11.5 Ионно-плазменные методы распыления Диодные системы распыления

Рассмотрим принцип действия диодной (двухэлектродной) системы ионного распыления (рис.11.10). Два основных элемента системы – катод 4 и анод 9 – располагаются в рабочей вакуумной камере 2.

Рис.11.10. Схема диодной (двухэлектродной) системы ионного распыления: 1 – высоковольтный ввод; 2 – вакуумная камера; 3 – экран; 4 – катод; 5 – пластина (мишень); 6 – темное катодное пространство; 7 – положительный столб; 8 – подложка; 9 – анод; 10 – патрубок к вакуумной системе; 11 – ионы рабочего газа; 12 - осаждаемые частицы; 13 – натекатель рабочего газа

Катод 4 через высоковольтный ввод 1 подсоединяется к отрицательному полюсу высоковольтного источника. Подлежащий распылению материал в виде пластины 5 прикрепляется к катоду. Эту пластину обычно называют мишенью. Анод 9, находящийся под потенциалом земли, располагается на расстоянии в несколько сантиметров от катода. Подложку 8, на которую наносят пленку, закрепляют на аноде. При подаче на катод напряжения порядка 3 – 5 кВ в камере возникает тлеющий разряд. В основном падение приложенного напряжения происходит на темном катодном пространстве 6. Ионы 11, диффундирующие к границе положительного столба 7, попадают на границу темного катодного пространства и, ускоряясь в нем под действием электрического поля, бомбардируют мишень (катод). Выбиваемые из нее частицы 12 распыляемого вещества летят в направлении к аноду 9 и осаждаются на подложке 8 в виде тонкой пленки. Скорость нанесения тонких пленок в диодных системах составляет около 0,5 нм/с. Катод и анод охлаждаются проточной водой, что предохраняет их от перегрева. Кроме того, с обратной стороны мишени на расстоянии 3 – 5 мм расположен экран 3, локализующий разряд только на ее лицевой стороне. Поэтому задняя часть катода не подвергается ионному распылению.

Размером d_ктемного катодного пространства определяется минимальное расстояние между мишенью и подложкой, которое обычно составляет от 3 до 5 см. Если это расстояние меньше, разряд гаснет, так как путь, проходимый электронами между катодом и анодом, слишком короток для создания достаточного количества ионов и электронов.

Для предварительной откачки до вакуума порядка 10^-4Па и последующего поддержания давления рабочего газа порядка 1 – 10 Па служит откачная система, подсоединяемая к патрубку 10. Рабочий газ вводят в камеру через натекатель 13, одновременно продолжая откачку через патрубок 10. Это делают для того, чтобы через камеру проходил поток чистого, постоянно обновляемого газа. Обычно в качестве рабочего газа используют инертный газ – аргон очень высокой степени чистоты.