способ и устройство для осаждения двухосно текстурированных покрытий

Формула изобретения

1. Способ осаждения двухосно текстурированных покрытий на подложку, включающий использование магнетронного распылительного устройства с мишенью в качестве источника осаждаемых частиц и направленного потока частиц высокой энергии, который направляют на подложку, вызывая двухосное текстурирование, отличающийся тем, что используют разбалансирование магнетрона, для генерирования на внешней части мишени магнитного потока, который отличается от магнитного потока, который генерируют на внутренней части мишени, и таким образом генерируют поток частиц высокой энергии посредством амбиполярной диффузии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение магнитного потока, генерируемого на внешнюю часть мишени и магнитного потока, генерируемого на внутреннюю часть мишени, составляет 4:1.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что осуществляют управление направлением и углом падения на подложку направленного потока частиц высокой энергии.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что генерируют поток частиц высокой энергии, включающий электроны, направляемые к подложке, следуя по силовым линиям магнитного поля разбалансированного магнетрона.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что поток частиц высокой энергии, направленный к подложке, управляется посредством магнита со стороны подложки, удаленной от мишени, или посредством электростатических заслонок.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что над мишенью осуществляют генерацию плазмы.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что плазму генерируют скрещенными магнитным и электрическим полями.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что осуществляют управление энергией потока частиц высокой энергии так, чтобы энергия электронов в потоке составляла 30-70 Эв.

9. Источник магнетронного распыления, генерирующий поток частиц высокой энергии вместе с осаждаемым материалом, выполненный с возможностью направления потока на подложку под углом, управляемым так, что на подложку осаждается двухосно текстурированное покрытие, и содержащий мишень и магнитный блок, отличающийся тем, что магнитный блок включает один набор магнитов, помещенный к и на внутренней части мишени и генерирующий магнитное поле одного магнитного полюса, при этом магнитный блок приспособлен для внешнего набора магнитов, генерирующих магнитное поле с силовыми линиями, пересекающими подложку, и амбиполярный поток частиц высокой энергии направлен на подложку.

10. Источник по п.9, отличающийся тем, что содержит средство для управления направлением и углом падения на подложку направленного потока частиц высокой энергии.

11. Источник по п.10, отличающийся тем, что средство управления содержит по меньшей мере одну электростатическую заслонку, расположенную вокруг потока частиц высокой энергии.

12. Источник по п.10, отличающийся тем, что содержит магнит, расположенный со стороны подложки, удаленной от мишени для воздействия на направленный поток частиц высокой энергии.

13. Источник по любому из пп.9-12, отличающийся тем, что упомянутый источник является плоским магнетроном или магнетроном с вращающимся катодом.

14. Источник по любому из пп.9-13, отличающийся тем, что содержит газ распыления, ионы которого составляют направленный поток частиц высокой энергии.

15. Источник по любому из пп.9-14, отличающийся тем, что генерирует амбиполярный поток, включающий электроны с энергией 30-70 Эв.

16. Источник по любому из пп.9-15, отличающийся тем, что плазма генерируется над мишенью.

17. Источник по п.16, отличающийся тем, что плазма генерируется над мишенью посредством скрещенных магнитного и электрического полей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам осаждения двухосно текстурированных покрытий, где двухосное текстурирование вызывается бомбардировкой частицами высокой энергии во время осаждения под специально управляемым углом.

Двухосно текстурированное покрытие представляет собой покрытие, в котором два кристаллографических направления являются параллельными в смежных зернах. Известен тот факт, что поток частиц высокой энергии, направляемый во время осаждения под углом менее 90^o относительно поверхности подложки, может вызывать двухосное текстурирование в покрытии. Также известно, что в зависимости от кристаллической структуры осаждаемого материала будет иметься оптимальный угол падения для частиц высокой энергии, который приведет к наивысшей степени двухосного текстурования, L.S.Yu, J.M.Harper, J.J.Cuomo and D. A. Smith, J.Vac. Sci. Technol. A 4(3), p.443, 1986, R.P.Reade, P.Berdahl, R. E. Russo, S.M.Garrison, Appl. Phys. Lett. 61(18), p.2231, 1992; N.Sonnenberg, A.S.Longo, N.J.Cima, B.P.Chang, K.G.Ressler, P.C.McIntyre, Y.P.Liu, J. Appl. Phys. 74(2), p.1027, 1993; Y.Iijima, K.Onabe, N.Futaki, N.Tanabe, N. Sadakate, O. Kohno, Y. Ikeno, J. Appl. Phys. 74(3), p.1905, 1993; X.D. Wu, S. R. Foltyn, P.N. Arendt, D.E. Peterson, High Temperature Superconducting Tape Commercialization Conference, Albuquerque, New Mexico, July 5-7, 1995.

Было описано несколько способов осаждения для подготовки двухосно текстурированных покрытий. Важным недостатком этих способов осаждения является тот факт, что подача осаждаемого материала и потока частиц высокой энергии генерируется раздельными источниками. Тем самым требуется, чтобы оба источника находились в одной и той же вакуумной камере. Это может приводить к несовместимости между источниками, требующими некоторого компромисса в отношении рабочих диапазонов для достижения совместимой работы. Вообще говоря, для генерации потока ионов высокой энергии, направленного под управляемым углом к подложке, и для роста покрытия на ней, используется ионный источник. Для генерации осаждаемого материала использовались различные устройства осаждения (например, ионно-лучевое распыление, импульсное лазерное напыление, электронно-лучевое напыление, магнетронное распыление, см. вышеупомянутые ссылки). Эта потребность в двух различных источниках для генерации осаждаемого материала и потока частиц высокой энергии, делает способ осаждения более трудным для овладения, более трудным для управления, менее подходящим для крупномасштабного применения и более дорогостоящим.

Были описаны эффективные пути для нанесения материала с помощью бомбардировки частицами высокой энергии (например, ионами) во время осаждения, с использованием способов нанесения с помощью плазмы. Эти способы плазменного осаждения или ионного осаждения широко используются для увеличения плотности покрытий, увеличения твердости покрытий, управления напряжением в покрытиях, влияния на оптические свойства покрытий и т.д. Также было описано использование для этих целей устройств магнетронного распыления. Также было описано, что на эффективность источника магнетронного распыления можно значительно влиять посредством изменения конфигурации магнитного поля. Например, W. D. Sproul в публикации в журнале: Material Sciences and Engineering, vol. A136, стр.187, (1993) описал способ для увеличения плотности частиц высокой энергии на подложке посредством изменения конфигурации магнитного поля. Sawides и Katsaros в публикации: Applied Physics letters, vol.62, стр.528 (1993) и S. Gnanazajan ct. с соавт. в публикации: Applied Physics Letters, vol. 70, стр. 2816, (1997) описывают способ уменьшения бомбардировки частицами высокой энергии в подложке и выращивания покрытия. Однако во всех этих способах не описано управление направлением частиц высокой энергии и углом падения на подложку и, следовательно, не описано подходящего двухосного текстурирования.

Использование разбалансированого магнетрона для ионного осаждения было описано для различных применений, см. публикации: В. Window, J.Vac. Sci. Technol. , A 7(5), стр. 3036, 1989, и В. Window, G.L.Harding, J. Vac. Sci. Technol., A 8(3), стр. 1277, 1990.

Наиболее близким аналогом является диодное распылительное устройство, раскрытое в DE 4333022 А, в котором электроны выдергиваются из мишени посредством высоких напряжений, подаваемых на управляющую сетку. Устройство также может быть использовано и для двухосного осаждения. Физические процессы, происходящие при диодном распылении и при магнетронном распылении, существенно различаются. К примеру, давления, используемые в диодном устройстве значительно выше, чем в магнетронном устройстве.

Следовательно, остается потребность в способе и устройстве для осаждения двухосно текстурированных покрытий, которые включают более простое оборудование. Такие способ и устройство должны быть идеально простыми для овладения и управления, а также хорошо подходить для крупномасштабного применения. До настоящего изобретения не существовало такого способа или устройства для двухосного текстуририрования с использованием единого источника для осаждаемого материала и потока частиц высокой энергии.

Соответственно задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить способ для осаждения двухосно текстурированных покрытий, который является более простым для выполнения и управления, а также устройство для осуществления способа.

Настоящее изобретение обеспечивает способ для осаждения двухосно текстурированных покрытий на подложку с использованием одного или более магнетронных распылительных устройств в качестве источника как осаждаемых частиц, так и направленного потока частиц высокой энергии, вызывающих двухосное текстурирование.

Настоящее изобретение также включает использование разбалансированного магнетрона, включающего газ распыления и мишень для распыления материала мишени на подложку, для того, чтобы генерировать ионный пучок посредством амбиполярной диффузии, причем упомянутый ионный пучок, по существу состоящий из ионов газа распыления.

Настоящее изобретение также обеспечивает способ для осаждения двухосно текстурированных покрытий на подложку, использующий один или более магнетронных распылительных устройств, генерирующих как поток осаждаемого материала, так и поток частиц высокой энергии с управляемым направлением и, посредством этого, с управляемым углом падения на подложку.

Настоящее изобретение также включает магнетронный источник распыления, генерирующий пучок частиц высокой энергии вместе с осаждаемым материалом, направленным к подложке под углом, управляемым таким образом, что на подложку осаждается двухосно текстурированное покрытие.

Посредством использования единого источника для ионного пучка, используемого для текстурирования покрытия на подложке, а также для осаждения частиц на подложку для формирования покрытия, устраняются проблемы, связанные с несовместимостью между различными источниками в одной вакуумной камере для этих двух различных пучков.

Зависимые пункты формулы изобретения определяют дополнительные независимые варианты воплощения настоящего изобретения.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг. 1 изображает схематическое представление источника распыления плоского магнетрона (планотрона) согласно одному из вариантов настоящего изобретения,

фиг. 2 изображает схематическое представление источника распыления магнетрона с вращающимся катодом согласно одному из вариантов настоящего изобретения,

фиг.3а и 3б изображают схематическое представление силовых линий магнитного поля источника распыления плоского магнетрона и магнетрона с вращающимся катодом согласно настоящему изобретению,

фиг. 4а-4г изображают схематическое представление электростатических отражающих заслонок, которые могут использоваться с любым из вариантов воплощения настоящего изобретения,

фиг. 5 и 6 изображают схематическое представление многочисленных источников распыления плоского магнетрона и магнетрона с вращающимся катодом согласно варианту воплощения настоящего изобретения,

фиг.7 изображает схематическое представление источника распыления плоского магнетрона согласно другому варианту настоящего изобретения.

Способ для осаждения двухосно текстурированных покрытий согласно настоящему изобретению, который ниже будет объясняться подробно, может использоваться для покрытия неподвижных подложек, вращающихся подложек, партий подложек, а также в непрерывных процессах покрытия. Магнетронным устройством или устройствами распыления может быть любой подходящий распыляющий магнетрон, например магнетроны с плоскими круглыми мишенями или плоскими прямоугольными мишенями, или вращающиеся устройства. Общие аспекты установки подложек и/или перемещения подложек, устройств распыления и других составляющих, требуемых для конструирования и эксплуатации системы осаждения, таких, как вакуумная камера, устройство для установки и охлаждения мишени, устройство для электрического соединения катода мишени к источнику питания, заземленные экраны для предотвращения нежелательного распыления некоторых частей распыляющего устройства и предотвращения дугового разряда, и т.д. известны специалистам. Поэтому эти составляющие не описываются здесь подробно. Специалисты также осознают потребность в очистке подложки перед осаждением, например посредством очистки распылением, посредством экспозиции тлеющему разряду, экспозиции плазме электронного циклотронного резонанса или плазме, сгенерированной другим способом, посредством нагрева в вакууме и т. д.

Как показано схематически на фиг.1, для плоского распылительного магнетрона 1, материал мишени 3 размещается в вакуумной камере (не показана) с магнитным блоком 2 на одной ее стороне и с подложкой 6, которая должна быть покрыта распылением, размещенной на другой ее стороне. Атмосфера вакуумной камеры может включать распылительные газы типа аргона и также может включать реактивные газы типа кислорода или азота, когда должно быть выполнено реактивное распыление. Подложкой 6 может быть неподвижная пластинка или перемещающаяся полоска материала. Материал мишени 3 может охлаждаться, например, посредством водяной схемы (не показана), которая не доступна из вакуумной камеры. Отрицательный полюс источника электропитания (не показан) соединен с мишенью 3. Комбинация скрещенных электрического и магнитного полей над мишенью 3 генерирует плазму 4 над мишенью 3. Плазма 4 в основном находится в областях высокого магнитного поля, генерируемого полюсами 8, 9 магнитного блока 2. Как показано, магнитный блок 2 может включать центральный набор 9 магнитов, который имеет один полюс, направленный к мишени 3 (либо северный, либо южный) и внешние наборы 8 магнитов, которые могут иметь другой полюс (южный или северный), направленный к мишени 3. Если мишень 3 круглая, то наборы магнитов 8 и 9 могут быть также круглыми. Полюса 8, 9 могут быть расположены на держателе 7 из магнитомягкого материала, например мягкого железа.

Фиг. 2 изображает схематическое представление распылительного магнетрона 1 с вращающимся катодом согласно одному из вариантов настоящего изобретения. По существу цилиндрическая мишень 3 обеспечивается в вакуумной камере (не показана) с газом или газами распыления, как описано ранее. Магнитный блок 2 обеспечивается в пределах мишени 3, а также обеспечивается средство для генерации относительного перемещения между мишенью 3 и магнитным блоком 2. Обычно мишень 3 вращается, а магнитный блок остается неподвижным. Источник электропитания поддерживает мишень 3 при отрицательном потенциале. Полюса 8, 9 магнитного блока 2 размещаются близко к внутренней поверхности мишени 3 и генерируют магнитное поле над мишенью 3. Эти магнитные поля со скрещенным электрическим полем генерируют плазму 4 обычно в виде, "рейстрека" над поверхностью мишени 3. Напротив мишени 3 и тоже в вакуумной камере помещается подложка 6. Подложка 6 может быть неподвижной пластиной или перемещающейся полоской материала.

Чтобы решить задачу изобретения, описанную выше, магнетронное распылительное устройство 1 и подложка 6 могут быть скомпонованы, как схематически представлено на фиг.1 или 2, с потоком 5 частиц высокой энергии, исходящих из магнетронного распылительного устройства 1, направленного к подложке 6 под определенным углом , который даст максимальную степень двухосного текстурирования. Угол зависит от осаждаемого материала. Например, для кубического материала в покрытии, угол будет приблизительно равен 54,74^o. Поток 5 частиц высокой энергии по существу генерируется только распылительным устройством 1, которое обеспечивает не только этот поток 5, но также и распыляет на подложку 6 покрытие, которое должно быть текстурированным. Поток 5 может по существу быть свободным от любых ионов из материала мишени. Поток 5 может состоять по существу из ионизированных атомов или молекул газа, например газа распыления.

Направленный поток 5 частиц высокой энергии из магнетронного распылительного устройства получается согласно настоящему изобретению посредством использования разбалансированной конфигурации магнитов 2, что заставляет вторичные электроны, испускаемые на мишень 3, и электроны, генерируемые в плазме 4, перемещаться вдоль силовых линий магнитного поля к подложке 6, приводя через амбиполярную диффузию к направленному потоку 5 из ионов высокой энергии к подложке 6. В сбалансированном магнетроне большинство силовых линий магнитного поля, выходящих из одного полюса магнитного блока, собираются на противоположном полюсе магнитного блока. В разбалансированном магнетроне, некоторые силовые линии магнитного поля из одного полюса не собираются на другом полюсе. Разбаланс может быть достигнут разнообразными способами, например посредством использования магнитов с различными напряженностями, посредством использования магнитов различных размеров, посредством ослабления части магнитного блока, путем помещения магнитов противопоставленной полярности близко к одному из полюсов сборки, путем помещения конкурирующего электромагнита близко к одному из полюсов.

Как схематически показано на фиг.3а или 3б, магнитный блок 2 магнетронного распылительного устройства 1, либо плоского (фиг.3а), либо с вращающимся катодом (фиг.3б), согласно настоящему изобретению компонуется таким образом, чтобы реальное число силовых линий магнитного поля 11, исходящих из внешнего набора 8 магнитов в магнитном блоке 2, пересекало поверхность подложки. Это может быть достигнуто посредством значительно более сильных внешних магнитов 8 по сравнению с внутренними магнитами 9. Результат разбалансирования магнетрона 1 таким образом должен произвести трехмерный объем 12, который определяется силовыми линиями 11 внешних магнитов 8, которые не собираются на внутренних магнитах 9. Некоторые электроны из плазмы 4 следуют по силовым линиям 11, таким образом, также "волоча" с собой поток высокоэнергетических положительных ионов, обычно ионов окружающих газов. Такой поток может называться амбиполярным потоком. Поток 5 направляется к подложке 6 в пределах и вокруг объема 12, и может текстурировать покрытие, которое должно распыляться на подложку 6 нормальным действием распыления. Следовательно, согласно настоящему изобретению поток 5 имеет определимое направление.

Согласно любому варианту воплощения настоящего изобретения энергия электронов, следующих по силовым линиям 11 к подложке, предпочтительно не является такой, чтобы вызвать значительную ионизацию. В частности, предпочтительно, чтобы электроны в потоке 5 не инициировали, не поддерживали значительную плазму на или близко к поверхности подложки 6. Под значительной плазмой подразумевается плазма, которая может возмущать направленность высокоэнергетических ионов в потоке 5, что вызывает поверхностное текстурирование покрытия. Именно эта направленность и ее связь с кристаллической структурой осаждаемого покрытия позволяет текстурировать это покрытие. Следовательно, ионный пучок 5, генерируемый согласно настоящему изобретению, должен падать на подложку 6 под определенным углом. Ожидается, что энергия электронов в потоке 5 должна предпочтительно быть более 30 электрон-вольт (эВ), более предпочтительно, более 50 эВ, и еще более предпочтительно между 50 и 70 эВ. Если возмущающая плазма развивается на поверхности подложки, ее действие может быть уменьшено посредством изменения степени разбаланса магнетрона 1, так, чтобы энергия частиц, в частности электронов в потоке 5, уменьшилась.

Как схематически показано на фиг.4а-4г, направленный поток 5 частиц высокой энергии из разбалансированного магнетронного распылительного устройства 1 может быть усилен посредством использования электростатических отражающих заслонок 13, которые увеличивают число электронов, достигающих подложки 6 посредством движения вдоль силовых линий магнитного поля 11. Отражающие заслонки 13 предпочтительно поддерживаются на отрицательном потенциале для того, чтобы отклонять электроны. Отражающие заслонки 13 предпочтительно не должны простираться слишком глубоко в область 12, иначе они могут начать захватывать положительные ионы в потоке 5. Некоторые примеры конфигураций таких отражающих заслонок схематически изображены в поперечном сечении на фиг. 4 для плоской магнитной конфигурации. Например, на фиг.4а могут использоваться прямые заслонки 13, которые ориентируются перпендикулярно мишени 3. Если мишень 3 является круглой мишенью, то заслонки 13 могут быть в форме цилиндра. На фиг.4б и 4в заслонки 13 имеют V-образную форму в поперечном сечении или наклонены внутрь подложки соответственно. Такие заслонки 13 могут способствовать каналированию любых электронов с широкой траекторией к подложке 6. Альтернативно, заслонки могут быть наклонены наружу, как схематически показано на фиг.4г, таким образом концентрируя электронный поток близко к мишени 3. Отражающие заслонки 13, показанные на фиг.4а-4г, также могут использоваться с вращающимися магнетронными устройствами.

Любая неоднородность осаждения покрытия на подложке 6 в конфигурациях, схематически показанных на фиг. 1 и 2, может быть преодолена посредством использования многочисленных разбалансированных магнетронных распылительных устройств 1 в пределах одной и той же вакуумной камеры. Поток 5 частиц высокой энергии из каждого из этих устройств предпочтительно направляется так, чтобы он достигал подложки 6 под одинаковым углом к подложке 6, чтобы избежать конкурирующих процессов текстурирования. Варианты воплощения настоящего изобретения с двумя разбалансированными магнетронными устройствами 1 схематически показаны на фиг.5 - для плоского магнетрона и на фиг.6 - для магнетрона с вращающимся катодом.

В этой конфигурации нормаль к поверхности подложки и две нормали к мишеням 3 в магнетронных распылительных устройствах 1 находятся в одной и той же плоскости. Когда используются более двух разбалансированных магнетронных устройств 1, конфигурация будет определяться кристаллической структурой материала растущего покрытия на подложке 6 и желательной двухосно текстурированной структурой. С четырьмя устройствами, например, для кубического материала, где имеется двухосное текстурирование с осью (100), перпендикулярной к нормали подложки, и с другой кристаллографической осью (например, (111) или (110)), параллельной в смежных зернах к вышеупомянутой конфигурации фиг. 5 или 6, могут быть добавлены два разбалансированных магнетронных устройств с плоскостью, образованной нормалями к поверхностям мишени 3, и с подложкой 6, являющейся перпендикулярной к соответствующей плоскости двух исходных устройств.

Например, известно, что для материала с кубической кристаллографической структурой, оптимальный угол падения относительно нормали поверхности подложки для частиц высокой энергии равен арктангенсу квадратного корня из 2, что приблизительно равно 54,74^o, для того, чтобы получить двухосное текстурирование с кристаллографической плоскостью (100) всех зерен в направлении перпендикуляра покрытия к поверхности подложки и с другим кристаллографическим направлением (например, (111)), параллельным в смежных зернах в покрытии.

На фиг. 7 схематически изображен еще один вариант воплощения настоящего изобретения, в котором позади подложки 6 установлен дополнительный магнит 10, чтобы влиять на поток 5 частиц высокой энергии, направленный к подложке 6. При использовании конфигурации, показанной на фиг.7, силовые линии, исходящие на внешнем наборе магнитов 8 позади мишени 3, будут достигать магнита 10, находящегося позади подложки 6, и магнитное поле будет более сфокусированным. Это приведет к фокусировке потока плазмы и к лучшему управлению направлением потока плазмы. Добавление магнита 10 позади подложки 6 в этой конфигурации приведет к увеличению магнитного поля на подложке 6. Это увеличение магнитного поля приведет к увеличенной скорости спиралевидного вращения электронов и к уменьшенной скорости, параллельной силовым линиям из-за консервации энергии. Это может также привести к уменьшению числа ионов высокой энергии, которые перемещаются вдоль силовых линий посредством амбиполярной диффузии. Энергия этих ионов также может быть сниженной. В зависимости от необходимого количества частиц высокой энергии и энергии, необходимой для достижения двухосного текстурирования специфического покрытия, такой дополнительный магнит 10 позади подложки 6 может использоваться для точной регулировки двухосного текстурирования согласно настоящему изобретению. Магнит 10 может быть управляемым электромагнитом.

Были выполнены эксперименты с потоком частиц высокой энергии из разбалансированного магнетронного распылительного устройства согласно настоящему изобретению. Во время экспериментов использовался источник распыления, подобный изображенному на фиг.1. Набор магнитов конфигурировался таким образом, чтобы магнитный поток внешнего магнита 8 был намного выше, чем магнитный поток внутреннего магнита 9. Таким образом был достигнут сильно разбалансированный магнетрон с силовыми линиями магнитного поля, исходящими на внешнем магните 8, пересекая подложку 6. Как описано ниже, эта конфигурация магнитного поля генерировала поток частиц высокой энергии к подложке 6. Были исследованы три различных набора магнитов; один с отношением внешнего магнитного потока к внутреннему магнитному потоку, равному 9/1, один с отношением 4/1 и один с отношением 2/1.

Электроны, генерированные на мишени 3 и в плазме 4, описывают спираль вокруг силовых линий и направляются вдоль этих силовых линий к подложке 6. Посредством амбиполярной диффузии ионы волочатся вдоль, и генерируется направленный поток ионов и нейтральных частиц (получающихся от нейтрализации ионов). Из измерений с цилиндром Фарадея в плазме электронного циклотронного резонанса, которые также основаны на амбиполярной диффузии, известно, что в зависимости от градиента магнитных полей и полного давления газа, эти ионы (и нейтральные частицы) могут достигать энергий от 10 электрон-вольт (эВ) до 70 эВ. Подобно визуальным наблюдениям с плазмой электронного циклотронного резонанса, светящийся поток плазмы мог бы наблюдаться с разбалансированным магнетроном. Форма этого потока плазмы четко соответствовала конфигурации силовых линий магнитного поля, и наблюдались три различных формы для трех различных наборов магнитов.

С высоко разбалансированным магнетроном (отношение 9/1) был достигнут направленный поток частиц высокой энергии, и электроны, перемещающиеся вдоль полей, делали больше, чем только ионизировали атомы газа. Было исследовано влияние полного давления газа на латеральное распределение скорости осаждения металлических слоев Zr+Y (цирконий+иттрий) с различными составами. Во время этих экспериментов распыление с разрядом в радиочастотном поле было выполнено с входной мощностью, составляющей 100 Вт, с расстоянием мишень-подложка, составляющим 50 мм, с давлением аргона (Аr) между 0,2 Па и 0,7 Па, и без нагрева или охлаждения подложки. Для этих экспериментов использовались стеклянные подложки. В конфигурации с отношением 2/1 для магнитного потока скорость осаждения была несколько сниженной (~10%) посредством снижения полного давления газа с 0,7 Па до 0,2 Па. Латеральное распределение не изменялось как функция давления газа. Однако в случае конфигурации с отношением магнитных потоков, равным 9/1, скорость осаждения была намного больше снижена посредством снижения давления в центре подложки (~35%), чем на краях подложки (~15%). Это указывает на то, что в центре происходит перераспыление растущей пленки. Площадь с самым сильным перераспылением соответствует площади, где направленный поток плазмы достигает подложки 6. Эти эксперименты показали, что энергия частиц в потоке плазмы достаточно высока (вероятно, >50 эВ), чтобы вызвать перераспыление.

Благодаря направленности потока частиц высокой энергии могло бы быть исследовано падение частиц высокой энергии на растущую пленку под управляемым углом. Эти эксперименты были выполнены с обоими видами распыления как с постоянным током разряда, так и с разрядом в радиочастотном поле, с входной мощностью между 50 и 25 Вт. Расстояние мишень-подложка варьировалось от 6,5 см до 13,5 см. Использовалась газовая смесь, состоящая из 150 простых кубических сантиметров аргона Аr и 10 простых кубических сантиметров кислорода O₂ при полном давлении газа приблизительно 0,4 Па. Слои циркония, стабилизированного иттрием, наносились посредством распыления из металлической мишени Zr+Y с различными составами (от Zr/Y=85/15 до Zi/Y=55/45) в реактивном процессе. Большинство слоев напыляли с углом 55^o между потоком плазмы и нормалью подложки. Из измерений полюсных фигур дифракции рентгеновских лучей, двухосное текстурирование оказалось и на металлических (NiFe, Ti, сплав "Fecralloy"), и на стеклянных подложках. С отношением магнитных потоков, равным 9/1, значения полной ширины на половине максимальной интенсивности (FWHM), составляющие ~ 11^o для пси-угла (характеристика для ориентации вне плоскости) и ~22^o для фи-угла (характеристика для ориентации в плоскости), были получены на стеклянных подложках. С отношением 9/1 наблюдалось, что металлические подложки были менее двухосно текстурированными (FWHM пси ~ 25^o/FWHM фи ~30^o), что могло быть вызвано более высокой шероховатостью поверхности по сравнению со стеклом. При отношении магнитных потоков, равном 4/1, двухосное текстурирование было несколько сниженным, но по-прежнему четко присутствовало.

Уменьшение расстояния мишень-подложка привело к увеличенной бомбардировке частицами высокой энергии. Использование распыления с разрядом в радиочастотном поле вместо распыления с постоянным током разряда также привело к увеличенной бомбардировке частицами высокой энергии. На малых расстояниях мишень-подложка и с высокой мощностью распыления с разрядом в радиочастотном поле могла бы быть получена такая бомбардировка жесткими частицами, что осаждаемый слой был бы полностью вытравлен распылением, приводя к отрицательной скорости осаждения.

Эти эксперименты показывают, что двухосное текстурирование производится посредством направления потока частиц высокой энергии, генерируемого посредством амбиполярной диффузии в сильно разбалансированном источнике распыления, под управляемым углом к подложке. Настраивая различные действующие параметры, возможно оптимизировать процесс и получать высокую степень двухосного текстурирования с достаточно высокой скоростью осаждения, а также получать масштабируемый процесс.