RU1812243C - Device for application of coatings in vacuum - Google Patents
Device for application of coatings in vacuumInfo
- Publication number
- RU1812243C RU1812243C SU4932482A RU1812243C RU 1812243 C RU1812243 C RU 1812243C SU 4932482 A SU4932482 A SU 4932482A RU 1812243 C RU1812243 C RU 1812243C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- extended
- discharge
- ion
- target
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 9
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 claims 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 abstract description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Nozzles (AREA)
Abstract
Использование: технологи электронной техники, изготовление изделий оптики, оптоэлектроники, микроэлектроники, приборов отображени информации. Цель: повышение равномерности, наносимых покрытий. Сущность изобретени : устройство содержит генератор ионного потока, формирующий из разр дной плазмы ионный пучок прот женной формы. Напротив ионного генератора расположена прот женна мишень, над которой размещены подложки, установленные с возможностью линейного перемещени . К разр дной камере подключена газораспределительна система , включающа два газораспределител , размещенных по торцам ионного генератора , и газораспределитель, формирующий равномерный линейный газовый поток, расположенный в центре прот женного участка . Все газораспределител подключены к независимым газовым регул торам, входы которых соединены через общий регул тор с центральной газовой магистралью. 5 ил., 1 табл. ел сUsage: electronic technology, manufacturing of optics, optoelectronics, microelectronics, information display devices. Purpose: increasing the uniformity of the applied coatings. SUMMARY OF THE INVENTION: the device comprises an ion flux generator that forms an extended-shape ion beam from a discharge plasma. Opposite the ion generator there is an extended target, over which are placed substrates mounted with the possibility of linear movement. A gas distribution system is connected to the discharge chamber, including two gas distributors located at the ends of the ion generator and a gas distributor forming a uniform linear gas flow located in the center of the extended section. All gas distributors are connected to independent gas controllers, the inputs of which are connected through a common controller to the central gas main. 5 ill., 1 tab. ate with
Description
Изобретение относитс к технике нанесени тонкопленочных покрытий в вакууме и может быть применено при изготовлении изделий оптики, микроэлектроники, оптоэлектроники , приборов отображени информации .The invention relates to techniques for applying thin-film coatings in a vacuum and can be used in the manufacture of optics, microelectronics, optoelectronics, information display devices.
Цель изобретени - повышение равномерности покрыти .The purpose of the invention is to increase the uniformity of the coating.
Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемое устройство отличаетс от прототипа тем, что система газоснабжени имеет три независимых канала подачи газа, подключенных к трем газораспределител м . Один из них вл етс газораспределителем линейного типа и расположен симметрично и параллельно прот женной части зоны разр да. Длина его определ етс длиной прот женной части разр дной зоны LH рассто нием мишень подложка D при помощи соотношени А L - k -D, где к 0,5-3. Два других канала подключены к газораспределител м , примыкающим к краевым област м разр да.Comparative analysis shows that the proposed device differs from the prototype in that the gas supply system has three independent gas supply channels connected to three gas distributors. One of them is a linear type gas distributor and is located symmetrically and parallel to the extended part of the discharge zone. Its length is determined by the length of the extended part of the discharge zone LH by the distance of the target substrate D using the ratio A L - k -D, where k is 0.5-3. Two other channels are connected to the gas distributors adjacent to the edge regions of the discharge.
Применениетрехканальной системы газоснабжени создает услови дл компенсации краевого эффекта при распылении мишени ленточным пучком путем возможного подрегулировани интенсивности краевых частей ионного пучка с помощью регулируемой подачи газа в соответствующие места разр да. При этом подбором ин- тенсивностей потоков газа, направл емых в центральную и краевые части разр да, легко добитьс такого положени , когда на подложке при ее линейном перемещении в поперечном направлении будет формиросоThe use of a three-channel gas supply system creates the conditions for compensating the edge effect when spraying a target with a tape beam by possibly adjusting the intensity of the edge parts of the ion beam by means of an adjustable gas supply to the corresponding places of the discharge. In this case, by selecting the intensities of the gas flows directed to the central and edge parts of the discharge, it is easy to achieve such a situation when, upon linear movement in the transverse direction, it is formed on the substrate
..
hO ЮhO yu
ь.b.
0000
ватьс равномерна по толщине пленка на всем прот жении вдоль длины зоны распылени . При изменении рассто ни мишень - подложка легко добитьс возобновлени равномерности покрыти ..film uniform in thickness along the length of the spray zone. By varying the distance between the target and the substrate, it is easy to achieve renewed uniformity of the coating.
Введение в устройство трехканальной системы газоснабжени позвол ет добитьс конечной цели только при выполнении следующего необходимого требовани . Канал , который снабжает газовым потоком центральную часть прот женной зоны разр да , должен бытьтюдключен к рэспредели- т елю газа, который обеспечивает равномерную подачу газового потока толь- кр на участке, занимающем длину А: . - : A L-k -D, (1) где: -длина прот женной части зоны разр да , D - рассто ние мишень - подложка, kThe introduction of a three-channel gas supply system into the device allows achieving the final goal only if the following necessary requirement is met. The channel, which supplies the central part of the extended discharge zone with gas flow, must be connected to the gas distributor, which ensures uniform gas flow only in the section occupying the length A :. -: A L-k -D, (1) where: is the length of the extended part of the discharge zone, D is the distance between the target and the substrate, k
0,5-3,.. / :.. . . ;: 0.5-3, .. /: ... . ;:
Необходимость такого услови рбь сн - етс тем, что при увеличении интенсивности газового потока на кра х разр да при равномерном газоснабжении всей прот женной области разр да в процессе распылени прот женной мишени за счет суперпозиции потоков от центрального и краевых участков на подложке образуютс зоны повышенной толщины, располагаемые между кра ми и центром, С целыоустранени этого влени газовой поток следует подавать только в краевые участки и в центр прот женной части зоны разр да, руководству сь выражением (1). Подтверждением сказанного вл ютс результаты расчётов, которые проведены на основании известных законов, распылени и конденсации материала на подложку. При этом предполагалось , что распыление материала подчин етс косинусному закону распределени распыленных частиц, а закон распре- делений ионного тока на мишени аппроксимирован пр моугольным профи- лём, ; . ; ..-.The need for such a condition is reduced by the fact that with an increase in the intensity of the gas flow at the edges of the discharge with uniform gas supply to the entire extended region of the discharge during the sputtering of the extended target due to the superposition of the flows from the central and edge sections on the substrate, zones of increased thickness are formed located between the edges and the center, In order to eliminate this phenomenon, the gas stream should be supplied only to the edge sections and to the center of the extended part of the discharge zone, guided by expression (1). Confirmation of the foregoing is the results of calculations, which are carried out on the basis of well-known laws, atomization and condensation of a material on a substrate. In this case, it was assumed that the sputtering of the material obeys the cosine law of the distribution of the sputtered particles, and the law of the distribution of the ion current on the targets is approximated by a rectangular profile,; . ; ..-.
Физический смысл выражени (1) состоит в том, что ленточный ионный пучок при рйспыленйй прот женной мишени должен иметь в прикрэевых участках зоны с пренебрежительно малой плотностью тока. Размер этой зоны определ етс половинным значением вычитаемого, Исход из теоретиче- скйх расчетов и практических исследований определено, что оптимальный размер зоны, в которую ограничен доступ рабочего газа (поступление газа в нее происходит только за счет диффузии атомов в объеме рабочей камеры), зависит от соотношени рассто ни мишень-подложка и прот женности зоны распылени , места расположени газораспределител , конструкции разр дной и ионно-оптической систем. ПоэтомуThe physical meaning of expression (1) is that the ribbon ion beam, when sprayed with an extended target, should have zones with negligible current density in the near-edge regions. The size of this zone is determined by half the subtracted value. Based on theoretical calculations and practical studies, it was determined that the optimal size of the zone into which the working gas is limited (gas enters into it only due to diffusion of atoms in the volume of the working chamber) depends on the ratio of the distance of the target substrate and the length of the spray zone, the location of the gas distributor, the design of the discharge and ion-optical systems. therefore
дл каждой конкретной конструкции устройства следует подбирать свое оптимальное значение коэффициента в выражении (1) из указанного диапазона. Установленный диапазон изменени коэффициента k ограничен , с одной стороны, возникновением неоднородности за счет прикраевого роста толщины, подобно описанному выше (при ,5), а, с другой стороны, возникновением в функции распределени толщины пленки провалов при чрезмерно больших размерах зоны с малой плотностью тока ().for each specific design of the device should choose its optimal value of the coefficient in the expression (1) from the specified range. The established range of variation of the coefficient k is limited, on the one hand, by the occurrence of heterogeneity due to near-edge thickness growth, similar to that described above (at, 5), and, on the other hand, by the occurrence of dips in the distribution function of the film thickness for excessively large sizes of the zone with a low current density ().
На фиг. 1 представлены результаты расчетов , характеризующие распределение толщины пленки на подложке при распылении прот женной мишени ионным пучком различной формы, определ емой типом газовой системы: а - равномерный задув газа, а следовательно, и посто нна плотность ионного тока j на всем прот женном участке; б -увеличенна интенсивность газового потока на кра х прот женного участка; в- использование трехканальной газовой системы . Расчеты проводились дл случа значений длины прот женной зоны распылени 200 мм и рассто ни мишень- подложка 50 мм..In FIG. Figure 1 shows the calculation results characterizing the distribution of the film thickness on the substrate during sputtering of an extended target by an ion beam of various shapes, determined by the type of gas system: a - uniform blowing of gas, and therefore, constant ion current density j over the entire extended section; b — increased intensity of the gas flow at the edges of the extended section; c - use of a three-channel gas system. The calculations were carried out for the case of the lengths of the extended spray zone 200 mm and the distance of the target substrate 50 mm.
На фиг. 2 представлена схема устройства дл нанесени покрытий, построенного на базе ионных источников с объемной разр дной камерой; на фиг.З -схема устройства на основе холлоеского ускорител с замкнутым дрейфом электронов.In FIG. Figure 2 shows a diagram of a coating apparatus constructed on the basis of ion sources with a volume discharge chamber; Fig. 3 is a schematic diagram of a device based on a Holloy accelerator with a closed electron drift.
На фиг.4 представлены экспериментальные зависимости, характеризующие распределение толщины пленки на подложке , полученные при равномерном задуве га за в разр дную область дл различных рассто ний мишень-подложка. На фиг.5 по- казаны аналогичные зависимости, полученные дл случа трехканальной системы газоснабжени ,Устройство содержит генератор ионного потока 1, который формирует из разр д- но.й плазмы 2 ионный пучок 3 прот женной геометрии, который может быть либо параллельно-направленным (фИГ.2), ЛИбО СХОДЯЩИМСЯ (фиг.З).Fig. 4 shows the experimental dependences characterizing the distribution of the film thickness on the substrate, obtained by uniformly blowing into the discharge region for different target-substrate distances. Figure 5 shows similar dependences obtained for the case of a three-channel gas supply system. The device comprises an ion flux generator 1, which forms an ion beam 3 of extended geometry from a different plasma, which can be either parallel-directed ( FIG. 2), EITHER CONCERNING (FIG. 3).
Напротив ионного генератора расположена прот женна мишень 4, над которой размещаютс подложки 5, установленные с возможностью поперечного линейного перемещени . В ионном генераторе к разр дной камере подключены газораспределители 6 и 7, которые снабжают плазму рабочим газом. Газораспределители 6 размещены по торцам ионного генератора, а газораспределитель 7. формирующий равномерный линейный газовый поток, расположен вблизи центра прот женного участкаOpposite the ion generator there is an extended target 4, over which are placed substrates 5, mounted with the possibility of lateral linear movement. In the ion generator, gas distributors 6 and 7 are connected to the discharge chamber, which supply the plasma with working gas. Gas distributors 6 are located at the ends of the ion generator, and gas distributor 7. forming a uniform linear gas flow, is located near the center of the extended section
и имеет длину, определенную выражением (1), Газораспределители 6 подключены к независимым газовым регул торам 8 и 9, а 7 - к регул тору 10. Входы регул торов соединены с центральной газовой магистралью 11 через общий регул тор 12.and has the length defined by expression (1), the gas distributors 6 are connected to the independent gas regulators 8 and 9, and 7 to the regulator 10. The inputs of the regulators are connected to the central gas main 11 through a common regulator 12.
Устройство работает следующим образом . С помощью питающих напр жений, подаваемых на электроды разр дной камеры, зажигают плазменный разр д в ионном генераторе , предварительно с помощью регул тора 12 установив требуемое рабочее давление в камере. Сформированный ионный пучок поступает на мишень 4, а распыленный поток попадает на перемещаемые подложки б. После установлени рабочих режимов процесса распылени производ т регулировку газовых потоков по каналам с помощью регул торов 8,9 и 10 до тех пор, пока на подложках 5 не будет формироватьс равномерное покрытие. При этом контроль равномерности можно осуществл ть как с помощью датчиков скорости потока, так и по толщине наносимой пленки на подложке . При изменении рассто ни мишень- подложка длина газораспределител 7 подлежит корректировке в соответствии с формулой (1). Дл поддержани подобранных соотношений газовых потоков по различным каналам возможно применение соответствующих автоматических систем стабилизации.The device operates as follows. Using the supply voltages supplied to the electrodes of the discharge chamber, the plasma discharge is ignited in the ion generator, having previously set the required working pressure in the chamber using the regulator 12. The formed ion beam enters the target 4, and the atomized stream enters the moving substrates b. After the operating conditions of the spraying process are established, the gas flows through the channels are adjusted using regulators 8,9 and 10 until a uniform coating is formed on the substrates 5. In this case, uniformity control can be carried out both with the aid of flow rate sensors and by the thickness of the applied film on the substrate. When changing the distance of the target substrate, the length of the gas distributor 7 must be adjusted in accordance with formula (1). In order to maintain the selected gas flow ratios through the various channels, appropriate automatic stabilization systems can be used.
Проверка эффективности данного тех- нического.решени проводилась с применением ионного источника, построенного на основе ускорител с замкнутым дрейфом электронов. Проводилось сравнение неоднородности наносимого покрыти на стекле , полученного в услови х равномерного задува газа в разр дный промежуток, с неоднородностью пленок, полученных с приме- нением трехканальной системы газоснабжени . При этом устройство характеризовалось следующими геометрическими параметрами: форма разр дной щели - замкнута 0-образна , длина линейной прот женной части - 300 мм, радиус закруглений торцевого участка - 50 мм, размер мишени - 80 380 мм, угол схождени ионного пучка - 120°, материал мишени - медь, рабочий газ - Аг. Режим работы ионного источника: напр жение разр да - 5 кВ, токThe effectiveness of this technical solution was tested using an ion source built on the basis of accelerators with a closed electron drift. The inhomogeneity of the applied coating on glass, obtained under conditions of uniform gas blowing into the discharge gap, was compared with the heterogeneity of films obtained using a three-channel gas supply system. In this case, the device was characterized by the following geometric parameters: the shape of the discharge gap is closed 0-shaped, the length of the linear extended part is 300 mm, the radius of curvature of the end section is 50 mm, the target size is 80 380 mm, the angle of convergence of the ion beam is 120 °, target material - copper, working gas - Ag. Ion source operating mode: discharge voltage - 5 kV, current
разр да 200 мА. ток мишени 180 мА. рабочее давление в камере 6,5 10 Па, давление остаточных газов - не хуже 1,3 Па.discharge 200 mA. target current 180 mA. the working pressure in the chamber is 6.5 10 Pa, the residual gas pressure is no worse than 1.3 Pa.
Данные экспериментальных исследова- ний, представленных на рис,4 и 5, получены с помощью измерител оптической плотности . Толщина пленок составл ла 50,0-70,0 мм. В таблице представлены данные измерений степени неоднородности толщиныThe experimental data presented in Figs. 4 and 5 were obtained using an optical density meter. The thickness of the films was 50.0-70.0 mm. The table shows the measurement data of the degree of heterogeneity of the thickness
покрытий Т (в процентах), полученные при различных значени х k. Зона измерени ограничивалась размером 300 мм.coatings T (percent) obtained at various k values. The measurement area was limited to 300 mm.
В таблице также даны значени длины А линейного газораспределител , использованного на практике.The table also gives the lengths A of the linear valve used in practice.
Результаты исследований свидетельствуют , что предложенное техническое решение позвол ет получать более высокую однородность покрыти на тех же площад х , а также практически увеличить в 1,3-1,6 раза площадь наносимого покрыти без ухудшени его однородности. Кроме того, было установлено, что благодар возможности управлени интенсивност ми потоков вThe research results indicate that the proposed technical solution allows to obtain a higher uniformity of the coating on the same areas, as well as to practically increase 1.3-1.6 times the area of the applied coating without compromising its uniformity. In addition, it was found that due to the possibility of controlling the intensities of flows in
предлагаемом устройстве обеспечиваетс контролируема воспроизводимость нанесени покрытий независимо от режимов работы устройства, степени выработки мишени, рассто ни мишень - подложка.The device according to the invention provides controlled reproducibility of the coating deposition, irrespective of the device operating conditions, the degree of target production, the distance between the target and the substrate.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4932482 RU1812243C (en) | 1991-04-29 | 1991-04-29 | Device for application of coatings in vacuum |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4932482 RU1812243C (en) | 1991-04-29 | 1991-04-29 | Device for application of coatings in vacuum |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU1812243C true RU1812243C (en) | 1993-04-30 |
Family
ID=21572530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4932482 RU1812243C (en) | 1991-04-29 | 1991-04-29 | Device for application of coatings in vacuum |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU1812243C (en) |
-
1991
- 1991-04-29 RU SU4932482 patent/RU1812243C/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Патент US № 4416755, кл. С 23 С 15/00,1983. Патент US N° 4424103, кл. С 23 С 15/00,1984. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5616225A (en) | Use of multiple anodes in a magnetron for improving the uniformity of its plasma | |
| US4627989A (en) | Method and system for a vacuum evaporative deposition process | |
| US7062348B1 (en) | Dynamic mask for producing uniform or graded-thickness thin films | |
| US20130273262A1 (en) | Static deposition profile modulation for linear plasma source | |
| JP5108177B2 (en) | Vacuum processing apparatus and workpiece manufacturing method | |
| US5980975A (en) | Thin-film-coated substrate manufacturing methods having improved film formation monitoring and manufacturing apparatus | |
| JPH01264A (en) | Method and apparatus for controlling the deposition of reactive layers on substrates | |
| CN108441838B (en) | Method for ion beam sputtering deposition of film on surface of medium-large diameter optical element | |
| KR101001658B1 (en) | Magnetron sputter coating substrate manufacturing method and apparatus therefor | |
| CN109136876B (en) | Sputtering device and sputtering method for coating a three-dimensionally shaped substrate surface | |
| RU1812243C (en) | Device for application of coatings in vacuum | |
| US20010045352A1 (en) | Sputter deposition using multiple targets | |
| TWI643975B (en) | Method and controller for controlling a gas supply and equipment for applying the same | |
| DD219354A1 (en) | METHOD FOR REGULATING THE PLASMAPARAMETERS IN VACUUM COATING DEVICES WITH ARC DISCHARGES | |
| CN111286711A (en) | Method for coating a substrate | |
| JP4452499B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing a layer system for each optical precision element | |
| KR20050006440A (en) | Large area deposition system and method for magnesium oxide thin film | |
| JPH06340967A (en) | Vapor deposition equipment | |
| KR101790625B1 (en) | Film forming apparatus capable of adjusting forming thickness | |
| JPH09125240A (en) | Sputtering equipment | |
| DE102014103746A1 (en) | Sputtering arrangement and method for controlled reactive sputtering | |
| RU111138U1 (en) | CATHODE-SPRAY ASSEMBLY OF MAGNETRON (OPTIONS) | |
| JPH02185966A (en) | Method for generating sheet plasma current uniform in its crosswise direction | |
| DE102015106535B4 (en) | Sputtering arrangement | |
| DE102005033515A1 (en) | Use of plasma-activated electron beam vaporization with diffuse cathodic vacuum arc for coating substrates, controls operational parameters affecting layer thickness and its distribution |