Магнетронные распылительные системы
ь наборные магнитные блоки, перекрывая их
сверху общим полюсным наконечником. Более эффективно сконцентрировать поле
в рабочем зазоре с минимальными потерями позволяет магнитная система,
приведенная на рисунке 3.2, б. Однако она представляет собой магнит
специфической формы и требует специального изготовления. Аналогичный эффект
достигается при использовании магнитов подковообразной формы (рисунок 3.2,
в). Магнитную систему можно сделать более компактной, если использовать
кольцевые магниты с радиальным намагничиванием (рисунок 3.2, г), но
изготовление таких магнитов достаточно сложно. Кроме того, приведенная
конструкция характеризуется значительным рассеянием магнитного поля снизу
катодного блока. Форму магнитного поля можно изменять, используя полюсные
наконечники определенной геометрии. Для создания в прикатодной области
сильного магнитного поля, силовые линии которого почти параллельны
распыляемой поверхности (что необходимо для более равномерного распыления
поверхности мишени), можно использовать магнитную систему, показанную на
рисунке 3.2, д. Однако в такой конструкции при сильно развитых наконечниках
индукция магнитного поля резко уменьшается с увеличением расстояния от
мишени, поэтому эффективное
[pic]
Рисунок 3.2 – Конструкции магнитных систем магнетронных распылителей
распыление достигается только для достаточно тонких мишеней. В случае
толстых мишеней не следует сильно увеличивать площадь полюсных
наконечников. Максимальная степень локализации плазмы характеризует
магнитную систему, изображенную на рисунке 3.2, е. Несмотря на некоторую
сложность изготовления, она является одной из самых эффективных. Для
магнетронных распылительных систем с конической мишенью обычно используется
магнитная система, приведенная на рисунке 3.2, ж. Она хотя и недостаточно
эффективна, поскольку поле рассеивается по периметру системы, но проста в
изготовлении. На рисунке 3.2, з показана аналогичная система с
использованием радиальных магнитов. Наибольшая эффективность достигается в
системе, в которой рассеяние поля отсутствует (смотри рисунок 3.2, и),
однако она требует изготовления магнита специальной формы.
Форма мишени обусловливается видом распыляемого материала и
геометрией магнитной системы. Мишень должна обеспечивать высокий
коэффициент использования ее материала (что особенно важно, поскольку
распыление мишени не равномерно, стоимость мишени высока), хороший
электрический и тепловой контакты с водоохлаждаемым держателем, удобство
замены, минимальное экранирование магнитного поля. На рисунке 3.3 показаны
некоторые конструктивные варианты конических мишеней. Обычная коническая
мишень (смотри рисунок 3.3, а) проста в изготовлении, ее форма удобна для
нанесения на нее слоя толщиной до 2,5 мм при исследовании процесса
распыления дорогостоящих материалов, она равномерно прогревается, что
исключает расплавление поверхности при распылении легкоплавких материалов.
Однако рабочее давление при такой мишени достаточно высокое (1 Па), а
главное, по мере ее распыления сильно меняются
[pic]
Рисунок 3.3 – Формы конических мишеней (а - г) и плоских мишеней (д -
з)
электрические характеристики разряда, что не обеспечивает воспроизводимости
параметров процесса осаждения пленки. При использовании мишени, показанной
на рисунке 3.3, б, эти недостатки устраняются. Однако, образующаяся по мере
распыления глубокая и достаточно узкая выемка, уменьшает срок службы мишени
и коэффициент полезного использования распыляемого материала. Мишень на
рисунке 3.3, в наиболее пригодна для промышленного применения и
обеспечивает максимальное использование распыляемого материала, причем за
весь срок службы мишени характеристики процесса остаются неизменными, что
позволяет его полностью автоматизировать. Правда, эта мишень сложна в
изготовлении. На рисунке 3.3, г показана мишень для распыления магнитных
материалов. Боковая стенка мишени тонкая (до 1,5 мм), и магнитное поле
проникает через нее, окружая нижнюю распыляемую часть воспроизводимости
мишени, толщина которой во избежание экранирования не должна превышать 5
мм. Такую мишень можно сделать составной из тонкостенного кольца и диска.
Рабочее давление 0,5 Па, напряжение 500 В, ток 8 А.
Следует отметить, что конические мишени не требуют специального
крепления, поскольку они самоуплотняются в водоохлаждаемом держателе
вследствие их расширения при нагревании, обеспечивая в дальнейшем надежный
тепловой и электрический контакты, что особенно важно при распылении
легкоплавких материалов. При разработке магнетронных систем с плоскими
мишенями наиболее остро встает проблема их охлаждения. Значительные
плотности тока на распыляемой поверхности приводят к неравномерному
разогреву мишени, что приводит к ее короблению, а в местах плохого контакта
с держателем – к ее расплавлению. При этом традиционный метод крепления
винтами не эффективен. Больший эффект дает приклеивание мишени к держателю
с помощью специальных поводящих клеев, однако наличие локальных областей
перегрева при недостаточном охлаждении может вызвать сильное газовыделение
и разрушение клеевого слоя. Надежным и эффективным способом крепления
мишеней является пайка с помощью припоев на основе олова, индия или их
сплавов. В то же время крепление мишеней с помощью клеев и припоев
затрудняет замену мишеней, а сами клеи и припои могут влиять на состав
газовой среды вакуумного рабочего объема. Поэтому чаще предпочтение
отдается тем формам мишени, которые обеспечивают надежный тепловой контакт
с водоохлаждаемым держателем и легко снимаются.
В последнее время эта проблема решена и для плоских мишеней,
конструктивные варианты которых приведены на рисунках 3.3 д - з. В отличие
от традиционной плоской формы (рисунок 3.3, д), мишень выполняется с
утолщением в области зоны эрозии (рисунок 3.3, е) а в держателе делается
канавка аналогичной формы. Такая мишень в процессе распыления обеспечивает
хороший тепловой контакт за счет ее термического расширения. Помимо
хорошего охлаждения при этом достигается и более высокий коэффициент
использования распыляемого материала по сравнению с равнотолщинной мишенью.
Еще выше этот эффект для мишеней, показанных на рисунках 3.3, ж и з (до 70%
и 90% соответственно).
Типичные конструкции магнетронных распылительных систем с плоскими
мишенями приведены на рисунке 3.4. В простейшем случае (рисунок 3.4, а)
система включает в себя магнитный блок, вмонтированный в водоохлаждаемый
корпус, являющийся одновременно и держателем мишени. Вокруг корпуса
располагается анод в виде цилиндра или медной трубки с проточной водой,
установленный по периметру мишени вблизи ее. Анод обычно заземляется. Для
более полного устранения бомбардировки подложек вторичными электронами
катодный блок окружается заземленным экраном, а по периметру мишени и в
центре устанавливаются изолированные аноды, имеющие небольшой (50 В)
положительный потенциал относительно земли. Аноды перекрывают места входа и
выхода силовых линий магнитного поля и улавливают рассеиваемые вдоль
силовых линий вторичные электроны, оставляя открытой только ту область
мишени, где силовые линии параллельны распыляемой поверхности и скорость
распыления максимальна (рисунок 3.4, б). Экранирование слабо распыляемых
участков мишени улучшает свойства получаемых пленок [1, 3, 4]. При
изготовлении чувствительных к радиационным воздействиям приборов
целесообразно дополнительно улавливать летящие в сторону подложки ионы,
которые, например, могут образоваться в результате ионизации распыленных
атомов мишени. В этом
[pic]
Рисунок 3.4 – Конструкции магнетронных распылительных систем с
плоскими мишенями: 1 – мишень; 2 – анод; 3 – магнитная система; 4 –
дополнительный электрод; 5 – полюсные наконечники
случае над поверхностью положительного анода устанавливается дополнительный
отрицательный электрод (рис. 3.4, в). На рисунке 3.4, г представлена
конструкция магнетронной распылительной системы, использующей мишень
специальной формы — четыре составные части из стержней с заданным профилем
сечения, расположенных вдоль прямоугольной зоны распыления. Каждая часть
крепится к центру и по периметру брусками из магнитного материала, которые
являются в данном случае полюсными наконечниками, выводящими силовые линии
магнитного поля от полюсов магнитной системы на поверхность мишени. Это
позволяет распылять достаточно толстые мишени [3, 4]. После распыления
половины материала мишени она переворачивается и производится распыление
остальной части, что обеспечивает повышение коэффициента использования
материала мишени до 90%.
Типичная конструкция магнетронной распылительной системы с конической
мишенью показана на рисунке 3.5, а. Магнитная система с держателем и
мишенью помещается в заземленный корпус, который играет роль
дополнительного анода. Основной анод располагается в центре, и на него
может быть подано положительное смещение. Недостатком такой магнетронной
системы является сложность изготовления магнитной системы, обеспечивающей
фокусировку силовых линий магнитного поля между полюсными наконечниками.
Обычно наблюдаются искажение и рассеяние силовых линий у верхнего внешнего
полюсного наконечника, чт
| |  скачать работу |
Магнетронные распылительные системы |
