CC BY
14
УДК 533.599 Г.А. Барсуков СГГА, Новосибирск
ПРОЕКТ МАЛОГАБАРИТНОЙ МАГНЕТРОННОЙ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК МЕТАЛЛОВ
G.A. Barsukov
Siberian State Academy of Geodesy (SSGA) 10 Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
PROJECT OF COMPACT MAGNETRON SCATTERING SYSTEM RECEIVING METAL FILMS-STRUCTURE
This is review report project construction of compact magnetron system receiving films-structure. It is oddon to standard vacuum coater.
Целью данной работы является обсуждение проекта малогабаритной магнетронной распылительной системы, являющаяся приставкой к стандартной вакуумной установке.
Еще сравнительно недавно основным методом нанесения тонкопленочных покрытий были испарение и конденсация веществ в высоком вакууме. Методы ионного распыления материалов вследствие низких скоростей осаждения и высоких радиационных воздействий на обрабатываемые структуры использовались ограниченно. Создание магнетронных распылительных систем, позволяющих наносить как тонкопленочные слои, так и пленочные покрытия толщиной в сотни микрон, позволили существенно расширить область применения ионного распыления материалов [1].
Магнетронные распылительные системы (МРС) имеют ряд преимуществ по сравнению с распылительными системами электронно-лучевого испарения, высокочастотного и термовакуумного распыления, в числе которых высокая скорость распыления, высокая адгезия пленок, возможность распыления тугоплавких материалов, металлов и сложных сплавов, низкий уровень радиационных дефектов, низкая температура подложек, возможность распыления магнитных и сверхпроводящих материалов, низкая пористость получаемых пленок и возможность реактивного распыления.
Благодаря этим качествам МРС существенно расширяют диапазон своего применения в различных областях науки, техники и промышленного производства. С помощью МРС получают сверхтонкие (менее 20 нм) прозрачные пленки для изготовления ЖК-кристаллов, тонкие пленки для фотошаблонов и рентгеношаблонов, пленки тугоплавких металлов для металлизации ИС, упрочняющие, износостойкие, защитные и декоративные покрытия и т. д. и т. п.
Ниже рассматривается малогабаритная магнетронная распылительная система получения пленок металлов, которая будет сконструирована в виде
отдельной приставки к стандартной вакуумной напылительной установке, с использованием средств откачки этой базовой напылительной системы (рис. 1). Вместо заглушки стандартной вакуумной камеры, расположенной в ее боковой стенке, произведена установка механического вакуумного затвора (1), отделяющая при необходимости магнетронную приставку от базовой системы. Вакуумная труба (2) с помощью фланцев (3) с одной стороны герметично присоединяется к этому затвору, а с другой - к столику из нержавеющей стали (4), который является основой самой магнетронной камеры распыления (5). Внутри камеры устанавливается узел магнетрона с мишенью-катодом (6). Магнетрон окружен защитным экраном (8), соединенный с анодом, основной задачей которого является предотвращение паразитного разряда в газе по боковым сторонам мишени-катода. Предусмотрен натекатель (7), используемый для напуска в камеру рабочего газа (в нашем случае - аргона). Откачка всей этой системы производится с помощью вакуумного и форвакуумного насосов, входящих в состав вакуумной базовой установки (рис. 1).
2
Рис. 1. Общий вид малогабаритной магнетронной распылительной системы получения пленок металлов на фоне базовой вакуумной системы
Магнетронный узел представляет собой устройство для создания в области разряда магнитного поля. Узел содержит блок магнитов с полюсным наконечником (магнитный блок), вмонтированный в корпус из нержавеющей стали, являющийся одновременно и держателем мишени-катода. Через указанный корпус пропускается охлаждающий поток воды. Анод с
закрепленной подложкой расположен над катодом. В области разряда создается область скрещенных электрического и магнитного полей, что облегчает возбуждение плазмы при низких давлениях газа. Распределение магнитного поля характеризуется силовыми линиями, изображенными на рис. 2.
Рис. 2. Схема магнетронного узла в разрезе
Поскольку корпус магнетрона герметичен, охлаждение мишени производится непосредственной подачей внутрь него воды, и она окажется также под электрическим напряжением, как и корпус самого узла с мишенью. Вода, поднимаясь по тонкой трубке, заполняет свободные полости магнетронного узла и охлаждает его. Слив охлаждающей воды из системы производится в канализацию. Электрическую изоляцию системы охлаждения магнетронного узла от канализации обеспечивают включенные в систему подачи и слива воды резиновые шланги длиной около 1,5 метров.
Важной задачей является оптимизация распределения магнитного поля над катодом магнетронного устройства. Известно, что при распылении
материала мишени используемая доля площади рабочей области небольшая (порядка 20-30 %), что очень невыгодно при применении дорогостоящих мишеней. Для устранения этого недостатка необходимо подбирать форму полюсных наконечников в системе магнитов.
Возможен еще один вариант решения проблемы - сделать магнитный блок вращающимся относительно центра корпуса магнетронного узла. Эта разработка, возможно, поможет повысить долю использования мишени до 70 % [2]. Но она видится в дальнейшей перспективе.
Планируемые технические характеристики приставки:
- Диаметр мишени - 150 мм;
- Давление рабочего газа (аргона) - 0,1-1 Па;
- Мощность, выделяющаяся на катоде, - около 1 кВт;
- Диаметр базового фланца приставки - 300 мм;
- Габариты - 300x420 мм;
- Масса камеры в сборе - 20 кг.
Таким образом, как показано выше, предложенная система обладает несомненными преимуществами над промышленными аналогами: малыми габаритными размерами; небольшим, в сравнении с промышленными установками, весом; минимальными затратами на изготовление и эксплуатацию, при возможности обеспечивать стандартные режимы нанесения плёнок. Указанные преимущества обеспечиваются за счёт отсутствия в приставке собственных средств вакуумной откачки и использования откачных средств базовой вакуумной напылительной установки, предложенного в настоящей работе.
В настоящее время разработка малогабаритной системы находится в стадии проектирования: производятся технические расчеты установки, параллельно выполняется подготовка чертежей узлов магнетронной системы.
Научным руководителем работы является Чесноков В.В., д.т.н., проф.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Данилин Б.С. Магнетронные распылительные системы / Б.С. Данилин, В.К. Сырчин. - М.: Радио и связь, 1982. - 72 с.
2. Наноиндустрия: научно-техн. журн./ Под ред. П. Мальцева. - М.: Море, 2008. -
42 с.
© Г.А. Барсуков, 2009
