Поворотный контейнер подложки с "маской" для формирования тонких пленок различной конфигурации
ROTATABLE SUBSTRATE CONTAINER WITH A MASK FOR FORMING THIN FILMS OF VARIOUS CONFIGURATIONS

Изобретение относится к элементам внутрикамерных устройств установок вакуумного напыления и может быть использовано при нанесении металлических и полупроводниковых пленок для покрытия деталей и элементов, применяемых в изделиях электронной, приборостроительной и оптической промышленностей, а так же для получения экспериментальных и опытных образцов в научно исследовательской деятельности.
Известен подложкодержатель [US 5,703,493 Dec. 30.1997], пригодный для получения тонкопленочных покрытий на подложках различных размеров и различных конфигураций пленок.
Недостатками данного подложкодержателя является отсутствие удерживающего подложку устройства, а также невозможность в едином технологическом цикле формировать тонкие пленки из различных материалов и получать их различные конфигурации.
Известна подвижная заслонка для формирования тонких пленок различной конфигурации, получаемых методом вакуумного напыления [RU 2 773 032 С1, опубл. 30.05.2022].
Недостатком использования данной заслонки является сложность обеспечения вакуумного уплотнения при введении механизма движения подвижной заслонки внутрь рабочей (вакуумной) камеры, так как для этого необходимо иметь узел ввода вышеуказанного механизма (Не все вакуумные камеры имеют подобные узлы ввода).
Наиболее близким техническим решением, является съемный контейнер с фиксацией подложек для подложкодержателя установки вакуумного напыления [RU 198976 U1, опубл. 04.03.2020], в котором предложена вставка, рассчитанная на четыре подложки, с системой фиксации подложек.
Недостатком указанного устройства является отсутствие системы «маскирования», т.е. получение тонких пленок различной конфигурации за один технологический цикл.
Техническим результатом заявляемого изобретения является получение тонких пленок с заданной конфигурацией за один технологический цикл, без развакуумирования установки, выемки образца и установки «маски».
Указанный технический результат достигается за счет того, что предложена конструкция поворотного контейнера подложки образца для формирования тонких пленок, получаемых методом вакуумного напыления внутри рабочей камеры. Поворотный контейнер подложки с «маской» для формирования тонких пленок различной конфигурации представляет собой плоскую пластину с спроектированным для размещения подложки образца посадочным местом в виде ячейки, внутри которой концентрически расположена сквозная проточка окна для напыления образца; при этом посадочное место накрывается крышечкой-фиксатором, которая удерживается пружиной. Поворотный контейнер при помощи соединительного стержня комбинируется с «маской», представляющей собой титановую пластину круглой формы, на которой проточены четыре окна: окно продольной конфигурации, окно круглой конфигурации, окно для поперечной конфигурации пленки и окно для предварительной обработки подложки образца; передвижение поворотного контейнера подложки относительно «маски» и позиционирование его в заданном положении осуществляется при помощи столбиков-выравнивателей.
Предлагаемое изобретение объясняется чертежами:
На Фиг. 1 представлен поворотный контейнер подложки с «маской» для формирования тонких пленок различной конфигурации, расположенный в заводском контейнеродержателе.
На Фиг. 2 представлено расположение поворотного контейнера внутри рабочей камеры.
На Фиг. 3 представлен пример работы поворотного контейнера и манипулятора внутри рабочей камеры.
Поворотный контейнер подложки с «маской» для формирования тонких пленок различной конфигурации содержит:
1. Поворотный контейнер подложки.
2. Посадочное место для подложки образца.
3. Сквозная проточка окна поворотного контейнера подложки, для напыления образца.
4. Крышечка-фиксатор для удержания подложки образца в ячейке.
5. Удерживающая пружина крышечки-фиксатора.
6. Клепка крепления пружины к крышечке-фиксатору.
7. Клепка крепления пружины к поворотному контейнеру.
8. Сквозное отверстие для подвижного крепления поворотного контейнера и «маски».
9. «Маска».
10. Столбик-выравниватель поворотного контейнера.
11. Окно продольной конфигурации пленки.
12. Окно круглой конфигурации пленки.
13. Окно поперечной конфигурации пленки.
14. Окно для предварительной обработки подложки образца (излучением RF-частотами и т.п.).
15. Отверстие для подвижного крепления «маски» с поворотным контейнером подложки.
16. Четыре столбика-выравнивателя «мишени».
17. Заводской контейнеродержатель.
18. Соединительный стержень.
19. Транспортировочный держатель.
20. Рабочая камера.
21. Манипулятор.
22. Внутрикамерный зонд, оснащенный механизмом поворота вокруг собственной оси и системой хода вверх-вниз (лифт).
23. Смотровое окно рабочей камеры.
24. Вращательный механизм внутрикамерного зонда.
25. Четыре магнетрона с различными материалами.
Пример конкретного выполнения
На Фиг. 1 изображен поворотный контейнер подложки 1, представляющий собой плоскую пластину, выполненную из титана толщиной 1,5 мм и имеющий посадочное место 2 для подложки образца. Посадочное место 2 представляет собой ячейку размером 18,1×18,1 мм и глубиной 1 мм, внутри которой концентрически расположена сквозная проточка окна 3 размером 16×16 мм для напыления образца. Посадочное место 2 накрывается крышечкой-фиксатором 4, которая в свою очередь удерживается пружиной 5. Пружина 5 крышечки-фиксатора 4 крепится к самой крышечке клепкой 6, а к контейнеру - клепкой 7. Также поворотный контейнер подложки имеет сквозное отверстие 8 для соединения с «маской» 9. На поворотном контейнере подложки, имеется столбик-выравниватель 10, предназначенный для передвижения поворотного контейнера подложки относительно «маски» 9 и позиционирования его в заданном положении. «Маска» 9, представляющая собой титановую пластину толщиной 1,5 мм круглой формы на которой проточены четыре окна: 11 - окно продольной конфигурации пленки, 12 - окно круглой конфигурации, 13 - окно для поперечной конфигурации пленки и 14 - окно для предварительной обработки подложки образца (излучением RF-частотами и т.п.). На «маске» 9 имеется отверстие 15, предназначенное для соединения с поворотным контейнером подложки 1. Кроме того, на «маске» имеются четыре столбика-выравнивателя 16, расположенные строго по позициям проточек окон 11, 12, 13 и 14, для точного позиционирования поворотного контейнера подложки на «маске». Заводской контейнеродержатель 17 имеется в комплекте вакуумной установки. Соединение поворотного контейнера подложки 1 и «маски» 9 осуществляется при помощи соединительного стержня 18. Изобретение работает следующим образом:
Перед началом работы из загрузочной камеры «шлюза» вакуумной установки Фиг. 2. вынимается контейнеродержатель 17, затем освобождается посадочное место для подложки образца 2 путем выемки крышечки-фиксатора 4. В освободившееся место помещается предварительно подготовленная подложка, а крышечка-фиксатор возвращается на прежнее место в поворотном контейнере 1, плотно удерживая подложку в посадочном месте. Фиг. 1. После этого поворотный контейнер вручную позиционируется на позиции 14. В случае необходимости следует отрегулировать точность позиционирования поворотного контейнера 1 относительно окна 14. При правильном позиционировании поворотного контейнера и прорези окна, столбик-выравниватель поворотного контейнера 10 и столбик-выравниватель «маски» 16 должны располагаться на одной линии Фиг. 1 (вид сверху). Затем контейнеродержатель 17 размещают в «шлюзе» вакуумной установки на транспортировочном держателе 19 Фиг. 2. Шлюз закрывается, и производится откачка вакуума. По достижению нужного значения вакуума контейнеродержатель 17 на транспортировочном держателе 19 перемещается из «шлюза» в рабочую камеру 20. При помощи манипулятора 21, способного поворачиваться вокруг собственной оси, отклоняться влево, вправо, вверх и вниз, а также совершать возвратно-поступательные движения вперед и назад, контейнеродержатель 17 снимается с транспортировочного держателя 19 и помещается в посадочное место внутрикамерного зонда 22, оснащенного механизмом поворота вокруг собственной оси и системой хода вверх-вниз (лифт). За всеми манипуляциями внутри рабочей камеры можно наблюдать через смотровые окна 23. После того как контейнеродержатель 17 расположен на зонде 22, манипулятор 21 и транспортировочный держатель 19 возвращаются на свои исходные положения. В рабочей камере устанавливается рабочее давление, и начинается процесс обработки подложки излучением RF-частоты для дополнительной очистки поверхности и выравнивания шероховатостей подложки. По окончании обработки поверхности подложки поворотный контейнер подложки 1 смещается с позиции 14 Фиг. 3а на максимально возможное расстояние Фиг. 3б манипулятором 21 при контакте со столбиком-выравнивателем 10, затем манипулятор 21 выводится в исходное положение. При помощи вращательного механизма 24, расположенного снаружи рабочей камеры Фиг. 2, внутрикамерный зонд 22 поворачивается на 90° вокруг своей оси Фиг. 3в (направление поворота выбирается в зависимости от того, какую именно конфигурацию пленки нужно получить в данный момент), а затем манипулятором 21 производится выравнивание позиции поворотного контейнера 1 относительно выбранного окна «маски» (например, 11 или 13) путем установки столбика-выравнивателя 10 и столбика-выравнивателя «маски» 16 в одну линию Фиг. 3г. Это будет означать, что посадочное место подложки образца 2 с подложкой расположено точно над заданным окном «маски». Затем манипулятор 21 возвращается в исходное положение. После этого можно запускать магнетроны 25 Фиг. 2 с выбранными материалами. Этот алгоритм действий выполняется каждый раз, когда необходимо поменять конфигурацию «напыляемой» пленки.
Предложенный поворотный контейнер подложки с «маской» для формирования тонких пленок различной конфигурации позволяет сократить финансовые затраты и время на изготовление тонких пленок на вакуумных установках и последующее их изучение.