Устройство для осаждения покрытий на подложку CVD и PVD способами Российский патент 2025 года по МПК C23C28/00 B82B1/00 C23C14/00 C23C16/00 

Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к устройствам для получения покрытий на подложке, и может быть использовано в машиностроении, электронике, электротехнике, химии, медицине, а также в других областях промышленности, науки и техники.

Известен аналог - CVD - реактор рулонного типа (патент RU 2762700 С1), техническим результатом которого является устройство для синтеза покрытий высокого качества на подложках в виде широкой ленты. Состоит из вакуумной камеры, системы вакуумной откачки, подложки, нагревателей, узлов подачи газа, теплоизоляции, роликов и узла натяжения подложки. Основными недостатками данного устройства являются: отсутствие возможности в переоборудовании данного типа реактора для получения покрытий на разных геометрических поверхностях подложки, невозможность переоснащения реактора для получения покрытий PVD способом и отсутствие смотровых окон для наблюдения за технологическим процессом осаждения покрытий.

Известен аналог - вакуумная технологическая система для осаждения тонкопленочных комбинированных покрытий (патент RU 153695 U1), техническим результатом которого является осаждение покрытий на элементы германиевой оптики путем использования PVD - способа, основанного на импульсно-дуговом методе. Устройство состоит из вакуумной камеры, механизма вращения технологической оснастки, технологической оснастки, фланца низкоэнергетического ионного источника, низкоэнергетического ионного источника, системы вращающихся масок (модулятора), привода модулятора, привода вращения графитового катода, вытягивающего соленоида постоянного тока, фильтра-ловушки «тяжелых» ионов, сепаратора, анодов, фланца оптического ввода, оптического ввода, отклоняющего соленоида постоянного тока, графитового катода, корпуса импульсно-дугового испарителя, импульсного YAG лазера, поворотно-фокусирующей системы, устройства шагового перемещения, поворотно-фокусирующей системы и ввода вращения технологической оснастки. Основными недостатками данного устройства являются отсутствие возможностей в переоборудовании данного типа реактора для получения покрытий на разных геометрических поверхностях подложки и переоснащении реактора для получения покрытий CVD способом.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существующих признаков относится способ нанесения комбинированных PVD/CVD/PVD покрытий на режущий твердосплавный инструмент (патент RU 2468124 С1), техническим результатом которого является получаемый от использования способа процесс формирования износостойких покрытий на рабочих поверхностях режущего инструмента (подложки) путем CVD и PVD осаждения. Для достижения технического результата использованы две установки: CVD - установка «1-Н-1», состоящая из вертикальной колпаковой печи косвенного нагрева и реактора, размещенных на монтажном столе, на котором установлены испаритель, смесители газов, скруббер и вакуумный насос, и PVD - установка «ННВ-6.6-И1», состоящая из корпуса, дверцы, электрода токоподводящего (электродуговой испаритель), системы водоохлаждения, вакуумной системы, механизма вращения, основания и электрической части.

Основным недостатком известных устройств - невозможность организации в одном реакторе осаждения покрытий CVD и PVD способами.

Анализ известных технических решений показал, что технической проблемой в данной области является необходимость расширения арсенала технических средств для получения покрытий путем использования одного универсального реактора, совмещающего возможность его оснащения и переналадки под разные способы формирования покрытий.

Техническим результатом изобретения является устройство для осаждения покрытий на подложке CVD и PVD способами.

Для решения указанной технической проблемы и достижения заявленного технического результата в устройстве для осаждения покрытий на подложке CVD и PVD способами, включающем реактор, который выполнен в виде цилиндра оснащенного смотровыми окнами, расположенных в шахматном порядке, вводами реакционного газа, электрической цепи и измерительного оборудования, при этом упомянутые смотровые окна изготовлены с возможностью переоборудования и установки в них CVD и PVD оборудования, при этом вггутри упомянутого реактора размещена монтажная плита, изготовленная с возможностью крепления на нее вспомогательного оборудования и подложкодержателя, при этом на крышку корпуса упомянутого реактора установлена крышка реактора, оснащенная смотровым окном, при этом крышка корпуса и крышка реактора через уплотнение стянуты хомутом.

Заявленное техническое решение поясняется чертежами, на которых представлены:

Фиг. 1 - Схема CVD - PVD реактора;

Фиг. 2 - Общий вид монтажной плиты;

Фиг. 3 - Схема смотрового окна корпуса реактора.

Реактор (фиг. 1) состоит из корпуса 1, дна 2, плиты монтажной 3 (фиг. 2), крышки корпуса 4, крышки реактора 5, корпуса 6, фланца вварного 7, линзы 8, фланца прижимного 9, винтов 10, хомута прижимного 11, втулок 12, гермоввода 13, переходника 14, заглушек 15, уплотнений 16 и смотровых окон 17(фиг. 3).

Смотровое окно 17 (фиг. 3) состоит из винтов 10, уплотнений 16, корпуса 18, фланца вварного 19, упора 20, линзы 21 и фланца прижимного 22.

Реактор (фиг. 1) имеет цилиндрическую форму и выполнен из нержавеющей стали. Внизу корпуса реактора 1 расположено дно 2, внутри установлена монтажная плита 3 (фиг. 2), которая выполнена в виде диска, монтирована в верхней его части и содержит группу отверстий разных диаметров, предназначенных для крепления к ней вспомогательного оборудования, а сверху - крышка 4, верх которой оснащен проточкой под уплотнение 16, которое предназначено для герметизации реактора (фиг. 1). На крышке реактора 5 установлен корпус 6, верх которого совмещен с вварным фланцем 7, имеющего отверстия под резьбу. Детали 5, 6 и 7 образуют посадочное место под смотровую линзу 8, которая выполнена из закаленного кварцевого стекла. Линза 8 сопряжена с крышкой реактора 5 через уплотнение 16, которое установлено в пазе крышки реактора 5, и зажата прижимным фланцем 9, имеющего аналогичный паз, через верхнее уплотнение 16 винтами 10. Соосность, герметичность и равномерный прижим крышки 4 и крышки реактора 5 через уплотнение 16 обеспечено путем использования специализированного хомута 11, имеющего трапецеидальную форму, изготовленного из алюминия марки 7075 и оснащенного болтовыми зажимами.

Корпус 1 оснащен двумя отверстиями для ввода и вывода реакционного и инертного газа, в которых установлены толстостенные вварные втулки 12 с размещенной внутри них резьбой, которая обеспечивает надежное соединение с трубопроводами, а при их отсутствии в системе предусмотрены заглушки 15 устанавливаемые во втулки 12 через уплотнение 16, отверстием для гермоввода 13, корпус которого установлен с внешней стороны корпуса реактора 1, предназначенного для питания и управления вспомогательным оборудованием, устанавливаемого внутри реактора, отверстием для подключения вакуумметра к системе, монтаж которого осуществлен путем использования цилиндрического переходника 14, края которого расположены под углом 90° относительно друг друга, при этом один край вварен в корпус реактора 1, а второй перпендикулярен крышке корпуса 4. направлен вверх и содержит резьбу для установки вакуумметра, при этом в случае его отсутствия предусмотрена заглушка 15, монтируемая в переходник 14 через уплотнение 16, и девятью отверстиями для смотровых окон 17, являющихся технологическими, расположенных под углом 120° относительно друг к другу в три ряда и в шахматном порядке.

К отверстию для смотрового окна 17 (фиг. 3) выполненного на корпусе реактора 1 соосно установлен корпус 18, с ответной стороны которого расположен вварной фланец 19, имеющего отверстия под резьбу. Внутри корпуса 18 установлен упор 20, который сопряжен с корпусом реактора 1. Детали 18 и 20 образуют посадочное место под смотровую линзу 21, которая выполнена из закаленного кварцевого стекла и имеет меньший диаметр, чем линза 8. Линза 21 сопряжена с упором 20 через уплотнение 16, а ее фиксация обеспечена за счет прижимного фланца 22, имеющего удерживающий паз, через уплотнение 16 винтами 10.

Работает устройство следующим образом. Одно из смотровых окон 17 переоборудуется путем подключения к нему азотной ловушки и высоковакуумного насоса, монтируемых через специальный переходник к вварному фланцу 19. Для получения покрытий, получаемых CVD-способом, переоборудуется второе смотровое окно 17 путем крепежа к вварному фланцу 19 сублиматора или синтез-реактора, в которых осуществляется подготовка реакционной среды, требуемой для осаждения покрытия на подложке. При оснащении других смотровых окон сублиматорами, содержащих различные соединения, возможно получать комбинированные покрытия, обладающих разными физико-механическими, электротехническими и коррозионными свойствами. В случае получения покрытий, получаемых PVD-способом, переоборудуется второе смотровое окно 17 путем крепежа к вварному фланцу 19 PVD-источника с катодом. Аналогично CVD-способу реактор (фиг.1) возможно укомплектовать тремя дополнительными PVD-источниками с катодом, лежащих в одной плоскости и расположенных под углом 120° относительно друг друга. Конструкция реактора (фиг. 1) обеспечивает возможность его оснащения одновременно и CVD, и PVD оборудованием устанавливаемого в разные смотровые окна 17.

Внутри реактора (фиг. 1) на монтажную плиту 3 крепится измерительное и вспомогательное оборудование путем прямой фиксации к плите 3 или через кронштейны, обеспечивающих регулировку нахождения элементов в пространстве, управление которых осуществлено через гермоввод 13 от контроллера. Подложка устанавливается на подложкодержателе монтируемого к монтажной плите 3. При поочередном осаждении CVD и PVD слоев покрытия подложкодержатель дооснащается механизмом перемещения подложки в пространстве. Альтернативно подложкодержатель возможно установить на дно 2 реактора (фиг. 1). К втулкам 12 подводятся трубопроводы, обеспечивающих подачу инертного и реакционного газа в реактор (фиг. 1). В случае, если при формировании покрытия требуется обеспечить низкую глубину вакуума, то возможно через втулку 12 подключить низковакуумный насос. В переходник 14 через уплотнение 16 устанавливается вакуумметр.

После комплектации реактора (фиг. 1) основными узлами, оснащения его измерительным и вспомогательным оборудованием и установки в нем подложки на крышку корпуса реактора 4 через уплотнение 16 устанавливается крышка реактора 5, которая представляет собой сборочный узел, который состоит из корпуса 6, фланца вварного 7, линзы 8, фланца прижимного 9, винтов 10 и уплотнений 16, и детали 4 и 5 стягиваются прижимным хомутом 11. Далее согласно алгоритмам технологий по формированию покрытий CVD и PVD способами осуществляется эксплуатация реактора. Через незадействованные смотровые линзы 8 и 21 ведется визуальный контроль, фото и видео фиксация технологического процесса осаждения покрытия.

Принцип действия реактора основан на осаждении покрытий на подложке CVD и PVD способами путем его переоснащения и доукомплектации основным, вспомогательным и измерительным оборудованием.

Реактор по сравнению с прототипами имеет преимущества:

- возможность организации в одном реакторе CVD и PVD способов, обеспечивающих получение многофункциональных покрытий, которые обладают разными физико-механическими, электротехническими и коррозионными свойствами;

- отсутствие контакта подложки с атмосферой воздуха при комбинированном осаждении покрытий путем поочередного формирования слоев CVD и PVD способами;

- возможность свободного размещения оборудования и подложки внутри реактора за счет установленной монтажной плиты;

- возможность дооснащения реактора вспомогательными узлами путем подключения и установки их через смотровые окна;

- возможность наблюдения за технологическим процессом формирования покрытий относительно осей абсцисс, ординат и аппликат через размещенные смотровые окна на корпусе и крышке ректора;

- наличием более девяти смотровых окон;

- возможность подключения низковакуумного насоса к реактору через втулки ввода и вывода реакционного и инертного газа.

Изобретение относится к области нанотехнологии и может быть использовано для нанесения покрытия на подложку. Устройство для осаждения покрытий на подложку CVD и PVD способами содержит реактор и подложку с подложкодержателем. Реактор выполнен в виде цилиндра с расположенными в шахматном порядке смотровыми окнами и содержит корпус, выполненный с двумя отверстиями для ввода и вывода реакционного и инертного газов, крышку корпуса, крышку реактора, электрическую цепь и измерительное и вспомогательное оборудование. Указанные смотровые окна реактора выполнены с возможностью установки в них CVD и PVD оборудования. Внутри реактора размещена монтажная плита, выполненная с возможностью крепления на нее измерительного и вспомогательного оборудования и подложкодержателя. Крышка реактора выполнена со смотровым окном, установлена на крышку корпуса реактора через уплотнение и стянута с ней хомутом. Обеспечивается возможность формирования покрытия на подложке CVD и PVD способами за счет переоснащения реактора. 3 ил.

Устройство для осаждения покрытий на подложку CVD и PVD способами, содержащее реактор и подложку с подложкодержателем, отличающееся тем, что реактор выполнен в виде цилиндра с расположенными в шахматном порядке смотровыми окнами и содержит корпус, выполненный с двумя отверстиями для ввода и вывода реакционного и инертного газов, крышку корпуса, крышку реактора, электрическую цепь и измерительное и вспомогательное оборудование, при этом указанные смотровые окна реактора выполнены с возможностью установки в них CVD и PVD оборудования, а внутри реактора размещена монтажная плита, выполненная с возможностью крепления на нее измерительного и вспомогательного оборудования и подложкодержателя, причем крышка реактора выполнена со смотровым окном, установлена на крышку корпуса реактора через уплотнение и стянута с ней хомутом.