1.2. Конструкции магнетронных распылительных систем

Конструкции современных магнетронных распылительных систем весьма разнообразны.

В одной из таких систем используется коаксиальный магнетрон (рис. 7.6). Он состоит из электродов, выполненных в виде концентрических цилиндров, катода-мишени, являющегося внутренним электродом, и подложек, расположенных на внутренней поверхности внешнего цилиндра. Магнитное поле направлено вдоль оси цилиндров. На вылетающие с поверхности катода электроны действуют пересекающиеся электрическое и магнитное поля, которые удерживают их в катодном темном пространстве. Покинуть это пространство электроны могут, потеряв свою энергию в процессе ионизации газа. Потери энергии приводят к тому, что при движении к аноду электроны описывают сжимающиеся спирали. Это приводит к повышению эффективности ионизации и существенному уменьшению энергии, рассеиваемой электронами на аноде. Такая система может использоваться для создания разрядов в постоянных и переменных полях.

Рис. 7.6. Схема коаксиального магнетрона: электрон в аксиальном магнитном и радиальном электрическом полях, вылетевший из катода и ускоренный

в катодном темновом пространстве, движется по спиральным траекториям

с уменьшающимися радиусами по мере потери своей энергии

в плазме в направлении анода

Плоский магнетрон (рис. 7.7) представляет собой усовершенствованную разрядную систему с плоскопараллельным и электродами, в которой на тыльной части катода располагаются электромагниты или постоянные магниты. Силовые линии магнитного поля перпендикулярны поверхности катода. Величина поперечной составляющей магнитной индукции у мишени устанавливается в пределах 0,02...0,05 Тл. Электроны захватываются пересекающимися электрическим и магнитными полями, что увеличивает эффективность разряда и уменьшает энергию, рассеиваемую электродами на аноде.

Рис. 7.7. Схема плоского магнетрона. Электроны, вылетевшие

с катодной поверхности, перемещаются под действием полей

постоянных магнитов, расположенных за катодом

Рис. 7.8. Схема цилиндрического магнетрона. Электроны, вылетевшие

из катодной поверхности, удерживаются полями постоянных магнитов, расположенных за катодом. Они теряют свою энергию в плазме, двигаясь

по спиральным траекториям, и собираются дисковым анодом. Подложка,

не являющаяся электродом системы, собирает только

распыленные нейтральные атомы

Широко используются также цилиндрические магнетроны, в которых катод в виде кольца окружает плоский анод в форме диска (рис. 7.8). Магниты, находящиеся позади катода, способствуют образованию интенсивной плазмы, а электроны собираются на аноде. Большая часть распыленного материала из катода-мишени вылетает в прямом направлении и осаждается на подложке, которая в данной системе не является электродом. При таком способе в зоне эрозии мишени может рассеиваться энергия с очень большой плотностью (50 Вт/см²).

Основной недостаток плоского цилиндрического магнетрона заключается в неоднородности скорости осаждения в области, где размещаются подложки. Так же, как и в случае испарения, этот недостаток преодолевается путем соответствующего механического перемещения подложкодержателя с тем, чтобы на всю подложку попадал в среднем один и тот же поток частиц.