RU2224050C2 - Method and apparatus for deposition of biaxially oriented textured coatings - Google Patents

Method and apparatus for deposition of biaxially oriented textured coatings Download PDF

Info

Publication number
RU2224050C2
RU2224050C2 RU2000127113/02A RU2000127113A RU2224050C2 RU 2224050 C2 RU2224050 C2 RU 2224050C2 RU 2000127113/02 A RU2000127113/02 A RU 2000127113/02A RU 2000127113 A RU2000127113 A RU 2000127113A RU 2224050 C2 RU2224050 C2 RU 2224050C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
target
energy particles
stream
magnetron
Prior art date
Application number
RU2000127113/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000127113A (en
Inventor
ГРИЗ Роже ДЕ (BE)
ГРИЗ Роже ДЕ
Юрген ДЕНЮЛЬ (BE)
Юрген ДЕНЮЛЬ
Original Assignee
Н.В.Бекарт С.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Н.В.Бекарт С.А. filed Critical Н.В.Бекарт С.А.
Publication of RU2000127113A publication Critical patent/RU2000127113A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2224050C2 publication Critical patent/RU2224050C2/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C23C14/354—Introduction of auxiliary energy into the plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/225—Oblique incidence of vaporised material on substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/083—Oxides of refractory metals or yttrium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/46—Sputtering by ion beam produced by an external ion source
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: method involves providing bombardment during deposition of high-energy particles at controlled angle. Deposition of biaxially oriented coatings on substrate 6 is carried out by means of at least one magnetron spraying devices 1 generating flow of material to be deposited and high-energy particle beam 5 with controlled direction and, accordingly, with controlled angle of incidence onto substrate 6. Magnetron spraying source 1 generates high-energy particle beam 5 together with material to be deposited. EFFECT: simplified method allowing single source to be used for producing of material to be deposited and high- energy particle beam, and wider range of use in various branches of industry. 17 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к способам осаждения двухосно текстурированных покрытий, где двухосное текстурирование вызывается бомбардировкой частицами высокой энергии во время осаждения под специально управляемым углом. The invention relates to methods for deposition of biaxially textured coatings, where biaxial texturing is caused by bombardment by high energy particles during deposition at a specially controlled angle.

Двухосно текстурированное покрытие представляет собой покрытие, в котором два кристаллографических направления являются параллельными в смежных зернах. Известен тот факт, что поток частиц высокой энергии, направляемый во время осаждения под углом менее 90o относительно поверхности подложки, может вызывать двухосное текстурирование в покрытии. Также известно, что в зависимости от кристаллической структуры осаждаемого материала будет иметься оптимальный угол падения для частиц высокой энергии, который приведет к наивысшей степени двухосного текстурования, L.S.Yu, J.M.Harper, J.J.Cuomo and D. A. Smith, J.Vac. Sci. Technol. A 4(3), p.443, 1986, R.P.Reade, P.Berdahl, R. E. Russo, S.M.Garrison, Appl. Phys. Lett. 61(18), p.2231, 1992; N.Sonnenberg, A.S.Longo, N.J.Cima, B.P.Chang, K.G.Ressler, P.C.McIntyre, Y.P.Liu, J. Appl. Phys. 74(2), p.1027, 1993; Y.Iijima, K.Onabe, N.Futaki, N.Tanabe, N. Sadakate, O. Kohno, Y. Ikeno, J. Appl. Phys. 74(3), p.1905, 1993; X.D. Wu, S. R. Foltyn, P.N. Arendt, D.E. Peterson, High Temperature Superconducting Tape Commercialization Conference, Albuquerque, New Mexico, July 5-7, 1995.A biaxially textured coating is a coating in which two crystallographic directions are parallel in adjacent grains. It is known that a high-energy particle flow directed during deposition at an angle of less than 90 ° relative to the surface of the substrate can cause biaxial texturing in the coating. It is also known that, depending on the crystal structure of the deposited material, there will be an optimal angle of incidence for high energy particles, which will lead to the highest degree of biaxial texturing, LSYu, JM Harper, JJ Cuomo and DA Smith, J. Vac. Sci. Technol. A 4 (3), p. 433, 1986, RPReade, P. Berdahl, RE Russo, SM Garrison, Appl. Phys. Lett. 61 (18), p. 2231, 1992; N.Sonnenberg, ASLongo, NJCima, BPChang, KGRessler, PCMcIntyre, YPLiu, J. Appl. Phys. 74 (2), p.1027, 1993; Y. Iijima, K. Onabe, N. Futaki, N. Tanabe, N. Sadakate, O. Kohno, Y. Ikeno, J. Appl. Phys. 74 (3), p. 1905, 1993; XD Wu, SR Foltyn, PN Arendt, DE Peterson, High Temperature Superconducting Tape Commercialization Conference, Albuquerque, New Mexico, July 5-7, 1995.

Было описано несколько способов осаждения для подготовки двухосно текстурированных покрытий. Важным недостатком этих способов осаждения является тот факт, что подача осаждаемого материала и потока частиц высокой энергии генерируется раздельными источниками. Тем самым требуется, чтобы оба источника находились в одной и той же вакуумной камере. Это может приводить к несовместимости между источниками, требующими некоторого компромисса в отношении рабочих диапазонов для достижения совместимой работы. Вообще говоря, для генерации потока ионов высокой энергии, направленного под управляемым углом к подложке, и для роста покрытия на ней, используется ионный источник. Для генерации осаждаемого материала использовались различные устройства осаждения (например, ионно-лучевое распыление, импульсное лазерное напыление, электронно-лучевое напыление, магнетронное распыление, см. вышеупомянутые ссылки). Эта потребность в двух различных источниках для генерации осаждаемого материала и потока частиц высокой энергии, делает способ осаждения более трудным для овладения, более трудным для управления, менее подходящим для крупномасштабного применения и более дорогостоящим. Several deposition methods have been described for preparing biaxially textured coatings. An important disadvantage of these deposition methods is the fact that the feed of the deposited material and the flow of high energy particles are generated by separate sources. Thus, it is required that both sources are in the same vacuum chamber. This can lead to incompatibilities between sources that require some compromise regarding operating ranges to achieve compatible performance. Generally speaking, an ion source is used to generate a high energy ion flux directed at a controlled angle to the substrate and to grow the coating on it. Various deposition devices were used to generate the deposited material (e.g., ion beam sputtering, pulsed laser sputtering, electron beam sputtering, magnetron sputtering, see the above links). This need for two different sources for generating a deposited material and a stream of high energy particles makes the deposition method more difficult to master, more difficult to control, less suitable for large-scale applications and more expensive.

Были описаны эффективные пути для нанесения материала с помощью бомбардировки частицами высокой энергии (например, ионами) во время осаждения, с использованием способов нанесения с помощью плазмы. Эти способы плазменного осаждения или ионного осаждения широко используются для увеличения плотности покрытий, увеличения твердости покрытий, управления напряжением в покрытиях, влияния на оптические свойства покрытий и т.д. Также было описано использование для этих целей устройств магнетронного распыления. Также было описано, что на эффективность источника магнетронного распыления можно значительно влиять посредством изменения конфигурации магнитного поля. Например, W. D. Sproul в публикации в журнале: Material Sciences and Engineering, vol. A136, стр.187, (1993) описал способ для увеличения плотности частиц высокой энергии на подложке посредством изменения конфигурации магнитного поля. Sawides и Katsaros в публикации: Applied Physics letters, vol.62, стр.528 (1993) и S. Gnanazajan ct. с соавт. в публикации: Applied Physics Letters, vol. 70, стр. 2816, (1997) описывают способ уменьшения бомбардировки частицами высокой энергии в подложке и выращивания покрытия. Однако во всех этих способах не описано управление направлением частиц высокой энергии и углом падения на подложку и, следовательно, не описано подходящего двухосного текстурирования. Effective ways have been described for applying material by bombarding with high energy particles (e.g., ions) during deposition using plasma application methods. These methods of plasma deposition or ion deposition are widely used to increase the density of coatings, increase the hardness of coatings, control the voltage in the coatings, influence the optical properties of coatings, etc. The use of magnetron sputtering devices for these purposes has also been described. It has also been described that the efficiency of a magnetron sputtering source can be significantly affected by changing the configuration of the magnetic field. For example, W. D. Sproul in a journal publication: Material Sciences and Engineering, vol. A136, p. 187, (1993) described a method for increasing the density of high energy particles on a substrate by changing the magnetic field configuration. Sawides and Katsaros in Applied Physics letters, vol. 62, p. 528 (1993) and S. Gnanazajan ct. et al. in publication: Applied Physics Letters, vol. 70, p. 2816, (1997) describe a method of reducing particle bombardment of high energy in a substrate and coating growth. However, in all of these methods, control of the direction of the high energy particles and the angle of incidence on the substrate is not described, and therefore, suitable biaxial texturing is not described.

Использование разбалансированого магнетрона для ионного осаждения было описано для различных применений, см. публикации: В. Window, J.Vac. Sci. Technol. , A 7(5), стр. 3036, 1989, и В. Window, G.L.Harding, J. Vac. Sci. Technol., A 8(3), стр. 1277, 1990. The use of an unbalanced magnetron for ion deposition has been described for various applications, see publications: B. Window, J.Vac. Sci. Technol. , A 7 (5), p. 3036, 1989, and B. Window, G. L. Harding, J. Vac. Sci. Technol., A 8 (3), p. 1277, 1990.

Наиболее близким аналогом является диодное распылительное устройство, раскрытое в DE 4333022 А, в котором электроны выдергиваются из мишени посредством высоких напряжений, подаваемых на управляющую сетку. Устройство также может быть использовано и для двухосного осаждения. Физические процессы, происходящие при диодном распылении и при магнетронном распылении, существенно различаются. К примеру, давления, используемые в диодном устройстве значительно выше, чем в магнетронном устройстве. The closest analogue is the diode atomization device disclosed in DE 4333022 A, in which electrons are pulled out of the target by high voltages applied to the control grid. The device can also be used for biaxial deposition. The physical processes that occur during diode sputtering and magnetron sputtering differ significantly. For example, the pressures used in a diode device are much higher than in a magnetron device.

Следовательно, остается потребность в способе и устройстве для осаждения двухосно текстурированных покрытий, которые включают более простое оборудование. Такие способ и устройство должны быть идеально простыми для овладения и управления, а также хорошо подходить для крупномасштабного применения. До настоящего изобретения не существовало такого способа или устройства для двухосного текстуририрования с использованием единого источника для осаждаемого материала и потока частиц высокой энергии. Therefore, there remains a need for a method and apparatus for the deposition of biaxially textured coatings, which include simpler equipment. Such a method and apparatus should be ideally simple to master and control, and well suited for large-scale applications. Prior to the present invention, there was no such method or device for biaxial texturing using a single source for the deposited material and the flow of high-energy particles.

Соответственно задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить способ для осаждения двухосно текстурированных покрытий, который является более простым для выполнения и управления, а также устройство для осуществления способа. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for depositing biaxially textured coatings that is simpler to perform and control, as well as an apparatus for implementing the method.

Настоящее изобретение обеспечивает способ для осаждения двухосно текстурированных покрытий на подложку с использованием одного или более магнетронных распылительных устройств в качестве источника как осаждаемых частиц, так и направленного потока частиц высокой энергии, вызывающих двухосное текстурирование. The present invention provides a method for depositing biaxially textured coatings on a substrate using one or more magnetron sputtering devices as a source of both the deposited particles and the directed flow of high energy particles causing biaxial texturing.

Настоящее изобретение также включает использование разбалансированного магнетрона, включающего газ распыления и мишень для распыления материала мишени на подложку, для того, чтобы генерировать ионный пучок посредством амбиполярной диффузии, причем упомянутый ионный пучок, по существу состоящий из ионов газа распыления. The present invention also includes the use of an unbalanced magnetron comprising a sputtering gas and a target for sputtering the target material onto a substrate in order to generate an ion beam through ambipolar diffusion, said ion beam essentially consisting of atomization gas ions.

Настоящее изобретение также обеспечивает способ для осаждения двухосно текстурированных покрытий на подложку, использующий один или более магнетронных распылительных устройств, генерирующих как поток осаждаемого материала, так и поток частиц высокой энергии с управляемым направлением и, посредством этого, с управляемым углом падения на подложку. The present invention also provides a method for depositing biaxially textured coatings on a substrate using one or more magnetron sputtering devices generating both a stream of deposited material and a stream of high energy particles with a controlled direction and, thereby, a controlled angle of incidence on the substrate.

Настоящее изобретение также включает магнетронный источник распыления, генерирующий пучок частиц высокой энергии вместе с осаждаемым материалом, направленным к подложке под углом, управляемым таким образом, что на подложку осаждается двухосно текстурированное покрытие. The present invention also includes a magnetron sputtering source generating a beam of high energy particles together with a deposited material directed toward the substrate at an angle controlled so that a biaxially textured coating is deposited on the substrate.

Посредством использования единого источника для ионного пучка, используемого для текстурирования покрытия на подложке, а также для осаждения частиц на подложку для формирования покрытия, устраняются проблемы, связанные с несовместимостью между различными источниками в одной вакуумной камере для этих двух различных пучков. By using a single source for the ion beam used to texture the coating on the substrate, and also to deposit particles on the substrate to form the coating, the problems associated with incompatibility between different sources in the same vacuum chamber for these two different beams are eliminated.

Зависимые пункты формулы изобретения определяют дополнительные независимые варианты воплощения настоящего изобретения. The dependent claims define additional independent embodiments of the present invention.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает схематическое представление источника распыления плоского магнетрона (планотрона) согласно одному из вариантов настоящего изобретения,
фиг. 2 изображает схематическое представление источника распыления магнетрона с вращающимся катодом согласно одному из вариантов настоящего изобретения,
фиг.3а и 3б изображают схематическое представление силовых линий магнитного поля источника распыления плоского магнетрона и магнетрона с вращающимся катодом согласно настоящему изобретению,
фиг. 4а-4г изображают схематическое представление электростатических отражающих заслонок, которые могут использоваться с любым из вариантов воплощения настоящего изобретения,
фиг. 5 и 6 изображают схематическое представление многочисленных источников распыления плоского магнетрона и магнетрона с вращающимся катодом согласно варианту воплощения настоящего изобретения,
фиг.7 изображает схематическое представление источника распыления плоского магнетрона согласно другому варианту настоящего изобретения.The invention is further explained in the description of specific variants of its embodiment with reference to the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 is a schematic representation of a sputtering source of a planar magnetron (planotron) according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a schematic representation of a sputtering source of a rotating cathode magnetron according to an embodiment of the present invention,
figa and 3b depict a schematic representation of the lines of force of the magnetic field of a sputtering source of a flat magnetron and a rotating cathode magnetron according to the present invention,
FIG. 4a-4g show a schematic representation of electrostatic reflective shutters that can be used with any of the embodiments of the present invention,
FIG. 5 and 6 are a schematic representation of numerous sputtering sources of a planar magnetron and a rotating cathode magnetron according to an embodiment of the present invention,
7 is a schematic representation of a sputtering source of a planar magnetron according to another embodiment of the present invention.

Способ для осаждения двухосно текстурированных покрытий согласно настоящему изобретению, который ниже будет объясняться подробно, может использоваться для покрытия неподвижных подложек, вращающихся подложек, партий подложек, а также в непрерывных процессах покрытия. Магнетронным устройством или устройствами распыления может быть любой подходящий распыляющий магнетрон, например магнетроны с плоскими круглыми мишенями или плоскими прямоугольными мишенями, или вращающиеся устройства. Общие аспекты установки подложек и/или перемещения подложек, устройств распыления и других составляющих, требуемых для конструирования и эксплуатации системы осаждения, таких, как вакуумная камера, устройство для установки и охлаждения мишени, устройство для электрического соединения катода мишени к источнику питания, заземленные экраны для предотвращения нежелательного распыления некоторых частей распыляющего устройства и предотвращения дугового разряда, и т.д. известны специалистам. Поэтому эти составляющие не описываются здесь подробно. Специалисты также осознают потребность в очистке подложки перед осаждением, например посредством очистки распылением, посредством экспозиции тлеющему разряду, экспозиции плазме электронного циклотронного резонанса или плазме, сгенерированной другим способом, посредством нагрева в вакууме и т. д. The method for the deposition of biaxially textured coatings according to the present invention, which will be explained in detail below, can be used to coat fixed substrates, rotating substrates, batches of substrates, as well as in continuous coating processes. The magnetron device or sputtering devices may be any suitable sputtering magnetron, for example magnetrons with flat circular targets or flat rectangular targets, or rotating devices. General aspects of the installation of substrates and / or the movement of substrates, sputtering devices and other components required for the design and operation of a deposition system, such as a vacuum chamber, a device for mounting and cooling a target, a device for electrically connecting a target cathode to a power source, grounded screens for preventing unwanted atomization of certain parts of the atomizing device; and preventing arc discharge, etc. known to specialists. Therefore, these components are not described here in detail. Those skilled in the art will also recognize the need to clean the substrate before deposition, for example, by spray cleaning, by exposure to a glow discharge, exposure to electron cyclotron resonance plasma, or plasma generated by another method, by heating in a vacuum, etc.

Как показано схематически на фиг.1, для плоского распылительного магнетрона 1, материал мишени 3 размещается в вакуумной камере (не показана) с магнитным блоком 2 на одной ее стороне и с подложкой 6, которая должна быть покрыта распылением, размещенной на другой ее стороне. Атмосфера вакуумной камеры может включать распылительные газы типа аргона и также может включать реактивные газы типа кислорода или азота, когда должно быть выполнено реактивное распыление. Подложкой 6 может быть неподвижная пластинка или перемещающаяся полоска материала. Материал мишени 3 может охлаждаться, например, посредством водяной схемы (не показана), которая не доступна из вакуумной камеры. Отрицательный полюс источника электропитания (не показан) соединен с мишенью 3. Комбинация скрещенных электрического и магнитного полей над мишенью 3 генерирует плазму 4 над мишенью 3. Плазма 4 в основном находится в областях высокого магнитного поля, генерируемого полюсами 8, 9 магнитного блока 2. Как показано, магнитный блок 2 может включать центральный набор 9 магнитов, который имеет один полюс, направленный к мишени 3 (либо северный, либо южный) и внешние наборы 8 магнитов, которые могут иметь другой полюс (южный или северный), направленный к мишени 3. Если мишень 3 круглая, то наборы магнитов 8 и 9 могут быть также круглыми. Полюса 8, 9 могут быть расположены на держателе 7 из магнитомягкого материала, например мягкого железа. As shown schematically in FIG. 1, for a planar spray magnetron 1, the target material 3 is placed in a vacuum chamber (not shown) with a magnetic unit 2 on one side of it and with a substrate 6, which should be coated with a spray placed on its other side. The atmosphere of the vacuum chamber may include atomizing gases such as argon and may also include reactive gases such as oxygen or nitrogen when reactive atomization is to be performed. The substrate 6 may be a fixed plate or a moving strip of material. The material of the target 3 can be cooled, for example, by means of a water circuit (not shown), which is not accessible from the vacuum chamber. The negative pole of the power source (not shown) is connected to the target 3. The combination of crossed electric and magnetic fields above the target 3 generates a plasma 4 above the target 3. Plasma 4 is mainly located in areas of high magnetic field generated by the poles 8, 9 of magnetic block 2. How shown, the magnetic block 2 may include a central set of 9 magnets, which has one pole directed toward the target 3 (either north or south) and external sets of 8 magnets, which may have another pole (south or north) directed to m Sheni 3. If the target 3 is round, the magnet sets 8 and 9 may also be circular. The poles 8, 9 can be located on the holder 7 of soft magnetic material, for example soft iron.

Фиг. 2 изображает схематическое представление распылительного магнетрона 1 с вращающимся катодом согласно одному из вариантов настоящего изобретения. По существу цилиндрическая мишень 3 обеспечивается в вакуумной камере (не показана) с газом или газами распыления, как описано ранее. Магнитный блок 2 обеспечивается в пределах мишени 3, а также обеспечивается средство для генерации относительного перемещения между мишенью 3 и магнитным блоком 2. Обычно мишень 3 вращается, а магнитный блок остается неподвижным. Источник электропитания поддерживает мишень 3 при отрицательном потенциале. Полюса 8, 9 магнитного блока 2 размещаются близко к внутренней поверхности мишени 3 и генерируют магнитное поле над мишенью 3. Эти магнитные поля со скрещенным электрическим полем генерируют плазму 4 обычно в виде, "рейстрека" над поверхностью мишени 3. Напротив мишени 3 и тоже в вакуумной камере помещается подложка 6. Подложка 6 может быть неподвижной пластиной или перемещающейся полоской материала. FIG. 2 is a schematic representation of a rotary cathode sputtering magnetron 1 according to an embodiment of the present invention. A substantially cylindrical target 3 is provided in a vacuum chamber (not shown) with gas or spray gases, as previously described. A magnetic block 2 is provided within the target 3, and means is also provided for generating relative movement between the target 3 and the magnetic block 2. Typically, the target 3 rotates and the magnetic block remains stationary. The power supply supports target 3 at negative potential. The poles 8, 9 of the magnetic block 2 are located close to the inner surface of the target 3 and generate a magnetic field above the target 3. These magnetic fields with a crossed electric field generate plasma 4 usually in the form of a “re-track” above the surface of the target 3. Opposite the target 3 and also The substrate 6 is placed in the vacuum chamber. The substrate 6 may be a fixed plate or a moving strip of material.

Чтобы решить задачу изобретения, описанную выше, магнетронное распылительное устройство 1 и подложка 6 могут быть скомпонованы, как схематически представлено на фиг.1 или 2, с потоком 5 частиц высокой энергии, исходящих из магнетронного распылительного устройства 1, направленного к подложке 6 под определенным углом α, который даст максимальную степень двухосного текстурирования. Угол α зависит от осаждаемого материала. Например, для кубического материала в покрытии, угол α будет приблизительно равен 54,74o. Поток 5 частиц высокой энергии по существу генерируется только распылительным устройством 1, которое обеспечивает не только этот поток 5, но также и распыляет на подложку 6 покрытие, которое должно быть текстурированным. Поток 5 может по существу быть свободным от любых ионов из материала мишени. Поток 5 может состоять по существу из ионизированных атомов или молекул газа, например газа распыления.In order to solve the problem of the invention described above, the magnetron atomizing device 1 and the substrate 6 can be arranged, as shown schematically in FIGS. 1 or 2, with a stream 5 of high-energy particles emanating from the magnetron atomizing device 1 directed to the substrate 6 at a certain angle α, which will give the maximum degree of biaxial texturing. The angle α depends on the deposited material. For example, for a cubic material in the coating, the angle α will be approximately equal to 54.74 o . The stream of high energy particles 5 is essentially generated only by a spray device 1, which provides not only this stream 5, but also sprays a coating on the substrate 6, which should be textured. Stream 5 can be substantially free of any ions from the target material. Stream 5 may consist essentially of ionized atoms or molecules of a gas, for example a spray gas.

Направленный поток 5 частиц высокой энергии из магнетронного распылительного устройства получается согласно настоящему изобретению посредством использования разбалансированной конфигурации магнитов 2, что заставляет вторичные электроны, испускаемые на мишень 3, и электроны, генерируемые в плазме 4, перемещаться вдоль силовых линий магнитного поля к подложке 6, приводя через амбиполярную диффузию к направленному потоку 5 из ионов высокой энергии к подложке 6. В сбалансированном магнетроне большинство силовых линий магнитного поля, выходящих из одного полюса магнитного блока, собираются на противоположном полюсе магнитного блока. В разбалансированном магнетроне, некоторые силовые линии магнитного поля из одного полюса не собираются на другом полюсе. Разбаланс может быть достигнут разнообразными способами, например посредством использования магнитов с различными напряженностями, посредством использования магнитов различных размеров, посредством ослабления части магнитного блока, путем помещения магнитов противопоставленной полярности близко к одному из полюсов сборки, путем помещения конкурирующего электромагнита близко к одному из полюсов. A directed stream 5 of high energy particles from a magnetron sputtering device is obtained according to the present invention by using an unbalanced configuration of magnets 2, which causes the secondary electrons emitted to the target 3 and the electrons generated in the plasma 4 to move along the magnetic field lines to the substrate 6, leading through ambipolar diffusion to a directed flow of 5 from high-energy ions to substrate 6. In a balanced magnetron, most of the lines of force of the magnetic field exit yaschih one pole of the magnetic unit, are collected on the opposite pole of the magnetic unit. In an unbalanced magnetron, some magnetic field lines from one pole are not collected at the other pole. Imbalance can be achieved in a variety of ways, for example, by using magnets with different intensities, by using magnets of different sizes, by loosening part of a magnetic block, by placing magnets of opposite polarity close to one of the poles of the assembly, by placing a competing electromagnet close to one of the poles.

Как схематически показано на фиг.3а или 3б, магнитный блок 2 магнетронного распылительного устройства 1, либо плоского (фиг.3а), либо с вращающимся катодом (фиг.3б), согласно настоящему изобретению компонуется таким образом, чтобы реальное число силовых линий магнитного поля 11, исходящих из внешнего набора 8 магнитов в магнитном блоке 2, пересекало поверхность подложки. Это может быть достигнуто посредством значительно более сильных внешних магнитов 8 по сравнению с внутренними магнитами 9. Результат разбалансирования магнетрона 1 таким образом должен произвести трехмерный объем 12, который определяется силовыми линиями 11 внешних магнитов 8, которые не собираются на внутренних магнитах 9. Некоторые электроны из плазмы 4 следуют по силовым линиям 11, таким образом, также "волоча" с собой поток высокоэнергетических положительных ионов, обычно ионов окружающих газов. Такой поток может называться амбиполярным потоком. Поток 5 направляется к подложке 6 в пределах и вокруг объема 12, и может текстурировать покрытие, которое должно распыляться на подложку 6 нормальным действием распыления. Следовательно, согласно настоящему изобретению поток 5 имеет определимое направление. As schematically shown in FIGS. 3a or 3b, the magnet unit 2 of the magnetron sputtering device 1, either flat (FIG. 3a) or with a rotating cathode (FIG. 3b), is arranged in accordance with the present invention so that the actual number of magnetic field lines 11, emanating from an external set of 8 magnets in magnetic block 2, intersected the surface of the substrate. This can be achieved by significantly stronger external magnets 8 compared to internal magnets 9. The result of unbalancing magnetron 1 in this way is to produce a three-dimensional volume 12, which is determined by the lines of force 11 of the external magnets 8, which are not collected on the internal magnets 9. Some electrons from plasma 4 follow the field lines 11, thus also dragging along a stream of high-energy positive ions, usually the ions of the surrounding gases. Such a flow may be called an ambipolar flow. The stream 5 is directed to the substrate 6 in and around the volume 12, and can texture the coating, which should be sprayed onto the substrate 6 by normal spraying. Therefore, according to the present invention, stream 5 has a definable direction.

Согласно любому варианту воплощения настоящего изобретения энергия электронов, следующих по силовым линиям 11 к подложке, предпочтительно не является такой, чтобы вызвать значительную ионизацию. В частности, предпочтительно, чтобы электроны в потоке 5 не инициировали, не поддерживали значительную плазму на или близко к поверхности подложки 6. Под значительной плазмой подразумевается плазма, которая может возмущать направленность высокоэнергетических ионов в потоке 5, что вызывает поверхностное текстурирование покрытия. Именно эта направленность и ее связь с кристаллической структурой осаждаемого покрытия позволяет текстурировать это покрытие. Следовательно, ионный пучок 5, генерируемый согласно настоящему изобретению, должен падать на подложку 6 под определенным углом. Ожидается, что энергия электронов в потоке 5 должна предпочтительно быть более 30 электрон-вольт (эВ), более предпочтительно, более 50 эВ, и еще более предпочтительно между 50 и 70 эВ. Если возмущающая плазма развивается на поверхности подложки, ее действие может быть уменьшено посредством изменения степени разбаланса магнетрона 1, так, чтобы энергия частиц, в частности электронов в потоке 5, уменьшилась. According to any embodiment of the present invention, the energy of the electrons following the field lines 11 to the substrate is preferably not such as to cause significant ionization. In particular, it is preferable that the electrons in stream 5 do not initiate, do not support a significant plasma on or close to the surface of the substrate 6. By significant plasma is meant a plasma that can disturb the directivity of high-energy ions in stream 5, which causes surface texturing of the coating. It is this orientation and its relationship with the crystal structure of the deposited coating that allows texturing of this coating. Therefore, the ion beam 5 generated according to the present invention must fall on the substrate 6 at a certain angle. It is expected that the electron energy in stream 5 should preferably be more than 30 electron volts (eV), more preferably more than 50 eV, and even more preferably between 50 and 70 eV. If a perturbing plasma develops on the surface of the substrate, its action can be reduced by changing the degree of imbalance of magnetron 1, so that the energy of particles, in particular electrons in stream 5, decreases.

Как схематически показано на фиг.4а-4г, направленный поток 5 частиц высокой энергии из разбалансированного магнетронного распылительного устройства 1 может быть усилен посредством использования электростатических отражающих заслонок 13, которые увеличивают число электронов, достигающих подложки 6 посредством движения вдоль силовых линий магнитного поля 11. Отражающие заслонки 13 предпочтительно поддерживаются на отрицательном потенциале для того, чтобы отклонять электроны. Отражающие заслонки 13 предпочтительно не должны простираться слишком глубоко в область 12, иначе они могут начать захватывать положительные ионы в потоке 5. Некоторые примеры конфигураций таких отражающих заслонок схематически изображены в поперечном сечении на фиг. 4 для плоской магнитной конфигурации. Например, на фиг.4а могут использоваться прямые заслонки 13, которые ориентируются перпендикулярно мишени 3. Если мишень 3 является круглой мишенью, то заслонки 13 могут быть в форме цилиндра. На фиг.4б и 4в заслонки 13 имеют V-образную форму в поперечном сечении или наклонены внутрь подложки соответственно. Такие заслонки 13 могут способствовать каналированию любых электронов с широкой траекторией к подложке 6. Альтернативно, заслонки могут быть наклонены наружу, как схематически показано на фиг.4г, таким образом концентрируя электронный поток близко к мишени 3. Отражающие заслонки 13, показанные на фиг.4а-4г, также могут использоваться с вращающимися магнетронными устройствами. As shown schematically in FIGS. 4a-4d, the directed flow 5 of high energy particles from an unbalanced magnetron sputtering device 1 can be enhanced by using electrostatic reflective dampers 13, which increase the number of electrons reaching the substrate 6 by moving along the magnetic field lines 11. Reflecting the shutters 13 are preferably kept at a negative potential in order to deflect the electrons. The reflection flaps 13 should preferably not extend too deep into region 12, otherwise they may begin to trap positive ions in stream 5. Some examples of configurations of such reflection flaps are shown schematically in cross section in FIG. 4 for a flat magnetic configuration. For example, in Fig. 4a, straight shutters 13 can be used, which are oriented perpendicular to the target 3. If the target 3 is a circular target, then the shutters 13 may be in the form of a cylinder. 4b and 4c, the shutters 13 are V-shaped in cross section or tilted inwardly of the substrate, respectively. Such shutters 13 can facilitate the channeling of any electrons with a wide path to the substrate 6. Alternatively, the shutters can be tilted outward, as shown schematically in FIG. 4d, thereby concentrating the electron beam close to the target 3. Reflective shutters 13 shown in FIG. 4a -4g, can also be used with rotating magnetron devices.

Любая неоднородность осаждения покрытия на подложке 6 в конфигурациях, схематически показанных на фиг. 1 и 2, может быть преодолена посредством использования многочисленных разбалансированных магнетронных распылительных устройств 1 в пределах одной и той же вакуумной камеры. Поток 5 частиц высокой энергии из каждого из этих устройств предпочтительно направляется так, чтобы он достигал подложки 6 под одинаковым углом α к подложке 6, чтобы избежать конкурирующих процессов текстурирования. Варианты воплощения настоящего изобретения с двумя разбалансированными магнетронными устройствами 1 схематически показаны на фиг.5 - для плоского магнетрона и на фиг.6 - для магнетрона с вращающимся катодом. Any inhomogeneity of coating deposition on the substrate 6 in the configurations shown schematically in FIG. 1 and 2 can be overcome by using multiple unbalanced magnetron sputtering devices 1 within the same vacuum chamber. The stream 5 of high energy particles from each of these devices is preferably directed so that it reaches the substrate 6 at the same angle α to the substrate 6, to avoid competing texturing processes. Embodiments of the present invention with two unbalanced magnetron devices 1 are schematically shown in FIG. 5 for a planar magnetron and in FIG. 6 for a rotating cathode magnetron.

В этой конфигурации нормаль к поверхности подложки и две нормали к мишеням 3 в магнетронных распылительных устройствах 1 находятся в одной и той же плоскости. Когда используются более двух разбалансированных магнетронных устройств 1, конфигурация будет определяться кристаллической структурой материала растущего покрытия на подложке 6 и желательной двухосно текстурированной структурой. С четырьмя устройствами, например, для кубического материала, где имеется двухосное текстурирование с осью (100), перпендикулярной к нормали подложки, и с другой кристаллографической осью (например, (111) или (110)), параллельной в смежных зернах к вышеупомянутой конфигурации фиг. 5 или 6, могут быть добавлены два разбалансированных магнетронных устройств с плоскостью, образованной нормалями к поверхностям мишени 3, и с подложкой 6, являющейся перпендикулярной к соответствующей плоскости двух исходных устройств. In this configuration, the normal to the surface of the substrate and the two normals to the targets 3 in the magnetron sputtering devices 1 are in the same plane. When more than two unbalanced magnetron devices 1 are used, the configuration will be determined by the crystal structure of the growing coating material on the substrate 6 and the desired biaxially textured structure. With four devices, for example, for cubic material, where there is biaxial texturing with an axis (100) perpendicular to the normal of the substrate, and with another crystallographic axis (for example, (111) or (110)) parallel in adjacent grains to the aforementioned configuration of FIG. . 5 or 6, two unbalanced magnetron devices can be added with a plane formed by the normals to the surfaces of the target 3, and with a substrate 6 that is perpendicular to the corresponding plane of the two source devices.

Например, известно, что для материала с кубической кристаллографической структурой, оптимальный угол падения относительно нормали поверхности подложки для частиц высокой энергии равен арктангенсу квадратного корня из 2, что приблизительно равно 54,74o, для того, чтобы получить двухосное текстурирование с кристаллографической плоскостью (100) всех зерен в направлении перпендикуляра покрытия к поверхности подложки и с другим кристаллографическим направлением (например, (111)), параллельным в смежных зернах в покрытии.For example, it is known that for a material with a cubic crystallographic structure, the optimal angle of incidence relative to the normal to the surface of the substrate for high-energy particles is equal to the square root arc tangent of 2, which is approximately 54.74 ° , in order to obtain biaxial texturing with a crystallographic plane (100 ) of all grains in the direction of the coating perpendicular to the surface of the substrate and with another crystallographic direction (for example, (111)) parallel in adjacent grains in the coating.

На фиг. 7 схематически изображен еще один вариант воплощения настоящего изобретения, в котором позади подложки 6 установлен дополнительный магнит 10, чтобы влиять на поток 5 частиц высокой энергии, направленный к подложке 6. При использовании конфигурации, показанной на фиг.7, силовые линии, исходящие на внешнем наборе магнитов 8 позади мишени 3, будут достигать магнита 10, находящегося позади подложки 6, и магнитное поле будет более сфокусированным. Это приведет к фокусировке потока плазмы и к лучшему управлению направлением потока плазмы. Добавление магнита 10 позади подложки 6 в этой конфигурации приведет к увеличению магнитного поля на подложке 6. Это увеличение магнитного поля приведет к увеличенной скорости спиралевидного вращения электронов и к уменьшенной скорости, параллельной силовым линиям из-за консервации энергии. Это может также привести к уменьшению числа ионов высокой энергии, которые перемещаются вдоль силовых линий посредством амбиполярной диффузии. Энергия этих ионов также может быть сниженной. В зависимости от необходимого количества частиц высокой энергии и энергии, необходимой для достижения двухосного текстурирования специфического покрытия, такой дополнительный магнит 10 позади подложки 6 может использоваться для точной регулировки двухосного текстурирования согласно настоящему изобретению. Магнит 10 может быть управляемым электромагнитом. In FIG. 7 schematically shows another embodiment of the present invention, in which an additional magnet 10 is mounted behind the substrate 6 to influence the high energy particle flux 5 directed toward the substrate 6. Using the configuration shown in FIG. 7, the lines of force emanating from the external a set of magnets 8 behind the target 3, will reach the magnet 10 located behind the substrate 6, and the magnetic field will be more focused. This will lead to focusing of the plasma flow and to better control of the direction of the plasma flow. Adding a magnet 10 behind the substrate 6 in this configuration will lead to an increase in the magnetic field on the substrate 6. This increase in the magnetic field will lead to an increased helical rotation of electrons and a reduced speed parallel to the lines of force due to the conservation of energy. This can also lead to a decrease in the number of high-energy ions that move along the lines of force through ambipolar diffusion. The energy of these ions can also be reduced. Depending on the required number of high energy particles and the energy required to achieve biaxial texturing of the specific coating, such an additional magnet 10 behind the substrate 6 can be used to fine tune the biaxial texturing according to the present invention. The magnet 10 may be an electromagnet driven.

Были выполнены эксперименты с потоком частиц высокой энергии из разбалансированного магнетронного распылительного устройства согласно настоящему изобретению. Во время экспериментов использовался источник распыления, подобный изображенному на фиг.1. Набор магнитов конфигурировался таким образом, чтобы магнитный поток внешнего магнита 8 был намного выше, чем магнитный поток внутреннего магнита 9. Таким образом был достигнут сильно разбалансированный магнетрон с силовыми линиями магнитного поля, исходящими на внешнем магните 8, пересекая подложку 6. Как описано ниже, эта конфигурация магнитного поля генерировала поток частиц высокой энергии к подложке 6. Были исследованы три различных набора магнитов; один с отношением внешнего магнитного потока к внутреннему магнитному потоку, равному 9/1, один с отношением 4/1 и один с отношением 2/1. Experiments have been performed with a stream of high energy particles from an unbalanced magnetron sputtering device according to the present invention. During the experiments, a spray source similar to that shown in FIG. 1 was used. The set of magnets was configured so that the magnetic flux of the external magnet 8 was much higher than the magnetic flux of the internal magnet 9. Thus, a highly unbalanced magnetron was achieved with magnetic field lines emanating from the external magnet 8 crossing the substrate 6. As described below, this magnetic field configuration generated a stream of high energy particles to the substrate 6. Three different sets of magnets were investigated; one with an external magnetic flux to an internal magnetic flux ratio of 9/1, one with a ratio of 4/1 and one with a ratio of 2/1.

Электроны, генерированные на мишени 3 и в плазме 4, описывают спираль вокруг силовых линий и направляются вдоль этих силовых линий к подложке 6. Посредством амбиполярной диффузии ионы волочатся вдоль, и генерируется направленный поток ионов и нейтральных частиц (получающихся от нейтрализации ионов). Из измерений с цилиндром Фарадея в плазме электронного циклотронного резонанса, которые также основаны на амбиполярной диффузии, известно, что в зависимости от градиента магнитных полей и полного давления газа, эти ионы (и нейтральные частицы) могут достигать энергий от 10 электрон-вольт (эВ) до 70 эВ. Подобно визуальным наблюдениям с плазмой электронного циклотронного резонанса, светящийся поток плазмы мог бы наблюдаться с разбалансированным магнетроном. Форма этого потока плазмы четко соответствовала конфигурации силовых линий магнитного поля, и наблюдались три различных формы для трех различных наборов магнитов. The electrons generated on target 3 and in plasma 4 describe a spiral around the lines of force and are directed along these lines of force to the substrate 6. Through ambipolar diffusion, the ions are dragged along and a directed flow of ions and neutral particles (resulting from ion neutralization) is generated. From measurements with a Faraday cup in electron cyclotron resonance plasma, which are also based on ambipolar diffusion, it is known that, depending on the gradient of magnetic fields and the total gas pressure, these ions (and neutral particles) can reach energies of 10 electron-volts (eV) up to 70 eV. Like visual observations with electron cyclotron resonance plasma, a luminous plasma flow could be observed with an unbalanced magnetron. The shape of this plasma flow clearly corresponded to the configuration of the magnetic field lines, and three different shapes were observed for three different sets of magnets.

С высоко разбалансированным магнетроном (отношение 9/1) был достигнут направленный поток частиц высокой энергии, и электроны, перемещающиеся вдоль полей, делали больше, чем только ионизировали атомы газа. Было исследовано влияние полного давления газа на латеральное распределение скорости осаждения металлических слоев Zr+Y (цирконий+иттрий) с различными составами. Во время этих экспериментов распыление с разрядом в радиочастотном поле было выполнено с входной мощностью, составляющей 100 Вт, с расстоянием мишень-подложка, составляющим 50 мм, с давлением аргона (Аr) между 0,2 Па и 0,7 Па, и без нагрева или охлаждения подложки. Для этих экспериментов использовались стеклянные подложки. В конфигурации с отношением 2/1 для магнитного потока скорость осаждения была несколько сниженной (~10%) посредством снижения полного давления газа с 0,7 Па до 0,2 Па. Латеральное распределение не изменялось как функция давления газа. Однако в случае конфигурации с отношением магнитных потоков, равным 9/1, скорость осаждения была намного больше снижена посредством снижения давления в центре подложки (~35%), чем на краях подложки (~15%). Это указывает на то, что в центре происходит перераспыление растущей пленки. Площадь с самым сильным перераспылением соответствует площади, где направленный поток плазмы достигает подложки 6. Эти эксперименты показали, что энергия частиц в потоке плазмы достаточно высока (вероятно, >50 эВ), чтобы вызвать перераспыление. With a highly unbalanced magnetron (9/1 ratio), a directed flow of high energy particles was achieved, and the electrons moving along the fields did more than just ionize the gas atoms. The effect of the total gas pressure on the lateral distribution of the deposition rate of Zr + Y metal layers (zirconium + yttrium) with various compositions was investigated. During these experiments, sputtering with a discharge in a radio frequency field was performed with an input power of 100 W, with a target-substrate distance of 50 mm, with an argon pressure (Ar) between 0.2 Pa and 0.7 Pa, and without heating or cooling the substrate. For these experiments, glass substrates were used. In a configuration with a 2/1 ratio for magnetic flux, the deposition rate was slightly reduced (~ 10%) by reducing the total gas pressure from 0.7 Pa to 0.2 Pa. The lateral distribution did not change as a function of gas pressure. However, in the case of a configuration with a magnetic flux ratio of 9/1, the deposition rate was much more reduced by reducing the pressure at the center of the substrate (~ 35%) than at the edges of the substrate (~ 15%). This indicates that in the center there is a redistribution of the growing film. The area with the strongest overspray corresponds to the area where the directed plasma flow reaches substrate 6. These experiments showed that the particle energy in the plasma flow is high enough (probably> 50 eV) to cause overspray.

Благодаря направленности потока частиц высокой энергии могло бы быть исследовано падение частиц высокой энергии на растущую пленку под управляемым углом. Эти эксперименты были выполнены с обоими видами распыления как с постоянным током разряда, так и с разрядом в радиочастотном поле, с входной мощностью между 50 и 25 Вт. Расстояние мишень-подложка варьировалось от 6,5 см до 13,5 см. Использовалась газовая смесь, состоящая из 150 простых кубических сантиметров аргона Аr и 10 простых кубических сантиметров кислорода O2 при полном давлении газа приблизительно 0,4 Па. Слои циркония, стабилизированного иттрием, наносились посредством распыления из металлической мишени Zr+Y с различными составами (от Zr/Y=85/15 до Zi/Y=55/45) в реактивном процессе. Большинство слоев напыляли с углом 55o между потоком плазмы и нормалью подложки. Из измерений полюсных фигур дифракции рентгеновских лучей, двухосное текстурирование оказалось и на металлических (NiFe, Ti, сплав "Fecralloy"), и на стеклянных подложках. С отношением магнитных потоков, равным 9/1, значения полной ширины на половине максимальной интенсивности (FWHM), составляющие ~ 11o для пси-угла (характеристика для ориентации вне плоскости) и ~22o для фи-угла (характеристика для ориентации в плоскости), были получены на стеклянных подложках. С отношением 9/1 наблюдалось, что металлические подложки были менее двухосно текстурированными (FWHM пси ~ 25o/FWHM фи ~30o), что могло быть вызвано более высокой шероховатостью поверхности по сравнению со стеклом. При отношении магнитных потоков, равном 4/1, двухосное текстурирование было несколько сниженным, но по-прежнему четко присутствовало.Due to the directivity of the flow of high-energy particles, the incidence of high-energy particles on the growing film at a controlled angle could be investigated. These experiments were performed with both types of sputtering, both with a constant discharge current and with a discharge in a radio frequency field, with an input power between 50 and 25 watts. The target-substrate distance varied from 6.5 cm to 13.5 cm. A gas mixture was used consisting of 150 simple cubic centimeters of argon Ar and 10 simple cubic centimeters of oxygen O 2 at a total gas pressure of approximately 0.4 Pa. The yttrium stabilized zirconium layers were deposited by sputtering from a metal target Zr + Y with various compositions (from Zr / Y = 85/15 to Zi / Y = 55/45) in a reactive process. Most layers were sprayed at an angle of 55 ° between the plasma flow and the normal of the substrate. From measurements of the pole figures of X-ray diffraction, biaxial texturing turned out to be on metal (NiFe, Ti, Fecralloy alloy), and on glass substrates. With a magnetic flux ratio of 9/1, the full width at half maximum intensity (FWHM) is ~ 11 o for the psi angle (characteristic for off-plane orientation) and ~ 22 o for the phi angle (characteristic for orientation in the plane ) were obtained on glass substrates. With a ratio of 9/1, it was observed that the metal substrates were less biaxially textured (FWHM psi ~ 25 o / FWHM phi ~ 30 o ), which could be caused by a higher surface roughness compared to glass. With a magnetic flux ratio of 4/1, biaxial texturing was somewhat reduced, but was still clearly present.

Уменьшение расстояния мишень-подложка привело к увеличенной бомбардировке частицами высокой энергии. Использование распыления с разрядом в радиочастотном поле вместо распыления с постоянным током разряда также привело к увеличенной бомбардировке частицами высокой энергии. На малых расстояниях мишень-подложка и с высокой мощностью распыления с разрядом в радиочастотном поле могла бы быть получена такая бомбардировка жесткими частицами, что осаждаемый слой был бы полностью вытравлен распылением, приводя к отрицательной скорости осаждения. Reducing the target-substrate distance led to increased bombardment by high energy particles. The use of sputtering with a discharge in a radio frequency field instead of sputtering with a constant discharge current also led to increased bombardment by high energy particles. At short distances, the target substrate and with a high sputtering power with a discharge in the radio frequency field could be bombarded with hard particles such that the deposited layer would be completely etched by sputtering, resulting in a negative deposition rate.

Эти эксперименты показывают, что двухосное текстурирование производится посредством направления потока частиц высокой энергии, генерируемого посредством амбиполярной диффузии в сильно разбалансированном источнике распыления, под управляемым углом к подложке. Настраивая различные действующие параметры, возможно оптимизировать процесс и получать высокую степень двухосного текстурирования с достаточно высокой скоростью осаждения, а также получать масштабируемый процесс. These experiments show that biaxial texturing is performed by directing the flow of high energy particles generated by ambipolar diffusion in a highly unbalanced spray source, at a controlled angle to the substrate. By adjusting various operating parameters, it is possible to optimize the process and obtain a high degree of biaxial texturing with a sufficiently high deposition rate, as well as obtain a scalable process.

Claims (17)

1. Способ осаждения двухосно текстурированных покрытий на подложку, включающий использование магнетронного распылительного устройства с мишенью в качестве источника осаждаемых частиц и направленного потока частиц высокой энергии, который направляют на подложку, вызывая двухосное текстурирование, отличающийся тем, что используют разбалансирование магнетрона, для генерирования на внешней части мишени магнитного потока, который отличается от магнитного потока, который генерируют на внутренней части мишени, и таким образом генерируют поток частиц высокой энергии посредством амбиполярной диффузии.1. The method of deposition of biaxially textured coatings on a substrate, including the use of a magnetron spray device with a target as a source of deposited particles and a directed stream of high energy particles, which is directed onto the substrate, causing biaxial texturing, characterized in that the use of unbalancing magnetron, to generate on the external parts of the target magnetic flux, which is different from the magnetic flux that is generated on the inner part of the target, and thus generate otok high energy particles by ambipolar diffusion. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение магнитного потока, генерируемого на внешнюю часть мишени и магнитного потока, генерируемого на внутреннюю часть мишени, составляет 4:1.2. The method according to claim 1, characterized in that the ratio of the magnetic flux generated on the outer part of the target and the magnetic flux generated on the inner part of the target is 4: 1. 3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что осуществляют управление направлением и углом падения на подложку направленного потока частиц высокой энергии.3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that they control the direction and angle of incidence on the substrate of a directed flow of high-energy particles. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что генерируют поток частиц высокой энергии, включающий электроны, направляемые к подложке, следуя по силовым линиям магнитного поля разбалансированного магнетрона.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a stream of high energy particles is generated, including electrons directed to the substrate, following the magnetic field lines of the unbalanced magnetron. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что поток частиц высокой энергии, направленный к подложке, управляется посредством магнита со стороны подложки, удаленной от мишени, или посредством электростатических заслонок.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the flow of high-energy particles directed to the substrate is controlled by a magnet from the side of the substrate remote from the target, or by means of electrostatic dampers. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что над мишенью осуществляют генерацию плазмы.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that plasma is generated above the target. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что плазму генерируют скрещенными магнитным и электрическим полями.7. The method according to claim 6, characterized in that the plasma is generated by crossed magnetic and electric fields. 8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что осуществляют управление энергией потока частиц высокой энергии так, чтобы энергия электронов в потоке составляла 30-70 Эв.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that they control the energy of the stream of high energy particles so that the electron energy in the stream is 30-70 Ev. 9. Источник магнетронного распыления, генерирующий поток частиц высокой энергии вместе с осаждаемым материалом, выполненный с возможностью направления потока на подложку под углом, управляемым так, что на подложку осаждается двухосно текстурированное покрытие, и содержащий мишень и магнитный блок, отличающийся тем, что магнитный блок включает один набор магнитов, помещенный к и на внутренней части мишени и генерирующий магнитное поле одного магнитного полюса, при этом магнитный блок приспособлен для внешнего набора магнитов, генерирующих магнитное поле с силовыми линиями, пересекающими подложку, и амбиполярный поток частиц высокой энергии направлен на подложку.9. A magnetron sputtering source that generates a stream of high energy particles together with a deposited material, configured to direct the flow to the substrate at an angle controlled so that a biaxially textured coating is deposited on the substrate, and containing a target and a magnetic block, characterized in that the magnetic block includes one set of magnets placed to and on the inner part of the target and generating a magnetic field of one magnetic pole, while the magnetic block is adapted for an external set of magnets, generating their magnetic field with field lines intersecting the substrate and the ambipolar flux of high-energy particles is directed onto the substrate. 10. Источник по п.9, отличающийся тем, что содержит средство для управления направлением и углом падения на подложку направленного потока частиц высокой энергии.10. The source according to claim 9, characterized in that it contains means for controlling the direction and angle of incidence of the directed flow of high-energy particles onto the substrate. 11. Источник по п.10, отличающийся тем, что средство управления содержит по меньшей мере одну электростатическую заслонку, расположенную вокруг потока частиц высокой энергии.11. The source of claim 10, characterized in that the control means comprises at least one electrostatic damper located around the stream of high energy particles. 12. Источник по п.10, отличающийся тем, что содержит магнит, расположенный со стороны подложки, удаленной от мишени для воздействия на направленный поток частиц высокой энергии.12. The source of claim 10, characterized in that it contains a magnet located on the side of the substrate, remote from the target to influence the directed flow of high-energy particles. 13. Источник по любому из пп.9-12, отличающийся тем, что упомянутый источник является плоским магнетроном или магнетроном с вращающимся катодом.13. A source according to any one of claims 9 to 12, characterized in that said source is a flat magnetron or a rotating cathode magnetron. 14. Источник по любому из пп.9-13, отличающийся тем, что содержит газ распыления, ионы которого составляют направленный поток частиц высокой энергии.14. A source according to any one of claims 9 to 13, characterized in that it contains a spray gas, the ions of which comprise a directed stream of high energy particles. 15. Источник по любому из пп.9-14, отличающийся тем, что генерирует амбиполярный поток, включающий электроны с энергией 30-70 Эв.15. The source according to any one of paragraphs.9-14, characterized in that it generates an ambipolar stream, including electrons with an energy of 30-70 Ev. 16. Источник по любому из пп.9-15, отличающийся тем, что плазма генерируется над мишенью.16. A source according to any one of claims 9 to 15, characterized in that the plasma is generated above the target. 17. Источник по п.16, отличающийся тем, что плазма генерируется над мишенью посредством скрещенных магнитного и электрического полей.17. The source according to clause 16, wherein the plasma is generated above the target by means of crossed magnetic and electric fields.
RU2000127113/02A 1998-03-31 1999-03-30 Method and apparatus for deposition of biaxially oriented textured coatings RU2224050C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP98201006 1998-03-31
EP98201006.8 1998-03-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000127113A RU2000127113A (en) 2002-11-10
RU2224050C2 true RU2224050C2 (en) 2004-02-20

Family

ID=8233538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000127113/02A RU2224050C2 (en) 1998-03-31 1999-03-30 Method and apparatus for deposition of biaxially oriented textured coatings

Country Status (8)

Country Link
EP (1) EP1070154A1 (en)
JP (1) JP2002509988A (en)
KR (1) KR20010042128A (en)
CN (1) CN1295628A (en)
AU (1) AU746645C (en)
CA (1) CA2326202C (en)
RU (1) RU2224050C2 (en)
WO (1) WO1999050471A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA009514B1 (en) * 2006-08-16 2008-02-28 Владимир Яковлевич ШИРИПОВ Method of ion treatment of dielectric surface and device for implementing thereof
RU2502151C1 (en) * 2012-04-24 2013-12-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН) Method of making photocathode and apparatus for making photocathode
US9597290B2 (en) 2013-02-15 2017-03-21 Regents Of The University Of Minnesota Particle functionalization
RU2620534C2 (en) * 2015-09-08 2017-05-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУВПО КФУ) Method of coating and device for its implementation

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100352976B1 (en) * 1999-12-24 2002-09-18 한국기계연구원 Electrical Plating Process and Device for Ni Plate Layer Having Biaxial Texture
DK2251453T3 (en) 2009-05-13 2014-07-07 Sio2 Medical Products Inc container Holder
WO2013170052A1 (en) 2012-05-09 2013-11-14 Sio2 Medical Products, Inc. Saccharide protective coating for pharmaceutical package
US9458536B2 (en) 2009-07-02 2016-10-04 Sio2 Medical Products, Inc. PECVD coating methods for capped syringes, cartridges and other articles
US11624115B2 (en) 2010-05-12 2023-04-11 Sio2 Medical Products, Inc. Syringe with PECVD lubrication
US9878101B2 (en) 2010-11-12 2018-01-30 Sio2 Medical Products, Inc. Cyclic olefin polymer vessels and vessel coating methods
US9272095B2 (en) 2011-04-01 2016-03-01 Sio2 Medical Products, Inc. Vessels, contact surfaces, and coating and inspection apparatus and methods
KR101794586B1 (en) 2011-05-23 2017-11-08 삼성디스플레이 주식회사 Separated target apparatus for sputtering and sputtering method using the same
US11116695B2 (en) 2011-11-11 2021-09-14 Sio2 Medical Products, Inc. Blood sample collection tube
AU2012318242A1 (en) 2011-11-11 2013-05-30 Sio2 Medical Products, Inc. Passivation, pH protective or lubricity coating for pharmaceutical package, coating process and apparatus
US9664626B2 (en) 2012-11-01 2017-05-30 Sio2 Medical Products, Inc. Coating inspection method
WO2014078666A1 (en) 2012-11-16 2014-05-22 Sio2 Medical Products, Inc. Method and apparatus for detecting rapid barrier coating integrity characteristics
WO2014085348A2 (en) 2012-11-30 2014-06-05 Sio2 Medical Products, Inc. Controlling the uniformity of pecvd deposition on medical syringes, cartridges, and the like
US9764093B2 (en) 2012-11-30 2017-09-19 Sio2 Medical Products, Inc. Controlling the uniformity of PECVD deposition
EP2961858B1 (en) 2013-03-01 2022-09-07 Si02 Medical Products, Inc. Coated syringe.
EP2971228B1 (en) 2013-03-11 2023-06-21 Si02 Medical Products, Inc. Coated packaging
US9937099B2 (en) 2013-03-11 2018-04-10 Sio2 Medical Products, Inc. Trilayer coated pharmaceutical packaging with low oxygen transmission rate
US9863042B2 (en) 2013-03-15 2018-01-09 Sio2 Medical Products, Inc. PECVD lubricity vessel coating, coating process and apparatus providing different power levels in two phases
WO2015033808A1 (en) * 2013-09-04 2015-03-12 東洋鋼鈑株式会社 Method for depositing oxide layer, and layered substrate for epitaxial growth and process for producing same
EP3693493A1 (en) 2014-03-28 2020-08-12 SiO2 Medical Products, Inc. Antistatic coatings for plastic vessels
WO2015199638A1 (en) * 2014-06-23 2015-12-30 Applied Materials, Inc. Method of depositing a layer, method of manufacturing a transistor, layer stack for an electronic device, and an electronic device
CN104109841B (en) * 2014-07-23 2016-08-24 中国科学院上海光学精密机械研究所 Magnetron sputtering inclined deposition plating apparatus
CN104593742B (en) * 2015-01-20 2017-02-22 清华大学深圳研究生院 Equipment and method for preparing oxide film with biaxial texture
BR112018003051B1 (en) 2015-08-18 2022-12-06 Sio2 Medical Products, Inc VACUUM BLOOD COLLECTION TUBE
CN113808935B (en) * 2020-06-16 2023-12-15 中微半导体设备(上海)股份有限公司 Corrosion-resistant coating forming method and device, plasma component and reaction device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4333022A1 (en) * 1993-09-29 1995-03-30 Ronald Dipl Phys Gottzein Method for producing bitextured thin films on amorphous or arbitrarily structured substrates
DE4436285C2 (en) * 1994-10-11 2002-01-10 Univ Stuttgart Method and device for applying orientation layers on a substrate for aligning liquid crystal molecules
DE19641584C1 (en) * 1996-09-30 1998-01-08 Siemens Ag Vacuum coating device for application of substrate thin-film layers

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA009514B1 (en) * 2006-08-16 2008-02-28 Владимир Яковлевич ШИРИПОВ Method of ion treatment of dielectric surface and device for implementing thereof
RU2502151C1 (en) * 2012-04-24 2013-12-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН) Method of making photocathode and apparatus for making photocathode
US9597290B2 (en) 2013-02-15 2017-03-21 Regents Of The University Of Minnesota Particle functionalization
RU2620534C2 (en) * 2015-09-08 2017-05-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУВПО КФУ) Method of coating and device for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
WO1999050471A1 (en) 1999-10-07
CA2326202A1 (en) 1999-10-07
AU746645B2 (en) 2002-05-02
KR20010042128A (en) 2001-05-25
AU746645C (en) 2003-02-20
EP1070154A1 (en) 2001-01-24
JP2002509988A (en) 2002-04-02
CN1295628A (en) 2001-05-16
AU3418899A (en) 1999-10-18
CA2326202C (en) 2008-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2224050C2 (en) Method and apparatus for deposition of biaxially oriented textured coatings
US5234560A (en) Method and device for sputtering of films
US7578908B2 (en) Sputter coating system
KR101143928B1 (en) Method for Manufacturing Sputter-Coated Substrates, Magnetron Source and Sputtering Chamber with Such Source
RU2000127113A (en) METHOD AND DEVICE FOR DEPOSITION OF TWO-AXIS TEXTURED COATINGS
WO2007124032A2 (en) Dual plasma beam sources and method
US20090314631A1 (en) Magnetron With Electromagnets And Permanent Magnets
US6143124A (en) Apparatus and method for generating a plasma from an electromagnetic field having a lissajous pattern
TWI296813B (en) Improvements in and relating to magnetron sputtering
EP0413291B1 (en) Method and device for sputtering of films
US6066242A (en) Conical sputtering target
US11049697B2 (en) Single beam plasma source
KR100480357B1 (en) Film deposition apparatus having dual magnetron sputtering system and ion beam source which are synchronized
US6432286B1 (en) Conical sputtering target
US6235170B1 (en) Conical sputtering target
Golan et al. Ring etching zones on magnetron sputtering targets
MXPA00009560A (en) Method and apparatus for deposition of biaxially textured coatings
KR100239114B1 (en) A sputtering system for high-speed deposition
KR20010020339A (en) Vacuum deposition apparatus using electron beams
JPH1150245A (en) Sputtering film forming device and sputtering target

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090331