Установки магнетронного напыления – это системы ионно-плазменного распыления, применяющиеся для нанесения тонких плёнок.
Магнетронные распылительные системы (МРС) различного типа, служащие в основном для металлизации интегральных микросхем, например, нанесении плёнок алюминия на непрерывно движущиеся кремневые пластины. Кроме того, промышленные установки магнетронного распыления применяют для нанесения покрытия на рулонные материалы.
В состав установки магнетронного распыления входят: рабочая камера, с нагревателями платин, магнетронными устройствами распыления, транспортной системой, шлюзовыми системами загрузки и выгрузки, вакуумная система с насосом, газовая система. Корпус рабочей камеры охлаждается и подогревается водой. Нагреватель пластин размещен перед зоной нанесения плёнки.
Магнетронная система представляет собой сочетание нескольких магнетронов. Между магнетронами установлены экраны для ограничения площади осаждения плёнок на платине.
Транспортная система выполнена в виде замкнутого конвейера, состоящего из двух параллельных цепей, имеющих привод вращения и устройства регулировки натяжения. На цепях устанавливают захваты пластин. Для плавной укладки и съёма пластин в рабочей камере предусмотрены пассики. Охлаждение пластин происходит при движении их от камеры распыления до камеры загрузки.
В каждом шлюзе имеется механизмы перемещения кассет, резиновые пассики с приводами, затворы шлюза и их приводы.
Вакуум в рабочей камере обеспечивает вакуумный агрегат, который соединен с рабочей камерой и шлюзами трубопроводом с вакуумными клапанами.
Газовая система предназначена для подачи аргона через натекатели в магнетроны и шлюзы. Для регулирования давления аргона на входах этих натекателей в газовой системе предусмотрены регуляторы давления. На каждый шлюз установлены два автоматических натекателя для напуска аргона и воздуха. Натекатель аргона открывается кратковременно при откачке шлюзовых камер для очистки их газовой среды, в результате чего уменьшается влияние остаточной атмосферы шлюзов на состав газовой среды рабочеё камеры.
Пневматическая система обеспечивает подачу сжатого воздуха на клапан вакуумной системы, а гидравлическая подаёт холодную воду на корпус насоса и в рабочую камеру с нагревательными магистралями.
Кроме того, имеется система управления вакуумной установкой.
Работа установки начинается с откачка из рабочей и шлюзных камер через открытые затворы. После откачки рабочей камеры до давления 5?10-2 мм. рт. ст. закрываются затворы шлюзов и клапаны, и продолжается откачка рабочей камеры до необходимого предельного остаточного давления.
При достижении первой ступени 1?10-1 мм рт. ст. в каждом шлюзе начинается подача в шлюз аргона для очистки его газовой среды.
В шлюз загрузки после его откачки и открывания затвора подаётся кассета с пластинами вниз. Кассета опускается до датчика, фиксирующего наличие пластин в кассете.
Затем включается привод пассиков в шлюзе, которые перемещают пластину из шлюза через окно в рабочую камеру, где она подхватывается резиновыми пассиками рабочей камеры и укладывается на конвейер. В это время кассета опустится в низ до следующей пластины.
Двигаясь по конвейеру в рабочей камере, каждая пластина попадает в камеру магнетронного распыления, где происходит формирование плёнки.
В результате после обработки все пластины собираются в кассету в шлюзной камере выгрузки
Типичная МРС, как правило, содержит один или несколько магнетронов (устройств для генерирования плазмы).
Существует большое число разнообразных конструкций магнетронов, отличающихся способом создания магнитного поля (в некоторых случаях – его конфигурацией), конструкцией катодного узла и геометрией мишени. Разработаны три базовые конструкции магнетронов. Все они – цилиндрическая, планарная и с кольцевым катодом – имеют общие черты. Эти конструкции представляют собой двухэлектродные распылительные системы, т. е. содержат анод и катод-мишень, изготовленный из распыляемого материала и находящийся под отрицательным потенциалом. Области разряда в различных конструкциях магнетронов имеют неодинаковую форму, поэтому и форма зоны эрозии мишени, являющаяся одной из важнейших характеристик магнетронов, различна.
Формирование области разрядов с заданными параметрами связано с конструированием всех функциональных узлов магнетронов и МРС в целом, что обеспечивает качественные характеристики распылительных систем, и в частности, высокие скорости осаждения распыленного материала мишени.
Важным элементом любого магнетрона я является мишень, которая влияет на процесс напыления тонкопленочных покрытий. Поэтому, для начала, специалист должен точно определить желаемые свойства и качества требуемой мишени. А именно, материал мишени, необходимую чистоту, содержание абсорбированных газов и допуски на размеры мишени.
Принцип функционирования магнетронов (метод магнетронного распыления) основан на использовании скрещенных магнитного и электрического полей для повышения эффективности ионизации рабочего газа и создания над поверхностью катода-мишени области плотной плазмы. Для формирования плазмы используется магнитное поле, линии которого перпендикулярны линиям электрического поля, имеют значительную кривизну и проходят через поверхность катода-мишени. Зона тлеющего разряда плотной плазмы низкого давления имеет замкнутую конфигурацию и локализована над определенным участком поверхности катода-мишени в области магнитного поля, где и происходит интенсивное распыление материала.
При подаче напряжения на анод в промежутке между анодом и катодом возникает электрический разряд. Электроны ионизируют газ, двигаясь по спирали. Положительно заряженные ионы бомбардируют мишень, при этом с поверхности мишени выбиваются атомы металла, которые осаждаются на подложке.
