CS255418B1

CS255418B1 - Cylindrical magnetron with multiple elliptical plasma clouds

Info

Publication number: CS255418B1
Application number: CS856462A
Authority: CS
Inventors: Jiri Stanislav; Karel Dadourek; Oldrich Rybar
Original assignee: Jiri Stanislav; Karel Dadourek; Oldrich Rybar
Priority date: 1985-09-11
Filing date: 1985-09-11
Publication date: 1988-03-15
Also published as: CS646285A1

Abstract

Jedná se o válcový magnetron s dutým válcovým targetem a anodou z kruhových desek, který má uvnitř targetu uspořádán systém magnetů v řadách po úhlu 90 na obvodu magnetronu, přičemž vždy dvě sousední řady mají opačnou orientaci. Tím je okolo targetu vytvořeno více eliptických oblaků plazmatu, ve kterých dochází k odpracování materiálu. Válcový magnetron lze využít pro deponování tenkých vrstev ve vakuu.It is a cylindrical magnetron with a hollow cylindrical target and an anode made of circular plates, which has a system of magnets arranged inside the target in rows at an angle of 90 on the circumference of the magnetron, with two adjacent rows always having the opposite orientation. This creates multiple elliptical plasma clouds around the target, in which the material is processed. The cylindrical magnetron can be used for depositing thin layers in a vacuum.

Description

Vynález řeší konstrukci válcového magnetronu pro depozici tenkých vrstev kovů nebo jejich reaktivních sloučenin na vnitřní průměry rotačních součástí.The invention solves the construction of cylindrical magnetron for deposition of thin layers of metals or their reactive compounds on inner diameters of rotating parts.

Dosud známá řešení jsou konstruována bučí jako kolíkové magnetrony, kdy target ve formě tyče je vložen do středu rotační součásti na jejíž povrch má být vrstva nanášena a magnetické pole je umístěno na obvodu této součásti, nebo jako válcové magnetrony s toroidním vícenásobným plazmatickým oblakem. Nevýhodou prvního řešení je malá univerzálnost s ohledem na nutnost umístění magnetického pole mimo vlastní target i součást, nevýhodou druhého řešení je, že plazmatické toroidy leží kolmo na podélnou osu magnetronu a tudíž deposični rychlosti i po délce magnetronu jsou dány superposicí deposičních rychlostí jednotlivých plazmatických toroidů. To vede k nerovnoměrné rychlosti nanášení vrstvy po délce součásti, a při použití magnetronu na reaktivní depozice i k následné změně stechiometrie vrstvy.The prior art solutions are constructed either as pin magnetrons, wherein the target in the form of a rod is inserted into the center of the rotating member on the surface of which the layer is to be applied and the magnetic field is located on the periphery of the member. The disadvantage of the first solution is the low versatility with regard to the necessity of placing the magnetic field outside the target and the component itself. This results in an uneven coating rate over the length of the workpiece and, when using magnetron for reactive deposition, leads to a subsequent change in layer stoichiometry.

V současné době známá řešení umožňují deponovat pomocí magnetronu nereaktivní i reaktivní vrstvy na vnější povrchy součástí, nebo na vnitřní průměry o velkém rozměru s ohledem na nutnost použití vnější anody, při omezeném využití targetu.a při nerovnoměrném nanášení vrstev.The presently known solutions make it possible to deposit non-reactive and reactive layers by means of magnetron on the outer surfaces of the components, or on large internal diameters with regard to the necessity of using an external anode, with limited use of the target and uneven coating.

Uvedené nevýhody odstraňuje válcový magnetron dle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom; že magnety jsou uspořádaný na nosiči magnetů v řadách a jednak v kruhových sadách, přičemž horní i dolní kruhová sada je vytvořena magnety polovanými ve stejném směru. Magnety jsou uloženy v řadách ve směru podélné osy tělesa magnetronu a jsou uspořádaný tak, že vždy po úhlu 90 ° obvodu magnetronu je jedna řada magnetů polovaná souhlasně s orientací horní a dolní kruhové sady a následující řada opačně, přičemž v případě souhlasné polarizace magnetů v podélné ose s horní a dolní kruhovou sadou navazuje řada magnetů přímo na horní nebo dolní kruhovou saduj v případě polarizace opačné je vytvořena mezera mezi kruhovou sadou a opačně polarizovanou řadou magnetů, přičemž anodu tvoří kruhové desky a target tvoří dutý válec.The above-mentioned disadvantages are overcome by the cylindrical magnetron according to the invention, the essence of which is that; The magnets are arranged on the magnet support in rows and in circular sets, the upper and lower circular sets being formed by magnets poled in the same direction. The magnets are arranged in rows in the direction of the longitudinal axis of the magnetron body and are arranged so that each 90 ° circumference of the magnetron is one row of magnets aligned with the orientation of the upper and lower ring set and the opposite row opposite. In the case of polarization the opposite is formed a gap between the circular set and the opposite polarized row of magnets, with the anode forming a circular plate and the target forming a hollow cylinder.

Vyšší účinek válcového magnetronu dle vynálezu lze spatřovat v tom, že má pod válcovou katodou o daném průměru vytvarováno magnetické pole tak, že jsou vytvořeny 2 oblaky plazmatu zajišťujících rovnoměrné pokrytí targetu plazmou a tím i rovnoměrné odprašování materiálu z povrchu. Současně toto řešení dovoluje rovnoměrné nanesení vrstvy po celém vnitřním obvodu součásti bez rotace výrobku nebo magnetronu.The higher effect of the cylindrical magnetron according to the invention can be seen in that it has a magnetic field formed under a cylindrical cathode of a given diameter, so that two clouds of plasma are created ensuring uniform plasma coverage of the target and thus even dust removal of material from the surface. At the same time, this solution permits even coating of the entire inner circumference of the component without rotation of the product or magnetron.

Vzhledem ke tvarování magnetického pole kolmo na podélnou osu lze anody výhodně umístit na obou koncích magnetronu, čímž odpadá nutnost vnější anody okolo pláště targetu. V tomto uspořádání je možno bez dalších konstrukčních změn konstruovat magnetron o libovolné délce, omezené pouze výkonem napájecích zdrojů. Současně je zvýšeno i využití targetu odprašovaného materiálu, což je způsobeno možností pootočení targetu ve směru obvodu neodprášenou částí do oblasti hlavního erosního pole plazmatu.Due to the shape of the magnetic field perpendicular to the longitudinal axis, the anodes can advantageously be positioned at both ends of the magnetron, eliminating the need for an external anode around the target shell. In this arrangement, it is possible to construct a magnetron of any length, limited only by the power of the power supplies, without further design changes. At the same time, the utilization of the target of the dedusted material is increased, which is caused by the possibility of rotating the target in the circumferential direction with an unpowdered part into the area of the main erosion field of the plasma.

Na připojeném výkrese je znázorněn válcový magnetron dle vynálezu, kde značí obr. 1 - nárys vnitřní části válcového magnetronu s některými díly znázorněnými v řezu, obr. 2 - je řez rovinou A-A z obr. 1.In the accompanying drawing, a cylindrical magnetron according to the invention is shown, in which Fig. 1 is a front elevation of the inner part of a cylindrical magnetron with some parts shown in section; Fig. 2 is a section along the line A-A in Fig. 1.

Válcový magnetron dle vynálezu je na obr. 1 tvořen nosičem 1 magnetů z feromagnetického materiálu, na němž jsou přichyceny permanentní magnety 2,, dále v textu nazývány jen magnety 2_, Těleso magnetronu je uzavřeno pólovými nástavci £, mezi něž je vložen target 3. tvořící katodu. Target 3 je v podstatě dutý válec. Nad izolací 5. je uložena anoda £, která vytváří rovnoměrné elektrické pole po celém obvodě. Přes přívod chladící kapaliny 7_ je do vnitřní části magnetronu přivedena chladící kapalina, která umožňuje jak chlazení targetu i magnetů 2. a je odváděna odvodem chladící kapaliny 8.The cylindrical magnetron according to the invention is represented in FIG. 1 by a magnet carrier 1 made of a ferromagnetic material, to which permanent magnets 2 are attached, hereinafter referred to only as magnets 2. The magnetron body is closed by pole extensions 6 between which a target 3 is inserted. cathode. Target 3 is essentially a hollow cylinder. Above the insulation 5 there is an anode 6 which generates a uniform electric field over the entire circumference. Through the coolant supply 7, a coolant is introduced into the interior of the magnetron, which allows both cooling of the target and the magnets 2 and is discharged by the coolant removal 8.

Těleso válcového magnetronu je staženo několika spojovacími šrouby z neferomagnetického . materiálu, které procházejí otvory v pólových nástavcích v izolačním dílu a v anodách /šrouby i otvory zde nejsou znázorněny/.The cylindrical magnetron body is tightened by several non-ferromagnetic connecting screws. material, which pass through the holes in the pole pieces in the insulating part and in the anodes (screws and holes are not shown here).

Magnety .2 jsou na nosiči magnetů _i uspořádány ve čtyřech řadách ve směru podélné osy magnetronu tak, že vždy po úhlu 90° je jedna řada magnetů 2,'/viz. obr, č. 2/. Další magnety 2 jsou umístěny v horní kruhové sadě 9 a dolní kruhové sadě 10. Podélné řady magnetů 2 v případě opačné polarizace vzhledem k horní nebo dolní kruhové sadě 9_ nebo 10 nezasahují až k horní nebo dolní kruhové sadě 9. nebo 10, ale je zde vytvořena mezera. Magnety 2 jsou v kruhových sadách 2 ^a j·⁰ uspořádány tak, že horní i dolní kruhová sada 9 i 10 je shodně polarizována. Magnety 2. uspořádáné v řadách v podélné ose magnetronu jsou uspořádány tak, že vždy jedna řada je polována shodně s horní a dolní kruhovou sadou 9_ a IQ a další řada je polována opačně.The magnets 2 are arranged in four rows on the magnet carrier 1 in the direction of the longitudinal axis of the magnetron so that each row of magnets 2 is arranged at 90 [deg.]. Fig. 2 /. The other magnets 2 are located in the upper ring set 9 and the lower ring set 10. The longitudinal rows of magnets 2 do not extend up to the upper or lower ring set 9 or 10 in the case of opposite polarity to the upper or lower ring set 9 or 10, but there is space created. The magnets 2 are arranged in the ring sets 2 ^and ¹⁰ so that the upper and lower ring sets 9 and 10 are equally polarized. The magnets 2 arranged in rows on the longitudinal axis of the magnetron are arranged such that one row is always poled identically to the upper and lower ring sets 9 and 10 and the other row is poled opposite.

Přitom v případě shodné polarizace řady magnetů 2_ s horní a dolní kruhovou áadou 2 a 10 magnetů 2_ navazuje řada magnetů 2 přímo na horní a dolní kruhovou sadu 9. a 10, v připaž dě opačné polarizace je mezi koncem řady horní a dolní kruhové sady 9 a· 10 vytvořena mezera. Tímto uspořádáním je vytvořeno výsledné magnetické pole kolmé na osu magnetronu, které je v okrajových částech stočeno o 180° do protisměru. Vlivem působení zkříženého magnetického a elektrického pole dochází k usměrněnému toku ionizovaných částic, které vytvářejí nad targetem 2 úva plazmatické oblaky ve tvaru podlouhlé elipsy s toroidním průřezem. V oblasti dopadu ionizovaných částic na target 2 dochází k odpašování targetu 3_. Vzhledem ke tvarování magnetického pole jsou hlavní erosní oblasti pootočeny o 90°, a tudíž dochází k rovnoměrnému odprašování po celém obvodě.In the case of identical polarization of the row of magnets 2 with the upper and lower ring row 2 and 10 of the magnets 2, the row of magnets 2 directly adjoins the upper and lower ring sets 9 and 10; and 10 a gap is created. By this arrangement, a resulting magnetic field perpendicular to the axis of the magnetron is created, which is rotated 180 ° to the opposite direction in the edge portions. Due to the effect of the cross-over magnetic and electric fields, there is a rectified flow of ionized particles, which form an elongated ellipse-shaped plasma cloud with a toroidal cross-section above target 2. In the area of impact of ionized particles on target 2, the target 3 is de-dusted. Due to the shaping of the magnetic field, the main erosion regions are rotated by 90 ° and therefore uniform dusting occurs over the entire circumference.

Na obr. Č. 2 je řez rovinou A-A z obr, 1 a je zde znázorněno rozmístění řad magnetů 2 a jejich polarizace, tvar průřezu nosiče 2 magnetů a targetu 2·Fig. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A in Fig. 1 and shows the location of the rows of magnets 2 and their polarization, the cross-sectional shape of the magnet carrier 2 and the target 2.

Válcový magnetron dle vynálezu umožňuje deponovat ve vakuu tenké vrstvy z elektricky vodivých, neferomagnetických materiálů na vnitřní průměry rotačních součástí, popř. i na povrchy různých součástí. Tyto vrstvy mohou být jak reaktivní tak i nereaktivní.The cylindrical magnetron according to the invention makes it possible to deposit thin layers of electrically conductive, non-ferromagnetic materials in vacuum on the inner diameters of rotating parts, or in vacuum. even on surfaces of various components. These layers can be both reactive and non-reactive.

Claims

A cylindrical magnetron with multiple elliptic plasma clouds consisting of a magnet support, pole pieces and insulation, characterized in that the magnets (2) are arranged on the magnet support (1) both in rows and in circular sets (9, 10), the upper circular the set (9) and the lower ring set (10) are formed by magnets poled in the same direction, the magnets (2) are arranged in rows in the direction of the longitudinal axis of the magnetron body and are arranged such that (2) polarized in accordance with the orientation of the upper and lower ring set (9, 10) and vice versa, and in the case of a coincident polarization of the magnets (2) in the longitudinal axis with the upper and lower ring set (9, 10) 2) directly on the upper and lower ring set (9, 10), in the case of opposite polarization a gap is created between the ring set (9, 10) and the opposite polarized row of magnets / 2 / the anode / 4 / form a circular plate and target / 3 / is a hollow cylinder.