Магнетронное распылительное устройство
MAGNETRON SPUTTERING APPARATUS

Изобретение относится устройствам ионно-плазменного распыления в скрещенных магнитном и электрических полях, и может быть использовано в качестве базового распылительного оборудования.
Известно магнетронное распылительное устройство, содержащее плоскую круглую мишень, являющуюся катодом тлеющего разряда, магнитную систему, один из полюсов которой прилегает к центру внешней поверхности мишени, а второй ее полюс прилегает к периферии внешней поверхности мишени. (Патент США №3,878,085). Оно обеспечивает высокую скорость напыления за счет поддержания тлеющего разряда высокой плотности в скрещенных магнитном и электрическом полях. Однако площадь участка, распыляемого ионами, не превышает 25% от общей площади мишени.
Наиболее близким решением по технической сущности к изобретению является магнетронное распылительное устройство, содержащее плоскую круглую мишень, являющуюся катодом тлеющего разряда, магнитную систему, один из полюсов которой прилегает к центру внешней поверхности мишени, вакуумную камеру, являющуюся анодом тлеющего разряда, и источник питания тлеющего разряда, соединенный отрицательным полюсом с мишенью, а положительным полюсом - с вакуумной камерой, при этом оно снабжено охватывающим мишень и соединенным с ней электрически цилиндрическим электродом, к внешней поверхности которого прилегает второй полюс магнитной системы. (Патент РФ №2726223).
К недостаткам такой конструкции относится необходимость использования дополнительного цилиндрического электрода и прилегающей к нему магнитной системы, что приводит к усложнению и увеличению общих размеров устройства.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности использования оборудования в составе системы вакуумного распыления в магнетронах и установках катодного осаждения за счет повышения общего эксплуатационного ресурса мишени, а также в упрощении конструкции устройства и повышении надежности при эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что в магнетронном распылительном устройстве, содержащем мишень, являющуюся катодом тлеющего разряда, связанную с мишенью магнитную систему, вакуумную камеру, являющуюся анодом тлеющего разряда, и источник питания тлеющего разряда, соединенный отрицательным полюсом с мишенью, а положительным полюсом - с вакуумной камерой, магнитная система выполнена в виде прилегающего к мишени кольцевого магнита
На фиг. 1 представлена схема магнетронного распылительного устройства, где (1) - магнитная система, выполненная в виде кольцевого магнита, (2) - мишень, (5) - вакуумная камера, (6) - источник питания тлеющего разряда, (7) - подложка. При этом конфигурация силовых линий создаваемого магнитного поля над распыляемой мишенью (2) такова, что существуют две кольцевых области, в который вектор магнитного поля (3) перпендикулярен вектору электрического поля (4).
В магнетронных системах используются скрещенные магнитные и электрические поля. Распыление мишени происходит за счет бомбардировки поверхности мишени ионами рабочего газа, образующимися в плазме аномального тлеющего разряда. В сильном магнитном поле достигается локализация плазмы вблизи поверхности распыляемой мишени и увеличивается плотность ионного тока.
Устройство работает следующим образом.
Вакуумную камеру с установленным внутри устройством откачивают до давления 1 мПа. затем подают в нее рабочий газ (например, аргон) и увеличивают давление в вакуумной камере до 0,5-1 Па. Далее от источника питания (6) подают отрицательный потенциал до 500 В на мишень (2), являющуюся катодом разряда. В результате зажигается плазма в виде тлеющего разряда. При бомбардировке мишени (2) ионами рабочего газа она эмитирует электроны, которые ускоряются в слое объемного заряда в области мишени (2) до энергии eU, где U - катодное падение потенциала разряда между плазмой и мишенью (2). Каждый эмитированный электрон, вылетевший из катода, движется по отрезку окружности в плоскости, перпендикулярной силовым линиям (3) магнитного поля, возвращается обратно в сторону катода. Образуется магнитная ловушка, в которой электроны проходят по замкнутым круговым траекториям вблизи мишени (2) путь, превышающий ее размеры во много раз. Высокая плотность электронов в прикатодной области позволяет им эффективно ионизировать молекулы рабочего газа, которые, в свою очередь, ускоряются в электрическом поле (4) и бомбардируют поверхность мишени, выбивая из нее молекулы распыляемого вещества, осаждаемого на подложку (7).
Таким образом, в предлагаемой конструкции магнетронного распылительного устройства область разряда представляет собой два концентрических кольца (Фиг. 2). А объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение заявленного технического результата - расширения эксплуатационных возможностей за счет повышения эффективности использования распыляемой мишени при упрощении конструкции и уменьшении общих габаритов системы.