Описание работы магнетронной системы вакуумной установки 01НИ – 7 - 015

­­­Магнетронная система вакуумной установки 01НИ – 7 - 015 предназначена для высокоскоростного распыления и нанесения пленок алюминия, его сплавов и других металлов на поверхности пластин. Магнетрон состоит из водоохлаждаемых катода, анода, мишени, магнитного блока. Катод выполнен из меди для улучшения теплопровода от мишени и разделяет «атмосферу вакуума зоны осаждения пленок.

В атмосфере находится магнитный блок, выполненный на основе постоянных магнитов. Для регулировки магнитного поля над поверхностью мишени магнитный блок установлен с возможностью плавного перемещения от ручного привода перпендикулярно поверхности катода. В зону осаждения со стороны магнетрона обращены только поверхность мишени и частично поверхность катода с анодом. Таким образом уменьшена и поверхность, соприкасавшаяся с газовой средой зоны осаждения пленок, что способствует поддержанию ее в более чистом составе.

На катод и анод магнетрона подаются регулируемые постоянные напряжения соответственно до минус 700В и +50В. Мишень находится в плотном контакте с катодом. Магнитный блок создает над поверхностью мишени неоднородное магнитное поле с индукцией до 0,7Тл.

Расположение анода обеспечивает образование неоднородного электрического поля с составляющей перпендикулярной к плоскости мишени.

Таким образом, при подаче отрицательного потенциала на катод над поверхностью мишени образуется зона со скрещенным неоднородным электромагнитным полем. Появившиеся в этой зоне электроны совершают сложные движения под действием скрещенных полей, участвуют в многократных жестких ионизирующих столкновениях с молекулами рабочего газа. В результате этого над поверхностью мишени возникает кольцевая (торообразная) волна плазмы. Геометрия плазменного образования определяется формой неоднородного магнитного поля над поверхностью мишени.

Положительные ионы образующиеся в разряде, ускоряются в направлении мишени, бомбардируют ее поверхность и выбивают из нее частицы материала. Эти частицы материала осаждаются в виде пленки на пластинах, транспортируемых конвейером, частично на экранах стола и цепях конвейера.

Плотность плазмы в разряде и интенсивность эрозии мишени максимальны в области, где магнитные силовые линии имеют направление, близкое к параллельному относительно поверхности мишени. Разряд поддерживается преимущественно за счет вторичных электронов, эмиттируемых с мишени в результате ионной бомбардировки.

Если при постоянном давлении уменьшить величину магнитного поля над поверхностью мишени, то рабочее напряжение будет возрастать и наоборот. При неподвижном магнитном блоке по мере распыления поверхности мишени и углублении зоны эрозии разряд будет переходить в области более сильных магнитных полей, а это ведет к уменьшению рабочего напряжения и увеличению тока разряда.

Для поддержания постоянных режимов разряда (ток и напряжение), а также для выбора необходимых начальных режимов магнетроны установки снабжены приводом перемещения магнитного блока.

Для получения пленок одинаковой толщины по всей поверхности пластин конфигурация мишени, а соответственно и зоны распыления (эрозии), имеет вытянутую эллиптическую форму. Прямые участки зоны распыления перпендикулярны направлению перемещения пластин.

Скругленные участки находятся вне зоны осаждения пленки на пластины.

Три магнетрона размещены последовательно в направлении перемещения пластин. Между магнетронами могут быть установлены экраны для ограничения площади осаждения пленок на пластины.

Это может быть использовано для контрастного разграничения трех пленочных слоев, наносимых из трех магнетронов при различных материалах их мишеней.
Если мишень выполнена из одного материала (например, алюминий) и необходимо получить смешанные по составу границы пленочных слоев - экраны между магнетронами не должны устанавливаться.

КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Предложение по модернизации вакуумной установки
01НИ 0 - 7 – 015

В вакуумной установке «01НИ -7–015» используется паромасляный насос Н–5К. Для модернизации установки предлагаем заменить паромасляный насос
Н–5К на криогенный насос НВК 400-6,5.

В тех практических задачах, где возникает потребность в создании разряжения в пределах от 10^-3 до 10^-10 Торр (1,3 10^-1 до 1,3 10^-8), обычно используется один из трех типов насосов: масляный диффузионный насос, турбомолекулярные насосы и крионасосы. Из всех перечисленных типов насосов крионасосы наиболее просты в эксплуатации, обеспечивают наиболее быструю откачку и при этом абсолютно не загрязняют откачиваемый объем. Крионасосы не перемещают молекулы газа, а замораживают их. В связи с этим у крионасосов отсутствуют какие-либо подвижные части или жидкие среды, контактирующие непосредственно с вакуумом из откачиваемого объема. Это обстоятельство полностью исключает вероятность загрязнения рабочего объема в процессе откачки. Крионасосам, в процессе эксплуатации, требуется минимальное техническое обслуживание. Следует отметить, что надежная индиевая пайка, применяемая для крепления криопанелей в насосах, дает возможность откачивать, в том числе, и агрессивные газы, такие, например, как Cl₂, HCl. Все части крионасосов, контактирующие с откачиваемым газом покрыты стойким медно-никелевым сплавом. В том случае, если требуется исполнение с повышенной химстойкостью, возможно нанесение покрытия из тефлона. Важным преимуществом криогенных откачных систем является более высокие по сравнению с другими типами насосов скорости откачки при гораздо меньших габаритах.

Несмотря на то, что стоимость крионасосов находится между стоимостью диффузионных и турбонасосов с аналогичными откачными характеристиками, очень невысокая стоимость технического обслуживания крионасосов в процессе эксплуатации ставит их в ряд наиболее экономичных, рассчитанных на длительную эксплуатацию, высоковакуумных насосов.

На первый взгляд может оказаться, что масляный диффузионный насос является недорогой альтернативой крионасосу. На самом деле это не совсем так. Дело в том, что диффузионному насосу для достижения высокой производительности требуются ловушки различных конструкций­­­­ и другое дополнительное техническое оборудование, затраты на которое быстро увеличат на тысячи долларов стоимость откачной системы на основе такого насоса. Кроме этого, эксплуатационные расходы на жидкий азот и электричество в дальнейшем сделают такую откачную систему много дороже криогенной.

Турбомолекулярным насосам не требуются дорогостоящее дополнительное техническое оборудование и ловушки, но и их стоимость при этом оказывается существенно больше, чем крионасосов с аналогичными откачными характеристиками.

Таким образом, крионасосы являются оптимальным решением с точки зрения создания не загрязняющей рабочий объем откачной системы с минимальной стоимостью и максимальной производительностью.