Способ нанесения покрытия методом осаждения при магнетронном распылении в вакууме
Изобретение относится к способам нанесения покрытия на подложку магнетронным распылением и может найти применение в автомобилестроении, изготовлении бытовой техники и других отраслях промышленности. Зона устройства для нанесения покрытий состоит из, по меньшей мере, двух отсеков, первый из которых содержит первую мишень, а второй - вторую мишень. В первом отсеке наносят слой покрытия в режиме металла, заключающемся в том, что используют первую мишень и наносят слой металла в атмосфере не вступающего в реакцию газа. Во втором отсеке наносят слой в переходном режиме, заключающемся в том, что используют вторую мишень и наносят слой окисла материала мишени в атмосфере не вступающего в реакцию газа и химически активного газа со скоростью, меньшей, чем скорость нанесения слоя покрытия в режиме металла, или наносят слой в режиме окисла, заключающемся в том, что используют вторую мишень и наносят слой окисла материала мишени в атмосфере не вступающего в реакцию газа и химически активного газа со скоростью, меньшей, чем скорость нанесения слоя покрытия в переходном режиме. Слой покрытия в переходном режиме или режиме окисла наносят второй мишенью из материала с величиной свободной энергии Гиббса ΔG, равной или меньшей, чем - 160 ккал/моль О2, или используют для второй мишени при нанесении слоев в переходном режиме и режиме окисла материал с разностью между его ΔG и ΔG материала первой мишени, используемой при нанесении покрытия в режиме металла, по меньшей мере, 60 ккал/моль O2. Технология позволяет уменьшить общее количество зон, требуемых для нанесения покрытий. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способам нанесения покрытия на подложки, в частности к способам нанесения путем магнетронного распыления в вакууме.
Уровень техники
Стеклянные подложки используют во множестве областей, включая архитектуру, автомобили, бытовые приборы и т.д. Часто стекло покрывают функциональным покрытием (покрытиями) для получения необходимых свойств. Примеры функциональных покрытий включают в себя покрытия для регулирования солнечного излучения, электропроводные покрытия, фотокаталитические покрытия, покрытия, обеспечивающие низкую излучающую способность, и т.д.
В настоящее время ученые и инженеры разрабатывают все более сложные функциональные покрытия. Более конкретно разрабатывают функциональные покрытия с большим количеством дискретных слоев покрытия. Обычно, чем больше дискретных слоев покрытия в многослойном наборе покрытий, тем проще управлять свойствами подложки с покрытием, такими как цвет и влияние на солнечное излучение, например коэффициент излучения.
В области нанесения функциональных покрытий на подложку известно несколько методов нанесения, таких как химическое осаждение из паровой фазы ("ХОП" "CVD"), пиролиз распыляемого вещества и освящение при магнетронном распылении в вакууме ("ОМРВ", "MSVD"). Процессы ОМРВ лучше всего подходят для получения сложных покрытий, содержащих один или больше слоев покрытия, поскольку они обеспечивают возможность более широкого выбора материалов покрытия для нанесения с меньшей толщиной на самые разные подложки.
Процессы ОМРВ выполняют в устройствах для нанесения покрытий, которые имеют одну или больше зон нанесения покрытия. Типичное устройство для нанесения покрытий ОМРВ имеет от четырех до двадцати зон. Такие устройства используются, в частности, в способе формирования покрытия на стеклянном изделии, раскрытом в патенте US 5298048, а также в способе формирования на стеклянной подложке слоистой структуры с регулируемыми солнцезащитными характеристиками, раскрытом в патенте US 5425861. Каждая зона в известных устройствах включает в себя одну или больше мишеней, обычно три, предназначенных для нанесения определенного типа материала на подложку. Каждая мишень размещается в отсеке, который имеет собственное устройство подачи газа, с помощью которого газ подают в зону. Хотя газ поступает в зону в разных местах, весь газ, который поступает в зону, выходит из зоны в определенном месте.
Каждая зона нанесения покрытия работает, то есть в ней наносят слой покрытия в одном из трех режимов - режим металла, переходный режим или режим окисла. Обычно режим определяется количеством химически активного газа, например, такого как водород или азот, который может реагировать с мишенью в зоне. В режиме металла газообразная атмосфера в зоне состоит только из не вступающего в реакцию газа, например аргона, и эта зона работает для нанесения слоя металла на подложку. Из этих трех режимов режим металла обычно имеет наибольшую скорость нанесения покрытия, за исключением нескольких материалов мишеней, таких как вольфрам. В переходном режиме газообразная атмосфера в зоне состоит из не вступающего в реакцию газа и химически активного газа, и эта зона работает в режиме нанесения слоя окисла на подложку. Концентрацию химически активного газа постоянно отслеживают и регулируют для нанесении слоя окисла с максимальной скоростью. Скорость нанесения в переходном режиме ниже, чем скорость нанесения в режиме металла, но выше, чем скорость нанесения в режиме окисла. В режиме окисла газообразная атмосфера в зоне состоит из не вступающего в реакцию газа и из химически активного газа, и эта зона работает в режиме нанесения слоя окисла на подложку. Из этих трех режимов режим окисла имеет самую низкую скорость нанесения. Скорость нанесения в режиме металла может быть до десяти раз выше, чем скорость нанесения в режиме окисла.
Обычно каждый отсек в отдельной зоне устройства нанесения покрытий методом ОМРВ, работает в одном режиме; либо в режиме металла, переходном режиме, или в режиме окисла. Если разные отсеки в зоне работают в разных режимах, например в режиме окисла и в режиме металла, химически активный газ, поступающий в отсек, работающий в режиме окисла, может попасть (также используется термин "протечь") в отсек, который работает в режиме металла, и может оказать отрицательное влияние на процесс осаждения. Требуемый слой металла при этом не будет нанесен и/или будет снижена скорость нанесения.
Поскольку отдельная зона всегда работает в одном режиме, типы составов покрытия, которые могут быть нанесены, и эффективность их нанесения (чем выше скорость нанесения, тем выше производительность) ограничиваются общим количеством зон в устройстве для нанесения покрытий. Например, покрытие, которое имеет три слоя серебра, расположенные между четырьмя слоями окисла цинка, не может быть нанесено с использованием непрерывного процесса в устройстве для нанесения покрытий, которое имеет меньше чем семь зон. Четыре зоны требуются для работы либо в режиме окисла, или в переходном режиме для нанесения слоев окисла цинка, и три зоны требуются для работы в режиме металла для нанесения слоев серебра. Хотя требуемое покрытие возможно получить в устройстве для нанесения покрытий, которое имеет менее чем семь зон, путем пропускания подложки через устройство для нанесения покрытий более чем один раз, такой подход является нежелательным по ряду причин, главная среди которых снижение эффективности производства.
Устройства для нанесения покрытия могут быть расширены и могут включать большее количество зон покрытия. Некоторые устройства для нанесения покрытий с множеством зон разработаны с возможностью расширения и включения большего количества зон, но в других это не возможно. Независимо от этого добавление дополнительных зон к существующему устройству для нанесения покрытий является дорогостоящим процессом. Обычно затраты на добавление одной зоны к существующему устройству для нанесения покрытий составляют от 1 до 5 миллионов долларов, в зависимости от того, было ли разработано устройство для нанесения покрытий с возможностью его расширения или нет.
Было бы чрезвычайно предпочтительно разработать способ нанесения покрытий на подложки в устройстве для нанесения покрытий методом ОМРВ с множеством зон, в котором можно было бы уменьшить общее количество зон, требуемых для нанесения покрытия. Настоящее изобретение предлагает способ нанесения покрытия на подложку, который включает в себя работу в одной зоне устройства для нанесения покрытий методом ОМРВ с множеством зон, по меньшей мере, в двух разных режимах, что позволяет уменьшить общее количество зон, требуемых для нанесения заданного покрытия.
Раскрытие изобретения
В не ограничивающем варианте выполнения настоящее изобретение предлагает способ нанесения покрытия на подложку в одной зоне устройства для нанесения покрытий методом ОМРВ, в котором зона включает в себя, по меньшей мере, два отсека, причем способ включает работу первого отсека зоны, содержащей первую мишень, в режиме металла и работу второго отсека зоны, содержащего вторую мишень, в переходном режиме или в режиме окисла, в котором значение ΔG образования мишени, работающей в переходном режиме или в режиме окисла, равно или меньше, чем 160 ккал/моль O2 или разность ΔG между мишенью, работающей в переходном режиме или в режиме окисла, и мишенью, работающей в режиме металла, составляет, по меньшей мере, 60 ккал/моль O2.
В другом не ограничивающем варианте выполнения настоящее изобретение предлагает способ нанесения покрытия на подложку в одной зоне устройства для нанесения покрытий методом ОМРВ, в котором зона включает в себя, по меньшей мере, два отсека, причем способ включает работу первого отсека зоны, содержащего мишень с серебром, в режиме металла и работу второго отсека зоны, содержащего мишень со смесью алюминия и кремния, в режиме окисла.
В еще одном не ограничивающем варианте выполнения настоящее изобретение предлагает способ нанесения покрытия на подложку в одной зоне устройства для нанесения покрытий методом ОМРВ, в котором зона включает в себя, по меньшей мере, два отсека, причем способ включает работу первого отсека зоны, содержащего мишень с титаном, в переходном режиме и работу второго отсека зоны, содержащего мишень со смесью алюминия и кремния, в режиме окисла.
Осуществление изобретения
Используемые здесь термины, обозначающие пространство или направления, такие как "левый", "правый", "внутренний", "внешний", "выше", "ниже", "верх", "низ" и т.п., относятся к изобретению в том виде, как оно представлено на чертежах. Однако следует понимать, что изобретение может принимать различные альтернативные ориентации и, соответственно, такие термины не следует рассматривать как ограничение.
Кроме того, используемые здесь все числа, выражающие размеры, физические характеристики, параметры обработки, количество ингредиентов, условия реакции и т.п., приведенные в описании и в формуле изобретения, следует рассматривать как с добавлением термином "приблизительно". В соответствии с этим, если только не будет указано противоположное, числовые значения, приведенные в следующем описании и в формуле изобретения, могут изменяться в зависимости от требуемых свойств, которые должны быть получены с помощью настоящего изобретения. В самом крайнем случае, и не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов к объему формулы изобретения, каждое числовое значение следует, по меньшей мере, рассматривать с учетом числа, представленного в виде значащих цифр, и к нему можно применять обычные методики округления. Кроме того, следует понимать, что все описанные здесь диапазоны охватывают начальное и конечное значения диапазона и любые и все поддиапазоны, относящиеся к ним. Например, указанный диапазон "1-10" следует рассматривать, как включающий любые и все поддиапазоны между (и включительно) минимальным значением 1 и максимальным значением 10; то есть все поддиапазоны, начинающиеся с минимального значения 1 или больше и заканчивающиеся максимальным значением 10 или меньше, например, 1,0-3,8, 6,6-9,7 и 5,5-10.
Используемые здесь термины "нанесенный на/поверх", "сформированный на/поверх", "осажденный на/поверх" или "на/поверх" означают сформированное, осажденное покрытие или выполненное на поверхности, но не обязательно в контакте с ней. Например, слой покрытия "сформированный поверх" подложки не исключает присутствие на ней одного или больше других слоев покрытия или пленок того же или другого состава, расположенных между сформированным слоем покрытия и подложкой. Например, подложка может включать в себя обычное покрытие, такое как известно в данной области техники для нанесения покрытия на подложки, такие как стекло или керамика.
Используемый здесь термин "работа устройства для нанесения покрытий" относится к такой работе устройства для нанесения покрытий, в результате которой слой (слои) покрытия наносят на подложку.
Способ в соответствии с настоящим изобретением содержит работу одной зоны устройства для нанесения покрытий методом ОМРВ, по меньшей мере, в двух разных режимах для нанесения слоя (слоев) покрытия на подложку. Например, в настоящем изобретении рассматриваются следующие не ограничивающие варианты выполнения: работа одного отсека в зоне в режиме металла и работа другого отсека в зоне в переходном режиме; работа одного отсека в зоне в режиме металла и работа другого отсека в зоне в режиме окисла; и работа одного отсека в зоне в переходном режиме и работа другого отсека в зоне в режиме окисла.
В соответствии с настоящим изобретением используют обычные процессы и оборудование для метода ОМРВ, которые хорошо известны в данной области техники. Соответствующие процессы ОМРВ описаны в следующих ссылочных документах, которые приведены здесь в качестве ссылок: патенты США №№4,379,040; 4,861,669 и 4,900,633.
Обычно зона представляет собой вакуумную камеру, оборудованную различными насосами для откачки воздуха из камеры и для подачи одного или больше газов в камеру, как хорошо известно в данной области техники. Зона изолирована от других зон в устройстве для нанесения покрытий методом ОМРВ узкими туннелями и/или насосами. Зона содержит, по меньшей мере, две мишени, обычно три. Каждая мишень расположена в отсеке, который имеет собственную систему подачи газа. Хотя мишени имеют отдельные системы подачи газа, весь газ, подаваемый в зону, откачивают из одного места.
Мишени, используемые в настоящем изобретении, представляют собой типичные мишени, хорошо известные в данной области техники для процесса ОМРВ. Не ограничивающий пример соответствующей мишени представляет собой вращающуюся мишень, коммерчески поставляемую компанией AIRCO Coating Technology с товарным знаком "C-MAG". Не ограничивающие примеры соответствующих мишеней включают в себя мишени, изготовленные из золота, меди, серебра, циркония, гафния, алюминия и иттрия, а также из комбинаций указанных выше металлов и их сплавов. Указанные выше мишени обычно используют для осаждения методом распыления в виде слоя металла, следовательно, их обычно осаждают способом распыления в режиме металла. Другие не ограничивающие примеры соответствующих подходящих мишеней включают мишени, изготовленные из титана, кремния, олова, цинка, алюминия, их комбинации и т.д. Указанные выше мишени обычно используют для нанесения способом распыления в виде слоя окисла следовательно, их обычно распыляют либо в переходном режиме, или в режиме окисла.
В не ограничивающем варианте выполнения изобретения мишень может содержать от 5 до 95% мас. алюминия и от 5 до 95% мас. кремния, например, от 10 до 90% мас. алюминия и от 90 до 10% мас. кремния, или от 15 до 90% мас. алюминия и от 85 до 10% мас. кремния, или от 50 до 75% мас. алюминия и от 50 до 25% мас. кремния. В частности, мишень может содержать 60% мас. кремния и 40% мас. алюминия; или 25% мас. кремния и 75% мас. алюминия; или 90% мас. кремния и 10% мас. алюминия.
Для выполнения настоящего изобретения мишени в зоне должны быть эффективно выбраны. Более конкретно мишени, которые могут быть помещены в одну зону, для выполнения настоящего изобретения зависят от покрытия, которое должно быть нанесено, свободной энергии Гиббса (ΔG) образования окислов мишеней в зоне и скорости осаждения соответствующих мишеней. ΔG представляет собой энергию, которая доступна или которая может быть доступна для полезной работы.
ΔG может быть определена следующим образом. ΔG=ΔН-TΔS, где Н представляет собой энтальпию, S представляет собой энтропию и Т представляет собой абсолютную температуру. Используемые здесь термины энтальпия, энтропия и абсолютная температура определены, как хорошо известно в данной области.
В не ограничивающем варианте выполнения изобретения ΔG мишени (мишеней) окислов, работающей в переходном режиме или в режиме окисла, равна или меньше чем 160 ккал/моль О2, например 165 ккал/моль O2. Когда ΔG равна или меньше чем 160 ккал/моль O2, мишень поглощает весь химически активный газ, и при этом в данной зоне не остается ничего, что могло бы "протекать" к другим мишеням. Числовые значения ΔG для многих окислов можно найти в публикации Free Energy of Formation of Binary Compound, by Thomas Reed, MIT Press, ISBN 0262180510.
В не ограничивающем варианте выполнения изобретения в случае, когда мишень (мишени), работающая в переходном режиме или в режиме окисла, не равна или меньше чем 160 ккал/моль O2, разность ΔG между мишенью (мишенями), работающей в переходном режиме переключения или в режиме окисла, и мишенью (мишенями), работающей в режиме металла, должна составлять, по меньшей мере, 60 ккал/моль O2, например, по меньшей мере, 75 ккал/моль O2, или, по меньшей мере, 100 ккал/моль O2. Чем больше разница в значениях ΔG между мишенью (мишенями), работающей в переходном режиме или в режиме окисла, и мишенью (мишенями), работающими в режиме металла, тем лучше работает изобретение, поскольку при этом минимизируется вероятность протечки. Кроме того, чем ближе значение ΔG мишени (мишеней), работающей в переходном режиме или в режиме окисла к нулю, тем больше вероятность протечки, поскольку склонность мишени к реакции с химически активным газом в ее отсеке не высокая.
В некоторых случаях величина протечки (и, следовательно, разность ΔG между мишенью (мишенями), работающей в переходном режиме или в режиме окисла, и мишенью (мишенями), работающей в режиме металла), не так важна, как в других. Требуемая разность для ΔG между мишенью (мишенями), работающей в переходном режиме или режиме окисла, и мишенью (мишенями), работающей в режиме металла, зависит от наносимых слоев покрытия. Например, если в отсеке, включающем титановую мишень, эту мишень распыляют в режиме металла для нанесения слоя титана, но осаждаемый слой титана в конечном счете превращается в двуокись титана, тогда протечки из отсека, работающего в режиме окисла или в режиме металла, менее критичны для формируемого покрытия. Титан наносится таким образом, что он может быть окислен во время последующей обработки.
В другом не ограничивающем варианте выполнения настоящего изобретения в случае, когда отсек (отсеки) работает в режиме металла, для нанесения слоя металла и слой металла должен быть сохранен в конечном покрытии, тогда может быть допустимо только минимальное количество протечки из отсека (отсеков) в зоне, работающего в переходном режиме или в режиме окисла. В противном случае будет нанесено такое соединение, как слой окисла, вместо слоя металла. В представленной ниже таблице приведены значения ΔG для некоторых часто используемых материалов мишени.
| Значения ΔG | |
| Материал | ΔG [ккал/моль O2] |
| Cu2O | -70 |
| Pt | -32 |
| SnO2 | -130 |
| TiO | -242 |
| TiO2 | -216 |
| ZnO | -160 |
| Ag2O | -12 |
| Al2О3 | -258 |
| SiO2 | -216 |
| ZrO2 | -258 |
Как хорошо известно, в данной области техники, скорость осаждения вещества конкретной мишени можно регулировать с учетом заданной величины протечки. Например, если в отсеке, работающем в переходном режиме или в режиме окисла, происходит протечка, скорость осаждения вещества мишени можно замедлить путем уменьшения мощности, подаваемой к мишени. В результате уменьшения скорости осаждения вещества мишени реакции между мишенью и химически активным газом можно увеличить. Чем больше реакций происходит между химически активным газом и мишенью, тем меньше протечка из отсека.
Способ в соответствии с настоящим изобретением можно использовать для разных подложек. Примеры разных подложек включают в себя, без ограничений, металлические подложки, такие как, но без ограничений, сталь, гальванизированная сталь, нержавеющая сталь и алюминий; керамические подложки; подложки в виде керамической плитки; стеклянные подложки; или смеси или комбинации любых приведенных выше материалов подложек. Например, подложка может представлять собой обычное, не окрашенное натриево-кальциево-кремниевое стекло, то есть "прозрачное стекло", или может представлять собой окрашеное стекло или цветное стекло другого типа, боросиликатное стекло, свинцовое стекло, закаленное, незакаленное, отпущенное стекло или стекло, упрочненное нагревом. Стекло может быть любого типа, такое как обычное флоат-стекло или плоское стекло, и может иметь любой состав, имеющий любые оптические свойства, например, любой коэффициент пропускания видимого излучения, пропускания ультрафиолетового излучения, инфракрасного излучения и/или пропускания полной солнечной энергии. Типы стекла, пригодного для использования на практике для настоящего изобретения, описаны, например, но без ограничений в патентах США №№4,746,347; 4,792,536; 5,240,886; 5,385,872 и 5,393,593.
В не ограничивающих вариантах выполнения в случае, когда стекло представляет собой подложку, подложка может иметь любую толщину. Обычно для применения в архитектуре используется более толстая подложка, чем для применения в автомобилях. В не ограничивающем варианте выполнения при применении в архитектуре подложка может представлять собой стекло, имеющее толщину в диапазоне от 1 до 20 мм, например, от 1 до 10 мм, или от 2 до 6 мм. В не ограничивающем варианте выполнения для применения в автомобилях подложка может представлять собой, по меньшей мере, один слой стекла в ламинированном автомобильном ветровом стекле или боковых стеклах. При применении в автомобилях стекло обычно имеет толщину до 5,0 мм, например, толщину до 3,0 мм, или толщину до 2,5 мм, или толщину до 2,1 мм.
Стеклянная подложка может быть изготовлена с использованием обычных флоат-процессов, например, как описано в американских патентах №№3,083,551; 3,220,816 и 3,843,346, которые приведены здесь в качестве ссылочного материала.
В соответствии с настоящим изобретением для выполнения способов в соответствии с настоящим изобретением осуществляют следующие этапы. Во-первых, в каждой зоне создают соответствующую атмосферу газа путем непрерывной подачи одного или больше инертных газов и/или одного или больше химически активных газов в отсеки зоны и откачки газа из одного места в зоне. Как хорошо известно в данной области техники, соответствующая газовая атмосфера зависит от состава слоя (слоев) наносимого покрытия.
Во-вторых, после того, как будет установлена соответствующая газовая атмосфера, начинают движение подложки через зону и включают магнетроны. Молекулы инертного газа начинают процесс каскадной ионизации и формируют облако плазмы, состоящее из ионов и электронов, между мишенью и подложкой. Ядро облака плазмы содержит равные количества положительных и отрицательных зарядов. Положительно заряженные ионы на краю облака плазмы под действием электрического поля покидают облако плазмы, и движутся в направлении к поверхности мишени, и бомбардируют материал мишени. Бомбардировка приводит к разрушению мишени атом за атомом с переносом этих атомов в направлении подложки, где они, в конце концов, оседают на подложке.
Когда мишень распыляют в переходном режиме или в режиме окисла, молекулы химически активного газа в отсеке реагирует с распыляемыми атомами материала мишени, по мере того как они перемещаются через облако плазмы и ударяют в подложку. В результате на подложке будет осажден слой, содержащий прореагировавшее соединение, например, окисел или нитрид металла. Когда мишень распыляют в режиме металла, облако плазмы ударяет в материал мишени, в результате чего слой металла оседает на подложке.
По мере того как подложку перемещают через разные зоны устройства для нанесения покрытия, содержащего множество зон, различные слои покрытия последовательно наносятся на подложку. Составы покрытия, получаемые в процессах ОМРВ, являются однородными, очень прочно прикрепленными и устойчивыми к абразии, соскабливанию и растрескиванию.
В не ограничивающем варианте выполнения изобретения в ходе процесса распыления часть подложки обрабатывается с помощью только одной мишени в каждый момент времени. Данный вариант выполнения позволяет наносить отдельные слои покрытия от одной мишени.
В другом не ограничивающем варианте выполнения изобретения, во время процесса распыления, часть подложки подвергается воздействию более чем одной мишени из разных материалов в заданный момент времени. Такой вариант выполнения позволяет наносить слой покрытия, который представляет собой смесь материалов от более чем одной мишени (например, слой градиентного покрытия).
Например, может быть сформирован градиентный слой, состоящий из двух материалов, первого материала и второго материала, как описано ниже. Градиентный слой может быть нанесен таким образом, что концентрация первого материала будет больше рядом с нижней частью слоя покрытия, и концентрация второго материала будет изменяться, например постепенно повышаться, по мере увеличения расстояния от нижней части слоя покрытия. Область покрытия, расположенная дальше всего от нижней части слоя покрытия, имеет наибольшую концентрацию второго материала.
На подложку, на которую нанесено покрытие в соответствии с настоящим изобретением, может быть нанесен дополнительный слой покрытия, и она может быть нагрета. В не ограничивающем варианте выполнения изобретения подложку с нанесенным покрытием нагревают, например, для окисления или дополнительного окисления металла в наборе покрытия.
Дополнительные слои, такие как слой из материала, поглощающего тепло, такого как углерод, могут быть нанесены на подложку с покрытием. Такой слой покрытия является предпочтительным, если подложку с покрытием требуется быстро нагревать. Поскольку весь углерод может быть израсходован во время процесса нагрева, в результате может быть получена подложка с покрытием, которое не содержит слой углерода.
В не ограничивающем варианте выполнения настоящего изобретения зона в устройстве для нанесения покрытий методом ОМРВ с множеством зон имеет, по меньшей мере, один отсек, работающий в режиме металла, и, по меньшей мере, один отсек, работающий либо в переходном режиме, или в режиме окисла. Отсек, который работает в режиме металла, содержит мишень с серебром, которая хорошо известна в данной области техники. Поток газа, состоящий из инертного газа, такого как аргон, подают в отсек, содержащий серебряную мишень. Серебряную мишень распыляют для нанесения слоя серебра на подложку. Распыление выполняют, используя обычные уровни мощности, и в соответствии с нормальными условиями, которые хорошо известны в данной области техники.
Отсек, который работает либо в переходном режиме, или в режиме окисла, содержит мишень, со смесью алюминия и кремния, которая хорошо известна в данной области техники. Два потока газа подают в отсек, содержащий мишень из алюминия/кремния. Один из потоков содержит инертный газ, такой как аргон, а второй поток содержит химически активный газ, такой как кислород. Алюминиевую/кремниевую мишень распыляют для нанесения слоя из смеси окиси алюминия и окиси кремния на слой серебра. Количество химически активного газа в отсеке, работающем в переходном режиме или в режиме окисла, устанавливают так, чтобы не происходила протечка вступающего в реакцию газа в отсек, работающий в режиме металла.
Если отсек работает в переходном режиме, то газовая среда в отсеке поддерживается такой, чтобы она имела очень низкий уровень кислорода, для поддержания как можно более высокой скорости осаждения материала мишени. В отсек подают минимальное количество кислорода, необходимого для осаждения алюминия и кремния из мишени в виде окислов. Количество кислорода в отсеке регулируют через каждые несколько миллисекунд, используя систему обратной связи, такую как отслеживание излучения плазмы (ОИП, РЕМ), как хорошо известно в данной области техники. Количество химически активного газа в отсеке очень важно по нескольким причинам. Если слишком много химически активного газа будет присутствовать в отсеке, то реакции будут проходить на поверхности мишени (в данной области техники это явление называется "отравление мишени"), а не в распыляемой плазме, в результате чего скорость осаждения снижается и переходит из переходного режима в режим окисла. Если слишком мало химически активного газа будет присутствовать в отсеке, то на подложку будет нанесено соединение, не соответствующее стехиометрическому составу, такое как неполный окисел, а не требуемое соединение.
В описанном выше не ограничивающем варианте выполнения толщина нанесенного слоя серебра может быть в диапазоне от 50 до 300Å, например, от 60 до 200Å или от 70 до 150Å. Толщина нанесенного слоя из окисла алюминия/двуокиси кремния может быть в диапазоне от 40 до 400Å, например, от 100 до 350Å или от 150 до 250Å.
В случае необходимости отсек, содержащий мишень, содержащую второй металл, который отличается от другого металла в зоне, то есть от серебра в данном варианте выполнения, может быть расположен в третьем отсеке между этими двумя описанными выше отсеками. Соответствующие вторые металлы для мишени включают в себя золото, медь, серебро, титан, цирконий, гафний, иттрий и их смеси и сплавы.
В не ограничивающем варианте выполнения изобретения мишень, содержащую титан, которая хорошо известна в данной области техники, устанавливают в отсеке между серебряной мишенью и мишенью из алюминия/кремния, соответствующей не ограничивающему варианту выполнения, описанному выше. Титановую мишень можно использовать для реакции с любым химически активным газом, поступающим в виде протечки из отсека, работающего в переходном режиме или в режиме окисла, содержащего алюминий и кремний, в результате чего химически активный газ поступает в отсек, в котором находится металл, работающий в режиме металла.
В другом не ограничивающем варианте выполнения настоящего изобретения, по меньшей мере, один отсек в зоне работает в режиме окисла, а другой отсек в зоне работает в переходном режиме. Отсек, который работает в режиме окисла, содержит мишень, содержащую смесь алюминия и кремния, которая хорошо известна в данной области техники. В отсек подают два газовых потока. Один поток содержит инертный газ, такой как аргон, а другой поток содержит химически активный газ, такой как кислород. Мишень из алюминия/кремния распыляют для нанесения слоя окисла алюминия/двуокиси кремния на подложку. Распыление выполняют, используя обычные уровни мощности, и стандартные условия, которые хорошо известны в данной области техники.
Отсек, который должен работать в переходном режиме, содержит мишень, содержащую титан, которая хорошо известна в данной области техники. Два потока газа подают в отсек, содержащий мишень из титана. Один поток содержит инертный газ, такой как аргон, а другой поток содержит химически активный газ, такой как кислород. Мишень из титана распыляют для нанесения слоя, содержащего титан, на слой из окисла алюминия/двуокиси кремния. В отсеке поддерживается такая газовая среда, чтобы она имела очень низкий уровень кислорода, для поддержания как можно более высокой скорости осаждения материала мишени. В отсек подают минимальное количество кислорода, необходимое для осаждения материала мишени, в виде оксида. Количество кислорода в отсеке регулируют через каждые несколько миллисекунд с помощью системы обратной связи, такой как система отслеживания излучения плазмы (ОИП), как хорошо известно в данной области техники.
Толщина осаждаемого слоя из окиси алюминия/двуокиси кремния может быть в диапазоне от 40 до 400Å, например, от 100 до 350Å или от 150 до 250Å. Толщина наносимого слоя, содержащего титан, может быть в диапазоне от 10 до 150Å, например, от 20 до 110Å или от 60 до 90Å.
Один из уникальных аспектов описанного варианта выполнения состоит в том, что распыляют материал, который не является окислом во время нанесения, но может быть преобразован в окисел в результате нагрева или с использованием других средств. В частности, наносимый титан может быть преобразован в двуокись титана в результате нагрева.
Как очевидно для специалистов в данной области техники, в изобретении могут быть выполнены модификации без отхода от концепций, раскрытых в описании. Такие модификации следует рассматривать, как включенные в объем изобретения. В соответствии с этим конкретные варианты выполнения, подробно описанные выше, представляют собой только иллюстрацию и не ограничивают объем изобретения, который полностью определен в приложенной формуле изобретения и во всех ее эквивалентах.
1. Способ нанесения покрытия на подложку, включающий осаждение на подложку слоев покрытия магнетронным распылением в вакууме в одной зоне устройства для нанесения покрытий, состоящей из, по меньшей мере, двух отсеков, первый из которых содержит первую мишень, а второй - вторую мишень, при этом в первом отсеке на подложку наносят слой покрытия в режиме металла, заключающийся в том, что используют первую мишень и наносят слой металла в атмосфере не вступающего в реакцию газа, а во втором отсеке наносят слой покрытия в переходном режиме, заключающийся в том, что используют вторую мишень и наносят слой окисла материала мишени в атмосфере не вступающего в реакцию газа и химически активного газа со скоростью, меньшей, чем скорость нанесения слоя покрытия в режиме металла, или наносят слой покрытия в режиме окисла, заключающийся в том, что используют вторую мишень и наносят слой окисла материала мишени в атмосфере не вступающего в реакцию газа и химически активного газа со скоростью меньшей, чем скорость нанесения слоя покрытия в переходном режиме, причем слой покрытия в переходном режиме или режиме окисла наносят второй мишенью из материала с величиной свободной энергии Гиббса ΔG, равной или меньшей, чем 160 ккал/моль О2, или используют для второй мишени при нанесении слоев покрытия в переходном режиме и режиме окисла материал с разностью между его ΔG и ΔG материала первой мишени, используемой при нанесении покрытия в режиме металла, по меньшей мере, 60 ккал/моль О2.
2. Способ по п.1, в котором материал первой мишени выбирают из группы металлов: золото, медь, серебро, титан, цирконий, гафний, иттрий и их смесей или их сплавов.
3. Способ по п.2, в котором материал первой мишени содержит серебро.
4. Способ по п.1, в котором материал второй мишени выбирают из группы материалов: титан, кремний, олово, цинк, алюминий, кремний и их комбинаций в переходном режиме или режиме окисла.
5. Способ по п.4, в котором материал второй мишени содержит смесь алюминия и кремния.
6. Способ по п.5, в котором материал второй мишени содержит 60 мас.% кремния и 40 мас.% алюминия.
7. Способ по п.5, в котором материал второй мишени содержит 25 мас.% кремния и 75 мас.% алюминия.
8. Способ по п.5, в котором материал второй мишени содержит 90 мас.% кремния и 10 мас.% алюминия.
9. Способ по п.1, в котором во втором отсеке осуществляют подачу химически активного газа, выбранного из кислорода или азота.
10. Способ по п.1, при котором используют дополнительный третий отсек, расположенный между первым отсеком и вторым отсеком, с третьей мишенью из второго металла, отличного от первого металла первой мишени для работы в режиме металла.
11. Способ по п.10, в котором второй металл третьей мишени выбирают из группы: золото, медь, серебро, титан, цирконий, гафний, иттрий и их смесей или сплавов.
12. Способ по п.11, в котором второй металл представляет собой титан.
13. Способ по п.1 или 2, в котором подложка, на которую наносят покрытие, представляет собой стекло.
14. Способ нанесения покрытия на подложку, включающий осаждение на подложку слоев покрытия магнетронным распылением в вакууме в одной зоне устройства для нанесения покрытий, состоящей из, по меньшей мере, двух отсеков, первый из которых содержит первую мишень из серебра, а второй - вторую мишень, содержащую смесь алюминия и кремния, при этом в первом отсеке на подложку наносят слой покрытия в режиме металла, заключающийся в том, что используют первую мишень и наносят слой металла в атмосфере не вступающего в реакцию газа, а во втором отсеке наносят слой покрытия в переходном режиме, заключающийся в том, что используют вторую мишень и наносят слой окисла материала мишени в атмосфере не вступающего в реакцию газа и химически активного газа со скоростью, меньшей, чем скорость нанесения слоя покрытия в режиме металла.
15.Способ по п.14, в котором поверх слоя серебра наносят слой окиси алюминия/двуокиси кремния.
16. Способ нанесения покрытия на подложку, включающий осаждение на подложку слоев покрытия магнетронным распылением в вакууме в одной зоне устройства для нанесения покрытий, состоящей из, по меньшей мере, двух отсеков, первый из которых содержит первую мишень из титана, а второй - вторую мишень, содержащую смесь алюминия и кремния, при этом в первом отсеке на подложку наносят слой покрытия в режиме металла, заключающийся в том, что используют первую мишень и наносят слой металла в атмосфере не вступающего в реакцию газа, а во втором отсеке - наносят слой покрытия в переходном режиме, заключающийся в том, что используют вторую мишень и наносят слой окисла материала мишени в атмосфере не вступающего в реакцию газа и химически активного газа со скоростью, меньшей, чем скорость нанесения слоя покрытия в режиме металла.
17. Способ по п.16, в котором дополнительно осуществляют нагрев подложки после вывода ее из зоны.
