Апробация дуальной магнетронной системы в режиме реактивного напыления оксидных покрытий на новой автоматизированной вакуумной установке ВМС-600/4.

В 3 квартале 2009 года при финансовой поддержке ОАО «Атом-иновации» был заключен договор с ОАО «ЭСТО-ЭЛ» на изготовление комплекта устройств электропитанния дуальной магнетронной распылительной системы для дооснащения новой автоматизированной вакуумной установки ВМС-600/4. В 4 квартале 2009 года на вакуумной установке ВМС-600/4 были проведены пусконаладочные работы и отработка технологических режимов реактивного магнетронного напыления оксидных покрытий (см.рис.1-2).

Дуальное магнетронное распыление (DMS) успешно решает проблемы «исчезающего» анода и пробоев на катоде. Этот метод представляет большой интерес при получении пленок диэлектриков и распылении керамических мишеней. При дуальном магнетронном распылении два одинаковых, либо с противоположными магнитными системами магнетрона, электрически изолированные друг от друга, устанавливаются рядом в одной вакуумной распылительной камере (см. рис.3) и питаются в противофазе среднечастотным импульсным двуполярным напряжением синусоидальной или прямоугольной формы. В таком режиме одну половину периода один магнетрон работает катодом, а другой - анодом. В другую половину периода - наоборот. Мишень магнетрона при реактивном напылении в одну половину периода является катодом и очищается от излишнего диэлектрика. Таким образом, поверхности мишеней поочередно очищаются, что не дает вырасти там толстому сплошному слою диэлектрика, и это позволяет предотвратить «исчезновение» анода и получать гладкие покрытия не содержащие микрокапель на подложке (см. протокол №19).

Точный контроль и управление структурными параметрами покрытия (размером зерен, кристаллической ориентацией, толщинами нанослоев) очень важны при получении многослойных покрытий. В процессе магнетронного распыления многие основные параметры оказывают существенное влияние на свойства осаждаемого покрытия, включая температуру подложки, плотность ионного тока, напряжение смещения, парциальное давление рабочего и реактивного газа. Автоматизированная вакуумная установка ВМС-600/4, дооснащенная комплектом устройств дуальной магнетронной распылительной системы, позволяет гибко в широких пределах проводить настройку перечисленных выше параметров процесса магнетронного напыления и гарантировать тонкую настройку и воспроизводимость химической стехиометрии осаждаемых покрытий (см. рис.4).

Рис.1а

Рис.1б

Рис.1. Вакуумная установка ВУ-ВМС 600/4:
а) общий вид установки;
б) вакуумная камера с оснасткой и магнетронными модулями.

Рис. 2а

Рис. 2б

Рис.2. Комплект устройств электропитанния дуальной магнетронной распылительной системы:
а) инвертор магнетронного распылителя «master» (нижний),
инвертор магнетронного распылителя «slave» (верхний);
б) вид сзади: два инвертора и ключ (дуальный).

Рис. 3а

Рис. 3б

Рис.3. Дуальная магнетронная распылительная система:
а) мишени из керамики;
б) мишени из магния для реактивного напыления MgO.

Рис.4. Снимок рабочего стола технологического компьютера вакуумной установки ВСМ-600/4:
контроль технологических параметров процесса магнетронного напыления.

Рис.5. Дуальный магнетрон с магниевыми мишенями,
после 3-х часов работы в реактивном режиме получения пленок MgO.

Рис.6. Нагреватель с оснасткой для напыления образцов: 1-молибденованя полоса нагревателя;
2- термопара;
3- медная оснастка с образцами ленты.

Протокол № 19 от 15.12.09

Исследования на атомно-силовом микроскопе (АСМ) поверхностной структуры буферного покрытия MgO, нанесенного по дуальной схеме на различные подложки (образцы лент)

Образец № 1: покрытие MgO, время напыления t = 10 мин., подложка - лента из нихрома (ВНИИНМ).

Рис. 1. АСМ изображение поверхности покрытия MgO обр. № 1 (х5000).

Рис.2. 3-D изображение поверхности покрытия образца № 1 (скан 20х20 мкм).