УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ Российский патент 2024 года по МПК C23C14/35 C23C4/137 C23C4/06 C23C14/16 

Изобретение предназначено для нанесения покрытий в вакууме на образец методом магнетронного распыления и (или) методом термического испарения и может быть широко использовано в машиностроении, электронной, электротехнической, медицинской и других отраслях промышленности.

Аналогом заявляемого технического решения выбрана установка «Каролина Д-12А», описанная в издании «Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких пленок» (Москва: Издательство «Техносфера», 2007. - Мир материалов и технологий). Авторы: Е.В. Берлин, С.А. Двинин, Л.А. Сейдман. Установка предназначена для магнетронного и (или) термического напыления на керамические, кремниевые и другие подложки диаметром до 100 мм. Горизонтальная компоновка камеры установки позволила совместить магнетронное напыление с термическим испарением. Вакуумная установка содержит вакуумный пост с рабочей камерой и системой откачки, а также стойку управления.

Недостатком аналога является отсутствие магнитных приводов, позволяющих производить манипуляции с магнетроном без разгерметизации камеры.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является установка для нанесения покрытий в вакууме (патент РФ №2271409, опубл. 10.03.2006 Бюл. №7, МПК С23С 28/00; С23С 14/22). Установка содержит вакуумную камеру, терморезистивный испаритель для испарения легкоплавких металлов и сплавов, узел крепления и вращения подложки, магнетрон, источник лазерного излучения для распыления и испарения тугоплавких ферромагнитных и неферромагнитных металлов и сплавов. В вакуумной камере выполнено окно для лазерного излучения.

Недостатками прототипа является необходимость периодического обслуживания магнито-жидкостного уплотнения, отсутствие смотровых окон, позволяющих осуществлять визуальный контроль за процессом напыления и отсутствие возможности поступательного перемещения узлов.

Задачей настоящего изобретения является создание многофункциональной установки с улучшенным техническими характеристиками.

При использовании изобретения достигается следующий технический результат:

- возможность последовательного напыления двух разных металлов без разгерметизации корпуса вакуумной камеры;

- улучшение герметичности корпуса вакуумной камеры;

- расширение функциональных возможностей.

Для решения указанной задачи и достижения технического результата заявляется устройство для нанесения покрытий в вакууме, содержащее вакуумную камеру, магнетрон, термический испаритель, узел крепления подложки и узел защиты от распыляемого материала. Узел крепления содержит нагреватель и холодильник. В вакуумной камере расположены, по крайней мере, два перемещающихся узла, а именно магнетрон или термический испаритель, выбор которых осуществляется в зависимости от используемого метода напыления. Узел защиты выполнен в виде передвижного защитного и поворотного защитного экранов. В вакуумной камере расположены линейные и вращательные магнитные приводы для управления расположением перемещающихся узлов, передвижных и поворотных защитных экранов. В вакуумной камере дополнительно выполнены смотровые окна.

За счет введения линейных и вращательных магнитных приводов для управления расположением перемещающихся узлов, позволяющих производить последовательное напыление двух металлов без разгерметизации вакуумной камеры устройства, улучшается герметичность вакуумной камеры и сокращается время технологического цикла.

Введение в состав конструкции нагревателя, холодильника и смотровых окон способствовало расширению функциональных возможностей устройства. Задействование нагревателя или холодильника позволяет осуществлять регулирование температуры нагрева или охлаждения образца. Наличие смотровых окон позволяет визуально контролировать процесс напыления.

На фиг. 1 представлена схема заявляемого устройства. На фиг. 2 и 3 представлена конструкция вращательного и линейного магнитного привода соответственно.

На фиг. 1 - фиг. 3 приняты следующие обозначения: 1 - вакуумная камера, 2 - узел крепления подложки, 3 - образец, 4 - холодильник, 5 - нагреватель, 6 - магнетрон, 7 - мишень, 8 - термический испаритель, 9 - передвижные защитные экраны, 10 - линейные магнитные приводы, 11 - вращательные магнитные приводы, 12 - поворотные защитные экраны, 13 -смотровые окна, 14 - цилиндрические магниты, 15 - кольцевые магниты, 16 - поводок, 17 - ползун.

В верхней части вакуумной камеры 1 расположен узел крепления подложки 2, на котором закрепляется образец 3. Устройство вакуумной камеры 1 позволяет задавать определенный диапазон температур охлаждения образца 3 при установке холодильника 4, или определенный диапазон температур нагрева при установке нагревателя 5. Распыление металла на образец 3 осуществляется посредством магнетрона 6 с установленной мишенью 7, или посредством термического испарителя 8. Передвижные защитные экраны 9 предохраняют неиспользуемый магнетрон 6, или термический испаритель 8, от загрязнения напыляемым металлом. Перемещение передвижных защитных экранов 9 и магнетрона 6 или термического испарителя 8 осуществляется линейными магнитными приводами 10. На осях вращательных магнитных приводов 11 закреплены поворотные защитные экраны 12, предназначенные для предохранения от загрязнения смотровых окон 13.

При нанесении покрытия методом магнетронного распыления работа устройства осуществляется следующим образом. Образец 3 устанавливается в узле крепления подложки 2. На один из магнетронов 6 подается напряжение, в результате чего над магнетроном 6 образуется зона скрещенного магнитного и электрического полей. Первичные электроны, захватываются магнитным полем и оказываются в ловушке, создаваемой магнитным и электрическим полями. Совместное действие электрического и магнитного полей вызывает циклическое движение электронов и ионизацию газа. В результате возникает разряд, и над поверхностью магнетрона образуется торообразная зона плазмы, сопровождающаяся световым излучением. При этом положительные ионы рабочего газа ускоряются в направлении пластины с напыляемым металлом - мишенью 7, бомбардируя его и распыляя в зоне подложки - образца 3. Атомы металла, выбитые с поверхности мишени 7, осаждаются в виде пленки на образце 3, а также частично рассеиваются молекулами остаточных газов и осаждаются внутри вакуумной камеры 1. Передвижные защитные экраны 9 и поворотные защитные экраны 12 препятствуют осаждению частиц напыляемого металла на стенках вакуумной камеры и на мишени неиспользуемого магнетрона 6. Управление перемещением передвижных защитных экранов 9 и поворотных защитных экранов 12 осуществляется посредством линейных магнитных приводов 9 и вращательных магнитных приводов 11. Вращательное движение поворотных защитных экранов 12 осуществляется при помощи сил магнитного поля, возникающего между цилиндрическими магнитами 14 (см. фиг. 2). Продольное перемещение передвижных защитных экранов 9, магнетрона 6 и термического испарителя 8 осуществляется посредством магнитной связи, возникающей между кольцевыми магнитами 15, установленными в поводке 16 и ползуне 17 линейного магнитного привода 10 (см. фиг. 3).

При нанесении покрытия методом термического испарения напряжение подается на каретку термического испарителя 8. Процесс напыления запускается подачей тока на опоры термического испарителя 8 и омическим нагревом испарителя.

Была разработана конструкция устройства нанесения покрытий в вакууме, представленная на фиг. 1. Данное устройство позволяет производить напыление любых металлов на любые виды металлических образцов 3 диаметром до 50 мм.

Работа установки осуществляется при подаче постоянного или переменного тока от 0,1 А до 1 А при напряжения 1000 В. Корпус вакуумной камеры 1 изготовлен методом сварки из стали 12Х18Н10Т, торцевые крышки - из сплава алюминиевого АМг6. Для осуществления визуального контроля процесса напыления в корпус вакуумной камеры 1 вмонтированы смотровые окна 13 из закаленного термостойкого стекла. Герметизация камеры осуществляется резиновыми уплотнительными кольцами. Рабочее давление внутри камеры от 0,01 до 10 Па.

В вакуумной камере 1 установлен магнетрон 6. Корпус магнетрона 6 изготовлен из сплава алюминиевого Д16Т. Для нанесения покрытий методом термического испарения в состав камеры введен съемный термический испаритель 8. Рабочая часть термического испарителя 8 изготовлена из меди Ml.

Рабочая часть холодильника 4 и нагревателя 5, устанавливающихся в узле крепления подложки, изготовлена из меди M1.

Передвижные защитные экраны 9, а также поворотные защитные экраны 12 выполнены из слава алюминиевого АМг6.

Линейные магнитные приводы 10 и вращательные магнитные приводы 11 изготовлены из сплавов алюминиевых Д16Т и АМг6.

Изобретение относится к устройству для нанесения металлического покрытия на металлическую подложку в вакууме. Упомянутое устройство содержит вакуумную камеру, узел крепления подложки, два магнетрона или два термических испарителя и передвижные экраны, выполненные с возможностью защиты неиспользуемого магнетрона или термического испарителя от металла, распыляемого на металлическую подложку при последовательном напылении упомянутого металла. Упомянутые передвижные экраны, два магнетрона или два термических испарителя для управления их перемещением снабжены линейными магнитными приводами. Узел крепления металлической подложки, имеющей диаметр до 50 мм, содержит нагреватель и холодильник. Обеспечивается возможность последовательного напыления двух разных металлов без разгерметизации корпуса вакуумной камеры, улучшение герметичности корпуса вакуумной камеры и расширение функциональных возможностей предложенного устройства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для нанесения металлического покрытия на металлическую подложку в вакууме, содержащее вакуумную камеру и узел крепления подложки, отличающееся тем, что оно для последовательного напыления двух металлов содержит расположенные в вакуумной камере два магнетрона или два термических испарителя, при этом в вакуумной камере дополнительно размещены передвижные экраны, выполненные с возможностью защиты неиспользуемого магнетрона или термического испарителя от металла, распыляемого на металлическую подложку при упомянутом последовательном напылении, при этом упомянутые передвижные экраны, два магнетрона или два термических испарителя для управления их перемещением снабжены линейными магнитными приводами, причем узел крепления металлической подложки, имеющей диаметр до 50 мм, содержит нагреватель и холодильник.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в вакуумной камере дополнительно выполнены смотровые окна, которые снабжены поворотными экранами для защиты от металла, распыляемого на упомянутую металлическую подложку, причем поворотные экраны выполнены с возможностью вращательного движения, обеспечиваемого вращательными магнитными приводами.