RU2620845C1 - Устройство для синтеза и осаждения покрытий - Google Patents
Устройство для синтеза и осаждения покрытий Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620845C1 RU2620845C1 RU2015154235A RU2015154235A RU2620845C1 RU 2620845 C1 RU2620845 C1 RU 2620845C1 RU 2015154235 A RU2015154235 A RU 2015154235A RU 2015154235 A RU2015154235 A RU 2015154235A RU 2620845 C1 RU2620845 C1 RU 2620845C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- chamber
- vacuum chamber
- channels
- walls
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для синтеза и осаждения износостойких покрытий на изделиях в вакуумной камере. Устройство содержит вакуумную камеру, планарный магнетрон с плоской мишенью и источник питания разряда, соединенный положительным полюсом с вакуумной камерой и отрицательным полюсом с мишенью. На камере установлен и электрически соединен с ней полый корпус. Планарный магнетрон установлен на дне корпуса. На стенках корпуса вблизи поверхности мишени выполнены каналы подачи в него инертного газа, а на стенках камеры - каналы подачи в нее реактивного газа. Техническим результатом изобретения является повышение производительности устройства за счет повышения скорости осаждения покрытий. 1 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам для синтеза и осаждения покрытий на изделиях в вакуумной камере.
Известно устройство для осаждения покрытий, в котором металлическая мишень испаряется в камере катодными пятнами вакуумной дуги и ее материал осаждается на изделиях (Патент США №526147, 1894 г.).
Недостатком устройства являются образующиеся при испарении микрокапли металла, осаждающиеся на изделиях вместе с покрытием. Капли обусловлены преобладанием на очищенной дугой поверхности мишени катодных пятен второго рода, перемещающихся со скоростью 0,1-1 м/с и эмитирующих множество капель размером до 5 мкм. Пятна первого рода, перемещающиеся со скоростью 10-100 м/с и эмитирующие малое число капель значительно меньшего размера, существуют лишь в первые минуты работы устройства на неочищенной от оксидных, нитридных и прочих пленок на поверхности мишени.
Известно устройство для осаждения покрытий, в котором реактивный газ, например азот, подается в камеру через отверстие в мишени, испаряемой катодными пятнами дуги (Заявка на европейский патент №97850056.9, 1997 г.). Давление вблизи поверхности мишени на порядок превышает давление вблизи изделий, что позволяет быстро восстанавливать и поддерживать на ней пленку, например нитридную. Это обеспечивает преобладание быстроперемещающихся катодных пятен первого рода, эмитирующих значительно меньшее число капель металла меньшего размера.
Наиболее близким решением по технической сущности к изобретению является устройство для синтеза покрытий, содержащее планарный магнетрон, в котором плоская мишень из необходимого металла распыляется ионами аргона из плазмы тлеющего разряда в арочном магнитном поле вблизи поверхности мишени, являющейся катодом разряда, вакуумную камеру, являющуюся анодом разряда, источник питания разряда и устройство подачи в камеру рабочего газа (Патент США №3878085, 1975 г.). При бомбардировке мишени ионами аргона она эмитирует электроны, которые ускоряются в слое объемного заряда между плазмой и мишенью до энергии eU, где U - падение потенциала между плазмой и мишенью. Каждый электрон, влетевший в плазму, движется в ней по отрезку окружности, перпендикулярной магнитному полю, возвращается в слой и отражается в нем обратно в плазму. В результате он проходит по замкнутой криволинейной траектории вблизи поверхности мишени путь, превышающий ее размеры в сотни и тысячи раз. Это позволяет поддерживать тлеющий разряд при давлении газа 0,1-1 Па обеспечивающим транспортировку распыленных атомов, например, титана до изделий.
При подаче в камеру смеси аргона (70-80%) и реактивного газа, например азота (20-30%) на поверхности изделий синтезируется твердое износостойкое покрытие, например нитрид титана. В отличие от устройств с испарением мишени катодными пятнами вакуумной дуги при распылении мишени ионами микрокапли металла не образуются. Для получения смеси газов и поддержания ее давления и состава используются регуляторы расхода газа.
Основным недостатком устройства является снижение при добавлении к аргону азота скорости осаждения покрытий из нитрида титана в несколько раз по сравнению со скоростью осаждения покрытий из титана при равном токе ионов в цепи распыляемой мишени. При уменьшении содержания азота в смеси с аргоном до 15% и ниже скорость осаждения покрытия снова возрастает в несколько раз. Однако в этом случае осаждается не твердое покрытие из нитрида титана, а покрытие из титана с меньшей в 10 раз микротвердостью.
Причиной снижения скорости осаждения является образование нитридного покрытия на самой мишени. Известно, что скорость ионного распыления металлов на порядок превышает скорость распыления их химических соединений. Если в устройствах с испарением мишени катодными пятнами дуги нитридная пленка на ее поверхности играет положительную роль, снижая число и размер микрокапель металла в синтезируемых покрытиях, то в устройствах с распылением мишени ионами она играет отрицательную роль, снижая скорость осаждения покрытий.
Задачей предложенного технического решения является создание устройства для синтеза покрытий с более высокой скоростью их осаждения.
Технический результат - повышение производительности устройства.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что устройство для синтеза покрытий, содержащее вакуумную камеру, планарный магнетрон с плоской мишенью и источник питания разряда, соединенный положительным полюсом с вакуумной камерой и отрицательным полюсом с мишенью, дополнительно содержит установленный на камере и электрически соединенный с ней полый корпус, планарный магнетрон установлен на дне корпуса, на стенках корпуса вблизи поверхности мишени имеются каналы подачи в него инертного газа, а на стенках камеры имеются каналы подачи в нее реактивного газа.
Изобретение поясняется чертежом, где изображена схема устройства для синтеза покрытий.
Устройство содержит вакуумную камеру 1, планарный магнетрон с плоской мишенью 2 и магнитной системой 3, создающей у поверхности мишени поле с арочной конфигурацией силовых линий 4, источник питания разряда 5, соединенный положительным полюсом с вакуумной камерой 1 и отрицательным полюсом с мишенью 2, установленный на камере 1 и соединенный с ней электрически полый корпус 6, на стенках корпуса вблизи поверхности мишени 2 имеются каналы 7 подачи в него инертного газа, а на стенках камеры 1 имеются каналы 8 подачи в нее реактивного газа.
Устройство работает следующим образом.
Вакуумную камеру 1 с обрабатываемым изделием 9 внутри нее откачивают через патрубок 10 до давления 1 мПа, затем через каналы 7 подают в корпус 6 и камеру 1 инертный газ, например аргон, и увеличивают давление в камере 1 до 0,5-1 Па. Включением источника питания 5 подают напряжение U до 500 В между камерой 1, являющейся анодом разряда, и мишенью 2. В результате зажигается тлеющий разряд, и полый корпус 6 и камера 1 заполняются плазмой 11, отделенной от поверхности мишени 2 слоем объемного заряда 12. Концентрация плазмы 11 максимальна вблизи поверхности мишени 2 и монотонно снижается с увеличением расстояния от нее.
Ионы 13 из плазмы 11 ускоряются в слое 12 и с энергией в сотни эВ бомбардируют и распыляют мишень 2. Образующиеся в результате ее распыления атомы металла 14, например титана, вылетают из корпуса 6 в вакуумную камеру 1 и осаждаются на изделии 9. Как проведенные опыты, так и компьютерное моделирование работы заявленного устройства показали, что при подаче через каналы 8 в камеру 1 реактивного газа, например азота, параметры образующейся у поверхности изделия 9 азотно-аргоновой плазмы становятся такими же, как при подаче в камеру смеси с содержанием азота 20-30%, и на изделии синтезируется покрытие из нитрида титана. В то же время содержание азота вблизи поверхности мишени, куда он диффундирует против потока аргона, движущегося от мишени в камеру, на порядок ниже. Азотно-аргоновая плазма у поверхности мишени в этом случае такая же, как при подаче в камеру смеси с содержанием азота менее 15%, когда нитридные пленки не снижают скорость распыления мишени, и скорость осаждения на изделии покрытия из нитрида титана возрастает до величины, равной скорости осаждения покрытия из титана.
Использование полого корпуса, установка магнетрона на дне корпуса, каналы для подачи в корпус вблизи поверхности мишени магнетрона инертного газа, например аргона, и каналы для подачи в вакуумную камеру реактивного газа, например азота, обеспечивают снижение содержания азота в смеси с аргоном у поверхности мишени до величины, при которой нитридная пленка на поверхности не снижает скорость распыления ее материала, например титана. Содержание азота у поверхности изделия превышает при этом 20%, что обеспечивает синтез на его поверхности покрытия из нитрида титана.
В силу изложенного, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство для синтеза покрытий обеспечивает более высокую скорость осаждения покрытий из химических соединений металлов.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности не известной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для синтеза покрытий на изделиях;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в нижеизложенной формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Claims (1)
- Устройство для осаждения покрытий, содержащее вакуумную камеру, планарный магнетрон с плоской мишенью и источник питания разряда, соединенный положительным полюсом с вакуумной камерой и отрицательным полюсом с мишенью, отличающееся тем, что оно снабжено установленным на камере и электрически соединенным с ней полым корпусом, при этом планарный магнетрон установлен на дне корпуса, в стенках которого вблизи поверхности мишени выполнены каналы для подачи в него инертного газа, а в стенках камеры выполнены каналы для подачи в нее реактивного газа.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015154235A RU2620845C1 (ru) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | Устройство для синтеза и осаждения покрытий |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015154235A RU2620845C1 (ru) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | Устройство для синтеза и осаждения покрытий |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2620845C1 true RU2620845C1 (ru) | 2017-05-30 |
Family
ID=59032354
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015154235A RU2620845C1 (ru) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | Устройство для синтеза и осаждения покрытий |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2620845C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2658623C1 (ru) * | 2017-09-11 | 2018-06-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для синтеза покрытий на диэлектрических изделиях |
RU2702752C1 (ru) * | 2018-11-28 | 2019-10-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для синтеза покрытий |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3878085A (en) * | 1973-07-05 | 1975-04-15 | Sloan Technology Corp | Cathode sputtering apparatus |
EP0775758A1 (de) * | 1995-11-24 | 1997-05-28 | Balzers und Leybold Deutschland Holding AG | Vakuumbeschichtungsanlage mit einem in der Vakuumkammer angeordneten Tiegel zur Aufnahme von zu verdampfendem Material |
RU2125117C1 (ru) * | 1997-03-05 | 1999-01-20 | Олег Георгиевич Егоров | Магнетронный источник |
RU2138094C1 (ru) * | 1997-02-04 | 1999-09-20 | Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете | Установка для нанесения тонкослойных покрытий |
JP2003221666A (ja) * | 2002-01-28 | 2003-08-08 | Canon Inc | イオン化成膜方法及び装置 |
JP2009064952A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Canon Anelva Corp | 表面処理装置 |
CN102021523A (zh) * | 2010-09-29 | 2011-04-20 | 吴江南玻华东工程玻璃有限公司 | 一种解决镀膜玻璃边缘效应的方法 |
-
2015
- 2015-12-17 RU RU2015154235A patent/RU2620845C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3878085A (en) * | 1973-07-05 | 1975-04-15 | Sloan Technology Corp | Cathode sputtering apparatus |
EP0775758A1 (de) * | 1995-11-24 | 1997-05-28 | Balzers und Leybold Deutschland Holding AG | Vakuumbeschichtungsanlage mit einem in der Vakuumkammer angeordneten Tiegel zur Aufnahme von zu verdampfendem Material |
RU2138094C1 (ru) * | 1997-02-04 | 1999-09-20 | Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете | Установка для нанесения тонкослойных покрытий |
RU2125117C1 (ru) * | 1997-03-05 | 1999-01-20 | Олег Георгиевич Егоров | Магнетронный источник |
JP2003221666A (ja) * | 2002-01-28 | 2003-08-08 | Canon Inc | イオン化成膜方法及び装置 |
JP2009064952A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Canon Anelva Corp | 表面処理装置 |
CN102021523A (zh) * | 2010-09-29 | 2011-04-20 | 吴江南玻华东工程玻璃有限公司 | 一种解决镀膜玻璃边缘效应的方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2658623C1 (ru) * | 2017-09-11 | 2018-06-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для синтеза покрытий на диэлектрических изделиях |
RU2702752C1 (ru) * | 2018-11-28 | 2019-10-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для синтеза покрытий |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gudmundsson et al. | High power impulse magnetron sputtering discharge | |
Aiempanakit et al. | Understanding the discharge current behavior in reactive high power impulse magnetron sputtering of oxides | |
Vlček et al. | Pulsed dc magnetron discharges and their utilization in plasma surface engineering | |
CA2803087C (en) | Arc deposition source having a defined electric field | |
JP2014231644A (ja) | 基体を被覆するための被覆装置及び基体を被覆する方法 | |
Vyskočil et al. | Arc evaporation of hard coatings: process and film properties | |
WO2015134108A1 (en) | Ion beam sputter deposition assembly, sputtering system, and sputter method of physical vapor deposition | |
US20170047204A1 (en) | Magnetron plasma apparatus | |
RU2620845C1 (ru) | Устройство для синтеза и осаждения покрытий | |
US3639151A (en) | Vapor randomization in vacuum deposition of coatings | |
Marcu et al. | Simultaneous carbon and tungsten thin film deposition using two thermionic vacuum arcs | |
KR101724375B1 (ko) | 나노구조 형성장치 | |
JP6896691B2 (ja) | 低温アーク放電イオンめっきコーティング | |
RU2726223C1 (ru) | Магнетронное распылительное устройство | |
RU2657896C1 (ru) | Устройство для синтеза покрытий | |
CN114540779B (zh) | 复合阴极、磁控溅射镀膜设备及镀膜方法 | |
US20090020415A1 (en) | "Iontron" ion beam deposition source and a method for sputter deposition of different layers using this source | |
RU2649904C1 (ru) | Устройство для синтеза и осаждения металлических покрытий на токопроводящих изделиях | |
US20040045810A1 (en) | Apparatus and method of forming thin film from negatively charged sputtered ions | |
RU2656480C1 (ru) | Устройство для осаждения покрытий | |
RU2797697C1 (ru) | Распылительное устройство | |
JP2010185124A (ja) | 蒸着方法及び蒸着装置 | |
RU97005U1 (ru) | Устройство для формирования поверхностных сплавов | |
RU2702752C1 (ru) | Устройство для синтеза покрытий | |
Ferreira et al. | Effect of Peak Power in Deep Oscillation Magnetron Sputtering on Film Properties |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200218 Effective date: 20200218 |