Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do nanoszenia cienkich warstw metali, dielektryków i pólprzewodników metoda rozpylania katodowego, stosowane zwlaszcza w technologii przyrzadów pólprzewodnikowych i przyrzadów cienkowarstwowych. Jedna ze stosowanych aktualnie metod wy¬ konywania cienkich warstw z ciala stalego jest technika rozpylania katodowego z zastosowaniem katod, w których gestosc plazmy w obszarze przytargetowym jest zwiekszona autonomicznym polem magnetycznym katody. Jest to tak zwany proces magnetronowy, charakteryzujacy sie duza szyb¬ koscia nakladania warstwy cienkiej /porównywalna z szybkoscia przy naparowywaniu termicznym/, dobra adhezyjnoscia warstw, malym napieciem anodowym i mozliwoscia oddzielenia skladowej elektronowej pradu anodowego., przez co unika sie szkodliwego podgrzewania podlozy w trakcie nakladania warstwy cienkiej.W czasie procesu magnetronowego, pod ujemnie spolaryzowanym targetem, nalutowanym zazwyczaj na dysku katody znajduje sie pierscieniowy lub walcowy magnes staly. Linie sil pola magnetycz¬ nego zamykaja, sie nad czynna powierzchnia targetu /powierzchnia od strony anody/ tworzac toro- idalny "pierscien polowy". Tory elektronów inicjujacych i podtrzymujacych wyladowanie plazmowe w obszarze miedzy anoda, a katoda ulegaja zakrzywieniu tak, ze wiekszosó elektronów wykonuje ruch spiralny zwiekszajac prawdopodobienstwo jonizacji gazu nosnego na przyklad argonu, szcze¬ gólnie w obszarze "pola toroidalnego", co prowadzi do powstawania tuz nad powierzchnia targetu pierscieniowego obszaru zageszczonej plazmy. Jony gazu nosnego z obszaru pierscienia plazmowego intensywnie wybijaja material targetu, szczególnie z miejsc polozonych naprzeciwko obszaru zageszczonej plazmy. W wyniku nierównomiernego bombardowania powierzchni targetu nastepuje jego nierównomierne rozpylanie. Nierównomiernosc rozpylania targetu odbija sie na rozkladzie gru¬ bosci warstwy cienkiej na podlozach, znajdujacych sie na anodzie, w pewnej odleglosci od ka¬ tody. W zaleznosci od stosunku promienia targetu /katody/ do odleglosci miedzy anoda a katoda, otrzymuje sie rózne przebiegi rozkladu grubosci warstwy rozpylanej na anodzie w zaleznosci od •promienia biezacego. Przy malych odleglosciach katoda - anoda powstaje charakterystyczny2 142 541 "dwugarbny" rozklad grubosci o nierównomiernosciach przewyzszajacych 50% wzdluz srednicy tar¬ getu. Przy odleglosciach wiekszych, mozna wprawdzie uzyskac bardziej równomierny przebieg tej charakterystykif ale tylko w nieduzym obszarze naprzeciwko srodka katody /nie wiecej, niz na polowie srednicy' targetu/. Wykorzystanie powierzchni czynnej targetu jest w obu przypadkach niewielkie i nie przekracza 40&. Rozklad grubosci warstwy napylonej mozna poprawic jedynie przez stosowanie w trakcie procesu ruchomych przyslon o specjalnie zaprogramowanych ksztal¬ tach,* co znacznie'komplikuje sam proces oraz budowe i eksploatacje ukladu do rozpylania ka¬ todowego.Zaleta pierscieniowego ksztaltu obszaru zageszczonej plazmy jest latwosc oddzielenia skla¬ dowej elektronowej pradu anodowego np. przez umieszczenie w poblizu katody - cienkiego, do¬ datnio spolaryzowanego pierscienia metalowego, stanowiacego kolektor elektronów* Planarne katody magnetronowe wystepuja równiez w postaci prostokatnej i nazywane sa wów¬ czas w odróznieniu od planarnych cyrkularnych - magnetronami planarnymi. Katody planarne sa wykorzystywane glównie w duzych wysokodajnych urzadzeniach przemyslowych, a sprawa nierówno- miernosci napylania jest rozwiazana w tym przypadku odpowiednio przez zaprogramowany ruch posuwisto-zwrotny anody z podlozami* Jednak równiez i w katodach planarnych pozostaje nie rozwiazany problem wykorzystania, powierzchni targetu, bowiem jego niejednorodne rozpylanie prowadzi do lokalnej erozji targetu i przetrawienia "na wylot". Opisane wady znanych urza¬ dzen do nanoszenia cienkich warstw z ciala stalego /metale, dielektryki i pólprzewodniki/ eliminuje wedlug wynalazku. Istota tego urzadzenia jest to, ze wielotargetowa glowica obro¬ towa jest wyposazona w katody magnetronowe z magnesem pierscieniowym lub kilkoma magnesami wspólosiowymi, obudowanymi pólotwartym rdzeniem kubkowym z materialu ferromagnetycznego miekkiego, srednica zewnetrzna magnesu jest mniejsza od srednicy wewnetrznej plaszcza rdze¬ nia a srednica wewnetrzna magnesu jest wieksza od srednicy zewnetrznej srodkowej kolumny rdzenia. Ponadto wewnatrz srodkowej kolumny rdzenia znajduje sie otwór o srednicy wiekszej od srednicy sruby mocujacej target po otwartej stronie rdzenia, korzystnie w jednej plasz¬ czyznie z magnesem. Sruba wykonana jest z materialu ferromagnetycznego miekkiego.Przy zastosowaniu wiekszej ilosci wspólosiowych magnesów stalych i bardziej rozwinietych obwodów magnetycznych mozna wytworzyc znacznie wieksza ilosc par biegunów. Praktycznym ograniczeniem jest tu grubosc samego targetu, im bowiem bedzie grubszy target, tym trudniej bedzie wytworzyc nad jego powierzchnia wieksza ilosc koncentrycznych pierscieni plazmowych podczas procesu napylania. Dla targetów o grubosci do 3 mm i srednicy rzedu 70 mm bez wiek¬ szych trudnosci uzyskuje sie trzy koncentryczne obszary intensywnego rozpylania.W urzadzeniu wedlug wynalazku w stosunku do znanych urzadzen uzyskuje sie bardziej równo¬ mierne rozpylanie na calej powierzchni targetu, a zatem i jego równomierne zuzywanie sie.Znacznej poprawie ulega takze rozklad grubosci warstwy cienkiej na podlozu, znajdujacym sie na anodzie bez koniecznosci stosowania klopotliwych wirujacych przeslon, jak to ma miejsce w urzadzeniach na przyklad firmy Leybold Heraeus. Urzadzenie wedlug wynalazku zostanie blizej objasnione na przykladzie wykonania pokazanym na rysunku. Fig.1 rysunku przedstawia schemat funkcjonalny urzadzenia, fig. 2 pokazuje widok boczny magnetronowej katody dyskowej a fig. 3-uklad linii sil pola magnetycznego nad targetem, w widoku z góry. Istotne dla równomier¬ nego napylania zwiekszenie ilosci par biegunów pola magnetycznego nad targetem uzyskano przez podzial strumienia magnesu pierscieniowego za pomoca pólotwartego rdzenia kubkowego z zelaza magnetycznie miekkiego na dwa strumienie skladowe, tworzace dwie pary biegunów pod powierzchnia targetu. Trzecia para biegunów zostala wytworzona przez indukcje, poniewaz sruba mocujaca target jest wykonana równiez z materialu magnetycznie miekkiego i przechodzi przez srodkowa kolumne rdzenia w szczelinie.W wyniku podzialu strumienia magnesu na trzy czesci powstaja przy powierzchni targetu 8 trzy pierscienie plazmowe, a wiec i trzy obszary intensywnego trawienia zamiast jednego142 541 3 obszaru. W urzadzeniu wedlug wynalazku cienka warstwe nanosi sie na podloze przez rozpylanie katodowe o podwyzszonej równomiernosci. Podloze umieszcza sie w komorze do rozpylania 1 urza¬ dzenia, ukladajac plytki podlozowe 5 na anodzie 4* Ulozenie plytek musi byc odpowiednio do* brane, tak aby znajdowaly sie one naprzeciwko targetu 8, bedacego pod dzialaniem linii sil wielobiegunowego pola magnetycznego katody magnetronowej 3.Urzadzenie wedlug wynalazku posiada komore prózniowa 1 wypelniona rozrzedzonym gazem /p-10 hPa/. W komorze tej znajduje sie glowica czterokatodowa 2, z katodami magnetronowymi o podwyzszonej równomiernosci rozpylania 3 i targetem 8* Katody 3 sa ustawione nad anoda 4 z podlozami 5» co umozliwia sekwencyjne napylenie materialu z targetów, gdy katode znajdujaca sie aktualnie nad podlozami spolaryzujemy ujemnie wzgledem anody* Magnes pierscieniowy 6 katody magnetronowej 3 umieszczony jest w jednostronnie otwartym rdzeniu kubkowym 7, wykona¬ nym z zelaza miekkiego. Srednica zewnetrzna 0~ magnesu 6 jest mniejsza od srednicy wewnetrz- neJ 0p Piaszcza rdzenia 7. Natomiast srednica wewnetrzna £L magnesu 6 jest wieksza od sred¬ nicy zewnetrznej 0, srodkowej kolumny rdzenia 7. Wewnatrz srodkowej kolumny rdzenia 7 znajduje sie otwór o srednicy 0,-, wiekszej od srednicy flr sruby 10 mocujacej target 8 po otwartej stro¬ nie rdzenia, w jednej plaszczyznie z magnesem 6. Poprzez target 8 zamykaja sie linie sil pola magnetycznego 9. Trzecia para biegunów magnetycznych powstaje przy srubie 10. mocujacej target 8. Sruba ta przechodzi przez otwór ze szczelina 11 i wykonana jest podobnie jak rdzen 7 z ma¬ terialu ferromagnetycznego miekkiego.W urzadzeniu wedlug wynalazku stosowano targety stopowe z AgCd 2%, AgMn a%9 jak równiez czyste metale trudnotopliwe Pt i Mo. Podlozem we wszystkich przypadkach byl arsenek galu.W kazdym przypadku stwierdzono duza równomiernosc napylania /wahania grubosci warstwy napyla¬ nej ^ 2% wobec 20% otrzymywanych dotychczas/ oraz bardzo dobre wykorzystanie targetu /80% wobec 40% w rozwiazaniach konwencjonalnych/, co znacznie przedluza "czas zycia" targetów dajac duze oszczednosci szczególnie w przypadku targetów z materialów szlachetnych.Zastrzezenie patentowe Urzadzenie do nanoszenia cienkich warstw metali, dielektryków i pólprzewodników metoda rozpylania katodowego, stanowiace komore prózniowa napelniona rozrzedzonym gazem, wewnatrz której znajduje sie wielotargetowa glowica obrotowa z katodami magnetronowymi oraz anoda z podlozami, znamienne tym, ze wielotargetowa glowica obrotowa /2/ jest wyposazona w katody magnetronowe /3/ z magnesem pierscieniowym /6/ lub kilkoma magnesami wspólosiowymi, obudowanymi pólotwartym rdzeniem kubkowym /7/ z materialu ferromagnetycznego miekkiego, przy czym srednica zewnetrzna /p^/ magnesu /6/ jest mniejsza od srednicy wewnetrznej /02/ plaszcza rdzenia /7/, zas srednica wewnetrzna /fi~/ magnesu /6/ jest wieksza od srednicy zewnetrznej /Aj srodkowej kolumny rdzenia /7/, ponadto wewnatrz srodkowej kolumny rdzenia /7/ znajduje sie otwór o srednicy /0c/ wiekszej od srednicy /0g/» wykonanej z materialu ferro¬ magnetycznego miekkiego, sruby mocujacej /8/ target po otwartej stronie rdzenia, korzystnie w jednej plaszczyznie z magnesem /6/.i 142 541 1 ijl =3= i 1 II r P* wxhsA DO POMPY PRÓZNiOWCJi X GAZ Fio.i 4 A fty 3 Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz Cena 130 zl PLThe subject of the invention is a device for applying thin layers of metals, dielectrics and semiconductors by the method of cathode sputtering, used especially in the technology of semiconductor devices and thin-film devices. One of the currently used methods of making thin films from solids is the technique of cathode sputtering with the use of cathodes, in which the density of the plasma in the near-target region is increased by the autonomous magnetic field of the cathode. This is the so-called magnetron process, characterized by a high speed of thin layer deposition (comparable to the speed of thermal vaporization), good layer adhesion, low anodic voltage and the possibility of separating the electron component of the anode current, thus avoiding harmful heating of the substrate during During the magnetron process, a ring-shaped or cylindrical permanent magnet is located under a negatively polarized target usually soldered on the cathode disk. The lines of the force of the magnetic field close, over the active surface of the target / the surface from the anode side / forming a toroidal "field ring". The paths of the electrons initiating and sustaining the plasma discharge in the area between the anode and the cathode are curved so that most of the electrons spiral, increasing the probability of ionization of a carrier gas, for example argon, especially in the area of the "toroidal field", leading to formation just above the surface ring target of the concentrated plasma region. The carrier gas ions from the plasma ring region intensely knock out the target material, especially from places located opposite the concentrated plasma region. As a result of uneven bombardment of the target surface, its uneven sputtering occurs. The non-uniformity of the target atomization is reflected in the thickness distribution of the thin film on the substrates located on the anode, at a distance from the cathode. Depending on the ratio of the target radius / cathode / to the distance between the anode and cathode, different runs of the thickness distribution of the sputtering layer on the anode are obtained depending on the current radius. At short cathode-anode distances, a characteristic "bactrian" thickness distribution is produced with unevenness of more than 50% along the diameter of the friction. At greater distances, it is possible to obtain a more uniform course of this characteristicf but only in a small area opposite the center of the cathode / no more than at the half of the diameter of the target /. The use of the active surface of the target is low in both cases and does not exceed 40 &. The distribution of the thickness of the sputtering layer can be improved only by the use of movable apertures with specially programmed shapes during the process, * which significantly complicates the process itself and the construction and operation of the cathode spraying system. The advantage of the ring shape of the concentrated plasma area is the ease of separating the rock For example, by placing a thin, positively polarized metal ring near the cathode, which is an electron collector. Planar magnetron cathodes also appear in a rectangular form and are then called planar magnetrons in contrast to planar circular ones. Planar cathodes are used mainly in large, high-efficiency industrial devices, and the problem of sputtering unevenness is solved in this case by a properly programmed reciprocating movement of the anode with the substrates * However, also in planar cathodes the problem of using the target surface remains unresolved, because its heterogeneous the spraying leads to local erosion of the target and digestion "through". According to the invention, the described disadvantages of the known devices for depositing thin films from solids (metals, dielectrics and semiconductors) are eliminated. The essence of this device is that the multi-target rotating head is equipped with magnetron cathodes with a ring magnet or several coaxial magnets encased in a semi-open cup core made of a soft ferromagnetic material, the outer diameter of the magnet is smaller than the inner diameter of the magnet and the outer diameter of the core greater than the outer diameter of the center column of the core. Moreover, inside the central column of the core there is a hole with a diameter greater than the diameter of the target clamping screw on the open side of the core, preferably in one plane with the magnet. The screw is made of a soft ferromagnetic material. By using more coaxial permanent magnets and more developed magnetic circuits, much more pole pairs can be produced. The practical limitation here is the thickness of the target itself, because the thicker the target, the more difficult it will be to create more concentric plasma rings over its surface during the sputtering process. For targets with a thickness of up to 3 mm and a diameter of the order of 70 mm, three concentric areas of intensive spraying are obtained without any problems. In the device according to the invention, compared to the known devices, a more even spraying is obtained over the entire surface of the target, and thus also its even wear. The distribution of the thickness of the thin layer on the substrate on the anode is significantly improved without the need for troublesome rotating screens, as is the case with devices such as the Leybold Heraeus company. The device according to the invention will be explained in more detail using the embodiment shown in the drawing. Fig. 1 shows a functional diagram of the device, Fig. 2 shows a side view of a magnetron disc cathode, and Fig. 3 shows a magnetic field line pattern above the target in top view. The increase in the number of pairs of magnetic field poles above the target, essential for uniform sputtering, was achieved by dividing the flux of the ring magnet with a semi-open magnetic soft iron cup core into two component jets forming two pairs of poles under the target surface. The third pole pair was produced by induction, because the target clamping screw is also made of a magnetic soft material and passes through the center column of the core in the slot. As a result of dividing the magnet flux into three parts, three plasma rings are formed at the surface of the target 8, and thus also three regions intensive digestion instead of one area 142 541 3. In the device according to the invention, the thin layer is applied to the substrate by high uniformity cathode sputtering. The substrate is placed in the spraying chamber 1 of the machine, placing the substrate plates 5 on the anode 4 * The arrangement of the plates must be appropriately taken so that they are facing the target 8, which is under the action of the force line of the multipolar magnetic field of the magnetron cathode 3. The device according to the invention has a vacuum chamber 1 filled with diluted gas (p-10 hPa). In this chamber there is a 4-cathode head 2, with magnetron cathodes with increased uniformity of sputtering 3 and target 8 * Cathodes 3 are positioned above the anode 4 with substrates 5 »which enables sequential sputtering of the target material when the cathode currently above the substrates is polarized negatively with respect to anodes * The ring magnet 6 of the magnetron cathode 3 is placed in a one-sidedly open cup core 7 made of soft iron. The outer diameter 0 of the magnet 6 is smaller than the inner diameter 0p of the core sand 7. The inner diameter L L of the magnet 6 is greater than the outer diameter 0 of the central column of the core 7. Inside the central column of the core 7 there is a hole with a diameter of 0 - larger than the diameter flr of the fastening screw 10 of the target 8 on the open side of the core, in one plane with the magnet 6. The lines of force of the magnetic field 9 close through the target 8. A third pair of magnetic poles is formed at the fastening screw 10 of the target 8. This screw passes through the hole from the slot 11 and is made, like the core 7, of a ferromagnetic soft material. In the apparatus according to the invention, alloy targets with AgCd 2%, AgMn a% 9 as well as pure refractory metals Pt and Mo were used. The substrate in all cases was gallium arsenide. In each case, a high uniformity of the sputtering (fluctuations in the thickness of the sputtering layer? 2% compared to 20% obtained so far) and a very good use of the target (80% versus 40% in conventional solutions) was found, which significantly prolongs "life time" of the targets, giving great savings, especially in the case of targets made of precious materials. Patent claim Device for applying thin layers of metals, dielectrics and semiconductors by cathodic sputtering, constituting a vacuum chamber filled with diluted gas, inside which there is a multi-target rotating magnetron head anode with substrates, characterized in that the multi-target rotating head / 2 / is equipped with magnetron cathodes / 3 / with a ring magnet / 6 / or several coaxial magnets, encased in a semi-open cup core / 7 / made of a soft ferromagnetic material, with the outer diameter / p ^ / mag nesu / 6 / is smaller than the internal diameter / 02 / the core mantle / 7 /, while the internal diameter / fi ~ / of the magnet / 6 / is larger than the external diameter / Aj of the central column of the core / 7 /, and also inside the central column of the core / 7 / there is a hole with a diameter / 0c / greater than the diameter / 0g / »made of a soft ferromagnetic material, a mounting screw / 8 / target on the open side of the core, preferably in one plane with the magnet / 6 /. and 142 541 1 ijl = 3 = i 1 II r P * wxhsA FOR VACUUM PUMP X GAZ Fio.i 4 A fty 3 Printing workshop of the PRL. Mintage 100 copies Price PLN 130 PL