Магнетронний пристрій іонного розпилення

Магнетронний пристрій іонного розпилення планарного типу, що містить в собі магнітну систему, плоску мішень-катод та джерело електрич ного живлення, який відрізняється тим, що центральна та периферійна частини мішені-катода виготовлені з магнітного матеріалу на основі заліза, а її проміжна частина, яка розташована в магнітному зазорі магнітної системи, - з магнітного матеріалу, температура Кюрі якого не перевищує 400 °С, крім того, між проміжною та центральною частинами з робочої сторони мішені утворено додатковий зазор не менше 1,5 мм. Корисна модель відноситься до галузі вакуумного нанесення покрить і може бути використана в електроприладобудуванні, машинобудуванні, легкій промисловості. Системи та пристрої іонного розпилення типу магнетрона широко використовуються для вакуумного нанесення плівок. Однак, вони майже не застосовуються для отримання плівок магнітних матеріалів, які знайшли широке застосування, наприклад, в мікроелектроніці при створенні мікросхем пам'яті на основі магнітних носіїв інформації (плівки пермалою Ni-Fe, сплави MnVi, Ni-Co). Крім того, плівки нікелю та його сплавів використовуються для електричних контактів до різних типів напівпровідникових структур в перетворювачах сонячної енергії, оптоелектронних і термоелектричних пристроях, при металізації виробів з пластмас та гальванопластиці. Відомий пристрій магнетронного розпилення [1], в якому мішень - катод, що розпилюється, має вигляд воронки, всередині якої розташований анод. Система катод - анод розміщується в магнітному полі таким чином, щоб магнітні силові лінії були спрямовані паралельно поверхні катоду. При подаванні напруги на електроди в умовах пониженого тиску газового середовища запалюється плазмовий розряд. Заряджені частки, рухаючись до електродів, обертаються навколо магнітних силових ліній, підвищуючи ступінь іонізації газу. Така ситуація дозволяє на порядок підвищити швидкість осадження плівок при достатньо низькій температурі підкладок. Однак, слід зауважити, що така магнетронна система іонного розпилення малопридатна для розпилення магнітних матеріалів, оскільки магнітні силові лінії входять в магнітний матеріал мішені і не створюють додаткового обертального руху заряджених часток. Щоб запобігти негативному впливу магнітних властивостей матеріалу, що розпилюється, в інших магнетронних пристроях [2] в якості мішені використовується тонка стрічка з магнітного матеріалу. Внаслідок малої товщини мішені магнітне поле розповсюджується у простір в бік робочої поверхні мішені і це дає можливість встановити магнетронний режим розпилення цієї стрічки. В такому магнетроні обмежується кількість розпиленого матеріалу, а також зменшується потужність іонного розряду внаслідок погіршення умов охолодження зони ерозії тонкої мішені. Крім того, не всі магнітні матеріали можливо виготовити у вигляді тонкої стрічки. Це стосується, наприклад, крихких інтерметалічних сполук та магнітних діелектричних матеріалів. Найбільш близьким за технічною сутністю до запропонованого є магнетронний пристрій іонного розпилення планарного типу [3], що містить в собі магнітну систему з центрального та периферійного магнітів, розташованих один від одного на відстані магнітного зазору, плоску мішень-катод, розташовану впритул до магнітної системи і джерело електричного живлення. В даному магнетронному пристрої плазмовий розряд локалізується поблизу мішені, де напруженість магнітного поля максимальна, а силові лінії магнітного та електричного полів перехрещуються. Іони з розряду, що бомбардують мішень, викликають емісію електронів. Ці (22)21.06.2005 10770 електрони прискорюються електричним полем та підтримують розряд, рухаючись під дією поперечного магнітного поля по складних циклоїдальних траєкторіях Довготривала циркуляція електронів сприяє підсиленню процесу іонізації, концентрація ІОНІВ поблизу поверхні мішені збільшується Такий пристрій не придатний для нанесення магнітних матеріалів, тому що мішень з магнітного матеріалу екранує магнітне поле Тому актуальним є завдання по збільшенню технологічних можливостей магнетронного пристрою, по розширенню КІЛЬКОСТІ типів матеріалів, що підлягають магнетронному розпиленню і підвищенню коефіцієнта використання матеріалу мішені Таке завдання розв'язується тим, що, на відміну від відомого, в запропонованому магнетронному пристрої іонного розпилення, центральна та периферійна частини мішені-катода виготовлені з магнітного матеріалу на основі заліза, а її проміжна частина, яка розташована в магнітному зазорі магнітної системи, - з магнітного матеріалу, температура Кюрі якого не перевищує 400°С, крім того, між проміжною та центральною частинами з робочої сторони мішені утворено додатковий зазор не менше 1,5мм ВІДПОВІДНІСТЬ критерію "новизна" запропонованому пристрою забезпечують наступні ознаки центральна та периферійна частини мішені-катода виготовлені з магнітного матеріалу на основі заліза, а її проміжна частина, яка розташована в магнітному зазорі магнітної системи, - з магнітного матеріалу, температура Кюрі якого не перевищує 400°С, крім того, між проміжною та центральною частинами з робочої сторони мішені утворено додатковий зазор не менше 1,5мм Такі ознаки не зустрічаються ні в одному з переглянутих аналогів як самі по собі, так і в сполученні один з одним Ця обставина забезпечує запропонованому технічному рішенню необхідний "винахідницький" рівень Сутність запропонованого рішення пояснюється кресленням На Фіг 1 зображено магнетронний пристрій іонного розпилення, що містить в собі магнітну систему з центрального (1) та периферійного (2) магнітів, розташованих в охолоджуваному корпусі (3), плоску мішень - катод, яка складається з трьох частин центральної (4), проміжної (5) та периферійної (6) Корпус магнетрона під'єднано до джерела електричного живлення через клему 7 Центральна та периферійна частини мішені виконані з заліза, проміжна - з магнітного матеріалу з невисокою температурою Кюрі (наприклад, нікелю) Працює пристрій наступним чином Початкове запалення плазмового розряду відбувається при підвищеному тиску розпилюючого газу в районі зазору між центральною та проміжною частинами мішені завдяки стрибку напруженості магнітного поля, який утворюється внаслідок існування цього зазору Після запалення розряду в області зазору і по мірі розігріву мішені, розряд поступово розповсюджується в бік проміжної частини внаслідок того, що завдяки низькій температурі Кюрі матеріалу проміжної частини, вона поступово втрачає магнітні властивості Втрата магнітних властивостей починається в МІСЦІ, прилеглому до центральної частини мішені і поступово розповсюджується на всю проміжну частину, при цьому тиск розпилюючого газу зменшують до звичайних режимів Розпиленню підлягає тільки проміжна частина Центральна та перифериійна частини під час процесу являють собою магнітопроводи і не розпилюються В цей час максимальна енергія плазмового розряду виділяється в зоні ерозії, тобто приблизно посередині проміжної частини мішені Тепло розповсюджується від проміжної частини в бік інших її частин Тому найбільшу температуру під час процесу розпилення має саме проміжна частина, яка, до того ж, має нижчу точку Кюрі Тому проміжна частина розпилюється як звичайний немагнітний матеріал Центральна та периферійна частини мішені виконують роль полюсних наконечників і зберігають магнітні властивості під час процесу розпилення завдяки тому, що залізо, з якого вони зроблені, має високу температуру Кюрі (770°С) Для реалізації запропонованого технічного рішення виготовлена мішень у вигляді диску діаметром 64мм з трьох концентричних частин діаметрами, ВІДПОВІДНО, 20, 49 і 64мм Початкова товщина мішені - 9мм Проміжна частина з чистого нікелю сточувалася по діаметру 20мм приблизно на половину товщини диску до утворення зазору з центральною частиною приблизно 1,5мм Мішень розташовувалась на мідному охолоджуваному корпусі магнетронного вузла, магнітні полюси якого мали вигляд концентричних кілець діаметрами приблизно 20 і 60мм Розпилення нікелю відбувалося в наступних умовах спочатку у вакуумній камері створювався тиск аргону ~ 1 0 1 м м р с , на магнетроні від'ємна напруга поступово підвищувалась до запалення плазмового розряду поблизу зазору мішені, тобто до 300-400В Після стабілізації розряду струм і напруга поступово підвищувались ВІДПОВІДНО до 2А і -500В По мірі зниження тиску аргону до 2-410 Зммр с напруга встановлювалась в межах 500-600В, а струм - 1-1,4А і в такому режимі відбувалося розпилення нікелю безперервно на протязі необхідного терміну Ознак розпилення залізних частин мішені не відмічено Час виходу магнетрону на режим, починаючи із запалення розряду, становив декілька хвилин В запропонованому пристрої товщина мішені з магнітного матеріалу становила 9мм, тобто приблизно 14% від її діаметру, в той же час, при використанні мішені з суцільного нікелю встановлення магнетронного режиму розпилення було можливим лише при товщині мішені 1,5мм і менше, а процес розпилення такої тонкої мішені супроводжувався постійною зміною основних режимів струму, напруги і швидкості розпилення, іншими словами, параметри процесу розпилення тонкої мішені нестабільні Навпаки, в разі використання запропонованої мішені, розпилення проводилось в стабільних режимах на протязі довгого часу (до декількох годин) Поверхневу потужність в зоні ерозії мішені підвищено до ЮОВт/см3, що ВДВІЧІ більше, ніж припустимо у випадку тонкої мішені Таким чином, в новому магнетронному пристрої 10770 2. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. - М.: Высшая школа, 1988. - С. 128. 3. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. - М.: Высшая школа, 1988.-С.120-121. здійснюється розпилення магнітних матеріалів із використанням мішеней звичайної товщини. Джерела інформації 1. Иванов Р. Д. Магнитные металлические пленки в микроэлектронике. - М.: Сов.радио, 1980. - С.89-90. Фіг. 1 Комп'ютерна верстка Д Шеверун Підписне Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601