RU2068886C1 - Method of preparing and restoring target for magnetron atomization in vacuum - Google Patents
Method of preparing and restoring target for magnetron atomization in vacuum Download PDFInfo
- Publication number
- RU2068886C1 RU2068886C1 SU4944148A RU2068886C1 RU 2068886 C1 RU2068886 C1 RU 2068886C1 SU 4944148 A SU4944148 A SU 4944148A RU 2068886 C1 RU2068886 C1 RU 2068886C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- base
- recess
- consumable
- sprayed
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к созданию экономичных профилей из дефицитных, дорогостоящих материалов повышенной степени чистоты, например из алюминия особой чистоты (АОЧ). The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the creation of economical profiles from scarce, expensive materials of high purity, for example, from high-purity aluminum (AOC).
В последние годы интенсивно развивается и находит все более широкое применение микрорадиоэлектроника. При создании микросхем особую значимость приобретают системы и методы нанесения тонкопленочных покрытий. In recent years, microradioelectronics has been intensively developing and finding wider application. When creating microcircuits, systems and methods for applying thin-film coatings are of particular importance.
В настоящее время считается установленным, что наиболее перспективными в этом направлении являются магнетронные распылительные системы (МРС), а также установки и линии на их основе. В МРС электроны, эммитируемые с мишени под воздействием ионной бомбардировки, захватываются магнитным полем и совершают цилкоидальное движение по замкнутым траекториям вблизи мишени. Высокая плотность ионного тока и большая удельная мощность, рассеиваемая на мишени, резко увеличивает скорость распыления материалов в МРС. Currently, it is considered established that the most promising in this direction are magnetron sputtering systems (MPC), as well as installations and lines based on them. In MPCs, electrons emitted from a target by ion bombardment are captured by a magnetic field and perform a cycloidal motion along closed paths near the target. The high ion current density and high specific power dissipated on the target dramatically increase the rate of sputtering of materials in MRS.
Локализация электронов вблизи мишени предотвращает бомбардировку ими подложек, в результате чего снижается температура и уменьшается радиационные дефекты в создаваемых структурах. Увеличение скорости распыления с одновременным снижением давления рабочего газа позволяет существенно снизить степень загрязнения пленок посторонними газовыми включениями. The localization of electrons near the target prevents them from bombarding the substrates, as a result of which the temperature decreases and radiation defects in the created structures are reduced. An increase in the spraying rate while reducing the pressure of the working gas can significantly reduce the degree of contamination of the films with foreign gas inclusions.
Форма мишени обуславливается маркой распыляемого материала и геометрией магнитной системы. Мишень должна, прежде всего, обеспечивать высокий коэффициент использования ее материала, что особенно важно, поскольку выработка (распыление) мишени неравномерна, а стоимость ее высока, так как мишень изготавливается из материалов особой степени чистоты. Еще одной важной характеристикой процесса распыления является также воспроизводимость химического состава материала мишени на подложке. Степень химической чистоты материала мишени оказывает влияние не только на качество воспроизводимого пленочного покрытия, но и на устойчивость и стабилизацию процесса распыления. The shape of the target is determined by the brand of the sprayed material and the geometry of the magnetic system. The target should, first of all, provide a high coefficient of utilization of its material, which is especially important since the development (sputtering) of the target is uneven, and its cost is high, since the target is made from materials of a high degree of purity. Another important characteristic of the sputtering process is also the reproducibility of the chemical composition of the target material on the substrate. The degree of chemical purity of the target material affects not only the quality of the reproducible film coating, but also the stability and stabilization of the sputtering process.
Известен способ изготовления мишени с плоской рабочей частью, представляющей собой выполненный из АОЧ цельнометаллический диск с аксиально расположенными с обеих сторон его утолщениями в зоне распыления (рабочая часть) и в зоне крепления его в магнетроне (основа-держатель) (см. Минайчев В. Е. Одиноков В. В. Тюфаева П. П. Магнетронные распылительные устройства (магнетроны). Обзоры по электронной технике. Серия "Технология, организация производства и оборудование". 1979, вып. 8). Преимущества этого способа по сравнению с другими известными, заключаются в том, что мишень, выполненная таким способом, обеспечивает высокую технологичность процесса распыления, а также достижение более высокого коэффициента использования распыляемого материала (80 90 объема рабочей части мишени). There is a method of manufacturing a target with a flat working part, which is an all-metal disk made of AOCH with axially located thickenings on both sides in the spray zone (working part) and in the mount zone in the magnetron (holder base) (see V. Minaichev) Odinokov VV Tyufaeva P. P. Magnetron sputtering devices (magnetrons). Reviews on electronic technology. Series "Technology, Organization of Production and Equipment", 1979, issue 8). The advantages of this method compared with other known methods are that the target made in this way provides a high technological process of spraying, as well as achieving a higher utilization rate of the sprayed material (80 90 volume of the working part of the target).
Основной недостаток состоит в том, что этот способ применим для выполнения мишени из однородного дорогостоящего материала алюминия особой чистоты. Т. е. здесь имеет место непроизводительный расход АОЧ: понятно, что лишь распыляемая (рабочая) часть мишени расходуется по назначению - воспроизведению на подложке, а остальная, значительная часть переходит в отходы. Использование мишени прекращается с завершением выработки ее рабочей части. Эту мишень заменяют новой, т. е. полученной с полным циклом трудозатрат на ее изготовление. The main disadvantage is that this method is applicable for the execution of the target from a homogeneous expensive material of high purity aluminum. That is, there is an unproductive AOCH consumption here: it is clear that only the sprayed (working) part of the target is consumed for its intended purpose — reproduction on the substrate, and the rest, a significant part goes to waste. The use of the target ceases with the completion of the development of its working part. This target is replaced with a new one, that is, obtained with a full cycle of labor for its manufacture.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления составной мишени магнетронного источника (авт. св. N 1025754), который принят за прототип. Способ включает выполнение углубления в основе вследствие распыления материала основы в магнетронном источнике и заполнение углубления материалом покрытия путем литья. При этом основа и распыленный материал разнородны по физико-химическим свойствам. The closest in technical essence and the achieved result is a method of manufacturing a composite target magnetron source (ed. St. N 1025754), which is adopted as a prototype. The method includes performing a recess in the base due to atomization of the base material in a magnetron source and filling the recess with casting material. In this case, the base and the sprayed material are heterogeneous in physicochemical properties.
Недостатком известного способа является то, что указанное расширение неприемлемо для мишеней магнетронного источника из металлов особой чистоты, т. к. заполнение углубления в основе литьем, учитывая, что материал основы и компенсатора различен по физико-химической природе, не исключает наличие пузырьков или замкнутых объемов воздуха, не обеспечивает требуемой плотности шва в зоне контакта, а переработка изделий из АОЧ ведется в условиях глубокого вакуума (10-4 10-9 мл Н).The disadvantage of this method is that this extension is unacceptable for targets of a magnetron source of high purity metals, because filling the recess in the base with casting, given that the base material and the compensator is different in physicochemical nature, does not exclude the presence of bubbles or closed volumes air, does not provide the required density of the seam in the contact zone, and the processing of products from AOCH is carried out in high vacuum (10 -4 10 -9 ml N).
Целью изобретения является обеспечение необходимого качества напыления особо чистого алюминия, стабилизации процесса и повышение его технико-экономических показателей за счет экономии дорогостоящего материала. The aim of the invention is to provide the necessary quality of spraying highly pure aluminum, stabilizing the process and increasing its technical and economic indicators due to the saving of expensive material.
Поставленная цель достигается тем, что изготавливают основу из алюминия высокой чистоты, сумма примесей которого не превышает 0,0049 0,145 суммы примесей распыляемого металла, выполняют в основе углубление и заполняют его распыленным металлом алюминием особой чистоты, при этом распыляемый металл в виде прутка эллипсовидного сечения укладывают в углубление, нагревают вместе с основой до температуры 330 450oC и запрессовывают в углубление.This goal is achieved by the fact that a base is made of high-purity aluminum, the amount of impurities of which does not exceed 0.0049 0.145 of the sum of impurities of the sprayed metal, a recess is made in the base and filled with high-purity aluminum sprayed metal, while the sprayed metal is laid in the form of an ellipsoidal rod into the recess, heated together with the base to a temperature of 330,450 o C and pressed into the recess.
Границы допустимой разницы суммы примесей материала основы и распыляемой части определены исходя из экономичности и эксплуатационных свойств мишени. The boundaries of the allowable difference in the amount of impurities of the base material and the sprayed part are determined based on the economy and operational properties of the target.
Изменение в сторону уменьшения разницы суммы примесей материала основы и распыляемой части, составляющей 0,0049 нецелесообразно, т. к. превращает материал основы в алюминий особой чистоты, что ведет к значительному увеличению материальных затрат. A change in the direction of reducing the difference in the amount of impurities of the base material and the sprayed part, which is 0.0049, is impractical, because it turns the base material into high-purity aluminum, which leads to a significant increase in material costs.
В том случае, если эта разница будет превышать 0,145 то при осуществлении процесса сварки давлением основы, имеющей углубление, и кольца, вследствие диффузии в пограничной зоне не будет удовлетворено требование по чистоте к распыляемому материалу АОЧ. In the event that this difference exceeds 0.145, then during the process of pressure welding of the base having a recess and the ring, due to diffusion in the boundary zone, the purity requirement for the sprayed AOCH material will not be satisfied.
Увеличение осевого радиуса кольцевой канавки выше выбранного предела и ниже нижнего предела приводит к снижению показателей эффективности процесса, т. е. к снижению его КПД по использованию полезной поверхности распыления. An increase in the axial radius of the annular groove above the selected limit and below the lower limit leads to a decrease in the process efficiency indicators, i.e., to a decrease in its efficiency in using the useful spray surface.
Для обеспечения технико-экономических условий при изготовлении мишени из всех известных вариантов сочленения наиболее оптимальным является сварка давлением (выпрессовывание). To ensure the technical and economic conditions in the manufacture of the target from all known joint options, the most optimal is pressure welding (pressing out).
Заявляемый способ изготовления мишени позволяет значительно снизить расход дорогостоящего распыляемого материала алюминия особой чистоты. Кроме того, отработанная мишень становится воспроизводимой, так как имеется возможность замены лишь рабочей части мишени, что приводит к снижению трудовых и материальных затрат при изготовлении новых мишеней и их реставрации. The inventive method of manufacturing a target can significantly reduce the consumption of expensive sprayed aluminum material of high purity. In addition, the spent target becomes reproducible, since there is the possibility of replacing only the working part of the target, which leads to lower labor and material costs in the manufacture of new targets and their restoration.
Как показал поиск научно-технической информации и патентной документации, известны конструкции мишени с разнородным материалом распыляемой рабочей части (патент США N 4505798, патент США N 4444635, авт. св. СССР N 620513), целью которых является обеспечение возможности регулирования химсостава, наносимого на подложку покрытия. Эти технические решения иные по свойствам, назначению и достигаемому эффекту в сравнении с предложенным решением. Таким образом, заявляемая совокупность признаков является новой и обеспечивает достижение положительного эффекта, т. е. заявляемое решение соответствует критерию существенные отличия. As shown by the search for scientific and technical information and patent documentation, target designs with heterogeneous material of the sprayed working part are known (US patent N 4505798, US patent N 4444635, aut. St. USSR N 620513), the purpose of which is to provide the ability to control the chemical composition applied to coating substrate. These technical solutions are different in properties, purpose and achieved effect in comparison with the proposed solution. Thus, the claimed combination of features is new and ensures the achievement of a positive effect, that is, the claimed solution meets the criterion of significant differences.
В качестве примера для конкретной реализации разработки применяли составную мишень, представленную на чертеже. Она состоит из базы-держателя (или основы) 1, крепящейся в магнетроне, и распыляемой рабочей части мишени, представляющей собой разъемное кольцо 5 эллипсоидального сечения с апогеем по вертикали, изготовленные соответственно из алюминия высокой чистоты с суммарным содержанием примесей 0,01 и алюминия особой чистоты с суммарным содержанием примесей 0,0005 Следует отметить, что база-держатель имеет выступы в верхней части 2 и 8 нижней части 3, причем в верхнем выступе имеется аксиальная канавка 4. As an example, for a specific development implementation, the composite target shown in the drawing was used. It consists of a holder base (or base) 1, mounted in a magnetron, and a sprayed working part of the target, which is a split ring 5 of an ellipsoidal section with a vertical apogee, respectively made of high-purity aluminum with a total content of impurities of 0.01 and special aluminum purity with a total impurity content of 0.0005 It should be noted that the base holder has protrusions in the upper part 2 and 8 of the lower part 3, and in the upper protrusion there is an axial groove 4.
Разница суммарных примесей материала основы и распыляемой части мишени в этом случае составляет 0,0995
Заявляемая мишень для распыления изготавливалась следующим образом.The difference between the total impurities of the base material and the sprayed part of the target in this case is 0.0995
The inventive target for spraying was made as follows.
Вначале изготавливали основу из АОЧ методом горячей штамповки из круглой заготовки с предварительной ее распрессовкой согласно ТУ 48-5-1/0-85. Геометрические размеры мишени соответствуют указанным в техническом условии: D 188 мм, d2 160 мм, d1 91 мм, d 130 мм, Н 10,5 мм, h 3,0 мм. На верхней выступающей поверхности осуществили кольцевую расточку с размерами: (d4-d5) 23,5 мм, что соответствует зависимости (d4-d5) 1/4 • (1/2 D) и h1 10,1 мм, что соответствует зависимости h1 3/4 • (H + h). Затем из чушковой заготовки алюминия особой чистоты изготавливали рабочую распыляемую часть мишени-кольца 5.Initially, the base was made from AOCH by hot stamping from a round billet with its preliminary extrusion according to TU 48-5-1 / 0-85. The geometrical dimensions of the target correspond to those specified in the technical condition: D 188 mm, d 2 160 mm, d 1 91 mm, d 130 mm, H 10.5 mm, h 3.0 mm. An annular bore was made on the upper protruding surface with dimensions: (d 4 -d 5 ) 23.5 mm, which corresponds to the dependence (d 4 -d 5 ) 1/4 • (1/2 D) and h 1 10.1 mm, which corresponds to the dependence h 1 3/4 • (H + h). Then, from the pig billet of high-purity aluminum, a working sprayed part of the target ring 5 was made.
Изготовленные элементы мишени подвергали травлению (вначале в растворе NaOH, затем в растворе "царской водки" HNO3 HCl 1 3), после чего промывали в горячей дистиллированной воде и обрабатывали спиртом, а затем нагревали до температуры Т 350oC. Нагретую основу помещали в штамп, в кольцевую расточку укладывали кольцо 5 и усилием гидропресса (П-457) Р 200 кгс/см3 запрессовывали кольцо в расточку основы.The prepared target elements were etched (first in a solution of NaOH, then in a solution of aqua regia HNO 3 HCl 1 3), then they were washed in hot distilled water and treated with alcohol, and then heated to a temperature of T 350 o C. The heated base was placed in stamp, ring 5 was placed in the ring bore and the hydraulic press force (P-457) P 200 kgf / cm 3 pressed the ring into the base bore.
Расход металла на изготовление 1 мишени составляет 1,460 кг, а вес компрессованного кольца 0,500 кг, т. е. составляет менее 35 Трудозатраты на изготовление предложенной мишени (включая операции кольцевой расточки, изготовления кольца, запрессовывания кольца в основу мишени) составили 40 от трудозатрат, которые имеют место при изготовлении новой мишени. The metal consumption for the manufacture of 1 target is 1.460 kg, and the weight of the compressed ring is 0.500 kg, that is, less than 35. The labor costs for manufacturing the proposed target (including ring boring operations, ring manufacturing, pressing the rings into the target base) amounted to 40 of the labor costs, which take place in the manufacture of a new target.
Было изготовлено и испытано более 1500 шт. мишеней предложенной конструкции. Испытания проведены в промышленных условиях. Мишень закрепляли в магнетроне, на противоположной стороне устанавливали 10 пластин для напыления. Процесс вели при напряжении 500 В (начало) и 380 370 В (окончание) и токе 10 А. Напряжение снижают по мере выработки распыляемой части мишени. More than 1,500 pieces were manufactured and tested. targets of the proposed design. Tests conducted in an industrial environment. The target was fixed in a magnetron, 10 plates for sputtering were installed on the opposite side. The process was conducted at a voltage of 500 V (start) and 380,370 V (end) and a current of 10 A. The voltage is reduced as the sprayed part of the target is generated.
Толщина напыляемого слоя 1,2 мкм, скорость процесса 10 пластин за 1 ч. The thickness of the sprayed layer is 1.2 μm, the process speed of 10 plates in 1 h
Результаты проведенных исследований показали, что при применении заявляемого способа процесс распыления протекает стабильно и не требует внесения дополнительных корректировок в режим работы МРС в сравнении с использованием известной мишени. "Прожегов", т. е. вовлечения в процесс распыления после выработки распыляемой части нерабочей части мишени не зафиксировано. Качество напыляемой пленки соответствует требованиям ГОСТ и не уступает качеству пленки, получаемой при распылении известной мишени. The results of the studies showed that when applying the proposed method, the spraying process is stable and does not require additional adjustments to the mode of operation of the MPC in comparison with the use of a known target. "Burns", that is, involvement in the spraying process after the development of the sprayed part of the non-working part of the target was not recorded. The quality of the sprayed film meets the requirements of GOST and is not inferior to the quality of the film obtained by spraying a known target.
Использование изобретения позволит обеспечить необходимое качество напыления, стабилизировать процесс и повысить его технико-экономические показатели за счет экономии дорогостоящего материала. The use of the invention will ensure the necessary quality of the deposition, stabilize the process and increase its technical and economic indicators due to the saving of expensive material.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4944148 RU2068886C1 (en) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | Method of preparing and restoring target for magnetron atomization in vacuum |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4944148 RU2068886C1 (en) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | Method of preparing and restoring target for magnetron atomization in vacuum |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2068886C1 true RU2068886C1 (en) | 1996-11-10 |
Family
ID=21578601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4944148 RU2068886C1 (en) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | Method of preparing and restoring target for magnetron atomization in vacuum |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2068886C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2567783C1 (en) * | 2014-04-29 | 2015-11-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" | Method for producing spattering target of magnetron source for coating deposition |
| RU183138U1 (en) * | 2018-03-20 | 2018-09-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Composite target for producing nanocomposites by magnetron sputtering |
-
1991
- 1991-06-10 RU SU4944148 patent/RU2068886C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Минайчев В.Е., Одиноков В.В., Тюраева П.П. Магнетронные распылительные устройства. Обзоры по электронной технике. Серия: Технология, организация производства и оборудование.- 1979, вып.8, с.56. Авторское свидетельство СССР № 1025754, кл. С 23 С 14/35, 1979. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2567783C1 (en) * | 2014-04-29 | 2015-11-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" | Method for producing spattering target of magnetron source for coating deposition |
| RU183138U1 (en) * | 2018-03-20 | 2018-09-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Composite target for producing nanocomposites by magnetron sputtering |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100390922C (en) | Evaluation of chamber components having textured coatings | |
| US5593082A (en) | Methods of bonding targets to backing plate members using solder pastes and target/backing plate assemblies bonded thereby | |
| US6419806B1 (en) | Insert target assembly and method of making same | |
| US10125419B2 (en) | Lithium sputter targets | |
| US5653856A (en) | Methods of bonding targets to backing plate members using gallium based solder pastes and target/backing plate assemblies bonded thereby | |
| CN102286717B (en) | Cylindrical large-area film coating target prepared through plasma spray coating and method | |
| US6537429B2 (en) | Diamond coatings on reactor wall and method of manufacturing thereof | |
| US7323230B2 (en) | Coating for aluminum component | |
| CN1880000B (en) | Sputtering target, sputtering target assembly and method for welding sputtering target material brand | |
| TWI247330B (en) | Fullerene coated component of semiconductor processing equipment and method of manufacturing thereof | |
| US5932078A (en) | Cathodic arc vapor deposition apparatus | |
| US4834860A (en) | Magnetron sputtering targets | |
| WO2002053799A1 (en) | Boron nitride/yttria composite components of semiconductor processing equipment and method of manufacturing thereof | |
| US20060032735A1 (en) | Rejuvenation of refractory metal products | |
| EP0538363B1 (en) | Device for magnetron sputtering having slotted cylindrical hollow cathode | |
| JPS5844742B2 (en) | sputtering equipment | |
| RU2068886C1 (en) | Method of preparing and restoring target for magnetron atomization in vacuum | |
| JPH02101740A (en) | Plasma etching device | |
| KR101797136B1 (en) | Coating method for resistance welding electrodes | |
| CN108274009B (en) | Cr target material repairing method | |
| CN116641014A (en) | Preparation process of fluorine-containing corrosion-resistant coating | |
| EP1081248A2 (en) | ARC type evaporation source | |
| DE19958424C2 (en) | Atomization target for thin coating of large-area substrates and process for its production | |
| CN106449890A (en) | Preparation method for solar photovoltaic welding strip | |
| CN109175666B (en) | Welding process of direct-cooling cathode lining with magnet ring |