CS255418B1 - Válcový magnetron s několikanásobným eliptickým plasmatickým oblakem - Google Patents

Abstract

Jedná se o válcový magnetron s dutým válcovým targetem a anodou z kruhových desek, který má uvnitř targetu uspořádán systém magnetů v řadách po úhlu 90 na obvodu magnetronu, přičemž vždy dvě sousední řady mají opačnou orientaci. Tím je okolo targetu vytvořeno více eliptických oblaků plazmatu, ve kterých dochází k odpracování materiálu. Válcový magnetron lze využít pro deponování tenkých vrstev ve vakuu.

Description

Vynález řeší konstrukci válcového magnetronu pro depozici tenkých vrstev kovů nebo jejich reaktivních sloučenin na vnitřní průměry rotačních součástí.

Dosud známá řešení jsou konstruována bučí jako kolíkové magnetrony, kdy target ve formě tyče je vložen do středu rotační součásti na jejíž povrch má být vrstva nanášena a magnetické pole je umístěno na obvodu této součásti, nebo jako válcové magnetrony s toroidním vícenásobným plazmatickým oblakem. Nevýhodou prvního řešení je malá univerzálnost s ohledem na nutnost umístění magnetického pole mimo vlastní target i součást, nevýhodou druhého řešení je, že plazmatické toroidy leží kolmo na podélnou osu magnetronu a tudíž deposični rychlosti i po délce magnetronu jsou dány superposicí deposičních rychlostí jednotlivých plazmatických toroidů. To vede k nerovnoměrné rychlosti nanášení vrstvy po délce součásti, a při použití magnetronu na reaktivní depozice i k následné změně stechiometrie vrstvy.

V současné době známá řešení umožňují deponovat pomocí magnetronu nereaktivní i reaktivní vrstvy na vnější povrchy součástí, nebo na vnitřní průměry o velkém rozměru s ohledem na nutnost použití vnější anody, při omezeném využití targetu.a při nerovnoměrném nanášení vrstev.

Uvedené nevýhody odstraňuje válcový magnetron dle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom; že magnety jsou uspořádaný na nosiči magnetů v řadách a jednak v kruhových sadách, přičemž horní i dolní kruhová sada je vytvořena magnety polovanými ve stejném směru. Magnety jsou uloženy v řadách ve směru podélné osy tělesa magnetronu a jsou uspořádaný tak, že vždy po úhlu 90 ° obvodu magnetronu je jedna řada magnetů polovaná souhlasně s orientací horní a dolní kruhové sady a následující řada opačně, přičemž v případě souhlasné polarizace magnetů v podélné ose s horní a dolní kruhovou sadou navazuje řada magnetů přímo na horní nebo dolní kruhovou saduj v případě polarizace opačné je vytvořena mezera mezi kruhovou sadou a opačně polarizovanou řadou magnetů, přičemž anodu tvoří kruhové desky a target tvoří dutý válec.

Vyšší účinek válcového magnetronu dle vynálezu lze spatřovat v tom, že má pod válcovou katodou o daném průměru vytvarováno magnetické pole tak, že jsou vytvořeny 2 oblaky plazmatu zajišťujících rovnoměrné pokrytí targetu plazmou a tím i rovnoměrné odprašování materiálu z povrchu. Současně toto řešení dovoluje rovnoměrné nanesení vrstvy po celém vnitřním obvodu součásti bez rotace výrobku nebo magnetronu.

Vzhledem ke tvarování magnetického pole kolmo na podélnou osu lze anody výhodně umístit na obou koncích magnetronu, čímž odpadá nutnost vnější anody okolo pláště targetu. V tomto uspořádání je možno bez dalších konstrukčních změn konstruovat magnetron o libovolné délce, omezené pouze výkonem napájecích zdrojů. Současně je zvýšeno i využití targetu odprašovaného materiálu, což je způsobeno možností pootočení targetu ve směru obvodu neodprášenou částí do oblasti hlavního erosního pole plazmatu.

Na připojeném výkrese je znázorněn válcový magnetron dle vynálezu, kde značí obr. 1 - nárys vnitřní části válcového magnetronu s některými díly znázorněnými v řezu, obr. 2 - je řez rovinou A-A z obr. 1.

Válcový magnetron dle vynálezu je na obr. 1 tvořen nosičem 1 magnetů z feromagnetického materiálu, na němž jsou přichyceny permanentní magnety 2,, dále v textu nazývány jen magnety 2_, Těleso magnetronu je uzavřeno pólovými nástavci £, mezi něž je vložen target 3. tvořící katodu. Target 3 je v podstatě dutý válec. Nad izolací 5. je uložena anoda £, která vytváří rovnoměrné elektrické pole po celém obvodě. Přes přívod chladící kapaliny 7_ je do vnitřní části magnetronu přivedena chladící kapalina, která umožňuje jak chlazení targetu i magnetů 2. a je odváděna odvodem chladící kapaliny 8.

Těleso válcového magnetronu je staženo několika spojovacími šrouby z neferomagnetického . materiálu, které procházejí otvory v pólových nástavcích v izolačním dílu a v anodách /šrouby i otvory zde nejsou znázorněny/.

Magnety .2 jsou na nosiči magnetů _i uspořádány ve čtyřech řadách ve směru podélné osy magnetronu tak, že vždy po úhlu 90° je jedna řada magnetů 2,'/viz. obr, č. 2/. Další magnety 2 jsou umístěny v horní kruhové sadě 9 a dolní kruhové sadě 10. Podélné řady magnetů 2 v případě opačné polarizace vzhledem k horní nebo dolní kruhové sadě 9_ nebo 10 nezasahují až k horní nebo dolní kruhové sadě 9. nebo 10, ale je zde vytvořena mezera. Magnety 2 jsou v kruhových sadách 2 ^a j·⁰ uspořádány tak, že horní i dolní kruhová sada 9 i 10 je shodně polarizována. Magnety 2. uspořádáné v řadách v podélné ose magnetronu jsou uspořádány tak, že vždy jedna řada je polována shodně s horní a dolní kruhovou sadou 9_ a IQ a další řada je polována opačně.

Přitom v případě shodné polarizace řady magnetů 2_ s horní a dolní kruhovou áadou 2 a 10 magnetů 2_ navazuje řada magnetů 2 přímo na horní a dolní kruhovou sadu 9. a 10, v připaž dě opačné polarizace je mezi koncem řady horní a dolní kruhové sady 9 a· 10 vytvořena mezera. Tímto uspořádáním je vytvořeno výsledné magnetické pole kolmé na osu magnetronu, které je v okrajových částech stočeno o 180° do protisměru. Vlivem působení zkříženého magnetického a elektrického pole dochází k usměrněnému toku ionizovaných částic, které vytvářejí nad targetem 2 úva plazmatické oblaky ve tvaru podlouhlé elipsy s toroidním průřezem. V oblasti dopadu ionizovaných částic na target 2 dochází k odpašování targetu 3_. Vzhledem ke tvarování magnetického pole jsou hlavní erosní oblasti pootočeny o 90°, a tudíž dochází k rovnoměrnému odprašování po celém obvodě.

Na obr. Č. 2 je řez rovinou A-A z obr, 1 a je zde znázorněno rozmístění řad magnetů 2 a jejich polarizace, tvar průřezu nosiče 2 magnetů a targetu 2·

Válcový magnetron dle vynálezu umožňuje deponovat ve vakuu tenké vrstvy z elektricky vodivých, neferomagnetických materiálů na vnitřní průměry rotačních součástí, popř. i na povrchy různých součástí. Tyto vrstvy mohou být jak reaktivní tak i nereaktivní.

Claims (1)

1. Válcový magnetron s několikanásobným eliptickým plazmatickým oblakem sestávající z nosiče magnetů, pólových nástavců a izolace vyznačující se tím, že magnety /2/ jsou uspořádány na nosiči /1/ magnetů jednak v řadách a jednak v kruhových sadách /9, 10/, přičemž horní kruhová sada /9/ a dolní kruhová sada /10/ je vytvořena magnety polovanými ve stejném směru, magnety /2/ jsou uloženy v řadách ve směru podélné osy tělesa magnetronu a jsou uspořádány tak, že vždy po úhlu 90° obvodu magnetronu je jedna řada magnetů /2/ polována souhlasně s orientací horní a dolní kruhové sady /9, 10/ a v následující řadě opačně, přičemž v případě souhlasné polarizace magnetů /2/ v podélné ose s horní a dolní kruhovou sadou /9, 10/ navazuje řada magnetů /2/ přímo na horní a dolní kruhovou sadu /9, 10/, v případě polarizace opačné je vytvořena mezera mezi kruhovou sadou /9, 10/ a opačně polarizovanou řadou magnetů /2/, přičemž anodu /4/ tvoří kruhové desky a target /3/ tvoří dutý válec.