Влияние магнетронной системы на свойства покрытий

В зависимости от параметров процесса при магнетронном распылении покрытие TiN_x (x меняется от 1 до 0.6) может иметь микротвердость от 1400 до 4000 кгс/мм² (при температуре подложки 300-330 ^оС).

Зависимость микротвердости TiN от парциального давления азота имеет явно выраженный максимум (рис.3).

Рис.3 - Зависимость микротвердости покрытия TiN при магнетронном распылении от парциального давления азота (а) и температуры подложки (б)

На рис.3 показана зависимость микротвердости покрытий TiN_x от расхода азота при магнетронном распылении, при величине полезной мощности равной 2 кВт.

Рис.4 - Зависимость микротвердости пленки TiN_x от расхода азота

Несколько десятилетий исследований процессов магнетронного распыления позволили создать множество конструкций, но большей популярностью пользуются планарные прототипы на магнитомягком основании подложки. Особый ферримагнитный сплав намагничивается и переходит в нейтральное состояние практически одновременно с инициированием и отключением магнитов. Параллельно создается разность потенциалов за счет подачи на катод напряжения до 1000 вольт. Периферические магниты относительно заряженного катода располагаются таким образом, чтобы силовые линии закручивали в спираль ионный факел от мишени. Это позволяет за счет многочисленных столкновений с молекулами заполняющего газа ступенчато ионизировать напыляемые ионы, исключая из технологического процесса стадию ориентирования подложки. Использование дополнительной ионизации определяет прямую зависимость параметров конденсации от силы тока и давления активной среды. Добиться прецизионного закручивания ионного факела можно лишь при постоянстве магнитных и силовых линий. Кроме того, важным параметром является стабильность плазмы, которая зависит от электрического разряда. Таким образом, к источникам тока предъявляется чрезвычайно высокие требования к минимизации колебания выходных характеристик (погрешность не может превышать 2%).Давление рабочей среды (как правило, инертные смеси) обычно изменяется в пределах ± 5%. Давление влияет на оптико-электрические показатели некоторых материалов. Кроме того, состав поверхностного напыленного слоя сильно зависит от химической чистоты активной среды и мишени. Таким образом, магнетронные установки требуют наличия сложных турбомолекулярных насосов непрерывного действия.

При всех положительных моментах магнетронное распыление с постоянным током не позволяет напылять оксиды с большой скоростью. Повышение производительности приводит к сильному окислению самой мишени, что сразу же делает невозможным ее использование. В этих случаях используется модифицированная технология с использованием высокочастотного тока, который препятствует изменению стехиометрического состава напыляемого материала.

Глава 3. Разработка технологического процесса напыления тонких плёнок методом магнетронного напыления и определение требуемой быстроты откачки вакуумного насоса.

Задача: Определить требуемую быстроту откачки вакуумного насоса.

Исходные данные:

Рис. 5 - Схема вакуумной системы для нанесения тонких плёнок.

Камера имеет цилиндрический вид.

Диаметр (a) = 433 мм,

Высота (b) = 402 мм,

V = 59195 см³ = 59,195 л³

P_p = 7*10^-5=0,00007 Па=0,000000525 мм рт.ст.

Р_атм = 760 мм рт.ст.

L = 1 м = 1000 мм

d = 1 см = 10 мм

S_э- требуемая быстрота откачки насоса

В качестве технологического оборудования я беру вакуумную камеру типа FL500, которая может использоваться для магнетронного напыления тонких плёнок. Установки для напыления комплектуются стандартными цилиндрическими камерами из нержавеющей стали и камерами с фронтальной загрузкой типа FL 500.

Вакуумные камеры типа FL 500 устанавливаются на пьедестал, вмещающий откачной пост и подходит для использования с защитной камерой с перчатками.

Приборная стойка содержит системы управления вакумной частью и контрольно-измерительной аппаратурой для контроля процесса нанесения пленки.

«Интеллектуальная» система управления высоковакуумным клапаном обеспечивает выравнивание давлений в рабочем объеме и ниже уровня клапана, за счет последовательного изменения проводимости пропускного канала клапана, в течение всего цикла откачки.

Для того чтобы обеспечить безопасность оператора от вредного уровня излучения электромагнитного ВЧ поля, а также предотвратить возникновение помех в другой электронной аппаратуре в лаборатории, все типы камер из нержавеющей стали надежно экранируются.

Определение требуемой быстроты откачки насоса.

Определение пропускной способности трубопровода U

Определение скорости откачки насоса S_н

152,53 л/мин > 124,72 л/мин => S_н>S_эфф

Выбранное технологическое оборудование:

Высоковакуумный диффузионный насос АВДМ-160, работающий в паре с форвакуумным насосом марки НФ-8.