОХЛОВ
Александр Алексеевич Ясюнас
Константин Евгеньевич МЯСНИКОВ
Сергей Михайлович НАСТОЧКИН
Original Assignee
ШИРИПОВ, Владимир Яковлевич
Евгений Александрович ХОХЛОВ
Александр Алексеевич Ясюнас
Константин Евгеньевич МЯСНИКОВ
Сергей Михайлович НАСТОЧКИН
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 ШИРИПОВ, Владимир Яковлевич, Евгений Александрович ХОХЛОВ, Александр Алексеевич Ясюнас, Константин Евгеньевич МЯСНИКОВ, Сергей Михайлович НАСТОЧКИН filed Critical ШИРИПОВ, Владимир Яковлевич
Priority to CN201680083528.7A priority Critical patent/CN109642320B/zh
Priority to EA201800434A priority patent/EA035003B1/ru
Priority to PCT/BY2016/000002 priority patent/WO2017156614A1/ru
Priority to KR1020187019191A priority patent/KR20180124015A/ko
Publication of WO2017156614A1 publication Critical patent/WO2017156614A1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4405—Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material

Definitions

  • the group of inventions relates to the field of technological equipment for coating, namely, vacuum technological equipment designed for applying thin-film coatings with specified optical, electrical and other characteristics.
  • an analogue is known of both the claimed installation and the method of applying thin-film coatings [1].
  • This source describes the installation of periodic action, including a holder of substrates in the form of a drum, along the generatrix of which install and fix substrates, isolated from each other of the loading and unloading chamber located on the sides of the vertical technological chamber, which contains magnetrons for applying thin films and plasma generators for their oxidation, located around the perimeter of the process chamber around the substrate holder.
  • the processing zones of the substrates in the technological chamber are separated by shield walls, and between the substrate holder with the substrates located in the center of the technological chamber and plasma generators in the processing zones are placed grids holding charged particles from the gas plasma, such as electrons and ions.
  • the method of applying thin-film coatings according to the aforementioned patent consists in vacuum applying thin-film coatings to substrates placed on a rotating drum and in their oxidation. In this case, the substrates are moved several times through each treatment zone.
  • the closest analogue of both the claimed installation and the method of applying thin-film coatings [2] describes a vacuum processing line for applying thin-film coatings to workpieces, including a sequentially located entrance lock chamber, an input buffer chamber, a technological chamber with technological devices installed in it , an output buffer chamber, an exit lock chamber, high-vacuum pumps, as well as a substrate holder made in the form of a rotating drum, are installed th in bearings on the carriage, which has the ability to move along the chambers along the guides of the transport system. Moreover, on the ends of the shaft of the substrate holder for transmitting rotation are installed elements of a detachable magnetic coupling, and to rotate the substrate holder using an electric drive located on the frame of the carriage. Technological devices are installed along the movement of the substrate holder on the carriage and the working processing zone is defined as the area along the movement.
  • the method according to the aforementioned patent includes applying thin-film coatings, in which the substrates are placed on a drum substrate holder, which is successively moved with the substrates through the processing chambers parallel to the axis of rotation of the drum and rotated with the same constant linear and angular velocity.
  • coating is applied in the technological chamber by means of technological devices located in the processing zones.
  • the substrate holder with the substrates passes through the lock chambers, technological chambers, buffer chambers and technological corridors.
  • each point of the processed substrate repeatedly passes sequentially past devices for applying ultrathin layers of material.
  • long time intervals for the products to be in the processing zones force either to reduce the speed of the rotating conveyor and moving devices 90 or to bring the size of the devices used in accordance with the time of the process, which requires the use of very large and expensive mechanisms;
  • the present invention is the creation of a compact industrial vacuum installation for applying thin-film coatings on substrates of various sizes, which is applicable
  • the task in a vacuum installation for applying thin-film coatings comprising at least one process chamber containing technological devices and means of high-vacuum pumping, at least one lock
  • a software camera a high-vacuum shutter connecting the process chamber to the lock chamber, a drum-type substrate holder, made with the possibility of rotation around its axis, and a transport system for moving the drum-type substrate holder, it is decided that the lock chamber is mounted on
  • the working space in the technological chamber has a division into working areas through the use of high-vacuum pumping and protective screens.
  • the drum type substrate holder has at least six interchangeable receiving devices for mounting substrates of various sizes or a removable cylindrical surface for mounting flexible substrates.
  • At least one process device installed in the process chamber is a high density plasma generation system comprising at least two sources of induction discharge, on the axis of each of which are located
  • the task in the claimed method of applying thin-film optical coatings characterized in that on the substrate, mounted on a drum type substrate holder, rotating at a constant angular speed, 145 the application of thin-film coatings in a process chamber into which a drum-type substrate holder is moved using a transport system from a lock chamber, it is decided that the transportation of a vertically located drum type substrate holder is carried out in a fixed
  • the 150 transport system to the lock chamber, which is joined to the technological chamber from below through a horizontal high-vacuum shutter.
  • the application of thin-film optical coatings is carried out in the working areas of the process chamber by chemical deposition in high-density plasma.
  • At least one plasma generation system is used for coating, in which the sources of induction discharge are located on the inner side surface of the process chamber one after another along a vertical axis parallel to the axis of rotation of the drum holder, or with a staggered offset
  • the division of the working space into working areas is carried out by means of high-vacuum pumping facilities and protective screens. After coating and removing the drum holder from the process chamber, it is cleaned.
  • the surface of the rotating substrates is cleaned and activated in oxygen and hydrogen plasma.
  • the power density 170 which is transmitted to the plasma by induction discharge sources, exceeds 0.1 W / cm.
  • the ionization of the working gas in the working zone of plasma formation is carried out due to an external constant magnetic field with with an induction of 0.1-3 mT, the magnetic field is formed by constant 175 electromagnets located outside the process chamber on the axis of the sources of the induction discharge.
  • One of the options for implementing the method is the use of at least two generation systems, while the coating is carried out by means of one plasma generation system, and 180 is oxidized by the other.
  • oxidation is understood not only as actual oxidation, but also nitriding, fluorination, etc.
  • FIG. 1 is a side view of a process chamber
  • FIG. 2 is a top view of a process chamber on a frame; in Fig.3 - a transport system, which is a carousel with two lock chambers; in FIG. 4 is a general view of a drum type substrate holder; in FIG. 5 is a general view of a four-seater carousel transport system; in FIG. 6 - view
  • FIG. 7 arrangement of devices in a vacuum technological
  • FIG. Figure 8 shows a graph of the reflection coefficient of the surface of a glass substrate with an antireflection coating on the wavelength of incident light.
  • FIG. 200 (Fig. 1, 2, 3) includes a process chamber 1 mounted on a frame 2, on the side surface of which technological devices 3, high-vacuum pumps 4 are located to ensure and maintaining a vacuum during technological operations and to ensure gas separation of the working space into workers
  • Transport system 7 with at least one lock
  • the technological chamber 1 serves to move a lock chamber with a vertically located substrate holder 5 inside from the loading / unloading zone to a working position under the technological chamber 1.
  • the technological chamber 1 is equipped with a horizontal high-vacuum shutter 9, through which
  • a substrate holder supply device 10 is installed with a high-vacuum motion input (not shown in the figures) inside the lock chamber.
  • the drum holder 5 is located inside the technological chamber 1, and the technological devices 3 are located around the perimeter of the technological chamber 1 around the vertical axis of rotation of the substrate holder 5.
  • the 225 of the substrate holder 5 drives the substrate holder 5 after loading it inside the process chamber 1.
  • the drive 6 of the rotation of the substrate holder 5 and the device 10 for feeding it into the technological chamber 1 are located outside the technological and lock chambers, respectively, thereby avoiding contamination
  • the substrate holder 5 of the drum type (Fig. 4) has at least six interchangeable receiving devices (faces) 12 for different
  • substrates 13 can be replaced, faces 12 can be replaced along with the substrates, or the substrate holder 5 itself can be replaced. This universal loading option allows
  • the vacuum installation can be equipped with two types of transport systems 7: reciprocating - for one
  • lock chamber or carousel (revolving) type - for two or more lock chambers One lock chamber 8 in the vacuum installation, making reciprocating movements along linear guides from the processing chamber 1 to the loading / unloading position, simplifies the design of the vacuum installation in
  • the transport system 7 can be made in the form of a multi-seat carousel (Fig. 5), with which it is possible to carry out several technological
  • FIG. 6 is a top view of a vacuum unit with three process chambers 1, between which a four-seater carousel transport system 7 moves the lock chambers 8 s 260 substrate holders 5 along the entire process chain until a finished product is obtained.
  • the transport system 7 with lock chambers 8, and / or the loading / unloading zone can be located in clean zone A, where both manually and automatically, it is possible to load substrates 13 onto the holder 5 and unload
  • a clean zone is a part of a room in which the concentration of aerosol particles is controlled and which is constructed and used in such a way as to minimize the intake, generation and accumulation of particles inside the room, and in which, if necessary,
  • 270 other parameters are controlled, such as temperature, humidity, and pressure.
  • High vacuum pumping means 4 (Fig. 7) and protective shields 18 located along the perimeter of the technological chamber divide the working space in the technological chamber 1 into several working
  • a patented method for applying thin-film optical coatings on a patented installation is as follows.
  • the substrates 13 are fixed on the substrate holder 5 outside the lock chamber 8, after which the feeder 10 in the vertical position is automatically lowered into the lock chamber 8 mounted on the transport system 7.
  • the lock chamber 8 with the drum type holder 5 is moved to
  • Technological chamber 1 with a substrate holder inside
  • high-vacuum pumps 4 are pumped out to high vacuum to a pressure of less than 0.003 Pa, after which the rotation of the substrate holder 5 is started and accelerated to the speed necessary for the coating process.
  • oxygen is supplied through the multi-zone gas supply system 14 (Fig. 7) to the vacuum process chamber 1, and it is regulated
  • the substrates are treated in accordance with a predetermined time interval. Then, hydrogen is supplied to the working chamber 1 through the gas supply system 14, and the oxygen supply is stopped, the pressure is regulated, and cleaning continues. Turn off the plasma generation system 15 and
  • a thin-film optical coating is applied to the prepared substrate surfaces by chemical vapor deposition in a high-density plasma.
  • optical coatings are carried out depending on the specified optical characteristics of the coating using one or two plasma generation systems 15.
  • the high-vacuum means
  • the high-density plasma generation system 15 includes at least two sources of induction discharge 16 (IIR) operating
  • An increase in the degree of ionization of the working gas in the working zone of plasma formation 17 is achieved due to an external constant magnetic field with an induction of 0, 1-3 mT.
  • the magnetic field is formed by constant electromagnets 19 located
  • the deposition of oxides, nitrides or other materials can be carried out by a single plasma generation system.
  • the working gases are supplied through a multi-zone gas supply system 14 to the zone 375 plasma formation 17, where they are activated, move to the substrate and form a coating.
  • a thin layer of a semiconductor or metal is deposited in one plasma formation zone 17 of the plasma generation system 15.
  • the substrate falls into the region of operation of another plasma generation system 15, where oxide, nitride, fluoride, etc. are formed.
  • oxide, nitride, fluoride, etc. are formed. Separation of the deposition and oxidation processes (in this case, oxidation is understood as real oxidation, as well as nitriding, fluorination, etc. .) improves uniformity
  • the rotation is stopped on the back of the holder 5, the feeder of the substrate holder 10 moves the substrate holder to
  • the technological chamber 1 is subjected to plasma-chemical cleaning to partially remove the deposited material from the in-chamber equipment. Cleaning the process chamber is as follows. After unloading the substrate carrier 5 of the drum type, into the technological
  • 400 chamber 1 serves the working gas NF 3 and include a high density plasma generation system 15. Cleaning continues for a predetermined period of time. Turn off the high-density plasma generation system, turn off the supply of working gases, and the installation is ready for the next cycle of the process. Cleaning
  • the rotation of the substrate holder allows you to reduce the number of degrees of freedom to adjust uniformity to one along
  • Permanent electromagnets located on the axis of the sources An induction discharge also serves to increase plasma concentration.
  • Low mechanical stresses in the film are due to the structure of the coatings obtained by plasma-chemical deposition in high-density plasma at low temperature.
  • mechanical stresses are caused mainly by the difference in thermal expansion coefficients of the film and substrate materials. Since in the inventive method the deposition temperature is less than 100 ° C, the mechanical stresses are much less than in films obtained by plasma-chemical deposition in a plasma of a capacitive discharge [3, 4], where the deposition temperature should be more than 300 ° C.
  • films obtained by the claimed method do not have structural stresses, which reduces the general mechanical stresses in the film. And low mechanical stresses, in turn, improve the resistance of thin-film coatings to mechanical stress and make it possible to apply films to thin substrates that can bend due to tension in the coatings.
  • the technological chamber 1 with the substrate holder 5 inside is pumped out to a pressure of less than 0.003 Pa with high-vacuum pumps 4, after which the rotation of the substrate holder 5 is started and accelerated to a speed of 150 rpm.
  • oxygen is supplied through the multi-zone gas supply system 14 to the vacuum process chamber 1, the pressure is adjusted to 0.7-ZPa, the high-density plasma generation system 15 is turned on. Substrates are cleaned for at least 1 minute. Then hydrogen is supplied to the working chamber, and the oxygen supply is stopped, the pressure is maintained in the same range. Processing of the substrates is continued for another 1 minute.
  • a transparent coating consisting of periodically repeating layers is successively applied to the transparent tempered glass substrates 13, where a layer with a low H refractive index is followed by a layer with a low L refractive index.
  • the number of layers of both types is eight.
  • the sequence of the layers, their thickness and refractive indices are presented in table 1.
  • each layer of antireflection coating is carried out by a single plasma generation system.
  • Working gases are fed through a multi-zone gas supply system 14 to the plasma formation zone 17, where they are activated, move to the substrate and form a coating.
  • FIG. 8 shows the dependence of the reflection coefficient of the antireflection coating corresponding to table 1 on the wavelength of the incident light.
  • the formation of the coating is carried out in the following sequence.
  • the working gases SiH 4 , N 2 used to form an antireflection coating are fed into the vacuum process chamber 1.
  • the pressure in the chamber is adjusted to 0.5-ZPa and the high-density plasma generation system is turned on 15.
  • An odd layer of an antireflection coating with a high H refractive index is deposited. In this case, this layer is silicon nitride SiN x .
  • the moment of deposition is determined by the moment the RF power is turned off.
  • the composition of the gaseous medium is changed: the working gases SiH 4 , 0 2 are fed into the chamber 1 through the gas supply system 14 and again the high-density plasma generation system 15 is turned on.
  • An even layer of antireflection coating is deposited - SiO x with a low L refractive index.
  • the rotational speed of the drum is 150 rpm.
  • a chamber 8 with a drum type substrate holder 5 is moved by a rotary on-off transport system 7 to a clean area at the loading / unloading position, where the substrates are changed.
  • Cleaning the process chamber 1 is as follows. After unloading the substrate carrier of drum type 5 from
  • the working gas NF 3 is supplied to the technological chamber.
  • the claimed installation and the method of applying thin-film optical coatings on it allow you to implement complex methods of applying thin-film coatings on substrates of various sizes and increase the intervals of operation of the equipment.
  • the claimed method for producing optical coatings at the installation has high performance, reduces the number of defects and improves the uniformity of the optical and physical properties of the coatings.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к вакуумной технологической установке и способу нанесения на ней тонкопленочных покрытий с заданными оптическими характеристиками. Указанная вакуумная установка включает шлюзовую камеру, закрепленную на транспортной системе и выполненную с возможностью перемещения с вертикально расположенным подложкодержателем барабанного типа внутри или без него и стыковки с технологической камерой через горизонтальный высоковакуумный затвор, расположенный под технологической камерой. Нанесение тонкопленочных оптических покрытий проводится в рабочих зонах технологической камеры методом химического осаждения в плазме высокой плотности, при этом для нанесения покрытий используют систему генерации плазмы, в которой источники индукционного разряда расположены вдоль вертикальной оси, а разделение рабочего пространства на рабочие зоны выполнено посредством высоковакуумных средств откачки и защитных экранов. Обеспечивается возможность компактного размещения оборудования и осуществления высокопроизводительного и экономичного способа нанесения тонкопленочных оптических покрытий с высокими потребительскими свойствами на гибкие и твердые подложки различных типоразмеров.

Description

Вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий и способ нанесения на ней оптических покрытий.
Группа изобретений относиться к области технологического оборудования для нанесения покрытий, а именно вакуумного технологического оборудования, предназначенного для нанесения тонкопленочных покрытий с заданными оптическими, электрическими и другими характеристиками.
Из уровня техники известны различные способы нанесения тонкопленочных покрытий на обрабатываемые изделия и устройства для осуществления способов.
В частности известен аналог, как заявляемой установки, так и способа нанесения тонкопленочных покрытий [1]. В данном источнике описана установка периодического действия, включающая держатель подложек в форме барабана, по образующей которого устанавливают и закрепляют подложки, изолированные друг от друга камеры загрузки и выгрузки, расположенные с боковых сторон вертикальной технологической камеры, которая содержит магнетроны для нанесения тонких пленок и генераторы плазмы для их окисления, расположенные по периметру технологической камеры вокруг держателя подложек. При этом зоны обработки подложек в технологической камере отделены щитовыми перегородками, а между подложкодержателем с подложками, расположенном в центре технологической камеры и генераторами плазмы в зонах обработки помещены сетки, удерживающие из газовой плазмы заряженные частицы, такие как электроны и ионы.
Способ нанесения тонкопленочных покрытий по указанному патенту заключается в вакуумном нанесении тонкопленочных покрытий на подложки, размещенные на вращающемся барабане и в их окислении. При этом подложки несколько раз перемещают через каждую зону обработки.
Недостатками указанной установки и способа являются:
- невысокая производительность вакуумной установки и значительная себестоимость изделий;
наличие сложных механизмов для передачи и загрузки подложко держателей барабанного типа в шлюзовые камеры и технологическую камеру, так как необходимо наличие входной и выходной шлюзовых камер;
- возможность использовать ограниченное количество технологических устройств, т. к. горизонтальная загрузка подложкодержателей барабанного типа в технологическую камеру требует места для входной и выходной шлюзовых камер;
- высокая себестоимость подложкодержателя из-за наличия устройств передачи, загрузки и стыковки с приводным механизмом;
- уменьшение срока службы вакуумной технологической установки из- за наличия механики и приводных механизмов внутри установки и ухудшается качество полученных тонкопленочных покрытий.
В наиболее близком аналоге, как заявленной установки, так и способа нанесения тонкопленочных покрытий [2], описана вакуумная технологическая линия для нанесения тонкопленочных покрытий на обрабатываемые детали, включающая последовательно расположенные входную шлюзовую камеру, входную буферную камеру, технологическую камеру с установленными в ней технологическими устройствами, выходную буферную камеру, выходную шлюзовую камеру, высоковакуумные насосы, а так же подложкодержатель, выполненный в виде вращающегося барабана, установленный в подшипниках на каретке, которая имеет возможность перемещения вдоль камер по направляющим транспортной системы. При этом на концах вала подложкодержателя для передачи вращения установлены элементы разъемной магнитной муфты, а для вращения подложкодержателя используют электропривод, размещенный на раме каретки. Технологические устройства установлены вдоль движения подложкодержателя на каретке и рабочая зона обработки определяется, как область вдоль движения.
Способ по указанному патенту включает нанесение тонкопленочных покрытий, при котором подложки располагают на барабанном подложкодержателе, который последовательно перемещают с подложками через технологические камеры параллельно оси вращения барабана и вращают с одинаковой постоянной линейной и угловой скоростью. При этом в технологической камере осуществляют нанесение покрытий посредствам технологических устройств, расположенных в зонах обработки. При осуществлении технологического процесса подложкодержатель с подложками проходит шлюзовые камеры, технологические камеры, буферные камеры и технологические коридоры. При нанесении тонких слоев с последующим окислением каждая точка обрабатываемой подложки многократно последовательно проходит мимо устройств нанесения сверхтонких слоев материала.
Недостатками указанной технологической линии и способа являются:
- необходимость использовать большие производственные площади для линейного оборудования и его высокая материалоемкость, особенно в случае нанесения сложных и прецизионных покрытий, так как для этого необходимо увеличивать количество технологических камер и применять сложные системы управления и настройки;
- неэкономичность при использовании длительных процессов нанесения многослойных покрытий, так как при необходимости последовательного нанесения множества слоев длительные временные интервалы пребывания изделий в зонах обработки вынуждают либо снижать скорость вращающихся транспортерных и перемещающихся устройств 90 либо приводить размер используемых устройств в соответствие со временем осуществления процесса, что требует использования очень больших и дорогостоящих механизмов;
- наличие сложного устройства для крепления и перемещения подложек с устройствами вращения внутри вакуумной камеры и, соответственно,
95 невысокое качество полученных тонкопленочных покрытий из-за наличия механики внутри вакуумной установки.
Задачей настоящего изобретения является создание компактной промышленной вакуумной установки для нанесения тонкопленочных покрытий на подложки различных типоразмеров, которая применима
100 для сложных и длительных технологических процессов с возможностыо использования широкого круга технологий и технологических устройств и высокопроизводительного и экономичного способа нанесения тонкопленочных оптических покрытий на этой установке, " который позволит повысить потребительские свойства тонкопленочных
105 покрытий.
Поставленная задача в вакуумной установке для нанесения тонкопленочных покрытий включающей, по меньшей мере, одну технологическую камеру, содержащую технологические устройства и средства высоковакуумной откачки, по меньшей мере, одну шлюзовую
ПО камеру, высоковакуумный затвор, соединяющий технологическую камеру со шлюзовой камерой, подложкодержатель барабанного типа, выполненный с возможностыо вращения вокруг своей оси, и транспортную систему для перемещения подложкодержателя барабанного типа, решена тем, что шлюзовая камера закреплена на
115 транспортной системе и выполнена с возможностыо перемещения по транспортной системе или с ее использованием с вертикально расположенным подложкодержателем барабанного типа внутри или без него и стыковки с технологической камерой через горизонтальный высоковакуумный затвор, расположенный под технологической
120 камерой, а рабочее пространство в технологической камере имеет разделение на рабочие зоны за счет использования средств высоковакуумной откачки и защитных экранов.
Поставленная задача решена так же тем, что устройства перемещения и вращения подложкодержателя барабанного типа
125 расположены снаружи шлюзовой и технологической1 камер.
Подложкодержатель барабанного типа имеет не менее шести сменных приемных устройств для крепления подложек различного типоразмера или сменную цилиндрическую, поверхность для крепления гибких подложек.
130 Поставленная задача решена так же тем, что на транспортной системе может быть закреплена одна шлюзовая камера, которая совершает возвратно-поступательные движения по линейным направляющим или, по меньшей мере, две шлюзовые камеры, тогда транспортная система представляет собой карусель.
135 В наиболее предпочтительном варианте реализации вакуумной установки, по меньшей мере, одним технологическим устройством, установленным в технологической камере, является система генерации плазмы высокой плотности, включающая, как минимум, два источника индукционного разряда, на оси каждого из которых расположены
140 постоянные электромагниты.
Поставленная задача в заявленном способе нанесения тонкопленочных оптических покрытий, характеризующимся тем, что на подложки, закрепленные на вращающемся с постоянной угловой скоростью подложкодержателе барабанного типа, осуществляют 145 нанесение тонкопленочных покрытий в технологической камере, в которую подложкодержатель барабанного типа перемещают с использованием транспортной системы из шлюзовой камеры, решена тем, что транспортировку вертикально расположенного подложкодержателя барабанного типа осуществляют в закрепленной на
150 транспортной системе шлюзовой камере, которую стыкуют с технологической камерой снизу через горизонтальный высоковакуумный затвор. При этом нанесение тонкопленочных оптических покрытий проводят в рабочих зонах технологической камеры методом химического осаждения в плазме высокой плотности.
155 Для нанесения покрытий используют, по меньшей мере, одну систему генерации плазмы, в которой источники индукционного разряда расположены на внутренней боковой поверхности технологической камеры друг за другом по вертикальной оси, параллельной оси вращения подложкодержателя барабанного типа, либо со смещением в шахматном
160 порядке относительно этой оси. Разделение рабочего пространства на рабочие зоны осуществляют посредством высоковакуумных средств откачки и защитных экранов. После нанесения покрытия и извлечения подложкодержателя барабанного типа из технологической камеры проводят ее очистку.
165 В наиболее предпочтительном варианте реализации способа перед нанесением оптического покрытия проводят очистку и активацию поверхности вращающихся подложек в кислородной и водородной плазме.
При нанесении тонкопленочного оптического покрытия плотность 170 мощности, которую передают плазме источники индукционного разряда, превышает 0, 1 Вт/см .
Ионизацию рабочего газа в рабочей зоне плазмообразования осуществляют за счет внешнего постоянного магнитного поля с индукцией 0,1-3 мТл при этом магнитное поле формируют постоянными 175 электромагнитами, размещенными снаружи технологической камеры на оси источников индукционного разряда.
Одним из вариантов реализации способа является использование, по меньшей мере, двух систем генерации, при этом нанесение покрытия осуществляют посредством одной системы генерации плазмы, а 180 окисление - другой. В этом случае под окислением понимается не только действительное окисление, но так же и азотирование, фторирование и др.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами:
на фиг. 1 представлен вид сбоку технологической камеры,
185 установленной на каркасе; на фиг. 2 - вид сверху технологической камеры на каркасе; на фиг.З - транспортная система, представляющая собой карусель с двумя шлюзовыми камерами; на фиг. 4 - общий вид подложкодержателя барабанного типа; на фиг. 5 - общий вид четырехместной карусельной транспортной системы; на фиг. 6 - вид
190 сверху вакуумной технологической установки с тремя технологическими камерами, четырехместной карусельной транспортной системой и шлюзовой камерой с подложкодержателем барабанного типа внутри на одной из позиций транспортной системы; на фиг. 7 - схема размещения устройств в вакуумной технологической
195 камере для осуществления патентуемого способа нанесения оптических покрытий; на фиг. 8 приведен график зависимости коэффициента отражения поверхности стеклянной подложки с просветляющим покрытием от длины волны падающего света.
Вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий
200 (фиг. 1 , 2, 3) включает технологическую камеру 1 , установленную на каркасе 2, на боковой поверхности которой размещены технологические устройства 3, высоковакуумные насосы 4 для обеспечения и поддержания вакуума при проведении технологических операций и для обеспечения газового разделения рабочего пространства на рабочие
205 зоны, вращающийся подложкодержатель 5 барабанного типа, при этом привод 6 вращения подложкодержателя 5 установлен на крышке технологической камеры 1 с высоковакуумным вводом вращения (на рисунках не показан) внутри технологической камеры. Транспортная система 7 с закрепленной на ней, как минимум, одной шлюзовой
210 камерой 8, служит для перемещения шлюзовой камеры с вертикально расположенным подложкодержателем 5 внутри от зоны загрузки/выгрузки в рабочую позицию под технологической камерой 1. С нижней стороны технологическая камера 1 снабжена горизонтальным высоковакуумным затвором 9, через который осуществляется
215 перемещение подложкодержателя 5 из шлюзовой камеры 8 в технологическую камеру 1 и обратно. Для перемещения подложкодержателя 5 снаружи под шлюзовой камерой 8 установлено устройство 10 подачи подложкодержателя с высоковакуумным вводом перемещения (на рисунках не показан) внутри шлюзовой камеры.
220 Во время выполнения технологических операций подложкодержатель 5 барабанного типа находится внутри технологической камеры 1 , а технологические устройства 3, расположены по периметру технологической камеры 1 вокруг вертикальной оси вращения подлождкодержателя 5. Привод 6 вращения
225 подложкодержателя 5 приводит в движение подложкодержатель 5 после его загрузки внутрь технологической камеры 1.
Привод 6 вращения подложкодержателя 5 и устройство 10 его подачи в технологическую камеру 1 расположены вне технологической и шлюзовой камер, соответственно, что позволяет избежать загрязнения
230 рабочего пространства внутри камер, что, в свою очередь, обеспечивает чистоту технологического процесса, а значит и повышенное качество наносимых покрытий.
Подложкодержатель 5 барабанного типа (фиг. 4) имеет либо не менее шести сменных приемных устройств (граней) 12 на разные
235 типоразмеры подложек 13 либо цилиндрическую поверхность для крепления гибких подложек. В положении загрузки/выгрузки на подложкодержателе 5 может быть произведена замена подложек 13, замена граней 12 вместе с подложками либо замена самого подложкодержателя 5. Такая универсальная возможность загрузки дает
240 возможность обработки на вакуумной установке подложек как гибких (фольга, стекло, металл), так и твердых плоских (ниобат лития, танталат лития, стекло, кремний, сапфир, ситал и др.) различных типоразмеров.
Вакуумная установка может быть оборудована двумя типами транспортных систем 7: возвратно поступательной - для одной
245 шлюзовой камеры или карусельного (револьверного) типа - для двух и более шлюзовых камер. Одна шлюзовая камера 8 в вакуумной установке, совершая возратно-поступательные движения по линейным направляющим от технологической камеры 1 на позицию загрузки/выгрузки, упрощает конструкцию вакуумной установки в
250 целом и уменьшает материалоемкость оборудования. При необходимости выполнения сложных технологических процессов нанесения тонкопленочных покрытий транспортная система 7 может быть выполнена в виде многоместной карусели (фиг. 5), с помощью которой возможно осуществление в нескольких технологических
255 камерах 1 либо технологических операций нанесения тонкопленочных покрытий, либо операций контроля, очистки, отмывки и др.
На фиг. 6 представлен вид сверху вакуумной установки с тремя технологическими камерами 1 , между которыми четырехместная карусельная транспортная система 7 перемещает шлюзовые камеры 8 с 260 подложкодержателями 5 по всей технологической цепочке до получения законченного изделия. При этом транспортная система 7 со шлюзовыми камерами 8, и/или зона загрузки/выгрузки, могут быть расположены в чистой зоне А, где как в ручном так и в автоматическом режиме можно производить загрузку подложек 13 на подл ожко держатель 5 и выгрузку
265 готовых изделий.
Чистая зона - это часть помещения, в котором контролируется концентрация аэрозольных частиц и которое построено и используется так, чтобы свести к минимуму поступление, генерацию и накопление частиц внутри помещения, и в котором, при необходимости,
270 контролируются другие параметры, например температура, влажность и давление.
Для обеспечений высокого качества изделий, получаемых путем нанесения тонкопленочных покрытий в вакууме, при размещении технологического оборудования в линию существует необходимость
275 размещения чистых зон в начале и в конце технологической цепочки на позициях загрузки подложек и выгрузки готовых изделий. При оснащении установки технологическими камерами, расположенными по кругу (фиг. 6), с загрузкой подложкодержателей в вертикальном положении снизу технологической камеры, возможна организация
280 только одной чистой зоны А, так как возможно совмещение позиций загрузки и выгрузки.
Средства высоковакуумной откачки 4 (фиг. 7) и защитные экраны 18, расположенные по периметру технологической камеры, разделяют рабочее пространство в технологической камере 1 на несколько рабочих
285 зон, чем создают условия для устойчивой работы' технологических устройств различного типа. Расположение технологических устройств в одной вакуумной камере с использованием различных рабочих зон позволяет экономить производственные площади, занимаемые оборудованием, при осуществлении сложных многоступенчатых
290 технологических процессов, для которых стандартным для установок линейного типа, является выполнение каждой операции в отдельной технологической камере.
Патентуемый способ нанесения тонкопленочных оптических покрытий на патентуемой установке заключается в следующем.
295 Подложки 13 закрепляют на подложкодержателе 5 вне шлюзовой камеры 8, после чего устройством подачи 10 подложкодержатель в вертикальном положении автоматически опускают в шлюзовую камеру 8, закрепленную на транспортной системе 7. Шлюзовую камеру 8 с подложкодержателем 5 барабанного типа перемещают к
300 технологической камере 1 при помощи транспортной системы 7. После того как, шлюзовая камера 8 занимает свое рабочее положение под технологической камерой 1 , движение останавливают и осуществляют подъем и прижатие шлюзовой камеры к горизонтальному высоковакуумному затвору 9. Производят откачку шлюзовой камеры
305 низковакуумным насосом 1 1 до давления 2Па, после чего открывают высоковакуумный затвор 9 и устройством подачи 10 держатель подложек 5 поднимают в технологическую камеру 1 до стыковки с приводом вращения 6.
Технологическую камеру 1 с подложкодержателем внутри
310 высоковакуумными насосами 4 откачивают до высокого вакуума - до давления менее 0,003 Па, после чего запускают вращение подложкодержателя 5 и производят его разгон до скорости, необходимой для осуществления процесса нанесения покрытий.
Перед процессом нанесения оптического покрытия осуществляют
315 плазменную очистку и активацию поверхности подложек плазмой индукционного разряда для удаления молекулярных частиц, адсорбированных газов, полимерных фрагментов, паров воды, а также для атомарной активации поверхностных связей на поверхности подложки, с целью улучшения адгезии наносимого слоя. При этом
320 очистка в кислородной плазме удаляет остатки органических загрязнений, а очистка в водородной плазме гидрогинезирует поверхность, пассивируя поверхностные связи. Для процесса очистки и активации через многозонную систему подачи газа 14 (фиг. 7) в вакуумную технологическую камеру 1 подают кислород, регулируют
325 давление и включают систему генерации плазмы высокой плотности 15.
Обрабатывают подложки в соответствии с заданным временным интервалом. Затем в рабочую камеру 1 через систему подачи газов 14 подают водород, а подачу кислорода прекращают, регулируют давление и продолжают очистку. Выключают систему генерации плазмы 15 и
330 прекращают подачу водорода после окончания очистки.
После процесса очистки и активации на подготовленные поверхности подложек методом химического осаждения из газовой фазы в плазме высокой плотности наносят тонкопленочное оптическое покрытие.
335 Химическое осаждения из газовой фазы в плазме высокой плотности обеспечивает формирование покрытий с меньшим количеством дефектов, лучшей и контролируемой в широких пределах стехиометрией и низкими механическими напряжениями. Низкие механические напряжения в пленке обусловлены структурой пленок,
340 полученных методами химического осаждения, и тем, что разность температуры нанесения и рабочей температуры эксплуатации изделия минимальна и не превышает 100 градусов. При этом контролируемая стехиометрия позволяет добиться улучшения свойств покрытий при меньшем количестве наносимых слоев.
345 " Кроме этого процесс создания пленок высокого качества становится более рентабельным, так как очистка газов дешевле, чем, очистка твердых мишеней магнетронных распылительных систем, которые используются в методе реактивного магнетронного распыления [1], являющегося на сегодняшний день прямым конкурентом метода
350 химического осаждения из газовой фазы, так как обладает соизмеримой скоростью осаждения и достаточно высоким качеством покрытий.
Нанесение оптических покрытий осуществляют в зависимости от заданных оптических характеристик покрытия с помощью одной или двух систем генерации плазмы 15. При этом средства выоковакуумной
355 откачки 4 и защитные экраны 18, разделяющие рабочее пространство в технологической камере 1 на несколько рабочих зон, создают условия для устойчивой работы технологических устройств.
Система генерации плазмы высокой плотности 15 включает не менее двух источников индукционного разряда 16 (ИИР), работающих
360 на промышленной частоте 13,56МГц, и расположенных друг за другом по вертикальной оси, параллельной оси вращения подложкодержателя, или со смещением относительно этой оси в шахматном порядке. Использование системы генерации плазмы с указанным расположением источников индукционного разряда позволяет достичь равномерности
365 покрытий по всей высоте подложкодержателя.
Увеличение степени ионизации рабочего газа в рабочей зоне плазмообразования 17 достигают за счет внешнего постоянного магнитного поля с индукцией 0, 1-3 мТл. Магнитное поле при этом формируют постоянными электромагнитами 19, расположенными
370 снаружи технологической камеры 1 на оси источников индукционного разряда.
Осаждение оксидов, нитридов или других материалов может осуществляться одной системой генерации плазмы. При этом рабочие газы подаются через многозонную систему подачи газа 14 в зону 375 плазмообразования 17, где они активируются, перемещаются к подложке и формируют покрытие.
Если осаждение слоев проводится двумя системами генерации плазмы 15, в одной зоне плазмообразования 17 системы генерации плазмы 15 осаждается тонкий слой полупроводника или металла. В
380 процессе вращения подложка попадает в область работы другой системы генерации плазмы 15, где происходит формирование оксида, нитрида, фторида и т. п. Разделение процессов осаждения и окисления (в данном случае под окислением понимается действительное окислении, а так же азотирование, фторирование и др.) улучшает однородность
385 формируемого покрытия, упрощает настройку равномерности осаждения и позволяет более гибко управлять стехиометрией слоя.
После нанесения покрытия с заданными оптическими свойствами производят остановку вращения по дложко держателя 5, устройство подачи подложкодержателя 10 перемещает подложкодержатель в
390 шлюзовую камеру 8, производят закрытие высоковакуумного затвора 9 и напуск в шлюзовую камеру воздуха, выравнивают давление с атмосферным, после чего шлюзовую камеру 8 с подложкодержателем 5 отсоединяют от технологической камеры 1 и транспортной системой 7 перемещают в зону загрузки/выгрузки, где происходит замена подложек.
395 После выгрузки готовых изделий технологическую камеру 1 подвергают плазмохимической очистке для частичного удаления осаждаемого материала с внутрикамерной оснастки. Очистку технологической камеры осуществляют следующим образом. После выгрузки носителя подложек 5 барабанного типа, в технологическую
400 камеру 1 подают рабочий газ NF3 и включают систему генерации плазмы высокой плотности 15. Очистку продолжают заданный промежуток времени. Выключают систему генерации плазмы высокой плотности, выключают подачу рабочих газов и установка готова к проведению следующего цикла технологического процесса. Очистка
405 технологической камеры после завершения каждого цикла нанесения покрытий снижает количество дефектов в покрытии, что в свою очередь обеспечивает высокое качество покрытий и увеличивает интервалы между сервисной профилактикой оборудования.
Существующие на настоящий момент установки
410 плазмохимического осаждения в плазме высокой плотности [3, 4] позволяют наносить диэлектрические покрытия на подложки с равномерность 1 ,5-2 %. Эти установки ориентированы на поштучную обработку образцов и не предназначены для массового производства оптических изделий. Заявленная технологическая вакуумная установка
415 позволяет достигать равномерности не хуже 0,5 %, при нанесении оптических покрытий в массовом производстве со скоростью нанесения 0,5-1 нм/с при площади обработки 1м и цикле непрерывной работы продолжительностью 90%. Такие показатели достижимы за счет размещения Подложек на вращающемся подложко держателе
420 барабанного типа, использования системы источников индукционного разряда с отдельными электромагнитами для каждого ИИР и многозонной системой подачи газа.
Вращение подложкодержателя позволяет уменьшить число степеней свободы настройки равномерности до одной - вдоль
425 вертикальной оси подложкодержателя. Использование системы источников индукционного разряда позволяет увеличить равномерность генерации плазмы вдоль вертикальной оси и повысить плотность мощности, вкладываемой в разряд, концентрируя ее в небольшом объеме - рабочей зоне плазмообразования, " что увеличивает степень
430 диссоциации рабочего газа и улучшает оптические параметры покрытия.
Постоянные электромагниты, размещенные на оси источников индукционного разряда, так же служат для увеличения концентрации плазмы.
Низкие механические напряжения в пленке обусловлены структурой покрытий, полученных методом плазмохомического осаждения в плазме высокой плотности при низкой температуре. В таких покрытиях механические напряжения вызваны, в основном, разностью термических коэффициентов расширения материалов пленки и подложки. Так как в заявленном способе температура нанесения менее 100°С, то и механические напряжения значительно меньше, чем в пленках, полученных методом плазмохимического осаждения в плазме емкостного разряда [3, 4], где температура осаждения должна быть более 300°С. В отличие от методов физического осаждения [1 , 2] пленки, полученные заявленным методом, не имеют структурных напряжений, что снижает общие механические напряжения в пленке. А низкие механические напряжения, в свою очередь, улучшают устойчивость тонкопленочных покрытий к механическим воздействиям и дают возможность наносить пленки на тонкие подложки, которые могут изгибаться из-за напряженности в покрытиях.
' 1 Пример осуществления изобретения сводится к следующему.
В чистой зона прозрачные положки 13 из закаленного стекла размером 220x280 мм закрепляют на пятнадцати сменных гранях 12 подложкодержателя 5 специальным двухстороннем скотчем. Затем, на позиции загрузки/выгрузки в подложкодержатель 5 устанавливают заполненные подложками грани 12, после чего автоматически опускают подложкодержатель в вертикальном положении в шлюзовую камеру 8, закрепленную на транспортной системе 7. Шлюзовую камеру 8 с подложко держателем барабанного типа 5 внутри перемещают к технологической камере 1 при помощи транспортной системы 7. После того, как шлюзовая камера 8 попадает в свое рабочее положение под технологической камерой 1, движение останавливают и автоматически осуществляют подъем и прижатие шлюзовой камеры 8 к горизонтальному высоковакуумному затвору 9. Производят откачку шлюзовой камеры 8 низковакуумным насосом 1 1 до давления 20Па, после чего открывают высоковакуумный затвор 9 и устройством подачи 10 подложно держатель 5 поднимают в технологическую камеру 1 , до стыковки с приводом вращения 6.
Технологическую камеру 1 с подложкодержателем 5 внутри откачивают до давления менее 0,003Па высоковакуумными насосами 4, после чего запускают вращение подложкодержателя 5 и производят разгон до скорости 150 об/мин.
Для очистки и активации подложек через многозонную систему подачи газа 14 в вакуумную технологическую камеру 1 подают кислород, давление доводят до 0,7-ЗПа, включают систему генерации плазмы высокой плотности 15. Очистку подложек продолжают не менее 1 минуты. Затем в рабочую камеру подают водород, а подачу кислорода прекращают, давление поддерживают в том же диапазоне. Обработку подложек продолжают еще 1 минуту.
Затем на прозрачные подложки 13 из закаленного стекла последовательно наносят просветляющее покрытие, состоящее из периодически повторяющихся слоев, где за слоем с высоким Н коэффициентом преломления следует слой с низким L коэффициентом преломления. Количество слоев обоих типов равно восьми. Порядок следования слоев, их толщины и коэффициенты преломления представлены в таблице 1.
Осаждение каждого слоя просветляющего покрытия осуществляют одной системой генерации плазмы. Рабочие газы подают через многозонную систему подачи газа 14 в зону плазмообразования 17, где они активируются, перемещаются к подложке и формируют покрытие.
Таблица 1
Figure imgf000020_0001
На фиг. 8 представлена зависимость коэффициента отражения просветляющего покрытия, соответствующего таблице 1, от длины волны падающего света.
Формирование покрытия проводят в следующей последовательности. Через систему подачи газа 14 в вакуумную технологическую камеру 1 подают рабочие газы SiH4, N2, используемые для формирования просветляющего покрытия. Давление в камере доводят до 0,5-ЗПа и включают систему генерации плазмы высокой плотности 15. Осаждают нечетный слой просветляющего покрытия с высоким Н коэффициентом преломления. В данном случае этим слоем выступает нитрид кремния SiNx. Момент окончания осаждения определяют моментом выключения ВЧ мощности. Далее изменяют состав газовой среды: в камеру 1 через систему подачи газов 14 подают рабочие газы SiH4, 02 и снова включают 15 систему генерации плазмы высокой плотности. Осаждают четный слой просветляющего покрытия - SiOx с низким L коэффициентом преломления. В процессе осаждения плотность ВЧ мощности составляет 510 =0,2 Вт/см , частота вращения барабана составляет 150 об/мин. Такие условия обеспечивают нанесение за один оборот слоя толщиной около 0,15-0,5 нм, что соответствует толщине 2-6 мономолекулярных слоев и обеспечивает формирование плотного (без пор) и бездефектного покрытия, с наименьшими механическими напряжениями.
515 Осаждение слоев L и Н повторяют по 4 раза, пока не будет сформировано просветляющее покрытие с заданными оптическими свойствами (Таблица 1), после чего подачу реактивных газов прекращают.
После нанесения покрытия с заданными оптическими свойствами
520 за счет привода вращения 6 производят остановку вращения подл ожко держателя 5, затем устройством подачи 10 перемещают подложкодержатель в шлюзовую камеру 8, производят закрытие высоковакуумного затвора 9, производят напуск в шлюзовую камеру воздуха и выравнивают давление с атмосферным, после чего шлюзовую
525 камеру 8 с подложкодержателем барабанного типа 5 перемещают поворотной двухпозиционной транспортной системой 7 в чистую зону на позицию загрузки/выгрузки, где происходит смена подложек.
Очистку технологической камеры 1 осуществляют следующим образом. После выгрузки носителя подложек барабанного типа 5 из
530 технологической камеры 1 в шлюзовую камеру 8 и закрытия высоковакуумного затвора 9, в технологическую камеру подают рабочий газ NF3. Рабочее давление доводят до Ша, включают систему генерации плазмы высокой плотности 15. При этом плотность ВЧ мощности составляет =0,2 Вт/см . Очистку продолжают 10 минут. Далее
535 выключают систему генерации плазмы высокой плотности, выключают подачу рабочих газов. Установка готова к повторению технологического процесса со следующей партией подложек. При этом осуществление оптического контроля на пропускание при осуществлении технологического процесса обеспечивает его воспроизводимость.
540 Заявленная вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий за счет использования в технологической камере вращающегося держателя подложек барабанного типа в вертикальном положении позволяет использовать различные технологические устройства, размещаемые на ее боковой поверхности. При этом
545 индивидуальные для каждого технологического устройства условия внутри камеры достигаются за счет использования гозоразделения на рабочие зоны.
Размещение технологических устройств разного типа в одной вакуумной технологической камере позволяет уменьшить размер и
550 материалоемкость оборудования, сократить число откачных средств и, тем самым, обеспечить компактность размещения оборудования в производственном помещении. Компактность вакуумного оборудования в целом обеспечивается так же размещением транспортной системой с закрепленными на ней шлюзовыми камерами под камерами
555 технологическими.
Заявленная установка и способ нанесения тонкопленочных оптических покрытий на ней позволяют реализовывать комплексные методы нанесения тонкопленочных покрытий на подложки различных типоразмеров и увеличить интервалы работы оборудования. При этом
560 заявленный способ получения оптических покрытий на установке имеет высокую производительность, позволяет снизить количество дефектов и улучшить равномерность оптических и физических свойств покрытий.
Источники информации:
565 1. Патент США J " 6274014, опубликованный 14.08.2001 г.
2. Патент РФ Ш2507308, опубликованный 20.02.2014 г. Official website of Company Oxford Instrument, - Mode of access: http://www.oxford-instruments.com/products/etching-deposition-and- growth/processes/deposition-processes/dielectrics/sio2-deposition - Date of access: 12.02.2016.
Presentation by Company Corial «Corial 300 IL GaN & Sapphire Etching ICP System» - Mode of access:
http://www.corial.net/resources/13 30011 JCorial%203001 L.pd - Date of access: 12.02.2016.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий включающая, по меньшей мере, одну технологическую камеру, содержащую технологические устройства и средства высоковакуумной откачки, по меньшей мере, одну шлюзовую камеру, высоковакуумный затвор, соединяющий технологическую камеру со шлюзовой камерой, подложкодержатель барабанного типа, выполненный с возможностью вращения вокруг своей оси, и транспортную систему для перемещения подложкодержателя барабанного типа, отличающася тем, что шлюзовая камера закреплена на транспортной системе и выполнена с возможностью перемещения с вертикально расположенным подложкодержателем барабанного типа внутри или без него и стыковки с технологической камерой через горизонтальный высоковакуумный затвор, расположенный под технологической камерой; рабочее пространство в технологической камере имеет разделение на рабочие зоны за счет использования средств высоковакуумной откачки и защитных экранов.
2. Установка по п. 1 , отличающаяся тем, что устройства перемещения и вращения подложкодержателя барабанного типа расположены снаружи шлюзовой и технологической камер.
3. Установка по п. 1 , отличающаяся тем, что подложкодержатель барабанного типа имеет сменные приемные устройства для крепления подложек различного типоразмера.
4. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что подложкодержатель барабанного типа имеет не менее шести сменных приемных устройств на разные типоразмеры подложек.
5. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что подложко держатель барабанного типа имеет сменную цилиндрическую поверхность для крепления гибких подложек.
6. Установка по п. 1 , отличающаяся тем, что на транспортной системе закреплена одна шлюзовая камера, которая совершает возвратно-поступательные движения по линейным направляющим.
7. Установка по п. 1 , отличающаяся тем, что транспортная система представляет собой карусель с установленными на ней, по меньшей мере, двумя шлюзовыми камерами.
8. Установка по п. 1 , отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одним технологическим устройством является система генерации плазмы высокой плотности, включающая, как минимум, два источника индукционного разряда, на оси каждого из которых расположены постоянные электромагниты.
9. Способ нанесения тонкопленочных оптических покрытий, характеризующийся тем, что на подложки, закрепленные на вращающемся с постоянной угловой скоростью подложкодержателе барабанного типа, осуществляют нанесение тонкопленочных покрытий в технологической камере, в которую подложкодержатель барабанного типа перемещают с использованием транспортной системы из шлюзовой камеры отличающийся тем, что транспортировку вертикально расположенного подложкодержателя барабанного типа осуществляют в закрепленной на транспортной системе шлюзовой камере, которую стыкуют с технологической камерой снизу через горизонтальный высоковакуумный затвор; нанесение тонкопленочных оптических покрытий проводят в рабочих зонах технологической камеры методом химического ' осаждения в плазме высокой плотности, при этом для нанесения покрытий используют, по меньшей мере, одну систему генерации плазмы, в которой источники индукционного разряда расположены по вертикальной оси, параллельной оси вращения подложкодержателя барабанного типа, либо в шахматном порядке относительно этой оси; после нанесения покрытия и извлечения подложкодержателя барабанного типа проводят очистку технологической камеры; разделение рабочего пространства на рабочие зоны осуществляют посредством высоковакуумных средств откачки и защитных экранов.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что перед нанесением оптического покрытия проводят очистку и активацию поверхности вращающихся подложек в кислородной и водородной плазме.
1 1. Способ по п. 9, отличающийся тем, что плотность мощности, которую передают плазме источники индукционного разряда, превышает 0,1 Вт/см '
12. Способ по п. 9, отличающийся тем, что ионизацию рабочего газа в рабочей зоне плазмообразования осуществляют за счет внешнего постоянного магнитного поля с индукцией 0,1-3 мТл.
13. Способ по п. 12 отличающийся тем, что магнитное поле формируют постоянными электромагнитами, размещенными снаружи технологической камеры на оси источников индукционного разряда.
14. Способ по п. 9, отличающийся тем, что плазму формируют при помощи, по меньшей мере, двух систем генерации плазмы, при этом нанесение покрытия осуществляют посредством одной системы генерации плазмы, а окисление - другой.
PCT/BY2016/000002 2016-03-16 2016-03-16 Вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий и способ нанесения на ней оптических покрытий WO2017156614A1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201680083528.7A CN109642320B (zh) 2016-03-16 2016-03-16 用于施加薄膜涂层的真空装置和用该真空装置施加光学涂层的方法
EA201800434A EA035003B1 (ru) 2016-03-16 2016-03-16 Вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий и способ нанесения на ней оптических покрытий
PCT/BY2016/000002 WO2017156614A1 (ru) 2016-03-16 2016-03-16 Вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий и способ нанесения на ней оптических покрытий
KR1020187019191A KR20180124015A (ko) 2016-03-16 2016-03-16 박막 코팅을 적용하기 위한 진공 플랜트 및 상기 진공 플랜트로 광학 코팅을 적용하기 위한 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/BY2016/000002 WO2017156614A1 (ru) 2016-03-16 2016-03-16 Вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий и способ нанесения на ней оптических покрытий

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017156614A1 true WO2017156614A1 (ru) 2017-09-21

Family

ID=59850779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/BY2016/000002 WO2017156614A1 (ru) 2016-03-16 2016-03-16 Вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий и способ нанесения на ней оптических покрытий

Country Status (4)

Country Link
KR (1) KR20180124015A (ru)
CN (1) CN109642320B (ru)
EA (1) EA035003B1 (ru)
WO (1) WO2017156614A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192228U1 (ru) * 2018-08-29 2019-09-09 Общество С Ограниченной Ответственностью "Изовак Технологии" Вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий на подложку

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220033958A1 (en) * 2020-07-31 2022-02-03 Applied Materials, Inc. Evaporation source, vapor deposition apparatus, and method for coating a substrate in a vacuum chamber

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU901356A1 (ru) * 1980-01-25 1982-01-30 Предприятие П/Я А-3531 Вакуумна установка
US6818067B2 (en) * 1997-03-03 2004-11-16 Genus, Inc. Processing chamber for atomic layer deposition processes
EP1717338A1 (en) * 2004-02-10 2006-11-02 Ulvac, Inc. Thin film forming apparatus
RU2471015C2 (ru) * 2007-03-02 2012-12-27 Эрликон Солар АГ Вакуумная установка для нанесения покрытий
RU2507308C1 (ru) * 2012-07-19 2014-02-20 Айрат Хамитович Хисамов Способ нанесения тонкопленочных покрытий и технологическая линия для его осуществления

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103002649B (zh) * 2011-09-13 2016-09-14 中微半导体设备(上海)有限公司 一种电感耦合式的等离子体处理装置及其基片处理方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU901356A1 (ru) * 1980-01-25 1982-01-30 Предприятие П/Я А-3531 Вакуумна установка
US6818067B2 (en) * 1997-03-03 2004-11-16 Genus, Inc. Processing chamber for atomic layer deposition processes
EP1717338A1 (en) * 2004-02-10 2006-11-02 Ulvac, Inc. Thin film forming apparatus
RU2471015C2 (ru) * 2007-03-02 2012-12-27 Эрликон Солар АГ Вакуумная установка для нанесения покрытий
RU2507308C1 (ru) * 2012-07-19 2014-02-20 Айрат Хамитович Хисамов Способ нанесения тонкопленочных покрытий и технологическая линия для его осуществления

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU192228U1 (ru) * 2018-08-29 2019-09-09 Общество С Ограниченной Ответственностью "Изовак Технологии" Вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий на подложку

Also Published As

Publication number Publication date
CN109642320B (zh) 2021-04-06
EA035003B1 (ru) 2020-04-16
EA201800434A1 (ru) 2019-01-31
CN109642320A (zh) 2019-04-16
KR20180124015A (ko) 2018-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100367340B1 (ko) 성막장치에 있어서의 기판유지구의 표면의 퇴적막의제거방법 및 성막장치 그리고 박막작성장치
US4062319A (en) Vacuum treating apparatus
JP2699045B2 (ja) 基板取扱い処理システム
JP3700793B2 (ja) 真空処理装置、真空処理装置の中で基板を処理する方法、及び、真空処理装置用のロック
US6176932B1 (en) Thin film deposition apparatus
US20080210550A1 (en) Vacuum Coating System and Method for Vacuum Coating
CN211005607U (zh) 用于在真空中沉积薄膜涂层的直列式涂布机
CN1737190A (zh) 磁控溅镀装置
JP2006521462A (ja) プラズマ増強膜堆積
JP2000054131A (ja) 真空室内の基板をコ―ティングするための装置
WO2000018979A1 (en) Sputter deposition apparatus
WO2000018979A9 (en) Sputter deposition apparatus
TW201901733A (zh) 用於旋轉基座的電漿源
WO2017156614A1 (ru) Вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий и способ нанесения на ней оптических покрытий
US4051010A (en) Sputtering apparatus
RU2507308C1 (ru) Способ нанесения тонкопленочных покрытий и технологическая линия для его осуществления
WO2015108432A1 (ru) Способ нанесения тонкопленочных покрытий и технологическая линия для его осуществления
US20180037983A1 (en) Sputtering device
JP2021127516A (ja) 成膜装置及び成膜装置の水分除去方法
JPS63246814A (ja) 薄膜形成装置
JP2009108384A (ja) 成膜装置
WO2017070769A1 (ru) Комбинированное оптическое покрытие и способ его изготовления (варианты)
JP2001156158A (ja) 薄膜作成装置
US11365475B2 (en) Physical vapor deposition chamber cleaning processes
JP4766821B2 (ja) 基板にコーティングを施すための真空モジュール（及びその変形）とモジュールシステム

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20187019191

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201800434

Country of ref document: EA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16893809

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16893809

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1