[go: up one dir, main page]

RU2773044C1 - Magnetron sputtering device - Google Patents

Magnetron sputtering device Download PDF

Info

Publication number
RU2773044C1
RU2773044C1 RU2020135025A RU2020135025A RU2773044C1 RU 2773044 C1 RU2773044 C1 RU 2773044C1 RU 2020135025 A RU2020135025 A RU 2020135025A RU 2020135025 A RU2020135025 A RU 2020135025A RU 2773044 C1 RU2773044 C1 RU 2773044C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
magnetron sputtering
paragraphs
target
atoms
Prior art date
Application number
RU2020135025A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Бастиан ГЕДИКЕ
Original Assignee
Хартметалль-Веркцойгфабрик Пауль Хорн Гмбх
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 Хартметалль-Веркцойгфабрик Пауль Хорн Гмбх filed Critical Хартметалль-Веркцойгфабрик Пауль Хорн Гмбх
Application granted granted Critical
Publication of RU2773044C1 publication Critical patent/RU2773044C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: magnetron sputtering.
SUBSTANCE: invention relates to a device (100) and a magnetron sputtering method. The device contains a substrate (20), an anode (34) in a DC electric field, a target (16) that forms a cathode (30) in a DC electric field and contains an electrically conductive mixture (36) for coating the substrate (20). The target (16) is located in the reaction chamber (10) at a distance from the substrate (20). The voltage source (26) is configured to form a direct current electric field between the cathode (30) and the anode (34). The mixture (36) contains the first material (38) and the second material (40), and the substrate (20) contains the third material (42). The first material (38) is an electrically non-conductive solid, the second material (40) is an electrically conductive solid, the third material (42) is an electrically conductive solid. In accordance with the present invention, the quality of the layer and the properties of the coating layer of the substrate are largely determined by the mechanical and thermal properties of the electrically non-conductive material (first material), while the second material is added to create electrical conductivity.
EFFECT: enabling the substrate to be coated with an electrically non-conductive solid without the anode disappearing effect of DC magnetron sputtering, allowing the substrate to be coated in a simple and economical manner, such as with technical ceramics, which provide numerous useful coating properties.
29 cl, 5 dwg, 2 tbl

Description

[001] Настоящее изобретение относится к устройству магнетронного распыления и способу магнетронного распыления.[001] The present invention relates to a magnetron sputtering apparatus and a magnetron sputtering method.

[002] Примеры устройств магнетронного распыления уже известны из DE 10 2014 105 947 A1, DE 11 2008 000 702 T5 и EP 3 041 026 B1. [002] Examples of magnetron sputtering devices are already known from DE 10 2014 105 947 A1, DE 11 2008 000 702 T5 and EP 3 041 026 B1.

[003] В целом, под понятием «распыление», который происходит от глагола «распылять» = «атомизировать», понимают физический процесс, в котором атомы высвобождаются из твердого вещества, так называемой мишени, за счет бомбардировки ионами высокой энергии и тем самым переходят в газовую фазу. Высвобожденные атомы покрывают тело и оседают на его поверхности в виде тонкого слоя. Тело, на которое должно быть нанесено покрытие, обычно называют «подложкой». В технических применениях этот физический процесс используют, например, для нанесения покрытия на режущие инструменты, держатели инструментов и формующие инструменты.[003] In general, the term “sputtering”, which comes from the verb “sputter” = “atomize”, is understood to mean a physical process in which atoms are released from a solid substance, the so-called target, by bombardment with high-energy ions and thereby pass into the gas phase. The released atoms cover the body and settle on its surface in the form of a thin layer. The body to be coated is commonly referred to as the "substrate". In technical applications, this physical process is used, for example, to coat cutting tools, tool holders, and forming tools.

[004] Данный тип процесса нанесения покрытия также известен как «осаждение распылением» и относится к группе вакуумных процессов PVD. PVD - сокращение от «physical vapour deposition» и означает физическое осаждение из паровой фазы. Покрытие обычно служит для повышения стойкости, защиты от износа и механической твердости.[004] This type of coating process is also known as "spray deposition" and belongs to the group of PVD vacuum processes. PVD is short for "physical vapor deposition" and means physical vapor deposition. The coating usually serves to improve tool life, wear protection and mechanical hardness.

[005] При физическом осаждении из паровой фазы исходный материла переводят в газовую фазу. Атомы, высвобождаемые из мишени, ускоряют путем ввода энергии на подложку, подлежащую покрытию, и осаждают на поверхности подложки в виде пограничного слоя. В процессе PVD материал, который должен быть осажден, т. е. материал мишени, обычно присутствует в виде твердого вещества и, как правило, расположен в вакуумированной камере для нанесения покрытия, также известной как реакционная камера. В этой реакционной камере подложка, на которую должно быть нанесено покрытие, находится на расстоянии от мишени.[005] In physical vapor deposition, the source material is transferred to the gas phase. Atoms released from the target are accelerated by introducing energy into the substrate to be coated and deposited on the surface of the substrate as a boundary layer. In a PVD process, the material to be deposited, i.e., the target material, is usually present as a solid and is typically located in an evacuated coating chamber, also known as a reaction chamber. In this reaction chamber, the substrate to be coated is at a distance from the target.

[006] Энергию подают, например, путем приложения электрического поля постоянного тока между мишенью и анодом, при этом мишень образует отрицательно заряженный катод в электрическом поле постоянного тока. В этом случае реакционную камеру заполняют инертным технологическим газом, который приводят в ионизированное состояние за счет ввода энергии электрического поля постоянного тока (образование плазмы). Положительно заряженные ионы технологического газа ускоряют электрическим полем постоянного тока по направлению к положительно заряженной мишени и за счет этой «бомбардировки», т. е. посредством передачи физического ударного импульса, выбивают атомы материала мишени с ее поверхности, которые впоследствии перемещаются к подложке и покрывают ее поверхность. Таким образом, непрерывный поток положительно заряженных ионов ударяет по мишени, и поэтому процесс также известен как распыление при постоянном токе.[006] Energy is supplied, for example, by applying a DC electric field between the target and the anode, whereby the target forms a negatively charged cathode in the DC electric field. In this case, the reaction chamber is filled with an inert process gas, which is brought into an ionized state by introducing the energy of a direct current electric field (formation of a plasma). Positively charged ions of the process gas are accelerated by a direct current electric field towards a positively charged target and due to this "bombardment", i.e. by transferring a physical shock impulse, they knock out atoms of the target material from its surface, which subsequently move to the substrate and cover it surface. Thus, a continuous stream of positively charged ions strikes the target, and the process is therefore also known as DC sputtering.

[007] В частном случае распыления при постоянном токе в дополнение к электрическому постоянному полю между катодом и анодом позади мишени формируют магнитное поле с помощью одного или нескольких электрических или постоянных магнитов, и поэтому такой процесс также называют «магнетронным распылением».[007] In the special case of DC sputtering, in addition to the DC electric field between the cathode and the anode behind the target, a magnetic field is generated by one or more electric or permanent magnets, and therefore this process is also called "magnetron sputtering".

[008] Благодаря наложению электрического поля постоянного тока на магнитное поле ионы технологического газа перемещаются не параллельно линиям электрического поля, а отклоняются силой Лоренца по спиральной траектории или винтовой траектории на пути к поверхности мишени, что заставляет отдельные ионы преодолевать большее расстояние до попадания их на поверхность мишени. Этот более длинный путь увеличивает вероятность дальнейших столкновений между ионизированными ионами технологического газа и неионизированными ионами технологического газа. Другими словами, магнитное поле увеличивает ударную ионизацию и вместе с ней общее количество ионизированных атомов технологического газа. В частности, это приводит к увеличению скорости распыления, где скорость распыления представляет собой количество высвобождаемых атомов материала мишени. Таким образом, могут быть реализованы более высокие скорости нанесения покрытия без увеличения давления процесса. Увеличение давления процесса также приводит к увеличению скорости ионизации, поскольку момент отдельных ионов технологического газа может быть увеличен за счет условий более высокого давления внутри реакционной камеры. Таким образом, магнетронное распыление может улучшить рост слоя, однородность и/или свойства слоя на поверхности подложки по сравнению с простым катодным распылением. Увеличение скорости распыления приводит к меньшему рассеянию материала на его пути к подложке и к более плотному (менее пористому) поверхностному слою на поверхности подложки.[008] By superimposing a DC electric field on a magnetic field, the process gas ions do not move parallel to the electric field lines, but are deflected by the Lorentz force along a spiral path or helical path towards the target surface, which causes individual ions to travel a greater distance before hitting the surface targets. This longer path increases the likelihood of further collisions between ionized process gas ions and non-ionized process gas ions. In other words, the magnetic field increases the impact ionization and with it the total number of ionized process gas atoms. In particular, this leads to an increase in the sputtering rate, where the sputtering rate is the number of released atoms of the target material. In this way, higher coating rates can be realized without increasing the process pressure. Increasing the process pressure also results in an increase in the ionization rate because the momentum of the individual process gas ions can be increased by the higher pressure conditions within the reaction chamber. Thus, magnetron sputtering can improve layer growth, uniformity, and/or layer properties on the surface of a substrate compared to simple cathode sputtering. Increasing the sputtering rate results in less scattering of the material on its way to the substrate and a denser (less porous) surface layer on the substrate surface.

[009] Однако недостатком этого способа является то, что из-за принципа работы, т. е. электрического поля постоянного тока между мишенью и анодом, в качестве мишени или материала покрытия могут быть использованы только электропроводящие материалы. Если в качестве материала мишени используется электроизолирующий материал, то при осаждении атомов этого изоляционного материала на поверхности анода образуется электроизолирующий пограничный слой. Эта поверхность анода может быть, например, поверхностью подложки или поверхностью расходуемого листа, который соединен как анод. Из-за этого пограничного слоя в противном случае электропроводящий анод теряет свои электропроводящие свойства и, следовательно, свою функцию анода в электрическом поле постоянного тока. Это явление известно в науке как «эффект исчезающего анода» и препятствует осаждению многих представляющих интерес с технической точки зрения материалов (например, керамики, такой как оксид алюминия). Кроме того, этот эффект может разрушить устройство или, по меньшей мере, привести к прекращению процесса нанесения покрытия. Это явление может также возникать в процессах нанесения покрытия методом реактивного PVD, когда в реакционной камере помимо технологического газа присутствует химически активный газ. Если в таком процессе реактивного PVD обрабатывают, например, металлы (например, алюминий или цирконий), с использованием химической реакции путем добавления кислорода, создаются электронепроводящие слои, из-за чего анод может «исчезнуть».[009] However, the disadvantage of this method is that due to the principle of operation, i.e. DC electric field between the target and the anode, only electrically conductive materials can be used as the target or coating material. If an electrically insulating material is used as the target material, then the deposition of atoms of this insulating material on the anode surface forms an electrically insulating boundary layer. This anode surface may be, for example, the surface of a substrate or the surface of a sacrificial sheet which is bonded as an anode. Because of this boundary layer, the otherwise electrically conductive anode loses its electrically conductive properties and therefore its anode function in a DC electric field. This phenomenon is known in science as the "vanishing anode effect" and prevents the deposition of many technically interesting materials (eg ceramics such as alumina). In addition, this effect may destroy the device or at least lead to termination of the coating process. This phenomenon can also occur in reactive PVD coating processes where a reactive gas is present in the reaction chamber in addition to the process gas. If such a reactive PVD process treats, for example, metals (eg aluminum or zirconium), using a chemical reaction by adding oxygen, electrically non-conductive layers are created, which can cause the anode to "disappear".

[0010] Однако, особенно при нанесении покрытия на инструменты, держатели инструментов и т. п., часто в качестве материала покрытия целесообразно использовать электронепроводящие твердые вещества, такие как техническая керамика, поскольку эти материалы имеют высокую твердость, высокую термостойкость, хорошую теплопроводность, высокую химическую стойкость и коррозионную стойкость. В настоящем документе термин «техническая керамика» используется для ссылки на неорганическое электронепроводящее твердое вещество.[0010] However, especially when coating tools, tool holders, and the like, it is often appropriate to use electrically non-conductive solids such as technical ceramics as the coating material because these materials have high hardness, high temperature resistance, good thermal conductivity, high chemical resistance and corrosion resistance. In this document, the term "technical ceramic" is used to refer to an inorganic electrically non-conductive solid.

[0011] Таким образом, существует фундаментальная техническая проблема, заключающаяся в том, что с известными устройствами магнетронного распыления при постоянном токе электронепроводящие материалы не могут быть использованы для нанесения покрытия на подложку без риска «эффекта исчезающего анода». [0011] Thus, there is a fundamental technical problem that with known DC magnetron sputtering devices, electrically non-conductive materials cannot be used to coat a substrate without the risk of a "vanishing anode effect".

[0012] Техническая возможность покрытия подложек электронепроводящим материалом обеспечивается так называемым двойным магнетронным распылением при переменном токе. Между двумя электродами, например, между мишенью и подложкой, подают переменный ток в прямом и обратном направлении, посредством чего поверхность подложки очищается при каждом изменении направления переменного тока на обратное, тем самым предотвращая «эффект исчезающего анода» [0012] The technical possibility of coating substrates with an electrically non-conductive material is provided by the so-called double magnetron sputtering with alternating current. Between the two electrodes, for example, between the target and the substrate, alternating current is applied in the forward and reverse direction, whereby the surface of the substrate is cleaned with each change in the direction of the alternating current to the reverse, thereby preventing the "vanishing anode effect"

[источник: http://www.semicore.com/news/97-what-is-mf-ac-sputtering; доступен по состоянию на 26.04.2018 г.]. Этот способ нанесения покрытия существенно отличается от магнетронного распыления при постоянном токе тем, что он требует напряжения переменного тока или электрического поля переменного тока, что делает конструкцию устройства в целом более сложной с технической точки зрения и более объемной, и, таким образом, намного более затратной, и поэтому не представляет собой оптимального решения данной технической проблемы.[source: http://www.semicore.com/news/97-what-is-mf-ac-sputtering; available as of 04/26/2018]. This coating method differs significantly from DC magnetron sputtering in that it requires an AC voltage or an AC electric field, which makes the design of the device as a whole more technically complex and bulkier, and thus much more expensive. , and therefore does not represent an optimal solution to this technical problem.

[0013] В вышеупомянутом документе DE 10 2014 105 947 A1 показан пример устройства или способа магнетронного распыления при постоянном токе для осаждения тонкой пьезоэлектрической пленки на акустический резонатор. Мишень состоит из электропроводящего алюминия, который легирован редкоземельным элементом, тоже являющимся электропроводящим. Эта публикация в основном касается задачи проектирования магнитного поля в интересах пьезоэлектрических свойств покрытия резонатора. Однако данная публикация не решает техническую проблему, описанную выше, но в ней явно упоминается, что мишень сделана из электропроводящего материала. [0013] The aforementioned document DE 10 2014 105 947 A1 shows an example of a DC magnetron sputtering device or method for depositing a thin piezoelectric film on an acoustic resonator. The target consists of electrically conductive aluminum doped with a rare earth element, which is also electrically conductive. This publication is mainly concerned with the problem of designing a magnetic field in the interests of the piezoelectric properties of the resonator coating. However, this publication does not solve the technical problem described above, but explicitly mentions that the target is made of an electrically conductive material.

[0014] Вышеупомянутый документ DE 11 2008 000 702 T5 тоже не решает вышеупомянутую техническую проблему эффекта исчезающего анода. Описано устройство магнетронного распыления, которое используют для нанесения покрытия на подложки жидкокристаллического дисплея или полупроводниковые подложки, причем эта публикация посвящена расположению магнитов в устройстве и, следовательно, относится к другой технической области. [0014] The aforementioned document DE 11 2008 000 702 T5 also does not solve the aforementioned technical problem of the disappearing anode effect. A magnetron sputtering apparatus is described which is used for coating liquid crystal display substrates or semiconductor substrates, this publication is devoted to the arrangement of magnets in the apparatus and therefore belongs to a different technical field.

[0015] В вышеупомянутом документе ЕР 3041026 B1 предложено газовпускное отверстие для вакуумной камеры устройства магнетронного распыления, посредством которого должно быть гармонизировано распределение смешанного газа (технологический газ + химически активный газ) после входа в вакуумную камеру.[0015] In the aforementioned document EP 3041026 B1, a gas inlet for the vacuum chamber of a magnetron sputtering apparatus is proposed, by which the distribution of the mixed gas (process gas + reactive gas) after entering the vacuum chamber is to be harmonized.

[0016] Сложная техническая проблема, описанная выше, приводит к технической задаче создания устройства магнетронного распыления или способа магнетронного распыления, в котором подложка может быть покрыта электронепроводящим материалом без возникновения «эффекта исчезающего анода».[0016] The complex technical problem described above leads to the technical problem of providing a magnetron sputtering device or a magnetron sputtering method in which a substrate can be coated with an electrically non-conductive material without causing a "vanishing anode effect".

[0017] В соответствии с настоящим изобретением данную проблему решают исходя из вышеупомянутого устройства магнетронного распыления, а именно: устройство магнетронного распыления содержит подложку; мишень, которая образует катод в электрическом поле постоянного тока и содержит электропроводящую смесь для нанесения покрытия на подложку; анод в электрическом поле постоянного тока; реакционную камеру, в которой расположены мишень и подложка, причем мишень расположена на расстоянии от подложки; и источник напряжения, выполненный с возможностью формирования электрического поля постоянного тока между катодом и анодом; при этом смесь содержит первый материал и второй материал, а подложка содержит третий материал, где первый материал является электронепроводящим твердым веществом, второй материал является электропроводящим твердым веществом, а третий материал является электропроводящим твердым веществом.[0017] According to the present invention, this problem is solved based on the aforementioned magnetron sputtering apparatus, namely: the magnetron sputtering apparatus comprises a substrate; a target that forms a cathode in a DC electric field and contains an electrically conductive mixture for coating the substrate; anode in a direct current electric field; a reaction chamber, in which the target and the substrate are located, and the target is located at a distance from the substrate; and a voltage source configured to generate a DC electric field between the cathode and the anode; wherein the mixture contains a first material and a second material, and the substrate contains a third material, where the first material is an electrically non-conductive solid, the second material is an electrically conductive solid, and the third material is an electrically conductive solid.

[0018] Кроме того, проблему в соответствии с настоящим изобретением решают с помощью способа, который включает следующие этапы: обеспечение подложки; обеспечение мишени, которая образует катод в электрическом поле постоянного тока и содержит электропроводящую смесь для нанесения покрытия на подложку, причем смесь содержит первый материал и второй материал, при этом первый материал является электронепроводящим твердым веществом, а второй материал является электропроводящим твердым веществом; обеспечение анода в электрическом поле постоянного тока; расположение мишени и подложки в реакционной камере, причем мишень располагают на расстоянии от подложки, при этом подложка содержит третий материал, который является электропроводящим твердым веществом; введение технологического газа во внутреннюю часть реакционной камеры; и формирование электрического поля постоянного тока между катодом и анодом.[0018] In addition, the problem in accordance with the present invention is solved by a method that includes the following steps: providing a substrate; providing a target that forms a cathode in a DC electric field and contains an electrically conductive mixture for coating the substrate, the mixture comprising a first material and a second material, the first material being an electrically non-conductive solid and the second material being an electrically conductive solid; providing the anode in a direct current electric field; the location of the target and the substrate in the reaction chamber, and the target is located at a distance from the substrate, while the substrate contains a third material, which is an electrically conductive solid; introducing process gas into the interior of the reaction chamber; and forming a direct current electric field between the cathode and the anode.

[0019] С помощью устройства в соответствии с настоящим изобретением можно покрывать подложку электронепроводящим твердым веществом без возникновения эффекта исчезновения анода, несмотря на магнетронное распыление при постоянном токе. До настоящего времени это было возможно только посредством значительно более сложного и дорого магнетронного распыления при переменном токе. Это магнетронное распыление при переменном токе часто называют среднечастотным (Mid Frequency, MF) магнетронным распылением. Однако настоящее изобретение позволяет делать мишень электропроводящей путем добавления электропроводящего материала (второго материала) и продолжать обеспечивать эту электропроводность даже после того, как на поверхность подложки осаждены атомы мишени. Таким образом, подложка может быть покрыта простым и экономичным способом, например, технической керамикой, которая создает многочисленные полезные свойства покрытия. В соответствии с настоящим изобретением качество слоя и свойства слоя покрытия подложки в значительной степени определяются механическими и тепловыми свойствами электронепроводящего материала (первого материала). Второй материал добавляют только для создания электропроводимости. Следовательно, предназначенная для мишени смесь предпочтительно по большей части состоит из первого материала. С другой стороны, долю второго материала предпочтительно выбирают минимально возможной, т. е. настолько высокой, насколько это необходимо для создания требуемой электропроводимости смеси мишени. В таком случае свойства второго материала приводят только к незначительным, технически приемлемым изменениям в покрытии на подложке.[0019] With the apparatus of the present invention, it is possible to coat a substrate with an electrically non-conductive solid without anode disappearing effect despite DC magnetron sputtering. Until now, this has only been possible with the much more complex and expensive AC magnetron sputtering. This AC magnetron sputtering is often referred to as Mid Frequency (MF) magnetron sputtering. However, the present invention makes it possible to make a target electrically conductive by adding an electrically conductive material (second material) and continue to provide this electrical conductivity even after target atoms are deposited on the surface of the substrate. In this way, the substrate can be coated in a simple and economical way, for example with technical ceramics, which provide numerous beneficial properties of the coating. According to the present invention, the quality of the layer and the properties of the coating layer of the substrate are largely determined by the mechanical and thermal properties of the electrically non-conductive material (first material). The second material is added only to create electrical conductivity. Therefore, the target mixture preferably consists for the most part of the first material. On the other hand, the proportion of the second material is preferably chosen as low as possible, i.e., as high as necessary to create the required electrical conductivity of the target mixture. In such a case, the properties of the second material result in only minor, technically acceptable changes in the coating on the substrate.

[0020] Еще одним преимуществом настоящего изобретения является то, что уже используемые обычные устройства магнетронного распыления могут быть применены без необходимости в дорогостоящей и сложной доработке или модернизации, поскольку для устройства или способа согласно настоящему изобретению требуется только заменить мишень.[0020] Another advantage of the present invention is that conventional magnetron sputtering devices already in use can be applied without the need for costly and complex modifications or upgrades, since the device or method of the present invention only requires a change of target.

[0021] Кроме того, существует еще одно преимущество по сравнению с вышеупомянутым устройством магнетронного распыления при переменном токе, поскольку устройство в соответствии с настоящим изобретением является независимым от времени, и поэтому проще в обращении.[0021] In addition, there is another advantage over the aforementioned AC magnetron sputtering device, since the device according to the present invention is time-independent and therefore easier to handle.

[0022] В самом общем смысле подложка является объектом, на который нужно нанести покрытие. В данной заявке подложкой предпочтительно называют любого рода инструменты, детали инструментов, режущие инструменты, формующие инструменты, держатели инструментов и части держателей инструментов. Предпочтительно, но не обязательно, подложка в реакционной камере может быть расположена, например, на держателе подложки или прикреплена к нему с возможностью обратного съема.[0022] In the most general sense, a substrate is an object to be coated. In this application, the substrate is preferably any kind of tools, tool parts, cutting tools, forming tools, tool holders and parts of tool holders. Preferably, but not necessarily, the substrate in the reaction chamber may be located, for example, on the substrate holder or attached to it with the possibility of reverse removal.

[0023] В настоящем контексте под мишенью понимают твердое тело, которое, в сущности, может иметь геометрическую форму любого вида. Однако на практике укоренились мишени прямоугольной или круглой формы, причем мишень может быть предпочтительно размешена на держателе мишени в реакционной камере. Такой держатель мишени во время процесса нанесения покрытия может быть, использован, например, в качестве монтажной площадки, на которой может быть закреплена мишень с возможностью обратного съема.[0023] In the present context, a target is understood to mean a solid body, which, in essence, can have any kind of geometric shape. However, in practice, targets of rectangular or round shape have become rooted, and the target can preferably be placed on a target holder in the reaction chamber. Such a target holder during the coating process can be used, for example, as a mounting platform on which the target can be fixed in a releasable manner.

[0024] Термин «реакционная камера» относится к корпусу, или рабочей камере, или рабочему объему устройства магнетронного распыления, в котором располагают мишень на расстоянии от подложки. Предпочтительно реакционная камера содержит, например, вакуумный насос для создания вакуума внутри нее. Предпочтительно реакционная камера также содержит газовпускное отверстие, через которое может быть введен технологический газ после создания вакуума, т. е. после того, как из внутренней части реакционной камеры удален воздух. Предпочтительно технологический газ является благородным газом, т. е. газом, который химически инертен, и поэтому не вступает в реакцию ни с одним или ни с более участниками реакции.[0024] The term "reaction chamber" refers to the body, or working chamber, or working volume of the magnetron sputtering device, in which the target is located at a distance from the substrate. Preferably, the reaction chamber contains, for example, a vacuum pump to create a vacuum inside it. Preferably, the reaction chamber also includes a gas inlet through which process gas can be introduced after a vacuum has been created, i.e. after air has been removed from the interior of the reaction chamber. Preferably the process gas is a noble gas, i.e. a gas that is chemically inert and therefore does not react with any or more of the reactants.

[0025] Источник напряжения подает электрическое напряжение или разность потенциалов между его точками соединения, например, реализуемыми в виде соединительных клемм или электрических выходов. В сущности, напряжение лишь незначительно зависит от электрического тока, который берут из источника напряжения. Подаваемое электрическое напряжение в идеале не зависит от соответствующего подключенного потребителя. В этом случае источник напряжения является источником напряжения постоянного тока. Это означает, что электрический выход источника напряжения постоянного тока, который подает отрицательное напряжение, соединяют с мишенью посредством кабельного соединения. Электрический выход, который подает положительное напряжение или нулевой потенциал (заземление), соединяют с анодом посредством кабельного соединения. Здесь необходимо упомянуть, что по соображениям безопасности заземление устройства предпочтительно находится в реакционной камере.[0025] The voltage source supplies an electrical voltage or potential difference between its connection points, such as implemented as connection terminals or electrical outputs. In fact, the voltage only slightly depends on the electric current, which is taken from the voltage source. The electrical voltage supplied is ideally independent of the respective connected consumer. In this case, the voltage source is a DC voltage source. This means that the electrical output of the DC voltage source, which supplies the negative voltage, is connected to the target via a cable connection. An electrical outlet that supplies a positive voltage or zero potential (ground) is connected to the anode via a cable connection. It should be mentioned here that, for safety reasons, the grounding of the device is preferably located in the reaction chamber.

[0026] Мишень в соответствии с настоящим изобретением содержит первый материал и второй материал, что, иначе говоря, означает, что мишень состоит по меньшей мере из первого и второго материала. Таким образом, мишень содержит смесь или композицию материалов, состоящую по меньшей мере из первого материала и второго материала, но может также содержать другие материалы, например материалы-носители. Мишень в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно получена спеканием или горячим прессованием, но также может быть создана посредством других технологических процессов, с помощью которых можно объединять два различных исходных материала или ресурсов, которые предпочтительно присутствуют в виде порошка или в виде гранул, т. е. в виде твердых частиц, прежде чем их объединяют друг с другом в твердом теле.[0026] The target in accordance with the present invention contains a first material and a second material, which, in other words, means that the target consists of at least the first and second material. Thus, the target contains a mixture or composition of materials, consisting of at least a first material and a second material, but may also contain other materials, such as carrier materials. The target according to the present invention is preferably obtained by sintering or hot pressing, but can also be created through other technological processes by which two different starting materials or resources can be combined, which are preferably present in the form of a powder or in the form of granules, i.e. in the form of solid particles before they are combined with each other in a solid.

[0027] Также необходимо отметить, что третий материал, или материал подложки, отличается от второго материала. Это означает, что химический состав третьего материала отличается от химического состава второго материала. Только измененной морфологии или структуры кристаллической решетки (например, кубической пространственно центрированной, кубической гранецентрированной или гексагональной плотноупакованной) еще не достаточно для различия между вторым материалом и третьим материалом.[0027] It should also be noted that the third material, or substrate material, is different from the second material. This means that the chemical composition of the third material is different from the chemical composition of the second material. Altered morphology or structure of the crystal lattice (eg, cubic space centered, cubic face centered, or hexagonal close packed) alone is not enough to distinguish between the second material and the third material.

[0028] В рассматриваемом случае электропроводность, которую также называют удельной проводимостью, является физической величиной, указывающей на способность вещества проводить электрический ток. В электротехнике электропроводность часто определяют как величину, обратную удельному сопротивлению вещества. Это сопротивление обычно указывают в единицах измерения системы СИ «ом⋅метр» (Ом⋅м). Электропроводность указывают в единицах измерения СИ «сименс на метр» (См/м).[0028] In this case, electrical conductivity, which is also called specific conductivity, is a physical quantity indicating the ability of a substance to conduct an electric current. In electrical engineering, electrical conductivity is often defined as the reciprocal of the resistivity of a substance. This resistance is usually given in SI units of "ohm⋅meter" (Ohm⋅m). Electrical conductivity is given in SI units "Siemens per meter" (S/m).

[0029] По существу вещества периодической таблицы могут быть разделены по электропроводности на четыре группы. Различают сверхпроводники, проводники, полупроводники и непроводники. Сверхпроводники являются материалами, в которых электрическое сопротивление падает почти до 0 при температуре ниже зависящей от материала температуры перехода, и электропроводность, таким образом, становится почти бесконечно большой. При температуре окружающей среды 25 °С проводники или проводящие материалы имеют электропроводность > 106 См/м. В группе полупроводников электропроводность зависит от чистоты материала. В группе непроводников, или изоляторов, электропроводность обычно определяют как < 10–8 См/м. [0029] In essence, the substances of the periodic table can be divided into four groups by electrical conductivity. There are superconductors, conductors, semiconductors and non-conductors. Superconductors are materials in which the electrical resistance drops to almost 0 at a temperature below the material-dependent junction temperature, and the electrical conductivity thus becomes almost infinite. At an ambient temperature of 25 °C, conductors or conductive materials have an electrical conductivity > 10 6 S/m. In the semiconductor group, electrical conductivity depends on the purity of the material. In the group of non-conductors, or insulators, electrical conductivity is usually defined as < 10 -8 S/m.

[0030] С физической точки зрения электропроводность также может быть объяснена с помощью так называемой зонной модели. В этой модели свойства энергии электронов разных материалов обычно делят на положение в так называемой валентной зоне и положение в так называемой зоне проводимости. Между валентной зоной и зоной проводимости существует так называемая запрещенная зона, с помощью которой по существу можно объяснить электропроводность материала. Например, если материал содержит большую запрещенную зону, его считают электронепроводящим или изолятором. Если, с другой стороны, материал содержит очень маленькую запрещенную зону, т. е. зона проводимости перекрывается с валентной зоной или непосредственно соединена с ней, материал считают электропроводящим. Это свойство особенно справедливо в отношении металлов. В изоляторах все электроны находятся в валентной зоне и могут быть подняты в зону проводимости только посредством ввода очень высокой энергии. В случае электропроводящих материалов либо все, либо по меньшей мере большая часть электронов находятся в зоне проводимости, что делает эти материалы проводящими без всякого ввода дополнительной энергии.[0030] From a physical point of view, electrical conductivity can also be explained using the so-called band model. In this model, the electron energy properties of different materials are usually divided into a position in the so-called valence band and a position in the so-called conduction band. Between the valence band and the conduction band, there is a so-called band gap, which essentially explains the electrical conductivity of the material. For example, if a material contains a large band gap, it is considered electrically non-conductive or insulating. If, on the other hand, the material contains a very small band gap, i.e. the conduction band overlaps with the valence band or is directly connected to it, the material is considered to be electrically conductive. This property is especially true for metals. In insulators, all electrons are in the valence band and can only be lifted into the conduction band by introducing very high energy. In the case of electrically conductive materials, either all or at least most of the electrons are in the conduction band, which makes these materials conductive without any input of additional energy.

[0031] В данном случае представляется целесообразным определить твердое вещество как электропроводящее, если оно имеет электропроводность > 10-3 См/м при температуре окружающей среды 25 °C. В то же время твердое вещество нужно считать электронепроводящим, если оно имеет электропроводность < 10-3 См/м при температуре окружающей среды 25 °C.[0031] In this case, it seems appropriate to define a solid as electrically conductive if it has an electrical conductivity of >10 -3 S/m at an ambient temperature of 25°C. At the same time, a solid should be considered electrically non-conductive if it has an electrical conductivity < 10 -3 S/m at an ambient temperature of 25 °C.

[0032] В соответствии с аспектом настоящего изобретения первый материал имеет первую объемную долю ΔV1, а второй материал имеет вторую объемную долю ΔV2, причем имеет силу следующее соотношение: ΔV1 ≥ ΔV2, предпочтительно ΔV1 ≥ 1,5 ΔV2.[0032] In accordance with an aspect of the present invention, the first material has a first volume fraction ΔV 1 and the second material has a second volume fraction ΔV 2 and the following relationship is valid: ΔV 1 ≥ ΔV 2 , preferably ΔV 1 ≥ 1.5 ΔV 2 .

[0033] Здесь следует снова упомянуть, что второй материал добавляют только для того, чтобы обеспечить электропроводность покрытия. Полезные механические и тепловые свойства покрытия предпочтительно определяются свойствами материала первого материала. По этой причине целесообразно добавлять второй материал в объемной доле, которая меньше объемной доли первого материала. Для уточнения соотношения ΔV1 ≥ 1,5 ΔV2 следует отметить, что предпочтительная смесь содержит по меньшей мере 60 объемных процентов первого материала и не более 40 объемных процентов второго материала.[0033] Here it should be mentioned again that the second material is added only to ensure the electrical conductivity of the coating. The beneficial mechanical and thermal properties of the coating are preferably determined by the material properties of the first material. For this reason, it is expedient to add the second material in a volume fraction which is less than the volume fraction of the first material. To clarify the relationship ΔV 1 ≥ 1.5 ΔV 2 it should be noted that the preferred mixture contains at least 60 volume percent of the first material and not more than 40 volume percent of the second material.

[0034] В соответствии с аспектом настоящего изобретения первый материал является первым неорганическим твердым веществом.[0034] According to an aspect of the present invention, the first material is a first inorganic solid.

[0035] Неорганическое твердое вещество является веществом из периодической таблицы, которое присутствует в твердом состоянии при температуре по меньшей мере до 150 °С. Кроме того, под неорганическим материалом следует понимать материал, который не относится к живой природе.[0035] An inorganic solid is a substance from the periodic table that is present in the solid state at temperatures up to at least 150°C. In addition, inorganic material should be understood as a material that does not belong to living nature.

[0036] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения первое неорганическое твердое вещество является карбидом, нитридом и/или оксидом. [0036] In accordance with another aspect of the present invention, the first inorganic solid is a carbide, nitride and/or oxide.

[0037] Карбиды и нитриды характеризуются очень сильными энергиями связи между атомами, которые приводят к высокой химической и тепловой стабильности, твердости и прочности, но в то же время к более низкой пластичности и достаточно высокой хрупкости. Высокая энергия связывания представлена на атомном уровне высокой долей ковалентных связей и низкой долей ионных связей.[0037] Carbides and nitrides are characterized by very strong bonding energies between atoms, which lead to high chemical and thermal stability, hardness and strength, but at the same time to lower ductility and rather high brittleness. The high binding energy is represented at the atomic level by a high proportion of covalent bonds and a low proportion of ionic bonds.

[0038] Однако у оксидов преобладают ионные связи. Тем не менее, оксиды тоже характеризуются высокой твердостью, высокой износоустойчивостью и хорошей теплостойкостью, но более хрупкие, чем большинство обычных карбидов, и поэтому используются в технологии механической обработки предпочтительно для покрытий. Кроме того, оксиды проявляют высокую коррозионную стойкость при температурах вплоть до > 1000 °C.[0038] However, oxides are dominated by ionic bonds. However, oxides are also characterized by high hardness, high wear resistance and good heat resistance, but are more brittle than most conventional carbides and are therefore used in machining technology preferably for coatings. In addition, oxides exhibit high corrosion resistance at temperatures up to > 1000 °C.

[0039] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения первое неорганическое твердое вещество является оксидом металла.[0039] In accordance with another aspect of the present invention, the first inorganic solid is a metal oxide.

[0040] Оксиды металлов представляют собой соединения металла и кислорода и известны своими полезными свойствами в качестве материалов покрытия. В случае оксидов металла также преобладают ионные связи. Кроме того, они характеризуются (подобно оксидам) высокой твердостью, высокой износоустойчивостью и хорошей теплостойкостью.[0040] Metal oxides are compounds of metal and oxygen and are known for their useful properties as coating materials. In the case of metal oxides, ionic bonds also predominate. In addition, they are characterized (like oxides) by high hardness, high wear resistance and good heat resistance.

[0041] В соответствии с аспектом настоящего изобретения оксид металла представляет собой оксид циркония (ZrO2), оксид алюминия (Al2O3) или оксид титана (TiO2).[0041] In accordance with an aspect of the present invention, the metal oxide is zirconium oxide (ZrO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or titanium oxide (TiO 2 ).

[0042] Преимуществом эти оксидов металлов в качестве покрытия в технологии механической обработки является их высокая твердость и термостойкость, а также их высокая стойкость к химическим и тепловым воздействиям. Они также обладают высокой стойкостью к коррозии и все еще могут использоваться при высоких температурах в областях применения при температуре до 1000 °C. Оксид металла титанат алюминия (Al2TiO5) также может быть использован в качестве элемента покрытия в технологии механической обработки.[0042] The advantage of these metal oxides as a coating in machining technology is their high hardness and heat resistance, as well as their high chemical and thermal resistance. They also have high corrosion resistance and can still be used at high temperatures in applications up to 1000°C. The metal oxide aluminum titanate (Al 2 TiO 5 ) can also be used as a coating element in machining technology.

[0043] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения второй материал является вторым неорганическим твердым веществом. Второе твердое неорганическое вещество отличается от первого неорганического твердого вещества. Разница заключается, в частности, но предпочтительно не исключительно, в свойствах электропроводности.[0043] In accordance with another aspect of the present invention, the second material is a second inorganic solid. The second inorganic solid is different from the first inorganic solid. The difference lies in particular, but preferably not exclusively, in the electrical conductivity properties.

[0044] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения второе неорганическое твердое вещество является элементарным металлом, боридом, карбидом и/или нитридом. При таком ограничении особое внимание должно быть уделено электропроводности второго материала, причем в качестве второго материала могут быть использованы только электропроводящие бориды, карбиды и/или нитриды. Элементарные металлы всегда обладают требуемой электропроводностью.[0044] In accordance with another aspect of the present invention, the second inorganic solid is an elemental metal, boride, carbide and/or nitride. With this limitation, particular attention must be paid to the electrical conductivity of the second material, and only electrically conductive borides, carbides and/or nitrides can be used as the second material. Elemental metals always have the required electrical conductivity.

[0045] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения второе неорганическое твердое вещество является карбидом.[0045] In accordance with another aspect of the present invention, the second inorganic solid is a carbide.

[0046] Карбиды относятся к группе веществ, химическое соединение которых представлено элементом (E) и углеродом (C) с общей структурной формулой ExCy. К этой группе относятся как солеподобные, так и металлические соединения. В данном случае особенно предпочтительны металлические соединения, которые характеризуются высокой механической и тепловой стабильностью, а также высокой температурой плавления (от 3000 °С до 4000 °С).[0046] Carbides refer to a group of substances whose chemical compound is represented by element (E) and carbon (C) with the general structural formula E x C y . This group includes both salt-like and metallic compounds. In this case, metal compounds are especially preferred, which are characterized by high mechanical and thermal stability, as well as a high melting point (from 3000 ° C to 4000 ° C).

[0047] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения карбид является карбидом вольфрама (WC), карбидом ниобия (NbC), карбидом гафния (HfC), карбидом тантала (TaC), карбидом титана (TiC), карбидом молибдена (MoC) и/или карбидом хрома(Cr3C2). [0047] In accordance with another aspect of the present invention, the carbide is tungsten carbide (WC), niobium carbide (NbC), hafnium carbide (HfC), tantalum carbide (TaC), titanium carbide (TiC), molybdenum carbide (MoC) and/ or chromium carbide (Cr 3 C 2 ).

[0048] Карбид вольфрама (WC) имеет высокое значение твердости, а также температуру плавления 2785 °C. В целом, карбид вольфрама является основным компонентом многих типов карбидов и используется главным образом для инструментов механической обработки и в качестве материала для сверхпрочных компонентов и формующих инструментов. Карбид титана (TiC) является неорганическим химическим соединением элементов титана и углерода. Кроме того, он обладает очень хорошей электропроводностью и стабилен в воздухе при температуре вплоть до 800 °C. Он также характеризуется особенно высоким значением твердости до 4000 HV (твердость по Виккерсу). Этот материал особенно хорошо известен как материал покрытия для режущих пластин, фрезерных инструментов, сверл, формующих инструментов, полотен пилы и т. п. Карбид молибдена является интерметаллическим соединением, точно так же, как и карбид хрома. Оба материала могут быть использованы в качестве основы для коррозионно-стойких карбидных сплавов. Карбид ниобия (NbC) особенно выгоден в качестве материала для покрытия, так как этот карбид имеет гораздо более низкую закупочную цену по сравнению с карбидом вольфрама. Кроме того, он имеет очень похожие механические свойства с WC, но обладает более низкой плотностью. Другими полезными карбидами металла являются карбид тантала (TaC) и карбид гафния (HfC).[0048] Tungsten carbide (WC) has a high hardness value as well as a melting point of 2785°C. In general, tungsten carbide is the main component of many types of carbides and is used mainly for machining tools and as a material for heavy duty components and forming tools. Titanium carbide (TiC) is an inorganic chemical compound of the elements titanium and carbon. In addition, it has very good electrical conductivity and is stable in air at temperatures up to 800 °C. It is also characterized by a particularly high hardness value of up to 4000 HV (Vickers hardness). This material is especially well known as a coating material for cutting inserts, milling tools, drills, forming tools, saw blades, etc. Molybdenum carbide is an intermetallic compound, just like chromium carbide. Both materials can be used as a base for corrosion resistant carbide alloys. Niobium carbide (NbC) is particularly advantageous as a coating material as this carbide has a much lower purchase price compared to tungsten carbide. In addition, it has very similar mechanical properties to WC but has a lower density. Other useful metal carbides are tantalum carbide (TaC) and hafnium carbide (HfC).

[0049] В соответствии с аспектом настоящего изобретения третий материал является карбидом, керметом, кубическим нитридом бора или сталью. Эти материалы, в частности, используют при изготовлении держателей инструментов и режущих инструментов для механической обработки, например для режущих пластин, токарных, фрезерных, сверлильных, развертывающих и отделочных инструментов.[0049] In accordance with an aspect of the present invention, the third material is carbide, cermet, cubic boron nitride, or steel. These materials are used in particular in the manufacture of tool holders and cutting tools for machining, for example for cutting inserts, turning, milling, drilling, reaming and finishing tools.

[0050] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения источник напряжения выполнен с возможностью формирования электрического поля постоянного тока посредством импульсов энергии. [0050] In accordance with another aspect of the present invention, the voltage source is configured to generate a direct current electric field through energy pulses.

[0051] Устройства магнетронного распыления, в которых электрическое поле постоянного тока обеспечивают импульсами энергии, также известны как устройства магнетронного распыления импульсами высокой мощности (High-energy Pulse Magnetron Sputtering, HiPIMS). Преимуществом такого усовершенствования является то, что к катоду может быть приложена более высокая мощность, посредством чего можно улучшить ионизацию технологического газа (т. е. образование плазмы). Материал мишени (смесь первого и второго материалов) сильнее ионизируется импульсами высокой энергии, что приводит к значительно более плотным и однородным слоям при формировании слоев на подложке, т. е. покрытие поверхности подложки оптимизируется. Импульсы энергии обычно имеют длительность импульса от 1 мкс до 150 мкс и обладают особенно выгодными мощностями > 1 МВт. Благодаря этим очень высоким мощностям на катоде можно достичь значительно более высоких степеней ионизации материала мишени. Эта высокая степень ионизации может значительно изменять свойства растущего слоя на подложке благодаря модифицированным механизмам роста и может, например, способствовать увеличению адгезии атомов покрытия на поверхности подложки.[0051] Magnetron sputtering devices in which a DC electric field is provided with energy pulses are also known as High-energy Pulse Magnetron Sputtering (HPIMS) devices. The advantage of this improvement is that a higher power can be applied to the cathode, whereby the ionization of the process gas (ie plasma formation) can be improved. The target material (a mixture of the first and second materials) is more strongly ionized by high energy pulses, which leads to much denser and more uniform layers when forming layers on the substrate, i.e., the coverage of the substrate surface is optimized. Energy pulses typically have a pulse duration of 1 µs to 150 µs and have particularly advantageous powers > 1 MW. Due to these very high powers at the cathode, significantly higher degrees of ionization of the target material can be achieved. This high degree of ionization can significantly change the properties of the growing layer on the substrate due to modified growth mechanisms and can, for example, increase the adhesion of the coating atoms on the substrate surface.

[0052] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения источник напряжения выполнен с возможностью формирования импульсов энергии мощностью > 0,1 МВт, предпочтительно > 0,5 МВт, особенно предпочтительно > 1 МВт.[0052] In accordance with another aspect of the present invention, the voltage source is configured to generate power pulses of > 0.1 MW, preferably > 0.5 MW, particularly preferably > 1 MW.

[0053] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения источник напряжения выполнен с возможностью приложения отрицательного напряжения смещения к подложке.[0053] In accordance with another aspect of the present invention, the voltage source is configured to apply a negative bias voltage to the substrate.

[0054] Когда к подложке прикладывают напряжение смещения, подложку располагают так, что она электрически изолирована от реакционной камеры. Преимуществом в данном случае является то, что реакционная камера или часть реакционной камеры служит в качестве анода, и/или нулевого потенциала или заземления для устройства магнетронного распыления. Предпочтительно к подложке прикладывают отрицательное напряжение или потенциал от -50 до -200 В, причем напряжение смещения в принципе может быть также ниже или выше ранее упомянутого интервала. Благодаря этому напряжению смещения подложки увеличивается ионная энергия частично ионизированной плазмы, которая формируется за счет ввода энергии электрического поля постоянного тока между катодом и анодом. Напряжение смещения приводит к ионной бомбардировке подложки. При очень высокой ионной бомбардировке неплотно связанные поверхностные загрязнения на поверхности подложки удаляются, а также грубеет поверхность подложки. Кроме того, данный эффект также используют, например, в эффективном процессе травления перед нанесением покрытия на подложку, чтобы улучшить адгезию покрытия. При умеренной ионной бомбардировке (напряжение смещения от 50 до 150 В) во время процесса распыления скорость движения атомов материала мишени в газовой фазе увеличивается. Это положительно влияет на структуру слоя в предпочтительных областях применения. Преимуществами, обусловленными приложением напряжения смещения, могут быть, например, увеличение энергии частиц (например, атомов смеси), увеличение плотности слоя, увеличение сжимающего напряжения и/или увеличение твердости покрытия подложки.[0054] When a bias voltage is applied to the substrate, the substrate is positioned so that it is electrically isolated from the reaction chamber. The advantage in this case is that the reaction chamber or part of the reaction chamber serves as an anode and/or zero potential or ground for the magnetron sputtering device. Preferably, a negative voltage or a potential of -50 to -200 V is applied to the substrate, the bias voltage being in principle also lower or higher than the previously mentioned range. Due to this bias voltage of the substrate, the ion energy of the partially ionized plasma, which is formed by introducing the energy of the direct current electric field between the cathode and anode, increases. The bias voltage results in ion bombardment of the substrate. With very high ion bombardment, loosely bound surface contaminants on the substrate surface are removed and the substrate surface is also roughened. In addition, this effect is also used, for example, in an efficient etching process before coating the substrate to improve the adhesion of the coating. With moderate ion bombardment (bias voltage from 50 to 150 V) during the sputtering process, the speed of movement of atoms of the target material in the gas phase increases. This has a positive effect on the layer structure in preferred applications. Benefits resulting from the application of a bias voltage may be, for example, an increase in the energy of particles (eg, atoms of the mixture), an increase in the density of the layer, an increase in compressive stress, and/or an increase in the hardness of the coating of the substrate.

[0055] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения подложка образует анод. Это означает, что подложку соединяют с источником напряжения или размещают на держателе подложки, который соединен с источником напряжения.[0055] In accordance with another aspect of the present invention, the substrate forms the anode. This means that the substrate is connected to a voltage source or placed on a substrate holder that is connected to a voltage source.

[0056] Преимуществом в этом случае будет то, что установку или электрическое соединение устройства можно сильно упростить, поскольку нужно просто соединить положительный выход источника напряжения с подложкой, а отрицательный выход соединить с мишенью.[0056] The advantage in this case is that the installation or electrical connection of the device can be greatly simplified, since one simply needs to connect the positive output of the voltage source to the substrate and the negative output to the target.

[0057] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения реакционная камера содержит корпус, который окружает мишень по меньшей мере частично и без соприкосновения с ней, причем подложка, реакционная камера и/или корпус образуют анод.[0057] In accordance with another aspect of the present invention, the reaction chamber includes a housing that surrounds the target at least partially and without contact with it, and the substrate, the reaction chamber and/or housing form the anode.

[0058] Термин «корпус» в данном случае означает, например, катодный лист, который по меньшей мере частично окружает катод, но расположен на расстоянии от него внутри реакционной камеры. Такой катодный лист может быть, например, расположен на определенном расстоянии от катода так, чтобы между катодным листом и катодом был зазор. В случае, когда корпус образует анод, технологическую газовую плазму, необходимую для процесса распыления, создают в пространстве между корпусом и катодом. В этом случае корпус тоже покрывается во время процесса нанесения покрытия. Преимуществом является то, что геометрия корпуса может быть выбрана произвольно и сконфигурирована в соответствии с конкретным устройством. Например, может быть обеспечена очень большая площадь поверхности, которую полностью используют в качестве анода. Большая поверхность анода особенно необходима при HiPIMS для плавного протекания процесса.[0058] The term "case" in this case means, for example, the cathode sheet, which at least partially surrounds the cathode, but is located at a distance from it inside the reaction chamber. Such a cathode sheet may, for example, be located at a certain distance from the cathode so that there is a gap between the cathode sheet and the cathode. In the case where the housing forms an anode, the technological gas plasma necessary for the sputtering process is created in the space between the housing and the cathode. In this case, the hull is also coated during the coating process. The advantage is that the housing geometry can be freely selected and configured according to the particular device. For example, a very large surface area can be provided that is fully utilized as the anode. A large anode surface is especially needed in HiPIMS for a smooth process.

[0059] Вышеупомянутые возможности усовершенствования или аспекты устройства магнетронного распыления и преимущества, вытекающие из каждого из них, применимы в равной степени к способу магнетронного распыления согласно настоящему изобретению. [0059] The above improvements or aspects of the magnetron sputtering apparatus and the benefits arising from each of them apply equally to the magnetron sputtering method of the present invention.

[0060] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения покрытие поверхности подложки содержит атомы первого материала и атомы второго материала, причем атомы первого материала расположены таким образом относительно атомов второго материала, что покрытая поверхность подложки является электропроводящей.[0060] In accordance with another aspect of the present invention, the substrate surface coating comprises atoms of a first material and atoms of a second material, the atoms of the first material being located in such a way relative to the atoms of the second material that the coated surface of the substrate is electrically conductive.

[0061] «Расположение атомов первого материала относительно атомов второго материала» в данном случае означает гомогенизацию или распределение атомов по поверхности подложки. Преимуществом является то, что на поверхности подложки нет участка поверхности, где имеется скопление атомов первого материала или атомом второго материала. Предпочтительное расположение атомов первого материала относительно атомов второго материала существует, например, если соответствующие границы раздела между атомами первого материала и атомами второго материала обеспечивают общую электропроводность поверхности подложки.[0061] "The arrangement of the atoms of the first material relative to the atoms of the second material" in this case means the homogenization or distribution of atoms on the surface of the substrate. The advantage is that on the surface of the substrate there is no surface area where there is a cluster of atoms of the first material or an atom of the second material. A preferred arrangement of the atoms of the first material relative to the atoms of the second material exists, for example, if the corresponding interfaces between the atoms of the first material and the atoms of the second material provide the overall electrical conductivity of the surface of the substrate.

[0062] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения способ согласно настоящему изобретению включает следующий дополнительный этап: введение химически активного газа во внутреннюю часть реакционной камеры, причем химически активный газ содержит метан, ацетилен, азот или кислород, а ионы химически активного газа таковы, что они могут реагировать с атомами первого материала и/или атомами второго материала.[0062] In accordance with another aspect of the present invention, the method of the present invention comprises the following additional step: introducing a reactive gas into the interior of the reaction chamber, wherein the reactive gas comprises methane, acetylene, nitrogen, or oxygen, and the reactive gas ions are that they can react with atoms of the first material and/or atoms of the second material.

[0063] При этом так называемом «реактивном распылении» к инертному технологическому газу, предпочтительно аргону, добавляют один или более химически активных газов. Эти химически активные газы реагируют на мишени в вакуумной камере или на подложке с распыленными атомами смеси и образуют с ними дальнейшие химические соединения. Полученные в результате продукты реакции затем осаждают на поверхности подложки.[0063] In this so-called "reactive sputtering", one or more reactive gases are added to an inert process gas, preferably argon. These reactive gases react on targets in a vacuum chamber or on a substrate with sputtered atoms of the mixture and form further chemical compounds with them. The resulting reaction products are then deposited on the surface of the substrate.

[0064] Одним из преимуществ данного способа является то, что на свойства слоя реактивного распыления можно влиять, среди прочего, посредством притока химически активного газа или объемного потока химически активного газа. В добавление к кислороду и азоту также могут быть использованы другие химически активные газы, такие как водород, пар, аммиак, сероводород, метан или тетрафторметан.[0064] One of the advantages of this method is that the properties of the reactive spray layer can be influenced, inter alia, by the influx of reactive gas or the volumetric flow of reactive gas. In addition to oxygen and nitrogen, other reactive gases such as hydrogen, steam, ammonia, hydrogen sulfide, methane or tetrafluoromethane can also be used.

[0065] Само собой разумеется, что вышеупомянутые признаки, которые будут описаны далее в настоящем документе, могут быть использованы не только в соответственно указанной комбинации, но и в других комбинациях или по отдельности в пределах объема настоящего изобретения.[0065] It goes without saying that the above features, which will be described later in this document, can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or separately within the scope of the present invention.

[0066] Варианты реализации настоящего изобретения показаны на чертежах и описаны более подробно в последующем описании. На чертежах:[0066] Embodiments of the present invention are shown in the drawings and described in more detail in the following description. On the drawings:

[0067] на Фиг. 1 показан схематический вид варианта реализации устройства магнетронного распыления;[0067] in FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of a magnetron sputtering device;

на Фиг. 2 показано полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа изображение примера смеси ZrO2-WC;in FIG. 2 shows a scanning electron microscope image of an example of a ZrO 2 -WC mixture;

на Фиг. 3 показано полученное с помощью светооптического микроскопа изображение примера смеси ZrO2-WC; иin FIG. 3 shows an optical microscope image of an example of a mixture of ZrO 2 -WC; and

на Фиг. 4 показано полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа изображение примера покрытия подложки смесью ZrO2-WC; иin FIG. 4 shows a scanning electron microscope image of an example of coating a substrate with a mixture of ZrO 2 -WC; and

на Фиг. 5 показана схематическая последовательность способа.in FIG. 5 shows a schematic flow of the method.

[0068] На Фиг. 1 показано устройство магнетронного распыления в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, причем устройство магнетронного распыления обозначено в целом номером позиции 100.[0068] In FIG. 1 shows a magnetron sputtering apparatus in accordance with an embodiment of the present invention, with the magnetron sputtering apparatus generally designated as 100.

[0069] Устройство 100 магнетронного распыления содержит реакционную камеру 10, во внутренней части 12 которой расположен стол 14 для подложки. В данном случае стол 14 для подложки выполнен с возможностью вращения и может быть приведен во вращательное движение с помощью приводного двигателя, не показанного здесь, причем скоростью вращения (в об/мин) можно управлять. Стол 14 для подложки может быть, например, установленной с возможностью вращения круглой металлической пластиной.[0069] The magnetron sputtering device 100 includes a reaction chamber 10, in the inner part 12 of which a substrate table 14 is located. In this case, the substrate table 14 is rotatable and can be rotated by a driving motor not shown here, and the rotation speed (in rpm) can be controlled. The substrate table 14 may be, for example, a rotatably mounted circular metal plate.

[0070] В данном случае во внутренней части 12 реакционной камеры 10 расположены шесть мишеней 16 в виде восьмиугольника вокруг стола 14 для подложки, причем в соответствии с настоящим изобретением обязательна только одна мишень.[0070] Here, in the interior 12 of the reaction chamber 10, six targets 16 are arranged in an octagon around the substrate table 14, with only one target required in accordance with the present invention.

[0071] На столе 14 для подложки расположен носитель 18 подложки, который, в показанном здесь случае, установлен с возможностью вращения на столе 14 для подложки, причем наличие носителя 18 подложки предпочтительно, но не обязательно. Носитель 18 подложки может быть, например, выполнен в виде корзинообразного устройства и, в зависимости от применения, изготовлен из электропроводящего или электронепроводящего материала. Носитель 18 подложки используют для удержания или фиксации с возможностью отсоединения подложки 20 во время процесса нанесения покрытия.[0071] On the substrate table 14 is a substrate carrier 18 which, in the case shown here, is rotatably mounted on the substrate table 14, the substrate carrier 18 being preferably, but not required. The substrate carrier 18 may, for example, be in the form of a basket-shaped device and, depending on the application, be made of an electrically conductive or electrically non-conductive material. The carrier 18 of the substrate is used to hold or fix with the possibility of detachment of the substrate 20 during the coating process.

[0072] В настоящем варианте реализации на носителе 18 подложки расположены четыре подложки 20. Подложки 20 могут быть, например, фрезерными головками, на которые должно быть нанесено покрытие в устройстве 100 магнетронного распыления. Однако в соответствии с настоящим изобретением обязательно присутствовать должна только одна подложка 20.[0072] In the present embodiment, four substrates 20 are disposed on the substrate carrier 18. The substrates 20 may be, for example, milling heads to be coated in the magnetron sputtering apparatus 100. However, in accordance with the present invention, only one substrate 20 needs to be present.

[0073] Мишень (мишени) 16 и подложка (подложки) 20 расположены на расстоянии друг от друга во внутренней части 12 реакционной камеры 10.[0073] The target(s) 16 and the substrate(s) 20 are located at a distance from each other in the interior 12 of the reaction chamber 10.

[0074] В данном показанном варианте реализации реакционная камера 10 соединена с вакуумным насосом 22, который выполнен с возможностью создания вакуума или, по меньшей мере, отрицательного давления во внутренней части 12 реакционной камеры 10 до начала процесса нанесения покрытия. Вакуумный насос 22 может быть выполнен, например, в виде турбонасоса. Его используют для удаления молекул химически активного газа, такого как азот и/или кислород или воздух, из внутренней части 12 реакционной камеры 10 до начала процесса нанесения покрытия, создавая тем самым вакуум во внутренней части 12.[0074] In this illustrated embodiment, the reaction chamber 10 is connected to a vacuum pump 22 which is configured to create a vacuum or at least negative pressure in the interior 12 of the reaction chamber 10 prior to the coating process. The vacuum pump 22 can be made, for example, in the form of a turbopump. It is used to remove reactive gas molecules such as nitrogen and/or oxygen or air from the interior 12 of the reaction chamber 10 prior to the coating process, thereby creating a vacuum in the interior 12.

[0075] Преимуществом является то, что во внутреннюю часть 12 реакционной камеры 10 через газовпускное отверстие 24, расположенное в реакционной камере 10, вводят инертный технологический газ, такой как аргон или другой благородный газ, для создания в ней инертной рабочей атмосферы. Газовпускное отверстие 24 может быть, например, выполнено в виде газовой муфты, в которой в любом случае должно быть обеспечено герметичное закрытие газовпускного отверстия 24.[0075] Advantageously, an inert process gas such as argon or another noble gas is introduced into the interior 12 of the reaction chamber 10 through a gas inlet 24 located in the reaction chamber 10 to create an inert working atmosphere therein. The gas inlet 24 can, for example, be made in the form of a gas sleeve, in which, in any case, the gas inlet 24 must be hermetically closed.

[0076] Устройство 100 магнетронного распыления дополнительно содержит источник 26 напряжения, который выполнен с возможностью формирования электрического поля постоянного тока. На Фиг. 1 источник 26 напряжения содержит два электрических выхода 28, 30, причем на показанной здесь иллюстрации выход 28 отрицательного напряжения соединен соответственно с шестью показанными мишенями 16, при этом мишени 16 в показанном здесь примере образуют катоды 30 в электрическом поле постоянного тока.[0076] The magnetron sputtering device 100 further comprises a voltage source 26 that is configured to generate a DC electric field. On FIG. 1, the voltage source 26 comprises two electrical outputs 28, 30, wherein, in the illustration shown here, the negative voltage output 28 is connected respectively to the six targets 16 shown, the targets 16 in the example shown here forming cathodes 30 in a DC electric field.

[0077] Мишень 16 необязательно должна служить в качестве катода 30. Стол 14 для подложки можно также использовать в качестве (дополнительного) катода 30 посредством соответствующего соединения с выходом 28 отрицательного напряжения или посредством прилагаемого напряжения. Например, в качестве катода 30 также может быть использован носитель мишени (не показан здесь).[0077] Target 16 does not have to serve as cathode 30. Substrate table 14 can also be used as (additional) cathode 30 by appropriate connection to negative voltage output 28 or by applied voltage. For example, a target carrier (not shown here) can also be used as cathode 30.

[0078] На Фиг. 1 в качестве примера выход 32 положительного напряжения источника 26 напряжения соединен с реакционной камерой 10, тем самым реакционная камера 10 образует анод 34 в электрическом поле постоянного тока. В других вариантах реализации настоящего изобретения, не показанных здесь, в качестве анода 34 могут служить носитель 18 подложки или устройство, такое как один или более корпусов для мишени (мишеней) 16. Еще в одних применениях, не показанных здесь, в качестве примера могут быть использованы несколько анодов 34. Кроме того, преимуществом является то, что по меньшей мере один анод 34 используют в качестве заземления.[0078] In FIG. 1, by way of example, the positive voltage output 32 of the voltage source 26 is connected to the reaction chamber 10, whereby the reaction chamber 10 forms an anode 34 in a DC electric field. In other embodiments of the present invention not shown here, the anode 34 may be a substrate carrier 18 or a device such as one or more housings for the target(s) 16. multiple anodes 34 are used. It is further advantageous that at least one anode 34 is used as ground.

[0079] Имеющаяся в продаже система CemeCon магнетронного распылителя при постоянном токе может быть переключена на «специальную» пару анодов 34, которую называют «усилителем». Эти «усилители» имеют медную поверхность.[0079] A commercially available DC magnetron sputter CemeCon system can be switched to a "special" pair of anodes 34, referred to as an "amplifier". These "amplifiers" have a copper surface.

[0080] Следует отметить, что в других применениях также могут быть использованы несколько источников 26 напряжения и/или источник 26 напряжения с большим количеством электрических выходов и/или входов (не показан). Источники 26 напряжения могут быть выполнены с возможностью обеспечения катода 30 импульсным электропитанием, причем эти импульсы энергии (т. е. подача электроэнергии в течение определенного импульсного периода времени) имеют преимущественно мощность > 0,1 МВт, предпочтительно > 0,5 МВт, более предпочтительно >1 МВт. Источник 26 напряжения может, например, содержать генератор импульсов и/или модулятор ширины импульсов и предпочтительно выполнен с возможностью формирования множества форм импульсов, длительностей импульсов и/или амплитуд импульсов.[0080] It should be noted that in other applications, multiple voltage sources 26 and/or a voltage source 26 with a large number of electrical outputs and/or inputs (not shown) may also be used. The voltage sources 26 can be configured to provide the cathode 30 with a pulsed power supply, these pulses of energy (i.e. power supply for a certain pulsed period of time) being preferably > 0.1 MW, preferably > 0.5 MW, more preferably >1 MW. The voltage source 26 may, for example, comprise a pulse generator and/or a pulse width modulator and is preferably configured to generate a plurality of pulse shapes, pulse durations and/or pulse amplitudes.

[0081] Если устройство 100 магнетронного распыления, показанное в качестве примера на Фиг. 1, используют для процесса нанесения покрытия или для способа магнетронного распыления (см. схематическое представление на Фиг. 5), то обеспечивают подложку 20, на которую нужно нанести покрытие, и располагают ее в носителе 18 подложки (этап S100). Это расположение может быть выполнено, например, путем вставки, вкручивания, вонзания, зажимания или завинчивания подложки 20 в носитель 18 подложки или на него. Кроме того, должна быть обеспечена мишень 16 (на Фиг. 1 шесть мишеней 16) и расположена во внутренней части 12 реакционной камеры 10 (этап S101), причем это расположение может быть выполнено, например, путем прикрепления мишени к носителю мишени. В данном случае носитель 18 подложки соединен с выходом 32 положительного напряжения источника 26 напряжения, тем самым мишень 16 образует катод 30 вместе с носителем мишени, который не показан здесь.[0081] If the magnetron sputtering apparatus 100 shown as an example in FIG. 1 is used for a coating process or for a magnetron sputtering method (see the schematic representation in FIG. 5), the substrate 20 to be coated is provided and placed in the substrate carrier 18 (step S100). This arrangement can be accomplished, for example, by inserting, screwing, plunging, pinching or screwing the substrate 20 into or onto the substrate carrier 18. In addition, a target 16 (six targets 16 in Fig. 1) must be provided and located in the interior 12 of the reaction chamber 10 (step S101), and this arrangement can be performed, for example, by attaching the target to the target carrier. In this case, the substrate carrier 18 is connected to the positive voltage output 32 of the voltage source 26, whereby the target 16 forms a cathode 30 together with the target carrier, which is not shown here.

[0082] Шесть мишеней 16 содержат электропроводящую смесь 36 для нанесения покрытия на подложку 20, причем смесь 36 содержит первый материал 38 и второй материал 40. Первый материал 38 является электронепроводящим твердым веществом. Второй материал 40 является электропроводящим твердым веществом.[0082] Six targets 16 comprise an electrically conductive mixture 36 for coating substrate 20, mixture 36 comprising first material 38 and second material 40. First material 38 is an electrically non-conductive solid. The second material 40 is an electrically conductive solid.

[0083] Кроме того, во внутренней части 12 реакционной камеры 10 должен быть обеспечен анод 34 (этап S102), причем это можно сделать, например (как на Фиг. 1), путем соединения выхода 32 положительного напряжения источника 26 напряжения с реакционной камерой 10. [0083] In addition, an anode 34 must be provided in the interior 12 of the reaction chamber 10 (step S102), and this can be done, for example (as in Fig. 1), by connecting the positive voltage output 32 of the voltage source 26 to the reaction chamber 10 .

[0084] Подложка 20 содержит третий материал 42, причем третий материал 42 является электропроводящим твердым веществом.[0084] The substrate 20 comprises a third material 42, the third material 42 being an electrically conductive solid.

[0085] После того, как подложка 20 и мишень 16 обеспечены и расположены во внутренней части 12 реакционной камеры 10, реакционную камеру 10 можно закрыть, например герметично изолированной дверью. Как только реакционная камера 10 закрыта, во внутренней части 12 реакционной камеры 10 создают пониженное давление/вакуум с помощью вакуумного насоса 22. При этом также может быть обеспечено дополнительное нагревание с помощью нагревательного устройства (не показано здесь), которое нагревает внутреннюю часть 12 реакционной камеры 10 до температуры процесса. После того, как вакуум создан, во внутреннюю часть 12 реакционной камеры 10 через газовпускное отверстие 24 вводят технологический газ (этап S103) и формируют электрическое поле постоянного тока между катодом 30 и анодом 34 посредством источника 26 напряжения (этап S104).[0085] Once the substrate 20 and target 16 are provided and located in the interior 12 of the reaction chamber 10, the reaction chamber 10 can be closed, for example with a hermetically sealed door. Once the reaction chamber 10 is closed, a reduced pressure/vacuum is created in the interior 12 of the reaction chamber 10 by means of a vacuum pump 22. Additional heating can also be provided with a heating device (not shown here) that heats the interior 12 of the reaction chamber 10 to process temperature. After the vacuum is created, process gas is introduced into the interior 12 of the reaction chamber 10 through the gas inlet 24 (step S103), and a DC electric field is generated between the cathode 30 and the anode 34 by the voltage source 26 (step S104).

[0086] Электрическое поле постоянного тока, формируемое источником 26 напряжения, вызывает ударную ионизацию атомов технологического газа, при которой атомы технологического газа делятся на отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ионы технологического газа, причем положительно заряженные ионы технологического газа ускоряют в направлении мишени 16 путем приложения поля постоянного тока. При столкновении ионов технологического газа с поверхностью мишени 16 атомы смеси 36 высвобождаются за счет передачи импульса, и эти атомы перемещаются от мишени 16 к подложке 20 и покрывают поверхность подложки 20 (этап S105). Во время этого процесса нанесения покрытия подложка 20 может быть перемещена, например, посредством вращательного движения стола 14 для подложки и дополнительного относительного вращательного движения носителя 18 подложки во внутренней части 12 реакционной камеры 10.[0086] The DC electric field generated by the voltage source 26 causes impact ionization of the process gas atoms, in which the process gas atoms are divided into negatively charged electrons and positively charged process gas ions, and positively charged process gas ions are accelerated towards the target 16 by applying DC fields. When the process gas ions collide with the surface of the target 16, the atoms of the mixture 36 are released by momentum transfer, and these atoms move from the target 16 to the substrate 20 and cover the surface of the substrate 20 (step S105). During this coating process, the substrate 20 may be moved, for example, by rotational movement of the substrate table 14 and additional relative rotational movement of the substrate carrier 18 in the interior 12 of the reaction chamber 10.

[0087] На Фиг. 2 показано полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа изображение поверхности примера мишени 16, которая содержит электропроводящую смесь 36, в данном случае представляющую собой ZrO2-WC.[0087] In FIG. 2 shows a scanning electron microscope image of the surface of an example target 16 which contains an electrically conductive mixture 36, in this case ZrO 2 -WC.

[0088] На Фиг. 3 показано соответствующее изображение смеси 36, полученное с помощью светооптического микроскопа. Смесь 36 состоит из первого электронепроводящего материла 38 (в данном случае оксид циркония (ZrO2)) и второго электропроводящего материала 40 (в данном случае карбид вольфрама (WC)). Предпочтительно первый материал 38 имеет первую объемную долю ΔV1, а второй материал 40 имеет вторую объемную долю ΔV2, причем предпочтительно применяется следующее соотношение: ΔV1 ≥ ΔV2, предпочтительно ΔV1 ≥ 1,5 ΔV2.[0088] In FIG. 3 shows the corresponding image of mixture 36 taken with a light microscope. The mixture 36 consists of a first electrically non-conductive material 38 (in this case zirconium oxide (ZrO 2 )) and a second electrically conductive material 40 (in this case tungsten carbide (WC)). Preferably, the first material 38 has a first volume fraction ΔV 1 and the second material 40 has a second volume fraction ΔV 2 , the following relationship being preferably used: ΔV 1 ≥ ΔV 2 , preferably ΔV 1 ≥ 1.5 ΔV 2 .

[0089] На Фиг. 2 и 3 можно увидеть, что второй материал 40, или карбид вольфрама, является темным, а первый материал 38 (в данном случае оксид циркония (ZrO2)) является светлым. Мишень 16 может быть, например, создана посредством горячего прессования или процесса спекания. В зависимости от процесса изготовления и производственной последовательности в смеси 36 получают более мелкие или более крупные микроструктурные компоненты. [0089] In FIG. 2 and 3, it can be seen that the second material 40, or tungsten carbide, is dark and the first material 38 (in this case, zirconium oxide (ZrO 2 )) is light. The target 16 may, for example, be formed by hot pressing or a sintering process. Depending on the manufacturing process and production sequence, finer or larger microstructural components are obtained in blend 36.

[0090] В самом общем случае первый материал 38 может быть электронепроводящим твердым веществом. Предпочтительно, если первый материал 38 является первым неорганическим твердым веществом. Также предпочтительно, если первое неорганическое твердое вещество является карбидом, оксидом и/или нитридом, более предпочтительно оксидом металла. Особенно предпочтительно, если оксид металла представляет собой ZrO2, Al2O3 или TiO2. Второй материал 40 в самом общем случае может быть электропроводящим твердым веществом. Предпочтительно, если второй материал 40 является вторым неорганическим твердым веществом. Также предпочтительно, если второе неорганическое твердое вещество является простым металлом, боридом, карбидом и/или нитридом, более предпочтительно карбидом. В частности, предпочтительно, если карбид представляет собой WC, NbC, HfC, TaC, TiC, MoC и/или Cr3C2.[0090] In the most general case, the first material 38 may be an electrically non-conductive solid. Preferably, the first material 38 is a first inorganic solid. It is also preferred if the first inorganic solid is a carbide, an oxide and/or a nitride, more preferably a metal oxide. It is particularly preferred if the metal oxide is ZrO 2 , Al 2 O 3 or TiO 2 . The second material 40 can most generally be an electrically conductive solid. Preferably, the second material 40 is a second inorganic solid. It is also preferred if the second inorganic solid is a simple metal, boride, carbide and/or nitride, more preferably a carbide. In particular, it is preferred if the carbide is WC, NbC, HfC, TaC, TiC, MoC and/or Cr 3 C 2 .

[0091] На Фиг. 4 показано полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа изображение после покрытия подложки 20 смесью ZrO2-WC. Слой ZrO2-WC осаждали на поверхность подложки 20, при этом подложка 20 содержит третий материал 42. Предпочтительно третий материал 42 является карбидом, керметом, кубическим нитридом бора или сталью. [0091] In FIG. 4 shows the image obtained using a scanning electron microscope after coating the substrate 20 with a mixture of ZrO 2 -WC. A layer of ZrO 2 -WC was deposited on the surface of the substrate 20, wherein the substrate 20 comprises a third material 42. Preferably, the third material 42 is carbide, cermet, CBN, or steel.

[0092] Заявитель в качестве примера выполнил восемь процессов нанесения покрытия, этапы способа которых с соответствующими специфичными для процесса параметрами показаны ниже в таблице 1. Для осаждения смеси 36 в соответствии с настоящим изобретением на подложку 20 использовали систему нанесения покрытия типа CC800/HiPIMS производства компании CemeCon AG с вращающимся носителем 18 подложки (см. упрощенное представление на Фиг. 1). Этап «нанесение покрытия» способа (см. таблицу 1) выполняли при разных частотах высокоэнергетических импульсов и длительностях импульсов, а полученные в результате свойства покрытия показаны в таблице 2.[0092] Applicant performed eight coating processes by way of example, the method steps of which, with the respective process-specific parameters, are shown in Table 1 below. A CC800/HiPIMS type coating system manufactured by CemeCon AG with a rotating substrate carrier 18 (see simplified representation in Fig. 1). The "coating" step of the method (see Table 1) was performed at different high energy pulse frequencies and pulse durations, and the resulting coating properties are shown in Table 2.

[0093] Таблица 1. Технологический процесс варианта реализации способа нанесения покрытия согласно изобретению[0093] Table 1. Workflow of an embodiment of the coating method according to the invention

Фаза способаMethod phase Этап способаMethod step Измерение/единицаDimension/unit ВремяTime Фаза 1 нагреваPhase 1 heating Давление в началеpressure at the start 3 мПа3 MPa 3000 с3000 s Мощность нагрева при нагреве 1Heating power during heating 1 9 кВт9 kW Мощность нагрева при нагреве 2Heating power during heating 2 14 кВт14 kW Производительность турбонасосаTurbo pump performance 100 %100 % Вращение столаTable rotation 0,33 об/мин0.33 rpm Фаза 2 нагреваPhase 2 heating Мощность нагрева при нагреве 1Heating power during heating 1 9 кВт9 kW 1200 с1200 s Мощность нагрева при нагреве 2Heating power during heating 2 14 кВт14 kW Производительность турбонасосаTurbo pump performance 66 %66% Вращение столаTable rotation 0,33 об/мин0.33 rpm Предел теста печатиPrint test limit 4 мПа4 MPa Фаза 1 травленияPhase 1 etch Мощность нагрева при нагреве 1Heating power during heating 1 9 кВт9 kW 1200 с1200 s Мощность нагрева при нагреве 2Heating power during heating 2 14 кВт14 kW Производительность турбонасосаTurbo pump performance 66 %66% Вращение столаTable rotation 1,00 об/мин1.00 rpm СЧ-напряжение смещенияMF bias voltage -650 В-650 V ЧастотаFrequency 240 кГц240 kHz Давление аргонаArgon pressure 350 мПа350 MPa Фаза 2 травленияPhase 2 etch Мощность нагрева при нагреве 1Heating power during heating 1 9 кВт9 kW 3600 с3600 s Мощность нагрева при нагреве 2Heating power during heating 2 14 кВт14 kW Производительность турбонасосаTurbo pump performance 66 %66% Напряжение смещения пост. токаDC bias voltage current -200 В-200 V Ток усилителя плазмыPlasma amplifier current 20 А20 A Поток аргонаArgon flow 250 млн250 million Поток криптонаkrypton flow 190 млн190 million Вращение столаTable rotation 1,00 об/мин1.00 rpm Нанесение покрытияCoating Мощность нагрева при нагреве 1Heating power during heating 1 9 кВт9 kW См. таблицу 2See table 2 Мощность нагрева при нагреве 2Heating power during heating 2 14 кВт14 kW Производительность турбонасосаTurbo pump performance 66 %66% Вращение столаTable rotation 1,00 об/мин1.00 rpm Поток аргонаArgon flow 650 млн650 million Частота HiPIMSHiPIMS frequency См. таблицу 2See table 2 Длина импульса HiPIMSHiPIMS pulse length См. таблицу 2See table 2 Напряжение смещения стола HiPIMSHiPIMS Table Bias Voltage -70 В-70 V Длина импульса стола HiPIMSHiPIMS table pulse length 40 мкс40 µs Смещение импульса стола HiPIMSHiPIMS Table Pulse Offset 20 мкс20 µs Мощность катодаCathode power 4,5 кВт4.5 kW ОхлаждениеCooling Температура вентиляцииVentilation temperature 180 °C180°C 1800 с1800s Производительность турбонасосаTurbo pump performance 66 %66% Вращение столаTable rotation 1,00 об/мин1.00 rpm

[0094] Таблица 2. Вариация частоты и длительности импульсов высокоэнергетических импульсов в примере процессов магнетронного распыления импульсами высокой энергии и их влияние на покрытие подложки[0094] Table 2. Variation in the frequency and duration of high energy pulses in the example of high energy pulse magnetron sputtering processes and their effect on substrate coating

Частота
[Гц]
Frequency
[Hz]
Длительность
импульса
[мкс]
Duration
momentum
[µs]
Время
[с]
Time
[With]
Твердость
[ГПа]
Hardness
[GPa]
Модуль
Юнга
[ГПа]
Module
cabin boy
[GPa]
Толщина
покрытия
[мкм]
Thickness
coatings
[µm]
400400 4040 18 00018 000 21,821.8 410410 1,51.5 500500 4040 18 00018 000 22,722.7 400400 1,71.7 800800 4040 18 00018 000 22,022.0 380380 1,91.9 10001000 4040 18 00018 000 22,522.5 420420 2,02.0 20002000 4040 18 00018 000 22,822.8 380380 2,42.4 20002000 7070 10 80010 800 22,522.5 420420 1,51.5 25002500 6060 10 80010 800 21,521.5 440440 1,81.8 40004000 4040 18 00018 000 21,721.7 350350 2,52.5

[0095] В процессах, которые будут описаны, в качестве мишеней использовали 16 медных пластин, которые был оборудованы напаянными керамическими пластинами (состоящими из смеси 36 первого материала 38 и второго материала 40). Керамические пластины получали горячим прессованием пороша циркония, стабилизированного иттрием (первый материал 38), и порошка карбида вольфрама (второй материал 40).[0095] In the processes to be described, 16 copper plates were used as targets, which were equipped with soldered ceramic plates (consisting of a mixture 36 of first material 38 and second material 40). Ceramic plates were prepared by hot pressing yttrium-stabilized zirconium powder (first material 38) and tungsten carbide powder (second material 40).

[0096] В начале соответствующего процесса выполняли первую фазу нагрева (фаза 1 нагрева), на которой вакуумный насос 22 или турбонасос работал на полную мощность для создания вакуума. Такое использование турбонасоса на полной мощности необходимо, поскольку во время процесса нагрева, т. е. при нагреве материалов от комнатной температуры до рабочей температуры, связанные с материалом атомы газа (например, в смеси и т. п.) дегазируют в реакционной камере 10, и именно поэтому турбонасос должен удалять большее количество свободных молекул из реакционной камеры. Через 3000 секунд следует вторая фаза нагрева (фаза 2 нагрева), во время которой турбонасос работал при 66% от его мощности. Эта вторая фаза нагрева предпочтительна для обеспечения полного нагревания мишеней 16 и подложки 20 или для стабилизации температуры процесса. [0096] At the start of the respective process, a first heating phase (heating phase 1) was performed in which the vacuum pump 22 or the turbo pump was operated at full power to create a vacuum. Such use of a turbopump at full power is necessary because during the heating process, i.e. when materials are heated from room temperature to operating temperature, the gas atoms associated with the material (for example, in a mixture, etc.) are degassed in the reaction chamber 10, and that is why the turbopump must remove more free molecules from the reaction chamber. After 3000 seconds, a second heating phase (heating phase 2) follows, during which the turbopump was operated at 66% of its power. This second heating phase is preferred to ensure complete heating of the targets 16 and substrate 20 or to stabilize the process temperature.

[0097] Через 1200 секунд следовала первая фаза травления, которая также известна специалисту в данной области как «среднечастотное травление». При этом подложку 20 подвергают воздействию напряжения смещения, которое является высоким по сравнению с катодным напряжением. Высокое отрицательное напряжение смещения вызывает соударение большего количества ионов технологического газа с поверхностью подложки, чем с поверхностью мишени. Поэтому поверхность подложки 20 освобождается от загрязнений и дополнительно грубеет для последующего процесса нанесения покрытия, что улучшает адгезию покрытия. Первая фаза травления длится 1200 секунд.[0097] After 1200 seconds, followed by the first etch phase, which is also known to the person skilled in the art as "medium frequency etch". In this case, the substrate 20 is subjected to a bias voltage that is high compared to the cathode voltage. The high negative bias voltage causes more process gas ions to hit the substrate surface than the target surface. Therefore, the surface of the substrate 20 is freed from contaminants and further roughened for the subsequent coating process, which improves the adhesion of the coating. The first phase of etching lasts 1200 seconds.

[0098] За первой фазой травления следовала вторая фаза травления в течение 3600 секунд. При этом в реакционную камеру 10 вводили аргон и криптон и приводили в ионизированное состояние (в форме пучка ионов) посредством дополнительного тока усилителя плазмы. Эта вторая фаза травления особенно предпочтительна для подложек 20 с большим количеством краев, т. к. во время первой фазы травления края лишь слегка очищаются или грубеют. «Травление ионами аргона» приводит к улучшению адгезии слоя на поверхности подложки, причем пучок ионов может очищать или огрублять множество краев подложки.[0098] The first etch phase was followed by a second etch phase for 3600 seconds. In this case, argon and krypton were introduced into the reaction chamber 10 and brought into an ionized state (in the form of an ion beam) by means of an additional plasma amplifier current. This second etching phase is particularly advantageous for substrates 20 with a large number of edges, since the edges are only slightly peeled or roughened during the first etching phase. "Argon ion etching" leads to improved adhesion of the layer to the surface of the substrate, and the ion beam can clean or roughen many of the edges of the substrate.

[0099] После фазы травления выполняли этап «нанесение покрытия», который соответствует настоящему изобретению, причем варьировали как частоту, так и длительность импульса высокоэнергетических импульсов. При этом на толщину покрытия можно влиять путем регулирования параметров осаждения, таких как частота HiPIMS, ширина импульса HiPIMS, температуры, напряжение отклонения, скорости потока вводимых газов, а также количество эксплуатируемых мишеней 16, причем соответствующее влияние этих параметров процесса известно из предшествующего уровня техники.[0099] After the etching phase, the "coating" step, which is in accordance with the present invention, was performed, with both the frequency and pulse duration of the high energy pulses being varied. However, the coating thickness can be influenced by adjusting deposition parameters such as HiPIMS frequency, HiPIMS pulse width, temperatures, deflection voltage, injection gas flow rates, as well as the number of targets 16 operated, the respective effect of these process parameters being known from the prior art.

[00100] Например, при частоте HiPIMS 2000 Гц, длительности импульса 40 мкс на катодах и времени нанесения покрытия 18 000 с получали покрытие подложки с толщиной слоя 2,4 мкм, твердостью 22,8 ГПа и модулем Юнга 380 ГПа. В еще одном примере процесса нанесения покрытия получали покрытие подложки с толщиной слоя 1,8 мкм, твердостью 21,5 ГПа и модулем Юнга 440 ГПа при частоте HiPIMS 2500 Гц, длительности импульса 60 мкс на катодах и времени нанесения покрытия 10 800 с (см. таблицу 1).[00100] For example, at a HiPIMS frequency of 2000 Hz, a pulse width of 40 μs at the cathodes, and a coating time of 18,000 s, a substrate was coated with a layer thickness of 2.4 μm, a hardness of 22.8 GPa, and a Young's modulus of 380 GPa. In another example of a coating process, a substrate was coated with a layer thickness of 1.8 µm, a hardness of 21.5 GPa, and a Young's modulus of 440 GPa at a HiPIMS frequency of 2500 Hz, a pulse duration of 60 µs at the cathodes, and a coating time of 10,800 s (see Fig. table 1).

[00101] Твердость и модуль упругости (модуль Юнга) измеряли методом наноиндентирования в единицах измерения ГПа. В этом способе измерения алмазный образец, имеющий форму трехсторонней пирамиды, вдавливают в слой и регистрируют кривую смещения силы. Из этой кривой с помощью метода Оливера-Фарра могут быть получены механические свойства. Для наноиндентирования использовали индентор NHT1 от компании CSM, Швейцария.[00101] Hardness and modulus of elasticity (Young's modulus) were measured by nanoindentation in units of GPa. In this measurement method, a three-sided pyramid-shaped diamond sample is pressed into the layer and a displacement force curve is recorded. From this curve, mechanical properties can be obtained using the Oliver-Farr method. For nanoindentation, an NHT1 indenter from CSM, Switzerland was used.

[00102] В качестве заключительного этапа выполняли этап охлаждения, причем реакционную камеру 10 охлаждали аэрацией.[00102] As a final step, a cooling step was performed, wherein the reaction chamber 10 was cooled by aeration.

[00103] Здесь следует прямо сказать, что описанные выше фазы процесса (фаза 1 нагрева, фаза 2 нагрева, фаза 1 травления, фаза 2 травления, а также охлаждение) являются просто предпочтительными, но не обязательно должны выполняться с устройством 100 магнетронного распыления или способом в соответствии с настоящим изобретением.[00103] Here, it should be explicitly said that the above-described process phases (heating phase 1, heating phase 2, etching phase 1, etching phase 2, and cooling) are simply preferred, but do not have to be performed with the magnetron sputtering apparatus 100 or the method in accordance with the present invention.

Claims (45)

1. Устройство магнетронного распыления, содержащее:1. A magnetron sputtering device, comprising: - подложку (20);- substrate (20); - спечённую или спрессованную горячим прессованием мишень (16), которая образует катод (30) в электрическом поле постоянного тока и содержит электропроводящую смесь (36) для нанесения покрытия на подложку (20);- a sintered or hot-pressed target (16) that forms a cathode (30) in a DC electric field and contains an electrically conductive mixture (36) for coating the substrate (20); - реакционную камеру (10), в которой расположены мишень (16) и подложка (20), причем мишень (16) расположена на расстоянии от подложки (20); и- a reaction chamber (10) in which the target (16) and the substrate (20) are located, with the target (16) located at a distance from the substrate (20); and - источник (26) напряжения, выполненный с возможностью формирования электрического поля постоянного тока;- a voltage source (26) configured to form a direct current electric field; при этом смесь (36) содержит первый материал (38) и второй материал (40), а подложка (20) содержит третий материал (42), причем первый материал (38) является электронепроводящим твердым веществом, второй материал (40) является электропроводящим твердым неорганическим веществом, которое является боридом и/или карбидом, а третий материал (42) является электропроводящим твердым веществом.the mixture (36) contains the first material (38) and the second material (40), and the substrate (20) contains the third material (42), wherein the first material (38) is an electrically non-conductive solid, the second material (40) is an electrically conductive solid an inorganic substance which is a boride and/or a carbide, and the third material (42) is an electrically conductive solid. 2. Устройство магнетронного распыления по п. 1, в котором первый материал (38) имеет первую объемную долю ΔV1, а второй материал (40) имеет вторую объемную долю ΔV2, причем имеет силу следующее соотношение: ΔV1 ≥ ΔV2.2. The magnetron sputtering device according to claim 1, wherein the first material (38) has a first volume fraction ΔV 1 and the second material (40) has a second volume fraction ΔV 2 , wherein the following relation is valid: ΔV 1 ≥ ΔV 2 . 3. Устройство магнетронного распыления по п. 1 или 2, в котором первый материал (38) является первым неорганическим твердым веществом.3. The magnetron sputtering apparatus according to claim 1 or 2, wherein the first material (38) is a first inorganic solid. 4. Устройство магнетронного распыления по п. 1 или 2, в котором первый материал (38) является карбидом, оксидом и/или нитридом.4. The magnetron sputtering device according to claim 1 or 2, wherein the first material (38) is carbide, oxide and/or nitride. 5. Устройство магнетронного распыления по п. 1 или 2, в котором первый материал (38) является оксидом металла.5. The magnetron sputtering device according to claim 1 or 2, wherein the first material (38) is a metal oxide. 6. Устройство магнетронного распыления по п. 1 или 2, в котором первый материал (38) представляет собой ZrO2, Al2O3 или TiO2.6. The magnetron sputtering device according to claim 1 or 2, wherein the first material (38) is ZrO 2 , Al 2 O 3 or TiO 2 . 7. Устройство магнетронного распыления по одному из пп. 1- 6, в котором второй материал (40) является карбидом.7. Device magnetron sputtering according to one of paragraphs. 1-6, in which the second material (40) is carbide. 8. Устройство магнетронного распыления по одному из пп. 1- 6, в котором второй материал (40) представляет собой WC, NbC, HfC, TaC, TiC, MoC и/или Cr3C2.8. Device magnetron sputtering according to one of paragraphs. 1-6, in which the second material (40) is WC, NbC, HfC, TaC, TiC, MoC and/or Cr 3 C 2 . 9. Устройство магнетронного распыления по одному из пп. 1–8, в котором третий материал (42) является карбидом, керметом, кубическим нитридом бора или сталью.9. Device magnetron sputtering according to one of paragraphs. 1-8, wherein the third material (42) is carbide, cermet, CBN, or steel. 10. Устройство магнетронного распыления по одному из пп. 1–9, в котором источник (26) напряжения выполнен с возможностью формирования импульсного электропитания, которое подают на катод (30).10. Device magnetron sputtering according to one of paragraphs. 1-9, in which the voltage source (26) is configured to generate a pulsed power supply that is applied to the cathode (30). 11. Устройство магнетронного распыления по п. 10, в котором источник (26) напряжения выполнен с возможностью формирования импульсов энергии мощностью более 0,1 МВт.11. The magnetron sputtering device according to claim 10, in which the voltage source (26) is configured to generate energy pulses with a power of more than 0.1 MW. 12. Устройство магнетронного распыления по одному из пп. 1–11, в котором источник (26) напряжения выполнен с возможностью приложения отрицательного напряжения смещения к подложке (20).12. Device magnetron sputtering according to one of paragraphs. 1-11, in which the voltage source (26) is configured to apply a negative bias voltage to the substrate (20). 13. Устройство магнетронного распыления по одному из пп. 1–12, в котором подложка (20) подключена к выходу (32) положительного напряжения источника (26) напряжения с образованием анода (34).13. Device magnetron sputtering according to one of paragraphs. 1-12, in which the substrate (20) is connected to the positive voltage output (32) of the voltage source (26) to form an anode (34). 14. Устройство магнетронного распыления по одному из пп. 1–12, в котором реакционная камера (10) содержит корпус, который окружает мишень (16) по меньшей мере частично и без соприкосновения с ней, причем подложка (20), реакционная камера (10) и/или корпус подключены к выходу (32) положительного напряжения источника напряжения (26) с образованием анода (34).14. Device magnetron sputtering according to one of paragraphs. 1-12, in which the reaction chamber (10) contains a housing that surrounds the target (16) at least partially and without contact with it, and the substrate (20), the reaction chamber (10) and/or the housing is connected to the outlet (32 ) positive voltage of the voltage source (26) to form an anode (34). 15. Способ магнетронного распыления, включающий следующие этапы:15. The method of magnetron sputtering, including the following steps: - обеспечение (S100) подложки (20);- provision (S100) of the substrate (20); - обеспечение (S101) спечённой или спрессованной горячим прессованием мишени (16), которая образует катод (30) в электрическом поле постоянного тока и содержит электропроводящую смесь (36) для нанесения покрытия на подложку (20), при этом смесь (36) содержит первый материал (38) и второй материал (40), причем первый материал (38) является электронепроводящим твердым веществом, а второй материал (40) является электропроводящим неорганическим твердым веществом, которое является боридом и/или карбидом;- providing (S101) a sintered or hot-pressed target (16) that forms a cathode (30) in a DC electric field and contains an electrically conductive mixture (36) for coating the substrate (20), while the mixture (36) contains the first a material (38) and a second material (40), wherein the first material (38) is an electrically non-conductive solid and the second material (40) is an electrically conductive inorganic solid that is a boride and/or carbide; - обеспечение (S102) анода (34) в электрическом поле постоянного тока;- providing (S102) an anode (34) in a direct current electric field; - расположение мишени (16) и подложки (20) в реакционной камере (10), при этом мишень (16) располагают на расстоянии от подложки (20), а подложка (20) содержит третий материал (42), причем третий материал (42) является электропроводящим твердым веществом;- the location of the target (16) and the substrate (20) in the reaction chamber (10), while the target (16) is located at a distance from the substrate (20), and the substrate (20) contains the third material (42), and the third material (42 ) is an electrically conductive solid; - введение (S103) технологического газа во внутреннюю часть (12) реакционной камеры (10) иintroducing (S103) process gas into the interior (12) of the reaction chamber (10), and - формирование (S104) электрического поля постоянного тока между катодом (30) и анодом (34).- generating (S104) a DC electric field between the cathode (30) and the anode (34). 16. Способ по п. 15, в котором первый материал (38) имеет первую объемную долю ΔV1, а второй материал (40) имеет вторую объемную долю ΔV2, причем ΔV1 ≥ ΔV2.16. The method according to claim 15, wherein the first material (38) has a first volume fraction ΔV 1 and the second material (40) has a second volume fraction ΔV 2 , wherein ΔV 1 ≥ ΔV 2 . 17. Способ по п. 15 или 16, дополнительно включающий этапы:17. The method according to claim 15 or 16, further comprising the steps: вызывания ударной ионизации атомов технологического газа посредством электрического поля постоянного тока, которое формируется источником (26) напряжения, причем ударная ионизация делит атомы технологического газа на отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ионы технологического газа, causing impact ionization of the process gas atoms by means of a DC electric field, which is generated by a voltage source (26), wherein the impact ionization divides the process gas atoms into negatively charged electrons and positively charged process gas ions, ускорения положительно заряженных ионов технологического газа в направлении мишени (16) прикладываемым электрическим полем постоянного тока, acceleration of positively charged process gas ions in the direction of the target (16) by the applied DC electric field, высвобождения атомов из смеси (36) за счет передачи импульса при ударе ионов технологического газа по мишени (16), release of atoms from the mixture (36) due to momentum transfer upon impact of process gas ions on the target (16), перемещения высвобожденных атомов от мишени (16) к подложке (20) и покрытия (S105) поверхности подложки (20) высвобожденными атомами.moving the released atoms from the target (16) to the substrate (20); and coating (S105) the surface of the substrate (20) with the released atoms. 18. Способ по п. 17, в котором высвобожденные атомы содержат атомы первого материала (38) и атомы второго материала (40), при этом покрытие поверхности выполнено таким образом, что атомы первого материала (38) расположены относительно атомов второго материала (40) таким образом, что покрытая поверхность подложки (20) является электропроводящей.18. The method according to claim 17, in which the released atoms contain atoms of the first material (38) and atoms of the second material (40), while the surface coating is made in such a way that the atoms of the first material (38) are located relative to the atoms of the second material (40) so that the coated surface of the substrate (20) is electrically conductive. 19. Способ по одному из пп. 15–18, дополнительно включающий этап:19. The method according to one of paragraphs. 15-18, further comprising the step of: введения химически активного газа во внутреннюю часть (12) реакционной камеры (10), причем химически активный газ содержит метан, ацетилен, азот или кислород, а ионы химически активного газа способны реагировать с атомами первого материала (38) и/или атомами второго материала (40).introducing a reactive gas into the inner part (12) of the reaction chamber (10), wherein the reactive gas contains methane, acetylene, nitrogen or oxygen, and reactive gas ions are capable of reacting with atoms of the first material (38) and/or atoms of the second material ( 40). 20. Способ по одному из пп. 15–18, в котором во внутреннюю часть (12) реакционной камеры (10) вводят только технологический газ, но не химически активный газ.20. The method according to one of paragraphs. 15-18, in which only the process gas, but not the reactive gas, is introduced into the inner part (12) of the reaction chamber (10). 21. Способ по одному из пп. 15–20, в котором первый материал (38) является первым неорганическим твердым веществом.21. The method according to one of paragraphs. 15-20, in which the first material (38) is the first inorganic solid. 22. Способ по одному из пп. 15-20, в котором первый материал (38) является карбидом, оксидом и/или нитридом.22. The method according to one of paragraphs. 15-20, wherein the first material (38) is carbide, oxide and/or nitride. 23. Способ по одному из пп. 15-20, в котором первый материал (38) является оксидом металла.23. The method according to one of paragraphs. 15-20, wherein the first material (38) is a metal oxide. 24. Способ по одному из пп. 15-20, в котором первый материал (38) представляет собой ZrO2, Al2O3 или TiO2.24. The method according to one of paragraphs. 15-20, in which the first material (38) is ZrO 2 , Al 2 O 3 or TiO 2 . 25. Способ по одному из пп. 15-24, в котором второй материал (40) является карбидом.25. The method according to one of paragraphs. 15-24, in which the second material (40) is carbide. 26. Способ по одному из пп. 15-24, в котором второй материал (40) представляет собой WC, NbC, HfC, TaC, TiC, MoC и/или Cr3C2.26. The method according to one of paragraphs. 15-24, wherein the second material (40) is WC, NbC, HfC, TaC, TiC, MoC and/or Cr 3 C 2 . 27. Способ по одному из пп. 15–26, в котором третий материал (42) является карбидом, керметом, кубическим нитридом бора или сталью.27. The method according to one of paragraphs. 15-26, wherein the third material (42) is carbide, cermet, CBN, or steel. 28. Способ по одному из пп. 15–27, дополнительно включающий этап приложения к подложке (20) отрицательного напряжения смещения.28. The method according to one of paragraphs. 15-27, further comprising the step of applying a negative bias voltage to the substrate (20). 29. Способ по одному из пп. 15–28, в котором в качестве анода (34) используют подложку (20), которую подключают к выходу (32) положительного напряжения источника (26) напряжения.29. The method according to one of paragraphs. 15–28, in which the substrate (20) is used as the anode (34), which is connected to the positive voltage output (32) of the voltage source (26).
RU2020135025A 2018-05-23 2019-04-29 Magnetron sputtering device RU2773044C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018112335.3 2018-05-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2773044C1 true RU2773044C1 (en) 2022-05-30

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2828417C1 (en) * 2024-03-21 2024-10-11 Общество с ограниченной ответственностью "РЕЗИСТ-Т" Method of producing high-entropy thin film on dielectric substrate

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2308538C1 (en) * 2006-06-19 2007-10-20 Общество с ограниченной ответственностью научно-производственная фирма "ЭЛАН-ПРАКТИК" Device for applying multi-layer coatings
US20080217162A1 (en) * 2005-10-13 2008-09-11 Nv Bekaert Sa Method to Deposit a Coating By Sputtering
RU2501885C2 (en) * 2008-08-17 2013-12-20 Эрликон Трейдинг Аг, Трюббах Application of target for spark deposition and method of making such target
DE102013016529A1 (en) * 2013-10-07 2015-04-09 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Metal oxide target and process for its preparation
DE102014105947A1 (en) * 2014-02-27 2015-08-27 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. A magnetron sputtering apparatus and a thin film forming method using a magnetron sputtering apparatus
US20170194131A1 (en) * 2014-05-02 2017-07-06 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. Sputtering target and process for production thereof
RU2649904C1 (en) * 2016-11-18 2018-04-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Device for synthesis and deposition of metal coatings on current-conducting articles

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080217162A1 (en) * 2005-10-13 2008-09-11 Nv Bekaert Sa Method to Deposit a Coating By Sputtering
RU2308538C1 (en) * 2006-06-19 2007-10-20 Общество с ограниченной ответственностью научно-производственная фирма "ЭЛАН-ПРАКТИК" Device for applying multi-layer coatings
RU2501885C2 (en) * 2008-08-17 2013-12-20 Эрликон Трейдинг Аг, Трюббах Application of target for spark deposition and method of making such target
DE102013016529A1 (en) * 2013-10-07 2015-04-09 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Metal oxide target and process for its preparation
DE102014105947A1 (en) * 2014-02-27 2015-08-27 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. A magnetron sputtering apparatus and a thin film forming method using a magnetron sputtering apparatus
US20170194131A1 (en) * 2014-05-02 2017-07-06 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. Sputtering target and process for production thereof
RU2649904C1 (en) * 2016-11-18 2018-04-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Device for synthesis and deposition of metal coatings on current-conducting articles

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2828417C1 (en) * 2024-03-21 2024-10-11 Общество с ограниченной ответственностью "РЕЗИСТ-Т" Method of producing high-entropy thin film on dielectric substrate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6508746B2 (en) Plasma source using macro particle reduction coating and method of using plasma source with macro particle reduction coating for thin film coating and surface modification
JP6329742B2 (en) Remote arc discharge plasma assist treatment
JP4431386B2 (en) Method for forming nanostructured functional layer and coating layer produced thereby
US7252745B2 (en) Filtered cathodic arc deposition method and apparatus
US9633884B2 (en) Performance enhancement of coating packaged ESC for semiconductor apparatus
JP4849759B2 (en) DLC layer system with improved sliding properties and process for producing such a layer system
KR20100018585A (en) Vacuum treatment unit and vacuum treatment process
US5192578A (en) Method of producing coating using negative dc pulses with specified duty factor
US5723188A (en) Process for producing layers of cubic boron nitride
GB2171726A (en) A method for reactive evaporation deposition of layers of oxides nitrides oxynitrides and carbides
US20050136656A1 (en) Process for depositing composite coating on a surface
Schneider et al. Reactive ionized magnetron sputtering of crystalline alumina coatings
CN104213076A (en) Method and equipment for preparing superhard DLC coating by PVD and HIPIMS
JP4449187B2 (en) Thin film formation method
KR102021623B1 (en) Cathodic arc deposition
US20210050192A1 (en) Magnetron sputtering device
RU2773044C1 (en) Magnetron sputtering device
WO2014103318A1 (en) Method for forming protective film using plasma cvd method
Audronis et al. Pulsed-bias magnetron sputtering of non-conductive crystalline chromia films at low substrate temperature
CN113151797A (en) Novel ion cleaning process based on hard alloy surface plating ta-C film
JP3544907B2 (en) Magnetron sputtering equipment
JP2854130B2 (en) Apparatus for coating substrates by sputtering
Zaitsev et al. Microstructure of the coating obtained by magnetron sputtering of a Ni-Cr-B4C composite target
JP6569900B2 (en) Sputtering apparatus and film forming method
Sevvana et al. Rate enhancement in high power pulsed magnetron sputtering growth using secondary discharge confinement