Устройство для нанесения многослойных покрытий на изделия



Устройство для нанесения многослойных покрытий на изделия
Устройство для нанесения многослойных покрытий на изделия
Устройство для нанесения многослойных покрытий на изделия

 


Владельцы патента RU 2490368:

Общество с ограниченной ответственностью "ЭСТО-Вакуум" (RU)

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для нанесения многослойных покрытий на поверхность изделий в виде тонких пленок. Устройство содержит рабочую камеру с магнетронной распылительной системой, систему питания магнетронной распылительной системы, вакуумную систему, систему напуска рабочего газа и источник ионов, при этом магнетронная распылительная система включает, по меньшей мере, четыре магнетрона, установленных на рычагах, обеспечивающих поочередную возможность поворота в горизонтальной плоскости каждого магнетрона, имеет кольцевую заслонку и рабочий стол, выполненный с возможностью нагрева изделия, устройство также содержит средство управления, обеспечивающее изменение положения каждого магнетрона в горизонтальной плоскости для перевода из парковочной позиции в рабочую. Технический результат изобретения заключается в обеспечении нанесения многослойных покрытий на изделия, получении высокого качества нанесенных покрытий, а также в уменьшении массогабаритных параметров устройства, что обеспечивает возможность ее использования в качестве модуля группы кластерной установки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для нанесения многослойных покрытий на поверхность изделий в виде тонких пленок из металлов, их оксидов, нитридов и других соединений, синтезированных в процессе плазмохимических реакций.

В настоящее время существует проблема создания кластерных установок, то есть группы соединенных между собой устройств, обеспечивающих выполнение отдельных операций и функционирующих как единое целое.

Выпускаемые в настоящее время автоматизированные установки магнетронного напыления не могут быть использованы в качестве модуля группы кластерной установки, поскольку они имеют большие габаритные размеры (диаметр цилиндрической рабочей камеры составляет 670 мм), кроме того, они не обеспечивают шлюзовую загрузку изделий.

Из уровня техники известна установка для нанесения тонкослойных покрытий (см. патент США №6488824, опубл. 03.12.2002), содержащая магнетронную распылительную систему (МРС), размещенную в герметизированной рабочей камере, систему вакуумирования, систему питания МРС, вакуумную систему и систему напуска газа в рабочую камеру. При этом МРС содержит два магнетрона, выполненных с возможностью вращения.

Недостатками известного устройства является отсутствие возможности обработки изделий с большими габаритными размерами и невозможность перемещения магнетронов в горизонтальной плоскости над изделием.

Кроме того, известно магнетронное распылительное устройство, описанное в патенте РФ №41023, опубл. 10.10.2004. Известное магнетронное распылительное устройство для нанесения многослойных покрытий на подложку имеет, по крайней мере, три мишени, расположенные вокруг центральной оси устройства и содержащие каждая, по крайней мере, по одному распыляемому материалу, а также магнитную систему. Мишени расположены так, что образуют призму, имеющую ось вращения, совпадающую с осью устройства. При этом распыляемые поверхности мишеней обращены наружу, а магнитная система расположена с обратной стороны мишеней.

Недостатками известного устройства является отсутствие возможности перемещения магнетронов в горизонтальной плоскости над изделием и нанесения равномерных покрытий на него.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат настоящего изобретения заключается в обеспечении нанесения многослойных покрытий на изделия, получении высокого качества нанесенных покрытий, а также в уменьшении массогабаритных параметров устройства, что обеспечивает возможность ее использования в качестве модуля группы кластерной установки.

Технический результат обеспечивается тем, что устройство для нанесения многослойных покрытий на изделия содержит рабочую камеру с магнетронной распылительной системой, систему питания магнетронной распылительной системы, вакуумную систему, систему напуска рабочего газа и источник ионов. При этом магнетронная распылительная система включает по меньшей мере четыре магнетрона, установленных на рычагах, обеспечивающих поочередную возможность поворота в горизонтальной плоскости каждого магнетрона, имеет кольцевую заслонку и рабочий стол, выполненный с возможностью нагрева изделия. Кроме того, устройство дополнительно содержит средство управления, обеспечивающее изменение положения каждого магнетрона в горизонтальной плоскости для перевода из парковочной позиции в рабочую.

Источник ионов установлен стационарно в центральной части рабочей камеры.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующими иллюстрациями:

Фиг.1 - изображает продольный разрез устройства.

Фиг.2 - изображает поперечный разрез устройства А-А с магнетронами в парковочной позиции.

Фиг.3 - изображает поперечный разрез устройства А-А с магнетроном в рабочей позиции.

Конструктивные элементы устройства:

1 - рабочая камера;

2 - магнетрон;

3 - источник ионов;

4 - рычаг магнетрона;

5 - кольцевая заслонка;

6 - изделие;

7 - стол;

8 - нижняя крышка рабочей камеры;

9 - откачной патрубок вакуумной системы;

10 - привод рычага 4;

11 - стойка кольцевой заслонки 5.

Устройство включает рабочую камеру 1 цилиндрической камеры диаметром 320 мм с нижней крышкой 8 и вакуумную систему, обеспечивающую создание и поддержание рабочего давления в рабочей камере 1 установки через откачной патрубок вакуумной системы 9. При использовании устройства в качестве модуля кластерной установки предусмотрен шлюз для загрузки/ выгрузки изделия 6. При автономном использовании устройства загрузку изделия 6 осуществляют через нижнюю крышку 8. Вакуумная система состоит из высоковакуумного насоса, системы трубопроводов, вакуумных задвижек, датчиков давления, приборов контроля давления. В рабочей камере 1 установлены магнетронная распылительная система и источник ионов 3, расположенный в центре рабочей камеры стационарно. МРС состоит из четырех магнетронов 2, установленных каждый на рычаге L-образной формы 4, выполненных с возможностью поворота, благодаря приводам 10. Для защиты магнетронов 2 от нежелательного осаждения на них пленок, вызванных работой соседних магнетронов 2, в рабочей камере 1 на стойке 11 установлена кольцевая заслонка 5. Кроме того, предусматривается рабочий стол 7 для размещения изделия 6. Стол 7 выполнен с возможностью нагрева изделия 6 с помощью встроенного нагревательного элемента. Кроме того, при использовании устройства в качестве модуля кластерной установки стол 7 снабжен иглами, обеспечивающими загрузку и выгрузку изделия 6 через шлюз.

Настоящее устройство также предусматривает средство управления, которое включает автоматизированное рабочее место, содержащее компьютер и устройство мнемоническокого отображения информации (монитор).

Работа устройства для нанесения многослойных покрытий на изделия в виде автономного устройства происходит следующим образом.

Загружают изделие через нижнюю крышку 8 рабочей камеры 1 и размещают на рабочем столе 7. Далее устройство приводят в рабочее состояние: в рабочей зоне достигается необходимое рабочее давление, в камеру 1 подается рабочий газ, в качестве которого может использоваться Ar. На каждый из магнетронов 2 по очереди подается рабочее напряжение и производится отпыливание на кольцевую заслонку 5. Включают нагрев рабочего стола 7, обеспечивающего нагрев изделия 6 (обычно до температуры около 300°С). Нагрев изделия 6 улучшает адгезию напыляемого материала. Температура нагрева может корректироваться в зависимости от напыляемого материала с помощью средства управления. Далее включают источник ионов 3 и осуществляют предварительную очистку изделия 6, размещенного на столе 7. В качестве источника ионов 3 используют устройство, содержащее блок излучения и блок подачи рабочего газа в рабочую камеру 1. На поверхности любого твердого тела существует слой, состоящий из различных загрязнений, адсорбированных молекул атмосферных газов, воды, продуктов реакций, образовавшихся при химическом взаимодействии с окружающей средой и т.д. Покрытия, наносимые на неочищенную поверхность изделия 6, не обладают необходимой адгезионной прочностью. Поэтому, перед нанесением покрытий необходима обработка поверхности обрабатываемого изделия 6. В настоящем устройстве она выполняется с помощью источника ионов 3 направленным пучком ускоренных ионов, которые распыляют слой, подлежащий удалению. В качестве источника ионов 3 может использоваться сеточные или многоячеистые источники ионов.

Источник ионов 3 осуществляет очистку только в том случае, если магнетроны находятся в парковочных позициях. Под парковочной позицией подразумевается положение всех магнетронов 2 около стенки цилиндрической рабочей камеры 1. В этом положении магнетроны 2 закрыты кольцевой заслонкой 5.

После очистки поверхности изделия 6 установленные на рычагах 4 L-образной формы магнетроны 2 поочередно поворачиваются в горизонтальной плоскости в центральную часть цилиндрической рабочей камеры 1 на угол по меньшей мере 45°. При этом магнетрон 2 занимает положение над изделием 6, и включаются именно в этом положении. Такое положение является рабочей позицией, под которой следует понимать положение магнетрона 2, когда он находится в центре рабочей камеры 1 и осуществляет напыление на изделие 6.

Каждый магнетрон 2 осуществляет нанесение покрытия напылением и возвращается в парковочную позицию. Рычаги 4 выполнены с приводами 10, обеспечивающими поочередное перемещение каждого магнетрона 2 в автоматическом режиме и соединенными со средством управления.

Работа устройства для нанесения многослойных покрытий на изделия в виде модуля кластерной установки происходит следующим образом.

Изделие 6 загружают через шлюз с помощью автоматической руки. Перед этим приводят три иглы на рабочем столе 7 в положение, обеспечивающее размещение изделия 6 над поверхностью рабочего стола 7. После загрузки включают привод, обеспечивающий перемещение игл, и изделие 6 размещают на поверхности стола 7. Далее устройство приводят в рабочее состояние: в рабочей зоне достигается необходимое рабочее давление, в камеру 1 подается рабочий газ, в качестве которого может использоваться Ar. На каждый из магнетронов 2 по очереди подается рабочее напряжение и производится отпыливание на кольцевую заслонку 5. Включают нагрев рабочего стола 7, обеспечивающего нагрев изделия 6 (обычно до температуры около 300°С). Нагрев изделия 6 улучшает адгезию напыляемого материала. Температура нагрева может корректироваться в зависимости от напыляемого материала с помощью средства управления. Далее включают источник ионов 3 и осуществляют предварительную очистку изделия 6, размещенного на столе 7. Источник ионов 3 также осуществляет очистку только в том случае, если магнетроны находятся в парковочных позициях. После очистки поверхности изделия 6 установленные на рычагах 4 L-образной формы магнетроны 2 поочередно поворачиваются в горизонтальной плоскости в центральную часть цилиндрической рабочей камеры 1 на угол по меньшей мере 45°. При этом магнетрон 2 занимает положение над изделием 6, и включаются именно в этом положении. Каждый магнетрон 2 осуществляет нанесение покрытия напылением и возвращается в парковочную позицию. Рычаги 4 выполнены с приводами 10, обеспечивающими поочередное перемещение каждого магнетрона 2 в автоматическом режиме и соединенными со средством управления. После нанесения многослойного покрытия изделие 6 поднимается над поверхностью рабочего стола 7 с помощью игл и выгружается с помощью руки, которая подводится под него. Выгрузку осуществляют через элемент шлюзовой системы - патрубок (на иллюстрации не показан). Изделие 6 с многослойным покрытием может быть перемещено в следующий модуль кластерной установки.

Настоящее изобретение является универсальным, поскольку одновременно может использоваться в виде автономного устройства и модуля кластерной установки. Кроме того, устройство обеспечивает нанесение многослойных покрытий на изделия различных размеров.

1. Устройство для нанесения многослойных покрытий на изделия, содержащее рабочую камеру с магнетронной распылительной системой, систему питания магнетронной распылительной системы, вакуумную систему, систему напуска рабочего газа и источник ионов, отличающееся тем, что магнетронная распылительная система включает, по меньшей мере, четыре магнетрона, установленных на рычагах, обеспечивающих поочередную возможность поворота в горизонтальной плоскости каждого магнетрона, имеет кольцевую заслонку и рабочий стол, выполненный с возможностью нагрева изделия, устройство также дополнительно содержит средство управления, обеспечивающее изменение положения каждого магнетрона в горизонтальной плоскости для перевода из парковочной позиции в рабочую.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник ионов установлен стационарно в центральной части рабочей камеры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии повышения стойкости режущих инструментов за счет нанесения на их поверхность многокомпонентных износостойких покрытий. .

Изобретение относится к технологии получения многокомпонентных полупроводниковых материалов. .

Изобретение относится к вакуумно-дуговым устройствам для генерации плазмы и может быть использовано для нанесения различного рода металлических покрытий на поверхности изделий.

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к устройствам для вакуумного нанесения пленок с использованием электромагнитного излучения. .

Изобретение относится к способам получения электроизолирующих слоев вакуумным нанесением покрытия. .
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и может быть использовано при производстве распыляемых металлических мишеней для нанесения тонкопленочной металлизации различного назначения в микроэлектронике и других высоких технологиях.
Изобретение относится к области металлургического производства распыляемых металлических мишеней для микроэлектроники, а также к изготовлению интегральных схем и тонкопленочных конденсаторов на основе тантала и его сплавов.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам производства распыляемых мишеней. .
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам производства распыляемых мишеней. .

Изобретение относится к области получения тонкопленочных покрытий, в частности к вакуумному нанесению прозрачных проводящих покрытий методом магнетронного распыления.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для нанесения многослойных покрытий на поверхность изделий в виде тонких пленок
Изобретение относится к области нанесения покрытий, в частности к каталитическим оксидным покрытиям, а также к электрохимическим производствам, и может быть использовано при изготовлении электродных материалов
Изобретение относится к обработке резанием в машиностроении, в частности к металлорежущему инструменту. Осуществляют осаждение первого слоя покрытия из тугоплавкого соединения, затем второго слоя покрытия из тугоплавкого соединения с размером зерен 40-60 нм, после чего проводят магнитно-импульсную обработку в течение 15-20 минут. Обеспечивается повышение степени сцепления покрытия с основой и трещиностойкости пластин. 1 табл.

Изобретение может быть использовано при обработке длинномерных изделий для модифицирования поверхности и нанесения функциональных покрытий с использованием технологий вакуумной ионно-плазменной обработки, ионной имплантации и нанесения покрытий. Цилиндрическая вакуумная камера (1) установки имеет загрузочную дверь (11), оснащенную фланцевыми соединениями для установки технологических модулей (4, 5, 6, 7, 8). Установка содержит систему подачи газов, откачную систему, источники питания и блок управления. Приспособление для размещения обрабатываемых изделий выполнено поворотным. В качестве технологических модулей установка содержит, по крайней мере, один протяженный вакуумно-дуговой генератор металлической плазмы, протяженный генератор газовой плазмы, среднечастотный дуальный магнетрон, источник ионов металлов, источник ионов газов, а также источник напряжения смещения, выполненный с возможностью обеспечения ионной имплантации и/или осаждения покрытий. Техническим результатом изобретения является обеспечение одновременной или последовательной комплексной поверхностной обработки, включающей очистку и активацию поверхности, нанесение различного вида функциональных многослойных покрытий, модифицирование поверхности металлической и газовой плазмой. 16 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Прозрачное проводящее покрытие из оксида металла наносят на подложку путем распыления, по меньшей мере, одного компонента покрытия из оксида металла импульсным магнетронным методом и конденсирования его на подложке. Пиковая плотность мощности импульсов магнетрона составляет свыше 1,5 кВт/см2, длительность импульсов магнетрона составляет ≤200 мкс, а среднее увеличение плотности протекающего тока при воспламенении плазмы во временном интервале 0,025 мс составляет не менее 106 А/(мс·см2). Способ позволяет получить оптимальные свойства покрытия из оксида металла, в частности в отношении механической и химической стойкости, прочности и оптических свойств. 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области магнетронного распыления материалов. Узел магнетронного распыления содержит распыляемую мишень и по меньшей мере одну плоскую магнитную систему. Плоская магнитная система установлена на водиле с приводом его вращения вокруг оси, перпендикулярной поверхности распыляемой мишени. По меньшей мере один носитель по меньшей мере одной плоской магнитной системы имеет привод его вращения вокруг дополнительной оси, параллельной оси вращения водила. По меньшей мере одна плоская магнитная система установлена на носителе магнитной системы со смещением относительно дополнительной оси. Скорости вращения магнитной системы вокруг первой и вокруг второй осей изменяют по заданной программе. В результате достигается равномерность распыления мишени, увеличение степени использования материала мишени и увеличение скорости распыления. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к модификации поверхностных свойств тканых и нетканых текстильных материалов методом магнетронного распыления и может быть использовано для изготовления материалов, обладающих электрической проводимостью и экранирующих электромагнитное излучение. Способ включает вакуумирование и нанесение тонкого металлического слоя методом магнетронного распыления на полимерную пленку, которую затем склеивают с текстильной тканью металлическим слоем вовнутрь или наружу, а вакуумирование полимерной пленки осуществляют до давления (1-10)×10-5 мм рт.ст. Обеспечиваются условия для создания на текстильном материале из любых нитей и волокон сплошного металлического слоя, обладающего электрической проводимостью и экранирующими свойствами. 3 табл., 3 пр.

Изобретение относится к способу транспортировки вакуумно-дуговой катодной плазмы с фильтрованием от макрочастиц и устройству для его осуществления. Плазменные потоки транспортируют в плазмооптической системе от электродугового испарителя к выходу источника плазмы под действием транспортирующего магнитного поля, создаваемого с использованием электромагнитных катушек. Магнитное поле имеет как постоянную составляющую, так и дополнительные изменяющиеся по напряженности составляющие. Напряженность каждого из дополнительных магнитных полей увеличивают при приближении плазменного потока к поверхности конструктивного элемента источника плазмы и уменьшают при его удалении от него. В устройстве источник питания (15) вакуумной дуги подключен к аноду (2) через обмотку (16) электромагнитной катушки, которая его охватывает. В прямолинейном варианте плазмооптической системы электропроводящий отрезок трубы (11) внутри анода (2) электрически соединен с одним концом обмотки (12), размещенной в нем, отклоняющей электромагнитной катушки. Второй конец этой обмотки соединен с положительным полюсом источника питания (15) вакуумной дуги. В плазмоводе на плазменный поток действуют дополнительным магнитным полем, генерируемым с помощью дополнительной электромагнитной катушки, охватывающей плазмовод. При использовании способа и устройства значительно уменьшаются потери плазмы, очищенной от макрочастиц. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к космической технике и касается создания терморегулирующего материала для нанесения на поверхность космического объекта (КО). Терморегулирующий материал содержит подложку в виде оптически прозрачного стекла, высокоотражающий слой из серебра, защитный слой. Высокоотражающий слой из серебра имеет толщину 0,10÷0,15 мкм. В качестве защитного слоя использована нержавеющая сталь толщиной 0,10÷0,20 мкм. На защитный слой нанесен эпоксидный лак толщиной 20÷30 мкм. Перед нанесением на подложку высокоотражающего слоя из серебра осуществляют химическую очистку подложки с одновременным ультразвуковым воздействием в течение 3-х минут. Затем подложку вынимают из раствора, промывают последовательно теплой, холодной, дистиллированной водой по 1-1,5 мин и сушат на воздухе. Поверхность обрабатывают тлеющим разрядом для дополнительной очистки и активации поверхности подложки. Затем последовательно осуществляют нанесение высокоотражающего слоя и защитного слоя в вакуумной камере методом магнетронного распыления без разгерметизации вакуумной камеры за один технологический цикл, располагая подложку последовательно под магнетронными источниками с мишенью из серебра и мишенью из нержавеющей стали. На подложку с высокоотражающим слоем и защитным слоем наносят слой эпоксидного лака толщиной 20÷30 мкм для дополнительной защиты от атмосферной коррозии и для увеличения адгезии подложек с покрытием к клеевой композиции. Во время крепления терморегулирующего материала приклеивание материала клеевой композицией с электропроводящим наполнителем осуществляется при помощи грузов. В качестве электропроводящего наполнителя использована алюминиевая или серебряная пудра в количестве 20±5% и 10±5% соответственно, обеспечивающая необходимые электропроводящие свойства поверхности терморегулирующего материала. Достигается улучшение терморадиационных характеристик материала, повышение технологичности нанесения покрытия, повышение значения адгезии крепления подложек с покрытием к поверхности корпуса КО. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к нанесению покрытий в вакууме и может быть использовано для нанесения пленок в крупногабаритных изделиях остекления самолетов. Устройство для ионно-плазменного нанесения многокомпонентных пленок в вакууме содержит рабочую камеру, в которой размещены анод, катод с мишенью, расположенной на основании, магнитная система, установленная с нерабочей стороны мишени, средство охлаждения мишени и подложкодержатель с изделием. Устройство дополнительно снабжено двумя экранирующими элементами, расположенными над боковыми рабочими сторонами мишени, установленными с возможностью регулирования их положения относительно мишени, при этом подложкодержатель с изделием установлен на корпусе камеры с возможностью вращения вокруг мишени, а аноды, основание и подложкодержатель электрически изолированы от корпуса камеры и друг от друга. Обеспечивается равномерность покрытий по оптической толщине. 1 ил.
Наверх