Пристрій магнетронного розпилення матеріалів

1 Пристрій магнетронного розпилення матеріалів, що містить Ш-подібну магнітну систему з периферійних і центральних магнітів, які замкнені протилежними полюсами з магнітопроводом, кільцеподібну пласку мішень з катодом, розташовану паралельно площині верхніх країв магнітів в порожнині між стінками магнітної системи, який відрізняється тим, що магніти магнітної системи розташовані на внутрішній боковій поверхні пери ферійних стінок і боковій поверхні центральної стінки магнітопроводу біля верхнього краю стінок, при цьому поверхні полюсів магнітів обернені до мішені 2 Пристрій по п 1 , який відрізняється тим, що периферійні та центральні магніти виконані у вигляді трикутних або трапецієподібних призм, при цьому поверхні полюсів магнітів розміщені похилом всередину порожнини, утвореної стінками магнітопроводу 3 Пристрій по пп 1, 2, який відрізняється тим, що у внутрішній порожнині розміщені додаткові магніти, що на розпилюваній поверхні мішені утворюють магнітне поле, у якого сукупна складова, паралельна площині верхніх країв периферійного і центрального магнітів, стала в глибину або зменшується з ерозією мішені в глибину 4 Пристрій по п 3, який відрізняється тим, що додаткові магніти виконані у вигляді призм і розміщені на стінках магнітопроводу Винахід має відношення до вакуумної техніки нанесення покрить у вакуумі, може бути використаний в устаткуванні для магнетронного розпилювання, переважно в пласких протяжних магнетронних пристроях з немагнітною мішенню для нанесення плівок на поверхні з великою площею Винахід може бути використаний підприємствами точного приладобудування, і іншими, наприклад, при виготовленні декоративного і теплосберігаючого листового скла для потреб архітектури та будівництва Відомий пристрій, що містить розпорошувану мішень і розташовану під мішенню магнітну систему, що складена з вертикально до мішені розташованих та протилежно напрямлених периферійних та центрального магнітів з наконечниками, пластини з феромагнітного матеріалу, що утворює з магнітами Ш-подібний магнітопровід, магнітів, розташованих радіально в середині Ш-подібного магнітопроводу (Патент Російської Федерації №2102527, С 23С 14/35, опубл 20 01 98р) Цей пристрій забезпечує достатньо високий коефіцієнт використання матеріала мішені (>50%), високу швидкість нанесення покрить Пристрій має недоліки Значну частку об'єму магнітної системи (далі - МС) займають коштовні магніти, що збільшує масу МС та и вартість Магнітне поле в області плазми (над мішенню) використовується недостатньо ефективно, оскільки в області найбільшого поля мають бути розташовані пристрій охолодження мішені та частково тіло мішені, і цей простір не може бути використаний як область розряду Мішень в області магнітних полюсів розпорошується недостатньо ефективно Також відомий пристрій для розпилення магнітних матеріалів, що містить магнітну систему з полюсними наконечниками, катод з мішенню, розташовані в порожнині магнітної системи, при цьому МС виконана з вертикально розташованих і протилежно напрямлених периферійних та центрального магнітів, що замкнені по нижнім полюсам магнітопроводом, виконаним з магнітом'якого матеріалу (А с СРСР №1030423, С 23С 15/00, БВ №27,1983р) Як прототип обрано пристрій (А с СРСР №1309610, С 23С 14/36 , БВВ №5, 1987р), який містить анод, кільцеподібний катод з мішенню, (О со сч ю 52326 (робочій) поверхні мішені Ця величина в пристрої, що заявляється, слабо залежить від місцеположення по вертикалі поверхні мішені, при тому, що мішень знаходиться в об'ємі між полюсами центрального і периферійного магнітів, тобто поле таким чином розташованих магнітів наближується до однорідного При цьому потрібна величина вказаної складової, наприклад, у центрі мішені, досягається при меншій масі магнітів в порівнянні з використаною в прототипі, або ж при однаковій масі можуть бути використані магніти з меншою густиною енергії, тобто більш дешеві Вказане розміщення магнітів забезпечує рівномірність ерозії мішені при різних відстанях и поверхні від верхнього краю магнітів, дає змогу відмовитись від пристрою переміщення мішені Виконання центральних і периферійних магнітів у вигляді призм з розміщенням схилом поверхні полюсів всередину порожнини, утвореної стінками магнітопроводу, дозволяє забезпечити в міжполюсному проміжку заданий розподіл у напрямі в глибину порожнини величини тієї складової магнітного поля, яка паралельна поверхні розпилюваної мішені, - тобто задати значення цієї складової на поверхні нерухоВ основу винаходу покладено завдання вдосмої мішені в процесі ерозії мішені При цьому коналення пристрою магнетронного розпилення можливо забезпечити потрібне зменшення поля в матеріалів шляхом нового розміщення периферійглибину мішені, одержати автоматичний перерозних і центрального магнітів МС відносно стінок поділ густини плазми над мішенню, що веде до магнітопровода і мішені для зменшення потрібної підвищення рівномірності розпилювання ("вигомаси магнітів при зменшенні витрат на виготоврання") всієї робочої поверхні мішені Розміщення лення пристрою, що веде до підвищення ефективу внутрішній порожнині МС додаткових магнітів, ності пристрою що створюють магнітне поле, у якого загальна Вказаний технічний результат одержують за складова, яка паралельна площині верхнього краю рахунок того, що в пристрої магнетронного розпипериферійного і центрального магнітів, (тобто, лення матеріалів, що містить Ш-подібну магнітну паралельна і робочій поверхні) стала в глибину, систему з периферійних і центральних магнітів, які або зменшується з ерозією мішені в глибину, - підзамкнені протилежними полюсами з магнітопровосилює ефект рівномірного "вигорання" мішені При дом, кільцеподібну пласку мішень з катодом, розцьому в нижній частині мішені зменшується сукупташовану паралельно площині верхніх країв магніна вертикальна складова магнітного поля, що дотів в порожнині між стінками магнітної системи, датково поліпшує рівномірність розпилення на згідно винаходу, магніти розташовані на внутрізаключних етапах використання мішені шній боковій поверхні периферійних стінок і боковій поверхні центральної стінки магнітопроводу Можливість здійснення винаходу пояснюється біля верхнього краю стінок, при цьому поверхні кресленнями, де на фіг 1 зображено пристрій, що полюсів магнітів обернені до мішені Крім цього, заявляється, на фіг 2 - варіант розміщення додатцентральний і периферійні магніти можуть бути кових магнітів виконані у вигляді трикутних або трапецієвидних На фіг 1 схематично зображено поперечний призм У внутрішній порожнині МС можуть бути переріз запропонованого пристрою Цифрою 1 і розміщені додаткові магніти, що на розпилюваній пунктирними ЛІНІЯМИ позначені силові лінії магнітповерхні мішені утворюють магнітне поле, у якого ного поля поблизу мішені 2 з розпилюваного масукупна складова, паралельна площині верхніх теріалу, на мішені 2 показана поверхня 3, що розкраїв периферійного і центрального магнітів, стала пилюється Мішень 2 неробочою поверхнею в глибину, або зменшується з ерозією мішені в притиснута до катода 4 МС пристрою складається глибину Ці додаткові магніти, що виконані у виз Ш-подібного магнітопроводу 5, горизонтально гляді призм, можуть бути розміщені на внутрішніх розміщених центральних 6 і периферійних 7 магнібокових поверхнях периферійних і центральної тів, що розташовані біля верхнього краю внутрістінок магнітопроводу з сторони неробочої повершньої бокової поверхні центральних і периферійхні мішені, або на нижній СТІНЦІ магнітопроводу них стінок магнітопровода 5 В порожнині магнітопровода 5 можуть бути розміщені додаткові Технічний результат досягається таким чином магніти 8 і 9, ВІДПОВІДНО на його периферійних і Розміщення магнітів на внутрішній боковій поверхцентральній СТІНЦІ Магніти 6 і 7 доповнені наконені периферійних стінок та боковій поверхні чниками 10 з магнітом'якого матеріалу Полярність центральної стінки магнітопроводу біля верхнього магнітів 6, 7, 8, 9 вказана стрілками на ТІЛІ магнітів, краю стінок, з оберненням полюсів магнітів до міале можливий пристрій, в якому всі магніти мають шені дозволяє, в порівнянні з вертикальним рознапрям, протилежний вказаному Магнітне поле ташуванням магнітів з тією ж густиною магнітної магнітів 6, 7, 8, 9 проникає в область, де розташоенергії, одержати максимальну величину складована мішень 2 і де, паралельно площині, створеній вої магнітного поля, що паралельна розпилюваній розташований між полюсними наконечниками Шподібної магнітної системи і з'єднаний з приводом переміщення, при цьому МС також виконана з вертикально розташованих і протилежно напрямлених периферійних та центрального магнітів, що замкнуті між собою по нижнім полюсам магнітопроводом, виконаним з магнітом'якої сталі Цей пристрій має недоліки Електричний режим розпилення та швидкість розпилення залежать і помітно змінюються від місцезнаходження розпорошуваної поверхні мішені, для ефективної і тривалої роботи мішені необхідно додатковий привод, що вертикально переміщує мішень Магніти мають чималу масу і займають значну частку об'єму МС Виконання периферійних стінок магнітної системи з магнітів призводить до значних полів розсіювання біля зовнішньої поверхні цих стінок, внаслідок чого для досягнення потрібної величини поля в робочому об'ємі плазми маса магнітів додатково збільшується Необхідно приймати заходи, щоб запобігти розрядові біля зовнішньої поверхні цих стінок і їх розпорошенню Пристрій нестало працює при низьких (менше 0,1 Па) тисках ЗОВНІШНІМИ краями магнітів 6 і 7, розташована поверхня 3, що розпорошується, мішені 2 Периферійні і центральна стінки пристрою можуть бути виконані з магнітом'якого матеріалу (сталі) В запропонованому пристрої при габаритних розмірах його перерізу 170х45мм, товщині всіх стінок 10мм використані магніти системи неодим - залізо - бор, магніти 6, 7 - перерізом 5х10мм , додаткові магніти 8,9 - перерізом в середньому 6х2мм Магнітна система і катод пристрою можуть бути як електричко ізольовані один від одного, так і з'єднані Відстань від нижньої стінки магнітопровода до нижньої поверхні центральних і периферійних магнітів вибрана не менше чверті відстані полюсами цих магнітів, інакше поле в області мішені спотворюється впливом нижньої пластини, при цьому потужність магнітів буде недостатньою для утворення потрібної величини поля над мішенню Ця відстань повинна бути не більше відстані між полюсами магнітів 6 і 7, оскільки більші відстані призводять до зростання опору магнітопроводу, подальше збільшення розмірів магнітопроводу не покращує характеристики пристрою Додаткові магніти 8 і 9 впливають на простір, зайнятий мішенню, і змінюють розподіл поля центрального 6 і периферійного 7 магнітів Розмір додаткових магнітів, відстань між магнітами і їх місцезнаходження визначають експериментальне, щоб при цьому вертикальна складова поля в просторі мішені, яка визвана краєвим ефектом магнітів 6 і 7, зменшувалась, а паралельна складова в точці поверхні ерозії мішені під час ерозії поверхні залишалась незмінною, або також зменшувалась У випадку зменшення вказаної паралельної складової, при виникненні локального заглиблення в якомусь МІСЦІ поверхні мішені внаслідок ерозії, умови розпилення в цьому заглибленні погіршуються в порівнянні з ділянками поверхні поряд, за цих обставин, як показали експерименти, вся поверхня мішені розпилюється рівномірно На фіг 2 зображений пристрій, в якому додаткові магніти 8 і 9 встановлені під неробочою поверхнею мішені, на нижній СТІНЦІ магнітопроводу Додаткові магніти, розміщені на нижній СТІНЦІ магнітопроводу, як показали експерименти, також дозволяють поліпшити рівномірне розпилення мішені до рівня нижнього краю периферійних і центральних магнітів Пристрій працює таким чином Магніти 6 і 7 створюють на поверхні 3 мішені 2 магнітне поле, в якому практично відсутня складова, вертикальна до поверхні мішені В просторі, віддаленому від мішені, силові лінії мають вигляд арки На катод 4 і анод (на кресленні не показаний) подають напругу джерела живлення (400600В), внаслідок чого з'являється розряд, формується область прикатодної плазми, що світиться В простір над пристроєм подають робочі гази, які обумовлюють склад і властивості плазми Іони плазми бомбардують мішень і цим викликають її розпилення Плазма утримується над мішенню в просторі вище полюсів центральних і периферійних магнітів, а також над мішенню між полюсами Розміщення цих магнітів полюсами один до другого, з мішенню між ними підвищує ефективність утримання ІОНІВ, і, в першу чергу, електронів в магнітній пастці, що веде до більш рівномірного, ніж в 52326 прототипі, бомбардування іонами поверхні мішені і, ВІДПОВІДНО, рівномірного розпилення мішені Найбільша величина магнітної індукції у магніта спостерігається на поверхні його полюса Якщо в прототипі до мішені звернена бічна поверхня магніта, на якій індукція менша, ніж на полюсі, і з висотою змінюється, то в пристрої, який пропонується, вся обернена до мішені поверхня - полюс, має максимальне і стале з висотою значення Тому для однакових з прототипом магнітів при однаковому проміжку МС запропонований пристрій утримує заряджені частинки з більшою, ніж у прототипа, енергією Магнітне поле цього пристрою більше, ніж у прототипа, сконцентроване у поверхні мішені, притискує до мішені плазму з більшою густиною Запропонований пристрій в цьому прикладі має ВДВІЧІ більшу складову магнітного поля, що паралельна поверхні мішені, в порівнянні з прототипом, маса магнітів якого в півтора раза більше Траєкторія руху електронів поблизу мішені має обертально-коливальний характер, з дрейфом подовж мішені (тобто перпендикулярно площині перерізу мішені) Звичайно цей струм дрейфа (струм Холла) на ступінь більше струму розряду, тому плазма збігається в шнур і змінює розподіл магнітного поля (до 10%), в порівнянні з тим, який мав місце при відсутності розряду В запропонованому пристрої, судячи по рівномірному СВІТІННЮ над мішенню, дрейф і концентрація електронів практично однакові в усіх точках поверхні мішені, ерозія мішені при густині струму 40-60ма/кв см відбувається на всій поверхні і практично паралельно первісній поверхні З Розпилюванню матеріалу МС (верхньої поверхні магнітів) можна запобігти відомими засобами на ізольований екран над цією поверхнею (на кресленні не показаний) подають конкретний потенціал (або залишають під вільним) Оскільки побічна зона розпилення запропонованого пристрою напрямлена в бік підкладинки, що напилюється, в деяких випадках можливе корисне використання цієї зони розпилення шляхом розміщення в ній пластин з матеріалу мішені, що підвищить загальну швидкість розпилювання пристрою і його ефективність В цьому випадку додаткова область існування плазми полегшує виникнення розряду над мішенню 2 Застосування запропонованого пристрою забезпечує наступне Зменшення маси магнітів і пристрою, а також спрощення пристрою за рахунок - перерозподілу форми магнітного поля - доля енергії вертикальної складової в області плазми частково переведена в енергію паралельної складової, що підвищує рівень паралельної складової, дозволяє розпорошувати мішень без пристрою вертикального переміщення мішені, з коефіцієнтом використання матеріалу мішені до 70 - 80%, - зменшення розсіювання магнітного поля зовні периферійних стінок МС, - підвищена МІЦНІСТЬ на згин і скручення Шподібного магнітопровода плаского протяжного пристрою дає змогу обійтись без додаткових елементів для забезпечення формостійкості пристрою Рівномірність напилення на під клад инку по довжині пристрою внаслідок 52326 - усереднення стінками магнітопроводу магнітного поля від усіх магнітів, що забезпечує кращу рівномірність цього поля в плазмі по довжині, - усереднення процесу напилення на підкладинку внаслідок розширення і рівномірності зони ерозії Пристрій зберігає працездатність при зменшенні тиску робочих газів (до 0,04Па), що дозволяє зменшити витрати цих газів і в деяких випад 8 ках одержувати більш якісну плівку на підкладинці Працездатність пристрою при такому тиску обумовлена значною величиною магнітного поля над мішенню та підвищеною ефективністю утримання частинок плазми в магнітній пастці внаслідок вищевказаного розташування магнітів Вказані властивості пристрою підвищують ефективність пристрою, зменшують витрати на виготовлення та використання пристрою