Development of arc suppression technique for reactive magnetron sputtering

Abstract

The technique of arc suppression on the target surface of magnetron sputtering system during reactive deposition of Al₂O₃ coatings has been developed. Damping of arcs is achieved by transient polarity change of the magnetron voltage by means of a simple circuit consisting of a capacitor and an inductive coil. Practically 100% arc inhibition probability is achieved during 5 - 20 мS after its ignition. The energy input into arc before its disappearance is about 50-100 mJ. Results of experimental and theoretical investigations of the arc suppression phenomenon are presented. Process of the magnetron discharge transition to stationary state after the arc suppression has been studied too. Relaxation oscillations of current and voltage accompanying this process are described. A theoretical model of the non-stationary magnetron discharge is developed featuring its dynamic properties. Magnetron discharge dynamic impedance is found.

Розроблено методику гасіння дуг на поверхні мішені магнетронної розпилювальної системи в процесі реактивного нанесення покриттів Al₂O₃. Подавлення дуг відбувається шляхом тимчасової зміни полярності напруги на магнетроні, що досягається за допомогою простого електричного ланцюга з конденсатора та катушки індуктивності. Досягається практично 100% імовірність подавлення дуг протягом 5 – 20 мкс після їх виникнення. Енергія, що вкладається в дугу до згасання, складає 50 – 100 мДж. Надані результати експериментальних та теоретичних досліджень процесу дугогасіння. Досліджений також процес переходу магнетронного розряду до стаціонарного стану після зникнення дуги. Виявлено згасаючі коливання напруги та струму, що супроводжують цей процес. Побудовано теоретичну модель нестаціонарного магнетронного розряду, яка описує його динамічні властивості. Знайдено динамічний імпеданс магнетронного розряду.

Разработана методика гашения дуг на поверхности мишени магнетронной распылительной системы в процессе реактивного нанесения покрытий Al₂O₃. Подавление дуг производится путем кратковременной смены полярности приложенного к магнетрону напряжения при по- мощи простой электрической цепи, состоящей из конденсатора и катушки индуктивности. Достигается практически 100% вероятность подавления дуг в течение 5 – 20 мкс после их возникновения. Энергия, вкладываемая в дугу до ее исчезновения составляет 50 – 100 мДж. Представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований процесса дугогашения. Исследован также процесс перехода магнетронного разряда к стационарному состоянию после подавления дуги. Обнаружены затухающие колебания тока и напряжения, сопровождающие этот процесс. Построена теоретическая модель нестационарного магнетронного разряда, описывающая его динамические свойства. Найден динамический импеданс магнетронного разряда.