МИШЕНЬ ДЛЯ ИСКРОВОГО ИСПАРЕНИЯ С ПРОСТРАНСТВЕННЫМ ОГРАНИЧЕНИЕМ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ИСКРЫ
TARGET FOR ARC EVAPORATION WITH SPARK PROPAGATION SPATIAL LIMITATION

Изобретение относится к мишени для источника искрового испарения, согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения, а также к соответствующему источнику искрового испарения и к способу изготовления слоев с помощью искрового испарения.
Под искровым испарением следует в последующем понимать физический способ нанесения покрытий испарением под вакуумом, при котором катодное фокусное пятно испаряет материал с предусмотренной для этого поверхности. Устройство, в котором предусмотрен подлежащий испарению материал, обозначается далее как мишень. Мишень вместе с зажигающим устройством, предназначенным для зажигания искры, а также с источником напряжения, предназначенным для поддержания искры, образует электродуговой источник (ARC). Ограничением электрической дуги (arc confinement) в последующем обозначается ограничение распространения катодного фокусного пятна.
Электродуговые источники (ARC) работают в большинстве случаев с наведенным магнитным полем. При этом на мишени предусмотрены магнитные средства, которые приводят к распределению магнитных силовых линий (в последующем упрощенно обозначаемых как магнитное поле) среди прочего над, то есть по меньшей мере вблизи поверхности подлежащего испарению материала мишени, снаружи мишени, которые оказывают влияние на скорость перемещения катодного фокусного пятна на поверхности мишени, а также на условия разряда, такие как, например, напряжение разряда.
Недостатком при создании магнитного поля является то, что при симметричном относительно оси поле, которое в центре отличается от нуля, линии поля в центре всегда выходят из мишени перпендикулярно поверхности. Это показано схематично для круглой мишени на фиг. 1 и для прямоугольной мишени на фиг. 2. В зонах, в которых линии поля проходят по существу перпендикулярно поверхности мишени, сильно уменьшается скорость перемещения катодного фокусного пятна. Этот эффект можно называть залипанием катодного фокусного пятна в центре. В этой зоне происходит усиленная эрозия материала с усиленным образованием капелек как в отношении размера, так и в количественном отношении. Капельки являются вырываемыми из поверхности мишени по существу жидкими, то есть не испаренными конгломератами материала мишени, которые оседают в виде макрочастиц на подлежащей покрытию подложке. В случае реактивных процессов нанесения покрытий это зачастую приводит к тому, что конгломераты полностью не могут вступать в реакцию с реактивным газом.
Против этого залипания катодного фокусного пятна в центре мишени известны по существу две меры.
С одной стороны, можно пытаться предотвращать залипание за счет правильного выбора магнитной системы. Это достигается, например, с помощью расходящихся линий магнитного поля. Однако известно, что за счет фокусирования магнитных полей испаренный материал может усиленно направляться к подлежащей покрытию подложке, и за счет этого повышается эффективность использования материала. При применении расходящихся линий магнитного поля приходится отказываться от этого преимущества.
С другой стороны, известно применение мер, которые катодное фокусное пятно, несмотря на перпендикулярно проходящие линии магнитного поля, смещают из центральной зоны мишени, то есть ограничивают зонами мишени вне центральной зоны. Согласно WO 0016373, проблема залипания катодного фокусного пятна в центральной зоне ослабляется тем, что в центральной зоне мишени предусмотрен экран, материал которого имеет небольшой коэффициент вторичной электронной эмиссии. В качестве материала экрана в данной заявке применяется, например, нитрид бора. Однако при таком методе проявляется проблема, заключающаяся в том, что за счет покрытия поверхности экрана он становится электрически проводящим, катодное фокусное пятно может перемещаться по поверхности экрана, и тем самым в подлежащем созданию слое появляются нежелательные компоненты.
В основу настоящего изобретения положена задача по меньшей мере частичного преодоления недостатков уровня техники. При этом с помощью предпринятых мер должна и далее обеспечиваться пригодность применения в производственных условиях предприятий, специализирующихся на нанесении покрытий. В соответствии с этим, предъявляются требования к низкой стоимости, стабильности процесса и простоте технического обслуживания.
Задача решена, согласно изобретению, в соответствии с отличительной частью п. 1 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения содержат другие предпочтительные варианты выполнения.
Авторами было установлено, что проблема, согласно WO 0016373 состоит в том, что на основании контакта между экраном и испаряемым материалом с увеличением покрытия создается электрически проводящее соединение, которое обеспечивает возможность искрового разряда на поверхности экрана, несмотря на небольшой коэффициент вторичной электронной эмиссии.
Поэтому, согласно изобретению, катодное фокусное пятно очень эффективно вытесняется из центральной зоны поверхности мишени за счет того, что в этой зоне во время процесса нанесения покрытия в течение продолжительного времени предотвращается подача электронов, то есть исключается искровой разряд из-за отсутствия возможности прохождения тока. Это может достигаться, например, за счет того, что центральная зона длительно изолирована и расположена с плавающим электрическим потенциалом. Неожиданным образом было установлено, что если эта подача электронов в центральной зоне мишени прекращается на продолжительное время, то в качестве материала экрана можно применять даже материал, идентичный с остальной поверхностью мишени. Поэтому применение материалов, которые имеют небольшой коэффициент вторичной электронной эмиссии, более не является обязательным условием. Если катодное фокусное пятно случайно кратковременно перемещается по экрану, то это не приводит в данном случае к загрязнению слоев.
Ниже приводится подробное пояснение изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 3 - вариант выполнения мишени, согласно изобретению, с диском в немагнитном выполнении и схематичное изображение прохождения линий поля;
фиг. 4 - вариант выполнения мишени, согласно изобретению, с диском в магнитном выполнении с магнитомягким материалом и схематичное изображение прохождения линий поля.
Согласно первому примеру выполнения, мишень 1 содержит, как показано на фиг. 1, материал 3 мишени, например титан с углублением 5 в центральной зоне для размещения установленного электрически изолированным образом диска 7, который удерживается на изоляционном штифте 9 с помощью фиксирующего кольца 11. В качестве изоляционного штифта 9 подходит, например, керамический, электрически не проводящий материал. Расстояния между материалом 3 мишени и диска 7 составляют примерно от 1,5 мм до 3,5 мм. При еще большем расстоянии существует опасность перехода катодного фокусного пятна на диск 7, расположенный с плавающим потенциалом. При расстоянии меньше 1,5 мм существует опасность электрического контакта между материалом 3 мишени и диском 7 за счет нарастания материала покрытия.
Для изготовления мишени сначала предпочтительно наносят панельку из материала мишени на несущую панельку (не изображена), которая служит как для охлаждения, так и для электрического контактирования. Лишь затем выполняют механическую фиксацию изоляционного штифта 9, диска 7 и фиксирующего кольца 11.
Во многих применениях мишень 1 расположена на боковых стенках камеры нанесения покрытия. Это означает, что для круглой мишени ось симметрии мишени 1 проходит горизонтально. Диск 7 содержит, например, отверстие, посредством которого он размещается на изоляционном штифте 9. Предпочтительно, диаметр отверстия выбирается по меньшей мере на несколько десятых миллиметра больше диаметра части изоляционного штифта 9, которая проходит через отверстие. Поэтому на основании силы тяжести диск 7 прилегает к линии на верхней части боковой поверхности изоляционного штифта 9. Фиксирующее кольцо 11, как показано на фиг. 3, утоплено в центральном углублении диска 7. За счет этого дополнительно уменьшается линия прилегания, и в самом неблагоприятном случае центр тяжести диска лежит так, что диск 7 на основании допуска опирается с перекосом на боковую поверхность изоляционного штифта 9. Для предотвращения этого диск 7 содержит, согласно усовершенствованному варианту выполнения изобретения, одно или несколько углублений 13. Эти углубления 13 приводят к тому, что центр тяжести диска 7 смещается на оси от фиксирующего кольца 11, и тем самым диск 7 опирается без перекоса.
В данном варианте выполнения диск 7 состоит из электрически проводящего, например, металлического материала.
Согласно одному особенно предпочтительному варианту выполнения, плавающий диск 7 может быть выполнен также из магнитомягкого материала, за счет чего достигается то, что линии поля проходят перпендикулярно наружной кромке диска и тем самым располагаются по существу параллельно поверхности мишени, как показано на фиг. 4 с помощью штриховых линий на правой стороне. Тем самым обеспечивается большая скорость перемещения катодного фокусного пятна по всей остальной зоне мишени.
В данном описании раскрыта мишень для электродугового источника (ARC) с первым телом 3 из подлежащего испарению материала, которое по существу в одной плоскости содержит предусмотренную для испарения поверхность, при этом поверхность в этой плоскости окружает центральную зону, которая характеризуется тем, что в центральной зоне образовано, предпочтительно выполнено в виде диска второе тело 7, изолированное от первого тела 3 таким образом, что второе тело 7 по существу не может предоставлять электроны для сохранения искры.
Предпочтительно первое тело 3 содержит в центральной зоне углубление 5, в котором расположено второе тело 7 и закреплено с помощью изоляционного штифта 9, при этом расстояние между первым телом 3 и вторым телом 7 принимает одно или несколько значений от 1,5 мм до 3,5 мм включительно, при этом в особенно предпочтительном варианте выполнения тело 7 по меньшей мере на поверхности, которая выступает из углубления 5, имеет материал, который соответствует материалу тела 3.
Второе тело 7 может содержать одно или несколько углублений 13 так, что лежащий на оси центр тяжести второго тела 7 лежит на высоте боковой поверхности отверстия.
В другом особенно предпочтительном варианте выполнения второе тело 7 выполнено из магнитомягкого материала.