1. Устройство и принцип действия вч магнетронной распылительной системы

ВЧ магнетронная распылительная система предназначена для формирования тонких пленок металлов, полупроводников и диэлектриков методами DC, импульсного магнетронного распыления и реактивного магнетронного распыления. При использовании ВЧ источника питания (13.56 МГц) система может быть использована для ВЧ магнетронного распыления диэлектрических материалов.

Принцип действия магнетронной распылительной системы основан на распылении материала мишени (катода) ионами из аномального тлеющего разряда в скрещенных ЕН полях.

На рисунке 3.13 изображена упрощенная схема магнетрона. Он состоит из катодного блока (позиция 1) и анода (позиция 2). Катодный узел, включающий водоохлаждаемый корпус, магнитную систему, мишень и держатель мишени, электрически изолирован от стенок камеры и других деталей магнетронной распылительной системы. Корпус катодного блока (позиция 3) выполнен из меди. Внутри корпуса расположена магнитная система на Nd-Fe-B постоянных магнитах (позиция. 4). Магниты размещаются так, что один магнитный полюс расположен на центральной оси мишени, а второй магнитный полюс формируется кольцом магнитов по внешнему краю мишени. Центральный магнит и внешнее кольцо магнитов шунтируются с задней стороны магнитопроводом (позиция 5). Магнитная система формирует над поверхностью мишени магнитное поле в виде замкнутого контура, имеющего форму тороида.

Рисунок 3.13 – Упрощенная схема магнетрона

При подаче постоянного напряжения между анодом (положительный потенциал или нулевой потенциал) и катодом (отрицательный потенциал) над поверхностью мишени возникает неоднородное электрическое поле. Таким образом, над поверхностью мишени создается область скрещенных EH полей.

Через газораспределительную систему магнетрона в область над поверхностью мишени поступают атомы рабочего (нейтрального) газа. Первичные электроны, захватываются магнитным полем и попадают в область скрещенных электрического и магнитного полей. Электроны оказываются как бы в ловушке, создаваемой с одной стороны магнитным полем, возвращающим электроны на катод, с другой – самим катодом, который, обладая отрицательным зарядом, отталкивает электроны. Совместное действие электрического и магнитного полей вызывает дрейф заряженной частицы в направлении, перпендикулярном как электрическому, так и магнитному полю, а основным видом направленного движения электронов в плоскости, перпендикулярной силовым линиям магнитного поля, является циклотронное вращение, характеризуемое ларморовским радиусом. Электроны циклируют в ловушке до тех пор, пока не произойдет несколько столкновений с атомами рабочего газа или атомами материала катода, пролетающими через область плазмы, в результате которых электрон ионизирует атомы и теряет полученную от электрического поля энергию. Теряя энергию, электроны начинают двигаться по новым орбитам с большим радиусом. Потерявший большую часть энергии электрон попадет на анод или стенки камеры.

В результате ионизации атомов образуются электроны, которые захватываются магнитным полем и начинают циклировать в ловушке. При этом формируется самостоятельный аномальный тлеющий разряд. Наличие замкнутого магнитного поля между полюсами магнитной системы позволяет локализовать плазму разряда в разрядном промежутке между анодом и катодом. В результате резко увеличивается интенсивность электрон-атомного взаимодействия, и, как следствие, возрастают степень ионизации плазмы и плотность ионного тока.

Большинство образующихся ионов однозарядные. Энергия ионов примерно соответствует разности потенциалов между местом образования иона и потенциалом мишени. Ионы ускоряются под действием электрического поля и бомбардируют поверхность мишени. При этом происходит ионное распыление мишени. Частицы наносимого материала выбиваются с поверхности мишени, и формируется поток распыленного материала. Поток распыленного материала при обычных давлениях магнетронного распыления 0,06 – 0,1 Па имеет направленное движение и конденсируется на подложке. Скорость нанесения пленки зависит от плотности ионного тока, энергии ионов и коэффициента распыления материала мишени.

Если распыление проводится в присутствии химически активных газов, то на поверхности мишени и растущей пленки образуются продукты взаимодействия распыленного потока с атомами реактивного газа (например, оксиды, нитриды).

Ведомость документов, с указанием всех чертежей и плакатов дипломного проекта, представлена в приложении Г.

39