УЗЕЛ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ

Полезная модель (два варианта) относится к распылительному вакуумному оборудованию и может быть использована в качестве базового распылительного оборудования в составе системы вакуумного распыления в магнетронах и установках для катодного осаждения.
Базовое распылительное оборудование в составе системы вакуумного распыления в магнетронах или установках для катодного осаждения, представляющее собой наиболее распространенный узел магнетронного распыления, состоит из мишени плоской формы, изготовленной из распыляемого материала, и расположенного под ней внутреннего магнитного блока, выполненного в виде центрального и замкнутого периферийного постоянных магнитов, установленных на основании - плоском магнитопроводе с возможностью их контакта с указанным основанием (см., например узел магнетронного распыления на фиг. 3.2а реферата «Магнетронные распылительные системы» на сайте в Интернет: http://www.phvsicedu.ru/phv-2378.html).
При этом к качеству материала мишени предъявляются повышенные требования, в соответствии с которыми недопустимы инородные включения, пустоты, трещины, а также неравномерное распределение легирующих примесей, в связи с чем актуально эффективное расходование плоских мишеней при вакуумном распылении, сопровождаемое эрозией ее распыляемой поверхности, заключающееся в переворачивании мишени и распылении ее обратной поверхности после достижения указанной эрозии половины толщины мишени (см., например книгу Данилина Н.С. «Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок». М., Энергоатомиздат, 1989, с. 74).
Проблема неэффективного расходования плоских мишеней наиболее остра для мишеней с малой толщиной.
Вместе с тем, известная плоская мишень, изготовленная из магнитного распыляемого материала, с внешним магнитным блоком в виде съемных центрального и периферийного постоянных магнитов (см. фиг. 2-3 в описании изобретения по патенту US №4370217, C23C 15/00, 1983), допускает в случае малой толщины плоской мишени и нецелесообразности ее двухсторонней отработки после односторонней отработки указанной мишени с внешним магнитным блоком возможность ее размещения (с внешним магнитным блоком и эрозией на распыляемых участках поверхности мишени) под неотработанной плоской мишенью, изготовленной, например из немагнитного материала, в качестве традиционного внутреннего магнитного блока (основание которого будет представлять собой отработанную плоскую мишень) для повышения ее общего эксплуатационного ресурса.
Однако такой возможный ресурсоповышающий вариант модернизации конструкции узла магнетронного распыления не оптимален в связи с избыточной насыщенностью в мишени с внешним магнитным блоком постоянными магнитами и не характеризуя аналог предлагаемого узла (рассмотрена гипотетическая ситуация), тем не менее уместен с точки зрения обоснования целесообразности предлагаемого конструктивного решения задачи повышения эффективности расходования мишени ограниченной (малой) толщины.
Известен узел магнетронного распыления, содержащий мишень, изготовленную из распыляемого материала в виде пластины, и внутренний магнитный блок, состоящий из расположенных под мишенью центрального постоянного магнита и бокового замкнутого магнитопровода, связанного с нижним полюсом центрального постоянного магнита посредством механического контакта с последним размещенной под ним магнитопроводящей пластины, имеющей исполнение единого целого с указанным боковым замкнутым магнитопроводом (см. фиг.3.8в на с.78 в указанной выше книге Данилина Н.С.).
Этот узел, выбранный в качестве прототипа предлагаемого узла магнетронного распыления, допускает возможность повышения общего эксплуатационного ресурса мишени лишь за счет ее переворачивания, которое лишено практического смысла в связи с толщиной самой изготовленной из магнитного распыляемого материала мишени, ограниченной силовыми возможностями внутреннего магнитного блока с боковым замкнутым магнитопроводом вместо традиционного замкнутого периферийного постоянного магнита, и целесообразностью ее односторонней отработки.
Технический результат заявляемой полезной модели - повышение эффективности использования оборудования в составе системы вакуумного распыления в магнетронах и установках катодного осаждения за счет повышения общего эксплуатационного ресурса плоского катода-мишени, изготовленного из магнитного распыляемого материала, в результате оптимизации конструкции узла магнетронного распыления (который исходно до указанной оптимизации имеет уменьшенную насыщенность постоянными магнитами), заключающейся в том, что в качестве основания - магнитопроводящей пластины внутреннего магнитного блока, состоящего из расположенных под плоской мишенью центрального постоянного магнита и бокового замкнутого магнитопровода, магнитно связанного с нижним полюсом центрального постоянного магнита посредством механического контакта с последним размещенной под ним магнитопроводящей пластины, используют:
в первом варианте предлагаемой полезной модели отработанный плоский катод-мишень (мишень с подаваемым на нее отрицательным напряжением) с эрозией на распыляемых участках его поверхности, изготовленный из магнитного распыляемого материала,
во втором варианте предлагаемой полезной модели плоский катод-мишень с эрозией на распыляемых участках его поверхности, изготовленный из магнитного распыляемого материала, имеющий исполнение единого целого с боковым замкнутым магнитопроводом, изготовленным из материала катода-мишени, и представляющий собой с центральным постоянным магнитом отработанный плоский катод-мишень с внешним магнитным блоком.
Для достижения указанного технического материала в узле магнетронного распыления по первому варианту, содержащем плоскую мишень, изготовленную из распыляемого материала, и внутренний магнитный блок, состоящий из расположенных под мишенью центрального постоянного магнита и бокового замкнутого магнитопровода, магнитно связанного с нижним полюсом центрального постоянного магнита посредством механического контакта с последним размещенной под ним магнитопроводящей пластины, магнитопроводящая пластина представляет собой отработанный плоский катод-мишень, изготовленный из магнитного распыляемого материала, а магнитная связь указанной пластины с боковым замкнутым магнитопроводом осуществлена посредством ее механического контакта с последним при ее размещении под ним.
В частном случае узла магнетронного распыления по первому варианту плоская мишень выполнена из немагнитного распыляемого материала.
Для достижения этого же технического материала в узле магнетронного распыления по второму варианту, содержащем плоскую мишень, изготовленную из распыляемого материала, и внутренний магнитный блок, состоящий из расположенных под мишенью центрального постоянного магнита и бокового замкнутого магнитопровода, магнитно связанного с нижним полюсом центрального постоянного магнита посредством механического контакта с последним размещенной под ним магнитопроводящей пластины, имеющей исполнение единого целого с указанным боковым замкнутым магнитопроводом, изготовленным из ее же материала, магнитопроводящая пластина изготовлена из магнитного распыляемого материала и представляет собой с центральным постоянным магнитом отработанный плоский катод-мишень с внешним магнитным блоком.
В частном случае узла магнетронного распыления по второму варианту плоская мишень выполнена из немагнитного распыляемого материала.
На фиг. 1 показана конструкция предлагаемого узла магнетронного распыления по первому варианту; на фиг. 2 - конструкция предлагаемого узла магнетронного распыления по второму варианту; на фиг. 3 показаны исходные плоский катод-мишень (фиг. 3а) и плоский катод мишень с внешним магнитным блоком (фиг.3б); на фиг.4 - отработанные плоский катод-мишень после отработки в составе предлагаемого узла магнетронного распыления по первому варианту (фиг. 4а) и плоский катод мишень с внешним магнитным блоком в составе предлагаемого узла магнетронного распыления по второму варианту (фиг. 4б).
Предлагаемый узел магнетронного распыления (см. фиг 1 и 2) содержит плоскую мишень 1, изготовленную из немагнитного распыляемого материала (кремния), и внутренний магнитный блок, состоящий из расположенных под мишенью 1 центрального постоянного магнита 2 и бокового замкнутого магнитопровода 3, магнитно связанного с нижним магнитным полюсом магнита 2 посредством механического контакта с последним размещенной под ним магнитопроводящей пластины 4.
Причем магнитопроводящая пластина 4, входящая в состав предлагаемого узла магнетронного распыления по первому варианту (см. фиг. 1), представляет собой отработанный плоский катод-мишень с эрозией на распыляемых участках его поверхности (см. фиг. 4а), изготовленный из магнитного распыляемого материала (никеля), и магнитная связь пластины 4 с магнитопроводом 3 осуществлена посредством ее механического контакта с последним при ее размещении под ним.
А магнитопроводящая пластина 4, входящая в состав предлагаемого узла магнетронного распыления по второму варианту (см. фиг. 2), изготовлена из магнитного распыляемого материала (никеля), имеет исполнение единой целой детали 5 с магнитопроводом 3 и представляет собой с магнитом 2 отработанный плоский катод-мишень с эрозией на распыляемых участках его поверхности с внешним магнитным блоком (см. фиг. 4б).
При этом исходно (до отработки) магнитопроводящая пластина 4, вошедшая после отработки в состав предлагаемого узла по первому варианту, представляет собой традиционный катод-мишень, выполненный из магнитного распыляемого материала в виде пластины 6, например дисковой (см. фиг. 3а), в составе системы вакуумного распыления магнетрона или установки для катодного осаждения.
А исходно магнитопроводящая пластина 4, дополненная внешними центральным постоянным магнитом, например съемным и периферийным замкнутым магнитопроводом и вошедшая после отработки в состав предлагаемого узла по второму варианту, представляет собой катод-мишень с внешним магнитным блоком, выполненный из магнитного распыляемого материала в виде снабженной, например центральным цилиндрическим постоянным магнитом 2 пластины, например дисковой, как единая целая деталь 7 с боковым замкнутым магнитопроводом 3, например кольцевым (см. фиг. 3б), и работоспособный в качестве базовой составной части системы вакуумного распыления в составе магнетрона или установки для катодного осаждения.
Изложенный выше ресурсно продленный катод-мишень, обеспечивает традиционное функционирование предлагаемого узла магнетронного распыления по обоим вариантам исполнения (см. например, работу системы вакуумного распыления магнетрона с плоским катодом-мишенью в указанном выше реферате «Магнетронные распылительные системы»).