CS269498B1 - Magnetron pro depozici tenkých vrstev ve vakuu - Google Patents

Abstract

Magnetron pro depozici tenkých vrstev ve vakuu se šikmo uloženými permanentními magnety a s vyvedenými póly má na zadní straně tělesa uloženu desku z feromagnetického materiálu s posuvným dílem spojeným s pohybovým mechanismem, přičemž rpezi posuvným dílem a středním magnetickým polem magnetů je měnitelná vzduchová mezera.

Description

Vynález řeší planární magnetron pro depozici tenkých vrstev ve vakuu s permanentnimi magnety, s vyvedenými magnetickými póly a s nastavitelnou hodnotou magentické indukce na povrchu odprašovaného terče.

V současné době jsou využívána pro depozici tenkých reaktivních i nereaktivních vrstev ve vakuu různá konstrukční řešení magnetronů. Tato řešení vychází z toho, že pro udržení magnetronového výboje na katodě je zapotřebí minimální intenzita magnetického pole cca 10 až 15 kA/m na povrchu terče, a o efektivním využití terčového materiálu rozhoduje velikost složky H_y intenzity magentického pole, která je rovnoběžná s povrchem terče. Jedním z optimálních řešení magnetronových katod je uspořádání magnetronů s vyvedenými magnetickými póly a s permanentními magnety, které umožňuje jednak vysoké hodnoty intenzity magnetického pole na terči a jednak při vhodné konstrukci tvarování magnetického pole pólovými nástavci vysoké využití terčového materiálu. Nevýhodou tohoto uspořádání je však to, že s postupným odprašováním terče dochází ke zvyšování intenzity magnetického pole na povrchu terče a mění se tak volt-ampérová charakteristika magnetronů. Klesá napětí výboje, a to podstatně ovlivňuje parametry odprašování terčového materiálu, oblast plasmatu před odprašovacím terčem i depoziční charakteristiky na substrátu. Tento efekt je na závadu především u vysokoteplotních depdzičních procesů reaktivního nanášení terkých otěruvzdorných vrstev na nástroje a strojní součásti, kde přímo ovlivňuje teplotu substrátu během depozice, rychlost depozice vrstvy i velikost iontového proudu na substrát. Nevýhodou je i to, že erozní oblast terče se stále rychleji prohlubuje s pokračujícím odprašováním terčového materiálu a je tak omezeno využívání targetu.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u magnetronů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že magnetron s permanentními šikmo uloženými magnety a s vyvedenými magnetickými póly má na zadní straně desku z feromagnetického materiálu s posuvným dílem spojeným s pohybovým mechanismem. Mezi posuvným dílem a středním magnetickým polem magnetů je měnitelná vzduchová mezera.

Vyšší účinek magnetronů podle vynálezu lze spatřovat v tom, že vzdálenost mezi posuvným středovým dílem a vnitřním šikmým klínem určuje velikost vedlejšího parazitního pole na zadní straně magnetronů, která přímo ovlivňuje velikost hlavního magnetického pole magnetronů. Se zmenšující se mezerou mezi posuvným dílem zadního víka magnetronu a vnitřním magnetickým polem roste podíl magnetického toku, protékajícího touto zadní deskou magnetronů a klesá tak intenzita magnetického pole na terči. Se zvětšující se vzduchovou mezerou klesá podíl magnetického protékajícího toku parazitním polem a roste tak hodnota intenzity magnetického pole na terči.

Magnetron podle vynálezu umožňuje pomocí změny polohy posuvného dílu zadní desky magnetronů měnit velikost magnetického pole na povrchu terče a udržet po dobu života terče stabilní odprašovací volt-ampérovou charakteristiku magnetronů. Vzhledem k tomu, že změna intenzity magnetického pole na povrchu terče je dosti velká, lze magnetron podle vynálezu použít jak pro nízkoteplotní, tak i pro vysokoteplotní aplikace depozice tenkých vrstev ve vakuu. Vzhledem k tomu, že s postupným odprašováním terčového materiálu a s rostoucí velikostí magnetické indukce na povrchu terče bude nutno magnetické pole na povrchu terče postupně výše uvedeným způsobem snižovat, bude se v důsledku toho zvyšovat i využití terčového materiálu. ·

Na připojeném výkresu je znázorněn příklad provedení magnetronů podle vynálezu, kde na obr. 1 je magnetron v příčném řezu a na obr. 2 jsou znázorněny hodnoty velikosti intenzity magnetického pole na terči pro různé vzdálenosti x mezi posuvným dílem zadní desky magnetronů a vnitřním magnetickým pólem.

CS 269 498 Bl

Magnetron na obr. č. 1 je tvořen tělesemJL., které je z feromagnetického materiálu. Ve vybrání tělesa _1 je uložena dutá chladicí deska J5, v jejíž dělicí rovině jsou vyfrézovány chladicí kanály pro chladicí médium. Na této chladicí desce 5 je uložen target £ a pod touto chladicí deskou_5 je uložen vnitřní pólový nástavec_3. Do dutiny mezi tělesem magnetronu 1 a vnitřním pólovým nástavcem 3 jsou vložmymagnety 2 se shodným směrem magnetizace. Zadní strana tělesa_1 je uzavřena deskou 6 z feromagnetického materiálu, která má ve vnitřním středovém vybrání uložen posuvný díl 7 z feromagnetického materiálu, který se posouvá například pohybovým mechanismem 8 a jehož poloha určuje velikost vzduchové mezery .9.. Celý magnetron je uložen přes izolační podpěrky 10 do vakuové nádoby 11. Na těleso magnetronu je přivedeno stejnosměrné napětí 200 až 700 V.

Na obr. 2 je příklad naměřených hodnot intenzity magnetického pole Hx na magnetronové katodě o šířce 110 mm s permanentními magnety z tvrdých feritů. Při nekonečné velikosti mezery 9 je velikost magnetického pole na terči cca 40 kA/m, při velikosti mezery 9 cca 5 mm je 37 kA/m a při velikosti mezery 1 mm je velikost H_xmax = 17 kA/m.

Magnetron podle vynálezu je vhodný pro reaktivní i nereaktivní naprašování vrstev na bázi kovových nemagnetických elektricky vodivých materiálů jako jsou například Ti, Cu, Al, Ta atd. a je vhodný i pro odprašování magnetických materiálů v případě úpravy pólových nástavců, pro odprašování spékaných kompozitních materiálů, které jsou porézní atd. Lze jej umístit jak do vnější strany vakuové nádoby, tak i dovnitř, vakuové komory.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Magnetron pro depozici tenkých vrstev ve vakuu se šikmo uloženými permanentními magnety a s vyvedenými póly, vyznačující se tím, že na zadní straně tělesa (1) je uložena deska (6) z feromagnetického materiálu s posuvným dílem (7) spojeným s pohybovým mechanismem (8), přičemž mezi posuvným dílem (7) a středním magnetickým polem magnetů (2) je měnitelná vzduchová mezera (9).