Магнетронная распылительная система. изучение конструкции и принципа действия

В настоящее время получение высококачественных тонкопленочных слоев металлов, сплавов, диэлектриков и полупроводников является одной из актуальных задач технологии. Несмотря на то, что производство тонких пленок располагает широким и разносторонним выбором методов и технических средств, применение существующих разработок не всегда может в полной мере удовлетворить требованиям.

Одним из путей уменьшения недостатков присущих ионно-лучевым (малая скорость) и магнетронным (сравнительно высокое давление) распылительным системам является создание интегрированной системы распыления, которая объединяет их достоинства и позволяет обеспечить получение тонких плёнок с высокой адгезией, малым уровнем загрязнений и с высокой скоростью осаждения.

Магнетронным распылительным системам присущи определённые недостатки. В первую очередь к ним следует отнести сравнительно высокое рабочее давление в камере, что отрицательно сказывается на уровне загрязнений получаемого покрытия посторонними газовыми включениями.

Метод ионно-лучевого распыления, проводимый при меньшем давлении, чем магнетронное, вносит меньший уровень газовых включений в формируемые плёнки. С точки зрения получения высокоадгезионных покрытий, ионные методы формирования плёнок доказали свое бесспорное преимущество, в результате чего получили развитие применительно к получению защитных, износостойких, оптических покрытий и, в силу своих особенностей являются одними из наиболее предпочтительных. Этот метод, как и магнетронное распыление, позволяет проводить и реактивное ионное распыление. Однако он не обеспечивает высоких скоростей осаждения (примерно на порядок меньше, чем у магнетронных распылительных систем).

Как правило, магнетронные распылительные системы работоспособны в диапазоне давлений от 10-1 до 1 Па и выше. Важнейшими параметрами, во многом определяющими характер разряда в МРС, являются геометрия и величина магнитного поля, от индукции которого у поверхности мишени во многом зависит рабочее давление. В работе было установлено, что интенсивность разряда МРС растет с увеличением напряженности электрического поля и индукции магнитного поля на поверхности мишени.

В результате замагничивания электронов резко увеличивается интенсивность электрон - атомного взаимодействия, и как следствие, возрастает степень ионизации плазмы и плотность ионного тока. Таким образом, эффект наложения магнитного поля эквивалентен увеличению давления газа. Эквивалентное давление определяется по формуле:

= po(wete+1) (3.1)

где po - рабочее давление;

te - время между столкновениями электрона с атомами рабочего газа;

we - циклотронная частота электрона.

Ионизированные атомы под действием электрического поля ускоряются и бомбардируют поверхность мишени.

С уменьшением давления ВАХ сдвигаются в область больших рабочих напряжений. Аналогичное влияние оказывает увеличение магнитной индукции. Поскольку при низком давлении разряд в МРС поддерживается в основном за счет вторичных электронов, эмитируемых с мишени в результате ионной бомбардировки, то на ВАХ большое влияние оказывает материал мишени.

Существует несколько путей формирования разряда низкого давления в магнетронных распылительных системах.

Одним из путей является ограничение области газового разряда магнитным полем. В этом случае предотвращение попадания силовых линий за края мишени может быть осуществлено оптимизацией распределения магнитного поля использованием дополнительного источника магнитного поля в периферийной области разряда. Предотвращение попадания линий магнитного поля за края мишени препятствует уходу электронов из разрядной зоны в плоскости мишени. Подобное ограничение разряда в МРС управляется величиной и конфигурацией силовых линий, формируемого дополнительным источником магнитного поля (Рисунок 4.1). Такие конструкции называются МРС низкого давления несбалансированного типа, где оптимизация распределения B-поля может быть выполнена двумя электромагнитами, постоянными магнитами или комбинацией из электромагнитов и постоянных магнитов. Несбалансированный магнетрон низкого давления может работать при давлениях до 10-2 Па с довольно большими токами разряда в диапазоне от 0.1 А до нескольких ампер для магнетрона с мишенью диаметра 100 мм.

Статья в тему

Параметрический синтез антенны базовой станции по заданным требованиям к диаграмме направленности
Антенной называется радиотехническое устройство, предназначенное для изучения или приема электромагнитных волн. Антенна является одним из важнейших элементов любой радиотехнической системы, связанной с излучением или приемом радиоволн. К таким системам относят: системы радиосвязи, ра ...