Устройство для нанесения покрытий в вакууме

 

(19)SU(11)826761(13)A3(51)  МПК ⁵    _C23C14/44(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк патентуСтатус: по данным на 27.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ

Изобретение относится к вакуумной технике и может найти применение в нанесении высококачественных покрытий простого и сложного составов. Известно устройство для нанесения покрытий в вакууме, содержащее эрозионный плазменный ускоритель, источник питания и подложкодержатель. Недостатком такого устройства является наличие микрокапельной фазы в направленном к подложке плазменном потоке осаждаемого материала, что приводит к неизбежному попаданию микрокапель на поверхность конденсации и к снижению качества получаемых покрытий. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для нанесения покрытий в вакууме, содержащее осесимметричную формирующую систему, состоящую из полого электрода и средства для возбуждения магнитного поля, встречно расположенные плазменные ускорители, систему питания и подложкодержатель для расширения номенклатуры получаемых покрытий путем использования реактивных методов, оно снабжено системой подачи материала, необходимого для протекания плазмохимической реакции синтеза, причем в качестве системы подачи реакционноспособного материала, например плазмы реактивного газа или углерода, может быть использован один из плазменных ускорителей. Основным недостатком этого устройства является также неизбежное попадание микрокапель на поверхность конденсации, что приводит к снижению качества получаемых покрытий. Это обусловлено присутствием микрокапельной фазы в генерируемом эрозионным ускорителем плазменном потоке и наличием его расходимости на выходе из ускорителя, приводящей к тому, что микрокапли, имеющие вектор скорости по направлению к подложке, в силу своей высокой инерционности достигают поверхности конденсации. Недостатком устройства является и то, что оно ограничивает технологические возможности процесса нанесения покрытий, поскольку такое устройство обеспечивает формирование направленного к подложке потока ионов осаждаемого материала, а не потока плазмы, что усложняет процесс нанесения покрытий на токонепроводящие поверхности и ограничивает его производительность из-за возникновения на поверхности конденсации нескомпенсированного статического электрического заряда. Невозможность введения в устройство при указанной его конструкции дополнительных плазменных ускорителей ограничивает возможности получения широкой номенклатуры многокомпонентных покрытий. Целью изобретения является повышение качества получаемых покрытий. Цель достигается тем, что в устройстве для нанесения покрытий в вакууме, содержащем осесимметричную формирующую систему, состоящую из полого электрода и средства для возбуждения магнитного поля, встречно расположенные плазменные ускорители, систему питания и подложкодержатель, плазменные ускорители смещены относительно оси формирующей системы и установлены под углом к ней, а величина угла составляет 30 - 150^о. Для гарантированного отсутствия попадания на подложку микрокапель, генерируемых плазменными ускорителями, подложкодержатель располагают вне зоны расходимости их плазменных потоков. На чертеже представлен общий вид предложенного устройства для нанесения покрытий в вакууме. Устройство содержит формирующий электрод 1, магнитную систему 2, встречно расположенные плазменные ускорители 3, 4, систему 5 питания и подложкодержатель 6. Плазменные ускорители 3 и 4 расположены со смещением относительно оси формирующего электрода 1 и установлены под углом ϕ =30-150^о к ней. Предельные значения величины угла ϕ определяются минимально возможными габаритами ускорителей 3 и 4. Подложкодержатель 6 расположен вне зоны расходимости плазменных потоков, генерируемых ускорителями 3 и 4. Устройство работает следующим образом. Плазменные ускорители 3 и 4 генерируют направленные в полость формирующего электрода 1 плазменные потоки исходных материалов, в которых содержится некоторое количество микрокапельной фазы. В результате столкновения высокоэнергетичных потоков плазм исходных материалов в полости формирующего электрода 1 происходит интенсивное перемешивание потоков, выравнивание их параметров, увеличение степени ионизации, уменьшение количества и дисперсности микрокапельной фазы и заполнение плазмой полости формирующего электрода 1, а при использовании плазм реакционноспособных исходных материалов и эффективное протекание реакций плазмохимического синтеза. Особо крупные микрокапли, обладающие высокой инерционностью, конденсируются при этом на поверхности формирующего электрода 1 либо уходят в объем вакуумной камеры. Попадание их на подложку практически исключено, поскольку подложкодержатель 6 расположен вне зоны расходимости плазменных потоков, генерируемых ускорителями 3 и 4. Во вспомогательном сильноточном разряде, осуществляемом в коаксиальной системе формирующий электрод-плазма, производится дополнительный ввод энергии в плазму, обеспечивающий доиспарение микрокапельной фазы и формирование направленного к подложке бескапельного плазменного потока осаждаемого материала. При помощи магнитной системы 2 производят сжатие и ускорение этого плазменного потока и управление им. Система питания обеспечивает работу магнитной системы 2 и подачу напряжения на формирующий электрод 1 и плазменные ускорители 3 и 4. Изобретение делает возможным получение высококачественных покрытий при работе как в стационарном, так и в импульсном режимах, позволяя с одинаковой простотой наносить различные покрытия простого и сложного составов: токопpоводящие, полупроводниковые, диэлектрические. Так, например, при работе устройства в импульсном режиме получены покрытия из молибдена, титана, карбида молибдена и карбида титана, в которых полностью отсутствуют проколы и наросты, появляющиеся обычно из-за наличия микрокапельной фазы в плазменном потоке, из которого производится осаждение материала. Устройство для нанесения покрытий в вакууме может быть использовано в различных областях техники, где требуется получение высококачественных покрытий простого и сложного составов. Использование устройства, например, в микроэлектронике позволяет значительно повысить процент выхода годных изделий, улучшить их качество, расширить диапазон используемых материалов и номенклатуру выпускаемых изделий, создать высокопроизводительные многоцелевые автоматизированные установки вакуумного напыления.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ, содержащее осесимметричную формирующую систему, состоящую из полого электрода и средства для возбуждения магнитного поля, встречно расположенные плазменные ускорители, систему питания и подложкодержатель, отличающееся тем, что, с целью повышения качества покрытий, плазменные ускорители смещены относительно оси формирующей системы и установлены под углом к ней. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что величина угла составляет 30-150^o.