Магнетронное распылительное устройство Советский патент 1993 года по МПК C23C14/35 

Изобретение относится к области электронной техники, а более конкретно к устройствам нанесения покрытий в вакууме, направлено на создание магнетронного распылительного устройства с увеличенным коэффициентом использования материала мишени, обладающего при высокой однородности наносимого покрытия высокой скоростью его нанесения.

Целью изобретения является увеличение скорости распыления.

Указанная цель достигается тем, что в магнетронном распылительном устройстве, содержащем дисковый катод-мишень, анод и незамкнутую, выполненную с возможностью вращения, магнитную систему, состоящую из плоского магнитопровода.

расположенного параллельно распыляемой поверхности мишени, и прямоугольных магнитов противоположной полярности, закрепленных на магнитопроводе симметрично относительно центра мишени, анод выполнен в форме прямоугольного бруска с шириной, равной ширине межполюсного зазора, и высотой большей или равной высоте мишени, и установлен на магнитопроводе изолированно от нее, причем оси симметрии магнитной системы и анода лежат в одной плоскости, а левый относительно анода полюс магнитной системы, обращенный к мишени имеет полярность N, при этом правый относительно анода полюс магнитной системы, обращенный к мишени, имеет полярность S.

00

д

00

00 СП 00

В известных магнетронных распылительных устройствах высокая скорость нанесения покрытий достигается тем, что у поверхности катода создается замкнутый дрейф электронов в скрещенных электриче- ском и магнитном полях. При этом, двигаясь в параллельном относительно поверхности катода магнитном поле, электроны двигаются до циклоидальным траекториям в холловском направлении и создают вы- сокую степень ионизации плазмообразую- щего газа у распыляемой поверхности. Однако для создания замкнутой магнитной системы требуется специальная геометрия полюсных наконечников, что не позволяет достигнуть высокого коэффициента использования материала мишени и высокой однородности покрытия при индивидуальной обработке. В прототипе используется незамкнутая магнитная система, которая по- зволяет избежать этих недостатков, но при этом не существует замкнутого пробега электронов над поверхностью катода и снижается скорость нанесения покрытий за счет уменьшения ионизации. В этом случае электроны, преодолевая действие магнитного поля, практически сразу уходят к произвольно расположенному аноду, которым обычно являются либо стенки вакуумной камеры, либо кольцевой анод, расположен- ный симметрично относительно катода. Предлагаемое техническое решение отличается от известных тем, что линии электрического поля в объеме устройства имеют направление, противоположное холловско- му движению электронов. При том создаются условия для того, чтобы электроны, вышедшие из зоны действия сильного магнитного поля, прошли над его поверхностью в направлении, противоположном холловскому движению, и создали дополнительную ионизацию над поверхностью. Эффект конструктивно реализуется расположением анода в плоскости мишени у торцов магнитов таким образом, что левый относительно анода полюс магнитной системы, обращенный к мишени, имеет полярность N, а правый относительно анода полюс магнитной системы, обращенный к мишени, имеет полярность S. Существен- ным конструктивным признаком является и закрепление анода на магнитной системе, что определяет высокий коэффициент использования материала мишени при высокой скорости нанесения покрытия. Та- ким образом, предлагаемое техническое решение существенно отличается от известных в настоящее время как физикой протекающих в нем процессов, так и конструктивно.

На фиг. 1 представлена конструкция заявляемого технического решения, где 1 - катод, 2 - мишень, 3 - анод, 4 - постоянные магниты, 5 - магнитопровод, 6 - изолятор, 7 - вакуумная камера, 8 - источник питания.

Устройство работает следующим образом.

Вакуумная камера 7 откачивается до давления мм рт.ст,, после чего в нее подается плазмообразующий газ, обычно аргон, Затем между катодом 1 и анодом 3 подается напряжение от источника питания 8.

В устройстве зажигается аномальный тлеющий разряд. Электроны, имитированные поверхностью катода, двигаются у поверхности катода, где вектор электрического поля перпендикулярен вектору магнитной индукции (Е В) в холловском направлении по циклоидальным траекториям, причем холовское движение электронов направлено в противоположную относительно, анода сторону При этом у поверхности катода создается плазма с высокой концентрацией. После выхода из зоны действия магнитного поля электроны двигаются в направлении анода, при этом расположение анода определяет увеличение количества ионизации над поверхностью катода и тем самым увеличение скорости нанесения покрытий за счет увеличения распыления. Мишень 2 имеет потенциал катода 1 и расположена неподвижно. Постоянные магниты 4 расположены на маг- нитопроводе 5, который в процессе работы вращается, обеспечивая равномерное распыление материала мишени, Анод 3 жестко закреплен через изолятор б с магнитопро- водом 5 и вращается при работе вместе с ним. Таким образом происходит нанесение покрытия с высокой скоростью и высоким коэффициентом использования материала мишени.

Авторы проводили ряд экспериментов с макетом предлагаемого устройства. На фиг,2 представлены вольт-амперные характеристики устройства при работе в режиме прототипа (кривые В) и предлагаемого технического решения (кривые А) при использовании в качестве плазмообразующего газа аргона и мишени из меди. Расстояние от анода до мишени составляло 1 см. Максимальное магнитное поле над поверхностью катода (параллельное) составляло 0,06 Тл, Удалось увеличить скорость нанесения покрытия в равных условиях (ток разряда, напряжение давление плазмообразующего газа) в 1,2-1,5 раза в зависимости от режимов работы.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет достичь значительного положительного эффекта.

Формула изобретения Магнетронное распылительное устройство, содержащее дисковый катод-мишень, анод и незамкнутую- выполненную с возможностью вращения магнитную систему, состоящую из плоского магнитопровода, расположенного параллельно распыляемой поверхности мишени, и прямоугольных магнитов противоположной полярности, закрепленных на магнитопроводе

симметрично относительно центра мишени, отличающееся тем, что, с целью увеличения скорости распыления, анод выполнен в форме прямоугольного бруска с шириной, равной ширине межполюсного зазоре и высотой, большей или равной высоте мишени, и установлен на магнитопроводе изолированно от него, причем оси симметрии магнитной системы и анода лежат в одной плоскости, а левый относительно анода полюс магнитной системы, обращенный к мишени, имеет полярность N, при этом первый имеет полярность S.

Изобретение относится к устройствам нанесения тонких пленок и направлено на увеличение скорости нанесения покрытия при высоком коэффициенте использования материала мишени и однородности нанесения пленки при индивидуальной обработке. Положительный эффект достигается тем, что в магнетронном распылительном устройстве, содержащем катод, мишень, анод, подвижную магнитную систему, состоящую из двух незамкнутых прямоугольных магнитов противоположной полярности, установленных симметрично на магнитопроводе в плоскости, параллельной плоскости мишени, причем магнитопровод выполнен с возможностью вращения относительно оси симметрии устройства, анод расположен в плоскости мишени и жестко связан с магнитной системой, причем знод установлен у торцов магнитов таким образом, что левый относительно анода полюс магнитной системы, обращенный к мишени, имеет полярность N, а правый относительно анода полюс магнитной системы, обращенный к мишени, имеет полярность S. 2 ил, со с

Фиг.2