CS208419B1 - Způsob vytváření kovových vrstev na povrchu pevného substrátu a zařízení pro provádění tohoto způsobu - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu vytváření kovových vrstev na povrchu pevného substrátu s použitím i : bezelektrodového urychlení iontů nanášeného kovu a zařízení pro provádění tohoto způsobů.

Pro vytvoření tenké vrstvy na povrchů pevného ί substrátu je dosud známo a užíváno mnoha způso- t bů, při nichž je terčík z nanášeného kovti odpařo- í ván nebo odprašován a uvolněné kovové částice se i ukládají na povrchu vhodně umístěného pevného · j substrátu. Různé způsoby se navzájem liší prováděním odpařování nebo odprašování, celkovým ! > geometrickým uspořádáním zařízení, umístěním : pevného substrátu, použitými elektrickými anebo j ; magnetickými poli atd. Základní vlastnosti yytvo- ; řených kovových vrstev, to znamená rovnoměrnost ! i jejich tlouštky, hustota, přilnavost k povrchu pev- : í ného substrátu apod., záleží na způsobu vytváření a na jakosti povrchu pevného substrátu. Je známo í obecně, že dokonalejší přilnavost vrstvy k povrchu • pevného substrátu lze dosáhnout nastřelováním ; kovových iontů z terčíku z nanášeného kovu a pevný substrát jejich urychlováním elektrickým polem. Takový způsob však vyžaduje použití pomocných elektrod, jejich přívodů a přiviaclení vhodných elektrických potenciálů. Toto vše žriáčně komplikuje zařízení a vznikají vejJlejší problémy s odstraněním obtíží při konstrukci takového žaří- j zení. Účelem vynálezu jepopsané nevýhody od- j stranit a konstruovat zařízení jednoduché, <φ’ζelektrodové, které je zbaveno vedlejších problémů a konstrukčních obtíží.

Podstata způsobu vytváření kovových vrstey na povrchu pevného substrátu odpařováním anebo odprašováním terčíku z nanášeného kovu a difúzí kovových částic z terčíku do vysokofrekvenčního plazmatu, vytvořeného v oblasti elektronové cyklotronové rezonance ze směsi elektronů, iontů pracovního plynu a kovových iontů, spočívá v tom, že kovové ionty se v plazmatu urychlují z oblasti elektronové cyklotronové rezonance osově symetrickým magentickým polem ve směru jeho klesající indukce na pevný substrát, umístěný v ose magnetického pole v místě, v němž je indukce menší nežli v místě elektronové cyklotronové rezonance.

Podstata zařízení pro vytváření kovových vrstev . na povrchu pevného substrátu odpařováním anebo odprašováním terčíku z nanášeného kovu a difúzí kovových částic z terčíku do vysokofrekvenčního plazmatu, vytvořeného v oblasti elektronové cyklotronové rezonance ze směsi elektronů, iontů pracovního plynu a kovových iontů, spočívá v tom, že je vytvořeno z výbojové komory, opatřené vstupem pro přívod pracovního plynu ze zásobníku, hrdlem pro připojení vývěvy a dále vlnovodem, k němuž je přes proměnný útlum mikrovlnné energie připojen mikrovlnný generátor. Podle i

208419 >

vynálezu je výbojová komora v místě proti hrdlu pro přívod pracovního plynu opatřena alespoň jedním hrdlem pro přívod kovových částic, odpařených nebo odprášených ze vždy alespoň jednoho terčíku z nanášeného kovu, přičemž pevný substrát je upevněn na držáku vně oblasti elektronové cyklotronové rezonance v ose výbojové komory na tyči prostřednictvím mechanizmu pro změnu orientace pevného substrátu a tyě je jednak upevněna ve vakuově těsném průchodu s možností osového posuvu, jednak je opatřena zarážkou pro zajištění vzdálenosti pevného substrátu od oblasti elektronové cyklotronové rezonance, zatímco kolem výbojové komory jé uspořádán systém magnetických cívek anebo trvalých magnetů, souosý s osou výbojové komory.

Způsob vytváření kovových vrstev a zařízení pro provádění tohoto způsobu v bezelektrodovém systértiu podle vynálezu dosahují stejného účinku, což je výraznou výhodou a předností, která má v řadě aplikací prvořadou důležitost. Další důležitou výhodou je jednoduchá regulace energie urychlování iontů kovu směrem na pevný substrát a to změnou velikosti mikrovlnného výkonu pomocí proměnného útlumu. Tato možnost změny energie; kovových iontů umožpuje silně ovlivňovat vlastnosti vytvářených vrstev. Bezelektrodové urychlení kovových iontů, na rozdíl od běžně používaných elektrodových systémů, odstraňuje možnost znečištění rostoucí kovové vrstvy materiálem elektrod. Kromě toho vytváření kovové vrstvy nezávisí na způsobu tvorby částic kovu, t.j. bud odpařením nebo odprášením, protože tyto částice jsou snadno ve výboji ionizovány. Další výhodou je malý potřebný vysokofrekvenční výkon, řádu několika desítek watů, pro vytvoření plazmatu mechanizmem elektronové cyklotronové absorpce vysokofrekvenční energie. Vysokofrekvenční výboj může být vytvořen jak v samotném — nejlépe inertním — pracovním plynu, tak také ve směsi pracovního plynu a kovových částic, ale také v samotných parách kovu, uvolněných z terčíku nanášeného kovu. Rychlost vytváření kovové vrstvy je možno ovlivňovat rychlostí odpařování nebo odprašování terčíku z nanášeného kovu, dále velikostí vysokofrekvenčního výkonu, gradientem magnetického pole, tlakem pracovního plynu, teplotou a potenciálem pevného substrátu.

Aby byla zajištěna homogenita vytvářené vrstvy, je držák pevného substrátu spojen se zařízením, které umožňuje mechanický, periodický pohyb pevného substrátu uvnitř výbojové komory. Toto opatření je velmi výhodné a důležité z hlediska vyšších technických účinků zařízení podle vynálezu.

Na přiložených výkresech je znázorněno; na obr.

— základní uspořádání výbojové komory a zdroje kovových částic, ňa obr. 2 — průběh indukce osově symetrického magnetického pole podél osy výbojové komory, na obr. 3 — uspořádání úplného zařízení pro vytváření kovových vrstev na povrchu pevného substrátu, na obr. 4 — průběh indukce osově symetrického magnetického pole podél osy výbojové komory a úplného zařízení podle obr. 3.

Na obr. 1 je znázorněn přívod í mikrovlnné energie do výbojové komory 2 ve směru klesající indukce magentického polé, jějfž průběh 3 je znázorněn na obr. 2. V místě 4 výbojové komory 2 je oblast elektronové cyklotronové rezonance, v níž se vytváří plazma 6. V tomtéž místě je upraven Vstup do výbojové komory 2 ze zdroje 5 kovových částic odpařeného nebo odprášeného kovu, který má být nanesen na pevný substrát. Ve směru 7 jsou kovové ionty urychlovány magnetickým polem směrem fc pevnému substrátu.

Na obr. 2 je znázorněnprůběh 3indukce osově symetrického magnetického pole podél výbojové komory 2 dle obr. 1. V diagramu na obr. 2 jsou vé směru svislé osy vynášeny hodnoty indukce B magnetického osově symetrického pole v závislosti na poloze podél osy výbojové komory 2 dle obr. 1. Průběh 3 je nelineární, klesající směrem od vstupu do výbojové komory 2 k pevnému substrátu ve směru 7 urychlující síly. Hodnota indukce B^ je hodnota, při níž probíhá elektronová cyklotronová rezonance v místě 4 výbojové komory 2, v němž je oblast plazmatu 6.

Na obr. 3 je generátor 19 mikrovlnného výkonu připojen přes proměnný útlum 17. vlnovodem 9 k výbojové komoře 2, k ftíž je hrdlem 27 připojena vývěva 8. V zásobníku 11, který je připojen hrdlem 26 k výbojově komoře 2, je pracovní plyn 10. Proti hrdlu 26 je upraveno hrdlo 12, v pěmž je umístěn terčík 13 z nanášeného kovu, nanášeněho kovu. Odpařovací nebotřdprašovací zařízení 28 terčíku 13 je připojeno k hrdlu 12. V místě 4, v ose hrdla 26 zásobníka 11 pracovního plynu 10 je oblast plazmatu 6, vytvořeného elektronovou cyklotronovou rezonancí. Elektromagnetické cívky 18a, 18b, 18c jsou součástmi systému pro vytvoření, osově symetrického magnetického pole, jehož indukce lďesá podél osy 2 výbojové komory 2 ve směru od vlnoyodu 9 k pevnému substrátu 15, na němž se vytváří vrstva 16 kovu, ňanešeného z terčíku 13. Pevný substrát 15 je vně oblasti plazmatu 6, přesně řečeno pevný substrát se dotýká okraje plazmatu 6, je upevněn tta držáku 20 a prostřednictvím mechanizmu 21 pro změnu jeho orientace na tyči 23, která je jednak upevněna ve vakuově těsném průchodu 24 s možností osového posuvu, jednak je opatřena zarážkou 25 pro zajištěni polohy a vzdálenosti pevného substrátu od oblasti plazmatu 6. Na obr. 3 je také ozančen směr 1 přiváděné mikrovlnné energie a směr 7 působení síly a urychlení iontů nanášeného kovu.

. Na obr. 4 je opět znázorněn průběh 3 indukce osoVě symetrického magentického pole podél osy 22 výbojové komory 2 podle obr. 3. V diagramu na obr. 4 jsou ve směru svislé osy vynášeny hodnoty indukce B magnetického osové symetrického pole v závislosti na poloze podél osy výbojové komory. 2; Průběh 3 je nelineární, klesající směrem od • vstupu do výbojové komory 2 k pevnému substrátu ; ; 15. Hodnota indukce je .hodnota, při níž j probíhá elektronová cyklotronová - rezonance ί v místě 4 výbojové komory 2, v němž je oblast ί plazmatu 6. j

Způsob a činnost zařízení podle vynálezu lze ; pomocí obr. 1 až obr. 4 vysvětlit následovně: ionty ; nanášeného kovu vznikají ionizací odpařených ; nebo odprášených částic z kovového terčíku 13 podle obr. 3 v důsledku srážek s elektrony vysoko- i frekvenčního plazmatu, vytvořeného například í v argonu. Vysokofrekvenční plazma se vytváří elektronovou cyklotronovou absorpcí v oblasti elektronové cyklotronové rezonance osově symetrického magnetického pole, které je souosé s osou 22 výbojové komory 2 podle obr. 3. Kovové částice ; odpařené nebo odprášené z terčíku z nanášeného ί kovu se přivádějí právě do oblasti elektronové i cyklotronové rezonance, zde se ionizují a vzniklé ionty nanášeného kovu se urychlují ve směru klesající indukce, osově symetrického magnetického pole. Pevný substrát 15, na němž se vytvářejí ; kovové vrstvy, se proto umísťuje do oblasti, v níž je ; indukce B_s menší nežli indukce B^,, odpovídající ; elektronové cyklotronové rezonanci.

Princip urychlení plazmatu 6 a tedy také urychle- í ní iontů· nanášeného kovu lze pomocí obr. 1 a obr. J vysyětlit takto: mikrovlnná energie vstupující : směrétn 1 do výbojové komory 2 ve směru klesající indukce B je silně absorbována v místě 4 v oblasti elektronové cyklotronové rezonance. Průběh 3 indukce B osově symetrického magnetického pole podél výbojové komory 2, jak patrno z obr. 2, má

V místě 4 hodnotu rovnou hodnotě B^.. Mikrovlnná energie ionizuje pracovní plyn, přesněji řečeno směs pracovního plynu s částicemi, které Vstupují do prostoru v místě 4 ze zdroje 5 částic odpařeného· nebo odprášeného kovu z terčíku 13 podle obr.

a tím vzniká plazma 6. Takto vytvořená plazma, ^! jehož elektrony mají příčnou energii w| — vzhledem ke směru vnějšího osově symetrického magnetického pole — značně vyšší nežli je podélná energie wy, je urychlováno do oblasti klesající indukce magnetického osově symetrického pole silou Fy ve směru 7, která má hodnotu

F|| = -μ · grád B.

V tomto výrazu značí μ magnetický moment jednotky objemu plazmatu a je roven ί μ = ηιν|²/2Β², J přičemž m je hmota elektronu a v_J_ jeho příčná ; rychlost, graď B je gradient indukce magnetického pole v daném místě. Protože ionty nanášeného kovu jsou z oblasti elektronové cyklotronové rezonance vytahovány silou prostorového náboje elektronů, je osová rychlost elektronů i iontů nanášeného kovu přibližně stejná. Jak již uvedeno, velikost síly F|| a tedy také osová rychlost iontů nanášeného kovu je přímo úměrná magnetickému momentu μ a gradientu magnetického pole. Velikost magnetického momentu μ při zadaném gradientu B lze měnit změnou příčné energie wj. elektronů. Střední příčná energie w_|_ elektronů ] pohybujících se ve zkříženém vysokofrekvenčním poli a stejnosměrném magnetickém poli při elektronové cyklotronové rezonanci je totiž úměrná druhé mocnině elektrického pole E_inc dopadajícího Vysokofrekvenčního vlnění. Za předpokladu, že srážková frekvence v částic plazmatu je malá ve srovnání s kruhovou frekvencí ω vysokofrekvenčního pole, může být příčná energie wj vyjádřena následujícím

A 2 ’ m , r · v němž e je náboj a m je hmotnost elektronu.

Ze vztahů dříve a posléze uvedených vyplývá, že osová rychlost iontů nanášeného kovu může být jednoduše regulována změnou amplitudy vysokofrekvenčního výkonu dodávaného do plazmatu 6. Velikostí energie iontů nanášeného kovu dopadajících na pevný substrát 15 lze ovlivňovat vlastnosti vytvářené vrstvy nanášeného kovu.

Činnost zařízení podle obr. 3: z generátoru 19 je ! veden vysokofrekvenční výkon přes proměnný útlum 17 vlnovodem^ do vstupu výbojové komory : 2. Pracovní plyn 10, například argon, je ze záso,bní; ku 11 napouštěn v místě 4 hrdlem 26 do výbojové i komory 2, na jejímži konci je hrdlem 27 připojena vývěva 8. Naproti zásobníku 11 pracovního plynu je hrdlo 12, v němž je umístěn terčík 13 z nanášeného kovu. Částice 14, odpařené nebo odpružené z terčíku 13 z nanášeného kovu pomocí odpařiova’ čího nebo odprašovacího zařízení 28, difundují do výbojové komory 2, v níž se v plazmatu 6 prac&vní• ho plynu ionizují. Plazma 6, které je vytvořeno z elektronů, iontů pracovního plynu a iontů Itanášeného kovu, je z oblasti elektronové cyklotronové ' rezonance vytahováno a urychlováno ve směrp osy ; 22 výbojové komory 2 silou Fy ve směru klekající _; indukce B osově symetrického magnetického ipole, na pevný substrát 15, jehož plocha je orientována kolmo k ose 22 výbojové komory 2 a tedy zároveň kolmo k ose symetrie magnetického pole. Pri dopadu iontů kovu z terčíku 13 na pevný substrát 15 se na jeho povrchu vytváří vrstva 16 z kovu, i z něhož je zhotoven terčík 13. Rychlost kovových iontů dopadajících na substrát 15 lze tedy regulovat velikostí mikrovlnného výkonu pomocí proměnného útlumu 17. Osově symetrické magnetici ké pole lze vytvořit bud soustavou elektromagnetických cívek 18a, 18b, 18c, protékaných stejnosměrným proudem, nebo soustavou trvalých magnetů.

Aby se zajistila homogenita vytvářené vrstvy 16 na pevném substrátu 15, je držák 20 pevného substrátu spojen se zařízením 21 pro změnu orientace pevného substrátu, t.j. pro jeho mechanický periodický pohyb uvnitř výbojové komory

2.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob vytváření kovových vrstev na povrchu pevného substrátu odpařováním anebo odpra208419 , L

   ŠÓVáním terčíku z nanášeného kovu a difúzí kovových částic zterčíku do vysokofrekvenčního plazmatu, vytvořeného v oblasti elektronové cyklotronové rezonance ze směsi elektronů, iontů pracovního plynu a kovových iontů, vyznačený tím, že kovové ionty se v plazmatu urychlují z oblasti elektronové cyklotronové rezonance osově symetrickým magnetickým polem ve směru jeho klesající indukce na pevný substrát, umístěný v ose magnetického pole v místě, v němž je indukce menší nežli i v místě elektronové cyklotronové rezonance. |

   2. Zařízení pro provádění způsobu podle bodu ' 1, vytvořené z výbojové komory, opatřené vstupem pro přívod pracovního plynu ze zásobníku, ; hrdlem pro připojení vývěvy a dále vlnovodem, k němuž je přes proměnný útlum mikrovlnné l ί energie připojen mikrovlnný generátor, vyznačené ^! ( tím, že výbojová komora (2) je v místě proti hrdlu j (26) pro přívod pracovního plynu opatřena alespoň jedním hrdlem (12) pro. přívod kovových částic (14), odpařených nebo odprášených ze vždy ales- i ! poň jednoho terčíku (13) z nanášeného: kovuJ i a pevný substrát (15) je upevněn na držáku (20) vně oblasti (4) elektronové cyklotronové rezonan- i ce v ose (22) výbojové komory (2) na tyči (23) prostřednictvím mechanizmu (21) pro změnu orientace pevného substrátu (15), přičemž tyč ((23) je jednak upevněna ve vakuově těsném průchodu (24) s možností osového posuvu, jednak je opatřena zarážkou (25) pro zajištění vzdálenosti pevného substrátu (15) od oblasti (4) elektronové cyklotro- j nové rezonance, zatímco kolem výbojové, komory !
2. (2) je uspořádán systém magnetických cívek 18a, 18b, 18c anebo trvalých magnetů, souosý s osou (22) výbojové komory (2).