PL153335B2

PL153335B2 - Cathode of a magnetron-type sputtering equipment

Info

Publication number: PL153335B2
Application number: PL27899189A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Miernik
Original assignee: Miedzyresortowe Ct Naukowe Eks
Priority date: 1989-04-18
Filing date: 1989-04-18
Publication date: 1991-04-30
Also published as: PL278991A2

Description

RZECZPOSPOLITA POLSKA REPUBLIC POLAND OPIS PATENTOWY PATENTU TYMCZASOWEGO PATENT DESCRIPTION OF THE TEMPORARY PATENT 153335 153335 Patent tymczasowy dodatkowy do patentu nr- Additional temporary patent to patent no. Int. Cl.⁵ C23C 14/35Int. Cl. ⁵ C23C 14/35 0 0 Zgłoszono: 89 ' 04 .18 (P. 278991) Pierwszeństwo Reported: 89 '04.18 (P. 278991) Priority uiium uiium URZĄD OFFICE Zgłoszenie oroszono: 90 01 22 Registration was announced: 90 01 22 e Gf L li e Gf L li PATENTOWY PATENT Opis patentowy opublikowano: 1991 08 30 Patent description published: 1991 08 30 RP RP

Twórca wynalazku: Krzysztof MiernikInventor of the invention: Krzysztof Miernik

Uprawniony z patentu tymczasowego: Międzyresortowe Centrum Naukowe Eksploatacji Maaątku Trwałego, Radom (Polska)Authorized by a temporary patent: Interministerial Scientific Center for the Exploitation of Fixed Assets, Radom (Poland)

KATODA MAGNETRONOWEGO URZĄDZENIA ROZPYLAJĄCEGOCATODE OF A MAGNETRON SPRAY EQUIPMENT

Przedmiotem wynalazku jest katoda magnetronowego urządzenia rozpylającego służącego do otrzymywania warstw, a w szczególności warstw odpornych na zużycie na powierzchni narzędzi skrawających .The subject of the invention is the cathode of a magnetron sputtering device for obtaining layers, in particular wear-resistant layers on the surface of cutting tools.

Z opisu patentowego USA Nr 4 309 226 znana jest konstrukcja katody magnetronowego urządzenia rozpylającego składająca się z tarczy i chłodzonej wodą obudowy, wewwąąrz której umieszczony jest układ magnetyczny. Położenie układu magnetycznego względem powierzchni tarczy zmieniane jest poprzez odpowiedni układ regulacyjny. Jest to konieczne z tego powodu, że w trakcie procesu rozpylania powierzchnia tarczy ulega erozji, co powoduje zmniejszenie jej grubości, przez co wartość pola magnetycznego B nad rozpylanym obszarem ulega stopniowemu zwiększeniu. Zmiany te powodują wystąpienie szeregu zjawisk wpływających niekorzystnie zarówno na przebieg procesu, jak też na parametry prądowo-napięciowe wyładowania elektrycznego oraz warunki procesu technologicznego. Komppnsowanie wzrostu wartości pola magnetycznego poprzez odsuwanie układu magnetycznego od powierzchni tarczy na odległość równą wielkości erozji jej powierzchni zabezpiecza stałość warunków technologicznych, ułatwia sterowanie własnościami osadzanej warstwy, co zapewnia powtarzalność procesu. Ponieważ szybkość erozji tarczy jest z reguły niewielka i wynosi kilka mikrometrów na godzinę, konstrukcja mechanizmu pozycjonującego układ magnetyczny jest skomplikowana i wymaga dużej dokładności wykonania. Zwóększa to koszty urządzenia i powoduje szereg trudności związanych z uszczelnienńem chłodzonej wodą obudowy katody.From US patent No. 4,309,226 a structure of the cathode of a magnetron sputtering device is known, consisting of a target and a water-cooled housing, inside which a magnetic system is placed. The position of the magnetic system in relation to the surface of the disc is changed by an appropriate adjustment system. This is necessary because during the spraying process the surface of the target is eroded, which reduces its thickness, so that the value of the magnetic field B over the sprayed area gradually increases. These changes cause the occurrence of a number of phenomena that adversely affect both the course of the process, as well as the current-voltage parameters of the electrical discharge and the conditions of the technological process. Compensating the increase in the value of the magnetic field by moving the magnetic system away from the surface of the target to a distance equal to the erosion of its surface ensures the stability of technological conditions, facilitates the control of the properties of the deposited layer, which ensures repeatability of the process. As the erosion rate of the disc is usually low, a few micrometers per hour, the structure of the mechanism for positioning the magnetic system is complicated and requires high accuracy. This increases the cost of the device and causes a number of difficulties in sealing the water-cooled cathode housing.

Katoda magnetronowego urządzenia rozpylającego według wynalazku posiada magnetowód, w którego gnieździe usytuowana jest suw-iwie zwora wykonana z maaeriału ferromagnetycznego. Położenie tej zwory w układzie magnetycznym zmieniane jest za pomocą układu regulacyjnego.The cathode of the magnetron sputtering device according to the invention has a magnetic guide, in the seat of which is located a two-way armature made of a ferromagnetic material. The position of this armature in the magnetic system is changed by means of the adjustment system.

153 335153 335

Układ taki zapewnia stałą wielkość pola magnetycznego nad rozpylaną powierzchnią tarczy poprzez wykorzystanie zjawiska zwiększenia oporu magnetycznego magnetowodu będącego częścią układu magnetycznego magnetronu. Opór ten zmienia się poprzez zastosowanie szczeliny powietrznej rozpraszającej strumień magnetyczny płynący przez magnetowćd i zespół magnesów stałych. Poprzez optymalizację kształtu -i wielkości zwory realizującej zmienny opór układu magnetycznego można zapewnić precyzyjnie zmieniane wielkości pola magnetycznego nad powierzchnią tarczy. Jednocześnie- eliminowana jest konieczność kłopotliwego uszczelniania elementów przekazujących ruch na zworę układu magnetycznego.Such a system ensures a constant magnitude of the magnetic field over the sprayed surface of the target by using the phenomenon of increasing the magnetic resistance of the magnetic core being a part of the magnetic system of the magnetron. This resistance is changed by using the air gap to dissipate the magnetic flux flowing through the magneto and the set of permanent magnets. By optimizing the shape and size of the armature realizing the variable resistance of the magnetic system, it is possible to ensure precisely changed magnitude of the magnetic field above the surface of the target. At the same time - the need for troublesome sealing of elements transmitting movement to the armature of the magnetic system is eliminated.

wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku uwidaczniającym przek^i^S^ osiowy katody urządzenia. W anodzie 1 magnetronowego urządzenia rozpylającego zamocowana jest obudowa katody 2. Oo czoła obudowy katody 2 dociśnięta jest rozpylana tarcza 3, nad powierzchnią której wytwarzane jest, za pomocą układu magnetycznego, pole magnetyczne o indukcji 0,1 T. Układ magnetyczny składa się z magnetowodu 4, zespołu magnesów stałych 5 oraz ruchomej zwory 7. Magnetowód 4 oraz zwora 7 wykonane są z materiału ferromagnetycznego. Ruch posuwisto-zwrotny nadaje zworze 7 śruba Θ. Całość urządzenia zamocowana jest w ścianie zbiornika próżniowego 11 stanowiącego komorę reakcji. Anoda 1 oraz obudowa katody 2 odizolowane są od siebie -oraz od obudowy elementami dielektrycznymi 9, zaznaczonymi na rys. przez zakratkowanie. Obudowę anody 1 i katody 2 stanowią elementy dielektryczne 10. iThe invention is illustrated in an exemplary embodiment in a drawing showing the axial section of the cathode of the device. The cathode housing 2 is mounted in the anode 1 of the magnetron sputtering device. The sputtering target 3 is pressed against the front of the cathode housing 2, over the surface of which a magnetic field with an induction of 0.1 T is generated by means of a magnetic system. , a set of permanent magnets 5 and a movable armature 7. The magnet guide 4 and the armature 7 are made of a ferromagnetic material. The reciprocating movement is given by the armature 7 screw Θ. The whole device is mounted in the wall of the vacuum vessel 11 constituting the reaction chamber. Anode 1 and cathode 2 housing are insulated from each other - and from the housing by dielectric elements 9, marked in the figure by grating. The housing of the anode 1 and cathode 2 are dielectric elements 10.i

W czasie procesu rozpylania'tarcza 3 ulega erozji, co powoduje, że jej powierzchnia przechodzi- w obszar silniejszego pola magnetycznego, śruba 8 przesuwa zworę 7, w wyniku czego między powierzchnią czołową zwory 7 a magnetowodem 4 wytwarza się szczelina powietrzna 6.During the sputtering process, the disk 3 erodes, which causes its surface to pass into the area of a stronger magnetic field, the screw 8 moves the armature 7, as a result of which an air gap 6 is created between the armature face 7 and the magnetic conductor 4.

Poprzez zmianę wymiarów geometrycznych szczeliny powietrznej 6, powodowana jest zmiana jej oporu magnetycznego, przez co uzyskuje się żądaną -wielkość pola magnetycznego nad powierzchnią rozpylanej tarczy 3 katody magnetronu.By changing the geometrical dimensions of the air gap 6, a change in its magnetic resistance is caused, thereby obtaining the desired magnitude of the magnetic field above the surface of the sputtering target 3 of the magnetron cathode.

Claims

Patent claim

The cathode of the magnetron sputtering device 'containing a sputtering target and a water-cooled housing, inside which a magnetic core with a permanent magnet system is placed, characterized in that in the magnetron core (4) there is a sliding armature (7) made of a ferromagnetic material, the position of which in the magnetic core ( 4) is changed with the control system (8).

153 335

IIIIIIIIIIIIIi!

FIG.1