СОСТАВНАЯ МИШЕНЬ ДЛЯ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ
COMPOSITE TARGET FOR MAGNETRON SPUTTERING

Изобретение относится к магнетронному оборудованию и может быть использовано в качестве его распыляемой составной мишени - катода для качественного и экономичного осаждения на подложку многокомпонентного материала пленки.
Рассматриваемая в настоящем описании мишень является составной и представляет собой плоскую нижнюю базовую часть, имеющую в горизонтальной плоскости размеры целиковой мишени и изготовленную из первого компонента осаждаемого на подложку материала пленки, и размещенные на указанной нижней базовой части верхние накладные части, изготовленные из остальных компонентов осаждаемого на подложку материала пленки.
К таким мишеням относятся, например, известные мишени для магнетронного распыления с нижней дисковой базовой частью и верхними накладными частями, выполненными в виде «таблеток» (см фиг.2 к описанию составной мишени по патенту JPH0288769, С23С 14/34, 1990) или круговых секторов (см. фиг.1 к описанию составной мишени по патенту US 8338002, В32 В 18/00, В32 В 27/36, С23С 14/08, С23С 14/12, С23С 14/34, 2012) и изготовленными из второго компонента осаждаемого на подложку двухкомпонентного материала пленки, основным недостатком которых является необходимость (при настройке магнетронного оборудования) коррекции площади распыляемой поверхности верхних накладных частей, задаваемой площадками, занимаемыми последними в контуре кольцевой зоны распыления мишени, и влияющей на получаемый состав осаждаемого на подложку материала пленки, путем подбираемого изменения
размеров повторно изготавливаемых верхних накладных частей в связи с нестабильностью качества материала, из которого они выполнены, вызывающей отклонения в величине коэффициента его распыления, а также технологическими смещениями кольцевой зоны магнетронного распыления. Указанный недостаток усиливается при осаждении на подложку многокомпонентного материала пленки.
Вместе с тем, известны составные мишени для магнетронного распыления с нижней сплошной дисковой базовой частью, изготовленной из первого компонента осаждаемого на подложку материала пленки, и верхними накладными частями, изготовленными из остальных компонентов (каждая из своего компонента) материала осаждаемой на подложку пленки и выполненными с возможностью настроечного изменения площади их распыляемых поверхностей без их повторного (подгоночного) изготовления (см., например, составные мишени, выполненные в виде набора тонких дисков, изготовленных из отдельных компонентов осаждаемого на подложку многокомпонентного материала пленки с нижним сплошным диском и уложенными на нем и друг на друге остальными верхними накладными дисками с равноугольными радиальными окнами - патент JPS 6223964, С23С 14/34, 1987 или различной перфорацией - патент РФ 143793, С23С 14/35, 2014, позволяющими изменять площадь распыляемых компонентов при настроечном взаимном поворотном смещении дисков друг относительно друга).
Такие составные мишени усложнены конструктивно и низкотехнологичны в эксплуатации при изменении настройки магнетронного узла распыления.
В качестве прототипа предлагаемой составной мишени выбрана мишень для магнетронного распыления, содержащая плоскую (составную) дисковую нижнюю базовую часть, изготовленную из первого компонента осаждаемого на подложку материала пленки, и размещенную на указанной нижней базовой части (центральную) верхнюю накладную часть - «таблетку», изготовленную из второго компонента осаждаемого на подложку материала пленки и имеющую площадь распыляемой поверхности, обеспечивающую требуемую мольную долю этого компонента в составе осаждаемого на подложку двухкомпонентного материала пленки (см. JPS 60251272 A, С23С 14/34, 1985).
Основным недостатком мишени - прототипа является указанная выше для первой группы аналогов необходимость (при настройке магнетронного оборудования) коррекции площади распыляемой поверхности верхней накладной части - «таблетки», задаваемой площадкой, занимаемой последней в контуре кольцевой зоны распыления мишени, и влияющей на получаемый состав осаждаемого на подложку материала пленки, низкотехнологичным путем подбираемого изменения размеров повторно (подгоночно) изготавливаемой верхней накладной части - «таблетки».
Технический результат от использования предлагаемой мишени для магнетронного распыления на подложку многокомпонентного материала пленки - повышение технологичности коррекции площади распыляемой поверхности верхних накладных частей, задаваемой площадками, занимаемыми последними в контуре кольцевой зоны распыления мишени, за счет обеспечиваемого геометрической формой каждой верхней накладной части изменения своей площадки, занимаемой последней в контуре зоны распыления мишени, при нормированном смещении каждой верхней накладной части с помощью проградуированного средства контроля, приводящем к пересечению ею указанного контура для настроечного изменения площади распыляемой поверхности каждой верхней накладной части.
Предлагаемая мишень расширяет арсенал экономичных средств настройки составной мишени в составе магнетронного оборудования.
Для достижения указанного технического результата в мишени для магнетронного распыления, содержащей плоскую нижнюю базовую часть, изготовленную из первого компонента осаждаемого на подложку материала пленки, и, как минимум, одну размещенную на указанной нижней базовой части верхнюю накладную часть, изготовленную из второго компонента осаждаемого на подложку материала пленки и имеющую площадь распыляемой поверхности, обеспечивающую требуемую мольную долю этого компонента в составе осаждаемого на подложку, как минимум, двухкомпонентного материала пленки, как минимум, одна верхняя накладная часть размещена на рабочей поверхности нижней базовой части с возможностью смещения первой указанной части мишени относительно второй и настроечного изменения площади распыляемой поверхности указанной верхней накладной части за счет обеспечиваемого геометрической формой верхней накладной части изменения площадки, занимаемой последней в контуре зоны распыления мишени при пересечении верхней накладной частью указанного контура, причем предлагаемая мишень снабжена проградуированным средством контроля указанного подбираемого смещения верхней накладной части.
2
2
3
2
2
3
Для осаждения на подложку пленки состава, типа 79GeO-20SrO-BiO, в случае выполнения нижней базовой части предлагаемой составной мишени в виде круглого диска, изготовленного из GeO и двух ее верхних накладных частей, изготовленных - первая накладная часть из SrO и вторая накладная часть из BiO обе верхние накладные части могут быть размещены на поверхности нижней базовой части с возможностью их радиального смещения и могут иметь форму круговых или кольцевых секторов, перекрывающих ширину кольцевой зоны распыления мишени в радиальном направлении, а проградуированное средство контроля подбираемого смещения двух верхних накладных частей относительно нижней базовой части может представлять собой нанесенную на рабочей поверхности нижней базовой части мишени проградуированную радиальную сетку.
При этом для повышения удобства эксплуатации на поверхности ее обеих верхних накладных частей может быть нанесена контрольная радиальная риска, на боковых поверхностях указанных частей могут быть нанесены контрольные вертикальные риски с шагом проградуированной радиальной сетки, нанесенной на рабочую поверхность нижней базовой части, а радиальная сетка, нанесенная на поверхности съемного прозрачного плоского круглого носителя, может иметь шаг радиальной градуировки, задаваемый усредненной экспериментальной оценкой погрешности прикидочного соответствия площадей распыляемой поверхности двух верхних накладных частей мишени требуемым мольным долям соответствующих компонентов в составе осаждаемого на подложку материала пленки.
На фиг. 1 показан вид сверху предлагаемой мишени с проградуированным средством контроля подбираемых смещений ее верхних секторных накладных частей, представляющим собой нанесенную на рабочей поверхности нижней базовой части указанной мишени проградуированную радиальную сетку; на фиг. 2 - общий вид в аксонометрии одной из верхних секторных накладных частей на фиг. 1 с нанесенными на ней контрольной радиальной риской и контрольными боковыми вертикальными рисками.
2
2
3
В примере выполнения предлагаемая мишень для магнетронного распыления (см. фиг. 1) содержит плоскую нижнюю круглую дисковую базовую часть 1, изготовленную из первого компонента (GeO) осаждаемого на подложку, изготовленную из Si марки КЭФ-4,5 (на фигурах не показана), материала пленки, и размещенные на указанной нижней базовой части 1 толщиной 3 мм верхние накладные части 2 и 3, выполненные в виде круговых секторов, имеющих для предотвращения возможных взаимных препятствий при их радиальных смещениях обрезанные вершины и перекрывающих ширину кольцевой зоны 4 распыления предлагаемой мишени (показана условно) в радиальном направлении, и изготовленные толщиной 2.5 мм, соответственно из второго компонента (SrO) и третьего компонента (ВiО) осаждаемого на подложку трехкомпонентного материала пленки с возможностью подбираемого радиального смещения верхних накладных частей 2 и относительно нижней базовой части 1.
2
2
2
3
2
2
3
При этом верхние накладные части 2 и 3 имеют площади распыляемых поверхностей (имеющих форму площадок - кольцевых секторов, занимаемых указанными накладными частями в контуре кольцевой зоны 4 распыления составной мишени с радиусами зоны: внешним 30 мм и внутренним 27 мм), соответственно 88 мм и 11,6 мм, которые определены методом пропорционального соответствия их величин требуемым мольным долям компонентов SrO и BiO (без учета коэффициентов распыления указанных компонентов) в составе осаждаемого на подложку трехкомпонентного материала пленки 79GeO-20SrO-BiO.
Радиальное смещение верхних накладных частей 2 и 3 относительно нижней базовой части 1 предусмотрено для настроечного изменения указанных площадей распыляемой поверхности верхних накладных частей 2 и 3 за счет обеспечиваемого геометрической формой (в настоящем примере в виде круговых секторов с обрезанными вершинами) этих верхних накладных частей изменения площадок (в виде кольцевых секторов), занимаемых ими в контуре кольцевой зоны 4 распыления мишени при пересечении ими указанного контура.
Для придания радиальному смещению верхних накладных частей 2 и 3 относительно нижней базовой части 1 нормированного настроечного характера предлагаемая мишень снабжена проградуированным средством контроля указанного подбираемого смещения, представляющим собой нанесенную (например, путем прорезки) на рабочей поверхности нижней базовой части 1 мишени проградуированную радиальную сетку 5 (см. фиг. 1), на распыляемой поверхности ее обеих верхних накладных частей нанесена контрольная радиальная риска 6 (см. фиг. 1 и 2), а на боковых поверхностях указанных частей нанесены контрольные вертикальные риски 7 с шагом проградуированной радиальной сетки 5, нанесенной на рабочую поверхность нижней базовой части 1.
2
2
3
Предварительная экспериментальная оценка шага радиальной градуировки, задаваемого усредненной погрешностью прикидочного соответствия площадей распыляемой поверхности двух верхних накладных частей мишени требуемым мольным долям соответствующих компонентов в составе осаждаемого (с помощью магнетронной установки ВУП-4к) на кремниевую подложку трехкомпонентного (GeO, SrO, BiО) материала пленки, составила величину ~1 мм.
Подготовку предлагаемой мишени к магнетронному распылению производят следующим образом.
2
2
3
2
2
3
2
2
3
После первого пробного осаждения на первую подложку указанного трехкомпонентного материала с помощью нижней базовой части 1 и верхних накладных частей 2 и 3 (на магнетронной установке ВУП-4к в режиме высокочастотного магнетронного распыления) и получения пленки состава 76GeO-19SrO-2BiO, недопустимо отклоняющегося от требуемого состава 79GeO-20SrO-BiO, используя проградуированную радиальную сетку 5, совмещаемую с контрольными боковыми вертикальными рисками 7, производят ручные (с помощью механических захватов) нормированные радиальные смещения относительно прежней нижней базовой части 1 верхних накладных частей 2 и 3 на шаг смещения: на 2 мм к центру мишени и на 1 мм от центра, соответственно, совмещая при этом их контрольные центральные радиальные риски 6 с радиальными линиями проградуированной радиальной сетки 5, и повторно осаждают на вторую подложку указанный трехкомпонентный материал с получением пленки с допустимым составом 78,7GeO-19,8SrO-1,5BiO.