CS261213B2 - Method of thin layers coating and device for realization of this method - Google Patents
Method of thin layers coating and device for realization of this method Download PDFInfo
- Publication number
- CS261213B2 CS261213B2 CS825869A CS586982A CS261213B2 CS 261213 B2 CS261213 B2 CS 261213B2 CS 825869 A CS825869 A CS 825869A CS 586982 A CS586982 A CS 586982A CS 261213 B2 CS261213 B2 CS 261213B2
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- cylindrical tube
- cylindrical
- magnetic
- sputtered
- magnets
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Naprašovací zařízení s otočnou magnetronovou katodovou soustavou je .opatřeno naprašovací komorou, ve které je také uložena, podložka, na kterou se materiál naprašuje. Katoda sestává z podélné válcové trubice, na jejímž povrchu je nanesena vrstva naprašovaného materiálu. Uvnitř válcové trubice jsou umístěny magnetické prvky, tvořené nejméně jednou řadou magnetů tvaru písemne U, probíhající v podélném směru. Válcová trubice je uložena v nanášecí komoře otočně kolem své podélné osy, takže do oblasti magnetického pole magnetů mohou být přiváděny postupně různé oblasti vrstvy naprašovaného materiálu.Spraying device with rotating magnetron the cathode system is provided by sputtering the chamber in which it is also stored, the mat to which the material is sputtered. The cathode consists of a longitudinal cylindrical tube, on the surface of which a layer is applied sputtered material. Inside cylindrical the tube is placed magnetic elements formed by at least one row of magnets in writing U, running in longitudinal direction. The cylindrical tube is embedded in the coating the chamber rotatably about its longitudinal axis, so to the magnetic field of the magnets different regions may be introduced sequentially layer of sputtered material.
Description
Vynález se týká způsobu naprašování tenkých vrstev povlakového materiálu na ploché podložky a zařízení k provádění tohoto způsobu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a process for spraying thin layers of coating material onto flat substrates.
Katodové naprašování je rozšířeným způsobem nanášení tenkých vrstev zvoleného materiálu na podložky. Při tomto způsobu se obvykle plochá anodová deska z materiálu, který má být naprašován, bombarduje ionty v ionizované plynné atmosféře ve vyčerpatelné nanášecí komoře, ve které se udržuje řízené vakuum, takže částice anodové desky se uvolňují a ukládají v tenké vrstvě na podložku; anodová deska, na kterou je nanesena vrstva naprašovaného materiálu, má obvykle podlouhlý obdélníkový tvar a podložka, na kterou se má materiál naprašovat, se pohybuje pod anodovou deskou plynulým nebo přerušovaným pohybem. Podélná osa anodové desky je kolmá na směr pohybu podložky.Cathode sputtering is a widespread method of applying thin layers of selected material to substrates. In this method, typically a flat anode plate of the material to be sputtered is bombarded with ions in an ionized gas atmosphere in an exhaustible deposition chamber in which a controlled vacuum is maintained so that the anode plate particles are released and deposited in a thin layer on a support; the anode plate to which the layer of sputtered material is applied typically has an elongated rectangular shape, and the substrate to which the material is to be sputtered moves under the anode plate in a continuous or intermittent motion. The longitudinal axis of the anode plate is perpendicular to the direction of movement of the pad.
Aby se dosáhlo zvýšení rychlosti nanášení, bylo navrženo používání katod s magnetickou stimulací. Tyto katody jsou známy ve formě rovinných magnetronových katod, které obvykle obsahují soustavu permanentních magnetů, uspořádaných v uzavřené smyčce a uspořádaných v neměnné poloze vůči ploché anodové desce. Magnetické pole tedy probíhá v uzavřené smyčce, která vymezuje dráhu nebo oblast, ve které probíhá naprašování materiálu anodové desky.In order to increase the deposition rate, it has been proposed to use cathodes with magnetic stimulation. These cathodes are known in the form of planar magnetron cathodes, which usually comprise a set of permanent magnets arranged in a closed loop and arranged in a fixed position relative to the flat anode plate. Thus, the magnetic field occurs in a closed loop that delimits the path or area in which the anode plate material is sputtered.
Jedna z nevýhod známé ploché anodové desky spočívá v tom, že dráha rozprašování je poměrně úzká, takže eroze probíhá v poměrně úzké prstencové oblasti, odpovídající tvaru uzavřené smyčky magnetického pole. V důsledku toho se před nutnou výměnou anodové desky využije jen poměrně malá část anodového materiálu.One disadvantage of the known flat anode plate is that the sputtering path is relatively narrow, so that erosion occurs in a relatively narrow annular region, corresponding to the shape of the closed loop magnetic field. As a result, only a relatively small portion of the anode material is used prior to the necessary anode plate replacement.
Úkolem vynálezu je proto vyřešit novou magnetronovou katodu pro magnetronové naprašování materiálu na plochou podložku, která by se podstatně lišila od dosud známých rovinných magnetronových katod a která by při zachování vysoké rychlosti naprašování umožňovala také podstatně hospodárnější využití anodového materiálu, aby se tak prodloužila životnost katody. Úkolem vynálezu je také vyřešit způsob naprašování materiálu, při kterém by se využila co největší část anodového materiálu.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a new magnetron cathode for sputtering sputtering material onto a flat substrate that is substantially different from the prior art flat magnetron cathodes and while maintaining sputtering speeds. It is also an object of the present invention to provide a method of sputtering material utilizing as much of the anode material as possible.
Tento úkol je vyřešen způsobem naprašování tenké vrstvy povlakového materiálu na substrát, jehož podstata spočívá v tom, že vrstva anodového materiálu se nanese na vnější plochu válcového členu, v části této vrstvy se vytvoří magnetické pole a anodový materiál se naprašuje na rovinný substrát, pohybující se podle erozní oblasti anodového materiálu, přičemž vrstva anodového materiálu se otáčí po částečném ochuzení erozní oblasti.This object is solved by a method of sputtering a thin layer of coating material onto a substrate, which comprises depositing an anode material layer on the outer surface of a cylindrical member, generating a magnetic field in part of the layer and sputtering the anode material onto a planar substrate moving according to the erosion region of the anode material, wherein the layer of anode material rotates after a partial depletion of the erosion region.
Podstata zařízení k provádění způsobu naprašování tenké vrstvy, obsahujícího evakuovatelnou komoru, ve které je vodorovně uspořádána katoda, opatřená magnetickými prvky, spočívá v tom, že katoda je tvořena podlouhlým válcovým trubicovým členem, na jehož vnějším povrchu je nanesena vrstva naprašovaného povlaku materiálu a magnetické prvky jsou uspořádány v trubicovém členu pro vymezeni naprašovací zóny, přičemž trubicový člen je opatřen prostředky pro natáčení trubicového členu kolem jeho podélné osy pro přivedení různých částí vrstvy povlakového materiálu do naprašovací polohy proti magnetickým prvkům.The object of the apparatus for carrying out a method of sputtering a thin layer comprising an evacuable chamber in which a cathode provided with magnetic elements is arranged horizontally is that the cathode is formed by an elongated cylindrical tubular member on whose outer surface a sputtered material coating layer and magnetic elements are applied. The tubular member is provided with means for pivoting the tubular member about its longitudinal axis to bring the different portions of the coating material layer to the sputtering position against the magnetic elements.
Magnetickými prvky je soustava jednotlivých magnetů, uspořádaných v nejméně jedné řadě podél trubicového členu a tvořených permanentními magnety. Podle výhodného konkrétního provedení vynálezu mají tyto permamentní magnety tvar písmena U a obsahují magnetické pásky, probíhající podél trubicového členu a dosedající na ramena magnetů. Magnetické pásky přiléhají čelně k trubicovému členu a plochy těchto magnetických pásků, přivrácené k trubicovému členu, mají zakřivení, odpovídající zakřivení vnitřního povrchu trubicového členu.The magnetic elements are a set of individual magnets arranged in at least one row along the tubular member and formed by permanent magnets. According to a preferred embodiment of the invention, these permeable magnets are U-shaped and comprise magnetic strips extending along the tubular member and abutting the magnet arms. The magnetic strips abut face to the tubular member and the surfaces of these magnetic tapes facing the tubular member have a curvature corresponding to the curvature of the inner surface of the tubular member.
Trubicový člen je podle jiného konkrétního provedení vynálezu uzavřen na jednom konci, na druhém konci je otevřen a obsahuje potrubí, probíhající podélně trubicovým členem a napojeným na jednom konci na zdroj chladicí kapaliny, přičemž potrubí je po své délce opatřeno otvory pro výstup chladicí kapaliny.The tubular member is, according to another particular embodiment of the invention, closed at one end, open at the other end, and includes a conduit extending longitudinally through the tubular member and connected at one end to a coolant source, the pipeline having coolant outlet openings.
Způsobem a zařízením podle vynálezu je možno naprašovat povlakový materiál stejnou nebo i vyšší rychlostí než tomu bylo u dosud známých zařízení, ale dosáhne se podstatně většího využití naprašovaného materiálu z anodové vrstvy, což je velmi výhodné, protože se zpravidla jedná o velmi drahé materiály a každé zvýšení procenta jejich využití má značný význam.With the method and apparatus of the present invention, the coating material can be sputtered at the same or higher speed than the prior art devices, but substantially more utilization of the sputtered anode layer material is achieved, which is very advantageous since they are generally very expensive materials and increasing the percentage of their use is significant.
Příklady provedení zařízení k naprašování povlakové vrstvy materiálu na plošný substrát jsou zobrazeny na výkresech, kde obr. 1 znázorňuje podélný svislý řez nanášecí komorou, opatřenou magnetronovou katodou, na obr. 2 je vodorovný podélný řez, vedený rovinou 2-2 z obr. 1, obr. 3 znázorňuje čelní pohled na naprašovací komoru z obr. 1, obr. 3A znázorňuje axonometrický pohled na část jednoho z magnetických pásků, obr. 4 znázorňuje podélný svislý řez druhým příkladným provedení naprašovací komory, na obr. 5 je podélný vodorovný řez naprašovací komorou, vedený rovinou 5-5 z obr. 4, na obr. 6 je čelní pohled na naprašovací komoru z obr. 4, na obr. 7 a 8 jsou podélné řezy dalšími dvěma příklady provedení naprašovací komory, obr. 9 znázorňuje svislý podélný řez dalším příkladným provedením zařízení podle vynálezu, na obr. 10 je svislý příčný řez, vedený rovinou 10-1P z obr. 9, na obr. 11 je svislý řez částí zařízení, vedený rovinou 11-11 z obr. 9, na obr. 12 je svislý řez jinou částí zařízení, vedený rovinou 12-12 z obr. 9 a na obr. 13 je příčný řez částí zařízení, vedený rovinou 13-13 z obr. 12.1 shows a longitudinal vertical section through a deposition chamber provided with a magnetron cathode; FIG. 2 is a horizontal longitudinal section taken along line 2-2 of FIG. 1; Fig. 3 is a front view of the sputtering chamber of Fig. 1; Fig. 3A is an axonometric view of a portion of one of the magnetic tapes; Fig. 4 is a longitudinal vertical section of a second exemplary sputtering chamber; 4, FIG. 6 is a front view of the sputtering chamber of FIG. 4; FIGS. 7 and 8 are longitudinal sectional views of two other embodiments of the sputtering chamber; FIG. 9 is a vertical longitudinal sectional view of another sputtering chamber; Fig. 10 is a vertical cross-sectional view taken along line 10-1P of Fig. 9; Fig. 12 is a vertical sectional view of part of the apparatus taken along line 11-11 of Fig. 9; Fig. 12 is a vertical sectional view of another part of the apparatus taken along plane 12-12 of Fig. 9; 13 of FIG. 12.
*. ?*. ?
Zařízení pro naprašování tenkých vrstev povlakového materiálu na substrát je v prvním příkladném provedení podle obr. 1 až 8 opatřeno katodovou soustavou 20, která je uložena v evakuovatelné nanášecí komoře 21; nanášecí komora 21 má pravoúhelníkový průřez a sestává ze spodní stěny 22, z horní stěny 23, z bočních stěn 24, 25 a neznázorněných koncových stěn. Spodní stěna 22 a horní stěna 23 jsou vůči bočním stěnám 24, 25 utěsněny těsněními 26, 27. K nanášecí komoře 21 je připojena vakuová vývěva 28 pro snižování tlaku v nánášecí komoře 21. Opětné přivádění plynu do nanášecí komory 21 je umožněno přívodním potrubím 29 s ventilem 3Q.In the first exemplary embodiment of Figures 1 to 8, a device for sputtering thin layers of coating material onto a substrate is provided with a cathode assembly 20 which is embedded in an evacuable deposition chamber 21; the application chamber 21 has a rectangular cross section and consists of a bottom wall 22, an upper wall 23, side walls 24, 25 and end walls (not shown). The bottom wall 22 and the top wall 23 are sealed to the side walls 24, 25 by seals 26, 27. A vacuum pump 28 is connected to the deposition chamber 21 to reduce the pressure in the deposition chamber 21. The gas is returned to the deposition chamber 21 by inlet pipes 29 s. valve 3Q.
Katodová soustava 20 obsahuje válcovou trubici _3_1, uloženou v nanášecí komoře 21, v jejíž spodní části jsou uspořádány magnetické prvky 32. Válcová trubice 31 je vyrobena z nemagnetického materiálu, například z mosazi nebo nerezavějící oceli. Na vnějším'povrchu válcové trubice 31 je nanesena vrstva 33 povlakového anodového materiálu, který se má nanášet na substrát. Válcová trubice 31 s vrstvou 33 nanášeného materiálu tedy vytváří trubicovou anodu, která má zcela jiné konstrukční vytvoření než dosud známé rovinné anody.The cathode assembly 20 comprises a cylindrical tube 31 housed in a deposition chamber 21, at the bottom of which magnetic elements 32 are arranged. The cylindrical tube 31 is made of a non-magnetic material such as brass or stainless steel. On the outer surface of the cylindrical tube 31 is a layer 33 of anodic coating material to be deposited on the substrate. The cylindrical tube 31 with the deposited material layer 33 thus forms a tubular anode having a completely different construction than the previously known planar anodes.
Válcová trubice 31 je v nanášecí komoře 21 uložena ve vodorovné poloze a je otočná kolem své podélné osy. K tomu účelu je uložena svým vnitřním koncem 35 na čepu 34, který je otočně uložen v ložiskovém bloku 36, vytvořeném v podpěře 37, upevněné šrouby k boční stěně 25 nanášecí komory 21.The cylindrical tube 31 is mounted horizontally in the deposition chamber 21 and is rotatable about its longitudinal axis. For this purpose, its inner end 35 is mounted on a pin 34, which is rotatably mounted in a bearing block 36 formed in a support 37, fastened by screws to the side wall 25 of the application chamber 21.
Vnější konec válcové trubice 31 je otevřený a prochází otvorem v boční stěně 24 nanášecí komory 24, kde je uložen v prstenci 39, uloženém v objímce 40, upevněné šrouby 41 k boční stěně 24.· Vnitřní prostor nanášecí komory 21 je vůči okolní atmosféře utěsněn prstencovými kroužky 42 , 43, které dosedají na válcovou trubici 31 a na boční stěnu 24 nanášecí komory 21The outer end of the cylindrical tube 31 is open and passes through an opening in the side wall 24 of the deposition chamber 24 where it is housed in a ring 39 housed in the sleeve 40 fastened by screws 41 to the side wall 24. rings 42, 43 that abut the cylindrical tube 31 and the side wall 24 of the application chamber 21
Pro zajištění potřebného chlazení katodové soustavy 20 prochází spodní částí válcové trubice 31 podélné chladicí potrubí 44, které je rovněž z nemagnetického materiálu. Vnitřní konec chladicího potrubí 44 je uzavřený a je umístěn v odstupu od uzavřeného vnitřního konce 35 válcové trubice 21, vnější konec 45 chladicího potrubí 44 vystupuje z válcové trubice 31 a je do něj zavedena chladicí látka, například voda, která může vytékat otvory 46 v chladicím potrubí 44 do válcové trubice 31, ze které potom vytéká jejím vnějším koncem.To provide the necessary cooling of the cathode assembly 20, a longitudinal cooling pipe 44, which is also of non-magnetic material, passes through the bottom of the cylindrical tube 31. The inner end of the coolant pipe 44 is closed and spaced from the closed inner end 35 of the cylindrical tube 21, the outer end 45 of the coolant pipe 44 extends from the cylindrical tube 31, and coolant such as water can flow therethrough. a pipe 44 into a cylindrical tube 31 from which it then flows out through its outer end.
Magnetické prvky 32 obsahují soustavu permanentních magnetů 47, vytvořených ve tvaru písmena U, které jsou uspořádány ve dvou přímých navzájem rovnoběžných řadách A, B, probíhajících ve válcové trubici 31 v podélném směru. Permanentní magnety 47 každé řady A, B jsou uspořádány v zákrytu a v podélném průměru střídavě překrývají permanentní magnety 47 jedné řady A permanentní magnety 47 druhé řady B. Permanentní magnety 47 jsou vůči sobě natočeny, jak je patrno z obr. 3, a jsou pomocí upevňovacích konzolek upevněny k chladicímu potrubí 44.The magnetic elements 32 comprise a set of permanent magnets 47, U-shaped, arranged in two straight parallel rows A, B extending longitudinally in the cylindrical tube 31. The permanent magnets 47 of each row A, B are arranged in alignment and alternately overlap the permanent magnets 47 of one row A with the permanent magnets 47 of the second row B alternately in the longitudinal diameter. The permanent magnets 47 are rotated relative to each other as shown in FIG. fastening brackets attached to the cooling pipe 44.
Permanentní magnety 47 řady A dosedají svými vnějšími rameny 48 na podélný pásek 49 z magnetického materiálu, například z měkké oceli, zpracované válcováním za tepla, a permanentní magnety 47 řady B dosedají svými vnějšími rameny 50 na podobný pásek 51 z magnetického materiálu, který je uspořádán rovnoběžně s prvním páskem 49 Vnitřní ramena 52, 53 permanentních magnetů 47 obou řad A, B se navzájem překrývají a dosedají na centrálně a podélně probíhající střední magnetický pásek £4, který je rovnoběžný s pásky 49, 51. Permanentní magnety 4^jsou s příslušnými pásky 49, 51, 54 spojeny šrouby £5, procházejícími permanentními magnety 47. Spodní plochy 59 pásků 49, 51, 54 jsou tvarově přizpůsobeny zakřivení vnitřní plochy válcové trubice 31 a střední magnetický pásek 54 je opatřen střídavě opačně nakloněnými výřezy 54a /obr. 3A/, takže vnitřní ramena 52, 53 permanentních magnetů 47 mohou dosedat na dno těchto výřezů 54a v celé své čelní ploše.Permanent magnets 47 of series A abut with their outer arms 48 on a longitudinal strip 49 of magnetic material, for example mild steel, processed by hot rolling, and permanent magnets 47 of series B abut with their outer arms 50 on a similar band 51 of magnetic material which is arranged parallel to the first band 49 The inner arms 52, 53 of the permanent magnets 47 of the two rows A, B overlap with each other and abut a central and longitudinally extending central magnetic tape 46 which is parallel to the tapes 49, 51. The lower surfaces 59 of the bands 49, 51, 54 are shaped to fit the curvature of the inner surface of the cylindrical tube 31, and the central magnetic strip 54 is provided with alternately opposed slots 54a / fig. 3A), so that the inner arms 52, 53 of the permanent magnets 47 can abut the bottom of these slots 54a over their entire face.
Permanentní magenty 47 jsou uspořádány tak, že severní póly dosedají na vnější pásky 49, 51, zatímco jižní póly dosedají na střední pásek £4. Tímto uspořádání permanentních magnetů 47 a pásků 49, 51, 54 se vytvářejí dvě přímá magnetická pole, podél kterých probíhá eroze vrstvy 33 anodového materiálu.The permanent magnets 47 are arranged such that the north poles abut against the outer bands 49, 51, while the south poles abut on the middle band 44. This arrangement of the permanent magnets 47 and the strips 49, 51, 54 creates two direct magnetic fields along which the anode material layer 33 is eroded.
Katodové napětí se k válcové trubici 31 s vrstvou 33 anodového materiálu přivádí z neznázorněného zdroje stejnosměrného napětí přívodním vedením £0, jehož konec má kluzný kontakt s válcovou trubicí 31; zařízeni je neznázorněným vedením uzemněno. fThe cathode voltage is supplied to the cylindrical tube 31 with the anode material layer 33 from a direct voltage source (not shown) via a supply line 40 whose end has sliding contact with the cylindrical tube 31; the device is grounded by a line (not shown). F
Podložka S, na kterou se anodová vrstva materiálu naprašuje, je uložena v nanášecí komoře 21 pod katodovou soustavou 20 a nesena dvěma soustavami kladek 62, £3, které jsou uloženy na vodorovném hřídeli 64, uloženém v ložiskových blocích 65, 65a, upevněných na spodní stěně 22 nanášecí komory 21.The washer S onto which the anode layer of material is sputtered is mounted in the deposition chamber 21 below the cathode assembly 20 and supported by two sets of rollers 62, 63 mounted on a horizontal shaft 64 mounted in bearing blocks 65, 65a mounted on the lower wall 22 of the deposition chamber 21.
Jak již bylo uvedeno, vnější povrch válcové trubice 31 je opatřen vrstvou 33 z materiálu, který se má při průchodu podložky S pod válcovou trubicí 31 naprašovat na povrch podložky S. Válcová trubice 31 se může natáčet pomocí rukojeti 66, upevněné k jejímu vnějšímu konci, v obou směrech kolem její podélné osy, aby se oblast vrstvy 33 naprašovaného materiálu nacházela přímo proti permanentním magnetům 47 a byla uložena ve vytvořeném magnetickém poli. Když je určitá oblast vrstvy 33 naprašovaného materiálu vyčerpána, může se válcová trubice 31 pootočit tak, že se do naprašovací polohy dostane nová oblast vrstvy 33 naprašované ho materiálu. Tento postup je možno opakovat až do úplného vyčerpáni naprašovaného materiálu.As already mentioned, the outer surface of the cylindrical tube 31 is provided with a layer 33 of material which is to be sputtered onto the surface of the washer S when the washer S passes below the cylindrical tube 31. in both directions about its longitudinal axis so that the area of the sputtered material layer 33 is directly opposite the permanent magnets 47 and is located in the generated magnetic field. When a certain area of the sputtered material layer 33 is depleted, the cylindrical tube 31 can be rotated such that a new area of the sputtered material layer 33 reaches the sputtering position. This process can be repeated until the sputtered material is completely depleted.
Zařízení podle vynálezu také poskytuje možnost opatřit povrch válcové trubice 31 v různých částech povrchu různými druhy naprašovaných materiálů, takže z jediné anody je možno nanášet na podložku S několik různých povlakových materiálů.The device according to the invention also provides the possibility of providing different types of sputtered materials on the surface of the cylindrical tube 31 in different parts of the surface so that several different coating materials can be applied to the substrate S from a single anode.
Pásky 49, 51, 54 z magnetického materiálu dosedají přímo na vnitřní povrch válcové trubice 31 a mohou po něm klouzat při natáčení válcové trubice 31 nebo mohu být unášeny spolu s natáčející se válcovou trubicí 31, přičemž v případě tohoto posunutí je možno vrátit permanentní magnety 47 do původní polohy natočením chladicího potrubí 44 rukojetí 67, která je připevněna k jeho vnějšímu konci a kterou je možno permanentní magnety 47 opět přesunout v opačném směru.The magnetic material strips 49, 51, 54 abut directly on the inner surface of the cylindrical tube 31 and can slide on it when the cylindrical tube 31 is rotated or can be carried along with the rotating cylindrical tube 31, in which case permanent magnets 47 can be returned. to its original position by rotating the cooling conduit 44 by a handle 67 which is attached to its outer end and which can be moved again in the opposite direction by the permanent magnets 47.
Zařízení podle příkladů z obr. 4 až 6 obsahují obměněné příkladné provedení magnetických prvků 70, které jsou v tomto příkladném provedeni tvořeny jen jednou řadou C permanentních magnetů 71, vytvořených ve tvaru písmena U, jejichž ramena 72, 73 dosedají na dvojici magnetických pásků 21/ 75, uspořádanou v odstupu od sebe a probíhající v podélném směru, přičemž magnetické pásky 21/ 75 jsou spojeny šrouby 76, 77 s permanentními magnety 21 a jejich spodní strany 78, 22 jsou zakřiveny podle zakřivení vnitřního povrchu válcové trubice 31. Vytvořené magnetické pole je v tomto případě přímé a vytváří přímý podlouhlý erozní obrazec na vrstvě 33 anodového materiálu.The apparatus of the examples of FIGS. 4 to 6 comprise a modified exemplary embodiment of the magnetic elements 70, which in this exemplary embodiment comprise only one row C of permanent magnets 71, U-shaped, whose arms 72, 73 abut a pair of magnetic strips 21 '. 75, spaced apart and extending in the longitudinal direction, wherein the magnetic strips 21/75 are connected by screws 76, 77 to the permanent magnets 21 and their undersides 78, 22 are curved according to the curvature of the inner surface of the cylindrical tube 31. in this case, straight and form a straight elongated erosion pattern on the anode material layer 33.
Válcovou trubicí 31 prochází pod řadou C permanentních magnetů 71 podélným směrem chladicí potrubí 22./ ke kterému jsou permanentní magnety 71 připevněny. Do vnějšího konce chladicího potrubí 80 se přivádí chladicí kapalina, zejména voda, která pak může vytékat otvory 81 do vnitřního prostoru válcové trubice 21/ ze kterého vytéká na jejím vnějším konci.A cylindrical tube 31 extends below the row C of the permanent magnets 71 in the longitudinal direction of the cooling line 22 / to which the permanent magnets 71 are attached. A coolant liquid, in particular water, is supplied to the outer end of the coolant line 80, which can then flow through the apertures 81 into the interior of the cylindrical tube 21 from which it exits at its outer end.
Válcová trubice 31 se také v tomto příkladu může natáčet rukojetí 66 a do oblasti magnetického pole, vytvářeného permanentními magnety, se mohou postupně přivádět různé oblasti vrstvy 3.3 anodového materiálu. Po natočení válcové trubice 31, aby se do oblasti magnetického pole dostala dosud nevyužitá oblast vrstvy 33 anodového materiálu, se mohou permanentní magnety 71 vrátit rukojetí 67 zpět do správné polohy proti oblastí vrstvy 33, která se má v další fázi naprašovat.The cylindrical tube 31 can also be rotated by the handle 66 in this example, and different regions of the anode material layer 3.3 can be fed gradually into the magnetic field area produced by the permanent magnets. After the cylindrical tube 31 has been rotated to bring the unused region of the anode material layer 33 into the magnetic field, the permanent magnets 71 can be returned by the handle 67 to the correct position against the region of the layer 33 to be sputtered.
V dalším příkladném provedení podle obr. 7 a 8 je zařízení podle vynálezu opatřeno skupinou katod z příkladů na obr. 4 až 6. V nanášecí komoře 84 jsou uspořádány vodorovně vedle sebe a v odstupu od sebe dvě katodové soustavy 82, 83, z nichž každá sestává z podélné válcové trubice 85, na jejímž vnějším povrchu je nanesena vrstva 85a naprašovaného materiálu. Uvnitř válcové trubice 85 jsou uloženy magnetické prvky 86, sestávající z řady permanentních magnetů 87 tvaru písmena U, jejichž ramena dosedají na podélné magnetické pásky 22/ 89, upevněnými pomocí šroubů 90, 91.In another embodiment of Figures 7 and 8, the apparatus of the invention is provided with a group of cathodes of the examples of Figures 4 to 6. In the deposition chamber 84, two cathode assemblies 82, 83 are arranged horizontally side by side and spaced apart. it consists of a longitudinal cylindrical tube 85, on the outer surface of which a layer of sputtered material 85a is applied. Inside the cylindrical tube 85 are housed magnetic elements 86 consisting of a series of U-shaped permanent magnets 87 whose arms abut the longitudinal magnetic strips 22/89 fastened by screws 90, 91.
Vnější magnetický pásek 88 každé katodové soustavy 82, 22 představuje pólový nástavec severního pólu a vnitřní magnetický pásek 89 představuje pólový nástavec jižního pólu.The outer magnetic strip 88 of each cathode array 82, 22 represents the north pole pole piece and the inner magnetic strip 89 represents the south pole pole piece.
Vnější magnetické pásky 88 probíhají na vnější straně od vnitřních magnetických pásků a jejích konce jsou zahnuty k sobě do formy zahnutých konců 92. Mezi katodovými soustavamiThe outer magnetic strips 88 extend outwardly from the inner magnetic strips and their ends are bent together in the form of curved ends 92. Between the cathode assemblies
82, 83 jsou na jejich protilehlých koncích uspořádány přídavné permanentní magnety 93, tvaru písmena U, které přemosťují mezerou mezi dovnitř zahnutými konci 92 magnetických pásků 88 a spolu s nimi vytvářejí magnetické pole ve tvaru uzavřené smyčky. Katodové soustavy 82, 22 jsou zevnitř chlazeny chladicí kapalinou, přiváděnou do chladicího potrubí 95 .82, 83, additional U-shaped permanent magnets 93 are provided at opposite ends thereof, bridging the gap between the inwardly curved ends 92 of the magnetic strips 88 and forming a closed-loop magnetic field with them. The cathode assemblies 82, 22 are internally cooled by the coolant supplied to the coolant line 95.
Válcové trubice 85 katodových soustav 22/ 83 jsou otočné nezávisle na sobě a umožňují přivedení nespotřebované oblasti vrstvy 85a naprašovaného materiálu na vnějším povrchu válcové trubice 85 do magnetického pole permanentních magnetů 87. Na válcových trubicích 85 může být nanesen stejný nebo jiný materiál.The cylindrical tube 85 of the cathode system 22/83 are independently rotatable and allow bring unused areas of the layer 85a of the sputtered material on the outer surface of the cylindrical tube 85 into the magnetic field of the permanent magnet 87. The cylindrical tubes 85 may be applied to the same or other material.
Příkladné provedení podle obr. 8 se liší od příkladu z obr. 7 tím, že v nanášecí komoře 100 jsou uspořádány čtyři vodorovné katodové soustavy 96, 97, 98, 99, které mají stejnou konstrukci jako katodové soustavy 82, 83 z příkladu na obr. 7 a obsahují tedy otočnou válcovou trubicí 101, na jejímž vnějším povrchu je nanesena vrstva naprašovaného materiálu. Také magnetické prvky tohoto příkladného provedení jsou tvořeny jednou řadou permanentních magnetů 102 tvaru písmena U, jejichž ramena dosedají na magnetické pásky 103, 104, připojené šrouby 105, 106 k ramenům.The embodiment of FIG. 8 differs from that of FIG. 7 in that four horizontal cathode assemblies 96, 97, 98, 99 are arranged in the deposition chamber 100 and have the same construction as the cathode assemblies 82, 83 of the example of FIG. 7 and thus comprise a rotatable cylindrical tube 101, on the outer surface of which a layer of sputtered material is deposited. Also, the magnetic elements of this exemplary embodiment are formed by one row of permanent U-shaped magnets 102 whose arms abut the magnetic strips 103, 104 connected by screws 105, 106 to the arms.
První magnetické pásky 103 tvoří pólové nástavce severních pólů, druhé magnetické pásky 104 tvoří pólové nástavce jižních pólů. První magnetické páky 103 katodových soustav 96, 97 a 98, 99 na jednom konci přesahují a jsou zahnuty do zahnutých konců 107, 108.The first magnetic strips 103 form the pole pieces of the north poles, the second magnetic strips 104 form the pole pieces of the south poles. The first magnetic levers 103 of the cathode assemblies 96, 97 and 98, 99 overlap at one end and are bent into the bent ends 107, 108.
Na druhé straně přesahují druhé magnetické pásky 104 katodových soustav 97, 98 a jejich konce 109 jsou zahnuty směrem k sobě.On the other hand, the second magnetic strips 104 extend over the cathode arrays 97, 98 and their ends 109 are bent toward each other.
Mezi dovnitř zahnutými konci 107 prvních magnetických pásků 103 katodových soustavBetween the inwardly curved ends 107 of the first magnetic strips 103 of the cathode assemblies
96, 97 je uspořádán permanentní magnet 110 tvaru písmene U a podobný permanentní magnet 111 je uspořádán mezi dovnitř zahnutými konci 108 magnetických pásků 103 katodových soustav 98, 99. Také mezi dovnitř zahnutými konci 109 druhých magnetických pásků 104 katodových soustav 97, 98 je uspořádán podobný permanentní magnet 112. Jednotlivé permanentní magnety 110, 111, 112 katodových soustav 96, 97, 92» 99 přemostují magnetické pásky 103, 104 a vytvářejí spolu s nimi magnetické pole, které má klikatý tvar.96, 97 a U-shaped permanent magnet 110 is provided and a similar permanent magnet 111 is arranged between the inwardly curved ends 108 of the magnetic strips 103 of the cathode assemblies 98, 99. Also similarly between the inwardly curved ends 109 of the second magnetic strips 104 of the cathode systems 97, 98 the permanent magnet 112. The individual permanent magnets 110, 111, 112 of the cathode assemblies 96, 97, 92, 99 bridge the magnetic tapes 103, 104 and create with them a magnetic field having a zigzag shape.
Jednotlivé válcové trubice 101 katodových soustav 96, 22» 98, 99 jsou uloženy v nanášecí komoře 100 otočně nezávisle na sobě a jsou opatřeny vrstvou naprašovaného materiálu, která může být u jednotlivých válcových trubic ze stejného nebo rozdílného materiálu.The individual cylindrical tubes 101 of the cathode assemblies 96, 22, 98, 99 are mounted in the deposition chamber 100 rotatably independently of each other and are provided with a layer of sputtering material which may be of the same or different material for the individual cylindrical tubes.
Válcové trubice 101 jsou rovněž opatřeny vnitřními chladicími potrubími 113, 114, 115,The cylindrical tubes 101 are also provided with internal cooling lines 113, 114, 115,
116, ke kterým jsou připojeny permanentní magnety 102.116 to which permanent magnets 102 are connected.
Druhé základní příkladné provedení zařízení podle vynálezu podle obr. 9 až 13 se od prvního provedení odlišuje v podstatě tím, že zatímco v předchozích příkladech se válcové trubice natáčely přerušovaným pohybem, v dalších příkladech probíhá otáčení plynule.9 to 13 differs substantially from the first embodiment in that, while in the previous examples, the cylindrical tubes were rotated in intermittent motion, in other examples the rotation is continuous.
Katodová soustava z obr. 9 až 13 sestává z vodorovné válcové trubice 102, uložené otočně kolem své podélné osy v horní části nanášecí komory 121, ve které je možno vytvořit podtlak. Na vnějším povrchu válcové trubice 120 je nanesena vrstva 122 naprašovaného materiálu a na obou protilehlých stranách je válcová trubice 120 uzavřena čely 123, 124 a vytváří otočnou anodu.The cathode assembly of Figures 9 to 13 consists of a horizontal cylindrical tube 102 mounted rotatably about its longitudinal axis at the top of the deposition chamber 121 in which vacuum can be generated. On the outer surface of the cylindrical tube 120, a layer 122 of sputtered material is applied, and on both opposite sides, the cylindrical tube 120 is closed by faces 123, 124 and forms a rotatable anode.
Uvnitř válcové trubice 120 je soustředně uspořádána válcová vložka 125 s poněkud menším průměrem, ve kterém jsou umístěny magnetické prvky 126. Vnitřní válcová vložka 125 je na svých protilehlých koncích uzavřena čelními stěnami 127, 128, které jsou opatřeny čepy 129, 130, procházejícími otvory v čelech 123, 124 válcové trubice 120. Čepy 129,Inside the cylindrical tube 120 there is concentrically arranged a cylindrical insert 125 with a somewhat smaller diameter in which the magnetic elements 126. are located. The inner cylindrical insert 125 is closed at its opposite ends by end faces 127, 128 which are provided with pins 129, 130 extending through holes in it. ends 123, 124 of cylindrical tube 120. Pins 129,
130 jsou opatřeny čtyřhrany 131, 132, zapadajícími do vybrání 133 /obr. 11/ v podpěrných konzolách 134, 135, zasahujících svými částmi 136, 137 pod vodorovné stěny 138, 139, které jsou součástí nanášecí komory 121; části 136, 137 jsou k vodorovným stěnám připevněny šrouby 140, 141.130 are provided with rectangles 131, 132 which fit into recesses 133 / FIG. 11) in support brackets 134, 135 extending by their parts 136, 137 below the horizontal walls 138, 139 which are part of the deposition chamber 121; The parts 136, 137 are fastened to the horizontal walls by screws 140, 141.
Vnitřní válcová vložka 125 je v tomto příkladném provedení nehybná a nemůže se otáčet, zatímco vnější válcová trubice 120 je otočná. Čela 123, 124 jsou pro umožnění otáčení válcové trubice 120 opatřena centrálními otvory, kterými procházejí čepy 129, 130 vnitřní válcové vložky 125. Kolem těchto otvorů jsou uspořádány prstencové příruby 142, 143, ve kterých, jsou uložena ložisková pouzdra 144, 145, obklopující těsně čepy 129, 130.The inner cylindrical liner 125 in this exemplary embodiment is stationary and cannot rotate while the outer cylindrical tube 120 is rotatable. The faces 123, 124 are provided with central holes 120 to allow rotation of the cylindrical tube 120 through which the cylinders 129, 130 of the inner cylindrical insert 125 extend. Around these holes are annular flanges 142, 143 in which the bearing bushings 144, 145 are received. pins 129, 130.
Axiálnímu pohybu válcové trubice 120 brání kroužky 146, dosedající na prstencové příruby 142, 143, přičemž uvnitř ložiskových pouzder 144, 145 jsou uspořádána těsnění 147.The axial movement of the cylindrical tube 120 is prevented by rings 146 abutting the annular flanges 142, 143, and seals 147 are disposed within the bearing bushes 144, 145.
Jak již bylo řečeno, válcová trubice 120, tvořící anodu, se v průběhu naprašování plynule otáčí. Hnacím ústrojím válcové trubice 120 je motor 148, který je upevněn k horní stěně 149 nanášecí komory 121, nesené na svých protilehlých koncích svislými stěnami 150, 151 nanášecí komory 121 a také čelními stěnami 152, 153. Mezi horní stěnu 149 a svislé stěny 150, 151 a čelní stěny 152, 153 je uloženo těsnění 154, 155 s kruhovým průřezem, které je uloženo také mezi svislými stěnami 150, 151 a vodorovnými stěnami 138, 139 nanášecí komory 121.As already mentioned, the anode-forming cylindrical tube 120 rotates continuously during sputtering. The drive mechanism of the cylindrical tube 120 is an engine 148 which is fixed to the top wall 149 of the application chamber 121, supported at its opposite ends by the vertical walls 150, 151 of the application chamber 121 and also by the end walls 152, 153. 151 and end faces 152, 153, a seal 154, 155 having a circular cross section is disposed and is also disposed between the vertical walls 150, 151 and the horizontal walls 138, 139 of the deposition chamber 121.
Na hnacím hřídeli motoru 148 je uloženo řetězové kolo 156, přes které je řetěz 157, který běží kolem řetězového kola 158 na vodorovném hřídeli 159, uloženém v ložiskách 160, uložených v ložiskovém bloku 161, upevněném šrouby 162 ke svislé stěně 151 nanášecí komory 121 /obr. 10/.A sprocket 156 is mounted on the drive shaft of the engine 148 through which the chain 157 runs around the sprocket 158 on a horizontal shaft 159 supported by bearings 160 mounted in a bearing block 161 secured by screws 162 to the vertical wall 151 of the application chamber 121. giant. 10 /.
Vodorovný hřídel 159 prochází otvorem ve svislé stěně 151 a na jeho vnitřním konci je uloženo ozubené kolo 162, které je v záběru s ozubeným kolem 163 na prstencové příruběThe horizontal shaft 159 extends through an opening in the vertical wall 151, and at its inner end a gear 162 is mounted that engages the gear 163 on the annular flange
143 na svislém čelu 124 válcové trubice 120. Je-li motor 148 v chodu, válcová trubice 120 se prostřednictvím ozubených kol 162, 163 otáčí, zatímco vnitřní válcová vložka 125 zůstává nehybná.143 on the vertical face 124 of the cylindrical tube 120. When the motor 148 is running, the cylindrical tube 120 is rotated by the gear wheels 162, 163, while the inner cylindrical insert 125 remains stationary.
Magnetické prvky 126 jsou uspořádány uvnitř vnitřní válcové vložky 125 a jsou tvořeny soustavou permanentních magnetů 164 tvaru písmena U, které jsou uspořádány ve dvou přímých rovnoběžných řadách D, E, probíhajících válcovou vložkou 125. Tvar s uspořádání těchto permanentních magnetů 164 jsou stejné jako v příkladu podle obr. 1, 2 a 13.The magnetic elements 126 are arranged inside the inner cylindrical insert 125 and consist of a set of permanent U-shaped magnets 164 arranged in two straight parallel rows D, E extending through the cylindrical insert 125. The shape of the arrangement of these permanent magnets 164 is the same 1, 2 and 13.
Válcová trubice 120 je opatřena vnitřním chlazením; chladicí látka, například voda, cirkuluje v prostoru 165 mezi válcovou trubicí 120 a vnitřní válcovou vložkou 125. Čerstvá chladicí látka se přivádí přívodním potrubím 166, která je v přírubě 167 nesena horní stěnou 149 nanášecí komory 121 /obr. 11/. Přívodní potrubí 166 je vyústěna do vnějšího konce průchodu 168, vytvořeného v čepu 130, a proudí do prostoru na přilehlém konci válcové trubice 120. Po cirkulaci v prostoru 165 se chladicí látka na protilehlém konci válcové trubice 120 odvádí průchodem 169 v čepu 129, který ústí do odtokového potrubí 170 neseného přírubou 171 v horní stěně 149 nanášecí komory 121.The cylindrical tube 120 is provided with internal cooling; cooling fluid, for example water, circulates in the space 165 between the cylindrical tube 120 and the inner cylindrical insert 125. Fresh refrigerant is supplied through the inlet conduit 166, which is supported in the flange 167 by the top wall 149 of the deposition chamber 121 / FIG. 11 /. The inlet conduit 166 extends into the outer end of the passage 168 formed in the pin 130 and flows into the space at the adjacent end of the cylindrical tube 120. After circulation in the space 165, the coolant at the opposite end of the cylinder tube 120 is discharged through the passage 169 in the pin 129 into the drain line 170 carried by the flange 171 in the top wall 149 of the deposition chamber 121.
Rovinná podložka 172, na kterou se naprašuje povlaková vrstva, jsou uloženy pod válcovou trubicí 120 a dopravovány nanášecí komorou 121 soustavou dopravních kladek 173, uložených vodorovných hřídelech 174, které jsou uloženy otočně v ložiskových blocích >. ’The planar washer 172 onto which the coating layer is sputtered is supported below the cylindrical tube 120 and conveyed through the application chamber 121 by a set of conveyor rollers 173, supported by horizontal shafts 174, which are mounted rotatably in bearing blocks. ’
175, 176, upevněných ke dnu 177 nanášecí komory 121, ke které je také napojena vakuová vývěva 178 pro snižování tlaku v nanášecí komoře 121 na požadovanou hodnotu. Pro opětné vpouštění plynu je nanášecí komora 121 opatřena napouštěcím potrubím 179 s uzavíracím ventilem 180.175, 176, attached to the bottom 177 of the deposition chamber 121, to which is also connected a vacuum pump 178 to reduce the pressure in the deposition chamber 121 to the desired value. To re-inject the gas, the application chamber 121 is provided with a feed line 179 with a shut-off valve 180.
Jak již bylo uvedeno, vnější válcová trubice 120 se v průběhu rozprašování plynule otáčí. Současně pod katodovou soustavou prochází plynule ve vodorovném směru podložka 172, na kterou se naprašuje povlakový materiál z válcové trubice 120. Podélná osa válcové trubice 120 je kolmá na směr pohybu podložky 172. Katodové napětí, vyvolávající rozprašování vrstvy materiálu, se na anodový materiál provádí z neznázorněného zdroje stejnosměrného napětí napájecím vedením 181, které je připojeno ke kontaktu 182, který je ve třecím styku s válcovou trubicí 120.As already mentioned, the outer cylindrical tube 120 rotates continuously during spraying. At the same time, under the cathode system, a substrate 172 passes smoothly in the horizontal direction onto which the coating material from the cylindrical tube 120 is sprayed. The longitudinal axis of the cylindrical tube 120 is perpendicular to the direction of movement of the washer 172. a DC power supply (not shown) by a power line 181 that is connected to a contact 182 that is in frictional contact with the cylindrical tube 120.
Popsaná příkladná provedení zařízení podle vynálezu jsou pokládána za nejvýhodnější.The described exemplary embodiments of the device according to the invention are considered to be the most advantageous.
V rozsahu předmětu vynálezu je však možno uskutečnit ještě další obměny jednotlivých částí zařízení, například permanentní magnety tvaru písmena U je možno nahradit jinými tvary permanentních magnetů nebo i elektromagnety.However, it is within the scope of the invention to make further variations of the individual parts of the device, for example, the permanent magnets of the U-shape can be replaced by other permanent magnets or electromagnets.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS825869A CS261213B2 (en) | 1981-02-12 | 1982-08-06 | Method of thin layers coating and device for realization of this method |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/233,974 US4356073A (en) | 1981-02-12 | 1981-02-12 | Magnetron cathode sputtering apparatus |
| CS825869A CS261213B2 (en) | 1981-02-12 | 1982-08-06 | Method of thin layers coating and device for realization of this method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS586982A2 CS586982A2 (en) | 1984-06-18 |
| CS261213B2 true CS261213B2 (en) | 1989-01-12 |
Family
ID=25746264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS825869A CS261213B2 (en) | 1981-02-12 | 1982-08-06 | Method of thin layers coating and device for realization of this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS261213B2 (en) |
-
1982
- 1982-08-06 CS CS825869A patent/CS261213B2/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CS586982A2 (en) | 1984-06-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4356073A (en) | Magnetron cathode sputtering apparatus | |
| US4422916A (en) | Magnetron cathode sputtering apparatus | |
| US4466877A (en) | Magnetron cathode sputtering apparatus | |
| US4417968A (en) | Magnetron cathode sputtering apparatus | |
| AU631712B2 (en) | Rotating cylindrical magnetron structure for large area coating | |
| US4692233A (en) | Vacuum coating apparatus | |
| US4445997A (en) | Rotatable sputtering apparatus | |
| EP0134559A2 (en) | Cathodic sputtering apparatus | |
| US4693803A (en) | Vacuum coating apparatus | |
| CA1184880A (en) | Sputtering apparatus and method | |
| US5364518A (en) | Magnetron cathode for a rotating target | |
| US5328585A (en) | Linear planar-magnetron sputtering apparatus with reciprocating magnet-array | |
| US10801102B1 (en) | Cathode assemblies and sputtering systems | |
| US6436252B1 (en) | Method and apparatus for magnetron sputtering | |
| US4394236A (en) | Magnetron cathode sputtering apparatus | |
| JPH0665729A (en) | Method and apparatus for vapor deposition by sputtering of liquid substance | |
| US20070080056A1 (en) | Method and apparatus for cylindrical magnetron sputtering using multiple electron drift paths | |
| EP2888755B1 (en) | Apparatus for cylindrical magnetron sputtering | |
| JPH05209267A (en) | Sputtering cathode unit based on magnetron principle for forming film on circular ring-shaped object to be coated | |
| CS261213B2 (en) | Method of thin layers coating and device for realization of this method | |
| KR20150048142A (en) | Sputtering apparatus | |
| WO2012066080A1 (en) | Sputtering apparatus and method | |
| WO2022081849A1 (en) | Sputtering system with a plurality of cathode assemblies | |
| EP0537012A1 (en) | Sputtering processes and apparatus | |
| CA1183103A (en) | Magnetron cathode sputtering apparatus |