Устройство для ионно-плазменного нанесения пленок в вакууме

 

Изобретение относится к технике нанесения покрытий в вакууме, а именно к устройствам ионно-плазменного распыления магнетронного типа, и может быть использовано для нанесения пленок, применяемых в изделиях электронной, приборостроительной, оптической и других отраслях промышленности, в частности, в качестве оптических покрытий и чувствительных слоев газовых сенсоров. Изобретение направлено на упрощение конструкции устройства для ионно-плазменного нанесения оксидных многокомпонентных пленок в вакууме и повышение его технологической гибкости применительно к получению многокомпонентных пленок с различным процентным составом компонент. Устройство для ионно-плазменного нанесения пленок в вакууме содержит рабочую камеру, в которой размещены анод 2, катод 1 с мишенью, магнитная система 6 и 7, установленная с нерабочей стороны мишени, средство охлаждения мишени и подложкодержатель с изделиями, мишень выполнена из основания 3, на котором расположен сплошной слой жидкого при комнатной температуре эвтектического сплава 4, на поверхность которого нанесен слой порошковой смеси оксидов распыляемых материалов. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике нанесения покрытий в вакууме, а именно к устройствам ионно-плазменного распыления магнетронного типа, и может быть использовано для нанесения пленок, применяемых в изделиях электронной, приборостроительной, оптической и других отраслях промышленности, в частности в качестве оптических покрытий и чувствительных слоев газовых сенсоров.

Известно устройство для ионно-плазменного нанесения пленок в вакууме, содержащее рабочую камеру, в которой размещены анод, катод с мишенью, магнитная система, состоящая из наборных магнитных блоков, установленная с нерабочей стороны мишени, средство охлаждения и подложкодержатель с изделиями. Мишень изготавливается из материала, состав которого соответствует составу наносимой многокомпонентной пленки [1].

Указанное устройство обладает следующим недостатком: при нанесении многокомпонентных пленок с отличающимся от исходного процентным составом компонент возникает необходимость изготовления новой многокомпонентной мишени с соответствующим составом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является устройство для ионно-плазменного нанесения многокомпонентных пленок в вакууме, содержащее рабочую камеру, в которой размещены анод, катод с дисковой мишенью, магнитная система с двумя разноименными полюсными наконечниками замкнутой формы, установленными с нерабочей стороны мишени один относительно другого с эквидистантным зазором, осевая линия которого представляет собой "сшитые" участки эвольвент, привод вращения магнитной системы, средство охлаждения и подложкодержатель с изделиями. Мишень выполнена составной в виде дисковой основы, изготовленной из материала одного из распыляемых компонентов, на рабочей стороне которой соосно с ней размещено по меньшей мере по одному кольцевому диску, изготовленному из материала остальных распыляемых компонентов [2].

Указанное устройство обладает рядом недостатков: сложностью конструкции и низкой технологической гибкостью устройства. Сложность конструкции устройства обусловлена сложной магнитной системой и обязательным наличием привода вращения магнитной системы. Низкая технологическая гибкость связана с тем, что для изменения процентного состава компонент в пленке необходимо изготавливать и использовать кольцевые диски с соответствующими радиусами.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции устройства для ионно-плазменного нанесения оксидных многокомпонентных пленок в вакууме и повышение его технологической гибкости применительно к получению многокомпонентных пленок с различным процентным составом компонент.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для ионно-плазменного нанесения пленок в вакууме, содержащем рабочую камеру, в которой размещены анод, катод с мишенью, магнитная система, установленная с нерабочей стороны мишени, средство охлаждения мишени и подложкодержатель с изделиями, мишень выполнена из основания, на котором расположен сплошной слой жидкого при комнатной температуре эвтектического сплава, на поверхность которого нанесен слой порошковой смеси оксидов распыляемых материалов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена конструкция заявляемого устройства.

Устройство содержит катод 1 и анод 2. Внутренняя полость катода охлаждается проточной водой (средство охлаждения не показано). Мишень содержит основание 3, на котором расположен сплошной слой жидкого при комнатной температуре эвтектического сплава 4, содержащего по меньшей мере два из распыляемых компонентов. На поверхность жидкого при комнатной температуре эвтектического сплава нанесен слой порошковой смеси оксидов по меньшей мере одного из распыляемых материалов 5. Например, для получения пленок состава SnO₂-In₂O₃-Gа₂O₃ в качестве эвтектического сплава может быть взят один из составов: Sn-In-Ga (температура плавления 5^oС), Sn-Ga (температура плавления 16^oС), In-Ga (температура плавления 20^oС), а в качестве порошковой смеси - один из составов: SnO₂-In₂O₃, SnО₂-Gа₂О₃, In₂О₃-Gа₂О₃, SnO₂, In₂O₃, Gа₂О₃. С нерабочей стороны мишени расположена магнитная система, состоящая из двух разноименных полюсных наконечников 6 и 7.

Устройство крепится к рабочей камере с патрубком откачки, патрубком подачи рабочего газа, например смеси аргона и кислорода, и подложкодержателем с изделиями (не показаны).

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливается в рабочей камере с патрубком откачки и патрубком подачи рабочего газа, например смеси аргона и кислорода (не показаны). В рабочей камере при помощи системы откачки создается предварительное разрежение ~ 10^-3 Па. В рабочую камеру при помощи натекателя (не показано) напускается рабочий газ. Включается водяное охлаждение, внутренняя полость катода охлаждается проточной водой (средство охлаждения не показано). На катод 1 подается отрицательное напряжение порядка 400-600 В, в результате чего над поверхностью мишени возникает газовый разряд магнетронного типа, который локализуется между полюсными наконечниками 6 и 7, материал мишени начинает равномерно распыляться и конденсироваться на подложке (не показано), в состав образующейся многокомпонентной пленки входят оксиды элементов, входящих в эвтектический сплав, и оксиды, входящие в порошковую смесь. Повышение технологической гибкости устройства достигается тем, что для получения пленок другого процентного состава компонентов в устройстве с поверхности мишени удаляется слой имеющейся порошковой смеси и наносится новая порошковая смесь определенного состава.

Изобретение обладает высокой универсальностью. Оно может быть использовано при напылении на постоянном токе и при высокочастотном напылении. Кроме того, при использовании в составе порошковой смеси легирующих материалов возможно получение легированных оксидных пленок.

Источники информации 1. Данилин Б. С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - С. 70-85 2. Авторское свидетельство СССР 1816288 кл. С 23 С 14/35, 1993.

Формула изобретения

1. Устройство для ионно-плазменного нанесения многокомпонентных пленок в вакууме, содержащее рабочую камеру, в которой размещены анод, катод с мишенью, магнитная система, установленная с нерабочей стороны мишени, средство охлаждения мишени и подложкодержатель с изделиями, отличающееся тем, что мишень содержит основание, на котором расположен сплошной слой жидкого при комнатной температуре эвтектического сплава, содержащего по меньшей мере два из распыляемых компонента, причем на поверхность жидкого при комнатной температуре эвтектического сплава нанесен слой порошковой смеси оксидов по меньшей мере одного из распыляемых материалов.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве жидкого при комнатной температуре эвтектического сплава использован Sn-In-Ga.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве жидкого при комнатной температуре эвтектического сплава использован Sn-Ga.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве жидкого при комнатной температуре эвтектического сплава использован In-Ga.

5. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что в качестве порошковой смеси оксидов использован SnO₂-In₂O₃-Ga₂O₃.

6. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что в качестве порошковой смеси оксидов использован SnO₂-In₂O₃.

7. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что в качестве порошковой смеси оксидов использован SnO₂-Ga₂О₃.

8. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что в качестве порошковой смеси оксидов использован In₂O₃-Ga₂O₃.

9. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что в качестве порошковой смеси оксидов использован SnO₂.

10. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что в качестве порошковой смеси оксидов использован In₂O₃.

11. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что в качестве порошковой смеси оксидов использован Ga₂O₃.

РИСУНКИ

Рисунок 1