СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ В ВАКУУМЕ ПРИ ПОМОЩИ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОЛОСЫ
METHOD AND DEVICE FOR ETCHING IN VACUUM THROUGH MAGNETRON SPUTTERING OF METAL STRIP

Настоящее изобретение касается способа и установки для травления металлической полосы, например, такой как стальная полоса, в вакууме при помощи магнетронного распыления.
Во время операции вакуумного нанесения покрытия на стальную полосу одним из ключевых факторов успешной операции является степень чистоты полосы перед нанесением покрытия, так как она определяет хорошее сцепление покрытия с покрываемой поверхностью. Для этого одним из используемых процессов является травление в вакууме при помощи магнетронного распыления, называемое также «etching». Этот способ состоит в создании плазмы между полосой и противоэлектродом в газе, позволяющем генерировать радикалы и/или ионы. В нормальных условиях работы эти ионы ускоряются в направлении поверхности обрабатываемой полосы и отрывают поверхностные атомы, очищая, таким образом, загрязненную поверхность одновременно с ее активацией.
Очищаемая полоса перемещается в вакуумной камере напротив противоэлектрода. Последний поляризуется положительно по отношению к металлической полосе, которую предпочтительно подсоединяют к массе. Набор магнитов, располагаемых за полосой, удерживает создаваемую плазму в ограниченном пространстве рядом с полосой. Для сверхточного позиционирования обрабатываемой металлической полосы по отношению к противоэлектроду, необходимого для осуществления магнетронного распыления, как правило, металлическую полосу располагают на опорном валке, который может приводиться во вращение вокруг своей оси. Вместе с тем наличие такого валка не является необходимым, когда обрабатывают металлические полосы в виде жестких пластин.
Однако во время применения этой технологии для очистки металлической полосы, такой как непрерывно движущаяся стальная полоса, возникает проблема загрязнения противоэлектрода. Во время процесса травления частицы, отрывающиеся от поверхности полосы, осаждаются на находящихся друг против друга частях, то есть на противоэлектроде, и со временем покрывают его черной пленкой с низким сцеплением. В конечном счете пленка начинается растрескиваться и шелушиться, образуя порошкообразную стружку, что приводит к возникновению дуговых разрядов. Образование дуг может привести:
- с одной стороны, к повреждению поверхности стальной полосы в месте, где возникла дуга,
- с другой стороны, к дефекту травления на небольшой площади движущейся полосы по причине краткосрочной (примерно 100 мкс) остановки питания током от генератора во время обнаружения дуги.
Наконец, если такой осадок является диэлектрическим, он может изолировать электрод и помешать работе плазмы.
Таким образом, необходимо поддерживать чистоту противоэлектрода во время процесса травления.
Известен документ ЕР-А-0 908 535, в котором описан способ травления поверхности металлической полосы, загрязненной тонким слоем оксида. Противоэлектроды, участвующие в процессе, применяются парами, соединенными с генератором переменного тока. Они имеют плоскую или закругленную форму и позволяют избегать образования дуг в течение некоторого времени. В конце определенного периода использования эти электроды загрязняются, что вынуждает прерывать процесс для их очистки или снижать интенсивность травления, что в любом случае приводит к снижению производительности и/или качества.
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков известных способов при помощи способа и установки для травления поверхности движущейся металлической полосы путем вакуумного магнетронного распыления, которые позволяют повысить качество и эффективность травления, избегая при этом повреждения металлической полосы и любых дефектов травления, связанных с образованием электрических дуг, и не прерывая при этом процесса.
В этой связи первым объектом настоящего изобретения является способ травления в вакууме при помощи магнетронного распыления металлической полосы, движущейся над, по меньшей мере, одним противоэлектродом из проводящего материала в вакуумной камере, в котором создают плазму в газе вблизи указанной металлической полосы таким образом, чтобы образовывались радикалы и/или ионы, действующие на эту металлическую полосу, при этом над металлической полосой размещают магнитную цепь, и в котором противоэлектрод содержит подвижную поверхность, перемещающуюся путем вращения и/или поступательного движения относительно металлической полосы, при этом поверхность приводится в движение во время травления и непрерывно очищается при помощи устройства очистки, установленного за пределами действия плазмы, прежде чем снова подвергнуться воздействию плазмы.
Способ в соответствии с настоящим изобретением дополнительно может содержать следующие признаки, взятые отдельно или в комбинации:
- устройство очистки является устройством очистки с локальным механическим воздействием;
- устройство очистки выполнено в виде жесткого скребка, входящего в контакт с подвижной поверхностью противоэлектрода;
- вещества, удаляемые с подвижной поверхности противоэлектрода с помощью устройства очистки, собираются при помощи сборного устройства, установленного в нижней части указанной вакуумной камеры;
- противоэлектрод имеет положительный потенциал по отношению к металлической полосе, при этом металлическая полоса может быть соединена на массу или нет;
- к противоэлектроду прикладывается переменный потенциал, при этом металлическая полоса может быть соединена на массу или нет;
- вакуумная камера оборудована противоэлектродом, содержащим, по меньшей мере, два вращающихся цилиндра и ремень, натянутый на цилиндрах;
- противоэлектрод или противоэлектроды подвергают охлаждению.
Вторым объектом настоящего изобретения является установка для травления металлической полосы путем магнетронного распыления, содержащая вакуумную камеру, внутри которой находится, по меньшей мере, один противоэлектрод, средства поляризации металлической полосы, средства поляризации электрода, средства, обеспечивающие создание плазмы в газе между металлической полосой и противоэлектродом, при этом помещают, по меньшей мере, одну удерживающую магнитную цепь над металлической полосой и противоэлектродом, содержащим подвижную поверхность, перемещающуюся путем вращения и/или поступательного движения относительно металлической полосы, а также устройство очистки подвижной поверхности, установленное за пределами действия плазмы.
Установка в соответствии с настоящим изобретением дополнительно может содержать следующие признаки, взятые отдельно или в комбинации:
- устройство очистки является устройством очистки с локальным механическим воздействием;
- устройство очистки выполнено в виде жесткого скребка, входящего в контакт с подвижной поверхностью противоэлектрода;
- вакуумная камера дополнительно содержит устройство сбора веществ, удаленных с подвижной поверхности противоэлектрода под действием устройства очистки, при этом сборное устройство установлено в нижней части указанной вакуумной камеры;
- противоэлектрод поляризуется положительно по отношению к металлической полосе, при этом металлическая полоса может быть соединена на массу или нет;
- к противоэлектроду прикладывается переменный потенциал, при этом металлическая полоса может быть соединена на массу или нет;
- вакуумная камера оборудована противоэлектродом, содержащим, по меньшей мере, два вращающихся цилиндра и ремень, натянутый на цилиндрах;
- противоэлектрод оборудован средствами охлаждения.
Далее следует более подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - схематичный вид в разрезе варианта выполнения установки в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.2 - схематичный вид в разрезе второго варианта выполнения установки в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.3 - схематичный вид в разрезе третьего варианта выполнения установки в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.1 показана вакуумная камера 1, внутри которой перемещается металлическая полоса 2, такая как стальная полоса. В нижней части этой вакуумной камеры 1 находятся два противоэлектрода 3 и 3′ цилиндрической формы, которые могут приводиться во вращение вокруг своих осей. Противоэлектроды 3, 3′ должны быть выполнены из проводящего материала. Хотя для этого можно использовать ферромагнитный материал, тем не менее рекомендуется использовать неферромагнитный материал, чтобы не мешать магнитному удерживанию плазмы.
Противоэлектроды 3,3′ подвергаются нагреву, поэтому в некоторых случаях их необходимо охлаждать. Они приводятся во вращение, например, механически за счет движения металлической полосы 2. Противоэлектроды 3,3′ могут также приводиться в движение электрическим приводом, помещенным в вакуум, пневматическим приводом, гидравлическим приводом или каналом, вращающимся в вакууме.
Металлическая полоса 2 соединена с массой, тогда как противоэлектроды 3,3′ имеют положительный потенциал.
Над этой полосой 2 находится магнитная цепь 4, выполненная в виде магнитов, которые позволяют удерживать плазму вблизи металлической полосы 2.
Каждый противоэлектрод 3,3′ оборудован скребком 5,5′, установленным за пределами плазмы, воздействующей на металлическую полосу 2. Крепление скребков 5,5′ должно быть особенно тщательным, чтобы избежать короткого замыкания между противоэлектродами 3,3′ и другими монтажными деталями, причем даже после металлизации внутренних поверхностей удаленными с ленты проводящими частицами. Вокруг изоляторов можно выполнить противометаллизационные отражатели. Эти отражатели выполняют между стенкой камеры 1 и скребками 5,5′ с целью их изоляции друг от друга. Таким образом, избегают металлизации креплений скребков 5,5′ и тем самым - коротких замыканий.
Скребки 5,5′ можно выполнять из любого материала, лишь бы он не был проводящим. В частности, их можно выполнять из керамики или стекла.
Следует также предусмотреть меры, для того чтобы скребки 5,5′ не отбрасывали стружку в сторону металлической полосы 2 даже после отражения.
Вакуумная камера 1 содержит также бак 6 для сбора веществ, удаленных скребками 5,5′.
Когда металлическую полосу 2 обрабатывают травлением в вакуумной камере 1, противоэлектроды 3,3′ вращают относительно медленно таким образом, чтобы они постоянно очищались скребками 5,5′. Вещества, удаляемые этими средствами, падают в бак 6, который регулярно опорожняют.
На фиг.2 показан второй вариант выполнения изобретения, в котором на противоэлектроды 3,3′ подают переменный потенциал, при этом металлическая полоса 2 может быть соединена на массу или нет.
Система может содержать один или несколько противоэлектродов. Как частично показано на фиг.3, противоэлектрод 7 может также содержать ремень 8, натянутый между двумя цилиндрами 9,9′ и приводимый в движение по принципу «конвейерной ленты». Скребок 10, установленный за пределами действия плазмы, позволяет очищать ремень, когда он перемещается в вакуумной камере 1.
Пример выполнения
Показателем эффективности системы травления может быть максимальная мощность, которая может быть подана на установку травления без образования дуг.
В связи с этим было проведено испытание, в котором эту максимальную мощность измерили для классической камеры травления и для камеры травления, показанной на фиг.1.
Таким образом, было установлено, что максимальная и устойчивая во времени мощность для установки травления в соответствии с настоящим изобретением в два раза превышает мощность для обычной установки, содержащей плоский и неподвижный противоэлектрод.
Поскольку скорость эрозии при магнетронном травлении металлической полосы связана с подаваемой мощностью, использование противоэлектродов в соответствии с настоящим изобретением позволяет удвоить эффективность травления.
Описанная выше система противоэлектродов остается чистой в течение длительного времени и позволяет избежать образования дуг из-за частиц, отрывающихся при травлении поверхности металлической полосы, и устранить проблему «исчезающего анода».