УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ БЛОКОВ УСТАНОВКИ ВАКУУМНОГО НАПЫЛЕНИЯ

 

Базовая установка для напыления тонких пленок термическим вакуумным испарением была предусмотрена для реализации последовательного напыления двух различных металлов путем поочередного подключения испарителей к силовому блоку питания, а также была оснащена заслонкой с управлением электромагнитом.

 

2.1. Конструкция и принцип работы базовой лабораторной установки вакуумного напыления

 

2.1.1. Блок-схема

Установка состоит из трех основных структурных единиц. Это, собственно, вакуумная камера, в которой производится нанесение тонких пленок, средства создания вакуума - форвакуумный насос и диффузионный паромасляный насос с водной и азотной ловушками. Управление процессами напыления и вакуумной системой осуществляется при помощи приборов, расположенных в стойке управления. Блок-схема установки представлена на рис. 4. Контроль за температурой подложки и измерение вакуума в камере осуществляется при помощи милливольтметра постоянного тока с хромель-алюмелевой температурой и вакуумметра ВИТ-2П, работающего с преобразователями ПМТ и ПМИ в зависимости от требуемого уровня вакуума в камере для напыления.

Рисунок 4. Блок схема установки вакуумного напыления

 

Рисунок 5. Принципиальная схема вакуумной установки для

                                   нанесения тонких плёнок

 

2.1.2. Принципиальная схема вакуумной системы

Принципиальная схема вакуумной системы установки для нанесения тонких пленок представлена на рис. 5. Рабочая вакуумная камера 1предварительно откачивается до давления 5*10^-2 Па при помощи форвакуумного механического насоса через магистраль, включающую кран 7 и форвакуумный объем 2. После этого кран 7 перекрывается и производится откачивание рабочего объема пароструйного диффузионного насоса 5, соединенного с объемами 4 и 3 до такого же остаточного давления, затем включается подогреватель масла диффузионного насоса и открывается заслонка шиберного устройства 3. В режиме открытых крана 6, шибера 3 при закрытом кране 7 и клапанах 8,9 осуществляется откачка вакуумной камеры до остаточного давления 10^-4- 10^-5 Па. В случае, если после проведения процесса напыления необходимо перезагрузить испарители и произвести повторное нанесение тонких пленок диффузионный насос 5 отсекается шибером 3 и при помощи клапана 8 осуществляется разгерметизация вакуумного объема 1 для перезагрузки лодочек-испарителей, либо подложек. После этого перекрывается кран 6 и открывается вакуумный кран 7 и при закрытом клапане 8 осуществляется предварительная откачка камеры 1 до давления 5 10^-2 Па. Затем перекрытием крана 7 и последовательным открыванием крана 6 и шибера 3 вакуумная система возвращается в полный рабочий цикл.

Окончание работы вакуумной системы осуществляется в последовательности:

- выключение напряжения питания подогревателя диф-     

фузионного насоса;

- закрытие шиберной заслонки 3;

- закрытие вакуумного крана 6;

- выключение форвакуумного насоса 10 с одновременным    

открытием клапана 9.

 

 

Рисунок 6. Устройства вакуумной камеры

2.1.3. Устройство вакуумной камеры.

Герметизация вакуумной камеры осуществляется прижатием кварцевого колпака 1 к основанию 4 через прокладку из вакуумной резины 3. Внутри камеры расположены на кронштейнах резистивный нагреватель 8 подложки 7 (кронштейны на рисунке не показаны). Температура подложки контролируется термопарой 2, размещенной с тыльной стороны подложки 7. Заслонка 6 предназначена для предотвращения попадания вещества с испарителей 5 в начальный момент нагрева последних, а в дальнейшем при распылении отводится в сторону при помощи электромагнита, подносимого с внешней стороны колпака. Заслонка 6 свободно вращается на оси, закрепленной к основанию камеры 4.

2.1.4. Структура электрической схемы базовой установки

Установка для нанесения тонких пленок термическим испарением в вакууме подключается к трехфазной сети переменного тока. Условно электрическая схема может быть разделена на три блока по функциональному назначению (рис. 7). Первый блок предназначен для электрообеспечения средств создания вакуума и обеспечивает включение электродвигателя форвакуумного насоса, а также подачу напряжения на электрический воздушный тэн, предназначенный для подогрева масла диффузионного насоса вакуумной установки. С целью обеспечения управления температурой подогрева тэн включен через лабораторный автотрансформатор. Температура масла в диффузионном насосе не измеряется, опосредованный ее контроль обеспечивается возможностью непосредственного контроля напряжения на нагревателе стрелочным вольтметром, расположенным на стойке управления.

Вторая часть электрической схемы установки предназначается для обеспечения процесса нанесения тонких пленок. Силовая часть обеспечивает подачу тока на испарители-лодочки, из которых и происходит распыление металлов. Она состоит из лабораторного автотрансформатора мощностью

2 кВт, в нагрузку к которому подключена первичная обмотка силового трансформатора, питающего от вторичной сильноточной обмотки испарители. При этом испарители при помощи переключателя подключаются ко вторичной обмотке силового трансформатора поочередно. Контроль тока через испарители осуществляется по первичной обмотке силового трансформатора. Для обеспечения подогрева подложки выполнена отдельная электрическая цепь, состоящая из ЛАТРа, амперметра и, собственно, электрической нагревательной спирали из нихрома, расположенной внутри камеры (рис. 6) в непосредственной близости от подложки.

Третий функциональный блок состоит из вольтметра постоянного тока В7-27, предназначенного для измерения температуры подложки и прибора ВИТ-2П, работающего с преобразователями ПМТ и ПМИ (рис. 7), предназначенных для измерения уровня вакуума в системе.

 

Рисунок 7. Электрическая схема базовой установки

2.2. Модернизация электрической схемы установки вакуумного

Напыления

 

В параграфе 2.1.4 описана электрическая схема базовой установки. Как следует из рис. 7, ее исполнение не позволяет выполнять одновременное испарение металлов из двух лодочек, кроме того управление по первичной обмотке трансформатора при разогреве лодочек приводит к значительным потерям электрической мощности и не позволяет осуществлять достаточно точную регулировку тока через испарители. Базовая электрическая схема не предусматривала возможность поддержания постоянной температуры подложки. В настоящей работе мы выполним модернизацию блока управления температурой подложки и испарителей с целью обеспечения более высокой точности управления токами через испарители и нагреватель подложки, а также осуществление режима поддержания постоянства температуры подложки.   

Рис. 8 Виды испарителей: проволоч­ные (1—10), ленточные (//—14) тигли (15—19) и электронно-лучевой (20)