Магнетронний розпилюючий пристрій

Винахід належить до конструкцій магнетронних розпилюючих систем, які використовуються для іонноплазмового напилювання тонких плівок переважно при виготовленні інтегральних мікросхем та електронних пристроїв функціональної діагностики і при нанесенні захисних покриттів. Аналогами запропонованого винаходу є відомі магнетронні розпилюючі пристрої (МРП) планерного типу з однією [1], двома [2] та лабіринтовою [3] зонами ерозії. Недоліками МРП з однією зоною ерозії є невисокі експлуатаційні параметри: недостатня однорідність конденсату на підкладці та низький коефіцієнт використання матеріалу мішені. За прототип винаходу вибрано найбільш близький до запропонованого винаходу МРП з двома зонами ерозії [2], де відмічені параметри значно вищі. Цей МРП вміщує анод, катод-мішень з матеріалу, що розпилюється, та розташовану під ним магнітну систему, яка складається з установлених з зазором один відносно другого щонайменше трьох концентричне розташованих елементів, два з яких є постійними магнітами, а зовнішній магнітопровід виготовлений з магнітом'якого заліза. Але спільним недоліком аналогів і прототипу є те, що реальна ширина зони ерозії на поверхні катоду-мішені приблизно дорівнює відстані між полюсами магнітних елементів. В зв'язку з цим коефіцієнт використання матеріалу мішені не може перевищувати 50%. В основу винаходу поставлена задача шляхом удосконалення магнітної системи МРП створити умови для збільшення області існування складової напруженості магнітного поля, паралельної поверхні катоду, що веде до утворення широкої зони ерозії на поверхні мішені та суттєвого збільшення коефіцієнта використання матеріалу мішені. Поставлена задача вирішується тим, що в відомому МРП [2], який вміщує анод, катод-мішень з матеріалу, що розпилюється, та розташовану під ним магнітну систему, яка складається з установлених з зазором один відносно другого щонайменше трьох концентричне розташованих елементів, два з яких є постійними магнітами, а зовнішній магнітопровід виготовлений з магнітом'якого заліза; - згідно з винаходом, однойменні полюси магнітів орієнтовані в одному напрямку; - згідно з винаходом, торцеві поверхні магнітів мають профільні накладки в формі клинів з магнітом'якого заліза з кутом нахилу в напрямку магнітопроводу, який виконано з фаскою; - згідно з винаходом торцеві поверхні магнітів виконані в формі клинів; - згідно з винаходом кут нахилу клинів складає 5-15° до поверхні катоду. Запропоноване розташування магнітів забезпечує формування однієї широкої зони з приблизно однаковим значенням паралельної катоду-мішені складової напруженості магнітного поля. Останнє досягається підбором поперечного перерізу магнітів, відстанню між ними та може бути скореговане використанням профільних накладок в формі клину з магнітом'якого заліза, або виготовленням з необхідний кутом верхніх частин магнітів та виконанням фаски на магнітопроводі. Сукупність ознак винаходу, що відрізняються, забезпечує горіння тліючого розряду з однією широкою зоною густої плазми, що збільшує площу поверхні розпилення катоду та підвищує коефіцієнт використання матеріалу мішені. Винахід пояснюється кресленням (фіг.1), на якому схематично зображено загальний вигляд магнетронного пристрою, а на фігурі 2 показана необхідна топографія паралельної катоду-мішені складової напруженості магнітного поля. Запропонований магнетронний розпилюючий пристрій (фіг.1) складається з плоскої магнітної системи, яка охолоджується та містить концентричне установлені з зазором один відносно другого постійні, орієнтовані однойменними полюсами в одну сторону, циліндричний 1 та кільцевий 2 магніти, які закріплені на дисковому магнітопроводі 3, і зовнішній магнітний елемент 4. Верхні торцеві поверхні магнітів 1 і 2 виконані конічними або містять конічні накладки 5 з магнітом'якого заліза, а торцева поверхня магнітопроводу 4 має внутрішню фаску, причому кут клину на торцях магнітів і кут нахилу фаски підбираються експериментальне в межах 5-15° до поверхні катоду для забезпечення приблизної рівності паралельної катоду-мішені складової напруженості магнітного поля. Пристрій має також порожнини 6 для циркуляції охолоджувальної рідини, катод-мішень 7, кільцевий анод 8, утримувач підкладки 9 та джерело живлення 10. Магнетронний розпилюючий пристрій працює таким чином: при подачі постійної напруги між катодоммішенню 7 та анодом 8, як правило, запалюється тліючий розряд з однією вузькою кільцевою зоною густої плазми, локалізованої над порожниною 6 в тій частині катоду, де паралельна катоду-мішені складова напруженості магнітного поля має більше значення. Підбором перерізу та висот магнітів 1 і 2, відстані між ними та зовнішнім магнітопроводом 4, використанням на торцях магнітів накладок в формі клину 5 з магнітом'якого заліза з кутом нахилу 5-15° до поверхні катоду і виготовленням верхнього торця манітопроводу 4 під кутом 5-15° до поверхні катоду можна отримати таку топографію магнітного поля при якій паралельна катоду-мішені складова напруженості магнітного поля буде мати приблизно постійне значення вдовж катоду-мішені (фіг2). На цьому рисунку криві 1, 2 ілюструють оптимальний розподіл паралельної катоду-мішені складової напруженості магнітного поля на відстанях 4мм (крива 1) і 6мм (крива 2) від поверхні катоду. Той же ефект можна отримати виготовленням профілю верхніх торців магнітів 1 і 2 (фіг.1) під кутом 5-15° до поверхні катоду. В таких умовах при запаленні розряду виникає одна широка зона густої плазми та відповідна їй зона ерозії на поверхні катоду-мішені, що і веде до збільшення коефіцієнта використання матеріалу, що розпилюється. Використання профільних накладок на магнітах 1 і 2, або виготовлених під кутом торців магнітів дає ще додатковий технічний результат. З одного боку, це дає можливість вирівняти та збільшити паралельну катодумішені складову напруженості магнітного поля біля поверхні катоду і, відповідно, підтримувати горіння розряду при більш низьких значеннях тиску газу. З іншого боку, використання профільних накладок на магнітах 1 і 2, або виготовлених під кутом торців магнітів, веде до зменшення неконтрольованого нагріву підкладки 9 і конденсату на ній швидкими електронами, що вибиваються з катоду іонами, як це мало місце в прототипі [2]. Дослідження запропонованого розпилюючого пристрою підтвердили збільшення коефіцієнту використання матеріалу мішені, підвищення однорідності та якості покриттів завдяки участі в розпиленні більш широкої зони ерозії та горіння розряду при меншим тиску баластного газу. Крім того, спрощується технологія виготовлення магнетронного пристрою. Джерела інформації 1. Данилин Б.С., Сырчин В.К. Магнетронные системы ионного распыления. ПТЭ, № 4, 1978. 2. Кучеренко Е.Т., Цымбаревич В.И. Магнетронное распылительное устройство. Патент Украины № 5226, С1, 28.12.1994г. 3. Кучеренко Е.Т., Бедюх А.Р. Магнетронное распылительное устройство с лабиринтной зоной эрозии. Вопросы атомной науки и техники, Вып. 4(5), 5(6), Харьков, 1998г. с.25.