научная статья по теме СОВРЕМЕННОЕ ВАКУУМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ * Металлургия

Текст научной статьи на тему «СОВРЕМЕННОЕ ВАКУУМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ *»

УДК 621.52

СОВРЕМЕННОЕ ВАКУУМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ*

© П.А. Шпак

«Интек Вакуум Украина»

Потенциал страны и экономики в целом, а промышленности в частности, в значительной мере определяется развитием науки, разработкой и внедрением новых технологий. Одним из наиб олее передовых и наукоемких направлений сегодня является развитие нано-технологий. В Украине также на государственном уровне задекларирован курс на инновационное развитие экономики на основе наукоемких технологий с высокой долей прибавочной стоимости, в том числе и нано-технологий. Учитывая исторически сложившуюся еще с советских времен достаточно авторитетную в мире украинскую школу материаловедения, наибольшее развитие в Украине получило одно из научно-технических направлений нанотехнологий -наноматериаловедение. Оно включает разработку и исследование материалов с размерами основных структурных единиц, не превышающих 100 нм, как минимум в одном направлении, что предопределяет их уникальные свойства.

В то же время подавляющее большинство процессов создания, производства и исследований таких материалов требует использования защитных и контролируемых сред, чаще всего - вакуума, что, в свою очередь, подразумевает широкое использование вакуумной техники.

Традиционно еще с советских времен в Украине большая часть вакуумных систем оснащалась отечественным вакуумным оборудованием таких производств, как Насосэнергомаш, Укрросприбор (СЭЛМИ), Сумыэлектроноптикс (СЭО), г. Сумы, Гидромаш, г. Мелитополь (Украина), а также Вакууммаш, г. Казань (Россия). Многие институты и лаборатории изготавливали вакуумное оборудование для собственных нужд самостоятельно. Сегодня эта практика сохранилась, кроме того, некоторые организации в Украине производят вакуумное оборудование для продажи, зачастую на заказ, как для отечественных, так и для зарубежных потребителей. Среди них наиболее известны Институт электросварки им. Патона НАНУ (промышленное и лабораторное электронно-лучевое оборудование для сварки и напыления), ООО «Природа», г. Луганск (установки для выращивания монокристаллов), Укр-росприбор (электронные просвечивающие и сканирующие микроскопы, спектрометры), Сумыэлектрон-оптикс (оборудование для электронно-лучевой сварки), НПП «Геконт», г. Винница (электронно-лучевое лабораторное и промышленное оборудование для плавки и напыления) и др. При этом наметилась тенденция постепенного перехода от использования отечествен-

•Доклад на конференции «ОТТОМ-8», г. Харьков, 28 мая 2007 г.

ных комплектующих вакуумных систем к импортным известных мировых производителей: Leibold, BOC Edwards, Varian, Alcatel. Для проведения исследований используется техника фирм Jeol, Philips и т.д. Однако недостаточность и низкую эффективность бюджетного финансирования науки государством и ограниченность платежеспособного спроса на вакуумную технику со стороны частных потребителей в значительной мере сдерживает процесс перехода к полному использованию импортной вакуумной техники, давая временной шанс отечественным производителям на проведение коренной модернизации и организации выпуска конкурентоспособных аналогов.

Исходя из вышеизложенного, сделаем краткий обзор современного вакуумного оборудования для использования в науке и промышленности.

Современное лабораторное оборудование для получения тонких пленок. Для проведения различных экспериментов в области получения и исследования тонких пленок компания BOC Edwards предлагает универсальную лабораторную вакуумную установку «Auto 500» (рис. 1- 4). Большая вакуумная камера, выбор между резистивным, электронно-лучевым и магнетронным испарением, а также их комбинациями и широкий выбор дополнительных приспособле-

Рис. 1. Универсальная лабораторная ¡Í

LU

вакуумная установка «Auto- 500» 5

нии позволяют оптимально скомплектовать и настроить оборудование для конкретного процесса [1]. Функциональные возможности установки «Auto 500»:

- повышение производительности за счет работы до трех магнетронов одновременно;

- объединение нескольких источников в связку (в круг) для направленного распыления;

- широкиИ выбор рабочих камер;

- системы магнетронного распыления как на постоянном токе (ПТ), так и на токе высокой частоты (ВЧ);

- совместимость ПТ и ВЧ-магнетронов в одной установке;

- системы ПТ и ВЧ-травления;

- возможность комбинирования систем ПТ, ВЧ, резистивного и электронно-лучевого испарения;

- возможность подачи небольшого ВЧ-напряжения смещения на подложку в процессе напыления;

- устройство распределения мощности для систем ВЧ и ПТ-травления;

- реактивное распыление;

- система шлюзов и перемещения подложек;

- водоохлаждаемый, изолированный по ВЧ-нап-ряжению держатель подложки;

- автоматическая система управления напуском технологического газа: для одного (одноканаль-ная) или двух (двухканальная) технологических газов;

- система автоматического управления технологическим процессом (АСУТП);

- система косвенного нагрева подложек.

С помощью магнетронного распыления могут быть нанесены пленки практически из всех металлов, сплавов и соединений. Стехиометрический состав пленки, полученной магнетронным распылением, остается неизменным для большинства материалов в отличие от термического испарения, при котором соединение

распадается на отдельные фракции. Кроме того, маг-нетронное распыление обладает рядом неоспоримых преимуществ перед другими способами нанесения покрытий.

Повышенное качество пленки. Процесс распыления проходит без загрязнения напыляемой пленки из тиглей, спирали накала и лодочек, как это часто происходит при резистивном испарении. Малое тепловое воздействие распыления уменьшает нежелательный нагрев подложек, в то же время энергетическое взаимодействие с плазмой разряда способствует превосходному сцеплению пленки с подложкой.

Высокая производительность. Конструкция магнетронов компании BOC Edwards обеспечивает высокие скорости роста покрытия. Так, скорость роста пленки из меди до 2 мкм/мин.

Двухканальная система напуска газа позволяет осаждать соединения с помощью реактивного распыления. Возможности регулирования давления газов, соотношения смешиваемых газов и скорости подачи газа-реагента позволяют проводить воспроизводимый, управляемый процесс распыления.

Экономичная система травления распылением. В процессе бомбардировки подложки ионами аргона происходит физическое распыление поверхностного слоя. При напылении на только что подготовленную таким образом подложку адгезия пленки может быть значительно улучшена.

В установках «Auto-500» применена схема подвода энергии к держателю подложек от основного источника питания распылительной системы, позволяющая сэкономить на дополнительном источнике питания для системы ионной очистки.

Возможность точно управлять ростом пленки, благодаря приложенному к подложке в процессе напыления постоянному или ВЧ-потенциалу смещения. Возможно изменение свойств получаемой пленки, повышение химической активности поверхности подложки или увеличение скорости нанесения. Потенциал смещения подложки позволяет управлять стехио-метрическим составом получаемой пленки.

Установки для напыления комплектуются стандартными цилиндрическими вакуумными камерами

Рис. 2. Комбинация оборудования для магнетронного, электронно-лучевого и резистивного напылений в камере «Auto- 500»

Рис. 3. Электронно-лучевой испарительный блок с шестью тиглями

мО др с

Рис. 4. Схема возможных конфигураций установки «Auto-500»

из нержавеющей стали и камерами с фронтальной загрузкой типа FL400. При необходимости возможна установка камеры типа FL500, шлюзов со стандартными размерами входных фланцев ISOIOO или ISO160 и камер с водяным охлаждением.

Все типы камер из нержавеющей стали надежно экранированы.

Магнетроны ВОС Edwards обеспечивают высокую скорость нанесения покрытия и максимальное использование материала мишени. Возможна установка до трех источников с мишенями диам. 75 мм или 100 мм для увеличения зоны распыления. Конструкция магнетрона позволяет быстро и просто производить смену мишени. Использование мишеней в виде диска минимизирует расход распыляемого материала.

Блоки питания ПТ мощностью 600 или 1500 Вт и ВЧ-генераторы мощностью 1500 Вт позволяют реализовать множество вариантов как последовательного, так и одновременного напыления несколькими магнетронами. Источники ПТ могут быть применены для распыления всех проводящих материалов, ВЧ-источники - для распыления диэлектриков.

Специально разработан BOC Edwards уникальная конструкция компактного, прочного подложкодержа-теля. Для достижения максимальной равномерности по толщине пленки предусмотрена возможность непрерывного вращения изделий по наибольшему диаметру камеры в процессе напыления. Для предотвращения перегрева и теплового разрушения подложек в течение длительной обработки подложкодержатель снабжен водяным охлаждением. Кроме того, для подачи ВЧ-напряжения в процессе ионной очистки подложек перед напылением и/или во время напыления с ВЧ-смещением на изделии подложкодержатель полностью изолирован.

Контроль технологических газов. Система управления напуском газов позволяет смешивать до трех различных газов, устанавливать и контролировать соотношение и скорость их подачи. Значения скорости потока газа непрерывно выводятся на цифровой индикатор передней панели управления.

Реализуемые технологические процессы:

- резистивное испарение;

- электронно-лучевое испарение;

- магнетронное распыление ПТ;

- ВЧ- магнетронное испарение;

- ПТ и ВЧ- совместное испарение;

- комбинация всех перечисленных методов напыления;

- очистка тлеющим разрядом;

- нагрев, охлаждение, ВЧ- смещение, вращение изделий;

- мониторинг толщины покрытия и/или контроль технологического процесса.

Установки для напыления серии «АШ:о-500» с камерой фронтальной загрузки представляют собой многофункциональную систему для научных исследований и опытного производства тонких пленок.

Технические характеристики установки «Auto- 500»

Камера БЬ500:

диаметр, мм 500

высота, мм 500

внутренние размеры, мм 433x402

диаметр смотрового окна, мм 100

бок

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Металлургия»