Магнетронные распылительные системы - реферат

2 Принцип деяния и рабочие характеристики МРС

Магнетронные распылительные системы получили свое заглавие от СВЧ устройств М-типа (магнетронных устройств), хотя, не считая наличия скрещенных электронного и магнитного полей ничего общего с ними не имеют. Магнетронные системы относятся к системам распыления диодного типа, в каких распыление материала происходит за счет бомбардировки поверхности мишени ионами Магнетронные распылительные системы - реферат рабочего газа, образующимся в газе аномально тлеющего разряда. Высочайшая скорость распыления, соответствующая для этих систем, достигается повышением плотности ионного тока за счет локализации плазмы у распыляемой поверхности мишени при помощи сильного поперечного магнитного поля [1, 3].

Принцип деяния магнетронной распылительной системы показан на рисунке 1.1. Основными элементами устройства являются Магнетронные распылительные системы - реферат катод-мишень, анод и магнитная система. Силовые полосы магнитного поля замыкаются меж полюсами магнитной системы. Поверхность мишени, расположенная меж местами входа и выхода силовых линий магнитного поля, активно распыляется и имеет вид замкнутой дорожки, геометрия которой определяется формой полюсов магнитной системы.

При подаче неизменного напряжения меж мишенью (отрицательный потенциал) и Магнетронные распылительные системы - реферат анодом (положительный либо отрицательный потенциал) появляется неоднородное электронное поле и возбуждает аномальный тлеющий разряд. Наличие замкнутого магнитного поля у распыляемой поверхности мишени позволяет локализовать плазму разряда конкретно у мишени. Эмитированные с катода под действием ионной бомбардировки электроны захватываются магнитным полем, им сообщается сложное циклоидальное движение по замкнутым траекториям у Магнетронные распылительные системы - реферат поверхности мишени. Электроны оказываются вроде бы в ловушке, создаваемой с одной стороны магнитным полем, возвращаемым электроны на катод, а с другой стороны – поверхностью мишени, отталкивающей электроны. Электроны циклируют в этой ловушке до того времени, пока не произойдет несколько ионизирующих стол-

Набросок 2.1 – Схема магнетронной распылительной системы с плоской мишенью Магнетронные распылительные системы - реферат: 1 – магнитная система; 2 – катод-мишень; 3 – силовая линия магнитного поля; 4 – зона большей эрозии поверхности катода; 5 – траектория перемещения электрона


кновений с атомами рабочего газа, в итоге которых электрон растеряет полученную от электронного поля энергию. Таким макаром, большая часть энергии электрона, до того как он попадет на анод, употребляется на ионизацию и возбуждение Магнетронные распылительные системы - реферат, что существенно наращивает эффективность процесса ионизации и приводит к возрастанию концентрации положительных ионов у поверхности катода. Что в свою очередь обусловливает повышение интенсивности ионной бомбардировки поверхности мишени и значимый рост скорости распыления, а как следует, и скорости осаждения пленки. Средние скорости осаждения разных материалов при помощи магнетронной распылительной системы, имеющей плоскую дисковую Магнетронные распылительные системы - реферат мишень поперечником 150 мм, при мощности источника 4 кВт и расположении подложки на расстоянии 60 мм от источника приведены в таблице 2.1.


Таблица 2.1 – Скорости осаждения разных материалов [3]

Материал Si Ti Ta W Nb Mo Al Cr Pt Cu Au Ag
Ск.осажд., нм/с 7 8 8 8 8,5 12 13 17 21 30 37 44

Необходимо подчеркнуть, что плазма разряда существует исключительно в области магнитной ловушки в конкретной близости от мишени и ее форма Магнетронные распылительные системы - реферат определяется геометрией и величиной магнитного поля.

Одним из преимуществ магнетронных распылительных систем является также то событие, что захват вторичных электронов магнитной ловушкой у поверхности мишени препятствует насыщенному перегреву подложки. Что в свою очередь позволяет прирастить скорость распыления материалов, а как следует, и их осаждения. Источниками нагрева подложки в этих Магнетронные распылительные системы - реферат системах служат энергия конденсации распыленных атомов, кинетическая энергия осаждаемых атомов, энергия отраженных от мишени нейтрализованных ионов, также излучение плазмы. Энергия конденсации составляет 3 – 9 эВ/атом, кинетическая энергия зависимо от распыляемого материала – от 5 (для алюминия) до 20 эВ/атом (для вольфрама), а излучение плазмы 2 – 10 эВ/атом. Суммарная термическая энергия, рассеиваемая на подложке, и температура Магнетронные распылительные системы - реферат подложки для разных материалов, осаждаемых в цилиндрической МРС, приведены в таблице 2.2.


Таблица 2.2 – Значения термический энергии и температуры подложки для разных материалов [2]

Материал Al Cu Ta Cr Au Mo W

Термическая энергия,

эВ/атом

13 17 20 20 23 47 73

Темп. подл., С

79 110 97 118 106 163 202

В почти всех случаях нагрев подложки в магнетронных системах сравним, а при испарении тугоплавких материалов даже ниже, чем при способе теплового испарения. Это дает Магнетронные распылительные системы - реферат возможность использовать магнетронные распылительные системы для нанесения пленок на подложки из материала с низкой термостойкостью.

Главные рабочие свойства магнетронных распылительных систем – напряжение на электродах, ток разряда, плотность тока на мишени и удельная мощность, величина индукции магнитного поля и рабочее давление. От величины и стабильности перечисленных характеристик, которые взаимно Магнетронные распылительные системы - реферат связаны меж собой, зависят стабильность разряда и воспроизводимость процесса нанесения тонких пленок. Магнетронные системы относятся к низковольтным системам распыления. Напряжение питания не превосходит 1000 В неизменного тока. Рабочее напряжение составляет 200 – 700 В, на мишень обычно подается отрицательный потенциал, а на анод – нулевой потенциал. Но в магнетронных системах с плоским катодом Магнетронные распылительные системы - реферат для более полного улавливания вторичных электронов рекомендуется на анод подавать маленькое положительное смещение (40 – 50 В) [4]. В неких системах предусматривается подача отрицательного смещения на подложку (100 В) для реализации распыления со смещением [16].

Ток разряда находится в зависимости от многих причин, к примеру от рабочего напряжения, давления и рабочего газа, индукции магнитного Магнетронные распылительные системы - реферат поля, конфигурации магнетронной системы, распыляемого материала, и определяется мощностью источника питания. Плотность тока на мишень очень велика и для системы с полым цилиндрическим катодом составляет в среднем 80 мА/см2, с коническим катодом – 160 мА/см2, а с плоским катодом – 200 мА/см2, при этом наибольшие плотности тока в центральной части распыления могут быть Магнетронные распылительные системы - реферат существенно выше. Значения удельной мощности в магнетронных системах с полым цилиндрическим катодом добиваются 40 Вт/см2, а с плоским катодом – 100 Вт/см2. Предельная допустимая мощность определяется критериями остывания мишени теплопроводимостью распыляемого материала .

Магнетронная распылительная система может работать в спектре давлений от 10-2 до 1 Па и выше. Важными параметрами, почти во всем определяющими Магнетронные распылительные системы - реферат нрав разряда в ней, являются геометрия и величина магнитного поля, индукция которого у поверхности мишени 0,03 – 0,1 Тл.

Одной из главных черт разряда является Вольтамперная черта (ВАХ). Существенное воздействие на нее оказывают рабочее давление (p) и индукция магнитного поля (B) [3, 6, 10].

Набросок 2.2 – Вольтамперные свойства магнетронных систем распыления: а) с Магнетронные распылительные системы - реферат дюралевой мишенью размером 4060 см при неизменном магнитном поле 0,03 Тл и различном давлении аргона; б) с дюралевой мишенью поперечником 160 мм при неизменном давлении аргона 0,3 Па и различной индукции магнитного поля[3]


С уменьшением p ВАХ сдвигаются в область огромных рабочих давлений и приближаются к линейной зависимости (смотри набросок 2.2а). Аналогичным образом Магнетронные распылительные системы - реферат оказывает влияние и индукция магнитного поля (смотри набросок 2.2б). Близкие к линейной зависимости наблюдаются при огромных значениях В. На ВАХ разряда оказывают влияние также материал мишени (смотри набросок 2.3а) и ее форма, которая меняется по мере распыления материала. Образование выемки в плоской мишени приводит к сдвигу ВАХ в область Магнетронные распылительные системы - реферат наименьших рабочих напряжений из-за улучшения критерий локализации плазмы, при этом этот сдвиг вырастает с повышением p (смотри набросок 2.3б). В данном случае определяющим является не только лишь геометрический фактор, да и переход зоны разряда в область более сильного магнитного поля по мере распыления мишени.

Набросок 2.3 – Вольтамперные свойства магнетронной системы распыления: а Магнетронные распылительные системы - реферат) с плоской мишенью из разных металлов при неизменном давлении 0,5 Па и индукции магнитного поля 0,08 Тл; б) с конической новейшей (сплошные полосы) и эродированной (штриховые полосы) мишенями при индукции магнитного поля 0,06 Тл и различном давлении

Набросок 2.4 – Зависимости скорости осаждения разных материалов от мощности разряда (а) и мощности разряда от Магнетронные распылительные системы - реферат рабочего давления при различной индукции магнитного поля (б)


Принципиальным параметром разряда, определяющим скорость распыления, является электронная мощность, при этом скорость осаждения пленки практически линейно находится в зависимости от приложенной мощности. (смотри набросок 2.4а) [3]. В свою очередь мощность разряда при неизменной мощности источника находится в зависимости от p и В. В довольно Магнетронные распылительные системы - реферат слабеньких магнитных полях существует такое значение p, при котором на разряде выделяется наибольшая мощность (смотри набросок 2.4б). С ростом В ( до 0.04 Тл) при низких значениях p мощность разряда поначалу резко растет, потом замедляется и при В=0,080,1 Тл становится наибольшей. При довольно высочайшем p наибольшая мощность достигается уже Магнетронные распылительные системы - реферат при В=0, 040,06 Тл (смотри набросок 2.5а).

Набросок 2.5 – Зависимости мощности разряда от индукции магнитного поля при различном давлении аргона (а); и напряжения зажигания от давления при неизменной индукции магнитного поля 0,06 Тл (кривая 1) и индукции магнитного поля при неизменном давлении (кривая 2) (б)


Напряжение зажигания в магнетронной системе существенно ниже, чем в обыденных диодных Магнетронные распылительные системы - реферат системах. Это разъясняется тем, что еще до наложения электронного поля электроны, всегда присутствующие в рабочей камере и обеспечивающие 1-ые акты ионизации в развитии лавинного пробоя газового промежутка , захватываются магнитной ловушкой, вследствие чего их концентрация в этой области оказывается выше, чем в объеме камеры, что и содействует появлению разряда при Магнетронные распылительные системы - реферат более низких напряжениях. Исследования [3, 6, 12] проявили, что зависимости напряжения зажигания от давления рабочего газа и индукций магнитного поля подобны (смотри набросок 2.5б). Сходство приведенных зависимостей показывает на тот факт, что магнитное поле и рабочее давление оказывают однообразное воздействие на появление и развитие разряда в МРС. Как видно из приведенных Магнетронные распылительные системы - реферат выше зависимостей, эффективность работы магнетронной распылительной системы находится в зависимости от правильного выбора рабочих характеристик, а стабильность этих характеристик определяет всепостоянство скорости осаждения пленки и воспроизводимость параметров получаемых пленок. Нужная скорость осаждения пленки в магнетронной системе с достаточной точностью можно поддерживаться за счет всепостоянства таких характеристик процесса, как ток Магнетронные распылительные системы - реферат разряда либо подводимая мощность. Эти функции может делать источник питания, по этому управление конечной шириной пленки достигается, если задается время осаждения. Но можно управлять ростом пленки при помощи прямых способов контроля, к примеру при помощи кварцевого датчика, так как плазма в магнетронной системе локализована и не повлияет на датчик. [1]. Как Магнетронные распылительные системы - реферат указывает практика, для обеспечения воспроизводимости и стабильности процесса напыления пленки ток разряда нужно поддерживать с точностью 2%, а при стабилизации процесса по мощности разряда точность ее поддержания составляет 20 Вт в спектре регулирования от 0 до 10 кВт. При всем этом рабочее давление должно быть неизменным (отклонение не должно превосходить 5%).


3 Конструкции магнетронных Магнетронные распылительные системы - реферат распылительных систем


Конструкции современных магнетронных распылительных систем очень многообразны. Прототипом их является устройство, изображенное на рисунке 3.1 а и описанное в [3]. Катод представляет собой цилиндрический стержень, расположенный в центре камеры, а подложки размещаются по цилиндрической поверхности анода вокруг катода. Коаксиальные конструкции электродов, имея в главном подобные с планарными конструкциями рабочие свойства, позволяют Магнетронные распылительные системы - реферат существенно прирастить (в 3 – 5 раз) производительность за счет роста площади сразу обрабатываемых подложек. Не считая того, в этих системах на порядок меньше интенсивность бомбардировки подложек вторичными электронами., что достигается наличием аксиального магнитного поля и заземленных экранов по торцам цилиндрического катода. Еще больше понижает бомбардировку подложек вторичными электронами Магнетронные распылительные системы - реферат наличие меж катодом и держателем подложек цилиндрического сетчатого анода. При долговременной работе температура подложек в таковой системе не превосходит 320 К. Но в то же время из-за сетчатого анода (улавливающего электрода) миниатюризируется скорость осаждения пленки.

Усовершенствование коаксиальных систем в целях ускорения осаждения привело к созданию катода в виде катода с Магнетронные распылительные системы - реферат дисками по торцам (смотри набросок 3.1, б). Такая конструкция позволяет существенно прирастить интенсивность разряда благодаря осцилляции электронов повдоль поверхности катода меж его торцевыми дисками, достигнуть плотностей тока 300 А/м2 и скоростей осаждения до 17 нм/с. Но значимым недочетом этой системы является низкая равномерность рассредотачивания пленки по толщине, связанная с неравномерным распылением мишени Магнетронные распылительные системы - реферат: более сильным в центральной части и слабеньким у торцевых дисков, что обусловливается неравномерным рассредотачиванием плотности ионного тока повдоль поверхности мишени. Исследования черт таковой системы и их зависимости от геометрии катода приведены в [3].

Более действенными магнетронными системами коаксиального типа являются конструкции, приведенные на рисунке 3.1 в, г. Катод из распыляемого материала Магнетронные распылительные системы - реферат производится в виде трубы (при всем этом распыляется наружняя поверхность катода, смотри набросок 3.1 в), или вокруг нее (распылению подвергается внутренняя поверхность катода, смотри набросок 3.1 г). Плазма локализуется у распыляемой поверхности при помощи кольцевого арочного магнитного поля.

Набросок 3.1 – Конструктивные схемы магнетронных систем распыления:

1– катод-мишень; 2 – анод; 3 – подложкодержатель; 4 – магнитная система; 5 – экран Магнетронные распылительные системы - реферат; 6 – зона распыления. (Стрелками показано напраление силовых линий магнитного поля.)


Подложки размещаются вокруг катода (при наружном распылении) либо снутри повдоль его оси (при внутреннем распылении), при этом в последнем случае достигается более высочайший коэффициент использования материала мишени. Для приведенных систем свойственны плотности тока 600 А/см2 и довольно Магнетронные распылительные системы - реферат высочайшая равномерность наносимых покрытий [1, 3].

На рисунке 3.1 д показана магнетронная система, состоящая из полусферического вогнутого катода, дискового подложкодержателя под ним, кольцевого анода, также 2-ух электрических катушек, создающих квадрупольное магнитное поле в области разряда. При зажигании разряда перед катодом появляется кольцеобразная область, в какой магнитное и электронное поля пересекаются под прямым углом. В этой Магнетронные распылительные системы - реферат области более высочайшая степень ионизации атомов рабочего газа, вследствие чего катод на кольцевом участке меж экватором и полюсом активно распыляется. Таким макаром, описанная МРС имитирует кольцевой источник распыляемого материала. При использовании медного катода характеристики разряда критичны к колебаниям давления, величине и геометрии магнитного поля и изменяются и изменяются при Магнетронные распылительные системы - реферат увеличении температуры катода во время распыления [3]. Потому, не глядя на неплохую адгезию медных пленок к стеклянным подложкам, огромную скорость осаждения (до 17 нм/с) и достаточно высшую равномерность рассредотачивания пленки по толщине (96 – 97 %), применение этой МРС ограничено из-за низкой стабильности и воспроизводимости характеристик разряда, также трудности выполнения полусферического Магнетронные распылительные системы - реферат катода.

На рисунке 3.1, е приведена конструкция с цилиндрическим полым катодом [3]. Магнетронная система распыления выполнена в виде автономного источника распыляемого материала, который может быть пристыкован к хоть какой вакуумной камере, при этом в вакууме находятся только катодный и анодный блоки, а вся остальная часть источника, в том числе и магнитная система Магнетронные распылительные системы - реферат, размещается вне камеры. Исследования проявили, что данная конструкция системы имеет ряд недочетов: значимая часть распыляемого материала перераспределяется снутри источника и не попадает на подложки; высочайшая неравномерность рассредотачивания конденстанта по толщине не позволяет осаждать пленки на огромные площади без использования планетарных устройств вращения подложек; недостаточна эффективна магнитная система Магнетронные распылительные системы - реферат, которая не обеспечивает полностью защиту подложек от бомбардировки заряженными частичками.

Магнетронная система с коническим катодом обеспечивает более полное внедрение распыляемого материала (смотри набросок 3.1, ж ). Не считая того, магнитная система дает возможность сконцентрировать магнитное поле у распыляемой поверхности мишени, что позволяет в два раза прирастить плотность тока на катоде и добиться Магнетронные распылительные системы - реферат более больших скоростей осаждения. Но размещение магнитной системы снутри вакуумной камеры заносит дополнительные загрязнения в рабочий объем установки. Хотя в системе с коническим катодом достигается более равномерное нанесение пленок, для роста площади сразу обрабатываемых подложек с высочайшей равномерностью рассредотачивания конденсата по толщине также нужно использовать планетарные внутрикамерные устройства.

Предстоящее развитие магнетронных Магнетронные распылительные системы - реферат распылителей привело к созданию планетарных систем (сотри набросок 3.1, з), в каких эффект экранирования потока распыленных атомов на сто процентов устранен. Магнитная система устанавливается в водоохлаждаемом держателе и не заносит загрязнений в рабочую камеру. Планетарные магнетронные системы позволяют сделать еще больше высочайшие плотности тока и достигнуть скоростей осаждения, сравнимых со Магнетронные распылительные системы - реферат скоростями, соответствующих для способа теплового испарения в высочайшем вакууме. В то же время недочетом таковой системы будет то, что распылению подвергается узенькая кольцеобразная область мишени и коэффициент использования составляет 26% объема мишени.

В текущее время понятно огромное количество конструктивных вариантов магнетронных распылительных систем [1, 2, 3], но наибольшее распространение в индустрии получили системы Магнетронные распылительные системы - реферат с мишенями конической и плоской форм. Конструкции магнетронных систем должны обеспечивать высшую скорость распыления, малое отрицательное воздействие на обрабатываемые структуры, высочайший коэффициент использования материала мишени, возможность распыления различных материалов, нанесение пленочных покрытий на огромные площади с малой неравномерностью по толщине, высшую надежность работы, большой срок службы и другие. Большая Магнетронные распылительные системы - реферат часть из этих требований удовлетворяется правильным выбором конструкции магнетронной и формы мишени.

Магнитная система, являющаяся одним из конструктивных частей магнетронной системы, должна сформировывать у поверхности мишени поле данной конфигурации и величины с наименьшим рассеянием для сотворения действенной магнитной ловушки для электронов. Исследования по макетированию магнитных полей позволили выявить Магнетронные распылительные системы - реферат более целесообразные варианты конструкции магнитной системы исходя из убеждений простоты и способности получения магнитного поля требуемой геометрии и величины.

Магнитная система, изображенная на рисунке 3.2, а, является довольно обычной и обеспечивает эффективную локализацию плазмы. В этой конструкции можно использовать наборные магнитные блоки, перекрывая их сверху общим полюсным наконечником. Более отлично сконцентрировать Магнетронные распылительные системы - реферат поле в рабочем зазоре с наименьшими потерями позволяет магнитная система, приведенная на рисунке 3.2, б. Но она представляет собой магнит специфичной формы и просит специального производства. Аналогичный эффект достигается при использовании магнитов подковообразной формы (набросок 3.2, в). Магнитную систему можно сделать более малогабаритной, если использовать кольцевые магниты с круговым намагничиванием (набросок Магнетронные распылительные системы - реферат 3.2, г), но изготовка таких магнитов довольно трудно. Не считая того, приведенная конструкция характеризуется значимым рассеянием магнитного поля снизу катодного блока. Форму магнитного поля можно изменять, используя полюсные наконечники определенной геометрии. Для сотворения в прикатодной области сильного магнитного поля, силовые полосы которого практически параллельны распыляемой поверхности (что нужно для более Магнетронные распылительные системы - реферат равномерного распыления поверхности мишени), можно использовать магнитную систему, показанную на рисунке 3.2, д. Но в таковой конструкции при очень развитых наконечниках индукция магнитного поля резко миниатюризируется с повышением расстояния от мишени, потому действенное

Набросок 3.2 – Конструкции магнитных систем магнетронных распылителей


распыление достигается только для довольно тонких мишеней. В случае толстых мишеней не следует Магнетронные распылительные системы - реферат очень наращивать площадь полюсных наконечников. Наибольшая степень локализации плазмы охарактеризовывает магнитную систему, изображенную на рисунке 3.2, е. Невзирая на некую сложность производства, она является одной из самых действенных. Для магнетронных распылительных систем с конической мишенью обычно употребляется магнитная система, приведенная на рисунке 3.2, ж. Она хотя и недостаточно Магнетронные распылительные системы - реферат эффективна, так как поле рассеивается по периметру системы, но ординарна в изготовлении. На рисунке 3.2, з показана подобная система с внедрением круговых магнитов. Большая эффективность достигается в системе, в какой рассеяние поля отсутствует (смотри набросок 3.2, и), но она просит производства магнита специальной формы.

Форма мишени обусловливается видом распыляемого материала и геометрией Магнетронные распылительные системы - реферат магнитной системы. Мишень должна обеспечивать высочайший коэффициент использования ее материала (что в особенности принципиально, так как распыление мишени не умеренно, цена мишени высока), неплохой электронный и термический контакты с водоохлаждаемым держателем, удобство подмены, малое экранирование магнитного поля. На рисунке 3.3 показаны некие конструктивные варианты конических мишеней. Рядовая коническая мишень Магнетронные распылительные системы - реферат (смотри набросок 3.3, а) ординарна в изготовлении, ее форма комфортна для нанесения на нее слоя шириной до 2,5 мм при исследовании процесса распыления дорогостоящих материалов, она умеренно прогревается, что исключает расплавление поверхности при распылении легкоплавких материалов. Но рабочее давление при таковой мишени довольно высочайшее (1 Па), а главное, по мере ее распыления очень изменяются

Набросок Магнетронные распылительные системы - реферат 3.3 – Формы конических мишеней (а - г) и плоских мишеней (д - з)


электронные свойства разряда, что не обеспечивает воспроизводимости характеристик процесса осаждения пленки. При использовании мишени, показанной на рисунке 3.3, б, эти недочеты устраняются. Но, образующаяся по мере распыления глубочайшая и довольно узенькая выемка, уменьшает срок службы мишени и коэффициент полезного Магнетронные распылительные системы - реферат использования распыляемого материала. Мишень на рисунке 3.3, в более применима для промышленного внедрения и обеспечивает наибольшее внедрение распыляемого материала, при этом за весь срок службы мишени свойства процесса остаются постоянными, что позволяет его стопроцентно заавтоматизировать. Правда, эта мишень сложна в изготовлении. На рисунке 3.3, г показана мишень для распыления Магнетронные распылительные системы - реферат магнитных материалов. Боковая стена мишени узкая (до 1,5 мм), и магнитное поле просачивается через нее, окружая нижнюю распыляемую часть мишени, толщина которой во избежание экранирования не должна превосходить 5 мм. Такую мишень можно сделать составной из тонкостенного кольца и диска. Рабочее давление 0,5 Па, напряжение 500 В, ток 8 А.

Необходимо подчеркнуть, что конические мишени Магнетронные распылительные системы - реферат не требуют специального крепления, так как они самоуплотняются в водоохлаждаемом держателе вследствие их расширения при нагревании, обеспечивая в предстоящем надежный термический и электронный контакты, что в особенности принципиально при распылении легкоплавких материалов. При разработке магнетронных систем с плоскими мишенями более остро встает неувязка их остывания. Значимые плотности тока на распыляемой Магнетронные распылительные системы - реферат поверхности приводят к неравномерному разогреву мишени, что приводит к ее короблению, а в местах отвратительного контакта с держателем – к ее расплавлению. При всем этом обычный способ крепления винтами не эффективен. Больший эффект дает приклеивание мишени к держателю при помощи особых поводящих клеев, но наличие локальных областей перегрева при недостающем охлаждении Магнетронные распылительные системы - реферат может вызвать сильное газовыделение и разрушение клеевого слоя. Надежным и действенным методом крепления мишеней является пайка при помощи припоев на базе олова, индия либо их сплавов. В то же время крепление мишеней при помощи клеев и припоев затрудняет подмену мишеней, а сами клеи и припои могут оказывать влияние Магнетронные распылительные системы - реферат на состав газовой среды вакуумного рабочего объема. Потому почаще предпочтение отдается тем формам мишени, которые обеспечивают надежный термический контакт с водоохлаждаемым держателем и просто снимаются.

В ближайшее время эта неувязка решена и для плоских мишеней, конструктивные варианты которых приведены на рисунках 3.3 д - з. В отличие от классической плоской Магнетронные распылительные системы - реферат формы (набросок 3.3, д), мишень производится с утолщением в области зоны эрозии (набросок 3.3, е) а в держателе делается канавка аналогичной формы. Такая мишень в процессе распыления обеспечивает неплохой термический контакт за счет ее теплового расширения. Кроме неплохого остывания при всем этом достигается и поболее высочайший коэффициент использования распыляемого материала по сопоставлению с Магнетронные распылительные системы - реферат равнотолщинной мишенью. Еще выше этот эффект для мишеней, показанных на рисунках 3.3, ж и з (до 70% и 90% соответственно).

Обычные конструкции магнетронных распылительных систем с плоскими мишенями приведены на рисунке 3.4. В простом случае (набросок 3.4, а) система содержит в себе магнитный блок, встроенный в водоохлаждаемый корпус, являющийся сразу и Магнетронные распылительные системы - реферат держателем мишени. Вокруг корпуса размещается анод в виде цилиндра либо медной трубки с проточной водой, установленный по периметру мишени поблизости ее. Анод обычно заземляется. Для более полного устранения бомбардировки подложек вторичными электронами катодный блок окружается заземленным экраном, а по периметру мишени и в центре инсталлируются изолированные аноды, имеющие маленький (50 В Магнетронные распылительные системы - реферат) положительный потенциал относительно земли. Аноды перекрывают места входа и выхода силовых линий магнитного поля и улавливают рассеиваемые повдоль силовых линий вторичные электроны, оставляя открытой только ту область мишени, где силовые полосы параллельны распыляемой поверхности и скорость распыления максимальна (набросок 3.4, б). Экранирование слабо распыляемых участков мишени улучшает характеристики получаемых пленок [1, 3, 4]. При Магнетронные распылительные системы - реферат изготовлении чувствительных к радиационным воздействиям устройств целенаправлено дополнительно улавливать парящие в сторону подложки ионы, которые, к примеру, могут образоваться в итоге ионизации распыленных атомов мишени. В этом

Набросок 3.4 – Конструкции магнетронных распылительных систем с плоскими мишенями: 1 – мишень; 2 – анод; 3 – магнитная система; 4 – дополнительный электрод; 5 – полюсные наконечники


случае над поверхностью положительного анода устанавливается дополнительный отрицательный Магнетронные распылительные системы - реферат электрод (рис. 3.4, в). На рисунке 3.4, г пред­ставлена конструкция магнетронной распылительной системы, ис­пользующей мишень специальной формы — четыре составные части из стержней с данным профилем сечения, расположен­ных повдоль прямоугольной зоны распыления. Любая часть кре­пится к центру и по периметру брусками из магнитного материа­ла, которые являются в Магнетронные распылительные системы - реферат этом случае полюсными наконечника­ми, выводящими силовые полосы магнитного поля от полюсов магнитной системы на поверхность мишени. Это позволяет распылять довольно толстые мишени [3, 4]. После распыления половины материала мишени она переворачивается и делается распы­ление остальной части, что обеспечивает увеличение коэффициен­та использования материала мишени до 90%.

Обычная Магнетронные распылительные системы - реферат конструкция магнетронной распылительной системы с конической мишенью показана на рисунке 3.5, а. Магнитная система с держателем и мишенью помещается в заземленный корпус, ко­торый играет роль дополнительного анода. Основной анод распо­лагается в центре, и на него может быть подано положительное смещение. Недочетом таковой магнетронной системы является сложность производства магнитной Магнетронные распылительные системы - реферат системы, обеспечивающей фо­кусировку силовых линий магнитного поля меж полюсными наконечниками. Обычно наблюдаются искажение и рассеяние сило­вых линий у верхнего наружного полюсного наконечника, что зат­рудняет локализацию плазмы в центральной более толстой части мишени.

Набросок 3.5 – Конструкции магнетронных распылительных систем с конической мишенью: 1 – мишень; 2 – анод; 3 – магнитная систенма; 4 – водоохлаждаемый держатель Магнетронные распылительные системы - реферат; 5 – экран; 6 – дополнительный магнит


Хорошего результата можно добиться, ис­пользуя дополнительную магнитную систему, расположенную над верхним полюсным наконечни­ком конкретно под до­полнительным анодом (набросок 3.5, б).

Для магнитной системы мо­гут быть применены элек­тромагниты, но это тянет за собой повышение габаритов, необходимость стабилизиро­ванного электропитания посто­янным током и электронной изоляции в критериях Магнетронные распылительные системы - реферат интенсив­ного водяного остывания. По­этому в промышленных усло­виях целенаправлено использовать неизменные магниты, а элек­тромагниты — при экспери­ментальных исследовательских работах для выбора хорошей величины магнитного поля применитель­но к определенным условиям и конструкции магнетронной рас­пылительной системы.

Набросок 3.6 – Конструкции магнетронных распылительных систем с переменным магнитным полем


С коэффициентом Магнетронные распылительные системы - реферат использо­вания распыляемого материа­ла плотно сплетена неувязка рав­номерности распыления мише­ни. Выше были показаны пути увеличения коэффициента ис­пользования распыляемого ма­териала выбором мишени опре­деленной геометрии. Но существует очередной путь — применение сканирующего маг­нитного поля. Есть два метода перемещения магнитного поля по поверхности мишени: электрический и Магнетронные распылительные системы - реферат механический. В первом случае вокруг мишени устанавливают электромагнит, который делает дополнительное переменное магнитное поле, перпендикулярное поверхности мише­ни (набросок 3.6, а). При недвижном неизменном поле арочной конфи­гурации профиль зоны распыления имеет вид, показанный на рисунке 3.6, б. Внедрение дополнительного переменного поля произво­дит деформацию основного поля: верхушка Магнетронные распылительные системы - реферат арки начинает смещать­ся от средней полосы, в итоге чего происходит симметричное смещение зоны наибольшей эрозии, и профиль распыления ста­новится практически прямоугольным (набросок 3.6, в). Равномерность распы­ления мишени можно существенно прирастить, используя многояче­истую электрическую систему, питающуюся от сети переменно­го тока (набросок 3.6, г).

Форма и размеры магнетронных систем Магнетронные распылительные системы - реферат могут быть самыми различными. Имеются сведения о конструкциях с мишенями длинноватой 2 м и шириной до 20 см [14]. При использовании мишеней большой площади с целью более равномерного их распыления создается несколько зон распыления. К примеру, известны системы с дисковыми мишенями поперечником более 60 см, в каких создавалось до 6 зон распыления в виде концентрических Магнетронные распылительные системы - реферат колец, при всем этом коэффициент использования материал мишени достигал 80%. Для увеличения производительности в установках непрерывного деяния можно использовать прямоугольные магнетронные системы с несколькими зонами распыления, любая из которых будет представлять собой линейные источники распыляемого материала, поперек которых перемещается подложка. Естественно, что повышение распыляемой площади просит приложения огромных Магнетронные распылительные системы - реферат мощностей, и на упомянутую выше мишень размером 20020 см, применяемую при производстве зеркал и в авто индустрии, необходимо подавать мощность до 100 кВт.

4 Заключение


В данной работе представлен обзор главных конструкций магнетронных систем распыления, неких конструктивных частей (мишеней, магнитных систем и другое), описаны главные характеристики установок и приведены обычные свойства магнетронов. Так же рассмотрены сравнительные Магнетронные распылительные системы - реферат свойства разных конструкций магнетронных систем распыления, их плюсы и недочеты. На примере планарной конструкции магнетронной системы показаны обычные свойства разряда: вольтамперные свойства, зависимости мощности разряда и воздействие на их магнитного поля и давления рабочего газа. Представлены свойства материалов мишеней. Не считая того, описывается механизм работы магнетрона, поведение заряженных частиц Магнетронные распылительные системы - реферат в плазме разряда, а так же рассредотачивание магнитных и электронных полей.

В заключение отметим, что потенциальные способности внедрения магнетронных распылительных систем в текущее время еще далековато не на сто процентов выяснены и реализованы. Но уже на данный момент применение магнетронных установок очень обширно. Они заняли крепкие позиции в Магнетронные распылительные системы - реферат разработках производства полупроводниковых устройств и интегральных микросхем. А именно, используются для формирования контактов к разным полупроводниковым и пассивным элементам схем. Это изготовка резистивных пленок гибридных микросхем, магнитных пленок, низкоомных контактов и почти все другое.

Не считая того, они обширно употребляются в промышленных установках для нанесения тонкопленочных покрытий Магнетронные распылительные системы - реферат. Это – различные фильтрующие, отражающие, защитные и теплосберегающие оптические покрытия на стеклах.

Магнетронные системы отыскали обширное применение в вопросах плазмохимической обработки, травления и получения материалов.

Невзирая на всю широту использования магнетронных систем распыления, нельзя утверждать то, что к истинному моменту они являются довольно отлично изученными. Все большее практическое применение МРС Магнетронные распылительные системы - реферат существенно обогнало разработку теории и методику их расчета.

5 Conclusion


The paper presents review of basic magnetron sputtering system constructions, some construction elements (targets, magnetic systems and so on), key parameters and typical magnetron characteristics are described as well. Besides, the dependences of the working space parameters on the magnetron discharge plasma are presented Магнетронные распылительные системы - реферат. Moreover, comparative characteristics of the different magnetron sputtering systems constructions and their advantages and limitations are described. For example, the critical discharge characteristics of the planar magnetron are given, such as volt-ampere and the power discharge characteristics and influence on those ones the magnetic field and process Магнетронные распылительные системы - реферат gas pressure values. The study also presents characteristics of material, the targets мейд. Then, there are described the magnetron operations, behavior of the species in discharge plasma, magnetic and electric fields distributions.

In conclusion it is necessary to point out, that potential possibilities of the magnetron sputtering system applications have Магнетронные распылительные системы - реферат not been studied quite sufficiently. But by now the magnetron sputtering system usage is already prevailing. Those ones are widely used in the manufacturing of semi-conductor devices and integrated circuits. In particular, those systems are engaged for the interconnection formatting to the semi-conductor and passive Магнетронные распылительные системы - реферат elements of the circuits, the hybrid microcircuit resistive films producing, magnetic films, low-resistance contacts and so on.

Moreover the magnetron sputtering systems are widely used in commercial plants for thin film deposition, namely for various color filtering, reflective, protective and low-emission optical glass coatings.

Magnetron systems Магнетронные распылительные системы - реферат have found their application for solving the problems regarding to the plasmochemistry processing, etching and producing the materials.

Though magnetron system is widely used, at present, one cannot say that, they are studied sufficiently. The wide propagation of the magnetron sputtering system passed ahead of theoretical background of the problem Магнетронные распылительные системы - реферат.

Перечень использованных источников


1 Francis F. Chen. Industrial applications of low – temperatures plasma physics. Phys. Plasmas vol. 2, n. 6, June 1995, pp. 2164 – 2175.

2 N. Singh, R. Kist, H. Thiemann. Experimental and numerical studies on potential distributions in a plasma. Pl. Phys., vol. 22, 1980, pp. 695 – 707.

3 Плазменные ускорители/Под общей редакцией Л. А Арцимовича. – М.: Машиностроение, 1973.

4 Данилин Б Магнетронные распылительные системы - реферат. С., Неволин В. К., Сырчин В. К. Исследование магнетронных систем ионного распыления материалов. – Электрическая техника. Сер. Микроэлектронника, 1977, вып. 3 (69), с. 37 – 44.

5 Данилин Б. С., Сырчин В. К. Магнетронные распылительные системы. – М.: Радио и связь, 1982.

6 L. Vriens. Energy balance in low – pressure gas discharges. J. Appl. Phys. vol. 44, n. 9, September 1973, pp. 3980 – 3989.

7 J Магнетронные распылительные системы - реферат. –P. Boeuf. A two – dimensional model of dc glow discharges. J. Appl. Phys. vol. 63, n. 5, March 1998, pp. 1342 – 1349.

8 S. Maniv. Generalization of the model for I – V characteristics of dc sputtering discharges. J. Appl. Phys. vol. 59, n. 1, January 1986, pp. 66 – 70.

9 W. D. Westwood, S. Maniv. The current – voltage characteristic Магнетронные распылительные системы - реферат of magnetron sputtering systems. J. Appl. Phys. vol. 54, n. 12, December 1983, pp. 6841 – 6846.

10 F. A. S. Ligthart, R. A. J. Keijser. Two – electron group model and electron energy balance in low - pressure gas discharges. J. Appl. Phys. vol. 51, n. 10, October 1980, pp. 5295 – 5299.

11 A. Fiala, L. C. Pitchford, J. P. Boeuf. Two – dimensional Магнетронные распылительные системы - реферат, hybrid model of low – pressure glow discharges. Phys. Review. ser. E, vol. 49, n. 6, June 1994, pp. 5607 – 5622.

12 K. Kuwahara, H. Fujiyama. Application of the Child – Langmuir Law to Magnetron Discharge Plasmas. IEEE Trans. Plasma. Sci., vol. 22, n. 4, August 1994, pp. 442 – 448.

13 T. E. Sheridan, M. J. Goeckner, J. Goree. Electron distribution Functions in a sputtering Магнетронные распылительные системы - реферат Magnetron Disharge. Jap. J. Appl. Phys., vol. 34, P. 1, n. 9A, September 1995, pp. 4977 – 4982.

14 Tsutomu Muira, Tatsuo Asamaki. A theory on planar magnetron discharge. Thin Solid Films 281–282, 1995, pp. – 190 – 193.

15 F. A. Green, B. N. Chapman. Electron effects in magnetron sputtering. J. Vac. Sci. Technol., vol. 13, n. 1, January/February 1976. pp. 165–168.

16 J. G. Kirk Магнетронные распылительные системы - реферат, D. J. Galloway. The evolution of a test particle distribution in a strongly magnetized plasma. Pl. Phys., vol. 24. n. 4, 1982, pp. 339 – 359.

17 N. D’ Angelo, M. J. Alport. On “anomalously” high ion temperatures in plasma discharges. Pl. Phys., vol. 24. n. 10, 1982, pp. 1291 – 1293.

18 M. Katsch, K. Wiesmann. Relaxation of Магнетронные распылительные системы - реферат supratermal electrons due to coulomb collisions in a plasma. Pl. Phys., vol. 22, 1980, pp. 627 – 638.



Приложение А (справочное)
Рабочие и энерго свойства распылительных систем

Вид

распылительной системы

Рабочее давление, Па Рабочее напряжение, кВ

Энергия ионов, Wi1,610-16 Дж

Ионный ток Ii, А

Мощность, подводимая к системе c,

кВт

Коэф. преобразования мощности =IiUi/c

Энергетическая эффективность (по меди)

распыления,

10-9 кг Магнетронные распылительные системы - реферат/Дж

системы, 10-9 кг/Дж

Диодная на неизменном токе 1,3 - 13 3,0 – 5,0 2,0 – 3,5 0,5 – 0,8 2,0 – 5,0 0,5 – 0,6 0,9 – 1,4 0,5 – 0,7
ВЧ диодная 0,6 – 6,6 1,0 – 2,0 0,7 – 1,5 1,0 – 2,0 3,5 – 5,0 0,3 – 0,6 1,6 – 2,5 0,5 –1,0
Триодная 0,06 – 0,66 1,0 – 2,0 1,0 – 2,0 3,0 – 5,0 10 –15 0,3 – 0,7 1,4 – 2,1 0,6 – 1,0
Триодная с локализацией плазмы магнитным полем

0,013 –

– 0,13

1,0 – 2,0 1,0 – 2,0 10 – 15 35 – 40 0,3 – 0,7 1,4 – 2,1 0,6 – 1,0
С автономным ионным источником

0,0013 –

– 0,013

1,0 – 3,0 1,0 – 3,0 0,2 – 0,5 8,0 – 10 0,03 – 0,15 1,0 – 2,1 0,06 – 0,15
Магнетронная на неизменном токе 0,13 – 0,66 0,4 – 0,8 0,3 – 0,5 15 – 20 8 –15 0,6 – 0,7 3,0 – 3,8 2,1 – 2,3
ВЧ магнетронная 0,13 – 0,66 0,7 – 1,0 0,5 – 0,7 2,0 – 4,0 3,0 – 5,0 0,3 – 0,6 2,5 – 3,0 0,9 – 1,5

Министерство образования Русской Федерации

Томский Политехнический Институт


кафедра британского языка

и технического перевода


Магнетронные распылительные системы


выполнил: В.В. Жуков,

аспирант, НИИ ЯФ, Лаб. 23.


Научный управляющий: В.П. Кривобоков,

доктор, заведующий Лаб. 23, НИИ Магнетронные распылительные системы - реферат ЯФ.


Томск 2001 год.

1 Введение

Целью истинной работы является обзор конструктивных частей магнетронных распылительных систем (МРС), также рассмотрение принципа их деяния и физических характеристик.

Дело в том, что еще сравнимо не так давно главным способом нанесения тонкопленочных покрытий были испарение и конденсация вещества в высочайшем вакууме. Способы ионного распыления материалов в Магнетронные распылительные системы - реферат следствие низких скоростей осаждения и больших радиационных воздействий на обрабатываемые структуры использовались ограниченно. Показавшиеся сравнимо не так давно магнетронные распылительные системы, дозволяющие наносить как тонкопленочные, так и пленочные покрытия в сотки микрон, позволили значительно расширить область внедрения ионного распыления материалов.

В последние годы в нашей стране и за рубежом проведены исследования Магнетронные распылительные системы - реферат и конструкторско-технологические разработки по созданию широкого класса МРС, также установок и линий (в том числе непрерывного деяния). Подобного рода установки отыскали применение в почти всех областях науки и техники. А необходимость и эффективность их использования подтверждена существенно возросшим энтузиазмом к разработке и внедрению все новых более Магнетронные распылительные системы - реферат совершенных систем.

В истинной работе на базе литературных источников изготовлен обзор конструкций магнетронных распылительных систем, их составных частей, коротко рассмотрены главные характеристики и физические механизмы работы.

Содержание
1 Введение

2 Принцип деяния и рабочие характеристики МРС

3 Конструкции магнетронных распылительных систем

4 Заключение

5 Conclusion

Перечень использованных источников

Приложение А - Рабочие и энерго свойства распылительных систем Магнетронные распылительные системы - реферат
magnitoopticheskie-nakopiteli-informacii.html
magnitotverdie-materiali-referat.html
magomed-mamed-mamish-stranica-4.html