Магнетронное распылительное устройство

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s С 23 С 14/35 Ври

+>&It!, „" М

g „лр. " - ., i г Р/

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4874704/21 (22) 25,07.90 (46) 30.05,93, Бюл. N. 20 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (72) В.Т.Барченко, С.Н.Заграничный и К.Мерник (56) Лабунов В.А. и др. Современные магнетронные распылительные устройства, — 3aрубежная электронная техника, 1982, М 10.

Заявка Японии М 58-141384, кл, С 23 С 15/00, 1983, (54) МАГНЕТРОННОЕ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к устройствам нанесения тонких пленок и направлено на увеличение скорости нанесения покрытия при высоком коэффициенте использования материала мишени и однородности нанесеИзобретение относится к области элек.тронной 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..„.. Ж „„1818358 А1 ния 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 анод 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, расположенного параллельно расп ыляемой 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.

1818358

В известных магнетронных распылительных устройствах высокая скорость нанесения покрытий достигается тем, что у поверхности катода создается замкнутый дрейф электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях, При этом, двигаясь в параллельном относительно поверхности катода магнитном поле, электроны двигаются до циклоидальным траекториям в холловском направлении и создают высокую степень иониэации плазмообразующего газа у распыляемой поверхности.

Однако для создания замкнутой магнитной

10 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- 20 эволяет 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 25 электроны, преодолевая действие магнитного поля, практически сразу уходят к произвольно расположенному аноду, которым обычно являются либо стенки вакуумной камеры, либо кольцевой анод, расположен- 30 ный симметрично относительно катода, Предлагаемое техническое решение отличается от известных тем, что линии электрического поля в обьеме устройства имеют направление, противоположное холловско- 35 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 40 холловскому движению, и создали дополнительную ионизацию над поверхностью, Эффект конструктивно реализуется расположением анода в плоскости мишени у торцов магнитов таким образом, что левый 45 относительно анода полюс магнитной системы, обращенный к мишени, имеет полярность N, а правый относительно анода полюс магнитной системы, обращенный к мишени, имеет полярность $. Существен- 50 ным конструктивным признаком является и закрепление анода на магнитной системе, что определяет высокий коэффициент использования материала мишени при высокой скорости нанесения покрытия, Та- 55 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 - 10 -10 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 ионизаций 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 магнитопроводе 5, который в процессе работы вращается, обеспечивая равномерное распыление материала мишени, Анод 3 жестко закреплен через изолятор 6 с магнитопроводом 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 зэвисимости от режимов работы.

1818358

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, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения скорости распыления, анод выполнен в форме прямоугольного бруска с

5 шириной, равной ширине межполюсного зазора и высотой, большей или равной высоте мишени, и установлен на магнитопроводе изолированно от него, причем оси симметрии магнитной системы и анода ле10 жат в одной плоскости, а левый относительно анода полюс магнитной системы, обращенный к мишени; имеет полярность

N, при этом первый имеет полярность S.

1818358

Фиа2

Составитель С. Заграничный

Техред М,Моргентал Корректор М. Керецман

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101

Заказ 1926 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5