Устройство для распыления материалов в вакууме

 

Изобретение относится к нанесению лос рытий в вакууме, в частности к технике получения тонкопленочных покрытий, включая диэлектрические и полупроводниковые материалы, ионным распылением в вакууме , и может быть использовано в производстве электровакуумных приборов. Целью изобретения является повышение скорости распыления и равномерности получаемого покрытия. Устройство вкпючает источник ионного распыления, распыляемую мишень , закрепленную на охлаждаемом держателе , и источник электронов. Источник электронов состоит из металлического корпуса . Корпус разделен на секции для обеспечения равномерности плотности тока эмиссии термокатода, выполненного в виде кольцевого эмиттера, и экрана-г.исдч. выполненного в виде цилиндричес их злек-родов. Неравномерность распределения плотности тока эмиссии тем ме.-и. °ом большее число независимо . А секции будет содержать корпус ncv v .з электронов. Необходимую степень игс-городности можно определить по прилзг емым графикам. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. -t г

сОюэ сОВГтских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5I)s С 23 С 14/12

ГОСУДАРСТВЕ НЧЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

hW

14

I©

ОЭ фь > (21) 4647620/21 (22) 08.02.89 (46) 23.01.92. Бюл. М 3 (72) А,И,Коновалов (53) 621.385(088.8) (56) Ehlers К,W„Yoelker F. BRD-Pateltt

Auslegescher гв 1244300, 1967.

Авторское свидетельство СССР

М 491733, кл. С 23 С 13/12, 1975. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ В ВАКУУМЕ (57) Изобретение относится к нанесению по«рытий в вакууме, в частности к технике получения тонкопленочных покрытий, включая диэлектрические и полупроводниковые материалы, ионным распылением в вакууме, и может быть использовано в производстве электровакуумных приборов. Целью

Изобретение относится к нанесению покрытий в вакууме, в частности к технике получения тонкопленочных покрытий. включая диэлектрические и полупроводниковые материалы, ионным распылением в вакууме и может быть использовано в производстве электровакуумных приборов (Э ВП).

Целью изобретения является повышение скорости распыления и равномерности получаемого покрытия.

В устройстве для распыления материалов в вакууме, включающем источник ионного распыления, мишень из распыляемого материала, закрепленную на охлаждаемом держателе, и источник электронов, состоящий иэ металлического корпуса с эмиссионным отверстием, термокатода, расположен.. Ж „ 1707084 А1 изобретения является повышение скоро:1:1 распыления и равно;лерности получаемого покрытия. Устройство включает источник ионного распыления, распыляе лую мишень, закрепленную на охлаждаемом держателе. и источник электронов. Истсчн.,, электронов состоит из металлического корпуса. Корпус раздеген на секции для обеспечения равномерности плотности тока эмиссии термокатода, выполненного в в .де кольцевого эмиттера, и экрана-; сд4. ьполненного в виде цилиндрпче; i x =-,,eк-voдов. Неравномерность распре;,=. плотности тока эмиссии тсгл м .-, » з, большее число независигло д .йс". .1.ц.:. сскц|й будет содержать корпус и-., 3 электронов. Необход лу о с ;-:;е ь нг".; родности мсжно спреде;, 1ть по i.ð,." мым графика ч. 1 з.п, ф-лы, 5 ил. ного внутри корпуса, и экрана-анода, изол;;рованного от корпуса, со щель о длг вы:-.ол,"-. электронного потока, корпус истерн;ка электронов выполнен в виде полсго тора, обхватывающего мишень по периметру и разделенного в радиальном сечении на отдельные секции. электрически изолированные друг от друга, всех электродов источника электронов и держа., еля;лише»«. в каждой из которых эмиссионное отверстие выполнено в виде прсрезнсй щели, в совокупности образующих кольцевой зь ;ссионный зазор, обращенный в сторону h . 1шени, термокатод выполнен в вид кольцевого эмиттера, а экран-ан,; вь;..., нен в виде пары цилиндрических зл.KTродов, расположенных симметр,- н

1707084

55 относительно кольцевого эмиссионного зазора и образующих кольцевую щель для вывода дискового электронного потока.

Кроме того, с целью усреднения плотности тока эмиссии с поверхности различных участков термокатода, корпус источника электронов разделен, напр«мер. на восемь секций, а с целью повышения p3BHQMpрности нагрева кольцевой эмиттер выполнен в виду двух замкнутых полуколец из фольги тугоплавкого материала, разделяющих эмиттер на два плеча с одинаковым сопротивлением, переходящих в плоские соприкасающиеся по всей длине токоподводящие участки, На фиг.1 представлена конструкция устройства для распыления материалов в вакууме; на фиг.2 — кольцевой эмиттер; на фиг.3 — распределение относительной плотност«элекранного тока по периметру поток= с целым корпусом источника электронов; на q,,4 — распределен«е относительной плотн зс-«э "ектрэнного тока по периметру поI 3 с р33äåilåííым корпусом источника электроне . на ф«г,5 — зависимость уровня неоднородности распределения плотности электронногс тока по периметру потока от

° «cna секц« . корпуса источников электронов.

Устройство состоит из источника 1 ион:е.о распыления — ионной пушки. формирую цей пучок 2 «онов нейтрального газа, агр«мер ар на Аг. направляемого на мишень 3 ç распыл емого матер«-па (диэлектр«к, логу-«l3 îä «к и т.п.). закрепленную н3 ьэдоол l3 A@3 1=51 дес ателе 4, и источн«ка электрон в, состоящего «з металличеСКО О КОРГУСа, ВЫПОЛНЕННОГО В 3«ДЕ ПОЛОГО тора, напр«мер, прямоугольного сечения, и разделенно о на отде ьные секции 5, расположенные по периметру мишени 3, внутри которых размещен кольцевой термокатод б, выполненный из двух замкнутых полуколец 7 из фольги тугоплавкого мат. р«ала (например. Та, W. и т.п.), разделяющих эмиттер на два плеча с одинаковым сопротивлением, переходящих в плоские токоподводящие участки (фиг.2), соединенные с источником 9 питания термокатода 6. Секции 5 корпуса источника электронов 3l.åê пичс" KH изолированы друг от друга, сстальных электродов источника

3/leòкронов и держателя 4 мишени 3 с помощью изолятора 10.

Экран-анод выполнен из двух цилиндрических электродов 11, расположенных симметрично относительно эмиссионных щелей секцимй 5 и образующих кольцевой зазор для вывода дискового электронного потока 12. Один из электродов 11 изолиро5

50 ван от секций 5 корпуса с помощью изолятора 13, второй может быть выполнен заодно с держателем 4 мишени 3. Экран-анод соединен с заземлеHíûì положительным полюсом высоковольтного источника 14 ускоряющего напряжения, отрицательный полюс которого электрически соединен со средней точкой трансформатора низковольтного источника 9 питания термокатода 6.

В приведенном примере электрических соединений представлена схема устройства с заземленным анодом (фиг,1). как оптимальная с точки зрения работы устройства.

Устройство работает следующим образом.

После достижения необходимого вакуума порядка 1 33 1P -1 33 ° 1P Па в рабочей камере (не показана) включается источник 1 ионного распыления и производится распыление мишени 3 пучком 2 ионов.

Одновременно с этим включается и источник элек тронов, для чего термокатод б с помощью н«ьковольтного источника 9 разогревается до температуры эмиссии электронов прямым пропусканием тока. Под действием вк сокого напряжения источника

14 электроны ускоряются по направлению к экрану-аноду и выводятся в формедискового электронного потока 12 через кольцевой зазор, образованный электродами 11. перпендикулярно ионному пучку 2, попадая на поверхность мишени 3.

Часть электронов, эмиттированных термокатодом б, при этом оседает на секциях 5 металл«ческого корпуса, заряжая их до потенциала. оптимального для автофокусировки электронного потока 12. дополнительно локализуя его, Корпус источника электронов. состоящий из отдельных секций, электрически изолированных друг от друга. всех электродов источника электронов и держателя мишени, обеспечивает достижение положительного эффекта при следующем механизме работы

При перегреве некоторой части катода по сравнению с остальными его частями. возрастает плотность тока эмиссии с данной части, Дополнительный поток электронов заряжает близко расположенные секции корпуса источника электронов до потенциала более отрицательного по сравнению с остальными секциями, что приводит к ограничению плотности тока эмиссии с данного участка катода.

При снижении температуры некоторой части катода происходят процессы, обратные описанным.

Таким образом происходит усреднение плотности тока эмиссии с различных участков поверхности термокатода.

17С 11Ял

Нердвн омер ност ь рдсг редел ения Гь>птности тока эмиссии. а следов7тельно. и плотности электронно10 потока тем л1сн=ше. чем больше локализована зона упрэьл-ния электронной эмиссией с повер.ности 5 катода, т.е, чем больше число независимо действующих секций содержит KQt:I7) c источника электрочов (фиг,3 и 4).

Для обеспечения не более че>л +- 57; уровня неоднородности распределения 10 плотности Ilo периметру электронного г отака достаточно выполнить корпус источника электронов разделенным на восемь секций (фиг,5).

Уменьшение числа секций влечет за со- 15 бой увеличение уровня неэднородности распределения глотности электронного потока. Для снижения уровня неоднородности распределения плотности электронного потока число секций должно быть увеличено 20 в зависимости от диаметр;, катода и рэспьляемой мишени.

Протекание тока по двум пэпэл,-ельно соединенным поверхностя, !7QI„>.олец 7 термокатода 6 споспбствуеT б01ее рэгч10- 25 мерному его разогреву, выравнивая плотность тска эмиссии с е о пэверхнос-и, повышая равномерность распределе111; плотности тока в электронном пэтп>:е 1I". v, практически, исключая вли"-.чиe Л1ЭГн>1тчэггу 7i7 поля тока накала на заряженные частицы ионного пучка 2 и зле<тронного потока "

Разделением термокатсдэ на „-IIà и:,- ..

C О Д И Н Э К О II bI h1 С О П Р С Т >1 В Г с > .=. М 3! I 3 - > 1. Е легче обеспечить рэ. номер>ность его > = - ..ва по всей говерхности, че л при исп07>,зг,— вании проволочного монолитногО катода.

Кроме того, конструктивно разде,lенHый катод, выполненный из фольги тугоплэекого материала, проще в изготовлении, обладает 40 большей жесткостью, сохраняет свои размеры при установке и эксплуатации.

Таким образоул. по всей поверхности диэлектрической, полупроводниковой или комбинированной мишени 3 полэжительнр 45 заряженные зоны. создаваемые источником 1 ионного расгыления, равномерно перекрываются отрицательно заряженной зоной, создаваемой источником электронов, в результате чего происходит компен- 50 сация поверхностного заряда мишени 3.

Вместе с тем, часть электронного потока 12, направленного поперек ионного пучка 2. взаимодействует с ионами пучка равно>лер55!

IQ 7c;.:;;- . -.-тру. г -11зспдя дс пол;. QI>üную H.= и;."0.71

Выг Олчен 1.. в предл.-э>-еглом у- г: >йстге, ет; ",. 1: .- ."с корпуса I,Q70«H11ка cI е тронов, разделe>1>10гo на электриче=ки из" "1 70:-:= -. нч>1е- др уг от друга, вС".х:.лвкт Г сдов и=т-сч-,.1кэ электронов 11 дер кате";.; ше>ч . Отге..ные секции, располсхенные

0î пер; л;отру л ишени, изготовление 7ерулокатодэ в виде д ух полуколец, а зкр=.на-анода, "Остов 7" >Q. из двуx цил11ндри ес1 .11х электрод-.>, 70:.,07Re7 повысить степень нейтрэлиз«.-ии . ОРО трэнстзенного заряда ионного пу ка за с I T более равномерного его взаил1оде11с7с 1я с кольцевь:м электронным пото;:7м, а так . ппсизводитьодновреМЕННО Р.,— и; h" = РНУ>Э KO; t!ÅHÑÝÖИЮ образ, ю цился на в.е1; псвсрхности диэлектричэско11, пэлупрэводн11ковой либо комбин и р О в 7 н н г и мишен 11 5 0,7 ; ø Q 11 и л о 1д а д и

П, . Л,- .1 Т! . 1. H ".,! I R «К Е Ч Н Ь! Х 3 0 H 3 Э Г - Е 1 В Ь, СQÊQ;r )с >. НГ !ЛЕГ " 11 Г> "II, С110 > Эl; « Т

РОН >!QCP Г; .,—,Q КЭ.

СОР .;, ла и -06QPTel! Я

1. Устосйст и д; р спы- чич Л1этер11элоэ е Бак уулIе. в>1> «0>IR э«цзе стсч:, .«; 110нного рэсп « он. 1я, >111шс н ь 113 раси . 7 я емогО

Л.ЭТЕРИ" Ý, ЗЭКРЕП7ЕНН," На ОХн:",.ДЭЕМСt, держэте., и 11сточн. к электроног cQcTQRший из-: л еталлическогQ кор-,уса с ше, евыч

ЭЛ11 -Г-. -- Чы«л ОТ= =ггг;1С;, -,е j .1эха-, э э

77>1>1 . ° " П . -7 - - 1- -« Э> - :" О

""г Г t, . 7.7,,!:/.".О;Т - Ч 7ГП . ПТС> 1 . I -!

Н С Я ТЕМ ЧТС, С ЦЕУ,Ь>а П--..„.,"I!IR о с«,э;Ос 1 рэ>7;1ь,"ен;я 11рэвнэл1О,"чэс.11 г7;. ч - "IQ пол ры,"?л, корпус источч> э "лсл тронос выполHpн в в;1де пологQ тор"I, Обхвэ-,. эощего л11шень по периметру и разделенного E рад1..dRüHQì сечани11 > 3 электрич ски изо711ровэнные секци1 °, пр1чем в 1:эждо11 из се>;öè«I выполнены и;Ор зные 1цел11, совокугность которых образует кольцевой э>лисс1;снный зазор, а терл1экэтод эыполнеч в >,1де кольцевого эл .11тте,:"..

2. УстройСТВО ПО П.1, О т Л и Ч а О и, г Ес я Tc .. -то кольцевой эмиттер выпо.;1c>l в виде двух зэмк утых-I7oll) êîлец из ольгl1 тугоплэв Q!s мэтериала, разде7R Ощ1х . h.1.ттер нэ д:э 1 леча с од11наков&!t Lc 10 .I1" в .>=- -,ел1, пере;одящие в плоские CQI !7v,— кэсэнэщ1;еся по сей д !11HQ токо lpQBQQRU)ие у ч а с, т к и . .тг °

/(;

1 -„ (", ( -1

; г;. (. у

1 . 5

), 1-. —. f

I

1 ! . 1

f

° с

1 ь ! --- - .},, 1 г . Р.: " 7, !

7 г

l .

) с„> z С5

,,, г

7г-,(" J4

Дф ое

/), orna ед ф п, и И

Фиг.4

+++, pre уо

Га

),М

1707084

О 2 4 б

h, are

Редактор И.Дербак

Заказ 242 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5

Проиааодственно-издательский комоинвт Патент, г. Уигород, ув.Гагарина, 101

Jeer /Фвп ру, 1Г

2Jcn

f4

Составитель С,Георгиев

Техред M.Моргентэл Корректор Н.Король