EA201600424A1 20171130 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2017\PDF/201600424 Полный текст описания [**] EA201600424 20160510 Регистрационный номер и дата заявки EAA1 Код вида документа [PDF] eaa21711 Номер бюллетеня [**] УСТАНОВКА ДЛЯ ПЛАНАРИЗАЦИИ ПОДЛОЖЕК СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ЛЕНТ И СПОСОБ ПЛАНАРИЗАЦИИ ПОДЛОЖЕК Название документа [8] H01L 39/24, [8] B05D 5/12 Индексы МПК [RU] Мартынова Ирина Александровна, [RU] Цымбаренко Дмитрий Михайлович Сведения об авторах [RU] ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "С-ИННОВАЦИИ" (ООО "С-ИННОВАЦИИ") Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea201600424a*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

Изобретение относится к технологии изготовления тонкопленочных высокотемпературных сверхпроводящих материалов второго поколения и может быть использовано в промышленном производстве длинномерных высокотемпературных сверхпроводящих проводников (ВТСП) для создания токопроводящих кабелей, токограничителей, обмоток мощных электромагнитов, электродвигателей и т.д. Установка для непрерывной планаризации ленты-подложки для сверхпроводящих материалов второго поколения включает установленные один за одним узлы для нанесения аморфного оксидного покрытия, где каждый узел содержит последовательно расположенные рабочую ячейку, низкотемпературную и высокотемпературную печи, и два поворотных ролика, один из которых установлен в рабочей ячейке, а второй - на входе в высокотемпературную печь; резервуар для хранения рабочего раствора; систему циркуляции раствора, связанную с упомянутым резервуаром и рабочими ячейками упомянутых узлов, систему подачи кислородсодержащего газа в высокотемпературную печь и натяжной вал, где упомянутые узлы для нанесения оксидных покрытий размещены относительно натяжного вала с обеспечением перемещения ленты от узла к узлу по трехмерной спирали. Также раскрывается способ планаризации подложек. Изобретение позволит повысить производительность процесса планаризации за счет сокращения необходимого числа циклов нанесения оксидного аморфного покрытия до достижения заданных значений шероховатости поверхности, улучшить качество ленты подложки за счет уменьшения механической нагрузки на ленту и снижения уровня загрязнения оксидного аморфного покрытия остаточным углеродом.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Изобретение относится к технологии изготовления тонкопленочных высокотемпературных сверхпроводящих материалов второго поколения и может быть использовано в промышленном производстве длинномерных высокотемпературных сверхпроводящих проводников (ВТСП) для создания токопроводящих кабелей, токограничителей, обмоток мощных электромагнитов, электродвигателей и т.д. Установка для непрерывной планаризации ленты-подложки для сверхпроводящих материалов второго поколения включает установленные один за одним узлы для нанесения аморфного оксидного покрытия, где каждый узел содержит последовательно расположенные рабочую ячейку, низкотемпературную и высокотемпературную печи, и два поворотных ролика, один из которых установлен в рабочей ячейке, а второй - на входе в высокотемпературную печь; резервуар для хранения рабочего раствора; систему циркуляции раствора, связанную с упомянутым резервуаром и рабочими ячейками упомянутых узлов, систему подачи кислородсодержащего газа в высокотемпературную печь и натяжной вал, где упомянутые узлы для нанесения оксидных покрытий размещены относительно натяжного вала с обеспечением перемещения ленты от узла к узлу по трехмерной спирали. Также раскрывается способ планаризации подложек. Изобретение позволит повысить производительность процесса планаризации за счет сокращения необходимого числа циклов нанесения оксидного аморфного покрытия до достижения заданных значений шероховатости поверхности, улучшить качество ленты подложки за счет уменьшения механической нагрузки на ленту и снижения уровня загрязнения оксидного аморфного покрытия остаточным углеродом.


Евразийское (21) 201600424 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. H01L 39/24 (2006.01)
2017.И.30 B05D 5/12 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки 2016.05.10
(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ПЛАНАРИЗАЦИИ ПОДЛОЖЕК СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ЛЕНТ И СПОСОБ ПЛАНАРИЗАЦИИ ПОДЛОЖЕК
(96) 2016000033 (RU) 2016.05.10
(71) Заявитель:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "С-ИННОВАЦИИ" (ООО "С-ИННОВАЦИИ") (RU)
(72) Изобретатель:
Мартынова Ирина Александровна, Цымбаренко Дмитрий Михайлович
(RU)
(74) Представитель:
Носырева Е.Л. (RU)
(57) Изобретение относится к технологии изготовления тонкопленочных высокотемпературных сверхпроводящих материалов второго поколения и может быть использовано в промышленном производстве длинномерных высокотемпературных сверхпроводящих проводников (ВТСП) для создания токопроводящих кабелей, токограничите-лей, обмоток мощных электромагнитов, электродвигателей и т.д. Установка для непрерывной пла-наризации ленты-подложки для сверхпроводящих материалов второго поколения включает установленные один за одним узлы для нанесения аморфного оксидного покрытия, где каждый узел содержит последовательно расположенные рабочую ячейку, низкотемпературную и высокотемпературную печи, и два поворотных ролика, один из которых установлен в рабочей ячейке, а второй на входе в высокотемпературную печь; резервуар для хранения рабочего раствора; систему циркуляции раствора, связанную с упомянутым резервуаром и рабочими ячейками упомянутых узлов, систему подачи кислородсодержащего газа в высокотемпературную печь и натяжной вал, где упомянутые узлы для нанесения оксидных покрытий размещены относительно натяжного вала с обеспечением перемещения ленты от узла к узлу по трехмерной спирали. Также раскрывается способ пла-наризации подложек. Изобретение позволит повысить производительность процесса планаризации за счет сокращения необходимого числа циклов нанесения оксидного аморфного покрытия до достижения заданных значений шероховатости поверхности, улучшить качество ленты подложки за счет уменьшения механической нагрузки на ленту и снижения уровня загрязнения оксидного аморфного покрытия остаточным углеродом.
МПК H01L 39/24 HOIL 39/12
УСТАНОВКА ДЛЯ ПЛАНАРИЗАЦИИ ПОДЛОЖЕК СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ЛЕНТ И СПОСОБ ПЛАНАРИЗАЦИИ ПОДЛОЖЕК.
Область техники, к которой относится изобретение. Изобретение относится к технологии изготовления тонкопленочных высокотемпературных сверхпроводящих материалов второго поколения и может быть использовано в промышленном производстве длинномерных высокотемпературных сверхпроводящих проводников (ВТСП) для создания токопроводящих кабелей, токограничителей, обмоток мощных электромагнитов, электродвигателей и т.д.
Предшествующий уровень техники.
ВТСП ленты второго поколения представляют собой многослойные гетероструктуры на гибких металлических лентах- подложках.
ВТСП ленты второго поколения состоят из подложки на одну сторону ("лицевая") которой нанесены последовательно буферные слои, слой сверхпроводника и слой серебра.
Особенно перспективно использование в качестве сверхпроводящего слоя в подобных многослойных структурах таких химических соединений как КВагСизОу (RBCO, где R - редкоземельный элемент).
В настоящее время распространение получили металлические ленты подложки двух типов. Подложки первого типа - текстурированные RABiTS (Rolling-Assisted Biaxially Textured Substrate) с кубической текстурой, полученной путем прокатки и которую наследуют последующие буферные слои, обеспечивая биаксиальную текстуру слоя сверхпроводника.
В подложках второго типа металлическая лента не обладает значимой текстурой и используется лишь как носитель. Биаксиальная кубическая текстура создается в последующих буферных слоях, например, осаждением слоя MgO под действием вспомогательного ионного пучка (Ion Beam Assisted Deposition - IBAD) с последующей передачей текстуры другим буферным слоям и слою сверхпроводника. В настоящий момент наилучшая текстура слоя ВТСП достигается на подложках второго типа.
В технологии IBAD текстура растущей пленки определяется углом между ионным пучком и поверхностью пленки. Это определяет основное требование к подложке в IBAD технологии - низкая шероховатость поверхности подложки (менее 1.0 нм на площади 5x5 мкм2). Кроме того, необходимы химическая инертность подложки к последующим слоям, близость коэффициентов теплового расширения между подложкой и буферными слоями, механическая прочность и термическая устойчивость подложки.
Для снижения шероховатости поверхности подложки применяют ее механическое или электрохимическое полирование, травление, например, плазменное травление, а также другие процессы сглаживания поверхности подложки, получившие общее название "планаризация".
К таким процессам относится т.н. растворная планаризация подложки, заключающаяся в нанесении на подложку металл-органического раствора-прекурсора (предшественника) с его последующим отжигом до образования оксидного покрытия, частицы которого заполняют дефекты поверхности ленты-подложки и таким образом сглаживают поверхность до заданных значений шероховатости.
Технология растворной планаризации подложки ленты осаждением из раствора (Solution-Deposition Planarization (SDP)) была раскрыта в международной заявке WO2012005977.
Технология сглаживания поверхности подложки путем получения на подложке слоя оксида иттрия предусматривает два этапа: на первом этапе синтезируют первый иттрий-содержащий раствор-прекурсор (на основе разнолигандного комплекса ацетата иттрия с диэтаноламином в метиловом спирте), затем наносят раствор-прекурсор на неровную поверхность подложки, осуществляют сушку покрытия (пленки прекурсора) для испарения растворителя и последующий отжиг для превращения пленки прекурсора в оксид иттрия. Эти операции повторяют для получения многослойного покрытия оксида иттрия на подложке (происходит увеличение толщины оксидного покрытия и значительное сглаживание поверхности). Затем осуществляют второй этап, на котором также синтезируют иттрий-содержащий раствор-прекурсор, но с меньшей концентрацией, чем у первого раствора. Раствор наносят на предшествующие слои оксида иттрия, осуществляют сушку и последующий отжиг для испарения растворителя и превращения пленки прекурсора в оксид иттрия.
Эти операции повторяют до достижения значений шероховатости поверхности менее 1.0 нм на площади 5x5 мкм2.
Данная технология осуществляется на установке для планаризации, которая раскрыта в публикации http://www.pvdproducts.com/coated-conductor/solution-deposition-planarization.
Установка для планаризации состоит из серии звеньев, включающих рабочую ячейку, вертикальная трубчатую печь и систему поворотных роликов. Звенья установлены последовательно друг за другом по направлению движения ленты ("змейка"). В каждом звене есть только одна трубчатая печь, в которой осуществляется и испарение растворителя, и отжиг пленки прекурсора до образования оксидного покрытия. Установка также снабжена лентопротяжным механизмом, резервуаром для рабочего раствора и средствами для его фильтрования и подачи в рабочие ячейки.
К недостаткам вышеприведенной установки, а также технологии, можно отнести следующее.
Известная установка предполагает расположение поворотных роликов, по которым передвигается лента, в одной плоскости в виде "змейки". Такое расположение приводит к тому, что в каждом втором поворотном ролике лента обращается лицевой стороной к ролику, что может привести к появлению механических повреждений на поверхности получаемого оксидного покрытия.
Натяг ленты в известной установке осуществляется одним натяжным валом в конце движения ленты, что требует создания большого натяжного усилия и может привести к возникновению больших упругих деформаций ленты и растрескиванию сглаживающего оксидного слоя.
Что касается других недостатков известной технологии, то для синтеза раствора-прекурсора в роли растворителя используется метиловый спирт, обладающий низкой вязкостью, что определяет проведение большого количества циклов нанесения (до 40) для достижения требуемых значений шероховатости поверхности.
Кроме того, недостатком всех растворных методов получения оксидных покрытий является загрязнение их остаточным углеродом. Для выжигания углерода обычно используют высокотемпературный отжиг при температурах свыше 700°С,
однако в случае получения аморфных сглаживающих слоев такой отжиг неприменим, т.к. приводит к кристаллизации оксидной пленки и росту шероховатости. Раскрытие изобретения.
Задачей изобретения является устранение всех присущих известной технологии планаризации недостатков, а именно, сокращение необходимого числа циклов нанесения оксидного аморфного покрытия до достижения заданных значений шероховатости поверхности, улучшения качества ленты подложки за счет уменьшения механической нагрузки на ленту и снижения уровня загрязнения оксидного аморфного покрытия остаточным углеродом.
Поставленная задача решается установкой для непрерывной планаризации ленты-подложки для сверхпроводящих материалов второго поколения, которая включает:
установленные один за одним узлы для нанесения оксидного аморфного покрытия, где каждый узел содержит последовательно расположенные рабочую ячейку, низкотемпературную и высокотемпературную печи, и два поворотных ролика, один из которых установлен в рабочей ячейке, а второй - на входе в высокотемпературную печь;
резервуар для хранения рабочего раствора;
систему циркуляции раствора, связанную с упомянутым резервуаром и рабочими ячейками упомянутых блоков;
систему подачи кислородсодержащего газа в высокотемпературную печь, и натяжной вал
где упомянутые узлы для нанесения оксидных покрытий размещены относительно натяжного вала с обеспечением перемещения ленты от узла к узлу по трехмерной спирали.
В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается тем, что установка дополнительно содержит подающую и принимающую катушки.
В других воплощениях изобретения упомянутые узлы для нанесения оксидного аморфного покрытия, натяжной вал и подающая и принимающая катушки смонтированы на единой металлической раме.
Целесообразно, чтобы в установке натяжной вал и поворотные ролики были выполнены с направляющими канавками.
Желательно также, чтобы рабочая ячейки и резервуар были снабжены средствами для термостатирования.
В наилучших воплощениях изобретения низкотемпературная печь каждого узла представляет собой трубку из нержавеющей стали, причем, трубки всех узлов обмотаны общим нагревательным проводом и вертикально размещены в общем металлическом кожухе.
Соответственно, высокотемпературная печь каждого узла представляет собой трубку из нержавеющей стали, обмотанную отдельным нагревательным проводом, причем трубки всех узлов горизонтально размещены в общем металлическом кожухе.
Система циркуляции раствора в установке может включать по меньшей мере, один насос, по меньшей мере, один проточный фильтр и трубки, обеспечивающие перемещение раствора при его циркуляции.
В наилучшем воплощении изобретения система подачи кислородсодержащего газа включает воздушный компрессор и озонатор, связанные между собой системой трубок
Поставленная задача также решается способом непрерывной планаризации ленты-подложки для сверхпроводящих материалов второго поколения, в соответствии с которым он включает нанесение оксидного покрытия на упомянутую ленту-подложку путем последовательного осуществления следующих стадий:
(A) перемещения упомянутой ленты через рабочую ячейку с раствором-прекурсором, содержащим металл-органическое соединение и приемлемый растворитель с получением пленки упомянутого раствора -прекурсора на поверхностях ленты:,
(Б) перемещения упомянутой ленты с пленкой раствора -прекурсора через низкотемпературную печь с температурой внутри печи, обеспечивающей удаление растворителя из упомянутой пленки на поверхностях ленты с получением слоя гелеобразной пленки, содержащей металл-органические соединения ; и
(B) перемещения упомянутой ленты через высокотемпературную печь с кислородсодержащей атмосферой и температурой внутри печи, обеспечивающими синтез оксидного покрытия из упомянутого слоя гелеобразной пленки, содержащей металл-органические соединения,
где перемещение ленты подложки осуществляют при помощи натяжного вала
и поворотных роликов с взаимодействием одной стороны ленты с упомянутыми валом и роликами, а стадии (А), (Б) и (В) повторяют до снижения шероховатости ленты в соответствии с заданными значениями.
В частных воплощения изобретения способ предусматривает повтор стадий (А), (Б) и (В) до снижения шероховатости до величины, не превышающей 1.0 нм на площади 5x5 мкм2.
В других воплощениях изобретения между стадиями (А) и (Б) осуществляют выдержку на воздухе.
Возможно также осуществление охлаждения на воздухе до температуры окружающей среды между стадиями (Б) и (В), а также охлаждение на воздухе для до температуры окружающей среды между стадиями (В) и (А).
При этом перемещение ленты на стадии (Б) проводят при температуре, не превышающей 150°С.
В качестве кислородсодержащей атмосферы на стадии (В) используют озонсодержащую атмосферу.
В этом случае перемещение ленты на стадии (В) в наиболее желательных воплощениях изобретения проводят при температуре, не превышающей 700°С.
В качестве раствора металл-органического прекурсора на стадии (А) может быть использован раствор, включающий по меньшей мере, одно металл-органическое соединение, выбранное из группы, включающей тетрагидрат ацетата иттрия, ацетил а цетонат алюминия и изопропилат алюминия с концентрацией от 0.08 до 0.4 моль/л и приемлемый растворитель.
Раствор на стадии (А) может дополнительно содержать ацетил а цетонат и/или тетрагидрат ацетата магния
Кроме того, раствор металл-органического прекурсора на стадии (А) может дополнительно содержать по меньшей мере, один амин, выбранный из группы, включающей диэтилентриамин и моноэтаноламин, где общая концентрация металл-органического соединения и амина не превышает 0,4 моль/л.
В качестве приемлемого растворителя упомянутый раствор на стадии (А) может содержать изопропиловый спирт и/или уксусную кислоту.
Краткое описание чертежей.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 приведена общая схема установки для планаризации - вид фронтальный и вид слева.
На фиг. 2 приведена схема перемещения ленты подложки в процессе планаризации.
На фиг 3 приведена схема системы циркуляции раствора.
На фиг. 4 приведена схема низкотемпературной печи
Позиции на чертежах означают следующее
1. рабочая ячейка
2. низкотемпературная печь
3. высокотемпературная печь
4. поворотный ролик
5. поворотный ролик
6. натяжной вал
7. лента-подложка
8. подающая катушка
9. принимающая катушка
10. металлическая рама
11. перистальтический насос
12. трубки для подачи раствора прекурсора
13. трубки для забора отработанного раствора из ячеек
14. резервуар для хранения рабочего раствора
15. контейнер с водяной рубашкой
16. трубка печи
17. кожух печи
Установка для непрерывной планаризации предназначена для осаждения оксидного слоя и позволяет получать гладкие оксидные покрытия на длинномерных металлических лентах-подложках. Процесс осаждения представляет собой многократное повторение последовательных этапов протягивания ленты через ванну с раствором прекурсора, низкотемпературную печи для испарения растворителя и высокотемпературную печь для синтеза оксидного покрытия. На фиг. 1 приведена общая схема установки.
Как следует из фиг 1 и 2, установка состоит из нескольких узлов для нанесения оксидного покрытия, каждый из которых содержит последовательно установленные рабочую ячейку (1), низкотемпературную печь (2) и высокотемпературную печь (3). Кроме того, каждый узел включает поворотные ролики (4, 5). Поворотный ролик (4) установлен непосредственно в рабочей ячейке (1), а поворотный ролик (5) - на входе в высокотемпературную печь (3).
Установка также включает натяжной вал (6), функцией которого является создание натяжного усилия для преодоления силы трения в осях поворотных роликов (4) и (5). Узлы для нанесения оксидного покрытия ориентированы относительно натяжного вала таким образом, что перемещение ленты (7) от узла к узлу осуществляется по трехмерной спирали.
Под трехмерной спиралью в данной ситуации понимается винтообразная кривая, витки которой огибают условную ось (в отличие от двухмерной, где витки огибают условную точку).
Понятие "кривая" в математике трактуется как след, оставленный движущейся точкой или телом. Математическое понятие кривой охватывает как плавно изгибающуюся линию, так и фигуры, составленные из отрезков прямых, например, треугольник или квадрат.
На фиг. 2 наглядно показано, каким образом осуществляется перемещение ленты от узла к узлу с образованием трехмерной спирали. Как следует из фиг. 1 и данного рисунка, это расположение достигается, например, тем, что низкотемпературная печь (2) расположена вертикально, а высокотемпературная печь (3) - горизонтально. Такое размещение компонентов установки обеспечивает контакт ленты с роликами (4, 5) и валом (6) только обратной стороной ленты на протяжении всего процесса. Установка также опционально может содержать подающую катушку (8), на которой размещена непланаризованная лента, и принимающую катушку (9), на которую наматывается планаризованная до нужной степени шероховатости лента с оксидным покрытием.
Основные узлы установки, такие как натяжной вал (6) с шаговым двигателем(не показан), натяжные асинхронные моторы (не показаны), подъемный столик с рабочей ячейкой (1), подающая катушка (8) и приемная катушка 9, поворотные ролики (4, 5),
печи (2, 3)) целесообразно смонтировать на единой металлической раме (10) для экономии пространства.
Система циркуляции раствора приведена на фиг. 3. Она состоит из перистальтического насоса (11), проточных фильтров (не показаны ) и трубок для подачи раствора прекурсора (12) в рабочие ячейки и забора раствора из ячеек (13). Система циркуляции связана с резервуаром для хранения рабочего раствора (14) и рабочими ячейками (1).
Рабочие ячейки (1) могут быть размещены в общем контейнере с водяной рубашкой (15), которая выполняет термостатирующие функции. Аналогичная водяная рубашка также может быть смонтирована на резервуаре для хранения рабочего раствора (14).
Термостатирование рабочего раствора позволяет использовать растворы-прекурсоры, вязкость которых существенно зависит от температуры. Система подачи кислородсодержащего газа (не показана) установлена перед высокотемпературной печью и представляет собой систему, состоящую из воздушного компрессора и озонатора, соединенных друг с другом транспортными линиями (трубками). Воздушный компрессор нагнетает поток воздух в озонатор, который его обогащает озоном, далее поток по трубкам попадает в высокотемпературную печь (в каждую трубку подается самостоятельный поток)
В качестве печей (2, 3) могут быть использованы, например, стандартные протяжные печи, установленные вместе с роликами (4, 5) и валом (6) таким образом, чтобы достигалось условие перемещения ленты по трехмерной спирали с касанием только одной стороной о ролики и вал. Однако, в наилучших воплощениях изобретения использованы печи, у которых нагревательные элементы выполнены из трубок из нержавеющей стали, обмотанных нагревательным проводом, причем трубочки размещены в общем кожухе.
Наглядное представление о такой печи можно получить из схемы, приведенной на фиг. 4.
На фиг. 4 приведена низкотемпературная печь (2), предназначенная для сушки ленты с нанесенным на нее раствором прекурсора для удаления растворителя, содержащая множество трубок (16), обмотанных общим нагревательным шнуром (не
показан). Все трубки выстроены параллельно друг другу и помещены в общий кожух (17).
Высокотемпературная печь (3) предназначена для синтеза из прекурсора оксидного покрытия, проводимого путем отжига ленты с нанесенным на нее прекурсором и имеет конструкцию, аналогичную низкотемпературной печи, но только в ней каждая трубка обмотана нагревательным проводом.
Как уже указывалось, целесообразно, чтобы низкотемпературная печь была установлена вертикально, а высокотемпературная - горизонтально. Такое размещение дополнительно улучшает качество ленты за счет следующего: вертикально установленная печь (2) обеспечивает постепенный градиентный нагрев ленты без перегрева и позволяет наиболее полно удалить растворитель. Высокотемпературная печь (3) горизонтальна для исключения существенного градиента и позволяет избежать локального перегрева ленты, который неизбежен в вертикальной высокотемпературной печи.
Изобретение осуществляется следующим образом.
Включают установку, натяжной вал 6 начинает вращаться и запускает с подающей катушки (8) перемещение ленты-подложки (7) в рабочую ячейку (1) с раствором прекурсора (стадия А). В качестве раствора прекурсора могут быть использованы растворы металл-органических соединений и приемлемый для этих соединений растворитель.
В процессе прохождения через рабочую ячейку (1) лента (7) одной стороной контактирует с поворотным роликом (4).
При выходе из рабочей ячейки, лента некоторое время перемещается на воздухе до нагревательной печи (2). В процессе выдержки на воздухе, раствор стекает с ленты под действием силы тяжести в соответствии с уравнением Ландау-Левича, что положительно сказывается на равномерности распределения слоя раствора прекурсора по поверхности ленты. Затем осуществляется стадия Б, в соответствии с которой лента перемещается в нагревательную печь (2), размещенную вертикально.
В печи 2, нагретой до температуры кипения растворителя, растворитель испаряется и на выходе из печи получается лента с нанесенным на нее прекурсором в виде пленки геля. Как правило, температура печи при этом не превышает 150°С.
Лента 7 через поворотный ролик 5 далее перемещается в высокотемпературную печь 3. Лента контактирует с роликом 5 той же стороной, что и с роликом 4. При контакте лента охлаждается до комнатной температуры. В печи 3 (стадия В) устанавливают такую температуру, чтобы был возможен, с одной стороны, синтез оксидной пленки из прекурсора, но при этом температура, с другой стороны, должна обеспечить получение аморфного покрытия, а не кристаллического. Температура печи 3 зависит от того, какие металл-органические соединения мы используем и подбирается индивидуально для каждого соединения, но в самом общем случае желательно, чтобы температура не превышала 700°С.
В процессе синтеза в печь подается кислородсодержащий газ. Газ вводится для снижения риска загрязнения оксидного покрытия остаточным углеродом.
Лучшие результаты по уменьшению остаточного углерода достигаются в том случае, когда в печь вводится озонсодержащий газ. Для повышения качества поверхности, поток газа направляется вдоль движущейся ленты.
По завершении стадии В лента 7 с синтезированным на ней слоем оксидного аморфного сглаживающего покрытия толщиной 20-100 нм (в зависимости от типа прекурсора и скорости протягивания ленты) выходит из печи 3 и через натяжной вал б, с которым лента контактирует той же стороной, что и с роликами 4 и 5, направляется в рабочую ячейку 1 следующего блока для нанесения нового слоя оксидного покрытия на предшествующий.
Процесс продолжается циклично. Как правило, для получения качественного покрытия с уровнем шероховатости не превышающей 1.0 нм на площади 5x5 мкм2, достаточно 8-10 циклов.
Хотелось бы отметить, что предложенные установка и технология менее требовательны к составу прекурсора, чем известные.
Так для нанесения покрытия могут использоваться и более вязкие растворы для нанесения прекурсора, чем в известной технологии, а для достижения уровня шероховатости не превышающей 1.0 нм на площади 5x5 мкм2 требуется всего 8-10 циклов, что значительно увеличивает производительность установки.
Наилучшими свойствами обладают растворы, содержащие, по меньшей мере, одно металл-органическое соединение, выбранное из группы, тетрагидрат ацетата иттрия, ацетилацетонат алюминия и изопропилат алюминия с концентрацией от 0.08
до 0.4 моль/л и приемлемый растворитель.
Данные металл-органические прекурсоры обладают необходимой вязкостью, адгезионными характеристиками, требуемым термическим поведением, образуют сплошные пленки прекурсора на поверхности ленты и разлагаются до оксида без кристаллизации.
Концентрации раствора выбраны исходя из того, что при более низких концентрациях потребуется большее количество циклов нанесения для достижения требуемых значений шероховатости (из-за более низкой вязкости раствор сильнее стекает с поверхности ленты, как следствие толщина меньше). В случае же более концентрированных МОП наблюдается растрескивание оксидного покрытия и его отслаивание от поверхности ленты.
Данные растворы могут дополнительно содержать ацетил а цетонат и/или тетрагидрат ацетата магния, которые усиливают свойства ранее описанных металл-органических соединений. Кроме того, они могут дополнительно содержать, также, по меньшей мере, один амин, выбранный из группы, включающей диэтилентриамин и моноэтаноламин. Выбранные аминосоединения оказывают влияние на растворимость металл-органических соединений, вязкость и адгезионные характеристики растворов МОП, а также способствуют снижению температуры разложения МОП.
А использование для этих металл-органических соединений изопропилового спирта или уксусной кислоты в роли растворителя обусловлено их нетоксичностью, пожаробезопасностью и требованиями растворимости, вязкости и адгезионными характеристиками МОП, а также желаемым небольшим числом циклов нанесения. Примеры осуществления изобретения. Пример 1.
Тетрагидрат ацетата иттрия растворяли в изопропиловом спирте в присутствии диэтилентриамина, мольное соотношение реагентов [Y3+]:[DETA] = от 1:1 до 1:3. Концентрация раствора составляла 0.2 моль/л. Раствор заливали в рабочие ячейки.
Планаризации подвергали ленту подложку, выполненную из сплава Хастеллой С276 (Hastelloy С276), толщиной 20 мкм , шириной 12 мм и среднеквадратичной шероховатостью Sq = 25.7±0.1 нм на площади 5x5 мкм2.
Цикл обработки включал нанесение пленки прекурсора окунанием, низкотемпературный отжиг для удаления растворителя, проводимый при температуре печи 100°С и высокотемпературный отжиг для синтеза оксидного аморфного покрытия, проводимый при температуре печи 500°С. Скорость перемещения ленты составляла 0,005 м/с. Цикл повторяли 10 раз.
В итоге получали аморфное оксидное покрытие со среднеквадратичной шероховатостью Sq = 1.0±0.2 нм на площади 5x5 мкм2. Пример Г.
Тетрагидрат ацетата иттрия растворяли в изопропиловом спирте в присутствии диэтилентриамина, мольное соотношение реагентов [Y3+]:[DETA] = от 1:1 до 1:3. Концентрация раствора составляла 0.2 и 0.08 моль/л.
Раствор заливали в рабочие ячейки (в первые пять ячеек раствор с концентрацией 0,2моль/л, последующие пять - с концентрацией 0.08 моль/л)
Планаризации подвергали ленту подложку, выполненную из сплава Хастеллой С276 (Hastelloy С276), толщиной 20 мкм, шириной 12 мм и среднеквадратичной шероховатостью Sq = 25.7±0.1 нм на площади 5x5 мкм2.
Цикл обработки включал нанесение пленки прекурсора окунанием, низкотемпературный отжиг для удаления растворителя, проводимый при температуре печи 100°С и высокотемпературный отжиг для синтеза оксидного аморфного покрытия, проводимый при температуре печи 500°С. Скорость перемещения ленты составляла 0,005 м/с. Цикл повторяли 10 раз.
В итоге получали аморфное оксидное покрытие со среднеквадратичной шероховатостью Sq = 0.9±0.3 нм на площади 5x5 мкм2. Содержание остаточного углерода (по данным РСМД) в пленках < 1 ат. %, в то время как в пленке, полученной в примере 1 или без использования озона - 3 ат. % и более.
Пример 1".
Тетрагидрат ацетата иттрия растворяли в изопропиловом спирте в присутствии диэтилентриамина, мольное соотношение реагентов [Y3+]:[DETA] = от 1:1 до 1:3. Концентрация раствора составляла 0.2 моль/л. Раствор заливали в рабочие ячейки.
Планаризации подвергали ленту подложку, выполненную из сплава Хастеллой С276 (Hastelloy С276), толщиной 110 мкм, шириной 12 мм и среднеквадратичной шероховатостью Sq = 4.1±0.б нм на площади 5x5 мкм2.
Цикл обработки включал нанесение пленки прекурсора окунанием, низкотемпературный отжиг для удаления растворителя, проводимый при температуре печи 100°С и высокотемпературный отжиг для синтеза оксидного аморфного покрытия, проводимый при температуре печи 500°С. Скорость перемещения ленты составляла 0,005 м/с. Цикл повторяли 1 раз.
В итоге получали аморфное оксидное покрытие со среднеквадратичной шероховатостью Sq = 0.8±0.3 нм на площади 5x5 мкм2. Пример 2.
Свежесинтезированный изопропилат алюминия растворяли в изопропиловом спирте в присутствии моноэтаноламина и уксусной кислоты. Мольное соотношение реагентов [Al3+]:[MEA]:[HAcet] =варьировали от 1:1:1 до 1:5:15. Концентрация раствора при нанесении покрытия составляла 0,2 моль/л.
Далее проводили циклы обработки в соответствии с примером 1. Температура низкотемпературного отжига составляла 100°С, высокотемпературного отжига -550°С Получали аморфное оксидное покрытие с шероховатостью 1.1 ±0.2нм на площади 5x5 мкм2.
Пример 2'.
Свежесинтезированный изопропилат алюминия растворяли в изопропиловом спирте в присутствии моноэтаноламина и уксусной кислоты. Мольное соотношение реагентов [AI3+]:[MEA]:[HAcet] =варьировали от 1:1:1 до 1:5:15. Концентрация раствора при нанесении покрытия составляла 0,1 моль/л.
Далее проводили циклы обработки в соответствии с примером 1". Температура низкотемпературного отжига составляла 100°С, высокотемпературного отжига - 550°С Получали аморфное оксидное покрытие с шероховатостью 0.9±0.5 нм на площади 5x5 мкм2.
Пример 3.
Сублимированный ацетилацетонат алюминия растворяют в уксусной кислоте в присутствии диэтилентриамина. Мольное соотношение реагентов [AI3+]:[DETA] =варьируется от 1:1 до 1:10. Концентрация раствора при нанесении покрытия составляла 0.2 моль/л.
Далее проводили циклы обработки в соответствии с примером 1". Температура низкотемпературного отжига составляла 100° С, высокотемпературного отжига - 550° С Получали аморфное оксидное покрытие с шероховатостью 1.0±0.3 нм на площади 5x5 мкм2. Пример 4.
Свежесинтезированный изопропилат алюминия и тетрагидрат ацетата магния растворяют в изопропиловом спирте в присутствии моноэтаноламина и уксусной кислоты. Мольное соотношение металлов [Al3+]:[Mg2+] = 1:2, а мольное соотношение реагентов [Al3++Mg2+]:[ [MEA]:[HAcet] =варьируется от 1:1:1 до 1:5:15. Концентрация раствора при нанесении покрытия составляла 0.1 моль/л.
Далее проводили циклы обработки в соответствии с примером 1". Температура низкотемпературного отжига составляла 100°С, высокотемпературного отжига - 600° С Получали аморфное оксидное покрытие с шероховатостью 1.0±0.3 нм на площади 5x5 мкм2. Пример 5.
Сублимированные ацетилацетонаты алюминия и магния растворяют в уксусной кислоте в присутствии диэтилентриамина. Мольное соотношение металлов [Al3+]:[Mg2+] = 2:1, мольное соотношение реагентов [AI3++Mg2+]:[DETA] =варьируется от 1:1:1 до 1:5:15. Концентрация раствора при нанесении покрытия составляла 0.2 моль/л.
Далее проводили циклы обработки в соответствии с примером 1". Температура низкотемпературного отжига составляла 100° С, высокотемпературного отжига - 600° С Получали аморфное оксидное покрытие с шероховатостью 1.0 ±0.3 нм на площади 5x5 мкм2.
Как следует из представленных данных, при использовании изобретения достигается получение ленты-подложки с очень низкой шероховатостью, где производительность заявленной технологии превышает производительность известной за счет сокращения числа циклов нанесения оксидного покрытия.
Полученное покрытие однородно и не имеет дефектов на "лицевой" стороне поскольку соприкосновение ленты с роликами и валом происходит все время по одной и той же ("обратной") стороной ленты
Натяг ленты при использовании изобретения осуществляется единым натяжным валом, в то время как в известной установке при схожем числе циклов нанесения (N) для создания натяжного усилия необходимо преодолеть силы трения в осях роликов, число которых определяется как 3N.
В предложенной установке разделены зоны сушки и отжига прекурсора, что снимает ограничения по выбору растворителя и позволяет использовать растворы на основе изопропилового спирта.
Все вышеперечисленное демонстрирует несомненные преимущества предложенного изобретения по сравнению с предшествующим уровнем техники.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Установка для непрерывной планаризации ленты-подложки для сверхпроводящих материалов второго поколения,, характеризующаяся тем, что она включает
установленные один за одним узлы для нанесения аморфного оксидного покрытия, где каждый узел содержит последовательно расположенные рабочую ячейку, низкотемпературную и высокотемпературную печи, и два поворотных ролика, один из которых установлен в рабочей ячейке, а второй - на входе в высокотемпературную печь; резервуар для хранения рабочего раствора;
систему циркуляции раствора, связанную с упомянутым резервуаром и рабочими ячейками упомянутых узлов;
систему подачи кислородсодержащего газа в высокотемпературную печь, и натяжной вал
где упомянутые узлы для нанесения оксидных покрытий размещены относительно натяжного вала с обеспечением перемещения ленты от узла к узлу по трехмерной спирали.
2. Установка по п. 1, характеризующаяся тем, что дополнительно содержит подающую и принимающую катушки.
3. Установка по п. 2, характеризующаяся тем, что упомянутые узлы для нанесения оксидного аморфного покрытия, натяжной вал и подающая и принимающая катушки смонтированы на единой металлической раме.
4. Установка по п. 1 характеризующаяся тем, что натяжной вал и поворотные ролики выполнены с направляющими канавками.
5. Установка по п. 1, характеризующаяся тем, что рабочие ячейки и резервуар снабжены средствами для термостатирования.
6. Установка по п.1, характеризующаяся тем, что низкотемпературная печь каждого узла представляет собой трубку из нержавеющей стали, причем, трубки всех узлов обмотаны общим нагревательным проводом и вертикально размещены в общем металлическом кожухе.
7. Установка по п. 1, характеризующаяся тем, что высокотемпературная печь
каждого узла представляет собой трубку из нержавеющей стали, обмотанную отдельным нагревательным проводом, причем трубки всех узлов горизонтально размещены в общем металлическом кожухе.
8. Установка по п. 1, характеризующаяся тем, что система циркуляции раствора включает, по меньшей мере, один насос, по меньшей мере, один проточный фильтр и трубки, обеспечивающие перемещение раствора при его циркуляции.
9. Установка по п. 1, характеризующаяся тем, что система подачи кислородсодержащего газа включает воздушный компрессор и озонатор, связанные между собой системой трубок.
10. Способ непрерывной планаризации ленты-подложки для сверхпроводящих материалов второго поколения, характеризующийся тем, что включает нанесение оксидного покрытия на упомянутую ленту-подложку путем последовательного осуществления следующих стадий:
(A) перемещение упомянутой ленты через рабочую ячейку с раствором прекурсора, содержащим металл-органическое соединение и приемлемый растворитель с получением пленки упомянутого раствора прекурсора на поверхностях ленты:,
(Б) перемещение упомянутой ленты с пленкой раствора прекурсора через низкотемпературную печь с температурой внутри печи, обеспечивающей удаление растворителя из упомянутой пленки на поверхностях ленты с получением слоя гелеобразной пленки, содержащей металл-органические соединения;и
(B) перемещение упомянутой ленты через высокотемпературную печь с кислородсодержащей атмосферой и температурой внутри печи, обеспечивающими синтез оксидного покрытия из упомянутого слоя гелеобразной пленки, содержащей металл-органические соединения,
где перемещение ленты подложки осуществляют при помощи натяжного вала и поворотных роликов с взаимодействием одной стороны ленты с упомянутыми валом и роликами, а стадии (А), (Б) и (В) повторяют до снижения шероховатости ленты в соответствии с заданными значениями.
11. Способ по п. 10, характеризующийся тем, что стадии (А), (Б) и (В) повторяют до снижения шероховатости до величины, не превышающей 1.0 нм на площади
11.
5x5 мкм2.
12. Способ по п. 10, характеризующийся тем, что между стадиями (А) и (Б) осуществляют выдержку на воздухе.
13. Способ по п. 10, характеризующийся тем, что между стадиями (Б) и (В) осуществляют охлаждение на воздухе для до температуры окружающей среды.
14. Способ по п. 10 характеризующийся тем, что между стадиями (В) и (А) осуществляют охлаждение на воздухе до температуры окружающей среды.
15. Способ по п. 10, характеризующийся тем, что перемещение ленты на стадии (Б) проводят при температуре, не превышающей 150°С.
16. Способ по п. 10, характеризующийся тем, что в качестве кислородсодержащей атмосферы на стадии (В) используют озонсодержащую атмосферу.
17. Способ по п. 10, характеризующийся тем, что перемещение ленты на стадии (В) осуществляют при температуре, не превышающей 700°С.
18. Способ по п. 10, характеризующийся тем, что в качестве раствора металл-органического прекурсора на стадии (А) используют, раствор, включающий по меньшей мере, одно металл-органическое соединение, выбранное из группы, включающей тетрагидрат ацетата иттрия, ацетилацетонат алюминия и изопропилат алюминия с концентрацией от 0.08 до 0.4 моль/л и приемлемый растворитель.
19. Способ по п. 18, характеризующийся тем, что на стадии (А) используют раствор, дополнительно содержащий ацетилацетонат и/или тетрагидрат ацетата магния.
20. Способ по п. 18, характеризующийся тем, что в качестве раствора металл-органического прекурсора на стадии (А) используют, раствор, дополнительно содержащий, по меньшей мере, один амин, выбранный из группы, включающей диэтилентриамин и моноэтаноламин, где общая концентрация металл-органического соединения и амина не превышает 0,4 моль/л.
21. Способ по п. 18, характеризующийся тем, что в качестве приемлемого растворителя упомянуты раствор на стадии (А) содержит изопропиловый спирт и/или уксусную кислоту.
12.
12.
12.
12.
12.
ОТЧЕТ О ПАТЕНТНОМ ПОИСКЕ
(статья 15(3) ЕАПК и правило 42 Патентной инструкции к ЕАПК)
Номер евразийской заявки:
201600424
Датаподачи: 10 мая 2016 (10.05.2016)
Дата испрашиваемого приоритета:
Название изобретения: Установка для планаризации подложек сверхпроводящих лент и способ
планаризации подложек
Заявитель: ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "С-ИННОВАЦИИ" (ООО "С-ИННОВАЦИИ")
I 1 Некоторые пункты формулы не подлежат поиску (см. раздел I дополнительного листа) I | Единство изобретения не соблюдено (см. раздел II дополнительного листа)
А. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ:
H01L 39/24 (2006.01) B05D5/12 (2006.01)
Согласно Международной патентной классификации (МПК) или национальной классификации и МПК
Б. ОБЛАСТЬ ПОИСКА:
Минимум просмотренной документации (система классификации и индексы МПК)
H01L 39/00, 39/24, B05D 5/00, 5/12
Другая проверенная документация в той мере, в какой она включена в область поиска:
В. ДОКУМЕНТЫ, СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ
Категория*
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к пункту №
А А А А
Chris Sheehan et al. Solution Deposition Planarization of Long-Length Flexible Substrates A1MCAL Fall Technical Conference, October 17-20, 2010
Харченко Андрей Васильевич. Тонкие пленки La2Zr207 и La2Hf207: Получение из растворов, свойства и применение. Автореферат на соискание ученой степени кандидата химических наук. Москва, 2013
US 7247340 В2 (SUPERPOWER, INC.) 24.07.2007
US 2006/0073979 Al (AMERICAN SUPERCONDUCTOR CORP.) 06.04.2006 US 2005/0220986 Al (SUPERPOWER, INC.) 06.10.2005 US 2007/0116860 Al (SUPERPOWER, INC.) 24.05.2007
1-21
1-21 1-4 1-21 1-21 1-21 1-21
последующие документы указаны в продолжении графы В
данные о патентах-аналогах указаны в приложении
Особые категории ссылочных документов: "А" документ, определяющий общий уровень техники "Е" более ранний документ, но опубликованный на дату
подачи евразийской заявки или после нее "О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
"Р" документ, опубликованный до даты подачи евразийской
заявки, но после даты испрашиваемого приоритета "D" документ, приведенный в евразийской заявке
"Т" более поздний документ, опубликованный после даты приоритета и приведенный для понимания изобретения "X" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска, порочащий новизну или изобретательский уровень, взятый в отдельности
"Y" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету
поиска, порочащий изобретательский уровень в сочетании с
другими документами той же категории
" &" документ, являющийся патентом-аналогом
"L" документ, приведенный в других целях
Дата действительного завершения патентного поиска:
05 октября 2016 (05.10.2016)
Наиме.. вание и адрес Международного поискового органа: Федеральный институт промышленной собственности
РФ, 125993,Москва, Г-59, ГСП-3, Бережковская наб., д. 30-1.Факс: (499) 243-3337, телетайп: 114818 ПОДАЧА
Уполномоченное лицо :
О. В. Кишкович
Телефон № (499) 240-25-91
(19)