CS216730B1

CS216730B1 - Interchangeable target for circular planar (51) Int. Cl? H 05 H l / OO magnetron type plasmatron

Info

Publication number: CS216730B1
Application number: CS581680A
Authority: CS
Inventors: Jindrich Musil; Antonin Rajsky
Original assignee: Jindrich Musil; Antonin Rajsky
Priority date: 1980-08-26
Filing date: 1980-08-26
Publication date: 1982-11-26

Abstract

Problém vynálezem řešený: konstrukce vyměnitelného terče pro kruhový planární plazmatron magnetronového typu (dále jen magnetron). Stručný výklad podstaty vynálezu: vyměnitelný terč je vytvořen z kruhového kovového víčka ve tvaru převlečné matice, našroubované na katodový blok, jehož čelní plocha a styčná plocha víčka jsou planparalelní a zabroušené. Při první alternativě je víčko zhotoveno z rozprašovaného materiálu. Ve druhé alternativě je na víčko upevněna např. pájkou nebo lepidlem kruhová)destička například z křemíku nebo keramiky a průměr destičky je roven nejméně průměru víčka. Vynález může být použit všeobecně u kruhových plenárních plazmatronů magnetronového typu, u všech různých konstrukčních druhů.Problem solved by the invention: construction of a replaceable target for a circular planar plasmatron of the magnetron type (hereinafter referred to as the magnetron). Brief explanation of the essence of the invention: the replaceable target is made of a circular metal cap in the shape of a cap nut, screwed onto a cathode block, the front surface of which and the contact surface of the cap are plane-parallel and ground. In the first alternative, the cap is made of a sputtered material. In the second alternative, a circular plate, for example made of silicon or ceramic, is attached to the cap, for example by solder or glue, and the diameter of the plate is at least equal to the diameter of the cap. The invention can be used generally for circular planar plasmatrons of the magnetron type, in all different construction types.

Description

Vynález se týká vyměnitelného terěe pro kruhový planérní plazmatron magnetronového typu s kruhovou katodou, dále jen magnetron, určený pro magnetronové rozprašování kovových, polovodivých, keramických, dielektriekých a supravodivých materiálů při sníženém tlaku.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a replaceable array for a circular cathode magnetron-type circular planar plasmatron, hereinafter referred to as magnetron, for magnetron sputtering of metallic, semiconducting, ceramic, dielectric and superconducting materials under reduced pressure.

Způsob rozprašování materiálů, založený na principu magnetronového rozprašování podle J. Chapinea vlivem výraznýóh předností proti klasickým způsobům rozprašování, zejména vlivem značné vyšší rychlosti rozprašování a nižší spotřeby elektrické energie se velmi rychle rozšířil, takže se v současné době běžně používá v celé řadě průmyslových zařízení, určených pro depozici tenkých vrstev. K tomuto prudkému a zcela nečekanému využívání magnetronového rozprašování významně v praxi přispívají dva výhodné ukazatele a to: nižší pracovní tlak, asi 10“^ torrů tj. 0,101 Pa, a nižší pracovní napětí, asi 300 - 500 V. Oba tyto ukazatelé ovlivňují příznivě vlastnosti vytvářených vrstev a to tak, že nižší pracovní tlak snižuje množství zbytkových plynů zabudovaných do vytvářené vrstvy a nízké napětí silně snižuje radiační poškození vrstvy, které je běžné u klasických rozprašovacích systémů, pracujících s napětím o hodnotě několika kilovoltů. Tyto přednosti spolu s možností reaktivního rozprašování, to znamená rozprašování ve směsi plynů, budou v blízké budoucnosti hlavním důvodem při nahražování klasických rozprašovacích technik novými systémy, pracujícími na principu magnetronového rozprašování.The method of spraying materials based on the principle of magnetron spraying according to J. Chapin due to the distinct advantages over conventional spraying methods, in particular due to the considerable higher spraying rate and lower electric power consumption, has spread very rapidly, so that it is currently commonly used in a wide range of industrial equipment. intended for thin film deposition. This advantageous and unexpected use of magnetron sputtering contributes significantly in practice to two advantageous indicators, namely: lower working pressure, about 10 ^ ^ tor of 0.101 Pa, and lower working voltage, about 300-500V. The lower working pressure reduces the amount of residual gases incorporated into the formed layer and the low voltage strongly reduces the radiation damage of the layer, which is common in conventional spray systems operating with a voltage of several kilovolts. These advantages, together with the possibility of reactive atomization, i.e. atomization in a gas mixture, will in the near future be the main reason for replacing conventional atomization techniques with new magnetron atomization systems.

Magnetron může být navržen jak pro jednoúčelové, tak pro víceúčelové použití. Jednoúčelový magnetron rozprašuje stále jediný druh materiálu, zatímco víceúčelový magnetron musí být schopen rozprašovat různé materiály a proto musí být dána možnost výměny terče. Výměna terče je ovšem nutná také u jednoúčelového magnetronu, nebol keždá katoda má konečnou tloušťku, obvykle několik milimetrů, a po určité době provozu je nutno opotřebovanou katodu nahradit novou katodou. Nejjednodušší je proto vyrobit katodu složenou ze dvou částí a to z katodového bloku a z terče, to znamená z desky materiálu, který se rozprašuje. V takovém případě vzájemné spojení terče a katodového bloku musí splňovat dvě základní podmínky: zaprvé musí spojení zajišťovat oo nejlepší převod tepla z terče do katodového bloku, v němž je zabudován' systém vodního chlazení, a zadruhé spojení musí být provedeno tak, že účinkům plazmatu je vystaven pouze terč.Magnetron can be designed for both single-purpose and multipurpose use. A single-purpose magnetron still sprays a single type of material, while a multi-purpose magnetron must be able to spray different materials and therefore the target must be replaced. However, the target replacement is also necessary for a single-purpose magnetron, since each cathode has a finite thickness, usually a few millimeters, and after a period of operation it is necessary to replace the worn cathode with a new cathode. Therefore, it is easiest to make a cathode composed of two parts, a cathode block and a target, i.e. a plate of material to be sprayed. In such a case, the interconnection of the target and the cathode block must meet two basic conditions: first, the connection must provide the best heat transfer from the target to the cathode block incorporating the water cooling system, and secondly the connection must be such that exposed only target.

Povrch terče by měl být naprosto čistý a neměl by být překryt žádnou příchytkou z cizího materiálu^ třeba jen malým prstencem na okraji, který by se při styku s plazmatem mohl rozprašovat a takto znečišťovat vytvářenou vrstvou. Spojení terče s katodovým blokem by mělo být jednoduché a mělo by umožnit snadnou výměnu terče.The surface of the target should be absolutely clean and should not be covered by any foreign material fastener, even a small ring on the edge, which could be sprayed on the plasma and thus contaminate the layer formed. The connection of the target to the cathode block should be simple and allow easy target replacement.

V dostupné odborné a patentové literatuře jsou však převážně uvedeny pouze schematické obrázky, nikoliv technologické, takže neukazují konstrukční řešení magnetronu a nedávají žádné technologické informace.However, the scholarly and patent literature available mainly presents schematic pictures, not technological ones, so that they do not show the design of the magnetron and do not give any technological information.

Vpředu uvedené nevýhody stávajících konstrukcí terče odstraňuje řešení vyměnitelného terče pro kruhový planární plazmatron magnetronového typu podle vynálezu, jehožThe foregoing disadvantages of existing target designs are overcome by the replaceable target solution for the circular planar plasmatron of the magnetron type according to the invention, whose

216 730 podstatou je, že je vytvořen z kruhového kovového víčka s dobrou tepelnou vodivostí ve tvaru uzavřené převlečné matice, našroubované na válcový katodový blok, jehož čelní plocha a styčná plocha víčka jsou planparalelní a zabroušené. V první alternativě je kruhové kovové víčko zhotoveno z rozprašovaného materiálu. Ve druhé alternativě je· na vnější kruhovou plochu kovového víčka upevněna například pájkou nebo lepidlem kruhová destička z drahého nebo obtížně obrobítelného materiálu, jako je například křemík nebo keramika, přičemž průměr této kruhové destičky je nejméně roven průměru kruhového kovového víčka.216 730 is basically made of a circular metal cap with good thermal conductivity in the form of a closed cap nut screwed onto a cylindrical cathode block, the front surface and the contact surface of the cap being planar parallel and ground. In a first alternative, the circular metal lid is made of a spray material. In a second alternative, a circular plate of expensive or difficult to machine material, such as silicon or ceramic, is attached to the outer circular surface of the metal lid, for example by solder or glue, the diameter of the circular plate being at least equal to the diameter of the circular metal lid.

Hlavní výhodou vyměnitelného terče pro magnetron je možnost rozprašování různých materiálů, přičemž je zaručeno, že vytvářená vrstva není znečištěna, neboť ve styku s plazmatem je pouze kruhové plocha víčka, povrch terče není překryt žádnou příchytkou z cizího materiálu ani prstencem. Kromě toho převod tepla z terče do katodového bloku Se zabudovaným systémem vodního chlazení je dokonalý vlivem konstrukčního provedení, při němž je čelní ploóha katodového bloku planparalelní s vnitřní styčnou plochou víčka. Přitom je celkové provedení vyměnitelného terče velmi jednoduché, což zaručuje jeho rychlou a snadnou výměnu.The main advantage of a replaceable magnetron target is the possibility of spraying various materials, ensuring that the layer formed is not contaminated, since only the circular surface of the cap is in contact with the plasma, the target surface is not covered by any foreign material clip or ring. In addition, the heat transfer from the target to the cathode block With the built-in water cooling system is perfect due to the design, in which the face of the cathode block is planar parallel to the inner contact surface of the cap. At the same time, the overall design of the replaceable target is very simple, which ensures its quick and easy replacement.

Na přiloženém výkresu je na obr. 1 znázorněno, známé principielní provedení vyměnitelného terče, na obr. 2 je znázorněn příklad provedení vyměnitelného terče podle vynálezu.In the accompanying drawing, FIG. 1 shows a known principal embodiment of a replaceable target; FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a replaceable target according to the invention.

Na obr. 1 je válcový katodový blok 1 opatřen u'čelní plochy závity 4, na něž je našroubován prstenec £ ve tvaru převlečné matice, jež přitlačuje destičku 2 tvořící terč z rozprašovaného materiálu k čelní ploše katodového bloku 1 se zabudovaným systémem vodního chlazení.In Fig. 1, the cylindrical cathode block 1 is provided with threaded end faces 4 on which a cap nut 6 is screwed, which presses the target plate 2 of the material to be sprayed against the face of the cathode block 1 with a built-in water cooling system.

Ne obr. 2 je válcový katodový blok 1 opatřen u čelní plochy závity £, na něž je našroubováno víčko £ ve tvaru převlečné matice z kovu s dobrou tepelnou vodivostí.In FIG. 2, the cylindrical cathode block 1 is provided with threads 8 at the front surface onto which a cap 6 in the form of a cap nut of metal with good thermal conductivity is screwed.

Při první alternativě řešení podle vynálezu toto víčko je zhotoveno z rozprašovaného materiálu a tvoří terč. Při druhé alternativě řešení podle vynálezu je víčko £ zhotoveno z kovu s dobrou tepelnou vodivostí a na jeho čelní kruhovou plochu je například vrstvou £ pájky nebo lepidla upevněna kruhová destička 2 tvořící terč z rozprašovaného drahého nebo těžko obrobitelného materiálu, jako je například křemík nebo keramika. Průměr kruhové destičky 2 je roven nejméně průměru víčka £. Styčná plocha 6 víčka £ a čelní plocha katodového bloku 1 jsou kolmé k ose katodového bloku i a jsou zabroušeny a leštěny.In a first alternative, the lid is made of a spray material and forms a target. In a second alternative solution according to the invention, the lid 6 is made of a metal with good thermal conductivity and a circular plate 2 forming a target of a sprayed expensive or difficult to machine material, such as silicon or ceramic, is attached to its annular face, for example. The diameter of the circular plate 2 is at least equal to the diameter of the lid 6. The abutment surface 6 of the cap 6 and the front surface of the cathode block 1 are perpendicular to the axis of the cathode block 1 and are ground and polished.

Vyměnitelný terč podle vynálezu je použitelný jak u jednoúčelového magnetronu, tak u víceúčelového, který rozprašuje různé materiály, podle použitého materiálu terče. Výměna terče je snadná, jednoduchá a rychlá. Odšroubováním buS pouze víčka £ z rozprašovaného materiálu nebo odšroubováním víčka £ s upevněnou destičkou 2, tvořící terč, se uvolní katodový blok 1, na nšjž lze našroubovat nový terč z téhož rozprašovaného materiálu, případně terč z jiného rozprašovaného materiálu, pokud jde o víceúčelovýThe interchangeable target of the invention is applicable to both the single-purpose magnetron and the multi-purpose that sprays different materials according to the target material used. Target replacement is easy, simple and quick. Unscrewing either only the cap 6 of the sprayed material or unscrewing the cap 6 with the plate 2 forming the target, releases the cathode block 1 onto which a new target of the same sprayed material or a target of another sprayed material can be screwed

216 730 magnetron. Při montáži terčů je nutno pečlivě našroubovat terč na válcový katodový blok 1, aby byl zajištěn co nejlepší převod tepla z terče do válcového katodového bloku 1, který má zabudován systém vodního chlazení. Vyměnitelný terč podle vynálezu je zhotoven z materiálu pro jejichž rozprašování slouží, tzn. nejen kovových materiálů, ale také polovodivých, keramických, dielektrických a supravodivých při sníženém pracovním tlaku přibližně 10”^ torrů, tj. 0,101 Pa.216 730 magnetron. When assembling the targets, it is necessary to carefully screw the target onto the cylindrical cathode block 1 in order to ensure the best possible heat transfer from the target to the cylindrical cathode block 1, which has a built-in water cooling system. The replaceable target according to the invention is made of a material to be sprayed, i.e. a sprayable material. not only of metallic materials but also of semiconducting, ceramic, dielectric and superconducting at a reduced working pressure of approximately 10 "

Vyměnitelný terč podle vynálezu je možno konstrukčně a geometricky modifikovat podle konkrétních požadsvků kladených na příslušný magnetron.The interchangeable target according to the invention can be structurally and geometrically modified according to the particular requirements imposed on the respective magnetron.

Claims

A replaceable target for a circular planar plasmatron of the magnetron type, characterized in that it is made of a circular metal cap (5) with good thermal conductivity, in the form of a closed union nut screwed onto a cathode block (1), 6) the lids (5) are planar-parallel and ground.

Replaceable target according to claim 1, characterized in that the circular metal cap (5) is made of a spray material.

A replaceable target according to claim 1, characterized in that a circular plate is attached to the outer circular surface of the metal cap (5), for example by solder or glue. (2) of an expensive or difficult to machine material, such as silicon or ceramic, the diameter of said circular insert (2) being at least equal to the diameter of the circular metal lid (5).