Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Изобретение относится к области нанесения покрытий, различных по назначению и составу, а именно к устройствам ионно-плазменного распыления в скрещенных магнитном и электрическом полях, и может быть использовано в машиностроении, электронной, электротехнической, медицинской промышленности, оптике, а также при очистке поверхности металлических лент, полос и других изделий подобной формы.
Магнетронное распылительное устройство включает катод, полый анод с внешней проточкой на краю, обращенном к катоду, и полостью, сообщающейся с соплом и патрубком подачи газа, установленный на диэлектрическом держателе, и охлаждаемую магнетронную систему, размещенную с противоположной от анода стороны катода.
Новым по отношению к известным является то, что катод, являющийся мишенью, выполнен в виде полосы с возможностью условно бесконечного перемещения в большем измерении относительно анода и магнитной системы и снабжен прижимным к магнитной системе устройством. Между полосой и магнитной системой установлена вставка, материал, форма и толщина которой обеспечивают выход линий магнитного поля над поверхностью полосы, а размеры вставки превышают размеры зоны эрозии. Вставка выполнена диэлектрической, токопроводящей или комбинированной из диэлектрических и токопроводящих частей, причем полоса перекрывает размеры токопроводящих частей. Пространство, ограниченное проточкой анода и держателем, открытое в сторону катода, соединенное с полостью, использовано в качестве сопла.
Технический результат от совокупности влияния признаков, предлагаемых в изобретении, заключается в расширении эксплуатационных возможностей устройства.

Текст

Смотреть все

(51)7 23 14/35, 01 37/34, 01 23/04 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Володин Валерий Николаевич Тулеушев Адил Жианшахович Тулеушев Юрий Жианшахович Ким Светлана Николаевна(73) Институт ядерной физики Национального ядерного центра Республики Казахстан(57) Изобретение относится к области нанесения покрытий, различных по назначению и составу, а именно к устройствам ионно-плазменного распыления в скрещенных магнитном и электрическом полях, и может быть использовано в машиностроении,электронной, электротехнической, медицинской промышленности, оптике, а также при очистке поверхности металлических лент, полос и других изделий подобной формы. Магнетронное распылительное устройство включает катод, полый анод с внешней проточкой на краю, обращенном к катоду, и полостью, сообщающейся с соплом и патрубком подачи газа, установ ленный на диэлектрическом держателе, и охлаждаемую магнетронную систему, размещенную с противоположной от анода стороны катода. Новым по отношению к известным является то,что катод, являющийся мишенью, выполнен в виде полосы с возможностью условно бесконечного перемещения в большем измерении относительно анода и магнитной системы и снабжен прижимным к магнитной системе устройством. Между полосой и магнитной системой установлена вставка, материал,форма и толщина которой обеспечивают выход линий магнитного поля над поверхностью полосы, а размеры вставки превышают размеры зоны эрозии. Вставка выполнена диэлектрической, токопроводящей или комбинированной из диэлектрических и токопроводящих частей, причем полоса перекрывает размеры токопроводящих частей. Пространство,ограниченное проточкой анода и держателем, открытое в сторону катода, соединенное с полостью,использовано в качестве сопла. Технический результат от совокупности влияния признаков, предлагаемых в изобретении, заключается в расширении эксплуатационных возможностей устройства. 8312 Изобретение относится к области нанесения покрытий, различных по назначению и составу, а именно к устройствам ионно-плазменного распыления в скрещенных магнитном и электрическом полях, и может быть использовано в машиностроении,электронной, электротехнической, медицинской промышленности, оптике, а также при очистке поверхности металлических лент, полос и других изделий подобной формы. Известно устройство для магнетронного распыления материалов в вакууме (а. с. СССР 1646322,кл. С 23 С 14/36, 1988), содержащее катод, магнитный блок, основную мишень, закрепленную на катоде с помощью кольца, цилиндрический анод, охватывающий внешнюю поверхность катода, и патрубок подачи рабочего газа. Кольцо, удерживающее мишень, выполнено из геттерного материала и является дополнительной мишенью, а на внутренней стенке анода со стороны кольца выполнены кольцевые канавки, глубина которых превышает величину зазора между анодом и катодом. Для устройства свойственны недостатки, обусловленные ограниченным временем работы, относительно низким коэффициентом использования материала мишени и разной скоростью распыления материала во времени из-за изменения рельефа зоны эрозии, что сужает эксплуатационные возможности. Известна также конструкция катодного узла преимущественно для пучково-плазменного нанесения тонких пленок в вакууме (пат.2046154, кл. С 23 С 14/35, 1995), содержащего катод-мишень, связанную с ним магнитную систему, экраны, элементы охлаждения и напуска. Катод-мишень установлен в направляющих с возможностью линейного перемещения от привода, а экран размещен на направляющих вдоль траектории перемещения катода-мишени и выполнен в виде набора последовательно расположенных пластин из электромагнитного и магнитного материалов. Перемещение катода-мишени увеличивает запас и коэффициент использования материала мишени. Вместе с тем, движение последней в пределах экранов магнитной системы и конструктивные особенности механизма, использование мишени установленных формы и размеров, подвод газа в объем вне зоны плазмы ограничивают эксплуатационные возможности распылительного устройства. Предложена установка для очистки поверхности металлической полосы (ЕРВ (ЕР) заяв.0535568,кл. С 23 С 5/00, С 23 С 2/02, Н 01 37/34, 1994), содержащая вакуумную камеру, в которой расположен полый вращающийся ролик из немагнитного электропроводного материала (катод). Подвергаемая очистке металлическая полоса огибает ролик. Магнитное устройство внутри ролика расположено в зоне контакта полосы и ролика. Анод расположен на внутренней поверхности камеры таким образом, что его края огибают ролик на участке установки магнитного устройства. В непосредственной близости к краям анода расположена пластина, на которой не 2 возникает электрического разряда и благодаря которой между анодом и роликом образуется зона электрического разряда, куда подается соответствующий газ. Установка может быть использована как распылительное устройство с неограниченным запасом материала мишени. Однако использование мишени малой толщины, распыление материала ролика одновременно с материалом полосы в случае превышения ширины полосы размерами зоны эрозии и необходимость его периодической замены, различная скорость распыления материала с участков поверхности разной кривизны также несколько снижают эксплуатационные возможности установки. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для магнетронного получения нитридных, карбидных и карбонитридных покрытий (пред. пат. РК 2675, кл. С 23 С 14/36, 1995), содержащее катод, мишень, закрепленную на катоде посредством держателя, магнитную систему, расположенную с нерабочей стороны мишени, цилиндрический анод и патрубок подачи рабочего газа. Анод в устройстве установлен осесимметрично сверху рабочей поверхности мишени,снабжен выполненным соосно в верхней части анода кольцевым соплом посредством винтового желоба,на нижнем краю анода выполнена цилиндрическая проточка, а между анодом и держателем мишени расположена изолирующая цилиндрическая втулка. Для устройства характерны недостатки, присущие распылителям с неподвижной мишенью малый запас и коэффициент использования материала мишени, что ограничивает время непрерывной работы,изменение скорости распыления во времени с изменением рельефа поверхности. Это существенно сужает эксплуатационные и технологические возможности в целом. Технический результат от совокупности влияния признаков, предлагаемых в изобретении, как следует из изложенного, заключается в расширении эксплуатационных возможностей распылительного устройства. В предлагаемом магнетронном распылительном устройстве, включающем катод, полый анод с внешней проточкой на краю, обращенном к катоду, и полостью, сообщающейся с соплом и патрубком подачи газа, установленный на диэлектрическом держателе,и охлаждаемую магнитную систему, размещенную с противоположной от анода стороны катода, катод,являющийся мишенью, выполнен в виде полосы с возможностью условно бесконечного перемещения в большем измерении относительно анода и магнитной системы и снабжен прижимным к магнитной системе устройством. Между полосой и магнитной системой установлена вставка, материал, форма и толщина которой обеспечивают выход линий магнитного поля над поверхностью полосы, а размеры вставки превышают размеры зоны эрозии. Вставка выполнена диэлектрической, токопроводящей или комбинированной из диэлектрических и токопрово 8312 дящих частей, причем полоса перекрывает размеры токопроводящих частей. Пространство, ограниченное проточкой анода и держателем, открытое в сторону катода, соединено с полостью и использовано в качестве сопла. На фиг. 1 приведена схема предлагаемого магнетронного распылительного устройства. Устройство состоит из катода, выполненного в виде полосы 1, анода 2, установленного на диэлектрическом держателе 3, охлаждаемой магнитной системы 4 и прижимного устройства 5. Между полосой 1 и магнитной системой 4 размещена вставка 6. Анод 2 выполнен полым с полостью 7 и проточкой 8 со стороны держателя 3. Элемент 9 из диэлектрического материала обеспечивает фиксацию анода 2 относительно держателя 3 и полосы 1. Проточка 8 с держателем 3 образуют щелевое сопло 10, соединенное посредством канала 11 с полостью 7 и патрубком подачи газа 12. На фиг. 2 приведены варианты формы вставки 6 между полосой 1 и магнитной системой 4. Она может быть выполнена из диэлектрического (кварц,фторопласт и др.), токопроводящего немагнитного(сталь 12 Х 18 Н 10 Т, медь и др.) материалов, а также комбинированной (соответственно, фиг. 2 а, 2 б, 2 в),причем в последнем случае ширина полосы 1 больше размеров токопроводящей части вставки 6,имеющей равную с диэлектрическими частями толщину. Толщина вставки 6 и полосы 1 не ограничивают выход линий магнитного поля над поверхностью. Форма вставки (фиг. 2 г, 2 д), независимо от материала, вследствие толщины, превышающей радиус кривизны линий магнитного поля, ограничивает выход линий над поверхностью вставки и делает возможным на участках меньшей толщины, то есть над поверхностью полосы. Устройство работает следующим образом. Полосу 1 из распыляемого материала посредством устройства 5 прижимают к вставке 6 и охлаждаемой магнитной системе 4. На держателе 3 устанавливают анод 2 и фиксируют элементом 9. К аноду 2 присоединяют провод анодного напряжения, к патрубку 12 газопровод от натекателя газа в вакуумный объем. В объеме создают необходимое разрежение, после чего устанавливают расход газа, например, аргона,который через патрубок 12 попадает в полость 7 анода 2, далее через канал 11 и щелевое сопло 10 к поверхности полосы 1. Полосе 1 сообщают движение в направлении ее длины. На анод подают положительный потенциал, необходимый для организации тлеющего разряда, затем необходимую по технологическому процессу электрическую мощность. При этом за счет электронной бомбардировки осуществляется ионизация газа и распыление материала полосы 1 в скрещенных магнитном и электрическом полях. Вследствие движения толщина распыляемого слоя и рельеф поверхности полосы 1 после прохождения зоны эрозии остаются практически постоянными. В случае, когда размер зоны эрозии превышает ширину полосы 1, протекает процесс совместного распыления материала полосы 1 и вставки 6, если она токопроводящая, и отсутствие такового при на личии диэлектрика. Комбинацией частей вставки организовывают или исключают совместное распыление мишени и вставки 6. Изменением формы вставки 6, толщины отдельных ее участков также управляют процессом локализации зоны эрозии, так как участки большей толщины, чем радиус кривизны линий магнитного поля, не подвергаются распылению. Ограничение суммарной толщины полосы и вставки под ней обусловлено необходимостью выхода линий магнитного поля над поверхностью и определено условиями существования плазмы низкого давления. Использование движущейся (в том числе реверсивно) полосы в качестве мишени-катода позволяет практически неограниченно увеличивать запас материала мишени и значительно повысить коэффициент его использования. В результате перемещения распыляется слой одинаковой толщины вне зависимости от формы зоны эрозии, без образования местных углублений и профилей поверхности, что влечет за собой стабилизацию скорости выноса материала мишени и, в конечном итоге, толщины формируемого покрытия. Кроме того, упрощается процесс изготовления мишени, а в некоторых случаях допустимо использование прокатных изделий. Неподвижность анода и магнитной системы способствуют постоянству условий ионной бомбардировки и скорости распыления полосы. Это, а также применимость устройства для очистки ленточных поверхностей значительно расширяет эксплуатационные возможности его. Наличие вставки между полосой и магнитной системой, с одной стороны, защищает последнюю в аварийных ситуациях, с другой - позволяет формировать покрытия, смешанные из материала полосы,вставки или ее частей состава, или ограничивать зону распыления шириной полосы. Изменение формы и толщины отдельных участков вставки, их комбинация преследует ту же цель и дает возможность более гибкого вмешательства в процесс распыления,что способствует достижению технического результата. Использование пространства, образованного проточкой анода и держателем, в качестве сопла,куда подается газ, позволяет уменьшить вероятность осаждения токопроводящей пленки из материала полосы на диэлектрическом держателе, влекущего за собой короткое замыкание между катодом и анодом,что повышает надежность устройства и его эксплуатационные возможности. Пример. Предлагаемое магнетронное распылительное устройство смонтировано в высоковакуумном объеме установки ВУП-5 М. Рабочее давление во всех случаях составляло 1,6-510-5 торр, напряжение разряда - 470-500 В, сила тока - 0,5 А, напряжение смещения - 90-100 В. Суммарная толщина полосы и вставки под ней ограничена размером 3,8 мм. Полосу вне пределов устройства и высоковакуумного объема перемещали в трубчатой полости, сообщающейся с объемом, ленту сматывали на ролик. Полосы перемещали реверсивно, ленту - в одном направлении. Условия и скорость распыления материалов приведены в таблице. 3 Размеры полосы, мм ширина толщина длина Скорость перемещения полосы,м/час Вставка под полосой материал толщина, мм Ионизируемый газ Размер зоны эрозии, мм Скорость распыления материала, г/час Определить коэффициент использования материала мишени не представилось возможным из-за весьма большого ресурса материала, составляющего, например, для полосы из титана, по предварительным подсчетам, не менее 600 часов непрерывной работы установки. Таким образом, совокупность признаков технического решения позволяет расширить эксплуатационные возможности магнетронного устройства. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Магнетронное распылительное устройство,включающее катод, полый анод с внешней проточкой на краю, обращенном к катоду, и полостью, сообщающейся с соплом и патрубком подачи газа,установленный на диэлектрическом держателе, и охлаждаемую магнитную систему, размещенную с противоположной от анода стороны катода, отличающееся тем, что катод, являющийся мишенью,выполнен в виде полосы с возможностью условно Материал полосы сталь титан 12 Х 18 Н 10 Т бесконечного перемещения в большем измерении относительно анода и магнитной системы. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что полоса снабжена прижимным устройством к магнитной системе. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между полосой и магнитной системой установлена вставка, материал, форма и толщина которой обеспечивают выход линий магнитного поля над поверхностью полосы, а размеры вставки превышают размеры зоны эрозии. 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что вставка выполнена диэлектрической или токопроводящей, или комбинированной из диэлектрических и токопроводящих частей, причем поперечный размер полосы больше размеров токопроводящих частей вставки. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что проточка анода и держатель образуют кольцевой зазор, открытый в сторону катода, соединенный с полостью и являющийся соплом.

МПК / Метки

МПК: C23C 14/35, H01J 37/34, H01J 23/04

Метки: магнетронное, устройство, распылительное

Код ссылки

<a href="https://kz.patents.su/5-8312-magnetronnoe-raspylitelnoe-ustrojjstvo.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Магнетронное распылительное устройство</a>

Похожие патенты