Улучшенный способ совместного распыления сплавов и соединений с использованием двойной с-mag конструкции катода и соответствующая установка

Изобретение относится к совместному распылению сплавов и соединений и к установке для упомянутого распыления и может быть использовано для получения пленок с требуемыми свойствами. Способ изготовления покрытого пленкой изделия включает обеспечение первой и второй вращающихся цилиндрических распыляемых мишеней, причем первая распыляемая мишень содержит первый распыляемый материал, а вторая распыляемая мишень содержит второй распыляемый материал, и распыление упомянутых мишеней. По меньшей мере, один магнитный стержень второй распыляемой мишени ориентируют так, чтобы при распылении второй мишени второй распыляемый материал из второй мишени распылялся на первую мишень, а при распылении первой мишени первый распыляемый материал первой мишени и второй распыляемый материал, который был распылен на первую мишень из второй мишени, напылялся на подложку с образованием пленки. Зона плазменной эрозии первой мишени ориентирована в первом направлении, перпендикулярном подложке, а зона плазменной эрозии второй мишени ориентирована во втором направлении к первой мишени под углом 70-170 градусов относительно первого направления. Для первой мишени предусмотрена первая напряженность магнитного поля, а для второй мишени - вторая напряженность магнитного поля, которая более сильная, чем первая напряженность магнитного поля. Обеспечивается получение напыленных слоев, имеющих лучшую и/или более однородную смесь различных компонентов. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Пленки, полученные из сплавов и соединений, включающих несколько компонентов, будут иногда иметь желаемые свойства. Эти свойства могут привести к улучшенной механической и/или химической долговечности осажденного пакета слоев. К сожалению, в некоторых случаях изготовление отдельных распыляемых мишеней, которые могут быть использованы в крупномасштабном производстве для получения пленок соответствующего состава, может быть технически сложным и даже непомерно дорогим.

[0002] Совместное распыление является известным способом, который поможет избежать этих проблем с помощью напыления сразу из двух мишеней одновременно в ходе осаждения пленки. Однако в некоторых случаях традиционные способы могут давать в значительной степени градиентный слой с сильно меняющимся составом от нижней до верхней части слоя, а не истинную или фактическую смесь из двух материалов. Для улучшения этого положения потребовалось бы большее расстояние от мишени до подложки. Однако это потребовало бы специально разработанной камеры осаждения и может привести к более пористой пленке из-за большего расстояния от мишени до подложки.

[0003] Таким образом, можно видеть, что в данной области существует потребность в улучшенных способе и/или установке для распыления сплавов и/или соединений, которые приведут к истинной смеси материалов.

КРАТКАЯ СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] В некоторых примерных вариантах реализации этого изобретения предложен способ изготовления покрытого изделия, содержащего поддерживаемую подложкой пленку, включающий в себя: обеспечение наличия первой и второй вращающихся цилиндрических распыляемых мишеней, причем первая распыляемая мишень содержит первый распыляемый материал, а вторая распыляемая мишень содержит второй распыляемый материал, и распыление первой и второй распыляемых мишеней, и при этом по меньшей мере один магнитный стержень второй распыляемой мишени ориентируют так, чтобы во время распыления второй мишени второй распыляемый материал из второй мишени распылялся на первую мишень, а во время распыления первой мишени первый распыляемый материал первой мишени и второй распыляемый материал, который был распылен на первую мишень из второй мишени, напылялись на подложку с образованием пленки. Подложка может быть стеклянной в некоторых примерных вариантах реализации.

[0005] Напыленная пленка может быть практически прозрачной, может быть диэлектрической или проводящей и может быть частью низкоэмиссионного покрытия для окна или в некоторых примерных случаях может быть пленкой прозрачного проводящего оксида (ППО).

[0006] В некоторых примерных вариантах реализации предложена распылительная установка для напыления пленки на подложку, включающая в себя первую и вторую смежные распыляемые мишени без других распыляемых мишеней между первой и второй распыляемыми мишенями, причем по меньшей мере один магнит второй распыляемой мишени ориентирован так, чтобы во время распыления второй мишени второй распыляемый материал из второй мишени распылялся к первой мишени, а во время распыления первой мишени первый распыляемый материал первой мишени и второй распыляемый материал, который был распылен на первую мишень из второй мишени, распылялся к подложке с образованием пленки; и при этом зона плазменной эрозии первой мишени ориентирована в основном обращенной в первом направлении, которое направлено практически нормально к подложке, а зона плазменной эрозии второй мишени ориентирована в основном обращенной во втором направлении, которое направлено практически к первой мишени и находится под углом примерно 70-170° относительно первого направления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] Фигура 1 представляет собой схематичный вид в поперечном разрезе распылительной установки, содержащей двойные C-MAG распыляемые мишени в соответствии с некоторыми примерными вариантами реализации этого изобретения.

[0008] Фигура 2 представляет собой схематичный вид в поперечном разрезе распылительной установки, содержащей двойные C-MAG распыляемые мишени в соответствии с другим примерным вариантом реализации этого изобретения, и включает необязательный экран и необязательные газовые впуски.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] Использование распыления с целью нанесения покрытий на подложки известно в данной области. Например, и без ограничения, смотри патенты США №№ 5403458, 5317006, 5527439, 5591314, 5262032 и 5284564, полные содержания каждого из которых настоящим включены сюда по ссылке. Короче говоря, напыление покрытия является процессом электроразрядного типа, который проводится в вакуумной камере в присутствии по меньшей мере одного газа (например, газообразного аргона и/кислорода). Как правило, распылительная установка включает в себя вакуумную камеру, источник питания, анод и одну или более катодных мишеней (смотри 1 и 2 на фигурах), которые включают материал, используемый для создания покрытия на смежной подложке (например, стеклянной подложке или подложке из другого материала). Распыляемая мишень (1, 2) может включать внешнюю вращающуюся трубку, окружающую узел (5, 6) магнитных стержней, в том числе и соответствующую внутреннюю несущую магнитные стержни трубку (3, 4). Более конкретно, в некоторых известных конструктивных исполнениях один или более магнитных стержней узла (5, 6) магнитных стержней прикреплены к нижней стороне несущей трубки вдоль практически всей длины несущей трубки. В некоторых примерных случаях магнитный стержень может также включать несущую трубку. Хотя во многих вариантах реализации этого изобретения применяются магнитные "стержни" 5, 6, это изобретение не ограничено этим, и вместо них могут быть использованы другие типы магнитов (кроме "стержней") в магнитных узлах 5, 6 мишеней.

[0010] Когда электрический потенциал прикладывается к катодной мишени (1, 2), газ образует плазму, которая бомбардирует распыляемую мишень, тем самым заставляя частицы распыляемого материала из мишени покидать внешнюю поверхность мишени. Эти частицы попадают на подложку (например, стеклянную подложку) с образованием на ней покрытия. Внешняя трубка мишени, как правило, вращается вокруг стационарных магнитов, которые поддерживаются внутренней несущей трубкой, так что частицы распыляются практически однородно с практически всей периферии трубки мишени по мере того, как она вращается мимо фиксированного(ых) магнитного(ых) стержня(ей).

[0011] Совместное распыление материалов является альтернативой сложному легированию металлических материалов в единственной распыляемой мишени. Двойной C-MAG-вращающейся цилиндрической мишенью для магнетронного распыления можно добиться совместного распыления материалов, например, при помощи двух распыляемых мишеней, расположенных в относительной близости друг от друга в установке (например, внутри общей камеры распылительной установки). Две трубки мишеней могут вращаться через плазму, которая практически удерживается стационарными магнитными узлами, расположенными внутри трубок мишеней. Два независимо работающих источника питания могут быть использованы в связи с двойной C-MAG-установкой для совместного распыления. Необходимое отношение материалов может быть скорректировано путем применения различных уровней мощности на катодах и путем применения соответствующего экранирования.

[0012] Традиционное совместное распыление, использующее смежные распыляемые мишени, выровненные одинаковым образом, чтобы распылять вниз на подложку, может привести к значительно градиентному слою с сильно изменяющимся составом от нижней части до верхней части слоя, а не к истинной или фактической смеси. Неожиданно было обнаружено, что существующие двойные C-MAG-катоды и катодные конструкции можно модифицировать для получения намного улучшенных напыленных слоя(ев), который содержит лучшую и/или более однородную смесь различных компонентов.

[0013] Путем изменения положения по меньшей мере одного из магнитных стержней (например, 6) в по меньшей мере одной из двух вращающихся распыляемых мишеней может быть сформирована пленка 40, содержащая материал(ы) из обеих мишеней (1 и 2), которая будет являться более однородной смесью состава. В частности, в некоторых примерных вариантах реализации этого изобретения в двойной C-MAG-установке предусмотрены по меньшей мере две вращающиеся распыляемые мишени (1, 2). Магнитный(е) стержень(и) 6 во второй мишени 2 может(могут) быть перемещен(ы) из своего обычного положения в угловое положение (например, направленное к первой мишени; например, смотри фигуры 1 и 2), тем самым перемещая зону плазменной эрозии 10 на второй мишени, например, к местоположению на стороне второй мишени, практически обращенному к или направленному к первой мишени 1 или рядом с нею. Таким образом, вторая мишень 2 может быть выполнена с возможностью распыления значительной части (например, по меньшей мере примерно 20%, более предпочтительн по меньшей мере примерно 30%, еще более предпочтительно по меньшей мере примерно 40%, еще более предпочтительно по меньшей мере примерно 50% и, возможно, по меньшей мере примерно 60%) материала 8 мишени, который распыляется с нее на первую мишень 1 и/или к первой мишени 1, а не непосредственно на подложку 30. Поскольку первая мишень 1 вращается, материал 8 мишени из второй мишени 2 будет накапливаться (например, практически однородно или иначе) на первой мишени 1, наряду с собственным материалом 7 первой мишени. Следует отметить, что в различных примерных вариантах реализации любая либо первая, либо вторая мишени могут быть модифицированной мишенью, а в некоторых дополнительных вариантах реализации обе мишени также могут быть модифицированы. Примерные распыляемые материалы 7 первой мишени включают такие материалы, как один или более из цинка, олова, кремния, титана, циркония, никеля, хрома и тому подобного. Примерные распыляемые материалы 8 второй мишени включают такие материалы, как один или более из цинка, олова, кремния, титана, циркония, никеля, хрома и тому подобного. Например, первым примером был бы распыляемый материал первой мишени, содержащий цинк, и распыляемый материал второй мишени, содержащий олово. Другим примером был бы распыляемый материал первой мишени, содержащий кремний, и распыляемый материал второй мишени, содержащий один или более из циркония, алюминия или тому подобного. Другим примером был бы распыляемый материал первой мишени, содержащий один или более из кремния и циркония, и распыляемый материал второй мишени, содержащий цирконий. Эти материалы мишеней представлены в целях приведения примера. В некоторых примерных вариантах реализации первая мишень, теперь уже покрытая как своим исходным материалом мишени, так и материалом мишени, распыленным на нее из второй мишени, будет, в свою очередь, напылять материалы мишени с обеих мишеней на подложку (например, стеклянную подложку) с образованием тонкой напыленной пленки, содержащей практически однородную смесь по меньшей мере двух различных материалов. Таким образом, смешанные материалы мишени, распыленные из первой мишени, будут образовывать более тщательно перемешанную пленку 40 по мере того, как они осаждаются на стеклянную подложку.

[0014] В некоторых примерных вариантах реализации этого изобретения первая мишень, которая содержит распыляемые материалы 7, 8 из первой и второй мишеней, будет напылять практически однородно смешанную пленку 40 на подложку 30. Это является поразительно выгодным, поскольку это может уменьшить потребность в дорогостоящей предварительно смешанной мишени, и существующая установка с двойными C-MAG мишенями может быть модифицирована (в некоторых примерных вариантах реализации перемещением положения одного магнитного стержня (одного из магнитных стержней)) без сколько-нибудь серьезной необходимости существенно изменять многие другие условия или аспекты мишеней. Кроме того, в некоторых примерных вариантах реализации пленка, образованная таким образом с помощью совместного распыления, будет иметь практически однородный состав, потому что материалы мишеней будут образовывать пленку, содержащую более равномерно распределенную смесь распыляемых материалов из обеих мишеней.

[0015] Еще одним примером преимущества является то, что отношение материалов мишеней в составе пленки может быть изменено просто путем изменения положения одного или более магнитных стержней в некоторых примерных вариантах реализации. При изменении положения по меньшей мере одного из магнитных стержней в мишени его зона плазменной эрозии может быть перемещена, и, например, вторая мишень может быть направлена для распыления прямо или непрямо к первой мишени и/или на первую мишень. В некоторых примерных вариантах реализации по меньшей мере вторая и третья распыляемые мишени могут иметь свои положения магнитного(ых) стержня(ей), модифицированные так, чтобы распылять материал из них на первую мишень.

[0016] В некоторых примерных вариантах реализации, которые могут быть скомбинированы с любыми другими приведенными здесь вариантами реализации, к каждой из мишеней могут быть соответственно приложены различные напряженности магнитного поля. Например и без ограничения, применяя более сильное магнитное поле на второй (модифицированной) мишени 2, можно ограничить зону плазменной эрозии 10 второй мишени 2 до более узкой области, что позволит избежать чрезмерных потерь материала на стенах распылительной камеры или непосредственно на подложку. Такая мера может также, в некоторых примерных вариантах реализации, сделать возможным более короткое расстояние между мишенями 1 и 2. Такие варианты реализации могут уменьшить количество материала 8 из второй мишени 2, который распыляется непосредственно на подложку 30, и поэтому могут увеличить количество материала из второй мишени 2, который распыляется на первую мишень 1 до того, как произойдет распыление из первой мишени на подложку 30, либо прямо, либо непрямо.

[0017] В некоторых примерных вариантах реализации было неожиданно обнаружено, что за счет вращения или перемещения по меньшей мере одного из магнитных стержней (например, 6) по меньшей мере одной из мишеней, мишень может быть изменена, чтобы осаждать значительную часть (например, по меньшей мере примерно 20%, более предпочтительно по меньшей мере примерно 30%, еще более предпочтительно по меньшей мере примерно 40%, еще более предпочтительно по меньшей мере примерно 50%, а наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 60%) своего распыляемого материала в и/или на первую мишень, а не непосредственно на подложку. Тогда первая мишень с материалами из обеих мишеней на ней может напылять эти материалы на стеклянную подложку с образованием пленки, покрытия или слоя с практически однородным составом. Приведенные выше описания примерных вариантов реализации этого изобретения относятся к обоим вариантам по фигуре 1 и фигуре 2. В некоторых примерных вариантах реализации первая и вторая вращающиеся распыляемые мишени 1 и 2 являются смежными друг другу, так что никаких других распыляемых мишеней между ними нет. Материалы из мишени(ей) могут быть напылены непосредственно или опосредованно (прямо или непрямо) на подложку 30 с образованием пленки 40, так что на подложке 30 под пленкой 40 может быть другой слой(и).

[0018] На фигуре 1 показан первый примерный вариант реализации этого изобретения. В этом варианте реализации отношение в получаемой напыленной пленке 40 материала из первой мишени 1 (материал 7 мишени) к материалу из второй мишени 2 (материал 8 мишени) может быть высоким, если это желательно. Пленка 40 может быть практически прозрачной и может быть диэлектрической или проводящей в различных примерных вариантах реализации. В частности, фигура 1 относится к тому варианту, где может быть желаемым, чтобы в пленке 40, которая формируется на подложке (например, стеклянной подложке) 30, было больше материала 7, чем материала 8. Было найдено, что, передвигая магнитный(ые) стержень(жни) и/или узел 6 магнитных стержней во второй мишени 2, можно передвигать зону 10 плазменной эрозии второй мишени 2 так, чтобы она была обращена или направлена практически к первой мишени 1, как показано на фигуре 1. Вместо того чтобы зоне 10 плазменной эрозии быть направленной к подложке 30, она направлена в основном к мишени 1, как показано на фигуре 1. В частности, зона 10 плазменной эрозии второй мишени, из которой распыляется распыляемый материал второй мишени 2, направлена так, чтобы при распылении из нее материала значительная часть ее была направлена к первой мишени 1 и/или на первую мишень 1. В некоторых примерных вариантах реализации она может быть направлена по меньшей мере частично к верхней или правой верхней стороне мишени 1, которая находится дальше всего от подложки, как показано на фигуре 1. Альтернативно, она может быть направлена к другой(им) части(ям) первой мишени 1, такой как верхняя/левая сторона мишени 1 или правая или левая сторона мишени 1. При перемещении магнитного стержня или узла 6 магнитных стержней так, чтобы он был наклонен в направлении в основном к первой мишени 1, как показано на фигуре 1, для того чтобы заставить зону 10 плазменной эрозии и поток 12 быть направленными в сторону мишени 1, которая практически противоположна подложке, поток 12 будет принимать непрямой путь движения к мишени 1, и меньше потока 12 достигнет мишени 1. Соответственно, вариант реализации, такой как этот, будет выгодным, когда желательно, чтобы концентрация материала 7 мишени была высокой, потому что в этом случае меньше распыляемого материала 8 из второй мишени (через поток 12) достигнет мишени 1 и, таким образом, попадет в пленку 40 на подложке 30. Под мишенью 2 может быть установлен необязательный экран 50 для того, чтобы защитить подложку 30 от загрязнения, задерживая по меньшей мере некоторую часть материала 8 мишени, который может упасть на подложку непосредственно из второй мишени 2. В этом и других вариантах реализации этого изобретения средний специалист в данной области поймет, что в то время как значительная часть материала 8 мишени из второй мишени 2 будет двигаться к подложке 30 непрямым путем посредством первой мишени 1, некоторая часть материала 8 мишени из второй мишени 2 может двигаться непосредственно к подложке 30 в пленку 40, не прикрепляясь сначала к первой мишени 1. Каждый из узлов 5 и 6 магнитных стержней на фигуре 1 показан имеющим три практически параллельных магнитных стержня, поддерживаемых несущей деталью (магнитные стержни простираются в страницу и из страницы на фигуре 1); однако это изобретение не ограничено этим, и может быть предусмотрено любое подходящее число магнитных стержней в каждой мишени 1, 2 в различных вариантах реализации этого изобретения.

[0019] Таким образом, на фигуре 1 представлена ситуация, где вместо осаждения всех материалов 7, 8 мишеней одновременно на подложку 30 непосредственно с обеих мишеней 1, 2, некоторая часть материала 8 из второй мишени 2 осаждается на оборотную сторону первой вращающейся мишени 1. Таким образом, материал 7 первой мишени на первой мишени 1 загрязняется и/или легируется материалом 8 из второй мишени 2. По мере того как материалы 7 и 8, которые осаждены на первую мишень 1, достигают зоны 9 плазменной эрозии первой мишени 1, которая направлена к и/или обращена к подложке 30, на подложку 30 напыляется пленка 40, включающая оба материала. Это неожиданно оказалось обеспечивающим улучшенную смесь двух материалов 7 и 8 в пленке 40 по сравнению с традиционным случаем, когда все материалы из соответствующих мишеней наносятся непосредственно на подложку.

[0020] В некоторых примерных вариантах реализации, например, когда желательно, чтобы желаемое отношение материала 7 к материалу 8 в конечной пленке 40 было высоким, положение магнитного(ых) стержня(ей) 6 мишени 2 может образовывать практически тупой угол с положением магнитного(ых) стержня(ей) 5 мишени 1. В некоторых примерных вариантах реализации магнитный стержень 5 может быть обращен практически к подложке 30, в то время как магнитный(е) стержень(жни) 6 обращен(ы) практически к мишени 1, как показано на фигурах 1-2. Если бы ось простиралась от сторон магнитного стержня 6 до пересечения с осью, простирающейся от сторон магнитного стержня 5, то они образовывали бы угол, который был бы больше, чем 90°. В некоторых примерных вариантах реализации зона 9 плазменной эрозии первой мишени обращена практически к подложке 30, тогда как зона 10 плазменной эрозии второй мишени 2 обращена практически к первой мишени 1.

[0021] Обращаясь к фигуре 1, например, при просмотре поперечных разрезов мишеней, как показано на фигуре 1, можно увидеть, что магнитные стержни мишеней ориентированы так, что зона 9 плазменной эрозии первой мишени (откуда распыляется материал) может быть расположена обращенной в первом направлении, которое направлено практически к подложке 30, или к подложке плюс/минус примерно 20°, более предпочтительно к подложке 30 плюс/минус примерно 10°; а зона 10 плазменной эрозии второй мишени 2 может быть расположена обращенной в направлении, наклоненном под углом примерно 70-170°, более предпочтительно примерно 90-150°, а наиболее предпочтительно примерно 90-140° относительно первого направления. В некоторых примерных вариантах реализации под мишенью 2 может быть установлена необязательная экранирующая планка или пластина 50 для захвата по меньшей мере некоторой части материала 8 мишени из мишени 2, который падает на подложку прежде, чем попасть на мишень 1.

[0022] Эта компоновка особенно выгодна, поскольку она может быть получена просто вращением магнитного устройства (узла 6 магнитных стержней) мишени 2, что практически ограничивает зону 10 плазменной эрозии тем положением, которое выталкивает материал в основном к первой мишени 1. Узел 6 магнитных стержней модифицированной мишени может вращаться где-нибудь от чуть более 0 до примерно 180 градусов, в зависимости от желаемого отношения материалов мишени в пленке. В варианте реализации по фигуре 1 магнитный стержень 6 может первоначально находиться в положении, аналогичном тому, которое изображено для магнитного стержня 5, и в некоторых примерных вариантах реализации может быть повернут по часовой стрелке от примерно 70-170°, более предпочтительно от примерно 90-150°, а наиболее предпочтительно примерно 90-140°, для того, чтобы прийти к компоновке, изображенной на фигуре 1. Когда магнитный стержень поворачивают таким образом, пленка 40 будет иметь более высокое отношение материала 7 мишени к материалу 8 мишени в своем конечном составе, который может быть достигнут. Компоновка, показанная на фигуре 1, является особенно выгодной в тех примерных вариантах реализации, где желаемое отношение материала 7 (из мишени 1) к материалу 8 в пленке 40 является высоким, поскольку она позволяет регулировать отношения не только различными мощностями, но и регулируя положение зоны 10 эрозии на второй мишени 2. Компоновка, показанная на фигуре 1, возможна в существующих двойных C-MAG-распылительных камерах, где трубки находятся относительно близко друг к другу.

[0023] Поэтому на фигуре 1 можно наблюдать, что при регулировании магнитного стержня 6 относительно магнитного стержня 5 обычная двойная C-MAG мишень с вращающимися мишенями может быть изменена на узел двойного распыления согласно некоторым примерным вариантам реализации настоящего изобретения. Угол между магнитным(и) стержнем(ями) 5 и магнитным(и) стержнем(ями) 6 может регулироваться, исходя как из желаемого положения зоны 10 плазменной эрозии, так и из желаемого отношения материала 7 к материалу 8 в пленке 40.

[0024] В некоторых примерных вариантах реализации поток 11 (который будет включать падающие на подложку 30 материалы 7 и 8 мишеней) будет иметь практически такое же отношение материала 7 к материалу 8, как в напыленной пленке 40.

[0025] На фигуре 2 представлен схематический вид в поперечном разрезе другого примерного варианта реализации. Ссылочные номера на фигуре 2 представляют подобные детали, как описано выше в связи с фигурой 1. Компоновка, показанная на фигуре 2, может быть использована, например, когда желательно более низкое или более равное отношение материала 7 к материалу 8 в пленке 40. Конкретнее, когда желательно, чтобы более равное или большее количество материала 8 мишени (по сравнению с материалом 7 мишени) оказалось в конечной пленке, может использоваться, например, компоновка, изображенная на фигуре 2.

[0026] На фигуре 2 показано более прямое осаждение материала 8 мишени (при помощи потока 12) из второй мишени 2 на первую мишень 1. В варианте реализации по фигуре 2 магнитные стержни мишеней ориентированы так, чтобы зона 9 плазменной эрозии первой мишени (откуда распыляется материал) была расположена обращенной в первом направлении, которое направлено практически к подложке 30 (первое направление является практически перпендикулярным подложке); а зона 10 плазменной эрозии второй мишени 2 расположена обращенной в направлении, наклоненном под углом примерно 90° относительно первого направления. Поскольку ориентация магнитного стержня 6 практически перпендикулярна (перпендикулярна плюс/минус примерно10°) ориентации магнитного стержня 5 в варианте реализации по фигуре 2, а зона 10 плазменной эрозии и поток 12 от мишени 2 направлены практически прямо к мишени 1, это приводит к тому, что больший поток 12 и, таким образом, больше распыляемого материала 8 от мишени 2 попадает на мишень 1. Поэтому концентрация материала 8 на мишени 1 будет выше, чем она была бы, если бы зона плазменной эрозии не была направлена на мишень 1. Опять же, может быть установлена необязательная экранирующая планка или пластина 50, чтобы заблокировать по меньшей мере некоторое количество материала 8 из второй мишени от попадания из второй мишени 2 непосредственного на подложку 30. Вариант реализации по фигуре 2 может привести к осаждению большего количества материала 8 на стеклянную подложку 30 по сравнению с вариантом, показанным на фигуре 1, и, таким образом, более низкому отношению материала 7 к материалу 8 в пленке 40 по сравнению с вариантом реализации по фигуре 1.

[0027] В некоторых примерных вариантах реализации, таких как на фигуре 2, в частности, когда желаемое отношение материала 7 к материалу 8 в конечном покрытии ниже, ориентация магнитного стержня 6 мишени 2 практически перпендикулярна ориентации магнитного стержня 5 мишени 1. В некоторых примерных вариантах реализации магнитный стержень 5 может быть обращенным к подложке, в то время как магнитный стержень 6 является практически перпендикулярным и обращен к мишени 1.

[0028] Было обнаружено, что расположение магнитных стержней 5 и 6 на существующих катодах так, как обсуждено в настоящем документе и как показано на фигурах 1-2, обеспечивает практически стабильный плазменный разряд на обеих трубках при работе даже с одним источником питания переменного тока. Однако применение единственного источника питания переменного тока не требуется. Вместо этого можно использовать два источника питания. Это изобретение может быть применимо к распылению на переменном токе, которое является предпочтительным, или к распылению на постоянном токе в альтернативных вариантах реализации.

[0029] В некоторых примерных вариантах реализации, ссылаясь на фигуры 1-2, для мишени 1 по сравнению с мишенью 2 могут использоваться разные напряженности магнитного поля. Использование более сильного поля на мишени 2 может ограничить зону 10 плазменной эрозии до более узкой области (по сравнению с зоной 9) и, таким образом, можно избежать чрезмерных потерь материала на стенках камеры. Этот примерный вариант реализации может позволить иметь более короткое расстояние между мишенью 1 и мишенью 2, поскольку плазма может быть связана более сильно с мишенью 2/трубкой 4 в случае сильного магнитного поля внутри мишени 2/трубки 4.

[0030] Способы, описанные в настоящем документе, можно применять к сплавам, где два материала мишени являются проводящими металлами или полупроводниками, а также к ситуациям, где одна или обе из мишеней уже выполнены из сплавов, образуя трехкомпонентные соединения или соединения, содержащие более чем два элемента.

[0031] Например и без ограничения, чтобы образовать никелево-титанохромовый сплав в виде пленки 40 (которая может быть или не быть оксидной), на трубке 3 для первой вращающейся мишени может быть использован материал 7 мишени из сплава никеля с хромом, на трубке 4 для второй вращающейся мишени может быть использован материал 8 мишени из титана. Другой пример может включать в себя серебро, легированное небольшими количествами титана, никеля и/или циркония, для улучшения долговечности и стабильности. Эти материалы представлены только в целях приведения примера и ни в коем случае не считаются ограничивающими. В различных примерных вариантах реализации этого изобретения материал(ы) 7, 8 мишеней может(могут) быть металлом или оксидами металлов.

[0032] Компоновки, описанные с помощью фигур 1 и 2, могут быть или не быть применены в процессе реактивного распыления с образованием многокомпонентных нитридов и/или оксидов. В процессе реактивного распыления реакционноспособный газ (например, кислород и/или азот) может вводиться либо выше, либо ниже трубок мишеней через любой или все газовые впуски 21, 22 и/или 23, возможно наряду с инертным газом, таким как аргон, с помощью которого можно контролировать более точно состав получающейся пленки 40. В обычных реактивных процессах с плазменным разрядом из обеих трубок, направленным исключительно к подложке, реакционноспособный газ расходуется практически полностью в узком пространстве между трубками и подложкой. То, что газ подается внутрь через верх или низ, может оказывать лишь небольшое влияние на общую стабильность. В нормальном реактивном процессе можно наблюдать эффект "гистерезиса", который предполагает быстрый и самоусиливающийся переход между поверхностью мишени, которая полностью покрывается продуктами реакции при высоких давлениях реакционноспособного газа, и ситуацией, при которой эрозия является достаточно сильной, чтобы поддержать мишень чистой (металлической) от реакционноспособных соединений при низких давлениях реакционноспособного газа. Поэтому полученные пленки могут быть либо богатыми материалом мишени (металлическими), либо содержать избыточный реакционноспособный газ. Это делает очень трудным получение стехиометрических пленок в полностью реактивном процессе (например, при напылении оксида олова с металлической оловянной мишени).

[0033] Было установлено, что перемещение плазмы и, таким образом, отдаление реакционной зоны мишени 2 от реакционной зоны мишени 1, как описано в некоторых примерных вариантах реализации этого изобретения (смотри фигуры 1-2), позволяет создать более крутой градиент реакционноспособного газа между верхом разрядной камеры и фактической зоной подложки. Кроме того, скорость реакции у различных материалов с азотом или кислородом различна и поэтому их переход на поверхность мишени 1 происходит при другом давлении реакционноспособного газа, нежели переход на мишень 2. Это приводит к более постепенному общему переходу, которым можно дополнительно управлять тем отношением и способом, при котором и которым газ подается в верхние (21 и 22) и нижний (23) газовые впуски, а также отношением мощностей между двумя трубками/мишенями.

[0034] Еще один примерный вариант реализации этого изобретения включает подачу реакционноспособного газа (например, кислорода и/или азота) главным образом через верхний(е) впуск(и) 21 и/или 22. Это приводит к осаждению керамического слоя материала 8 на поверхность/внешнюю трубку 13 мишени 1. Таким образом, разряд из мишени 1 к подложке 30 был бы очень похожим на мишень, которая изначально была образована керамическим материалом. В некоторых примерных вариантах реализации этот способ мог бы быть использован для осаждения проводящих оксидных пленок (например, ITO или Al-легированный ZnO) 40 или, альтернативно, диэлектрических пленок 40.

[0035] В некоторых примерных вариантах реализации оба материала 7, 8 мишеней могут быть выполнены из металлического сплава. Например и без ограничения, металлический сплав может содержать индий-олово или цинк-алюминий. Распыление мишени 2, при достаточной подаче реакционноспособного газа из верхнего(их) газового(ых) впуска(ов) 21 и/или 22 к мишени 1, может создать оксидный слой на внешней трубке/поверхности 13 мишени 1, который затем был бы нанесен на подложку 30, как будто бы из керамической оксидной мишени. В этом случае нижний газовый впуск 23 для подачи газа может быть использован с тем, чтобы сбалансировать остающийся кислород, как это обычно делается в случае керамических мишеней с малыми потоками кислорода. Осаждение прозрачных проводников, как правило, делают, используя дорогие керамические мишени, поскольку осаждение из металлических мишеней очень нестабильно и трудно поддается управлению. Таким образом, соответственно, в некоторых примерных вариантах реализации этого изобретения способ осаждения может сочетать в себе преимущества стоимости металлических мишеней со стабильностью процесса, наблюдаемой у керамических мишеней. Однако в других примерных вариантах реализации этого изобретения как сами мишени, так и материалы мишеней могут также оставаться металлическими, при этом кислород реагирует с материалами мишеней только после того, как покинут мишень.

[0036] Пленка 40, образованная в некоторых примерных вариантах реализации этого изобретения, может содержать материалы 7 и 8 мишеней в отношении от примерно 99:1 до 50:50 (50:50 составляет 1:1) в некоторых примерах этого изобретения. В других примерных вариантах реализации пленка 40 может иметь отношение материала 7 мишени к материалу 8 мишени от примерно 75:25 до 25:75, включая все поддиапазоны между ними. Пленка дополнительно может содержать кислород и/или азот в некоторых примерных вариантах реализации. Однако это изобретение не ограничивается этим, и может быть получено любое желаемое отношение материалов мишеней. Кроме того, в других примерных вариантах реализации могут использоваться более чем два материала мишени и более чем две мишени в любом желаемом отношении.

[0037] Хотя изобретение было описано в связи с тем, что в настоящее время считается наиболее практичным и предпочтительным вариантом реализации, следует понимать, что изобретение не должно ограничиваться раскрытым вариантом реализации, а, напротив, оно предназначено охватить различные модификации и эквивалентные конструкции, входящие в пределы сути и объема прилагаемой формулы изобретения.

1. Способ изготовления покрытого пленкой изделия, включающий обеспечение первой и второй вращающихся цилиндрических распыляемых мишеней, причем первая распыляемая мишень содержит первый распыляемый материал, а вторая распыляемая мишень содержит второй распыляемый материал, распыление первой и второй распыляемых мишеней, и при этом по меньшей мере один магнитный стержень второй распыляемой мишени ориентируют так, чтобы при распылении второй мишени второй распыляемый материал из второй мишени распылялся на первую мишень, а при распылении первой мишени первый распыляемый материал первой мишени и второй распыляемый материал, который был распылен на первую мишень из второй мишени, напылялся на подложку с образованием пленки, при этом для первой мишени предусмотрена первая напряженность магнитного поля, а для второй мишени предусмотрена вторая напряженность магнитного поля и при этом вторая напряженность магнитного поля выше, чем первая напряженность магнитного поля.

2. Способ по п.1, включающий распыление первой и второй распыляемых мишеней, когда первая и вторая распыляемые мишени расположены в распылительной камере смежно друг с другом.

3. Способ по п.1, включающий распыление второй мишени так, чтобы по меньшей мере 30% второго распыляемого материала, который распыляется из второй мишени, распылялось на первую мишень.

4. Способ по п.1, включающий распыление второй мишени так, чтобы по меньшей мере 40% второго распыляемого материала, который распыляется из второй мишени, распылялось на первую мишень.

5. Способ по п.1, дополнительно включающий ориентирование магнитных стержней первой и второй мишеней так, чтобы зона плазменной эрозии первой мишени была ориентирована обращенной в первом направлении, которое направлено к подложке, а зона плазменной эрозии второй мишени была ориентирована обращенной во втором направлении, которое находится под углом 70-170 градусов относительно первого направления.

6. Способ по п.1, дополнительно включающий ориентирование магнитных стержней первой и второй мишеней так, чтобы зона плазменной эрозии первой мишени была ориентирована обращенной в первом направлении, которое направлено к подложке, а зона плазменной эрозии второй мишени была ориентирована обращенной во втором направлении, которое находится под углом 90-150 градусов относительно первого направления.

7. Способ по п.1, дополнительно включающий ориентирование узла магнитных стержней первой мишени и узла магнитных стержней второй мишени так, чтобы они были перпендикулярны друг другу.

8. Способ по п.1, в котором зона плазменной эрозии второй мишени обращена к первой мишени, а зона плазменной эрозии первой мишени обращена к подложке.

9. Способ по п.1, дополнительно включающий подачу реакционноспособного газа, содержащего кислород, главным образом из верхнего газового впуска распылительной камеры, в которой расположены мишени, и при этом распыление второго распыляемого материала из второй мишени на первую мишень образует на первой мишени керамический слой, содержащий второй распыляемый материал.

10. Способ по п.1, в котором пленка содержит равные количества материалов первой и второй мишеней.

11. Способ по п.1, в котором пленка содержит больше материала первой мишени, чем материала второй мишени.

12. Способ по п.1, в котором материалы первой и второй мишеней представляют собой металлы или сплавы металлов.

13. Способ изготовления покрытого пленкой изделия, включающий распыление первой и второй распыляемых мишеней, при этом по меньшей мере один магнитный стержень второй распыляемой мишени ориентируют для обеспечения распыления второго распыляемого материала из второй мишени к первой мишени, а при распылении первой мишени обеспечивают напыление на стеклянную подложку первого распыляемого материала первой мишени и второго распыляемого материала, распыленного на первую мишень из второй мишени, с образованием прозрачной пленки, ориентирование зоны плазменной эрозии первой мишени в первом направлении к подложке и ориентирование зоны плазменной эрозии второй мишени во втором направлении к первой мишени под углом 70-170 градусов относительно первого направления.

14. Способ по п.13, включающий распыление первой и второй распыляемых мишеней, когда первая и вторая распыляемые мишени расположены в распылительной камере смежно друг с другом.

15. Способ по п.13, включающий распыление второй мишени так, чтобы по меньшей мере 30% второго распыляемого материала, который распыляют из второй мишени, распылялось на первую мишень.

16. Способ по п.13, дополнительно включающий ориентирование узла магнитных стержней первой мишени и узла магнитных стержней второй мишени так, чтобы они были перпендикулярны друг другу.

17. Распылительная установка для изготовления покрытого пленкой изделия, включающая первую и вторую смежные распыляемые мишени, при этом по меньшей мере один магнитный стержень второй распыляемой мишени ориентирован для обеспечения распыления второго распыляемого материала из второй мишени к первой мишени, при этом первый распыляемый материал первой мишени и второй распыляемый материал, распыленный на первую мишень из второй мишени, распыляются к подложке с образованием пленки, при этом зона плазменной эрозии первой мишени ориентирована в первом направлении, перпендикулярном подложке, а зона плазменной эрозии второй мишени ориентирована во втором направлении к первой мишени под углом 70-170 градусов относительно первого направления.

18. Установка по п.17, в которой узел магнитных стержней первой мишени и узел магнитных стержней второй мишени перпендикулярны друг другу плюс/минус 20 градусов.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к области нанесения тонких пленок в вакууме и может быть использовано, например, в микроэлектронике. Устройство содержит вакуумную камеру и магнитную систему.

Изобретение относится к способу и устройству ионно-плазменного нанесения многокомпонентных пленочных покрытий. .

Изобретение относится к травлению в вакууме при помощи магнетронного распыления. .

Изобретение относится к способу травления магнетронным распылением в вакуумной камере (2) металлической полосы (4), движущейся на опорном валке (3) напротив противоэлектрода (5).

Изобретение относится к источнику фильтрованной плазмы вакуумной дуги (варианты) и способу создания фильтрованной плазмы. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к распылительному катоду для процессов нанесения покрытий в вакуумной камере, и может найти применение в машиностроении при изготовлении изделий с нанесенным покрытием.

Изобретение относится к плазменной технике и предназначено для вакуумного ионно-плазменного нанесения тонких пленок металлов и их соединений на поверхность твердых тел.

Изобретение относится к способу защиты от окисления биполярных пластин топливных элементов и коллекторов тока электролизеров с твердым полимерным электролитом (ТПЭ), заключающемуся в предварительной обработке металлической подложки, нанесении на обработанную металлическую подложку электропроводного покрытия благородных металлов методом магнетронно-ионного напыления.

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.

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.

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.

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.% .

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.

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.

Изобретение относится к вакуумному нанесению покрытий, а именно к нанесению электропроводящего прозрачного покрытия на полимерную пленку для электрообогреваемого элемента органического остекления.

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.

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.
Изобретение относится к оптической технике, а именно к способу изготовления тонированного изделия для прозрачных поверхностей с возможностью регулирования степени их светопропускания.

Изобретение относится к совместному распылению сплавов и соединений и к установке для упомянутого распыления и может быть использовано для получения пленок с требуемыми свойствами. Способ изготовления покрытого пленкой изделия включает обеспечение первой и второй вращающихся цилиндрических распыляемых мишеней, причем первая распыляемая мишень содержит первый распыляемый материал, а вторая распыляемая мишень содержит второй распыляемый материал, и распыление упомянутых мишеней. По меньшей мере, один магнитный стержень второй распыляемой мишени ориентируют так, чтобы при распылении второй мишени второй распыляемый материал из второй мишени распылялся на первую мишень, а при распылении первой мишени первый распыляемый материал первой мишени и второй распыляемый материал, который был распылен на первую мишень из второй мишени, напылялся на подложку с образованием пленки. Зона плазменной эрозии первой мишени ориентирована в первом направлении, перпендикулярном подложке, а зона плазменной эрозии второй мишени ориентирована во втором направлении к первой мишени под углом 70-170 градусов относительно первого направления. Для первой мишени предусмотрена первая напряженность магнитного поля, а для второй мишени - вторая напряженность магнитного поля, которая более сильная, чем первая напряженность магнитного поля. Обеспечивается получение напыленных слоев, имеющих лучшую иили более однородную смесь различных компонентов. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх