RU2210619C2 - Способ формирования пленочного покрытия и магнетронное устройство для его осуществления - Google Patents
Способ формирования пленочного покрытия и магнетронное устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2210619C2 RU2210619C2 RU2001128553/02A RU2001128553A RU2210619C2 RU 2210619 C2 RU2210619 C2 RU 2210619C2 RU 2001128553/02 A RU2001128553/02 A RU 2001128553/02A RU 2001128553 A RU2001128553 A RU 2001128553A RU 2210619 C2 RU2210619 C2 RU 2210619C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- targets
- cathodes
- substrate
- target
- vacuum chamber
- Prior art date
Links
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title abstract 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 239000007888 film coating Substances 0.000 claims description 7
- 238000009501 film coating Methods 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003292 diminished effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 22
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 7
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 2
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области нанесения покрытий, в том числе сверхпроводящих, и может быть использовано в машиностроении. Способ формирования пленочного покрытия включает магнетронное распыление противолежащих мишеней катодов, осаждение распыленного материала на подложку, расположенную сбоку от мишеней катодов, выполненную в виде анода с потенциалом земли или близким к потенциалу земли, общего для мишеней-катодов, при этом встречные потоки распыленного материала у каждой из мишеней фокусируют катодным потенциалом. Магнетронное устройство для формирования пленочного покрытия включает вакуумную камеру, по меньшей мере два противолежащих катода с мишенями и магнитной системой, системы эвакуации, подачи и регулирования расхода газовой смеси, подложку с устройством для ее крепления, размещенные в вакуумной камере, катоды расположены в дополнительной камере, соединенной с вакуумной камерой, при этом магнитные системы катодов расположены с обратной стороны каждой мишени, вокруг каждой мишени установлена цилиндрическая или в виде усеченного конуса сетка, стенки дополнительной камеры электрически изолированы, а плоскость, в которой расположены центры мишеней, параллельна плоскости подложки. Использование изобретения обеспечивает снижение отклонения состава покрытия от состава многокомпонентных мишеней. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области нанесения покрытий, в том числе сверхпроводящих, различных по назначению и составу, и может быть использовано в машиностроении, электронной, электротехнической, медицинской и других отраслях промышленности.
Известно магнетронное устройство для металлизации распылением (заявка Японии 1-16912, кл. С 23 С 14/36, 1989), имеющее противолежащие мишени, блок генерирования магнитного поля, ортогонального поверхности мишеней, с расположенной сбоку от зоны, ограниченной мишенями, подложкой, на которой формируют покрытие. В зоне между подложкой и мишенями установлен электрод, используемый для регулирования кинетической энергии электронов, ионов и/или количества электронов, ионов, взаимодействующих с подложкой. Использование устройства при формировании сложных по составу оксидных покрытий, таких как YBa2Cu3O7-δ, не исключает отклонение состава его от состава мишени, особенно, при нанесении пленки на подложки увеличенного размера.
Известны также способ и устройство для формирования пленки путем магнетронного распыления мишени (заявка РСТ 92/16671, кл. С 23 С 14/34, 1993) в плазме распыляющего газа. В устройстве вокруг зоны образования плазмы в рабочей камере установлен экран, препятствующий налипанию материала. Перед формированием пленки экран подвергают термообработке, а в процессе напыления на экран подают напряжение смещения и охлаждают его с тем, чтобы образующаяся на подложке пленка имела заданную температуру. Способу и устройству также свойственны недостатки, обусловленные возможностью значительного отклонения состава пленки от состава мишени, что имеет место при распылении мишеней, например, из YВ2Сu3O7-x.
В способе и установке для осаждения покрытия на подложке с микроотверстиями с использованием плоских магнетронов (патент Японии 6060390, кл. С 23 С 14/34, 1994) на расположенную напротив подложки мишень воздействуют потоком плазмы, генерируемой под действием магнитного поля, и осаждают распыленные частицы на поверхности подложки. При осаждении покрытия используют расположенное между подложкой и мишенью направляющее устройство, формирующее узконаправленный поток частиц материала мишени, и одновременно поддерживают двухмерное параллельное относительное перемещение плазмы и подложки. При формировании сложных по составу покрытий указанным способом в устройстве указанной конструкции возможно значительное несоответствие составов осаждаемого покрытия и распыляемых мишеней.
Наиболее близкими по технической сущности к заявляемому изобретению являются способ получения тонкой пленки напылением и установка с расположенными друг против друга мишенями (заявка ЕПВ 0273685, кл. С 23 С 14/34, 14/56, 1988), в котором для получения тонкой пленки на подложке в виде пленки, распыляют две мишени, расположенные друг против друга в вакуумной камере, и используют устройство для создания магнитного поля, направленного перпендикулярно к поверхности мишеней и ограничивающего область плазмы, и отражательный электрод, расположенный перед генераторами магнитного поля и окружающий мишени для направления электронов в пространство между мишенями. Генераторы магнитного поля расположены вокруг мишеней, создают вспомогательное поле, которое в комбинации с устройством для отражения электронов обеспечивает возможность регулировки толщины осаждаемой пленки на подложке большой ширины. Наличие электрода, расположенного перед генераторами магнитного поля, делает возможным изменение состава распыленного материала вследствие частичного высаживания на электроде составляющих плазменного потока, приводящего к отклонению от состава мишеней.
Технический результат от совокупности влияния признаков, предлагаемых в изобретении, заключается в снижении отклонения состава покрытия от состава многокомпонентных мишеней при формировании пленочных покрытий.
Указанный технический результат достигается в способе формирования пленочного покрытия, включающем магнетронное распыление противолежащих мишеней-катодов, осаждение распыленного материала на подложку, в котором осаждение распыленного материала осуществляют на расположенную сбоку от мишеней-катодов подложку, выполняющую роль анода с потенциалом земли или близким к потенциалу земли, общего для мишеней-катодов, при этом встречные потоки распыленного материала у каждой из мишеней подвергают фокусировке катодным потенциалом.
Технический результат достигается также в магнетронном устройстве для формирования пленочного покрытия, включающем вакуумную камеру, по меньшей мере, два противолежащих катода с мишенями и магнитной системой, системы эвакуации, подачи и регулирования расхода газовой смеси, устройство для крепления подложки, при этом оно содержит один анод, которым является устройство для крепления подложки, размещенное в вакуумной камере, а катоды размещены в дополнительной камере, соединенной с вакуумной камерой, при этом магнитные системы катодов расположены с обратной стороны каждой мишени, вокруг каждой мишени установлена цилиндрическая или в виде усеченного конуса сетка, являющаяся продолжением катода, причем стенки дополнительной камеры электрически изолированы, а плоскость, в которой расположены центры мишеней, параллельна плоскости подножки.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Использование подложки в качестве общего анода с потенциалом земли или близким к потенциалу земли позволяет организовать поток распыленного материала из зоны смешения к подложке в виде некоторого результирующего потока усредненного состава. Размещение подложки в стороне от плазменных потоков позволяет предотвратить прямое воздействие плазмы на формируемое покрытие и сохранить постоянство его состава.
Фокусировка каждого потока распыленного материала потенциалом катода вблизи мишени, осуществляемая вследствие отталкивания отрицательно заряженных составляющих потока (от элементов конструкции катода - сетки), позволяет избежать разделения по массам при распылении сложных оксидных систем, например YВ2Сu3O7-х, на начальном этапе движения распыленных частиц и сохранить соответствие состава покрытия составу мишеней.
Снабжение катода цилиндрической или конической сеткой, размещенной вокруг мишени и являющейся его продолжением, выполняет роль фокусирующего устройства для потока плазмы на участке, прилегающем к мишени, и не экранирует силовые линии магнитного устройства.
Размещение магнитных устройств каждого катода с обратной стороны мишеней позволяет вывести элементы конструкции из зоны плазмы и исключить процесс осаждения на них распыленного материала и изменение его состава, что положительно сказывается на достижении технического результата.
Совмещение функций устройства для крепления подложки и анода в совокупности с электрической изоляцией стенок дополнительной камеры, в которой размещены катоды магнетронов, позволяет организовать магнетронный разряд между анодом и катодами и собственно распыление мишеней, и движение распыленного материала от мишеней к подложке без разделения составляющих потока по массам.
Размещение устройства для крепления подложки - анода в вакуумной камере, в стороне от зоны распыления материала, находящейся в дополнительной камере, соединенной с вакуумной камерой, позволяет свести до минимума воздействие потока плазмы на формируемое покрытие и способствует сохранению состава покрытия, близкого к составу мишеней.
Размещение поверхности подложки параллельно плоскости, в которой расположены центры мишеней, позволяет организовать ортогональное направление результирующего потока к поверхности подложки и избежать искажение состава покрытия вследствие неполного или избирательного осаждения составляющих потока при встрече с поверхностью подложки под некоторым углом.
Таким образом, использование предлагаемого способа и магнетронного устройства обеспечивает распыление материала мишеней с образованием встречных потоков распыленного материала и способствует созданию зоны смешения распыленного материала, образованной встречными потоками плазмы с высокой скоростью частиц в них и возникающей в этом случае турбулентностью, обеспечивает усреднение состава распыленного материала в зоне смешения без разделения по массовым числам составляющих. Формирование покрытия осаждением распыленного материала усредненного состава из зоны смешения на подложку обеспечивает максимальное приближение состава покрытия к составу мишеней.
На фиг.1 приведена схема сечения устройства для формирования пленочного покрытия предлагаемым способом с сеткой цилиндрической формы, на фиг.2 - то же с сеткой в виде усеченного конуса.
Устройство представляет собой вакуумную камеру 1, к которой примыкает объем 2, обращенный открытым торцом 6 в камеру 1. На стенках объема 2 размещены противоположно две пары катодов 3 с мишенями 4, оси 5 которых образуют телесный угол с вершиной, расположенной в плоскости 6, ортогональной подложке 7, которая укреплена на устройстве 8 в виде платформы карусельного типа, электрически соединенной с камерой 1. Для эвакуации газа из камеры 1 устройство снабжено системой 9, для подачи и регулирования расхода газовой смеси выполнено устройство 10. На стенках объема 2 выполнена электрическая изоляция 11. Вокруг мишеней 4 выше их поверхности установлены цилиндрические или в виде усеченного конуса сетки 12, укрепленные на катоде 3 и электрически соединенные с ним. С обратной стороны мишеней 4 катодов 3 размещены магнитные устройства 13.
Устройство работает следующим образом. Из вакуумной камеры 1 посредством системы 9 эвакуируют газ до давления, меньшего 1•10-2 Па. Через систему подачи и регулирования расхода 10 в вакуумную камеру 1 подают газовую смесь на основе инертного газа. Подачей потенциала на катоды 3 организуют из-за наличия электрической изоляции 11 на стенках объема 2 аномальный разряд между анодом-подложкой 7 и мишенями 4. Вследствие наличия магнитного поля, созданного магнитными устройствами 13, плазма удерживается у поверхности каждой из мишеней 4, что обеспечивает распыление мишеней 4 в плазме низкого давления. Сетки 12, имеющие потенциал катода, вследствие отталкивания отрицательно заряженных ионов фокусируют потоки распыленного материала от мишеней 4, которые, встречаясь в вершине телесного угла, образованного осями 5 катодов 3, образуют зону смешения и результирующий поток распыленного материала в плоскости 6, ортогональной подложке 7. Поток распыленного материала мишеней 4 в связи с перемещением устройства карусельного типа 8 осаждают на каждом участке подложки 7, перемещаемой относительно плоскости 6, в виде тонкого слоя покрытия. Вследствие многократного прохождения каждого участка подложки 7 относительно результирующего потока распыленного материала из зоны смешения на подложке формируется тонкими (менее 1 нм) слоями покрытие одинакового состава по толщине покрытия и площади осаждения. Напряжение смещения, равное в этом случае потенциалу между катодами 3 и анодом-подложкой 7, способствует организации результирующего потока распыленного материала из зоны смешения на подложку 7.
При завершении процесса формирования покрытия подачу электрической мощности прекращают, подвод газовой смеси через систему подачи и регулирования 10, а также перемещение устройства 8 отключают, давление в вакуумной камере 1 выравнивают с атмосферным, снимают подложку 7, на которой сформировано покрытие. После замены подложки на другую процесс формирования покрытия повторяют.
Предлагаемые способ и магнетронное устройство использованы при формировании покрытия распылением двух катодов с мишенями из высокотемпературной сверхпроводящей керамики (Yва2Сu3O7-х) на подложке из α-Аl2О3, покрытой серебром. На катодах установлены сетки в виде усеченного конуса с диаметрами оснований 40 и 70 мм и высотой 20 мм. Мощность, подводимая к каждому катоду, составила 25 Вт, время формирования покрытия 120 мин, давление в вакуумной камере (1-5)•10-1 Па. В качестве газовой смеси использовали смесь аргона и кислорода (33 об. %). Толщина сформированного покрытия составила 800 нм. В результате сравнения исходных составов мишеней и полученного покрытия установлено, что состав мишеней соответствовал соединению YBа2,02Сu3,10O7-х, полученное покрытие - YBa2,01Cu3,06O7-x. Последнее свидетельствует о практическом отсутствии изменения состава при формировании покрытия.
Формирование покрытий распылением мишеней того же состава без фокусировки плазменных потоков и вынесения положительного электрода на подложку, при размещении подложки на пути распыленного потока материала сопровождалось получением покрытия состава YBa(1,07 -1,27)Cu(0,38- 1,81)O7-x.
Таким образом, реализация Предлагаемых способа формирования пленочного покрытия и магнетронного устройства для его осуществления обеспечивает соответствие составов покрытия и сложных по составу мишеней.
Claims (2)
1. Способ формирования пленочного покрытия, включающий магнетронное распыление противолежащих мишеней катодов, осаждение распыленного материала на подложку, отличающийся тем, что осаждение распыленного материала осуществляют на расположенную сбоку от мишеней катодов подложку, которую выполняют в виде анода с потенциалом земли или близким к потенциалу земли, общего для мишеней катодов, при этом встречные потоки распыленного материала у каждой из мишеней фокусируют катодным потенциалом.
2. Магнетронное устройство для формирования пленочного покрытия, включающее вакуумную камеру с размещенными в ней подложкой с устройством для ее крепления, по меньшей мере два противолежащих катода с мишенями и магнитными системами, системы эвакуации, подачи и регулирования расхода газовой смеси, отличающееся тем, что оно снабжено соединенной с вакуумной камерой дополнительной камерой, в которой размещены катоды с мишенями и магнитными системами, расположенными с обратной стороны каждой мишени, вокруг каждой мишени установлена цилиндрическая или в виде усеченного конуса сетка, являющаяся продолжением катода, при этом подложка с устройством для ее крепления выполнена в виде анода, стенки дополнительной камеры электрически изолированы, а плоскость, в которой расположены центры мишеней, параллельна плоскости подложки.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KZ20010481 | 2001-04-04 | ||
| KZ2001/0481.1 | 2001-04-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001128553A RU2001128553A (ru) | 2003-06-20 |
| RU2210619C2 true RU2210619C2 (ru) | 2003-08-20 |
Family
ID=29244841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001128553/02A RU2210619C2 (ru) | 2001-04-04 | 2001-10-22 | Способ формирования пленочного покрытия и магнетронное устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2210619C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2661160C1 (ru) * | 2017-08-04 | 2018-07-12 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) | Способ получения тонких магнитных наногранулированных пленок |
-
2001
- 2001-10-22 RU RU2001128553/02A patent/RU2210619C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2661160C1 (ru) * | 2017-08-04 | 2018-07-12 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) | Способ получения тонких магнитных наногранулированных пленок |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3425178B2 (ja) | 点状電極の製造方法 | |
| US4006073A (en) | Thin film deposition by electric and magnetic crossed-field diode sputtering | |
| US3756193A (en) | Coating apparatus | |
| CA2411174C (en) | A process and apparatus for plasma activated deposition in a vacuum | |
| US7405415B2 (en) | Ion source with particular grid assembly | |
| WO2015134108A1 (en) | Ion beam sputter deposition assembly, sputtering system, and sputter method of physical vapor deposition | |
| US5078847A (en) | Ion plating method and apparatus | |
| US3649502A (en) | Apparatus for supported discharge sputter-coating of a substrate | |
| US20110247928A1 (en) | Sputtering apparatus and sputtering method | |
| EP0523695B1 (en) | A sputtering apparatus and an ion source | |
| US4209552A (en) | Thin film deposition by electric and magnetic crossed-field diode sputtering | |
| JP3094050B2 (ja) | マグネトロンスパッタリング装置及びスパッタリングガン | |
| RU2210619C2 (ru) | Способ формирования пленочного покрытия и магнетронное устройство для его осуществления | |
| US5711860A (en) | Method and apparatus for producing a substrate with low secondary electron emissions | |
| KR101696838B1 (ko) | 나노 구조 형성용 스퍼터링 장치 | |
| JP2001220669A (ja) | 酸化マグネシウム膜の製造方法 | |
| JPH11172419A (ja) | 薄膜形成装置及び薄膜形成方法 | |
| RU2211881C2 (ru) | Способ формирования пленочного покрытия и устройство для его осуществления | |
| JP2004183021A (ja) | 成膜装置及び成膜方法 | |
| JPS6318056A (ja) | ア−ク式蒸発源 | |
| JPS63247367A (ja) | イオンビ−ムスパツタ装置 | |
| JP3174313B2 (ja) | 薄膜形成装置 | |
| JP2971541B2 (ja) | 薄膜形成装置 | |
| JPS60218468A (ja) | 皮膜形成装置 | |
| KR19980041860A (ko) | 저압원격 스퍼터장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111023 |