Лекция 6 Магнетронное распыление. Пути повышения эффективности магнетронных распылительных систем.
реклама
Кафедра ВЭПТ «Плазменные покрытия» Лекция 6 Магнетронное распыление. Пути повышения эффективности магнетронных распылительных систем. 1 Схема магнетронной распылительной системы с плоским катодом 1– катод-мишень, 2- магнитная система, 3- источник питания, 4- анод, 5траектория движения электронов, 6- зона распыления, 7- силовая линия магнитного поля. Рис. 1. 2 Конструкция магнитной системы магнетрона с магнитным шунтом. Като д Рис. 2. а) Магнитный шунт а) картина магнитного поля; 3 Рис. 2. By V0 P1 N S б) Fx Fx V0 V0 By Y X By Fx V0 P1 P3 F=Fy By Fx V0 P2 Z V0 B F=Fy P3 P2 S N Y в) X Z б) силовая линия магнитного поля в виде дуги; в) вогнутая силовая линия магнитного поля. 4 Конструкция магнитной системы магнетрона с дополнительными магнитами: а) магнитная система; б) картина магнитного поля. Катод Зона эрозии Внешние Дополнительные Центральный магниты магниты магнит а) б) магнит Рис. 3. б) 5 Конструкция магнитной системы магнетрона, состоящая из набора разных по величине магнитов. Катод а) б ) Расстояние между магнитами, дюймов Расс тоян ие от магн итов, дюй мов Рис. 4. а) расположение магнитов в магнитной системе; б) картина6 магнитного поля над поверхностью магнитов. Конструкция магнитной системы магнетрона с использованием усеченных магнитов. B B S N N S Катод S N Магниты Рис. 5. 7 Конструкция вращаемой магнитной системы круглого планарного магнетрона. Рис. 6. 8 Схема перемещения магнитной системы магнетрона с прямоугольной мишенью. Магнитная система Концевые части магнитной системы Направление движения магнитной системы Рис. 7. 9 Траектории движения магнитной системы: а) неподвижная, б) круговое движение, в) и г) гипотрохоидальное движение. а) б) в) г) Рис. 8. Таблица 1. Результаты измерения коэффициента использования мишени при различных траекториях перемещения магнитной системы. Неподвижная Круговая Гипотрохоидальная Траектория Представлена на рис. 8 а б в г На концевой части мишени, % 22 26 39 36 На центральной части мишени, % 25 34 57 67 Суммарный коэффициент использования мишени, % 24 32 53 61 10 Схематическое изображение магнитной системы, создающей на поверхности мишени два распыляемых контура. Катод N S N S Магнитопровод Постоянные магниты Рис. 9. Е×В дрейф электронов Область распыления 11 Схема магнетронной распылительной системы с цилиндрическим катодом. Область ускоренной эрозии Область распыления Магнитная система Поворотная часть магнитной системы Линейная часть магнитной системы Рис. 10. Мишень 12 Магнитная система с поворотной частью в виде параболы, выполненной с помощью дискретных магнитов. Рис. 11. 13 Конструкции поворотной части магнитной системы с большим радиусом поворота: r s p а) б) в) а – идеализированная конструкция в форме эллипса, б и в – варианты конструкции. Рис. 12. 14 Двухконтурная магнитная система цилиндрического магнетрона со смещенными в направлении продольной оси контурами. N 2w N S N N Рис. 13. S N 15 Фотография эродированной прямоугольной мишени с аномальной эрозией в левом верхнем углу (стрелками показано направление дрейфового движения электронов). Рис. 14. 16 Магнетронная распылительная система со сканирующей магнитной системой (вид сверху). Электроды под плавающим потенциалом Плазма Направление движения магнитной системы Направление движения электронов Анод Катод Рис. 15. Подложка Области с увеличенной толщиной покрытия 17 Конструкция анода из металлических щеток. Рис. 16. 18 Схема распределения толщины пленки по длине мишени протяженного магнетрона. Толщина пленки Подложка Зона однородности Рис. 17. Мишень 19 Профили эрозии мишени и распределения толщины пленки для обычного магнетрона (слева) и магнетрона с магнитной системой, имеющей выступы на концах (справа). а) б) Рис. 18. в) а – форма эрозионной канавки, б – профиль эрозии мишени, в – распределение толщины пленки по длине подложки. 20 Конструкция магнитной системы магнетрона (вид сверху). ΔХ 2 2 3 4 1 Рис. 19. 5 1- центральный магнитопровод, 2- постоянные магниты, 3- внешний магнитопровод, 4- концевой магнит, 5- концевой наконечник. 21 Возможные конфигурации магнитного поля: а) подложка Магнитная система Магнитная система Магнитная система б) подложка в) подложка а – несбалансированный магнетрон (Тип 1), б – сбалансированный магнетрон, в - несбалансированный магнетрон (Тип 2). Рис. 20. 22 Схематическое изображение конфигурации магнитного поля в обычном (а) магнетроне и магнетроне с дополнительным удержанием плазмы (б). Ø 87 мм SN NS 20 мм S а) N S S б) N S Рис. 21. 23 Микроструктура тонкопленочных покрытий согласно зонной модели. Рис. 22. 24 Два варианта конструкций анодов: Аноды Аноды Рис. 23. Линии магнитного поля а) пластинчатые аноды с большой суммарной площадью поверхности; б) аноды с постоянными магнитами. 25 Схема дуальной магнетронной распылительной системы. Камера Подложка Плазма Плазма Рис. 24. N S Катод S N N S N S Катод S N N S Источник питания ~ 26 Схема магнетронной распылительной системы с дублирующим анодом. Камера Подложка Плазма Плазма Рис. 25. Анод 1 N S Катод S N Анод 2 N S Источник питания ~ 27
