УЗЕЛ НАГРЕВА И ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ПОДЛОЖЕК

Область техники, к которой относится полезная модель:
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при проектировании и изготовлении исследовательских установок осаждения функциональных тонкопленочных слоев различными методами ионно-плазменного распыления, термического, электроннолучевого и лазерного испарения. Технический результат состоит в возможности одновременного осаждения слоев в идентичных условиях на несколько подложек, находящихся при различной температуре.
Уровень техники:
Известны конструкции узлов нагрева и позиционирования подложек (УНПП), в которых нагреваемый держатель с подложками в процессе осаждения вводится в зону распыления и устанавливается неподвижно напротив (face to face) источника материала. Такая концепция реализована в большинстве малогабаритных исследовательских установок, например, в установке VSE - PVD - DESK - PRO производства ООО «Вакуумные системы и электроника» (Россия). Основным недостатком таких узлов является значительная неоднородность слоев по толщине, обусловленная расходящимся характером потока реагентов от источника к подложке при различных физических методах осаждения.
Известны конструкции УНПП планетарного типа, в которых подложки, установленные на держатели, не имеющие собственных индивидуальных нагревателей для повышения однородности осаждаемых слоев по толщине совершают сложное планетарное движение относительно источника материала, расположенного неподвижно с фронтальной стороны подложек и неподвижного ИК (инфракрасного) нагревателя, расположенного с тыльной стороны JPH 032535568, US 2010294658. Такой узел реализован, например, в установке ORIOLE производства фирмы РОБВАК (Россия). Основными недостатками таких узлов является значительная сложность и низкая надежность конструкции, ограничение максимальной температуры подложек на уровне 300°C, низкая энергетическая эффективность, обусловленная значительной массой нагреваемых конструкций и необходимостью установки контура водяного охлаждения как корпуса ИК - нагревателя, так и всей рабочей камеры.
Наиболее близкой по технической сущности является конструкция УНПП барабанного типа, в которых барабан с установленными подложками вращается с заданной скоростью относительно установленных неподвижно систем ИК (инфракрасного) нагрева и источников материала (распылительных магнетронов, термических испарителей и.т.д), реализованная в ряде промышленных установок вакуумного напыления, таких, например, как установка «УВН - 74П3» или «МАГНЕТРОН» (Россия). Такая конструкция значительно проще и надежнее планетарной системы, однако ей также присущи все остальные недостатки планетарных систем, приведенные выше.
Общим недостатком всех приведенных узлов, при их использовании в исследовательских установках является отсутствие возможности индивидуального задания температуры каждого держателя подложек и как следствие осаждения слоев в едином цикле на подложки, находящиеся при различной температуре, что существенно снижает идентичность условий осаждения, а также увеличивает длительность этапа разработки и тестирования новых функциональных слоев.
Раскрытие сущности полезной модели:
Техническим результатом, обеспечиваемым полезной моделью, является возможность одновременного осаждения слоев в идентичных условиях на несколько подложек, находящих при различной температуре.
Поставленная цель достигается установкой на вращающуюся планшайбу УНПП нескольких держателей подложек со встроенными нагревателями, температура которых задается и поддерживается индивидуально.
Предложенная конструкция дает возможность получения за один цикл осаждения полной информации о температурной зависимости скорости осаждения, структуры и функциональных характеристик осаждаемых слоев. Дополнительным преимуществом такой конструкции является снижение энергопотребления и увеличение рабочего ресурса исследовательских напылительных установок, ускорение процессов тестирования новых материалов функциональных слоев и оптимизации режимов их осаждения.
Краткое описание чертежей:
На фигуре 1 представлен заявляемый узел подложек в разрезе.
Узел нагрева и позиционирования подложек смонтирован на верхнем подъемном фланце (1) вертикальной цилиндрической рабочей камеры напылительной установки. Основой УНПП является дисковая планшайба (2), на которой с помощью угловых кронштейнов (3) установлены несколько держателей подложек (4) со встроенными нихромовыми спиральными нагревателями и термопарами ХА (хромель-алюмель). Нагреватели изолированы от корпуса держателя с помощью кварцевых трубок. В центр планшайбы соосно вмонтирован полый вал (6), через который соединительные провода от нагревателей и холодные концы термопар (5) выведены в вакуумный разъем (7) и подсоединены к соответствующим верхним внутренним концам вакуумных электрических вводов (8). Нижние внешние концы вакуумных вводов через систему скользящих контактов (9) выведены на разъем (10) для подключения к индивидуальным блокам задания и контроля температуры, установленным в стойке управления. Полый вал сопряжен с верхним фланцем рабочей камеры через вакуумный ввод вращения (11). Вращение планшайбе УНПП передается от шагового двигателя (12) через червячный редуктор (13), установленный аксиально на вал. Маховик (14), установленный на тыльный выход вала шагового двигателя, служит для ручного позиционирования подложек относительно источников осаждаемого материала. Для защиты от подпыления и радиационного нагрева подводящих проводов и керамических изоляторов на торцевой поверхности планшайбы установлен экран (15). Подложки (16) фиксируются на рабочей поверхности держателей (4) с помощью клинового упора (17), установленного на нижний торец держателя и четырех боковых подпружиненных прижимов (показаны на фигуре 2). Детали 1, 2, 7, 11 и 14 изготовлены из алюминиевого сплава Д16Т, а детали 3, 4, 6, 15, 17 - из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т.
В качестве примера исполнения изготовлен узел нагрева и позиционирования подложек для исследовательской установки магнетронного распыления.
На фигуре 2 представлен внешний вид УНПП в сборе с боковым экраном (а) и без бокового экрана (б).
На вращающейся планшайбе УНПП установлены 3 идентичных держателя подложек с индивидуальными нагревателями с максимальной рабочей температурой 500°C и 1 держатель без нагревателя, находящийся при комнатной температуре, что обеспечивает получение за один цикл осаждения четырех образцов, синтезированных в абсолютно идентичных условиях, но при различных температурах подложек. Для снижения тепловых потерь и выравнивания температурного поля держатели подложек снабжены системой радиационных экранов. На планшайбе также установлен экран, для предварительного тренировочного распыления мишени.