УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ
DEVICE FOR APPLICATION OF COATINGS IN VACUUM

Изобретение относится к области вакуумно-плазменной техники, а более конкретно к устройствам, предназначенным, прежде всего, для нанесения на изделия функциональных покрытий, применяемых в микро- и наноэлектронике.
Известно устройство для нанесения покрытий в вакууме, содержащее плоскую мишень, выполненную из металла, установленную на основании и закрепленную на нем с помощью прижима, содержащее также первую магнитную систему, расположенную внутри корпуса с первым каналом водяного охлаждения, при этом основание установлено на корпусе, содержащее также источник питания электрического разряда, отрицательным полюсом соединенный с корпусом, а положительным полюсом соединенный с заземляющим проводником, при этом мишень, основание, первая магнитная система и корпус расположены коаксиально вертикальной оси [RU 2401882].
Технический результат изобретения заключается в снижении рабочего давления и повышении качества наносимых покрытий.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для нанесения покрытий в вакууме, содержащее плоскую мишень, выполненную из металла, установленную на основании и закрепленную на нем с помощью прижима, содержащее также первую магнитную систему, расположенную внутри корпуса с первым каналом водяного охлаждения, при этом основание установлено на корпусе, содержащее также источник питания электрического разряда, отрицательным полюсом соединенный с корпусом, а положительным полюсом соединенный с заземляющим проводником, при этом мишень, основание, первая магнитная система и корпус расположены коаксиально вертикальной оси, введен источник ионов газа, расположенный коаксиально вертикальной оси, содержащий внутренний полюсный наконечник, включающий первую стенку, содержащий также внешний полюсный наконечник, включающий вторую стенку, при этом первая стенка и вторая стенка расположены напротив друг друга и образуют выходную апертуру, расположенную со стороны плоской мишени, при этом внутренний полюсный наконечник и внешний полюсный наконечник охватывают корпус с внешней стороны и отделены от него изолятором, содержащий также кольцевой анод со вторым каналом водяного охлаждения, плиту с третьим каналом водяного охлаждения, вторую магнитную систему, коаксиально расположенные вокруг корпуса, содержащий также высоковольтный источник питания, положительным полюсом соединенный с кольцевым анодом, а отрицательным полюсом соединенный с заземляющим проводником, причем первый канал водяного охлаждения расположен в первой магнитной системе.
Существует вариант, в котором первая стенка и вторая стенка выходной апертуры расположены параллельно вертикальной оси.
Существует также вариант, в котором первая стенка и вторая стенка выходной апертуры наклонены в сторону мишени и образуют с вертикальной осью угол.
На фиг. 1 изображено устройство для нанесения покрытий в вакууме,  разрез.
На фиг. 2 изображено устройство для нанесения покрытий в вакууме, вид сверху.
На фиг. 3 изображено устройство для нанесения покрытий в вакууме с апертурой, расположенной под углом 8 к вертикальной оси, разрез. Угол 5 показан условно по отношению к оси, параллельной вертикальной оси.
На фиг. 4 изображено устройство для нанесения покрытий в вакууме с апертурой, расположенной под углом 5 к вертикальной оси, вид сверху.
Устройство для нанесения покрытий в вакууме содержит плоскую мишень 1, выполненную из металла, например из титана. Мишень 1 установлена на основании 2, выполненном из материала с высокой теплопроводностью, например из меди. Мишень 1 закреплена на основании 2 с помощью прижима 3, изготовленного из немагнитной стали, например из аустенитной коррозионно-стойкой стали. Устройство для нанесения покрытий в вакууме содержит также первую магнитную систему 4. Первая магнитная система 4 расположена внутри корпуса 5, изготовленного из немагнитной стали, например, из аустенитной коррозионно-стойкой стали и снабженного первым каналом водяного охлаждения 6. Этот канал подключен к источнику воды (не показан), в качестве которого можно использовать, например, охладитель с двойным контуром охлаждения. Основание 2 закреплено на корпусе 5. Устройство для нанесения покрытий в вакууме содержит также источник питания электрического разряда 7, отрицательным полюсом соединенный с корпусом 5, а положительным полюсом соединенный с заземляющим проводником 8. В качестве источника питания 7 можно использовать блок питания стабилизированного напряжения или тока с отрицательной полярностью выходного напряжения. В этом блоке имеется гальванически изолированный от корпуса выходной силовой разъем. Мишень 1, основание 2, первая магнитная система 4 и корпус 5 расположены коаксиально вертикальной оси 9. В качестве отличительных признаков в устройство для нанесения покрытий в вакууме введен источник ионов газа 10, расположенный коаксиально вертикальной оси 9. Этот источник, содержащий внутренний полюсный наконечник 11, включающий первую стенку 12, содержит также внешний полюсный наконечник 13, включающий вторую стенку 14. При этом первая стенка 12 и вторая стенка 14 расположены напротив друг друга и образуют выходную апертуру 15, расположенную со стороны плоской мишени 1. Внутренний полюсный наконечник 11 и внешний полюсный наконечник 13 могут быть изготовлены из немагнитной стали, например из аустенитной коррозионно-стойкой стали. Внутренний полюсный наконечник 11 и внешний полюсный наконечник 13 охватывают корпус 5 с внешней стороны и отделены от него изолятором 16, выполненного, например, из фторопласта. Источник ионов газа 10 содержит также кольцевой анод 17 со вторым каналом водяного охлаждения 18. Этот канал подключен к источнику воды (не показан), в качестве которого можно использовать, например, охладитель с двойным контуром охлаждения. В качестве материала кольцевого анода 17 можно использовать аустенитную коррозионно-стойкую сталь. Источник ионов газа 10 содержит также плиту 19 с третьим каналом водяного охлаждения 20. Этот канал подключен к источнику воды (не показан), в качестве которого можно использовать, например, охладитель с двойным контуром охлаждения. Источник ионов газа 10 содержит также вторую магнитную систему 21, коаксиально расположенную вокруг корпуса 5. В качестве второй магнитной системы можно использовать кольцевой постоянный магнит, изготовленный, например, из сплава на основе системы неодим-железо-бор. Источник ионов газа 10 содержит также высоковольтный источник питания 22, положительным полюсом соединенный с кольцевым анодом 17, а отрицательным полюсом соединенный с заземляющим проводником 8. В качестве источника питания 22 можно использовать блок питания стабилизированного напряжения или тока с положительной полярностью выходного напряжения. В блоке имеется гальванически изолированный от корпуса выходной высоковольтный разъем. В одном из вариантов первая магнитная система 4 состоит из постоянного центрального магнита 24, периферийного постоянного магнита 25, изготовленных, например, из сплава на основе системы неодим-железо-бор и установленных на магнитопроводе 23, изготовленном из электротехнической стали.
В одном из вариантов первая стенка 12 и вторая стенка 14 выходной апертуры 15 расположены параллельно вертикальной оси 9.
В другом варианте стенка 12 и вторая стенка 14 выходной апертуры 15 наклонены в сторону мишени 1 и образуют с вертикальной осью 9 угол 5. Угол 8 может быть в диапазоне от 0 до 15 градусов.
Устройство для нанесения покрытий в вакууме работает следующим образом.
В вакуумной камере (не показана), в которой установлено устройство для нанесения покрытий в вакууме, создается остаточное давление с помощью средств откачки (не показаны). Затем в вакуумную камеру подается рабочий газ, например аргон, до рабочего давления порядка 0,1 Па. При подаче на кольцевой анод 17 положительного потенциала от высоковольтного источника питания 22 между кольцевым анодом 17 и внутренним 11 и внешним 13 полюсными наконечниками зажигается электрический разряд при вакууметрическом давлении рабочего газа, например, аргона. В области горения разряда, образованной при пересечении силовых линий магнитного и электрического полей (не показана), происходят генерация ионов рабочего газа и их ускорение через выходную апертуру 15 по направлению к поверхности обрабатываемого изделия (установлено в вакуумной камере, не показано). Происходит обработка поверхности изделия потоком ускоренных ионов газа, результатом которой является ее нагрев и очистка от загрязнений. Далее, при подаче на корпус 5 отрицательного потенциала от источника питания 7 между корпусом 5 и внутренним 11 и внешним 13 полюсными наконечниками зажигается электрический разряд при вакууметрическом давлении рабочего газа, например аргона. В области горения разряда, образованной при пересечении силовых линий магнитного и электрического полей (не показана), происходит генерация ионов, которые, двигаясь по направлению к мишени 1, распыляют атомы материала на ее поверхности. Полученные атомы материала мишени 1 вылетают через прижим 3 по направлению к поверхности обрабатываемого изделия (установлено в вакуумной камере, не показана). Происходит одновременная обработка поверхности изделия потоками ускоренных ионов рабочего газа и атомов материала мишени.
То, что в устройство для нанесения покрытий в вакууме введен источник ионов газа 10, расположенный коаксиально вертикальной оси 9, содержащий внутренний полюсный наконечник 11, включающий первую стенку 12, содержащий также внешний полюсный наконечник 13, включающий вторую стенку 14, при этом первая стенка 12 и вторая стенка 14 расположены напротив друг друга и образуют выходную апертуру 15, расположенную со стороны плоской мишени 1, при этом внутренний полюсный наконечник 11 и внешний полюсный наконечник 13 охватывают корпус 5 с внешней стороны и отделены от него изолятором 16, содержащим также кольцевой анод 17 со вторым каналом водяного охлаждения 18, плиту 19 с третьим каналом водяного охлаждения 20, вторую магнитную систему 21, коаксиально расположенные вокруг корпуса 5, содержащий также высоковольтный источник питания 22, положительным полюсом соединенный с кольцевым анодом 17, а отрицательным полюсом соединенный с заземляющим проводником 8, позволяет сохранять работоспособность устройства при рабочих давлениях ниже 0,1 Па. При этом на поверхности обрабатываемого изделия синтезируются высококачественные плотные (без пор) покрытия с мелкозернистой структурой.
То, что первая стенка 12 и вторая стенка 14 выходной апертуры 15 расположены параллельно вертикальной оси 9, позволяет обрабатывать поверхность изделия потоком ионов рабочего газа с повышенными параметрами качества.
То, что первая стенка 12 и вторая стенка 14 выходной апертуры 15 наклонены в сторону мишени 1 и образуют с вертикальной осью 9 угол 8, позволяет обрабатывать поверхность изделия сходящимся потоком ионов рабочего газа с повышенными параметрами качества.