Автор: Скрипаченко К.К., Шумилин А.И., Пичхидзе С.Я.
Источник: Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А., Саратов, Россия
Ионно–плазменное (магнетронное) напыление является одной из распространенных технологий нанесения покрытий. Данная технология позволяет получать покрытия практически из любых металлов и сплавов без нарушения стехиометрического состава. Основные преимущества магнетронного способа распыления — нанесения пленок заданной толщины с высокой степенью повторяемости результата. Диапазон толщин от сотых долей до единиц мкм. В зависимости от состава рабочей атмосферы (долей кислорода, азота, сернистых газообразных соединений) можно выращивать на подложке пленки оксидов, нитридов, карбидов, в том числе и таких, которые невозможно получить методом термического испарения [1].
Современные направления разработки магнетронных распылительных систем (МРС) направлены на увеличение коэффициента использования материала мишени и повышение равномерности конденсации распыляемого материала. Одним из путей решения задачи является оптимизация конструкции МРС.
Ниже приведен сборочный чертеж усовершенствованного блока МРС (рис.1).
1 — крышка стакана, 2 — подложкодержатель, 3 — мишень, 4 — водоохлаждаемый катод, 5 — подача, слив воды, 6 — магнитопровод (сталь 45), 7 — постоянный магнит (Co–Sm), 8 — основание магнита, 9 — сердечник, 10 — изоляторы, 11 — шпилька, 12 — стакан кварцевый.
В данной модернизированной установке реализовано ионно–плазменное распыление, при котором мишень (поз.3) является одним из электродов в квазизамкнутом объеме кварцевого стакана (поз.12). Бомбардировка мишени (поз.3) осуществляется ионами плазмообразующего газа аргона высокой чистоты [2]. Распыление поверхности мишени происходит в результате двух одновременно протекающих процессов:
• сильного локального разогрева поверхности мишени, бомбардируемой ионами с высокой кинетической энергией;
• передачи импульса конкретного иона атому материала мишени, что способствует отделению от мишени атомов распыляемого материала [3].
1. Заменяемая мишень позволяет распылять различные материалы, что обусловливает универсальность использования установки в научно–практических целях. Магнитопровод (поз.6) в виде конуса позволяет расширить зону распыления мишени, повысить коэффициент использования материала мишени и увеличить площадь равномерного осаждения пленки с заданными свойствами. При этом обеспечивается достаточный отвод тепла за счет водоохлаждаемого кольца (поз.4,5), сопряженного с катодом–мишенью.
2. Высота расположения подложкодержателя (поз.2) относительно мишени регулируется в широких пределах, обеспечивая заданную равномерность толщины пленки и температурный режим подложки.
3. Квазизамкнутый объем в виде кварцевого стакана позволяет сократить расход высокочистого аргона и избежать осаждения пленки на механизмах внутри камеры установки. Данное решение позволило сократить расход газа и время обслуживания установки.
Использованные нами конструкторские решения позволили расширить диапазон решаемых задач по нанесению различных покрытий в вакууме. Преимуществами предлагаемой усовершенствованной установки ионно–плазменного напыления в сравнении с аналогами являются:
• высокая степень повторяемости толщины пленки для возможного производства;
• универсальность использования установки в научно–практических целях при получении пленок из заданных материалов;
• простота обслуживания магнетронного блока.