UA104556C2 - Трубний пристрій магнетронного розпилення матеріалів - Google Patents
Трубний пристрій магнетронного розпилення матеріалів Download PDFInfo
- Publication number
- UA104556C2 UA104556C2 UAA201303084A UAA201303084A UA104556C2 UA 104556 C2 UA104556 C2 UA 104556C2 UA A201303084 A UAA201303084 A UA A201303084A UA A201303084 A UAA201303084 A UA A201303084A UA 104556 C2 UA104556 C2 UA 104556C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- target
- magnetic
- pipe
- walls
- peripheral
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 13
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 title claims description 9
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 32
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 40
- 241000736204 Ostrya Species 0.000 claims 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 abstract description 16
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 abstract description 10
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- MZFIXCCGFYSQSS-UHFFFAOYSA-N silver titanium Chemical compound [Ti].[Ag] MZFIXCCGFYSQSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Винахід належить до вакуумної техніки - нанесення тонких плівок на поверхню виробів. Пристрій містить мішень з замкненою в ланцюг поверхнею ерозії, розміщеною між оберненими до цієї поверхні протилежними полюсами магнітної системи, що розташовані на верхній поверхні периферійної і центральної стінок магнітопроводу, причому магнітні полюси на довгих периферійних стінках магнітопроводу нахилені до мішені ззовні її, мішень виконана у вигляді однієї труби, центральна стінка магнітопроводу розташована в порожнині цієї труби, і з'єднана з периферійними стінками зовнішнього магнітопроводу магнітним потоком через зазор до нижньої частини магнітопроводу. Технічний результат - підвищення ефективності пристрою, тобто - щонайменше збереження інтенсивності розпилення мішені, збереження рівномірності напилювання при зниженні витрат на виготовлення та експлуатацію пристрою.
Description
Винахід належить до вакуумної техніки - нанесення тонких плівок на поверхню виробів за допомогою устаткування для магнетронного розпилення в розріджених газах, переважно до протяжних магнетронних пристроїв для нанесення тонких покрить на поверхні з великою площею. Винахід може бути використаний підприємствами з гнучкою організацією виробництва, наприклад для нанесення декоративних, теплозберігаючих, фотокаталітичних та захисних покрить на полімерні листові вироби з великою площею, виготовлені невеликими партіями; при розробках та випробуванні нових технологічних процесів.
Відомі протяжні магнетронні розпилювальні пристрої з циліндричними катодами, (11.
Відомий також пристрій, що містить мішень у вигляді циліндричної труби, розташовану в порожнині мішені Ш-подібну магнітну систему з набору магнітів, з охолодженням мішені і магнітів рідиною, що протікає всередині труби в порожнині між магнітами і мішенню, вздовж труби (21.
Вказані пристрої мають недоліки. Поверхня мішені, що розпилюється, (надалі поверхня ерозії) нагрівається до високих температур, розширюється, виникають механічні сили, що деформують мішень, згинають трубу, змінюють відстань від мішені до підкладки, яку напилюють, магнітне поле на поверхні мішені також змінюється, в цілому ці фактори погіршують рівномірність товщини покриття. Ці недоліки суттєві для протяжних пристроїв; механічні зміни форми та видовження труби можна частково компенсувати збільшенням міцності (потовщують стінки труби-мішені, діаметр мішені), або - для зменшення деформуючих сил шляхом поліпшення умов відведення тепла та зменшення температури поверхні мішені - збільшують швидкість обертання труби, додатково рухають магнітну систему. Ці шляхи збереження працездатності пристрою обмежені, оскільки ведуть до непомірного ускладнення, різкого зростання витрат на пристрій. Ці недоліки особливо суттєві при мініатюризації - зменшенні поперечного розміру, діаметру мішені тощо з одночасним збереженням довжини пристрою.
Пристрої з малим поперечним розміром мають нові цінні якості - здешевлене їх виготовлення, експлуатація. Взагалі зменшення витрат на виготовлення пристрою, навіть при зменшенні ресурсу роботи до повного використання мішені, є важливою якістю, оскільки в економічних вакуумних камерах, розрахованих на масове виробництво, дозволяє дешево виготовити невеликі (малосерійні) партії виробів, провадити випробування нових матеріалів і процесів з
Зо мінімальним ризиком невиправданих витрат, - тобто збільшити гнучкість і оперативність виробництва.
Як прототип обрано пристрій магнетронного розпилення матеріалів (ЗІ.
Цей пристрій містить охолоджувану зсередини мішень у вигляді щонайменше двох довгих труб з замкненою в ланцюг поверхнею ерозії, розміщеною між оберненими до цієї поверхні протилежними полюсами Ш-подібної магнітної системи, що розташовані на верхній поверхні периферійної і центральної стінок магнітопроводу, причому магнітні полюси на довгих стінках магнітопроводу нахилені до мішені і силові лінії цих полюсів перетинають зовнішню поверхню мішені під кутом не більше 30 градусів.
Довгі труби можуть бути з'єднані з пристроєм, що забезпечує їх повертання чи обертання їх навколо осі. Пристрій може бути обладнаний тягами для кріплення довгих труб до стінок магнітопроводу. Короткі частини мішені пристрою виконані у вигляді напівторів, внутрішня порожнина і стінки яких по торцям відповідно сполучені с порожниною і стінками довгих труб, або у вигляді призм, бокові поверхні яких примикають до бокової поверхні довгих труб з тепловим контактом. Короткі частини мішені забезпечують замикання в ланцюг поверхні ерозії, а сполучення їх порожнин з порожнинами довгих труб, або тепловий контакт бокової поверхні забезпечує їх охолодження.
Прототип забезпечує підвищення інтенсивності розпилення мішені при збереженні рівномірності напилювання, зниження витрат на виготовлення і використання пристрою.
Комбінація Ш-подібного магнітопроводу протяжного пристрою і мішені, довга частина якої виконана у вигляді труб, дозволяє мати підвищену міцність на згин і скручування пристрою, підвищити питому потужність пристрою і його ефективність в цілому. Однак конструкція пристрою лишається складною. Велика вартість пристрою помітна при виготовленні невеликих партій листових виробів значної площі, при використанні в якості мішені труб з коштовних матеріалів (цирконій, хром, титан), - в усіх випадках, коли потрібно зменшення маси мішені і поперечного розміру (наприклад, для розміщення декількох пристроїв з різними мішенями в одній камері) з одночасним збереженням інтенсивності і рівномірності напилення.
В основу винаходу покладено завдання подальшого вдосконалення протяжного пристрою магнетронного розпилення матеріалів шляхом нового розміщення полюсів периферійних і центральних магнітів відносно поверхні ерозії - при збереженні коефіцієнта використання мішені, рівномірності напилювання на підкладку, зменшенні витрат на виготовлення пристрою, що веде до підвищення ефективності пристрою.
Технічним результатом, що досягається винаходом цієї заявки, є підвищення ефективності пристрою, тобто - збереження інтенсивності розпилення мішені (продуктивності), збереження рівномірності напилювання при зниженні витрат на виготовлення та експлуатацію пристрою - за рахунок застосування нових співвідношень форми мішені і розпилюваної поверхні, нового взаємного розташування магнітних полюсів, магнітопроводу і поверхні мішені.
Вказаний технічний результат отримують за рахунок наступного.
В протяжному пристрої магнетронного розпилення матеріалів, який містить мішень з замкненою в ланцюг поверхнею ерозії, розміщеною між оберненими до цієї поверхні протилежними полюсами магнітної системи, що розташовані на верхній поверхні периферійної і центральної стінок магнітопроводу, причому магнітні полюси на довгих периферійних стінках магнітопроводу нахилені до мішені ззовні її, мішень виконана у вигляді однієї труби, центральна стінка магнітопроводу розташована в порожнині цієї труби, і з'єднана з периферійними стінками зовнішнього магнітопроводу магнітним потоком через зазор до нижньої частини магнітопроводу.
Під зазором розуміється середовище з відносною магнітною проникністю, близькою до 1.
Крім цього, центральна стінка магнітопроводу може бути обладнана пристроєм, що забезпечує її повертання і поступально-зворотній рух відповідно навколо та вздовж довгої осі труби.
Мішень може бути виконана у вигляді прямокутної труби.
Зовнішня частина магнітопроводу виконана у вигляді двотаврової балки.
Периферійні короткі стінки магнітопроводу і полюси на них також можуть бути розташовані в порожнині довгої труби.
Технічний результат досягається таким чином.
Виконання мішені у вигляді однієї довгої труби з розпилюваного матеріалу дозволяє при розташуванні в її порожнині центральної стінки магнітопроводу, одержати замкнену в ланцюг розпилювану поверхню (зону ерозії) безпосередньо на поверхні однієї цієї труби, що спрощує конструкцію і дозволяє зменшити поперечні розміри пристрою при мінімальних економічних витратах. Центральна стінка магнітопроводу розташована в порожнині цієї труби, і з'єднана з
Зо периферійними стінками зовнішнього магнітопроводу магнітним потоком через зазор до нижньої частини магнітопроводу. З'єднання центральної стінки магнітопроводу з периферійними стінками магнітопроводу, що ззовні труби (мішені), магнітним потоком через зазор до нижньої частини магнітопроводу дозволяє зменшити діаметр труби і одночасно забезпечити найменший вигин труби і незмінність відстані всіх точок розпилюваної поверхні мішені до підкладки під час розпилення, оскільки на трубу діє розподілена сила в усіх точках контакту труби з центральною стінкою і магнітопроводом.
Вищевказана сукупність ознак дозволяє змінити головний кут падіння молекул та кластерів розпилюваного матеріалу до підкладки на більш пологий, що подекуди є важливим, оскільки знижує питоме теплове навантаження на підкладку, веде до більш рівномірного розпилення і на більшу площу за рахунок збільшення зіткнень кластерів з молекулами газового середовища (дифузне розсіювання) та напилення на мікронерівності підкладки з різних сторін.
Зміщення верхнього полюса центральної стінки упоперек і вздовж подовжньої осі симетрії пристрою дозволяє найбільш повно використати матеріал мішені за рахунок вирівнювання ерозії поверхні в різних точках мішені і цим підвищити рівномірність напилення і ефективність пристрою. Періодичне повертання мішені також напрямлене на збереження рівномірності нанесення покриття і повне використання матеріалу мішені. Виконати ці умови для однієї труби можна простіше і з меншими витратами, ніж в прототипі, де обертається щонаймени дві труби.
Мішень може бути виконана у вигляді прямокутної, наприклад, квадратної труби. В цьому випадку забезпечується додаткова жорсткість мішені за рахунок більш вдалого поєднання мішені з Ш-подібним магнітопроводом; поверхня ерозії мішені наближена до пласкої при збереженні вищевказаних переваг. В деяких технологічних випадках розпилення пласкої поверхні є більш прийнятним, ніж циліндричної. (Краще розподіл рівномірності плівки по довжині, переваги використання у якості подвійного магнетрона, використання пристрою з контролем процесу по оптичній емісії і т.п.). Квадратна труба може бути використана для роботи не менш як двократно, шляхом повороту відпрацьованої мішені.
Периферійна і нижня стінки магнітопроводу одночасно виконують функції балки і забезпечують жорсткість форми пристрою. Для пристроїв з великим відношенням довжини до ширини, коли механічні напруження, згин, дія ваги мішені суттєві, можливе використання в якості магнітопроводу двотаврової балки.
Можливість здійснення винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображено пристрій, що заявляється, на фіг. 2 варіант виконання стінок магнітопроводу, на фіг. З картина силових ліній магнітного поля пристрою, на фіг. 4 наведений результат розрахунку нормальної та тангенціальної складової індукції на поверхні труби пристрою фігури 3. На фіг. 5 - фіг. 10 наведені інші варіанти форми і розміщення труби і результати розрахунку картини магнітного поля та відповідно складові поля на поверхні мішені.
На фіг. 1 зображені дві проекції пристрою та поперечний переріз запропонованого пристрою в ізометрії. Цифрою 1 і пунктирними лініями позначені силові лінії магнітного поля поблизу мішені 2 - труби, яка одночасно є катодом; усередині труби знаходиться охолоджуюча рідина З (далі о/р). На мішені 2 лініями обмежена верхня поверхня 4, що розпилюється. Мішень 2 нижньою поверхнею притиснута до магнітопроводу 5. Магнітна система пристрою сформована у вигляді Ш-подібного магнітопроводу 5, що складається з периферійних магнітів б та центральних - 7, які відповідно розташовані біля верхнього краю периферійних і центральної стінок магнітопроводу 5, при цьому центральна стінка магнітопроводу знаходиться всередині труби (мішені 2). Периферійні стінки магнітопроводу виконують з магнітом'якого матеріалу (сталі), з можливістю охолодження, наприклад, за рахунок їх контакту з нижньою поверхнею труби (мішені 2), або додатковим трубопроводом з о/р (на кресленні не показаний). Полярність магнітів б ії 7 вказана стрілками на тілі магнітів. Периферійні магніти на довгих стінках магнітопроводу, в залежності від геометричних розмірів периферійних стінок та мішені 2, можуть бути нахилені до мішені, напрям силових ліній цих магнітів над значною частиною мішені (зони ерозії) наближаються до дотичної, силові лінії перетинають поверхню 4 зони ерозії під кутом не більше 30 градусів.
До верхнього краю периферійних стінок магнітопроводу примикають екрани 8, що виконані у вигляді ріжка з того матеріалу, що і мішень, і контактують з магнітопроводом через теплопровідні призми 9. Екрани 8 знаходяться на відстані від магнітопроводу, що обумовлено необхідністю знизити величину індукції поля на поверхні екранів до такого значення, при якому розпилення екрану під час роботи можна так зменшити, щоб час до повного розпилення екранів був не менше, ніж час експлуатації мішені, або щоб розпиленням можна знехтувати, (наприклад, на боковій зовнішній поверхні екранів - до 8-12 м, а безпосередньо над магнітами
Зо в областях простору, де магнітне та електричне поле одночасно мають напрям нормальний до поверхні, матеріал поверхні майже не розпилюється). Висоту периферійних стінок з магнітами бажано вибирати таку, щоб сегмент труби, над яким може виникнути розряд, наближався до половини труби, оскільки подальше його збільшення не веде до поліпшення характеристик пристрою внаслідок неефективного перерозподілу поля в просторі, зменшення загальної індукції на поверхні та збільшення складової індукції, нормальної до поверхні, що в цілому зменшує площу поверхні 4, що розпилюється. Магніти на коротких периферійних стінках магнітопроводу утворюють арку силових ліній індукції на край центральної стінки та підсилюють величину індукції в цьому проміжку, що забезпечує замкнений дрейф електронів та замкнення в ланцюг розпилюваної поверхні. Центральна стінка магнітопроводу з'єднується з магнітопроводом через товщу труби (зазор) магнітною силою притягання (магнітним потоком), утримується в вертикальному положенні, тягами 10, що закріплені по торцям центральної стінки та виведені з пристрою по осі труби 2 через трубки подачі-виводу о/р 11 (засоби виведення цих трубок з вакуумного середовища та тяг не показані). Підсиленого з'єднання - механічного і магнітного - центральної стінки і периферійних можна досягти при використанні додаткового магніту, напрямленого як і верхній магніт центральної стінки і розташованого внизу цієї стінки, або, враховуючи невеликі розміри цієї стінки, виготовленням центральної стінки цілком з магніту.
На фіг. 2 зображений варіант пристрою магнетронного розпилення, в якому нижня частина магнітопроводу 5 виконана з підвищеною формостійкістю, складеною з рухомими магнітом'якими або магнітними вкладишами у вигляді призм вздовж труби 2, а короткі периферійні стінки розміщені в порожнині труби-мішені. При обертанні труби і ерозії її поверхні діаметр труби зменшується. Оскільки не завжди бажано, щоб труба зсувалася до магнітопроводу, можливо наближати до труби магнітопровід із збереженням відстані між магнітами. Вкладиш 12 забезпечує мінімальний магнітний сталий опір між центральною і довгими периферійними стінками магнітопроводу, а вкладиш 13 підтримує, - шляхом зміни відстані (зазору) між ним і нижньою частиною магнітопроводу 5,- незмінну відстань між полюсом центральної стінки і полюсами довгих периферійних стінок. Внаслідок вказаного параметри електричного розряду змінюються мінімально. Елементами регулювання зазору можуть бути штифти або гвинти (на фіг. 2 не показані), що відтискують вкладиші 13 від магнітопроводу 5 бо через отвори 14. При довжині магнітопроводу значно більшій за його ширину, жорсткість пристрою може бути підсилена подовженням периферійних стінок в сторону, протилежну напряму напилення, тобто використанням форми двотаврової балки, як це показано на фіг. 2.
Особливістю пристрою фіг. 2 є розташування периферійних коротких стінок 15 магнітопроводу з магнітом 16, поле якого напрямлене по радіусу труби 2, в порожнині цієї труби. Коротка стінка 15, з'єднана з магнітом 16, виконаним у вигляді напівкільця, утворює диск, через який по осі проходить і з'єднана з ним, тяга 10. Для подачі (виводу) о/р в порожнину труби, стінки 15 мають отвори, як показано на фіг. 2, між вищевказаним диском і трубою 2 є зазор, внаслідок чого труба не заважає диску обертатись, а сама стінка 15 жорстко закріплена немагнітною тягою 10 з центральною стінкою магнітопроводу з магнітами 7, має можливість зворотно-поступального руху вздовж труби 2 і повороту в деяких межах.
На фіг. З наведені дані розрахунку форми силових ліній і на фіг. 4 величини складових магнітного поля, нормальної і тангенціальної до поверхні циліндричної труби, виконані методом кінцевих різниць. Існують комп'ютерні програми, що реалізують цей метод тим чи іншим шляхом (Кобзіто5, ЕЇІсшії, РіехРОЕТа інші), можуть визначити розподіл магнітного поля при заданій геометрії елементів та фізичних якостей (величина і напрям індукції магнітів, магнітна проникність матеріалів, коерцитивна сила і т.п.). Результати розрахунку двомірної моделі для конкретних випадків розмірів запропонованого пристрою підтверджують наявність широкої зони ерозії поверхні і збереження ефективності пристрою при його тривалій роботі.
На фіг. З наведений розрахований варіант конструкції з розташуванням периферійних магнітів під кутом до труби, близьким до 90 градусів. Справа біля магніту всередині труби закріплена тонка призма 17 з магнітом'якого матеріалу. Порівнюючи картину поля цієї частини труби з лівою, можна відмітити, що таке розміщення є засіб додаткового регулювання розподілу поля на поверхні ерозії. Графіки складових поля на фіг.4 пристрою по фіг.3 підтверджують наявність широкої зони ерозії мішені, оскільки є зона графіка, де горизонтальна складова превалює над вертикальною, а краї зони замкнені пасткою для плазми, - вертикальна складова превалює і співпадає по напряму з електричним полем.
На фігурах 5, 7 і 9 наведені варіанти пристрою з прямокутною трубою і у вигляді арки, вигляд ліній магнітного поля; відповідно на фігурах 6, 8, 10 - графіки нормальної і тангенціальної складових поля, що підтверджують наявність широкої зони ерозії мішені цих варіантів.
Зо Пристрій працює таким чином. Магніти 6 і 7 створюють на поверхні 4 мішені 2 магнітне поле, в якому радіальна (тобто перпендикулярна до верхньої поверхні мішені) складова поля мінімальна, а тангенційна до поверхні 4 складова поля превалює. В просторі над мішенню силові лінії магнітного поля мають вигляд арки, в електричному полі переважає складова, радіальна до поверхні мішені. Між анодом (на кресленні не показаний) і мішенню подають напругу 300-600 вольт, внаслідок чого з'являється розряд, що формує прикатодну плазму.
Властивості плазми і процесу розпилення регулюють, змінюючи хімічний склад і тиск газів (0,1- 0,001 Па), електричну потужність розряду, форму напруги в часі. (Яни плазми бомбардують мішень, цим викликають її розпилення і перенесення частинок матеріалу мішені на розташовану поблизу корисну поверхню, наприклад, лист скла або металу. Перенесені частинки утворюють плівку, характеристики якої залежать від температури поверхні, енергії іонів, процесу перезарядки іонів та атомів, характеру збудження молекул, явищ сорбції, хімічної активності газового середовища та таке інше. Підвищують електричну потужність пристрою і цим підвищують швидкість розпилення матеріалу мішені, наприклад, титану або сплаву титан- срібло. За рахунок протікання і заміни в порожнині мішені о/р мішень охолоджується, що дозволяє підвищити швидкість її розпилення без небажаних наслідків (десорбції з мішені розчинених газів, непотрібних хімічних перетворень на поверхні мішені і т.п.). Нижня частина магнітопроводу може бути виконана складеною з рухомим магнітом'яким або магнітним вкладишем, що забезпечує мінімальним магнітний опір між центральною та периферійними стінками магнітопроводу.
Довга труба може бути прикріплена додатково тягами до магнітопроводу, що відповідає мішеням, зображеним на фіг. 1, 5, 7. В цьому випадку мішень повертають нижньою стороною догори після розпилення мішені до допустимої товщини стінки (наприклад, з 4 до 1,5 мм), після чого розпилюють ту сторону, що була внизу. Розпилення мішені виконують від десятків хвилин до кількох годин, вмикаючи і вимикаючи напругу.
Властивості і характеристики цього пристрою обумовлені ознаками його виконання.
Виконання протяжної частини мішені у вигляді однієї труби з розпилюваного матеріалу, яка заповнена о/р, і напрямлена паралельно довгим стінкам магнітопроводу, дозволяє підвищити інтенсивність розпилення мішені при збереженні рівномірності напилювання за рахунок меншого теплового опору між поверхнею мішені і о/р, при більшій формостійкості, ніж мішень бо прототипу. Інтенсивність підвищується в першу чергу внаслідок збільшення поверхні, що може розпилюватися, а також зменшення (при мініатюризації пристрою) товщини мішені і перехідного теплового опору, що дає можливість подати на пристрій більшу електричну потужність.
Виявлено, що перегрів поверхні екранів внаслідок випромінювання плазми та дії частини електричного струму між катодом і анодом - струму на екрани, в будь-якому аналогічному пристрої магнетронного розпилення призводить до спонтанних пробоїв ("іскрінь"), що порушують рівномірність напилення, стримують підвищення потужності пристрою.
Експерименти виявили, що екрани пристрою, що заявляється, локалізують струм розряду на, поверхню мішені, запобігають збільшенню долі потужності розряду на екранах під побічною аркою силових ліній магнітного поля; для цього поверхня екранів віднесена від магнітів на деяку відстань, де діє ослаблене магнітне поле. Побічний розряд полегшує умови виникнення основного розряду над мішенню, але здебільшого його потужність не повинна бути більше кількох (0,5-5) процентів від основного. Виконання екранів у вигляді ріжка чи пластин з розпилювального матеріалу, що з'єднані через теплопровідні немагнітні призми тепловим контактом з магнітопроводом, при цьому бокові поверхні екранів перпендикулярні силовим лініям магнітного поля, також напрямлене на підвищення швидкості розпилення шляхом збільшення електричної потужності пристрою. Розташування поверхні екранів перпендикулярно силовим лініям магнітного поля, що з цих екранів витікають, забезпечує "електронне дзеркало" - електрони розряду не бомбардують цю поверхню, а міняють напрямок руху і повертаються в простір розряду. За рахунок такого розташування зменшується виділення тепла на екрані, підвищується густина плазми, підсилюється розпилювання мішені. Тепловий контакт екранів з магнітопроводом, який охолоджується, забезпечує зниження температури екранів, підвищує питому потужність пристрою. Нове взаємоположення стінок магнітопроводу і магнітів дозволяє ізолювати побічну арку силових ліній, розміщенням в просторі, де ця арка має напруженість (індукцію) поля, достатню для виникнення розряду (побічної зони розпилення), теплопровідних немагнітних призм. Об'єм такого простору менший, ніж в прототипі, тому в технічному рішенні заявки екрани дозволяють забезпечити умови мінімального розпилення їх поверхні при менших габаритах екранів. Застосування теплопровідних немагнітних призм зменшує тепловий опір від екранів до магнітопроводу. Матеріал мішені найчастіше має погану теплопровідність (титан, нержавіюча сталь), або чимало коштує (молібден), - екрани ж можуть бути виготовлені тонкими, а теплопровідні призми (з міді, алюмінію) забезпечать тепловий контакт і додаткове зменшення температури екранів за рахунок меншого магнітного поля і меншого електричного струму на верхній поверхні екранів. Можливе обладнання пристрою тягами зменшує зміну відстані між мішенню і підкладкою при напиленні і сприяє рівномірності покриття.
Застосування запропонованого пристрою забезпечує наступне.
Пристрій може бути використаний як при вертикальному, так і горизонтальному розташуванні довжини мішені.
Збільшується ефективність пристрою не тільки за рахунок можливості підвищення його питомої потужності, в порівнянні з прототипом однакових габаритів, (до 0,45-0,7 Вт на кв.мм мішені), внаслідок сукупної дії нових ознак, що ведуть до зменшення теплового опору мішені, але і зменшення, в деяких випадках, енергії розпилюваних молекул і кластерів, що є наслідком можливості роботи при підвищених тисках робочого газу.
Ефективність пристрою підвищується і в наслідок зменшення витрат на його виготовлення, експлуатацію. Для розпилення можуть бути використані як стандартні труби, так і труби, виготовлені уваркою, пайкою, безпосередньо для пристрою. Такі труби при необхідності можуть бути різної товщини і форми стінок - товщі для розпилюваної поверхні, з виступами над магнітами для захисту від додаткової зони ерозії, з виступами, що покращують роботу пастки плазми. В порівнянні з прототипом, можливість використання запропонованого пристрою, підвищує якість напилюваних шарів, наприклад, плівок металів, інтерметалідів, оксидів.
Джерела інформації: 1. Патент Росії, Мо2242821, МПК 7 НО1)37/317, НО1У37/34, С23С14/35, опубл 20.12.2004г. 2. Патент США Мо 5.571.393, С23Зс 14.34, 05С1 204/298.21, опубл. 05.11.1996 р. 3. Патент України Мо 77061, С23с 14/35, опубл. 16.10. 2006р.
Claims (5)
1. Протяжний пристрій магнетронного розпилення матеріалів, що містить охолоджувану зсередини мішень з замкненою в ланцюг розпилюваною поверхнею, розміщеною між оберненими до цієї поверхні протилежними полюсами Ш-подібної магнітної системи, що розташовані на верхній поверхні периферійної і центральної стінок магнітопроводу, причому бо магнітні полюси на довгих периферійних стінках магнітопроводу нахилені до мішені ззовні її,
який відрізняється тим, що мішень виконана у вигляді однієї труби, центральна стінка магнітопроводу розташована в порожнині цієї труби, вздовж її осі, і з'єднана з периферійними стінками зовнішнього магнітопроводу магнітним потоком через зазор до нижньої частини магнітопроводу.
2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що центральна стінка магнітопроводу обладнана пристроєм, що забезпечує її повертання і поступально-зворотній рух відповідно навколо та вздовж довгої осі труби.
3. Пристрій п. 1, який відрізняється тим, що мішень виконана у вигляді прямокутної труби.
4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що зовнішня частина магнітопроводу виконана у вигляді двотаврової балки.
5. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що периферійні короткі стінки магнітопроводу і полюси на них також розташовані в порожнині довгої труби. шк у А х ж я р ша Ше з рей ше й а тт май і М, Кнвеит ль я вся о ї ши о ацвни ВащН їх ер. й ще ИН М Ше: ВШ: рик я а ве - аа Кей я кт у Бан з ї ГК в пет Ма ух чех МЕЖА Мо У рей Коня Ж Кк х З м : т їх ще евро ши Бе а о ШИША КА ОКК я шх о кі шк х філ о Ку Е ОО АК тт т Є їх яв як су кс ся зай НЕ БІК ї «ОМ Ох і шикас С і. х : Й ра тин й и ше КО, рин ОХ х й М : кож КУ дае Клін В чн ККУ нн -о І х Ї ост ря. й . Я 35 Ши 5
Бк.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAA201303084A UA104556C2 (uk) | 2013-03-13 | 2013-03-13 | Трубний пристрій магнетронного розпилення матеріалів |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAA201303084A UA104556C2 (uk) | 2013-03-13 | 2013-03-13 | Трубний пристрій магнетронного розпилення матеріалів |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA104556C2 true UA104556C2 (uk) | 2014-02-10 |
Family
ID=56266383
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UAA201303084A UA104556C2 (uk) | 2013-03-13 | 2013-03-13 | Трубний пристрій магнетронного розпилення матеріалів |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA104556C2 (uk) |
-
2013
- 2013-03-13 UA UAA201303084A patent/UA104556C2/uk unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3652702B2 (ja) | プラズマ処理用線形アーク放電発生装置 | |
RU2504042C2 (ru) | Способ обработки поверхности, по меньшей мере, одного конструктивного элемента посредством элементарных источников плазмы путем электронного циклотронного резонанса | |
US6576909B2 (en) | Ion generation chamber | |
SE511139C2 (sv) | Plasmabearbetningsapparat med vridbara magneter | |
US20070034501A1 (en) | Cathode-arc source of metal/carbon plasma with filtration | |
TWM592875U (zh) | Pvd濺射沉積腔室中的傾斜磁控管 | |
Xin et al. | Control of vacuum arc source cathode spots contraction motion by changing electromagnetic field | |
JP2013108100A (ja) | マグネトロンスパッタ装置 | |
Rogov et al. | Application of the penning discharge for cleaning mirrors in optical diagnostics of the ITER | |
JP2008053116A (ja) | イオンガン、及び成膜装置 | |
JP2010242219A (ja) | マグネトロンスパッタリングターゲット及びマグネトロンスパッタリング装置 | |
TWI507557B (zh) | 磁控管以及磁控濺射設備 | |
KR20100029958A (ko) | 자석 구조체 및 이를 구비하는 마그네트론 스퍼터링 장치 | |
US6740212B2 (en) | Rectangular magnetron sputtering cathode with high target utilization | |
JP2004162138A (ja) | プラズマ支援スパッタ成膜装置 | |
UA104556C2 (uk) | Трубний пристрій магнетронного розпилення матеріалів | |
US9728382B2 (en) | Evaporation source | |
Hirata et al. | Structure and mechanical properties of aC: H films deposited on a 3D target: comparative study on target scale and aspect ratio | |
JP2012164677A (ja) | イオンガン、及び成膜装置 | |
Bakeev et al. | Focused electron beam transport through a long narrow metal tube at elevated pressures in the forevacuum range | |
KR100963413B1 (ko) | 마그네트론 스퍼터링 장치 | |
Matyash et al. | Kinetic simulation of the stationary HEMP thruster including the near-field plume region | |
US10128091B2 (en) | Filter apparatus for arc ion evaporator used in cathodic arc plasma deposition system | |
CN220224312U (zh) | 一种磁控溅射镀膜装置 | |
JP7263111B2 (ja) | スパッタ成膜装置 |