ПОДВИЖНЫЙ МИШЕННЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ВАКУУМНОЙ НАПЫЛИТЕЛЬНОЙ КАМЕРЫ

Полезная модель относится к устройствам для нанесения тонкопленочных покрытий в вакууме методом ионно-лучевого распыления и предназначена для позиционирования мишеней при проведении технологических процессов осаждения комбинированных покрытий без развакуумирования напылительной камеры.
Метод ионно-лучевого распыления представляет собой процесс нанесения материалов в вакууме, и заключается в распылении мишени направленным ионным пучком с последующим осаждением распыленных частиц на подложке. Метод имеет целый ряд преимуществ, в первую очередь - распыляя мишень, на изделиях получают покрытие, полностью повторяющее химический состав и стехиометрию материала мишени.
В большинстве случаев требуется изготовление многослойных покрытий, которые в процессе изготовления не должны подвергаться воздействию атмосферы. Для этого необходимо в установках для нанесения покрытий на подложку, во внутреннем пространстве вакуумной напылительной камеры, использовать держатель с несколькими мишенями.
Известно устройство поворотного мишенного узла, описанный в патенте на полезную модель [1]. Устройство состоит из мишенедержателя, на гранях которого зафиксированы при помощи струбцин сменные охлаждаемые изложницы для закрепления мишеней. Держатель мишеней выполнен с возможностью вращения вокруг вала и соединен с системой шестерен, закрепленной на оси привода. Полый вал герметично закреплен на кронштейне, содержащем водопроводные каналы и сообщающемся с валом, внутри которого циркулирует охлаждающая жидкость. Коммуникации для подвода охлаждающей жидкости выведены из вакуумной камеры.
Недостаткам описанного мишенного узла является отсутствие возможности нанесения покрытий на подложки большой площади, так как для нанесения равномерных покрытий методом ионно-лучевого распыления на крупноформатные подложки необходимо использовать и мишени большой площади, что не предусмотрено конструкцией описанного устройства.
В патенте [2] описан мишенный узел, состоящий из шести мишеней, расположенных попарно, обратными сторонами друг к другу, выбранный в качестве прототипа. Мишенный узел содержит держатель, который выполнен с возможностью вращения вокруг своей центральной оси посредством механизма вращения с приводом вращения. В держателе установлены удерживающие элементы в виде изложниц, для размещения в них мишеней. Каждая пара мишеней закреплена в отдельной плоской изложнице, установленной на полом валу. Изложницы расположены равномерно по контуру объемного держателя и выполнены с возможностью вращения вокруг своей центральной оси, параллельной большей стороне мишени, и вокруг центральной оси держателя. Это позволяет выбирать оптимальный угол падения ионного пучка на распыляемую мишень. Для поддержания заданной температуры мишеней во время технологического процесса, мишенный узел включает систему охлаждения, выполненную внутри изложниц.
Недостатками конструкции описанного мишенного узла являются ограничение размера используемых распыляемых мишеней и отсутствие возможности напыления составных материалов и переходных слоев.
Технической задачей, на решение которой направлено патентуемое устройство, является устранение указанных недостатков.
Техническая задача решена тем, что в подвижном мишенном узле для вакуумной напылительной камеры, содержащим держатель, жестко соединенный с полым валом и выполненный с возможностью вращения вокруг своей центральной оси посредством механизма вращения с приводом вращения, удерживающие элементы мишеней, выполненные в виде изложниц, размещенных в держателе, и систему охлаждения изложниц, согласно полезной модели, держатель выполнен плоским, а изложницы установлены с двух сторон держателя, при этом держатель снабжен приводом перемещения для продольного возвратно-поступательного движения изложниц с мишенями в вакуумной напылительной камере.
С каждой стороны плоского держателя установлено по две или более изложницы.
Изложницы смонтированы в держателе при помощи пинов.
Система охлаждения изложницы выполнена водоохлаждаемой и смонтирована в держателе и в полом валу.
Привод перемещения снабжен линейным модулем, который содержит датчики для регулировки положения мишеней внутри вакуумной напылительной камеры.
Механизм вращения выполнен, например, с зубоременной передачей.
Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг. 1), где представлена принципиальная схема подвижного мишенного узла для вакуумной напылительной камеры.
Подвижный мишенный узел состоит из плоского держателя 1 мишеней 3, жестко соединенного с полым валом 2; изложниц 4, закрепленных с обеих сторон плоского держателя 1 (изложницы могут быть установлены по две или более с каждой стороны держателя); механизма вращения 14 с приводом вращения 5 для поворота держателя 1 вокруг своей центральной оси, параллельной большой стороне держателя, механизма перемещения держателя 1 в виде линейного модуля 10 с приводом перемещения 6, при этом линейный модуль 10 включает ползун 11, на котором жестко закреплено основание 12 (с использованием указанных механизмов мишени 3 располагают в вакуумной напылительной камере 8 на выбранной позиции); фланца 7 с уплотнительным кольцом 9, который закреплен снаружи на стенке 19 вакуумной напылительной камеры 8; кронштейна 13, смонтированного на фланце 7 для закрепления линейного модуля 10.
Для герметизации ввода в вакуумную напылительную камеру 8 вал 2 закрывают упругой, однослойной, гофрированной оболочкой - сильфоном 16, сохраняющим прочность и герметичность при многоцикловых деформациях сжатия и растяжения во время продольного возвратно-поступательного перемещения ползуна 11. Одним концом сильфон 16 закреплен на основании 12, а противоположным - на фланце 7. Кроме того, для герметизации подвижного мишенного узла, полый вал 2 закрепляют на фланце 7 и выводят из вакуумной напылительной камеры 8 с помощью вакуумного ввода, включающего втулку скольжения 18, жестко установленную в основании 12.
Механизм вращения 14, передающий вращение валу 2, может быть выполнен с зубоременной передачей, как показано на фиг. 1.
Система охлаждения изложниц включает каналы 15 для подачи и слива охлаждающей жидкости, например, воды, которые выполнены в полом валу 2 и охлаждаемом держателе 1 (на чертеже не показано).
Изложницы 4 с мишенями 3 могут быть закреплены в держателе 1, например, при помощи пинов 17, с каждой стороны держателя.
Линейный модуль 10 оснащают датчиками 20 для регулировки положения мишеней 3 по отношению к источнику распыления (на чертеже не показан) внутри вакуумной напылительной камеры 8 при продольном перемещении держателя 1 с изложницами 4.
Подвижный мишенный узел работает следующим образом.
Механизмом перемещения преобразуют вращательное движение привода перемещения 6 в возвратно-поступательное движение ползуна 11 по линейному модулю 10, при этом ползун 11 двигает закрепленное на нем основание 12 с валом 2 и перемещает держатель 1 с изложницами 4 и мишенями 3 внутри вакуумной напылительной камеры 8 на позицию напыления. Положение мишеней 3 регулируют посредством датчиков 20 линейного модуля 10, установленного в кронштейне 13 на фланце 7. Одновременно, приводом вращения 5 с использованием механизма вращения 14, поворачивают мишени 3 на заданный угол по отношению к источнику распыления.
Технический результат - повышение гибкости технологического процесса, осуществляемого на вакуумной установке с использованием патентуемого подвижного мишенного узла, достигается возможностью напыления широкого спектра покрытий, включая композитные, в том числе и на подложки большой площади, за счет возможности смещения ионного пучка при продольном перемещении мишеней.
Источники информации:
1. RU 92017 U1, 10.03.2010.
2. US 6224718, 01.05.2001 (прототип).