Магнетронное распылительное устройство

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно к магнетронным распылительным системам, и может быть использовано для осаждения покрытий на поверхности протяженных листовых материалов, в частности для создания покрытий на стекле архитектурного назначения. Магнетронное распылительное устройство содержит магнитный блок, включающий магнитопровод (2) и постоянные магниты (3), и плоский катод-мишень (1). Магнитный блок выполнен в виде протяженной рамы, образуя замкнутую магнитную систему с полюсными наконечниками (8), обращенными вовнутрь рамы. Плоский катод-мишень (1) расположен по внутренней поверхности рамы. Нанесение тонкой пленки осуществляется одновременно на две плоские подложки (стекла), движущиеся через окно (полость) рамки. Такая конструкция магнетронного устройства позволяет формировать низкоэмиссионные покрытия на плоские стекла с большой площадью поверхности. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно к магнетронным распылительным системам, и может быть использовано для осаждения покрытий на поверхности протяженных листовых материалов с большой площадью поверхности, в частности для создания покрытий на стекле.

Известна магнетронная распылительная система [RU 2151439 С1, 2000], содержащая анод, являющийся корпусом рабочей камеры, катодный узел в виде магнитного блока, закрытого плоской распыляемой мишенью. Магнитный блок выполнен симметричным. Такая система имеет отдельные замкнутые контуры магнитных потоков над каждой из двух плоских мишеней, что позволяет одновременно осуществлять напыление покрытий на две подложки, перемещающиеся по разные стороны от магнетронной распылительной системы. К недостаткам данной системы можно отнести наличие краевых эффектов, требующих увеличения габаритов системы для обеспечения необходимой степени равномерности покрытий. Кассеты для подложек должны иметь значительные поперечные габариты, чтобы пропустить внутри себя магнетронную систему при перемещении подложек.

Наиболее близким аналогом является магнетронное распылительное устройство [US 5277779 А, 2000], в котором катод магнетрона образует прямоугольную конструкцию, в которой эрозионная область простирается по внутренней полости, распыляемые частицы материала катода направляются внутрь, а подложки, подлежащие покрытию, перемещаются через полость, образуемую катодами. Магнитное поле создается соленоидом.

К недостаткам прототипа можно отнести трудности его применения для задач нанесения тонких пленок на листовые подложки больших размеров, выражаемых в метрах: трудности создания протяженного соленоида, высокие затраты на изготовление катодных пластин больших размеров для целей нанесения пленок из драгоценных металлов, большой объем внешнего рассеянного электромагнитного поля, трудности реализации охлаждения катодных пластин больших размеров, низкая плотность мощности, приходящаяся на единицу площади катода-мишени, приводящая к увеличению времени нанесения и снижению чистоты пленки.

Задачей настоящего изобретения является разработка магнетронного распылительного устройства для прецизионного осаждения нанопокрытий одновременно на две противоположные поверхности двух листовых изделий.

Поставленная задача решается тем, что, как и известное магнетронное распылительное устройство, заявляемое содержит магнитный блок, включающий магнитопровод и постоянные магниты, и катод-мишень.

Новым является то, что магнитный блок выполнен в виде протяженной рамы, образуя замкнутую магнитную систему с полюсными наконечниками, обращенными вовнутрь рамы, при этом плоский катод-мишень расположен по внутренней поверхности рамы.

Кроме того, магнитный блок, выполненный в виде протяженной рамы, образован парой длинных и парой коротких брусков типа швеллер.

Кроме того, бруски имеют боковые стороны, являющиеся магнитопроводом, и выполнены из пластин магнитомягкой стали с выступами вдоль одной грани, образующими полюсные наконечники магнитопровода, обращенные навстречу друг другу, а также спинку, которую выполняют постоянные магниты.

Кроме того, катод-мишень закреплен между полюсными наконечниками магнитопровода.

Кроме того, катод-мишень выполнен в виде узкой полосы распыляемого материала.

Кроме того, катод-мишень, выполнены в виде узкой полосы, состоит из множества отдельных брусков распыляемого материала.

Кроме того, катод-мишень выполненный в виде узкой полосы из распыляемого материала, напаян или наклеен на прямоугольный медный волновод, охлаждаемый водой.

Кроме того, устройство содержит систему охлаждения, выполненную в виде отдельных трубопроводов, расположенных в пазах полюсных наконечников, и соединительных элементов, замыкающих поток охлаждающей жидкости и обеспечивающих возможность рассоединения магнитопровода и уплотнение трубопроводов.

Кроме того, магнетронное распылительное устройство размещают в вакуумной камере.

Настоящее изобретение направлено на создание нового магнетронного распылительного устройства, которое пригодно для создания низкоэмиссионного покрытия на плоские стекла архитектурного назначения, и имеет перспективу коммерческого использования. В отличие от предшествующих конструкций настоящее изобретение предусматривает магнетронное распылительное устройство рамочного типа, в котором длина одной пары противоположных сторон намного превышает длину другой пары сторон, а катоды-мишени обращены вовнутрь рамки. Замкнутая магнитная система с полюсными наконечниками, обращенными вовнутрь рамы, создает замкнутую зону генерации плазмы, однородность параметров которой обеспечивается движением эмиссированных электронов вдоль замкнутой области, что повышает равномерность покрытия подложки. Этому же способствует отсутствие краевых эффектов за счет эмиссии распыляемых частиц мишени с торцевых участков. А выполнение магнитного блока в виде протяженной рамы, т.е. наличие двух параллельных более длинных сторон, позволяет генерировать встречные протяженные потоки распыляемых частиц. Такая система может быть использована для нанесения тонкой пленки одновременно на две плоские подложки (стекла), движущиеся через окно рамы. Нанесение покрытия одним магнетронным распылительным устройством одновременно на две подложки обеспечивает эквивалентность параметров обоих покрытий. Магнитопровод, наделенный полюсными наконечниками, способствует концентрации магнитного поля на границе с катодом-мишенью и параллельности силовых линий поверхности катода-мишени. Рамочная конструкция магнетрона с полюсными наконечниками, обращенными вовнутрь рамы, позволяет применять катод-мишень в виде узкой полосы или отдельных вставок, размещенных между полюсами магнитопровода, через которые осуществляется охлаждение. Этим достигается низкая материалоемкость, простота изготовления катода, а также высокий коэффициент использования материала. Рамочная конструкция магнетронного распылительного устройства позволяет значительно уменьшить толщину кассеты - носителя подложек, перемещающейся через окно рамы.

В дальнейшем изобретение поясняется графическими материалами.

На фиг.1 показан общий вид магнетронного распылительного устройства.

На фиг.2а представлен участок поперечного разреза по А-А предлагаемого магнетронного распылительного устройства с катодом-мишенью, выполненным в виде узкой полосы распыляемого материала.

На фиг.2б представлен участок поперечного разреза по А-А предлагаемого магнетронного распылительного устройства с катодом-мишенью выполненным в виде полосы, напаянной на медный волновод.

На фиг.3 схематично представлена конструкция магнитного блока.

Предлагаемое магнетронное распылительное устройство содержит (фиг.1) катод-мишень 1, магнитопровод 2 (конструктивное исполнение см. фиг.3), постоянные магниты 3, экран 4, опорные изоляторы 5 и узлы ввода 6. Система охлаждения состоит из трубопроводов 7, на некоторых участках впаянных в пазы полюсных наконечников 8, и соединительных элементов 9, замыкающих поток охлаждающей жидкости и служащих для распределения его по всем трубопроводам, а также обеспечения возможности рассоединения магнитопровода на части и уплотнения трубопроводов с помощью прокладок 10.

Изоляторы вводов 11, 12 и опорные изоляторы 5 позволяют подавать на магнетронное распылительное устройство отрицательное напряжение, в пределах от 500 до 1000 В. Прижатие полюсных наконечников 8 к катоду-мишени 1 производится винтами 13. Экран 4 препятствует возникновению нежелательного разряда на тыльной (внешней) стороне магнитопровода 2. Вставка 14 дистанцирует постоянные магниты 3 от катода-мишени 1. Механическая развязка между магнетронным распылительным устройством и вводами осуществляется с помощью сильфона 18.

Катод-мишень, приведенный на фиг.2а, может быть выполнен как в виде 4-х целых отрезков (двух продольных и двух поперечных коротких), так и состоящим из набора отдельных брусков одинаковой или разной длины, но строго одинаковой ширины. Как в том, так и в другом случае катод-мишень должен быть плотно зажат между охлаждаемыми полюсными наконечниками магнитопровода.

Приведенный на фиг.2б катод-мишень состоит из узкой полосы распыляемого материала, размещенной на прямоугольном медном волноводе, охлаждаемом водой (медный трубопровод прямоугольного сечения). Тепловой контакт между полосой и волноводом обеспечивается либо припоем, либо теплопроводящим клеем. Распыляемый материал может быть представлен как в виде 4-х полос (двух продольных длинных и двух поперечных коротких), так и в виде отдельных отрезков полосы одинаковой или разной длины.

Материалом катода-мишени может быть любой немагнитный металл, например титан, олово, алюминий, медь, серебро и др., а также сплавы, например нержавеющая сталь, латунь, нихром и др.

Схематичное исполнение предлагаемого магнитного блока представлено на фиг.3, он состоит из двух пар брусков типа швеллер, коротких 19 и длинных 20, боковые стороны брусков, образующие магнитопровод 2, выполнены из пластин магнитомягкой стали, имеющих вдоль одной грани выступы, образующие полюсные наконечники 8, обращенные навстречу друг другу, а постоянные магниты 3, создающие магнитное поле в зазоре между полюсными наконечниками, образуют спинку брусков.

На фиг.3 также схематично показано расположение двух одновременно движущихся подложек, представляющих собой два стекла, сквозь окно (полость), образованную параллельными сторонами рамы.

Магнетронное распылительное устройство располагают в вакуумной камере 15, часть которой показана на фиг.1.

Для нанесения нанопленки серебра в процессе осуществления технологии низкоэмиссионного покрытия на стекло размером 1605 мм на 2650 мм длина магнетронного распылительного устройства составляла 1830 мм, ширина 274 мм и толщина 58 мм. При этом размеры окна рамы устройства составляют 1730 мм на 150 мм.

Устройство работает следующим образом.

В вакуумной камере 15 создается вакуум и напускается инертный газ (аргон) до рабочего давления. На магнетронное распылительное устройство подается постоянное отрицательное напряжение относительно заземленной камеры и анода (в нашем случае это вакуумная камера). Между магнетронным распылительным устройством и анодом зажигается тлеющий разряд. Магнитное поле с индукцией вблизи поверхности катода-мишени приблизительно 0,06 Тл, силовые линии которого параллельны вблизи поверхности катода-мишени 1, локализуют плазму разряда непосредственно у поверхности катода-мишени 1, что способствует ее интенсивному распылению. Распыленные атомы материала катода-мишени 1 осаждаются на поверхности двух одновременно движущихся подложек сквозь окно, образованное параллельными сторонами рамы. Подложки представляют собой два стекла с размером 1605 на 2650 мм и толщиной 6 мм, установленные в кассету шириной 60 мм, подложки перемещают со скоростью 3,5 м в минуту. При мощности разряда 3,2 кВт напряжение на магнетроне составляло 420 В. За один проход кассеты со стеклом толщина напыляемой пленки серебра составила 1,5 нм, что позволило осуществить контроль за процессом создания покрытия с низкоэмиссионными свойствами и изготовить изделие с заданными характеристиками.

1. Магнетронное распылительное устройство, содержащее магнитный блок, включающий магнитопровод и постоянные магниты, и плоский катод-мишень, отличающееся тем, что магнитный блок выполнен в виде протяженной рамы, образуя замкнутую магнитную систему с полюсными наконечниками, обращенными вовнутрь рамы, при этом плоский катод-мишень расположен по внутренней поверхности рамы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магнитный блок, выполненный в виде протяженной рамы, образован парой длинных и парой коротких брусков типа швеллер.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что бруски имеют боковые стороны, являющиеся магнитопроводом, и выполнены из пластин магнитомягкой стали с выступами вдоль одной грани, образующими полюсные наконечники магнитопровода, обращенные навстречу друг другу, и спинку, которую образуют постоянные магниты.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катод-мишень закреплен между полюсными наконечниками магнитопровода.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что катод-мишень выполнен в виде узкой полосы распыляемого материала.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что катод-мишень, выполненный в виде узкой полосы, состоит из множества отдельных брусков распыляемого материала.

7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что катод-мишень, выполненный в виде узкой полосы из распыляемого материала, напаян или наклеен на прямоугольный медный волновод, охлаждаемый водой.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит систему охлаждения, выполненную в виде отдельных трубопроводов, расположенных в пазах полюсных наконечников, и соединительных элементов, замыкающих поток охлаждающей жидкости и обеспечивающих возможность рассоединения магнитопровода и уплотнение трубопроводов.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магнетронное распылительное устройство размещено в вакуумной камере.