tify"> В цілому, ефективність роботи магнетронній розпилювальної системи залежить від правильного вибору робочих параметрів, а стабільність цих параметрів визначає сталість швидкості розпилення і відтворюваність властивостей одержуваних плівок.
Необхідна швидкість осадження плівок з достатньою точністю може підтримуватися за рахунок сталості таких параметрів розряду як струм або потужність, що підводиться.
Якщо ці умови виконуються, то управляти кінцевої товщиною плівки можна шляхом завдання часу осадження, що й робиться на використовуваних установках напилення.
Лекція: «Фізичні основи магнетронних розпилювальних систем»
Питання теорії розряду в магнетронних розпилювальних системах і методи розрахунку їх технологічних і конструктивних параметрів до теперішнього часу опрацьовані слабо. Складність полягає в тому, що в цих системах використовуються неоднорідні схрещені електричне і магнітне поля, причому електричні параметри розряду в значній мірі залежать від робочого тиску, величини і конфігурації магнітного поля, конструктивних особливостей розпилювальної системи. Все це робить складним точне аналітичне опис явищ, що відбуваються в розряді магнетронній системи.
Сутність процесу та основні параметри
Магнетронниє системи відносяться до систем розпилення діодного типу, в яких розпилення матеріалу відбувається за рахунок бомбардування поверхні мішені іонами робочого газу (зазвичай аргону), що утворюються в плазмі аномального тліючого розряду. Висока швидкість розпилення, характерна для цих систем, досягається збільшенням щільності іонного струму за рахунок локалізації плазми у розпилюється поверхні мішені за допомогою сильного поперечного магнітного поля.
Малюнок 1.8 - Схема магнетронній розпилювальної системи з плоскою мішенню: 1 - катод-мішень; 2 - магнітна система; 3 - джерело живлення; 4 - анод: 5 - траєкторія руху електрона; 6 - зона розпилення; 7 - силова лінія магнітного поля.
Принцип дії магнетронній розпилювальної системи показаний на малюнку 1.8. Основними елементами пристрою є катод-мішень, анод і магнітна система. Силові лінії магнітного поля замикаються між полюсами магнітної системи. Поверхня мішені, розташована між місцями входу і виходу силових ліній магнітного поля, інтенсивно розпорошується і має вигляд замкнутої доріжки, геометрія якої визначається формою полюсів магнітної системи.
Таким чином, більша частина енергії електрона, перш ніж він потрапить на анод, використовується на іонізацію і збудження, що значно збільшує ефективність процесу іонізації і приводить до зростання концентрації позитивних іонів біля поверхні мішені. Це в свою чергу обумовлює збільшення інтенсивності іонного бомбардування мішені і значне зростання швидкості розпилення, а отже, і швидкості осадження плівки. Середні швидкості осадження різних матеріалів за допомогою магнетронній розпилювальної системи, що має плоску дискову мішень діаметром 150 мм, при потужності джерела 4 кВт і розташуванні підкладки на відстані 60 мм від джерела наведені в таблиці 1.
Таблиця 1 - Середні швидкості осадження різних матеріалів
МатеріалSiTiТаWNbMoAlCrPtСuАuAgСкорость осадження, нм/с78888,512131721303744
Слід зазначити, що плазма розряду існує тільки в області магнітної пастки в безпосередній близькості від мішені і її форма визначається геометрією і величиною магнітного поля.
Створення магнітної пастки у розпилюється поверхні мішені являє собою просте, але вельми ефективне рішення проблеми збільшення швидкості розпилення матеріалів в плазмових розпилювальних системах. Але крім цього гідності МРС має ряд специфічних властивостей, основним з яких є відсутність бомбардування підкладки високоенергетичними вторинними електронами, що вилітають з мішені.
Сумарна теплова енергія, що розсіюється на підкладці, і температура підкладки для різних матеріалів, загрожених в циліндричній МРС, наведені в таблиці 2.
Таблиця 2 - Теплова енергія і температура підкладки різних матеріалів
МатеріалAlCuTaCrAuMoWТепловая енергія, еВ/атом13172020234773Температура підкладки, ° С 7911097118106163202
Для наших умов (Ta, Mo) температури неприпустимо малі і не забезпечують необхідну адгезію покриття з підкладкою. Тому змушені використовувати штучний інфрачервоний підігрів підкладок перед напиленням до температури не нижче 500 0 С.
Основні робочі характеристики магнетронних розпилювальних систем - напруга на електродах, струм розряду, щільність струму на мішені і питома потужність, величина індукції магнітного поля і робочий тиск. Від величини і стабіль...
