Узел катода магнетронного распылителя



Узел катода магнетронного распылителя
Узел катода магнетронного распылителя

 


Владельцы патента RU 2555264:

Стегнин Валерий Анатольевич (RU)
Мамонтов Олег Владимирович (RU)
Горберг Борис Львович (RU)
Иванов Андрей Анатольевич (RU)

Изобретение относится к магнетронным системам, в частности к конструкции катодов, предназначенных для распыления мателлов, их сплавов и соединений при нанесении покрытий в вакууме. В узле катода магнетронного распылителя магниты установлены на основании из ферромагнитного материала и отделены от мишени зазором, при этом основание со стороны мишени выполнено с ориентированным по его длине симметричным его продольной оси выступом, который образует замкнутый контур, отделенный от мишени теплопроводящей прокладкой, с противоположной стороны основания под контуром выполнен ступенчатый в поперечном сечении канал для охлаждающей жидкости, который герметично закрыт заглушкой и в котором выполнены отверстия для подвода и отвода охлаждающей жидкости. Изобретение направлено на повышение надежности работы узла и увеличение его срока службы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к катодам магнетронных распылителей, предназначенных для распыления металлов, сплавов металлов и соединений металлов при нанесении покрытий в вакууме.

Известен узел катода магнетронного распылителя, содержащий основание из магнитного материала, герметично соединенный с ним по его контуру кольцом с уплотнительными элементами катод-мишень, установленные на основании с внутренней стороны от мишени центральный и периферийные магниты и систему охлаждения, отделенную от основания немагнитной вставкой. Система охлаждения образована пространством между катодом-мишенью, немагнитной вставкой и кольцом с уплотнительными элементами, а подвод и отвод охлаждающей жидкости осуществлен через выполненные в основании и немагнитной вставке отверстия (патент RU №2401882, опубл. 20.10.2010 г.).

В известном узле мишень охлаждается водой напрямую. При замене мишени вода попадает в высоковакуумную камеру, что может привести к порче дорогостоящего вакуумного оборудования. Кроме того, магниты находятся постоянно в воде, что приводит к их коррозии и изменению параметров, вследствие чего ухудшается работа узла и сокращается срок его службы.

Известен узел катода магнетронного распылителя, содержащий основание из ферромагнитного материала, мишень, соединенную с катодом, установленные на катоде с внутренней стороны от мишени центральный и периферийные магниты и систему охлаждения. Катод выполнен П-образной формы и соединен с основанием через уплотнительную и изолирующую пластины с образованием герметичной камеры для охлаждающей жидкости, подвод и отвод которой осуществлен через выполненные в основании, уплотнительной и изолирующей пластинах отверстия (патент US 6171461).

В приведенном узле улучшен недостаток предыдущего, а именно исключено прямое охлаждение катода-мишени водой, что существенно ускоряет и облегчает замену мишени, а также исключает попадание воды в высоковакуумную камеру. Однако наличие двух разъемных вакуумных соединений в виде уплотнительной и изолирующей прокладок, образующих с катодом герметичную камеру, снижает надежность работы узла, поскольку в условиях глубокого вакуума, при высоких силовых и температурных нагрузках возможна их разгерметизация. Кроме того, в ходе выработки мишени значительно ослабляется прижим ее центральной части к основанию, что может привести к перегреву мишени, ее оплавлению и выходу устройства из строя.

Известен узел катода магнетронного распылителя, содержащий основание из ферромагнитного материала, соединенную с основанием мишень из распыляемого материала и установленные на основании с внутренней стороны от мишени магниты, отделенные от нее зазором. Система охлаждения выполнена в виде трубопровода из ферромагнитного материала, размещенного между основанием и мишенью. Трубопровод имеет форму овала или змейки и изолирован от мишени и магнитов телепроводящими элементами, выполненными из неферромагнитного материала (патент RU №2319788, опубл. 20.10.2010 г.).

В известном узле исключены разъемные высоковакуумные уплотнения внутри устройства, снижающие надежность его работы. Однако выполнение системы охлаждения в виде трубопровода из ферромагнитного материала также не обеспечивает надежной работы узла. Трубопровод, как правило, изготавливают из тонкостенного толщиной стенки 1,5-2 мм профиля, имеющего сварной шов. При работе устройства в вакууме под действием высоких температурных нагрузок происходят значительные колебания охлаждающей жидкости в трубопроводе, которые могут привести к нарушению его герметичности и попаданию воды в высоковакуумную камеру, в которой напряжение на распылителе-мишени достигает 200-800 В. Опыт эксплуатации устройства показал, что это может привести к короткому замыканию, возникновению дуги и полному выходу устройства из строя.

Кроме того, поврежденный трубопровод не подлежит восстановлению, поскольку сварка тонкостенного трубопровода в обычных условиях затруднена и не приводит к восстановлению его герметичности. И, наконец, из-за высоких нагрузок трубопровод имеет небольшой срок службы (1,5-2 года), что уменьшает срок службы всего дорогостоящего узла.

Узел, приведенный последним, является наиболее близким решением по технической сущности.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и долговечности узла при его эксплуатации.

Эта задача решается таким образом, что в узле катода магнетронного распылителя, содержащем основание из ферромагнитного материала, соединенную с основанием мишень из распыляемого материала, установленные на основании с внутренней стороны от мишени магниты, отделенные от нее зазором, и систему охлаждения, согласно изобретению на основании со стороны мишени симметрично его продольной оси выполнен ориентированный по его длине с плоской верхней поверхностью выступ, образующий замкнутый контур, отделенный от мишени теплопроводящей прокладкой, а система охлаждения образована каналом, выполненным с противоположной стороны основания под вышеупомянутым контуром и герметично закрытым заглушкой, при этом в последней выполнены отверстия для подвода и отвода охлаждающей жидкости.

Канал в поперечном сечении может быть выполнен ступенчатым, а заглушка герметично установлена на полках ступени.

Выполнение на основании со стороны мишени симметрично его продольной оси ориентированного по его длине с плоской верхней поверхностью выступа, образующего замкнутый контур, отделенного от мишени теплопроводящей прокладкой, обеспечивают надежный тепловой контакт с мишенью-катодом и гарантирует ее хорошее охлаждение.

Выполнение системы охлаждения в виде канала, выполненного с противоположной стороны основания под выпуклым контуром и герметично закрытого заглушкой с отверстиями для подвода и отвода охлаждающей жидкости, обеспечивает надежную герметичность (вакуумную плотность), хорошее охлаждение, жесткость и плоскость конструкции, обеспечивающие длительный ресурс безотказной работы.

Выполнение канала в поперечном сечении ступенчатым обеспечивает удобство установки и герметизации (сварки) заглушек, гарантирует одинаковую их установку по высоте.

Предлагаемое конструктивное решение узла значительно упрощает его конструкцию наладку и ремонт, а также повышает надежность при эксплуатации.

Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков узла катода магнетронного распылителя с достижением указанного технического результата.

На фиг.1 представлен узел катода магнетронного распылителя в поперечном сечении, на фиг.2 - вид в плане основания.

Узел катода магнетронного распылителя содержит основание 1 из ферромагнитного материала и мишень 2 из распыляемого материала, соединенные между собой при помощи болтов 3. Основание 1 со стороны мишени имеет симметричный относительно его продольной оси и ориентированный по его длине с плоской верхней поверхностью выступ 4, образующий замкнутый контур. Между мишенью 2 и выступом 4 размещена теплопроводящая прокладка 5. На основании 1 со стороны мишени 2 установлены магниты 6, 7, 8 и 9, отделенные от нее зазором. На противоположной стороне основания 1 выполнен ступенчатый в поперечном сечении канал 10 для охлаждающей жидкости. Канал 10 герметично закрыт сварным соединением заглушкой 11, установленной на полках ступени. В заглушке 11 выполнены отверстия 12 для подвода и 13 для отвода охлаждающей жидкости. Узел установлен внутри электростатического экрана 14, электрически изолированного от него при помощи изоляционных втулок 15, сквозь которые проходят крепежные болты 16, соединяющие основание 1 с электростатическим экраном. Напыляемое изделие 17 устанавливают на расстоянии от наружной стороны мишени 2.

Узел работает следующим образом.

Магнетронный распылитель с узлом катода помещают в вакуумную камеру (не показана), из которой откачивают воздух, после чего в камеру подают рабочий газ, а в канал 10 - охлаждающую жидкость. Узел катода соединяют с отрицательным источником питания, а анодную систему (не показана) - с положительным. Над мишенью 2 возникает зона газоразрядной плазмы, которая поддерживается скрещенными электрическим и магнитным полями. Электроны, образованной над мишенью плазмы, удерживаются магнитным полем и дрейфуют по замкнутой траектории над мишенью, ионизируя рабочий газ. Получаемые при этом положительные ионы рабочего газа ускоряются электрическим полем узла катода, приобретают кинетическую энергию и бомбардируют мишень 2 так, что частицы материала (металла, сплава) выбиваются из мишени и конденсируются на поверхности напыляемого изделия 17. Охлаждающая жидкость, циркулируя по каналу 10, обеспечивает охлаждение мишени 2, предотвращая ее разрушение от тепловых нагрузок и охлаждение магнитов 6, 7, 8 и 9 до температуры, не изменяющей их магнитных свойств.

Значительная толщина свариваемых деталей - основания и заглушки обеспечивает их качественное и надежное соединение, что способствует надежной и долговечной работе узла.

Предлагаемый узел прост в изготовлении и обеспечивает надежную стабильную работу в течение длительного времени.

1. Узел катода магнетронного распылителя, содержащий основание из ферромагнитного материала, соединенную с основанием мишень из распыляемого материала, установленные на основании с внутренней стороны от мишени магниты, отделенные от нее зазором, и систему охлаждения, отличающийся тем, что на основании со стороны мишени симметрично ее продольной оси выполнены ориентированные по его длине с плоской верхней поверхностью выступы, образующие замкнутый контур, отделенный от мишени теплопроводящей прокладкой, а система охлаждения образована каналом, выполненным с противоположной стороны основания под вышеупомянутым контуром и герметично закрытым заглушкой, при этом в последней выполнены отверстия для подвода и отвода охлаждающей жидкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что канал в поперечном сечении выполнен ступенчатым, а заглушка герметично установлена на полках ступени.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу нанесения градиентных покрытий магнетронным напылением, в частности к нанесению покрытий на основе тугоплавких металлов, и может быть использовано для получения покрытий с высокими адгезивными и когезивными характеристиками, а также с оптимальным сочетанием прочности и пластичности.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к методам образования защитных покрытий на деталях, подверженных высоким температурам и механическим нагрузкам.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к методу образования защитного нанокомпозитного покрытия на поверхности изделия из жаропрочного никелевого сплава, подверженного высоким температурам и механическим нагрузкам.

Изобретение относится к области биомедицины, в частности к способу получения гибридных металлополимеров (софт-полимеры), которые могут быть использованы в качестве экологически безопасных биомиметических полимеров с управляемыми процессами физиологической электропроводности, а также для создания наноразмерных устройств биомолекулярной электроники.

Изобретение относится к технике для нанесения на изделия нанопокрытий, в частности к роторному подложкодержателю. Роторный подложкодержатель выполнен модульным.
Изобретение относится к области машиностроения, к способам образования защитных покрытий на изделиях, имеющих тонкостенные и толстостенные части и выполненных из стали или титанового сплава.

Изобретение относится к вакуумной технологии, а именно к технологии изготовления многослойных функциональных покрытий для органических подложек, в том числе упрочняющих теплоотражающих просветляющих покрытий для прозрачных пластиковых изделий, например для экранов средств индивидуальной защиты, методом магнетронного распыления.

Изобретение относится к технологии тонких пленок, в частности к способу формирования равномерных по толщине пленок оксида церия (CeO2) на подложках сложной пространственной конфигурации, и может быть использовано для создания равномерных по толщине пленок оксида церия при решении ряда задач нанотехнологии, энергосберегающих технологий, в электронной, атомной и других областях науки и техники.

Вакуумнодуговой испаритель предназначен для генерирования катодной плазмы и может использоваться для получения различных типов покрытий или пленок разнообразного назначения путем осаждения ионов плазменного потока на поверхности обрабатываемых изделий.

Изобретение относится к технологии создания селективных газовых мембран, функционирующих за счет избирательной диффузии атомов газа (водорода) сквозь тонкую металлическую пленку (из палладия или сплавов на его основе), которые используются в устройствах глубокой очистки водорода от сопутствующих примесей, сепарации водорода из водородсодержащих смесей газов, в микрореакторах.

Изобретение относится к способу реактивного магнетронного нанесения наноразмерного слоя оксида на подложку, в качестве которой используют рулонную полимерную пленку, и может быть использовано для создания многослойных высокобарьерных относительно проникновения газов и паров полимерных пленок. Осуществляют предварительное обезгаживание и очистку рулонной пленки в смеси инертного газа и азота при перемещении ее относительно плазмы магнетронного разряда в вакуумной камере. Нанесение оксида проводят в камере, по крайней мере, с одной парой магнетронов в биполярном пакетно-импульсном режиме их электропитания при стабилизированном напряжении и токе, предельном для источника электропитания. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области получения нанокомпозитных покрытий и может быть использовано при создании оптических и микроэлектронных устройств и материалов с повышенной коррозионной стойкостью и износостойкостью. Способ получения на изделиях из твердых сплавов двухфазного нанокомпозитного покрытия, состоящего из нанокластеров карбида титана, распределенных в аморфной углеводородной матрице, включает нанесение адгезионного подслоя из титана или хрома, магнетронное распыление титановой мишени в газовой смеси ацетилена и аргона при давлении 0,01-1 Па и осаждение распыленных частиц мишени и углеродсодержащих радикалов на поверхность изделия в сочетании с бомбардировкой поверхности ионами, ускоренными напряжением смещения, при этом перед нанесением адгезионного подслоя поверхность изделия подвергают очистке ионами аргона из плазмы, генерируемой электронным пучком, а в процессе нанесения покрытия газовую смесь активируют воздействием пучка электронов с энергией 100 эВ. Изобретение направлено на повышение адгезии покрытия и микротвердости получаемых изделий, а также на обеспечение высокой эффективности использования ацетилена в процессе нанесения покрытия. 1 пр., 2 ил.

Изобретение относится к способу получения катализатора на основе платины для использования в электродах электрохимических устройств. Данный способ включает предварительную очистку носителя ионным травлением, нанесение промежуточного слоя и последующее магнетронное напыление из по меньшей мере одной мишени на основе платины в вакууме в плазме основного газа с добавкой реакционного газа. При этом напыление осуществляют с плотностью мощности на распыляемой мишени магнетрона в диапазоне (0,004-0,17)*105 Вт/м2 при соотношении концентраций реакционного и основного газов 75-99% при остаточном давлении реакционного газа 6,7-20 Па, где в качестве реакционного газа используют кислород. Изобретение также относится к катализатору, полученному данным способом. Предлагаемый способ позволяет получать каталитическое покрытие электрода для электрохимических устройств с высокой каталитической активностью. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл., 26 пр.

Изобретение относится к вакуумному нанесению покрытий, а именно к нанесению электропроводящего прозрачного покрытия на полимерную пленку для электрообогреваемого элемента органического остекления. Проводят реактивное магнетронное распыление металлической мишени в атмосфере газовой смеси инертного и реактивного газов с осаждением упомянутого покрытия на полимерную пленку. В качестве металлической мишени используют мишень из сплава индия и олова. На полимерную пленку проводят осаждение покрытия из оксида индия, легированного оловом, с постоянной скоростью, которую обеспечивают за счет поддержания постоянной разницы между величинами суммарного давления упомянутой газовой смеси до начала реактивного магнетронного распыления металлической мишени и суммарного давления газовой смеси в процессе осаждения покрытия. Причем указанную разницу поддерживают постоянной путем регулирования расхода реактивного газа, в качестве которого используют газ, выбранный из группы, включающей кислород, воздух и углекислый газ. Обеспечивается уменьшение разброса оптико-физических характеристик электропроводящего прозрачного покрытия при высоком светопропускании и снижение удельного сопротивления. 1 табл., 8 пр.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологии упрочнения и повышения коррозионной стойкости лопаток компрессора газотурбинных двигателей, а также может быть использовано в области создания накопителей и преобразователей энергии на основе суперконденсаторов с алюминиевыми электродами. Способ комбинированной ионно-плазменной обработки изделий из алюминиевых сплавов включает предварительную очистку поверхности изделия с последующем размещением изделия в вакуумной камере, подачу отрицательного напряжения смещения на изделие, подачу в вакуумную камеру аргона, обработку изделия в газоразрядной плазме индукционного высокочастотного разряда в аргоне при отрицательном напряжении смещения на изделии в диапазоне 400-600 В. Затем на изделие в вакууме наносят металлическое покрытие путем магнетронного распыления мишени-катода, нагретой до температуры, при которой давление паров металла достаточно для поддержания магнетронного разряда, с одновременным ассистированием плазмой высокочастотного разряда, горящим в парах металла при отрицательном напряжении смещения на изделии в диапазоне 250-400 В и температуре ниже температуры разупрочнения материала изделия из алюминиевого сплава. Обеспечивается получение упрочняющих коррозионно-стойких защитных покрытий на изделиях из алюминиевых сплавов с плавным переходом состава от основы изделия к наносимому покрытию. 4 ил.

Изобретение относится к нанесению покрытий вакуумным напылением. Способ изготовления распыляемой мишени магнетронного источника для нанесения покрытия включает выполнение углубления в металлической основе распылением материала металлической основы в магнетронном источнике и заполнение углубления материалом покрытия. Симметрично с двух сторон проводят механическую обработку выполненного в металлической основе углубления и обеспечивают увеличение его ширины на 28…30% путем снятия материала металлической основы по профилю углубления. Обеспечивается получение необходимого качества напыления особо чистых дорогостоящих материалов за счет устранения загрязнения химического состава наносимых покрытий материалом основы. 1 ил.

Мишень для ионно-плазменного распыления выполнена на основе оксида металла и содержит углерод. Концентрация углерода в мишени выбрана из условия обеспечения при температуре распыления теплового эффекта от экзотермической реакции при окислении углерода кислородом оксида металла и свободным кислородом в зоне распыления, меньшего интегрального теплоотвода в упомянутой зоне, и составляет 0,1-20 ат.% . Оксидом металла является оксид цинка. Изобретение позволяет улучшить характеристики наносимых слоев, повысить степень использования мишеней и уменьшить энергетические затраты при распылении. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к дуговому устройству для испарения материала при обработке подложки. Устройство содержит катод, анод, источник напряжения для создания на аноде положительного потенциала относительно катода. Устройство также содержит магнитные элементы, которые формируют магнитное поле над поверхностью катода. Анод (303) расположен в форме кольца вокруг кромки катода (309) в непосредственной близости от него из условия обеспечения расположения большей части силовых линий магнитного поля, создаваемого магнитными элементами (305), выходящих с поверхности катода (309), в преобладающем направлении, параллельном поверхности катода (309), и совместного с магнитным полем, создаваемым магнитными элементами (305), обеспечения вхождения силовых линий магнитного поля, выходящих из поверхности катода (309), в анод (303), если они не выходят из поверхности катода (309) в центральной области катода (309). В результате при постоянно высоком коэффициенте испарения обеспечивается нанесение слоев с малой шероховатостью поверхности. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для нанесения на подложку сплава, состоящего из одного первого и одного второго материала в качестве компонентов сплава с переменным их соотношением и к мишени для нанесения на подложку сплава. Мишень изготавливают посредством катодного распыления и содержит по меньшей мере один первый и один второй материал в качестве компонентов сплава. Поверхность мишени имеет по меньшей мере один участок из первого материала и второй участок из второго материала. Оба участка примыкают друг к другу и образуют общую разделительную линию. Изменение соотношения компонентов сплава осуществляют путем смещения участка эрозии поперек разделительной линии и/или регулирования угла между разделительной линией и/или регулирования угла между поверхностью магнитной системы и обращенной к подложке поверхностью мишени. В результате достигается получение тонкого слоя однородного сплава с переменным составом в регулируемых и контролируемых пределах. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к ионно-плазменной технике и предназначено для нанесения покрытий металлов и их соединений на поверхности тел вращения, в частности изделий цилиндрической формы в вакууме. Магнетронная распылительная система содержит вакуумную камеру, анод, протяженные катод, выполненный в виде полого цилиндра с возможностью вращения, и магнитную систему, причем магнитная система состоит из внутренней части магнитной системы, неподвижно расположенной внутри катода вдоль его оси и состоящей из магнитопровода с тремя параллельными рядами постоянных магнитов, периферийные ряды магнитов замкнуты на концах концевыми магнитами и имеют полярность, обратную полярности центрального ряда магнитов, и внешней части магнитной системы, которая неподвижно расположена равноудаленно от внутренней части магнитной системы, охватывая катод со стороны, противоположной зоне распыления, и состоит из магнитопровода с двумя параллельными рядами постоянных магнитов, имеющих полярность, одинаковую с полярностью периферийных рядов магнитов внутренней части магнитной системы. Технический результат - экономия материала катода и повышение производительности процесса нанесения покрытий на внешние поверхности тел вращения. 2 ил.
Наверх