SE511139C2 - Plasmabearbetningsapparat med vridbara magneter - Google Patents

Description

511 '159 2 volymer. På grund av reducerade rekombinationsförluster leder den magnetiska inneslutningen till högre plasmatätheter jämfört med fall utan magnetiska hjälpmedel. Vid låga gastryck där kollisioner mellan partiklar är mindre frekventa och är fria medelvägländen för partiklar ofta längre än reaktorkammarens dimensioner. Partiklar kan fä hög energi från genererande fält och väggrekombinationshastigheten kan överväga jonisering. Ett sådant plasma kan inte upprätthållas utan extra magnetisk inneslutning.

Ett magnetfält kan dessutom utnyttjas som en aktiv komponent i olika mekanismer för plasmagenerering, Till exempel i elektron- och joncyklotron- resonanser (ECR, ICR), där magnetisk induktion B hänför sig både till generatorfrekvensen u) och elektron- eller jonmassan: B = to mai/ qai.

Ytterligare exempel är hybridresonanser, Landaudämpningsunderstödd plasmauppvärmning, osv. Både den magnetiska induktionen och det magnetiska flödets form kan optimeras samtidigt så att den resonanta alstringen av högdensitetsplasmat kan kombineras med dess inneslutning inom en definierad volym.

Flera olika typer av magnetiska inneslutningar (plasmatraps) för radio- frekventa (RF) glödurladdningar som utnyttjar statiska magnetfält genererade genom induktionsspolar patenterades av A.S. Penfold and J .A. Thornton (US Patent No. 4,1 16,794, 26-09-1978). Patentet introducerar olika arrangemang med magnetiska induktionsspolar optimerade för olika RF-elektrodgeometrier.

Målsättningen med denna optimering är att maximera urladdningsinne- slutningen och att hålla plasmat vid liv ner till låga gastryck i urladdnings- kammaren. Alla spolarrangemangen som yrkas är statiska i både tid och rum.

Det är också möjligt att "flytta" magnetfältet i rymden, antingen genom att flytta induktionsspolen själv eller genom att stegvis koppla in strömmen till på varandra följande induktionsspolar i en uppsättning av spolar. Till exempel 511 139 3 användes magnetfält med rörliga induktionsspolar vid ECR-urladdningar (R.

I-lytry et al., J. Vac: Sci. Technol., 1993). Det periodiska ersättandet av magnetfältet i ett statiskt system med elrnagneter genom successiv förflyttning av genereringsströmmen i respektive spolar rapporterades i ett system med en induktiv RF-urladdning av M. Murata et al. (Vacuum 1997). Dessa magnet- fältsrörelser är baserade på rumslig omflyttning (utbyte) av de magnetiska organen utan ändring av magnetiska flödeslinjers form eller fältgeometrin.

I allmänhet är skapandet av en lämplig form av magnetfält med hjälp av induktionsspolar omöjligt om man kräver en hög magnetisk induktion i små volymer eller inom begränsade områden. Beträffande dessa problem blev året 1984 ett “genombrott”, på grund av upptäckten av kraftiga perrnanentrnag- neter baserade på ternära interrnetalliska samrnansättningar, t.ex. Nd-Fe-B (se t.ex. boken “Ferromagnetic materials” av E.P. Wohlfarth och K.H.J.

Buschow, North-Holland, 1988, kapitel 1, Fig.l sid. 4 samt sid. 7). Denna typ av magneter kan tillhandahålla ett mycket kraftigt magnetfält (mer än 0,1 Tesla vid magnetytan). I många praktiska fall ersätter dessa magneter med stor framgång induktionsspolar och de tillåter magnetfältstillämpningar med mycket väldefinierade fonner i utvalda utrymmen. Den viktigaste möjligheten är bildandet av starka lokala magnetfält med en lämplig utformning av magnetiska fältlinjer, vilket år praktiskt omöjligt med induktionsspolar.

Ett lokalt magnetfält användes i en apparat för alstring av en linjär båg- urladdning för plasmabearbetning (LAD - Linear Arc Discharge) av L. Bárdos och H. Baránková (Svensk patentpublikation SE 503 141, Nov. 1994), i synnerhet för plasmaprocesser på fasta substratytor. I denna apparat är ett par elektrodplattor, placerade mittemot varandra och kopplade till samma pol på generatorn, placerade i ett magnetiskt fält som skapas av magneter för att utveckla linjära värmezoner på elektrodplattorna mellan vilka en bågurladdning alstras. Elektrodplattoma bildar en planparallell hålkatod, negativ i förhållande till det omgivande plasmat, som representerar en virtuell anod. Värmezonerna utbildas på grund av ett jonbombardemang av plattornas 511 139 4 ytor vid hålkatodurladdningen mellan plattorna. Magnetfältet vinkelrätt mot katodplattorna underlättar i denna apparat hålkatodurladdníngen i spalten mellan plattorna. Magneternas läge kan avstämmas med avseende på elektrodplattorna genom en justeringsanordning, och fördelningen av det magnetiska fältet avstäms med hjälp av magneter och med ytterligare magneter. Sålunda är magnetfältet som används i LAD-plasmakällan stationärt både i tid och rum. För utvalda parametrar för gasflödes- hastigheten, generatorcffekten, gastrycket, osv., kan magnetfältet avstämmas och optimeras för en jämn fördelning av den resulterande plasmadensiteten längs med spalten. På grund av en kraft vxB skild från noll i många praktiska applikationer visar jonerna emellertid en tendens att ha en större koncentration på den ena sidan av hålkatodspalten. Tidsberoende ändringar av urladdningspararnetrar under LAD-källans drift förorsakar ändringar i både partiklarnas hastigheter och fördelningen av elektriska fält i urladdningen. Dessa ändringar resulterar i en ojämn erosion av katodmaterialet genom bågurladdningssputtring och/ eller förångning och följaktligen också en ojämn bearbetningshastighet av substraten.

Ett annat exempel på användning av kraftiga permanentmagneterna är den välkända magnetronsputtrings-/sputtringsetsningsanordningen. Principer och prestanda för olika magnetronsystem för sputtringsetsnings- /beläggningsprocesser beskrivs i många arbeten. Trots deras nästan "klassiska" koncept och deras kommersiella tillgänglighet sedan 1976, genomgår magnetronerna fortfarande konstruktionsändringar. Orsaken till detta är antingen en otillfredsställande plasmadensitet vid substratet för vissa tillämpningar eller ineffektiv och ojämn förbrukning av magnetron- målmateríalet åtföljd av en liten erosionsyta på målmaterialet under sputtring.

Det första problemet kan delvis lösas genom en "obalansering" av de magnetiska flödeslinjema, vilket tillåter plasmat att expandera mot substratet (B. Window och N. Savvides, 1986), eller också med hjälp av ett extra joniseringsverktyg, till exempel en hålkatod (J .J . Cuomo et al., US Patent 4,588,490 inlämnat 22-05-1985) alternativt med en yttre RF-spole (S.M. 511139 s Rossnagel och J. I-lopwood, Appl. Phys. Lett., 1993). Det andra problemet reduceras i magnetroner med en roterande cylindriskt målmaterial "C-Mag" (M. Wright et al., J. Vac. Sci. Technol., 1986; A. Belkind et al., Thin Solid Films 1991) samt i magnetroner med ihåliga målmaterial (visade i US Patent 5,073,245 av V.L. Hedgcoth, 1991). En annan lösning är baserad på nya magnetfältsformgivningar med användning av permanenünagneter som visat i US Patent 5,262,028 av Sierra Applied Sciences Inc. En översikt av olika arrangemang av magnetiska fält i alla kända magnetroner presenterades till exempel av J. Musil et al. (Vacuum 1995) eller av R. Kukla (Surf. Coat.

Technol. 1997). I alla magnetroner används antingen det stationära magnetfältet (slutet eller obalanserat) eller så rör sig fältet med avseende på målmaterialet under bearbetningen (C-Mag), dock utan att ändra sin form och sin induktion. Sputtringsregimema är därför "förbestämda" genom magnetfâltets form, som ej kan ändras under magnetronens drift.

SAMMANFATTNING AV UPPF IN N IN GEN Syftet med den föreliggande uppfinningen är därför att övervinna begränsningarna och nackdelarna enligt den ovan beskrivna teknikens ståndpunkt och att tillhandahålla en plasmabearbetningsapparat med vridbara magneter för att uppnå ett justerbart tidsvaríabelt magnetfält.

Enligt ett första syfte i enlighet med den föreliggande uppfinningen innefattar en plasmabearbetningsapparat med vridbara magneter åtminstone ett par av ett första vridbart permanentmagnetsystem och ett andra vridbart permanent- magnetsystem placerade mittemot varandra, innefattande individuella perma- nentmagneter med en maximal magnetisk induktion större än 10* Tesla, ett drivsystem placerat för drivrörelsen för dessa vridbara perrnanentmagnet- system, en grundläggande plasmabearbetningsanordning som används i kombination med dessa vridbara permanentmagnetsystem för bildandet av tidsvariabla magnetflödeslinjer och för att påverka ett plasma alstrat av plasmabearbetningsanordningen, samt ett styrsystem innefattande ett avkännarsystem och ett återkopplingssystem anslutet till det drivsystemet och 511 139 6 anordnat för styrning av dessa permanentmagneters rörelse i de vrídbara permanentmagnetsystemen i förhållande till ändringar i plasmat.

Enligt ett andra syfte med den föreliggande uppfinningen innefattar en plasmabearbetningsapparat med vrídbara magneter åtminstone ett par av ett första vridbart permanentmagnetsystem och ett andra vridbart permanent- magnetsystem placerade mittemot varandra, innefattande individuella permanenta magneter med en maximal magnetisk induktion större än 10* Tesla, ett drivsystem placerat för drivning av rörelsen för dessa vrídbara permanentmagnetsystem, en grundläggande plasmabearbetningsanordning innefattande en linjär bågurladdningsapparat med åtminstone ett par hålkatodsplattor placerade i ett magnetfält där stationära magnetflödeslinjer är antingen ersatta eller påverkade av tidsvariabla magnetflödeslinjer bildade av dessa vrídbara permanentmagnetsystem för att alstra ett tidsberoende hålkatodplasma, ett styrsystem innefattande ett avkännarsystem och ett återkopplingssystem anslutet till drivsystemet och anordnat för styrning av dessa vrídbara permanentrnagnetsystems rörelse med hänsyn till ändringar i det tidsberoende hålkatodplasmat.

Enligt ett tredje syfte med den föreliggande uppfinningen innefattar den grundläggande plasmabearbetningsanordningen enligt de tidigare två syftena en magnetronanordning med ett stationärt magnetsystem i vilket de vrídbara permanentmagnetsystemen placeras för att bilda tidsvariabla magnet- flödeslinjer vilka genomkorsar ett magnetronmålmaterial för alstring av ett tidsberoende magnetronplasma.

Enligt ett fjärde syfte med den föreliggande uppfinningen innefattar den grundläggande plasmabearbetningsanordningen en magnetronanordning med ett roterande magnetronmålmaterial, i vilken dessa vrídbara permanent- magnetsystem installeras på en hållare tillsammans med det stationära magnetsystemet. 511139 7 Enligt ett femte syfte med den föreliggande uppfinningen innefattar den grundläggande plasmabearbetriingsanordningen ett aktivt plasma i en reaktor där de vridbara pennanentmagnetsystemen placeras utanför och/ eller inuti reaktorn för att forma dessa tidsvariabla magnetflödeslínjer och för att generera tidsberoende kompakta plasmaregioner.

Enligt ett sjätte syfte med den föreliggande uppfinningen innefattar de vridbara permanentrnagnetsystemen individuella permanentmagneter som har olika maximal magnetisk induktion och/ eller olika magnetflödes- linjeríktningar.

Enligt ett sjunde syfte enligt den föreliggande uppfinningen möjliggör drivsystemet styrt av styrsystemet drivning av rörelsen för de vridbara permanentmagnetsystemen i en stegvis rörelse eller i en vibrationsrörelse kring utvalda positioner.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Ändamålen, funktionerna och fördelarna med den föreliggande uppfinningen som den beskrivits ovan kommer att bli uppenbara genom beskrivningen av uppfinningen som ges i samband med de medföljande figurerna, i vilka: FIG. 1 är en schematisk bild av en första utföringsform i enlighet med den föreliggande uppfinningen, vilken visar ett exempel på en plasma- bearbetningsapparat med vridbara magneter för en linjär bågurladd- ningsbearbetning (LAD) i ett tidsberoende hålkatodplasma, FIG. 2 är en schematisk bild av en andra utföringsform av den föreliggande uppfmningen, vilken visar ett annat exempel på en plasma- bearbetningsapparat med vridbara magneter i kombination med en magnetronanordning för alstring av ett tidsvarierande magnetron- plasma, 511 139 FIG. 3 FIG. 4 FIG. 5 FIG. 6 FIG. 7 8 är en schematisk bild av en tredje utföringsforrn av den föreliggande uppfinningen, vilken visar ett ytterligare exempel på en plasma- bearbetningsapparat med vridbara magneter installerade i en magnetronanordning med ett roterande cylindriskt målmaterial för alstring av ett tidsberoende magnetronplasma, är en schematisk bild av en fjärde utföringsform av den föreliggande uppfinningen, vilken visar ett vidare exempel på en plasmabear- betningsapparat med vridbara magneter i en reaktor med ett aktivt plasma för generering tídsberoende kompakta plasmaregioner, visar ett exempel på en plasmabearbetningsapparat med vridbara magneter i enlighet med en första utföringsfonn av den föreliggande uppfinningen, med sekvenser med 45° positionsändring från O° till 3l5° för de vridbara permanentmagnetsystemen och påverkan av fördelning respektive av magnetflödeslinjer, fördelning av ett plasma samt fördelning av en värmezon vid elektrodplattor i en hål- katodurladdning alstrad av apparaten visad i FIG. 1, visar ett exempel på en plasmabearbetningsapparat med vridbara magneter i enlighet med den föreliggande uppfinningen i dess första utföringsfonn, för 45° Sekventiell positionsändríng från O° till 3l5° av de vridbara permanentmagnetsystemen och åtföljande inverkan på fördelningen av magnetiska flödeslinjer och magnetilödeslinjer skapade av ett stationårt magnetsystem respektive inverkan på en plasmafördelning, visar ett exempel på en plasmabearbetningsapparat med vridbara magneter i enlighet med en andra utföringsform av den föreliggande uppfinningen, med 45° Sekventiell positionsåndring från 0° till 3l5° av de vridbara perrnanentrnagnetsystemen i förhållande till ett stationärt magnetsystem i en magnetronanordning, en inverkan på 511 139 9 fördelning av de magnetiska flödeslinjerna och på fördelning av ett magnetronplasma alstrat i apparaten som visats i FIG. 2, FIG. 8 visar ett exempel på en plasmabearbetningsapparat med vridbara magneter i enlighet med en andra utföringsform av den föreliggande uppfmningen, med 45° Sekventiell positionsändring från 0° till 3l5° av de vridbara permanentmagnetsystemen i förhållande till ett stationärt magnetsystem i en magnetronanordning, en inverkan på fördelningen av magnetiska flödeslinjer och fördelning av ett magnetronplasma alstrat i apparaten som visats i FIG. 2; FIG. 9 är ett annat exempel som visar en förenklad bild av de vridbara permanentmagnetsystemen för plasmabearbetningsapparaten enligt den föreliggande uppfinningen och ett arrangemang av de individuella permanenta magnetema.

DETALJERAD BESKRIVNING Med hänvisning till FIG. 1 beskrivs en första utföringsforrn av en plasma- bearbetningsapparat med vridbara magneter i enlighet med den föreliggande uppfinningen. Åtminstone ett par av ett första vrldbart permanent- magnetsystem l och ett andra vridbart perrnanentrnagnetsystem 2 inne- fattande individuella permanentmagneter 3 år placerade mittemot varandra.

För att ge ett tillräckligt starkt magnetflöde tvårsöver ett utrymme mellan de vridbara permanentmagnetsystemen skall samtliga individuella permanent- magneter ha sin maximala magnetiska induktion större än 10"* Tesla (1000 Gauss). Starka NdFeB-perrnanentmagneter som uppvisar en ytínduktion upp till omkring 0,5 Tesla eller mer år lämpliga för detta ändamål. De vridbara permanentrnagnetsystemen drivs av ett drivsystem 4 som t.ex. utför en rotation av permanentmagnetsystemen i motsatta riktningar mot varandra.

De vridbara permanentmagnetsystemen används i kombination med en grundläggande plasmabearbetningsanordning 5, t.ex. med en linjär bågurladdningsapparat (LAD), visad i FIG. 1 som en första utföringsform av 511 139 10 den föreliggande uppfinningen. De vridbara permanentmagnetsystemens rörelser gör både fördelningen av magnetflödet och den magnetiska induktionens storlek i ett utrymme mellan de vridbara permanent- magnetsystemen tidsberoende. Tidsberoende magnetiska flödeslinjer 6 påverkar ett plasma 7 alstrat av den grundläggande plasmabearbet- ningsanordningen. När det gäller LAB-apparaten går det bra att ersätta de stationära permanentrnagneterna som skapar magnetfältet över spalten mellan hålkatodplattorna 8 med de vridbara permanentmagnetsystemen. I detta fall beror bildandet av värmezoner på. elektrodplattoma i LAD-apparaten på ändringar av magnetflödeslinjerna 6 och ett tidsberoende hålkatodplasma 10 alstras. Dessutom påverkas av de vridbara permanentmagnetsystemen också stationära magnetflödeslinjer 9, skapade genom ett stationärt magnet- system 14. Denna påverkan resulterar i tidsberoende ändringar i plasma alstrat med apparaten. I ett enklaste fall orsakar en stadig rotering av de vridbara permanentrnagnetsystemen en symmetrisering av hålkatodplasma- densiteten längs med hålkatodspalten, oberoende av experimentella para- meterändringar, t.ex. gasflöde, gastryck, effekt, osv. Rotationsfrekvensen för permanentmagneterna representerar för styrning av processen en ny parameter, som inte är tillgänglig i det statiska fältet i LAD-apparaterna. De vridbara permanentrnagnetsystemen kan även drivas i en stegvis rörelse eller i en vibrationsfunktionsmod kring utvalda positioner. Dessa rörelser kan fördelaktigt utnyttjas för automatisk styrning av utvalda parametrar, t.ex. plasmaparametrar, genom ett styrsystem ll innefattande ett avkännarsystem 12 för detektering av utvalda parametrar och ett äterkopplingssystem 13 för styrning av ett drivsystem 4. Sådana slutna återkopplade styrsystem reagerar på ändringar av plasmaparametrar och tvingar drivsystemet att ändra de vridbara permanentmagneternas läge så att parametrarna återgår till de på förhand valda värdena.

Med hänvisning till FIG. 2 beskrivs med en schematisk bild en andra utföringsform av en plasmabearbetningsapparat med vridbara magneter i enlighet med den föreliggande uppfinningen. Ett par av ett första vridbart 511 139 11 permanentmagnetsystem 1 och ett andra vridbart permanentmagnetsystem 2 innefattande individuella permanentmagneter 3 placeras mittemot varandra.

De individuella perrnanentrnagneterna har en maximal magnetisk induktíon mer än 10"* Tesla (1000 Gauss). De vridbara permanentrnagnetsystemen drivs av ett drivsystem 4 som utför t.ex. en rotation av de vridbara permanent- magnetsystemen i motsatta riktningar i förhållande till varandra. Dessa vridbara permanentmagnetsystem används i kombination med en grund- läggande plasmabearbetningsanordning 5, vilken i den andra utföringsfonnen av den föreliggande uppfinningen representerar en magnetronanordning med ett stationärt magnetsystem 14. De vridbara pennanentrnagnetsystemens rörelser ändrar det stationära magnetsystemets magnetfält och gör tidsberoende både fördelningen av magnetflödet och den magnetiska induktionens storlek på ett magnetronmålmaterial 16. Tidsberoende magnetiska flödeslinjer 6 förorsakar ett tidsberoende magnetronplasma 17, både i form och i parametrar. Denna tidsavhängighet resulterar i en tidsberoende erosion av målmaterialet i en erosionszon 18. Erosionszonen kan förstoras och dessutom kan magnetronen bli periodiskt obalanserad och balanserad, beroende på arrangemanget med de vridbara permanent- magnetsystemen inom magnetronens stationära magnetsystem. Styrning av plasmaparametrama och/ eller målmaterialerosion möjliggörs av ett styrsystem ll innefattande ett sensorsystem 12 och ett äterkopplingssystem 13 anslutet till drivsystemet.

Med hänvisning till FIG. 3 beskrivs med en schematisk bild en tredje utföringsforrn av en plasmabearbetningsapparat med vridbara magneter i enlighet med den föreliggande uppfinningen. Ett par av ett första vridbart permanentrnagnetsystem l och ett andra vridbart permanentmagnetsystem placerade mittemot varandra används i kombination med en grundläggande plasmabearbetningsanordning 5, vilken i den tredje utföringsformen av den föreliggande uppfinningen representerar en magnetron med ett roterande målmateríal 19. Vridbara permanentmagrietsystemen installeras på en hållare 20 tillsammans med ett stationärt magnetsystem 14. De vridbara 511139 12 permanentmagnetsystemen påverkar det stationära magnetsystemets magnetfält och gör både fördelningen av magnetflödet samt den magnetiska induktionens storlek vid det roterbara magnetronrnålrnaterialet tidsberoende.

I de fall när en enkel rotation av de vrídbara perrnanentmagnetsystemen skall användas är det också möjligt att utelärnna drivsystemet och rotera permanentrnagnetsystemet med hjälp av det roterande magnetrön- målmaterialet själv. De vrídbara pennanentrnagnetsystemen möjliggör magnetrondrift i både en obalanserad och en sluten fältregim samtidigt med ändring av deras läge i förhållande till målmaterialet. Detta år en unik förmåga som inte är möjlig i konventionella magnetroner.

Med hänvisning till FIG. 4 beskrivs en fjärde utföringsform av en plasma- bearbetningsapparat med vrídbara magneter i enlighet med den föreliggande uppfinningen. Flera par av ett första vridbart permanentrnagnetsystem 1 och ett andra vridbart permanentrnagnetsystem placerade mittemot varandra installeras i en grundläggande plasmabearbetningsanordning 5 vilken, i den fiärde utföringsforrnen av den föreliggande uppfinningen, representerar ett aktivt plasma 21 i en reaktor 22. Paren vrídbara permanentrnagnetsystem kan placeras utanför och/ eller inuti reaktorn. De vrídbara permanentmagnet- systemens rörelser, t.ex. enkel rotation som illustrerat i FIG. 4, förorsakar periodiska ändringar av plasmainneslutningen, vilket resulterar i bildandet av tidsberoende täta plasmaregioner 23. Tidsberoende ändringar av plasma- densitet, till exempel pulsation, kan korreleras med andra parametrar, t.ex. ett pulserat reaktivgasinflöde, en pulserad plasmagenerering, osv. Sådana plasmabearbetningsregimer kan vara mycket viktiga i ett antal tillämpningar, till exempel när det krävs en tidsberoende växelverkan av plasmat med substratytor vid avbrutna deponeringar, lågtemperaturbehandlingar, osv.

EXEMPEL Med hänvisning till FIG. 5 beskrivs ett första exempel som hänför sig till en första utföringsforrn av en plasmabearbetningsapparat visad i FIG. 1. En schematisk bild visar en tvärsnittsvy av de vrídbara permanentrnagnet- 511 139 13 systemen 1 och 2 vid olika vinkellägen med avseende på hålkatodplattorna 8, i det här fallet med sekventiella 45° ändringar från O° till 3l5°, och en mot- svarande sidovy av en elektrodplatta 8. Ett tidsberoende vinkelläge för de vridbara permanentmagnetsystemen förorsakar en tidsberoende form för de magnetiska flödeslinjema 6 mellan de vridbara permanentmagnetsystemen och följaktligen en tidsberoende form av hålkatodsurladdning 10. Ändringar i hålkatodsurladdningen följs av ändringar i parametrar för värmezoner 15 vid katodplattorna 8, där ett ökat jonbombardemang, termisk och sekundär emission av elektroner liksom en ökad erosion av katodplattematerialet äger rum. De vridbara perrnanentrnagnetsystemens rörelse, till exempel enkel rotation, utjämnar fördelaktigt värmezonernas fördelning och följaktligen den resulterande likformigheten i plasmabearbetning längs hålkatoden.

Med hänvisning till FIG. 6 beskrivs ett andra exempel relaterat till en första utföringsforrn av en plasmabearbetningsapparat visad i FIG. 1. En schematisk bild visar tvärsnittsvyer av de vridbara permanentrnagnetsystemen 1 och 2 vid olika vinkelpositioner med avseende på hålkatodplattoma 8, i det här fallet med 45° sekventiella ändringar från O° till 3l5°, samt ett stationårt magnet- system 14. Ett tidsvariabelt vinkelläge för de vridbara permanentmagnet- systemen orsakar tidsberoende former för de magnetiska flödeslinjema 6 mellan de vridbara permanentmagrietsystemen och detta påverkar också de stationära magnetiska flödeslinjema 9. Det resulterar i tidsberoende former för både en hålkatodurladdning 10 och ett plasma 7 alstrat av apparaten.

Med hänvisning till FIG. 7 beskrivs ett tredje exempel relaterat till en andra utföringsforrn av plasmabearbetningsapparaten visad i FIG. 2. En schematisk bild visar tvärsnittsvyer av de vridbara permanentmagnetsystemen 1 och 2 installerade i kombination med en magnetronanordning vid olika vinkellägen, i det här fallet med 45° sekventiella ändringar från O° till 315° med avseende på ett stationärt magnetsystem 14 och på ett magnetronmålmaterial 16.

Tidsberoende vinkellägen för de vridbara perrnanentmagnetsystemen förorsakar tidsvariabla former för de magnetiska flödeslinjema 6 vilka 511 139 14 genomkorsar ett magnetronmålmaterial 16. Detta resulterar i en tidsberoende form av magnetronurladdningen 17. I detta exempel är de vridbara permanentmagnetsystemen installerade i en magnetron med en balanserat fältinställning och förorsakar obalans i en del av det stationära magnetfältet.

De vridbara permanentmagnetsystemens rörelser, t.ex. enkel rotation, skapar tidsberoende växlingar mellan de balanserade och obalanserade delarna av fältet. Följaktligen kan en magnetronerosionszon utsträckas och både ett obalanserat område och ett balanserat område av magnetronurladdningen rör sig periodiskt över målrnaterialet.

Med hänvisning till FIG. 8 beskrivs ett andra exempel relaterat till en andra utföringsforrn av en plasmabearbetningsapparat visad i FIG. 2. En schematisk bild visar tvärsnittsvyer av de vridbara perrnanentmagnetsystemen l och 2 installerade i kombination med en magnetrondiodanordning vid olika vinkellägen, i det här fallet med 45° sekventiella ändringar från O° till 3l5°, med avseende på ett stationärt magnetsystem 14 och ett magnetronmålmaterial 16. Tidsberoende vinkellâgen för de vridbara permanentmagnetsystemen orsakar tidsvariabla former av de magnetiska flödeslinjerna 6 vilka genomkorsar magnetronmålmaterialet 16. Detta resulterar i en tidsberoende form av magnetronurladdningen 17. I detta exempel är de vridbara permanentmagnetsystemen installerade i en magnetron med en obalanserad fåltinställning och förorsakar en balansering av en del av det stationära magnetfältet. De vridbara permanent- magnetsystemens rörelser, t.ex. enkel rotation, skapar tidsberoende växlingar mellan de balanserade och obalanserade delarna av fältet. Följaktligen kan magnetronerosionszonen utsträckas och ett obalanserat område och ett balanserat område av magnetronurladdningen rör sig periodiskt över målmaterialet.

Slutligen skall med hänvisning till FIG. 9 beskrivs ett femte exempel som hänför sig till alla utföringsformer av en plasmabearbetningsapparat. Figuren visar ett exempel på vridbara permanentmagnetsystem 1 och 2 med 511 139 15 individuella permanentmagneter 3 installerade längs rotationsaxlar 24 och 25 för de respektive vrídbara permanentmagnetsystemen 1 och 2. Individuella magneter har en viss vinkel med avseende på båda grannrnagneterna, t.ex. 22,5°. Detta speciella arrangemang av individuella magneter leder till en axialberoende fonn av de tidsberoende magnetiska flödeslinjerna 6. Den här typen av magnetarrangemang kan fördelaktigt användas vid styrning av urladdningar i plasmabearbetningsapparater. Det resulterar i mera komplexa former av tidsberoende urladdningar, som kan till exempel röras periodiskt längs ett hålkatodutlopp, eller både längs med och tvärsöver ett magnetronmålmaterial, osv.

Plasmabearbetningsapparaten med vrídbara magneter i enlighet med föreliggande uppfinning har många tänkbara tillämpningar inom plasma- teknologi. De vrídbara perrnanentrnagnetsystemen möjliggör en ersättning av "rigida" koncept vid bearbetande urladdningar med aktiva tids- och rumskontrollerade media. Karaktärer för sådana media påminner om pulserad processning, men bättre stabilitet och kontroll är möjlig genom tídsstyrda ändringar. En likformighet i plasmabearbetningen förbättras också.

Istället för en "perfekt ordning", vanligen krävd av det bearbetande plasmat, kan en mer naturlig "fullständig oordning" ställa in sig och kontrolleras genom speciella arrangemang av de vrídbara permanentmagnetsystemen. Sådana arrangemang kan grunda sig, t.ex., på planetlíknande rörelser av de vrídbara permanentmagnetsystemen, på olika magnetiska induktioner hos de individuella permanentmagnetema i de vrídbara permanentmagnetsystemen, på samtidiga rörelser av alla magneterna i apparaten, osv. De vrídbara pcrmanentmagnetsystemen kan användas i nya typer av plasmakällor där en tids- eller rumsstyrning av urladdningen krävs.

Claims (7)

511 139 16 PATENTKRAV

1. Plasmabearbetningsapparat med vridbara magneter, kännetecknat av åtminstone ett par av ett första vridbart permanentrnagnetsystem (1) och ett andra vridbart permanentmagnetsystem (2) innefattande individuella permanentmagneter (3), varvid de första och andra permanentmagnet- systemen är placerade mittemot varandra, varjämte de individuella permanentmagnetema har en maximal magnetisk induktion av mer än 10* Tesla, ett drivsystem (4) placerat för drivning av en rörelse av permanent- magneterna i de vridbara permanentmagnetsystemen, en grundläggande plasmabearbetningsanordning (5) används i kombination med de vridbara permanentmagnetsystemen för bildande av tidsvariabla magnetflödeslinjer (6) och för päverkande av ett plasma (7) som alstrats av den grundläggande plasmabearbetningsanordningen, ett styrsystem (l 1) innefattande ett avkännarsystem (12) och ett äterkopplingssystem (13) anslutet till drivsystemet och placerat för styrning av dessa permanentmagneters rörelse i de vridbara permanentmagnetsystemen med avseende på ändringar i plasmat.

2. Plasmabearbetningsapparat med vridbara magneter, speciellt för bågurladdningsbearbetning, kännetecknar! av åtminstone ett par av ett första vridbart permanentmagnetsystem (1) och ett andra vridbart permanentmagnetsystem (2) innefattande individuella permanentmagneter (3), varvid de första och andra permanentmagnet- systemen är placerade mittemot varandra, varjäinte de individuella permanentrnagneterna har en maximal magnetisk induktion av mer än 104 Tesla, ett drivsystem (4) placerat för drivning av en rörelse av permanent- magneterna i de vridbara permanentmagnetsystemen, 511 139 17 en grundläggande plasmabearbetningsanordning (5) innefattande en linjär bågurladdningsapparat med åtminstone ett par hålkatodplattor (8) placerade i ett magnetfält där stationära magnetiska flödeslinjer (9) är antingen ersatta eller påverkade av tidsvariabla magnetiska flödeslinjer (6) bildade genom de vridbara perrnanentrnagnetsystemen för alstríng av ett tidsberoende hålkatodplasma (10), ett styrsystem (11) innefattande ett sensorsystem (12) och ett återkopp- lingssystem (13) anslutet till drivsystemet placerat för styrning av permanent- magnetemas rörelse i de vridbara permanentmagnetsystemen med avseende på ändringar i detta tidsberoende hålkatodplasma.

3. Plasmabearbetningsapparat enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att den grundläggande plasmabcarbetningsanordningen (5) innefattar en magnetrön- anordning med ett stationârt magnetsystem (14), i vilket de vridbara permanentmagnetsystemen inplaceras för att forma de tidsvariabla magnetiska flödeslinjerna som genomkorsar ett magnetronmålmaterial (16) för alstríng av ett tidsberoende magnetronplasma (17).

4. Plasmabearbetningsapparat enligt krav l eller 3, kännetecknad av att den grundläggande plasmabearbetningsanordningen (5) innefattar en magnetrön- anordning med ett roterande magnetronmålmateríal (19), i vilken de vridbara permanentmagnetsystemen installeras på en hållare (20) tillsammans med det stationära magnetsystemet.

5. Plasmabearbetningsapparat enligt något av föregående krav, kännetecknad av att den grundläggande plasmabearbetningsanordningen (5) innefattar ett aktivt plasma (21) i en reaktor (22) där de vridbara permanentmagnetsystemen placeras utanför och/ eller inuti reaktorn för att fonna de tidsvariabla magnetiska flödeslinjerna för att generera tidsberoende kompakta plasmaregioner (23). 511 159 18

6. Plasmabearbetriingsapparat enligt något av föregående krav, kännetecknad av att de vridbara permanentmagnetsystemen innefattar individuella pennanentmagneter som har olika maximal magnetisk induktion och/ eller olika riktningar för magnetflödeslínjer.

7. Plasmabearbetningsapparat enligt något av föregående krav, kännetecknad av att drivsystemet för styrning av permanentmagneternas rörelse i de vridbara permanentmagnetsystemen möjliggör drivning av de vridbara perrnanentrnagnetsystemen i en stegvis rörelse eller i en vibratíons- funktionsmod kring utvalda lägen.