Спосіб нанесення покриттів і пристрій для його здійснення

1 Спосіб нанесення покриттів, що включає очищення підкладки, іонізацію робочого середовища в плазмовому джерелі ІОНІВ, витягування, прискорення й осадження іонного потоку на підкладці, який відрізняється тим, що перед осадженням на підкладку іонний потік розшаровують на окремі пучки, фокусують їх і пропускають через магнітну відхиляючу систему 2 Пристрій для нанесення покриттів, що містить плазмове джерело ІОНІВ І підкладку, який відрізняється тим, що плазмове джерело ІОНІВ виконано у вигляді магнетронної розрядної системи з холодним катодом або катодом, що випаровується, між плазмовим джерелом ІОНІВ І підкладкою введені розшаровувач іонного потоку, виконаний у вигляді гратів рухливих електродів, і магнітна відхиляюча система, при цьому осі магнітів магнетронної розрядної системи збігаються з осями отворів у розшаровувачі і магнітній ВІДХИЛЯЮЧІЙ системі 3 Пристрій по п 2, який відрізняється тим, що електроди розшаровувача іонного потоку служать джерелом електронів для магнетронної розрядної системи 4 Пристрій по п 2, який відрізняється тим, що розшаровувач іонного потоку і магнітної відхиляючої системи, сполучені 5 Пристрій по п 2, який відрізняється тим, що матеріали катоду магнетронної розрядної системи і покриття на підкладці однакові Винахід відноситься до способів і пристроїв для нанесення покриттів на метали й ІНШІ матеріали шляхом випари, розпилення, іонним впровадженням або ХІМІЧНИМ покриттям шляхом розкладання газоподібних, рідких або твердих з'єднань Більш конкретно - до способів і пристроїв для нанесення на матеріали твердих вуглецевих покриттів, наприклад, алмазних і алмазоподібних Відомий спосіб і пристрій із плазмовим джерелом ІОНІВ для нанесення плівок з іонного потоку [Pat USA№ 4 869 923, Sep 26,1989] Спосіб полягає в запалюванні розряду для одержання плазми, активації газу, стиску плазмового потоку магнітним полем і напрямку плазмового потоку на підкладку, що підігрівається, і на яку подають електричний потенціал зсуву Пристрій містить систему з розрядних електродів для одержання плазми й активації основного газу, підкладку з підкладкотримачем і системою нагрівання, охолодження і подачі напруги зсуву, а також систему електродів із магнітним полемо для стиску й активації плазмового пучка, що спрямовується на підкладку Загальним недоліком способу і пристрою є низька продуктивність і наявність у плазмовому потоці неоднорідних частинок, що осаджуються на підкладку у вигляді кластерів, що знижує якість плівок мікроміцність, теплопровідність, електроопір, прозорість ВІДОМІ також спосіб і система для нанесення плівок із використанням дугового розряду для створення плазмового потоку [Pat USA № 4 885 068, Dec 5,1989] Спосіб полягає у використанні дугового розряду для створення плазмового потоку, а також магнітного поля в проміжному електроді для стабілізації, стискання й ефективного проходження плазми до підкладки Пристрій містить постійний магніт і проміжний електрод із магнітною котушкою, що служать для стабілізації, стискання й ефективного проходження плазми Недоліком цього способу і пристрою є низька якість напилювання плівок і порівняно низька продуктивність Найближчий по технічній суті спосіб осадження алмазних плівок описаний у [Пат № WO 00 00 48778 88/10321, МКП С23С 14/32, 29 Dec 1988, ИСМ 1989, вип 70, с 15] Він полягає в очищенні підкладки, іонізації робочого середовища в плазмовому джерелі ІОНІВ, витягуванні, прискоренні й осадженні на поверхню підкладки сепарованого пучка ІОНІВ вуглецю і легуючих домішок низкою енергії Недоліком цього способу є порівняно низька швидкість осадження плівки Найближчий по технічній сутності пристрій для нанесення плівок, обраний прототипом, описаний в [Pat USA № 4 844 785, Jul 4, 1989] Він містить підкладку, плазмове джерело ІОНІВ ІЗ ЩО розпорошується іонним бомбардуванням мішенню, що утворює вуглецеву плазму, частинки якої осаджуються на підкладці у вигляді алмазоподібній плівки Його недоліками є невисока якість плівок і низька продуктивність У основу винаходу поставлена задача розробки способу нанесення плівок, у якому введення нових операцій дозволяє усунути в плазмовому потоці неоднорідні частинки, що призводить до підвищення якості і швидкості нанесення плівок Поставлена задача вирішується тим, що в способі нанесення плівок шляхом очищення підкладки, іонізації робочого середовища в плазмовому джерелі ІОНІВ, витягуванні, прискоренні й осадженні іонного потоку на підкладці, перед осадженням на підкладку, іонний потік розшаровують на окремі пучки, фокусують їх і пропускають через магнітну відхиляючу систему За рахунок розшарування, фокусування і сканування іонних пучків досягається істотне підвищення швидкості нанесення плівок, а за рахунок використання магнетронної розрядної системи ЯКІСТЬ ПЛІВОК У основу винаходу поставлена також задача створення пристрою для нанесення плівок, у якому за рахунок введення нових елементів і зв'язків між ними досягається можливість усунення неоднорідних частинок у плазмовому потоці, що призводить до підвищення якості і швидкості нанесення ПЛІВОК Поставлена задача досягається тим, що в пристрій для нанесення плівок, яке містить плазмове джерело ІОНІВ і підкладку, на якій осаджується іонний потік, плазмове джерело ІОНІВ, виконаний у вигляді магнетронної розрядної системи з холодним катодом або катодом, що випаровується, між плазмовим джерелом ІОНІВ І підкладкою введені розшаровувач іонного потоку, виконаний у вигляді грати рухливих електродів, і магнітна відхиляюча система, при цьому осі магнітів магнетронної розрядної системи збігаються з осями отворів в розшаровувачі і магнітній ВІДХИЛЯЮЧІЙ системі, електроди розшаровувача іонного потоку служать джерелом електронів для магнетронної розрядної системи, розшаровувач іонного потоку і магнітна відхиляюча система сполучені, матеріали катоду магнетронної розрядної системи і покриття на підкладці однакові Використання в якості плазмового джерела ІОНІВ магнетронної розрядної системи з холодним катодом або катодом, що випаровується, матеріал якого збігається з матеріалом покриття на підкладці, дозволяє збільшити потік матеріалу на підкла дку у вигляді ІОНІВ, атомів і молекул, і, тим самим, збільшити якість покриття і швидкість осадження матеріалу Введення розшаровувача іонного потоку, виконаного у вигляді гратів рухливих елементів, що служать джерелами електронів для магнетронної розрядної системи, і магнітної відхиляючої системи, а також суміщення розшаровувача іонного потоку з магнітною відхиляючою системою, і збіг осей магнітів магнетронної розрядної системи з осями отворів у розшаровувачі іонного потоку також сприяє цьому, тому що відбувається фокусування іонного потоку і підвищується ступінь іонізації нейтральних атомів у плазмовому джерелі ІОНІВ На фіг 1 подана загальна схема пристрою для нанесення плівок, а на фіг 2 -перетин пристрою в площині А - А Пристрій, на якому здійснюють запропонований спосіб, містить плазмове джерело ІОНІВ у ВИГЛЯДІ магнетронної розрядної системи, що складається з катодного вузла 1, магнітів 2, катоду З, аноду 4 Між катодом 3 і анодом 4 магнетронної розрядної системи включене джерело живлення 5 Катодний вузол 1 електричко з'єднаний із катодом З магнетронної розрядної системи За анодом 4 розташовані електроди 6 розшаровувача іонного потоку, поміщені між полюсами магніту 7 відхиляючої системи, що створює поперечне магнітне поле в проміжках між електродами 6 розшаровувача іонного потоку Між анодом 4 магнетронної розрядної системи й електродами 6 розшаровувача іонного потоку включене джерело живлення 8, призначений для прискорення іонних пучків 9, що витягаються з плазми 10 За електродами 6 розшаровувача іонного потоку і полюсами магніту відхиляючої системи 7 розташована підкладка 11 з системою переміщення (на фіг 1 не показана) і системою регулювання температури 12 Між електродами 6 розшаровувача іонного потоку і підкладкою 11 включене електричне джерело живлення 13 для керування потенціалом підкладки 11 Під час роботи пристрою між катодом 3 і анодом 4 магнетронної розрядної системи утворюється плазма 10, ІОННІ пучки 9 і електронні пучки 14 На фіг 1 буквами позначений D - крок між електродами 6 розшаровувача іонного потоку, а - ширина області магнітного поля між полюсами магніту 7 системи, що відхиляє, L - відстань від центру полюса магніту 7 відхиляючої системи до поверхні підкладки 11 Пристрій працює таким чином За допомогою вакуумних насосів і регуляторів мікропотоків газу (на фігурах не показані) між електродами пристрою створюється тиск робочої суміші газів порядку 10 2 - 1Па При прикладанні різниці потенціалів від електричного джерела живлення 5 між катодним вузлом 1 і анодом 4 магнетронної розрядної системи запалюється магнетронний розряд і утворюється плазма 10 Вона є джерелом ІОНІВ у проміжку анод 4 магнетронної розрядної системи й електродами 6 розшаровувача іонного потоку, між якими включене джерело живлення 8 для прискорення іонних потоків 9 3 електродів 6 розшаровувача іонного потоку іонами вибиваються електрони, що формуються в електронні пучки 14 Вони, попадаючи в плазму 10 і порожнини катода З, 48778 сприяють більш високій іонізації робочого газу і випару його матеріалу 3 поверхні плазми 10 формуються ІОННІ пучки 9, що проходять між електродами 6 розшаровувача іонного потоку і потрапляють на підкладку 11 Проходячи між полюсами магніту 7 відхиляючої системи, що створюють поперечне щодо напрямку швидкості прямування іонних пучків 9 магнітне поле, ІОННІ пучки відхиляються і сканують по поверхні підкладки 11 При цьому відбувається поділ іонного пучка по масах і їх окремі сорти локалізуються на певних ділянках поверхні підкладки 11 Змінюючи режими бомбардування підкладки 11 іонними пучками 9 різноманітного складу, одержують оптимальні умови осадження і необхідну якість плівки, що осаджується Плівка осаджується окремими смугами, проте, зміщуючи підкладку 11 або електроди 6 розшаровувача іонного потоку відносно один одного, одержують достатньо однорідну плівку (механізм відносного переміщення підкладки 11 і електродів 6 розшаровувача іонного потоку на фігурах не показаний) системи и осей отворів у розшаровувачі іонного потоку 6 і магнітної відхиляючої системи 7, іонний потік 9, який утворюється, формується з увігнутої поверхні плазми 10, що підвищує його ЩІЛЬНІСТЬ на мішені 11 Відстань від центру магнітної відхиляючої системи 7 до поверхні підкладки L вибирається з ві1/2 домого співвідношення D/2 = (q/2mi) • (а • В • /2 І_)/Ш , де D - крок між електродами розшаровувача іонного потоку, q/mi - відношення заряду юна до його маси, а - ширина області магнітного поля між полюсами магнітної відхиляючої системи, В індукція магнітного поля між полюсами магнітної відхиляючої системи, L - відстань від центру полюса магніту магнітної відхиляючої системи до поверхні підкладки, U - напруга, що прискорює іони і яке подається від джерела живлення 8 Сканування іонних пучків 9 по поверхні підкладки 11 можна здійснити електричними методами, змінюючи індукцію В між полюсами магніту 7 відхиляючої системи і напруга U джерела 8, що прискорює іони При збігу осі магнітів 2 магнетронної розрядної Сечение А-А Фиг 1 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71