Магнетронная распылительная система

 

Магнитная распылительная система (МРС) относится к области плазменной техники и предназначена для нанесения тонких пленок на поверхность твердых тел, преимущественно листовых материалов. МРС, как и прототип содержит анод, являющийся корпусом системы, катодный узел и кассету для обрабатываемого материала. Катодный узел представляет собой магнитный блок, закрытый плоской распыляемой мишенью с возможностью поджигания тлеющего разряда между катодным узлом и анодом. В предлагаемой системе магнитный блок выполнен в виде магнитопроводного каркаса, пространство между ребрами которого заполнено постоянными магнитами. Такое выполнение магнитного блока дает возможность поджигания тлеющего разряда по меньшей мере с двух симметричных его сторон, каждая из которых закрыта распыляемой плоской мишенью. При этом кассета с обрабатываемыми образцами может быть установлена с каждой (или любой) стороны магнитного блока, где возможно поджигание разряда. Техническим результатом является увеличение производительности системы без увеличения ее весогабаритных характеристик. 2 ил.

Устройство относится к области плазменной техники и предназначено для нанесения тонких пленок из металлов и их соединений на поверхность твердых тел, преимущественно листовых материалов.

Основным узлом установки для нанесения покрытий является магнетронная распылительная система (МРС).

МРС содержит анод и катодный узел, который в свою очередь состоит из магнитной системы и распыляемой мишени. Силовые линии магнитного поля располагаются вдоль поверхности мишени. При подаче постоянного напряжения между катодом (мишенью) и анодом в среде рабочего газа зажигается тлеющий разряд. Магнитное поле локализует плазму непосредственно у мишени. Эмитированные с поверхности мишени электроны под действием электрического и магнитного полей двигаются вдоль ее поверхности по сложным циклическим траекториям, ионизируя атомы газовой среды. Это приводит к росту концентрации ионов в плазме и увеличению скорости распыления мишени.

Известные МРС подразделяются на планарные системы (см. Данилин Б.С., Сырчин В.К. Магнетронные распылительные системы. - М.: Радио и связь, 1982, с. 11) и коаксиальные (там же, с. 45).

Коаксиальные конструкции имеют высокую производительность, но они малопригодны для нанесения пленок на листовые материалы большой площади.

Катодный узел планарной МРС в самом общем случае содержит магнитный блок и водоохлаждаемую мишень, которая представляет собой пластину из распыляемого материала, покрывающую магнитный блок. Над катодным узлом располагается анод, установленный вблизи мишени (см. там же, с. 11 и 5). Для обеспечения равномерности (по толщине) наносимых покрытий размеры катодного узла и мишени выбираются несколько большими, чем размеры обрабатываемых образцов и используется сканирование. Известна, например, конструкция с мишенью длиной 2 м и шириной 20 см (см. там же, с. 57). В ней интенсивно распыляемая часть имеет вид замкнутой вытянутой дорожки, расположенной вдоль мишени. Подложка - листовой материал для нанесения покрытия - закреплена в кассете, расположенной параллельно плоскости мишени. Кассета снабжена устройством перемещения относительно мишени для равномерного нанесения пленки по всей поверхности обрабатываемого образца. В данном случае длина мишени, а следовательно и длина всего катодного узла, определяется шириной обрабатываемого образца.

За прототип выбираем МРС, описанную в книге А.И. Костржицкий, В.Ф. Карпов и др. Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме. - М. : Машиностроение, 1991, с. 18-19. Как и вышеописанные устройства, данная МРС содержит анод, катодный узел, состоящий из магнитного блока и мишени, и кассету для закрепления обрабатываемого материала. Магнитный блок выполнен в виде прямоугольного основания из магнитомягкого материала, являющегося магнитопроводом. Вдоль боковых сторон магнитопровода и по его центру расположены постоянные магниты. Такая магнитная система является открытой с одной стороны. Она помещена в корпус, также открытый с одной стороны, и эта часть корпуса закрыта плоской прямоугольной мишенью. Центральный магнит короче, чем боковые, и на торцах системы образованы зазоры между ним и корпусом. Такой магнитный блок создает поле, характеризующееся наличием силовых линий, параллельных поверхности распыляемой мишени. Между мишенью и анодом, параллельно им, расположена подвижная кассета. Весогабаритные характеристики подобной МРС определяются шириной обрабатываемого листового материала, а производительность - скоростью распыления мишени. Увеличить производительность установки можно, увеличив число подобных МРС, что ухудшает ее весогабаритные характеристики. Таким образом, задачей изобретения является создание МРС, обладающей повышенной производительностью при незначительном увеличении весогабаритных параметров.

Для решения этой задачи предлагается конструкция МРС, которая, как и прототип, содержит анод, катодный узел и кассету для обрабатываемого материала. Катодный узел состоит из открытого с одной стороны магнитного блока, покрытого плоской мишенью, а кассета расположена параллельно поверхности мишени с возможностью перемещения.

В отличие от прототипа, магнитный блок выполнен симметричным, с обеих открытых сторон покрыт мишенями, а кассета для обрабатываемых образцов выполнена в виде пары подвижных элементов, расположенных вдоль поверхности обеих мишеней по обе стороны от катодного узла.

Такая компоновка МРС позволяет, используя одну магнитную систему, распылять одновременно две мишени и, соответственно, производить одновременно напыление покрытий на две подложки, т.е. практически без ухудшения весогабаритных характеристик вдвое увеличить производительность установки.

Предлагаемое устройство изображено на фиг. 1 и 2.

МРС содержит катодный узел и анод 1, которым может быть корпус рабочей камеры установки. На чертежах изображена только часть корпуса рабочей камеры. Катодный узел представляет собой симметричный и открытый с двух сторон магнитный блок, покрываемый в процессе сборки узла с обеих сторон распыляемыми мишенями 2. Симметричный магнитный блок в данной конкретной конструкции образован замкнутым внешним магнитопроводом 3 и центральным магнитопроводом 4, пространство между которыми заполнено постоянными магнитами 5. Такой магнитный блок создает у поверхности мишеней 2 магнитные поля, силовые линии 6 которых расположены вдоль поверхностей обеих мишеней 2. Кассеты 7 с обрабатываемыми образцами (подложками, на которые наносится покрытие) выполнены в виде пары подвижных элементов и размещены вдоль поверхности обеих мишеней по обе стороны от катодного узла. Стрелками показано направление перемещения кассет 7.

Работает устройство следующим образом.

На мишень 2 подается постоянное напряжение относительно заземленного корпуса 1, который в данной установке является анодом. Между мишенями 2 и стенками корпуса с обеих сторон от катодного узла зажигаются тлеющие разряды. Симметричный магнитный блок создает у поверхности мишеней 2 симметричные магнитные поля, силовые линии 7 которых расположены вдоль поверхности. Эти поля локализуют плазму разряда непосредственно у поверхности мишеней 2. Участки, где ее плотность наиболее велика, интенсивно распыляются. Распыленные атомы мишеней 2 будут осаждаться одновременно на две подложки, размещенные в кассетах 6. Для равномерного нанесения пленки кассеты 6 с подложками в процессе напыления непрерывно перемещаются поперек МРС. Это обеспечивает необходимую равномерность толщины наносимых покрытий.

Таким образом, обрабатываются одновременно две поверхности, используется только одна магнетронная система. Это почти вдвое увеличивает эффективность использования установки.

Формула изобретения

Магнетронная распылительная система, содержащая анод, являющийся корпусом рабочей камеры, катодный узел в виде магнитного блока, закрытого плоской распыляемой мишенью, и кассету для обрабатываемых образцов, установленную параллельно поверхности мишени с возможностью перемещения, отличающаяся тем, что магнитный блок выполнен симметричным и с другой стороны также закрыт плоской мишенью, при этом между мишенями и стенками корпуса с обеих сторон катодного узла зажигаются тлеющие разряды, а кассета для обрабатываемых образцов выполнена из двух элементов, расположенных по обе стороны катодного узла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2