УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ

Полезная модель относится к плазменной технике и предназначена для нанесения посредством магнетронного распыления металлических покрытий различного функционального назначения на различные изделия.
Известна магнитная распылительная система для нанесения металлических и полупроводниковых покрытий, которая содержит дополнительный электрод в виде сетки, выполненной из тугоплавкого металла, находящийся под потенциалом катода и расположенный по отношению к аноду со стороны, противоположной катодному узлу на расстоянии большем, чем расстояние, при котором возможен электрический пробой (Пат. РФ на полезную модель 134932).
К недостаткам такой системы можно отнести возникновение потерь мощности разряда на дополнительном электроде вследствие того, что дополнительный электрод (сетка) является элементом, повышающим кинетическую энергию положительно заряженных частиц (ионов плазмообразующего газа и распыленных ионов материала покрытия). Этот эффект приводит к повышению вероятности распыления растущего покрытия с образованием дополнительного количества ионов материала покрытия, а также к повышению вероятности ионизации в приповерхностной (у подложки) зоне с более высокой концентрацией частиц в результате ион-атомных столкновений. Образовавшиеся в результате таких процессов ионы имеют достаточно высокую вероятность попадать в зону сетка-анод, вызывая при этом спорадические пробои по механизму таунсендовского разряда.
Кроме того, при изменении технологических параметров (давления газа внутри камеры, потере физических свойств постоянных магнитов) может значительно изменяться длина свободного пробега распыляемых частиц, что повышает вероятность возникновения паразитного разряда между анодом и сеткой.
Наиболее близким, принятым за прототип, является устройство для получения многокомпонентных, многослойных покрытий, в котором торцевые фланцы вакуумной камеры соединены с сердечниками электромагнитов и являются магнитопроводами магнитной системы, катоды-мишени, каждый из которых изготовлен из компонентов, составляющих покрытие, и расположены равномерно по окружности, анод выполнен из двух частей, установленных на торцевых фланцах по оси камеры и является общим для всех катодов - мишеней (Пат. UA 105835).
Недостатки известного устройства состоят в том, что при подаче потенциала на анод, между элементами анода, закрепленными на торцевых фланцах вакуумной камеры, и близко расположенными магнитными полюсными наконечниками, находящимися под потенциалом камеры, возникает паразитный тлеющий разряд. Этот эффект приводит к потере полезной мощности разряда, перегреву и распылению полюсных наконечников, определенные трудности получения покрытий заданного состава и, как следствие, потере магнитных свойств материала.
Технической задачей полезной модели является снижение потерь полезной мощности разряда.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для получения многокомпонентных многослойных покрытий, состоящем из цилиндрической вакуумной камеры, катодов-мишеней, держателей деталей, магнитной системы, включающей электромагниты, расположенные диаметрально вне вакуумной камеры и магнитопроводы, соединенные с торцевыми фланцами вакуумной камеры, выполненными из магнитопроводного материала, анод, выполненный из двух элементов, установленных с радиальными зазорами внутри полюсных наконечников на торцевых фланцах по оси вакуумной камеры, снабжен электрически нейтральными экранами, выполненными из немагнитного металла и установленными коаксиально между элементами анода и полюсными наконечниками.
Установка электрически нейтральных экранов между анодом и полюсными наконечниками, выполненных из немагнитного металла, например, из стали 12Х18Н10Т позволит исключить возможность возникновения паразитного тлеющего разряда в радиальном зазоре между положительным анодом и полюсными наконечниками, имеющими потенциал камеры, который может привести к перегреву полюсных наконечников и, как следствие, распылению материала, из которого они изготовлены.
В свою очередь, исключение паразитного разряда между электрическими частями устройства и конструктивными элементами камеры обеспечит повышение полезной мощности разряда и повышение качества покрытий.
На фигуре показана схема устройства для получения многокомпонентных, многослойных покрытий.
Устройство для получения многокомпонентных, многослойных покрытий содержит охлаждаемую цилиндрическую вакуумную камеру 7, которая закрыта торцевыми фланцами 2, изготовленными из магнитопроводного материала. Сердечники 3 электромагнитов 4 соединены с торцевыми фланцами 2 и образуют замкнутую магнитную систему. По оси устройства расположен анод 5, выполненный из двух элементов, установленных внутри полюсных наконечников 10 магнитной системы, между которыми формируется аксиальное магнитное поле. Между элементами анода 5 и полюсными наконечниками 10 расположены электрически нейтральные экраны 12. Катоды - мишени 8 изготовлены из материалов, являющимися компонентами формируемого покрытия, и расположены симметрично по окружности снаружи полюсных наконечников. Потенциал катодов - мишеней регулируется от независимых управляемых источников питания 11. Детали, на которых конденсируется распыляемый с катодов - мишеней материал, установлены на коаксиальных
с осью камеры держателях деталей 6, изолированных от камеры. Потенциал к держателям деталей подводится от отдельного управляемого источника питания 9.
Корпус вакуумной камеры / изготовлен, например, из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Торцевые фланцы вакуумной камеры 2 совместно с магнитными полюсами 10 - из магнитопроводной стали 3X13.
Устройство работает следующим образом.
2
3
При включении электромагнитов 4 внутри вакуумной камеры 1 формируется магнитное поле необходимой конфигурации, которое замыкается по сердечникам 3, торцевым фланцам 2 и полюсными наконечниками 10. От источника постоянного тока 7 между анодом 5 и катодами - мишенями 8 устанавливают разность потенциалов 10-10 В. Нейтральные экраны 12, находящиеся под «плавающим» потенциалом, предотвращают возникновение паразитного разряда между анодом 5 и полюсными наконечниками 10, что в свою очередь приводит к снижению нагрева полюсных наконечников и исключает возможность распыления полюсных наконечников и отсутствию потерь мощности разряда. При напуске в вакуумную камеру рабочего газа (Ar) до давления 0,01-0,1 Па вдоль оси генератора формируется разряд отражательного типа с осциллирующими ионами (типа разряда Пеннинга), а радиальное электрическое поле обеспечивает ускорение ионной компоненты газовой и металлической плазмы в радиальном направлении.
Во время чистки деталей и их держателей 6 на катоды - мишени подается положительный запирающий потенциал с помощью управляемых источников питания 11, чтобы уменьшить распыление катодов - мишеней 8. В режиме нанесения покрытий на держатели деталей 6 от управляемого источника питания 9 подается положительный потенциал относительно катодов - мишеней 8, что позволяет уменьшить распыление обрабатываемой поверхности высокоэнергетичными ионами.
Конфигурация электрического и магнитного поля такова, что электроны плазмообразующего газа практически не попадают на держатели деталей 6, следовательно, уменьшается плотность потока энергии, приходящая на держатели деталей, находящихся, в основном, в потоке распыленного материала, который осаждается на покрываемые детали в виде атомов и ионов. Это приводит к снижению температуры обрабатываемых деталей и дает возможность формировать покрытия с низкими температурами фазовых переходов.