Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(72) Авторы Ануфриев Дмитрий Леонидович Турцевич Аркадий Степанович Тарасиков Михаил Васильевич Соловьев Ярослав Александрович Чапкович Анатолий Сергеевич(73) Патентообладатель Производственное республиканское унитарное предприятие Завод Транзистор(57) Катодный узел, преимущественно для ионно-плазменного напыления пленок, содержащий катод-мишень с выступами на нерабочей поверхности, водоохлаждаемый держатель катода-мишени с выполненными в его объеме водоводом и пазами между полюсными наконечниками магнитной системы и магнитную систему с полюсными наконечниками, отличающийся тем, что пазы между полюсными наконечниками магнитной системы выполнены в выемке основания водоохлаждаемого держателя и соединены отверстиями с водоводом держателя, а выступы катода-мишени выполнены по периметру нерабочей стороны на боковой поверхности. Фиг. 1 Изобретение относится к микроэлектронике и предназначено для нанесения покрытий на подложки в вакууме. Известен катодный узел 1, преимущественно для ионно-плазменного напыления пленок в вакууме, содержащий катод-мишень, водоохлаждаемый держатель катода-мишени,магнитную систему. 9560 1 2007.08.30 Однако в данном катодном узле охлаждение катода-мишени непрямое, а площадь охлаждения маленькая, поэтому выделяемая на катоде-мишени энергия повышает ее температуру до нескольких сотен градусов, что приводит к большой неравномерности распыления катода-мишени и газовыделениям, которые отрицательно влияют на свойства пленок. Недостаточный и ненадежный контакт катода-мишени с поверхностью водоохлаждаемого держателя приводит к короблению поверхности катода-мишени и даже к ее расплавлению и, соответственно, к выходу из рабочего состояния катодного узла. Известен катодный узел 2, преимущественно для ионно-плазменного напыления пленок, содержащий катод-мишень, водоохлаждаемый держатель катода мишени и магнитную систему с полюсными наконечниками, расположенную внутри водоохлаждаемого держателя. Однако данное устройство отличается небольшим ресурсом работы и низкой эффективностью катода-мишени из-за малой площади охлаждения. При этом охлаждение мишени непрямое. Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является катодный узел 3, преимущественно для ионно-плазменного напыления пленок, содержащий катодмишень с выступами на нерабочей стороне, водоохлаждаемый держатель катода-мишени с выполненным в его объеме водоводом и пазами между полюсными наконечниками магнитной системы, соответствующими выступам на катоде мишени, и магнитную систему с полюсными наконечниками. Однако и данному катодному узлу присущи такие недостатки, как небольшой ресурс работы и низкая эффективность охлаждения катода-мишени. Охлаждение катода-мишени в данной конструкции также непрямое. Причем охлаждается непосредственно не вся поверхность, а преимущественно выступы катода-мишени. Предлагаемое изобретение решает задачу повышения ресурса работы и эффективности охлаждения катода-мишени. Поставленная задача решается тем, что в катодном узле, преимущественно для ионноплазменного напыления пленок, содержащем катод-мишень с выступами на нерабочей поверхности, водоохлаждаемый держатель катода-мишени с выполненными в его объеме водоводом и пазами между полюсными наконечниками магнитной системы и магнитную систему с полюсными наконечниками, пазы между полюсными наконечниками магнитной системы выполнены в выемке основания водоохлаждаемого держателя и соединены отверстиями с водоводом держателя, а выступы катода-мишени выполнены по периметру нерабочей стороны на боковой поверхности. Сопоставительный анализ предполагаемого изобретения с прототипом показывает,что заявляемый катодный узел отличается от известного тем, что пазы между полюсными наконечниками магнитной системы выполнены в выемке основания водоохлаждаемого держателя и соединены отверстиями с водоводом держателя, а выступы катода-мишени выполнены по периметру нерабочей стороны на боковой поверхности. Решение поставленной задачи объясняется следующим образом. Так как пазы между полюсными наконечниками магнитной системы выполнены в выемке основания водоохлаждаемого держателя и соединены отверстиями с водоводом держателя, а поверхность нерабочей стороны катода-мишени выполнена плоской, то большая часть поверхности катода-мишени подвергается эффективному прямому водяному охлаждению. При этом возрастает ресурс работы катода-мишени. В свою очередь то, что выступы выполнены по периметру нерабочей стороны на боковой поверхности катода-мишени, обеспечивается вакуум-плотное крепление катода мишени к водоохлаждаемому держателю и герметичность конструкции. То есть в данном случае плоская нерабочая сторона катода-мишени служит нижней поверхностью водоохлаждаемого держателя и одновременно обеспечивает как герметичность системы водяного охлаждения, так и герметичность вакуумного объема установки напыления тонких пленок. Наличие выступа по периметру нерабочей 2 9560 1 2007.08.30 стороны на боковой поверхности катода мишени обеспечивает создание водо- и вакуумплотного соединения с водоохлаждаемым держателем. Наличие выемки в основании воохлаждаемого держателя с выполненными пазами между полюсными наконечниками магнитной системы, соединенной отверстиями между пазами и водоводом держателя, обеспечивает прямое охлаждение катода-мишени с плоской нерабочей стороны почти на 90 ее поверхности. При отсутствии выемки в основании даже при наличии соединительных отверстий между пазами и водоводом держателя и использовании плоской катода-мишени ухудшается охлаждение мишени из-за уменьшения площади прямого контакта охлаждающей воды и катода-мишени. При сохранении выступов на нерабочей поверхности катода-мишени резко ухудшается контакт с водоохлаждаемым держателем и, следовательно, ухудшается охлаждение катодамишени. При отсутствии выступов на боковой поверхности катода-мишени не обеспечивается герметичное вакуум-плотное крепление катода-мишени к водоохлаждаемому держателю. Сущность изобретения поясняется фиг. 1-4, где на фиг. 1 схематично показано магнетронное распылительное устройство (МРУ) для ионно-плазменного напыления с катодным узлом в соответствии с прототипом, на фиг. 2 схематично показано устройство мишени для катодного узла МРУ согласно прототипу, на фиг. 3 схематично показано МРУ для ионно-плазменного напыления с катодным узлом в соответствии с заявляемым изобретением, на фиг. 4 схематично показано устройство мишени для катодного узла МРУ согласно заявляемому изобретению. Устройство-прототип для ионно-плазменного нанесения тонких пленок в вакууме(фиг. 1) состоит из водоохлаждаемого держателя 1 катода-мишени с выполненным в его объеме водоводом 2 и пазами 3, катода-мишени 4 с выступами 5 на нерабочей поверхности, соединенными с пазами в водоохлаждаемом держателе, магнитной системы 6 с полюсными наконечниками 7 и 8. Устройство для ионно-плазменного нанесения с катодным узлом в соответствии с заявляемым изобретением (фиг. 3) состоит из водоохлаждаемого держателя 1 с выполненными в его объеме водоводом 2 и пазами 3, выполненными в выемке 9 основания держателя 1 между полюсными наконечниками 7 и 8, соединенными отверстиями 10 с водоводом держателя 2, катода-мишени 4 с выступами 5 на боковой поверхности по периметру нерабочей стороны для вакуум-плотного крепления катода-мишени 4 к водоохлаждаемому держателю 1 и магнитной системы 6 с полюсными наконечниками 7 и 8. Заявляемый катодный узел собирается следующим образом. На плиту установки вакуумного напыления 11 через изолятор и вакуумное уплотнение 12 устанавливается анод 13 с водоводом 14. Далее через изолятор и вакуумное уплотнение 15 устанавливается водоохлаждаемый держатель 1 с выполненным в его объеме водоводом 2, пазами 3 между полюсными наконечниками 7 и 8, выполненными в выемке 9 водоохлаждаемого держателя 1 и соединенными отверстиями 10 с водоводом 2 держателя. Затем на водоохлаждаемый держатель 1 устанавливается магнитная система 6 с полюсными наконечниками 7 и 8. Мишень 4 крепится к водоохлаждаемому держателю 1 через окно в плите 11 и аноде 13 при помощи прижимного кольца 16 винтами 17 через вакуумное уплотнение 18. Заявляемое устройство работает следующим образом. При давлении 510 -1 Па на катод-мишень 4 подается напряжение 300-500 В. Происходит распыление катода-мишени 4 между полюсными наконечниками 7 и 8. В водовод 2 водоохлаждаемого держателя 1 подается холодная вода, которая через отверстия 10 попадает в пазы между полюсными наконечниками 3 и выемку 9 основания держателя 1, обеспечивая эффективное охлаждение катода-мишени 4. Предлагаемое изобретение особенно эффективно для решения поставленной задачи при ионно-плазменном напылении тонких пленок распылением катода-мишени из тугоплавких металлов и их сплавов. В данном случае для катодного узла, согласно прототипу,3 9560 1 2007.08.30 катод-мишень (фиг. 2) состоит из медного основания А с выступами и относительно тонкой пластины распыляемого материала Б, охлаждение которой сильно зависит от теплового контакта с медным основанием. Конструкцией катода-мишени в заявляемом устройстве(фиг. 4) обеспечивается его эффективное охлаждение водой. Кроме того, толщина катодамишени в заявляемом устройстве больше, чем у пластины Б (фиг. 2) в устройстве-прототипе, следовательно, и ресурс непрерывной работы заявляемого устройства также больше. В качестве примера показано использование заявляемого катодного узла в МРУ установки вакуумного напыления Магна 2 М для напыления тонких титановых пленок. Стандартное МРУ данной установки содержит катодный узел, соответствующий устройству-прототипу. Толщина титановой пластины катода-мишени устройства - прототипа составляла 8 мм. Заявляемая конструкция катодного узла была получена формированием выемки 9 (фиг. 3) в водоохлаждаемом держателе 1, отверстий 10, соединяющих пазы 3 с водоводом 2 держателя 1, выполнением в водоохлаждаемом держателе канавки для вакуумного уплотнения 18 и резьбовых отверстий для крепления катода-мишени винтами 17, а также увеличением размеров окна анода 13. Толщина катода-мишени из титана в заявляемом устройстве составляла 16 мм. В таблице приведены результаты испытаний заявляемой конструкции катодного узла в сравнении с прототипом. Результаты испытаний заявляемого катодного узла в сравнении с прототипом Максимальная мощность Количество обработанных Примечание разряда МРУ 1, кВт изделий 2, шт. 1. 3,8 20000 Заявляемая конструкция 2. 1,6 500-1000 Прототип 1 В качестве максимальной мощности разряда принималась предельная мощность, при которой наблюдалась устойчивая непрерывная работа МРУ в течение длительного времени (более 120 мин). 2 Количество обработанных изделий подсчитывалось от момента установки нового катода-мишени до выхода его из строя при мощности МРУ 1,502 кВт.п/п Как видно из таблицы, заявляемое устройство позволяет более чем в два раза увеличивать мощность разряда МРУ, что является следствием более эффективного охлаждения катода-мишени. При превышении мощности распыления катода-мишени в устройствепрототипе 1,6 кВт наблюдается неустойчивая работа МРУ, что проявляется в виде пульсации энергетических характеристик магнетронного разряда относительно стационарного режима распыления. В заявляемом устройстве максимальная мощность магнетронного разряда фактически ограничивается только характеристиками магнитной системы МРУ. Плохое охлаждение катода-мишени в устройстве-прототипе приводит к короблению ее поверхности и даже ее расплавлению, что резко ограничивает ресурс работы катодамишени. В заявляемом устройстве ресурс работы катода-мишени ограничивается только ее толщиной. Необходимость выполнения выступов катода-мишени по периметру нерабочей стороны на боковой поверхности очевидна, поскольку в противном случае затруднительно обеспечить вакуум-плотное крепление мишени к водоохлаждаемому держателю. Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет решить задачу повышения ресурса работы и эффективности охлаждения катода-мишени. Источники информации 1. Патент США 3878085, МПК С 23 С 15/00, 1975. 2. Патент Великобритании 1453377, МПК С 23 С 15/00, 1976. 3. А.с. СССР 754907, МПК С 23 С 14/34, 1989. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5

МПК / Метки

МПК: C23C 14/34

Метки: узел, катодный

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/5-9560-katodnyjj-uzel.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Катодный узел</a>

Похожие патенты