УСТРОЙСТВО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И ВРАЩЕНИЯ ПОДЛОЖКОДЕРЖАТЕЛЯ
APPARATUS FOR MOVEMENT AND ROTATION OF SUBSTRATE HOLDER

Изобретение относится к устройствам для нанесения покрытий в вакууме, а более конкретно к устройствам для закрепления и вращения подложек (подложкодержателям). Устройство предназначено для изменения расположения покрываемой детали относительно источника распыляемого или испаряемого материала с сохранением осевого вращения детали - подложки.
Широко известны устройства для закрепления и вращения подложек, когда деталь - подложка располагается в верхней, нижней или боковой части вакуумной камеры напротив источника наносимого материала (например, Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме / А.И. Костржицкий, В.Ф. Карпов, М.П. Кабанченко и др. - М.: Машиностроение, 1991, стр. 98 - 104). Такие системы нанесения покрытия вполне достаточны для обеспечения равномерности толщины покрытия деталей простой геометрической формы. Но в случае деталей сложной геометрической формы, например, полусфера или сегмент шара, из-за разного расстояния от источника распыляемого материала до поверхности детали толщина покрытия на одной поверхности может отличаться в несколько раз. Для исправления этой ситуации можно использовать дополнительные источники наносимого материала, что ведет к существенному увеличению стоимости установок для нанесения покрытий, а в некоторых случаях применение дополнительных источников невозможно из-за конструктивных особенностей вакуумных камер или ведет к замене одной из самых дорогостоящих частей установок - вакуумной камеры.
Известен подложкодержатель (п. РФ №1644553, МПК С23С 14/50, опубл. 15.10.1994 г.), содержащий многоярусный цилиндрический корпус, на ярусах которого размещаются обрабатываемые изделия, и привод вращения, кинематически соединенный с корпусом. Корпус выполнен в виде жесткой одно- или многозаходной ленточной спирали с гнездами, при этом шаг спирали равен Н≥h, где Н - шаг спирали мм; h - высота обрабатываемой детали, мм, а расстояние между гнездами равно L≥l, где L - расстояние между гнездами, мм; l - наибольший размер обрабатываемой детали, мм.
Благодаря тому, что детали расположены под углом и положение их по отношению к ионному потоку в процессе обработки непрерывно меняется, обеспечивается равномерная объемная конденсация покрытия разных поверхностей обрабатываемых деталей.
Данное устройство может быть использовано для нанесения различных покрытий и тонких пленок. Это устройство позволяет повысить равномерность покрытия по толщине для деталей простой геометрической формы, но для деталей сложной геометрической формы типа полусфера такое расположение деталей неэффективно и может создать обратный эффект - увеличение неравномерности покрытия за счет постоянного изменения расположения поверхностей детали - подложки относительно источника распыляемого материала. Кроме того, для крупногабаритных деталей применение данного изобретения невозможно.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является устройство перемещения подложкодержателя (п. РФ №2115764, МПК С23С 14/50, опубл. 20.07.1998 г.), содержащее неподвижную опору (основание), соединенную с подложкодержателем, и установленный в неподвижной опоре привод вращения (ввод вращения), соединенный подвижным элементом (дополнительным упругим сильфоном) со вторым подложкодержателем. Подложкодержатель установлен на упругом элементе - сильфоне, связанном с неподвижным основанием, с возможностью вращения относительно горизонтальных осей координат. Между подложкодержателем и неподвижным основанием шарнирно закреплены в вертикальном направлении две тяги - приводы, шарниры на неподвижном основании - цилиндрические, а на подложкодержателе - сферические, причем шарниры на неподвижном основании и подложкодержателе расположены под углом 90° относительно оси сильфона. Второй подложкодержатель установлен на первом с возможностью осевого вращения.
Данное устройство обеспечивает возможность снижения неравномерности толщины пленки за счет варьирования положения подложкодержателя относительно источника распыляемого материала. Причем относительно одной оси движение непрерывно-вращательное, относительно других двух осей возвратно-вращательное.
Это устройство обеспечивает повышение равномерности толщины наносимого покрытия, но для деталей сложной геометрической формы, типа полусфера, возвратно-вращательное движение относительно двух взаимно-перпендикулярных осей может только увеличить неравномерность покрытия. Кроме того, применение данного устройства требует конструктивных изменений вакуумной камеры или вообще ее замену, что ведет к неизбежным экономическим затратам.
Задача, на решение которой направлено изобретение, - повышение равномерности толщины покрытия на деталях - подложках сложной геометрической формы (например, полусферы или сегменты шара) при сохранении неизменной конструкции вакуумной камеры.
Технический результат, полученный при использовании предлагаемого технического решения, - возможность изменения расположения детали - подложки относительно источника распыляемого материала при сохранении постоянного вращательного движения детали относительно собственной оси.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве перемещения и вращения подложкодержателя, содержащем неподвижную опору, соединенную с подложкодержателем, и установленный в неподвижной опоре привод вращения, соединенный подвижным элементом со вторым подложкодержателем, на котором размещается обрабатываемая деталь, особенность заключается в том, что в неподвижной опоре выполнены концентрические отверстия, в которых установлены параллельные стойки, соединяющие неподвижную опору с подложкодержателем, который выполнен в виде пластины, с двух противоположных сторон которой установлены проушины в виде полудисков, по внешнему радиусу полудисков расположены отверстия для закрепления стоек, в пластине выполнены ряды параллельных отверстий, в которые крепится подшипниковый узел, соединенный подвижным элементом с приводом вращения, в подшипниковом узле установлен вал, соединенный с подвижным элементом и вторым подложкодержателем.
Создание устройства перемещения и вращения подложкодержателя указанным способом позволяет осуществлять оптимальное расположение подложки относительно источника распыляемого материала при сохранении вращения подложки относительно собственной оси. Этого добились за счет следующего: для перемещения подложкодержателя относительно вертикальной оси (вокруг вертикальной оси) используются концентрические пазы в неподвижной опоре для закрепления стоек; для вертикального перемещения подложкодержателя (вверх, вниз) изменяется длина стоек; для изменения угла наклона подложкодержателя относительно горизонта закрепляют стойки в различных отверстиях проушин; для горизонтального перемещения подложкодержателя (вправо, влево) используются отверстия в пластине, которые позволяют закреплять подшипниковый узел в различных положениях; при этом, подшипниковый узел совместно с валом и подвижным элементом обеспечивают вращение второго подложкодержателя (на котором устанавливается обрабатываемая деталь) относительно собственной оси в любом из положений подложкодержателя. Совокупность перечисленных факторов позволяет изменять положение подложкодержателя относительно всех осей координат а, следовательно, и расположение детали-подложки относительно источника распыляемого материала при сохранении постоянного вращательного движения детали относительно собственной оси. Таким образом решили поставленную задачу - повысили равномерность толщины покрытия на деталях сложной геометрической формы, при этом сохранили неизменной конструкцию вакуумной камеры.
При анализе уровня техники не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. А также не выявлено факта известности влияния признаков, включенных в формулу, на технический результат заявляемого технического решения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».
На фиг. 1 главный вид устройства перемещения и вращения подложкодержателя в разрезе.
На фиг. 2 изображено заявляемое устройство.
На фиг. 3 представлена принципиальная схема заявляемого устройства.
На фиг. 4 представлено заявляемое устройство в разрезе.
Устройство перемещения и вращения подложкодержателя состоит из опорного фланца 1 (неподвижной опоры), который крепится к потолку вакуумной камеры посредством втулок 2 и гаек 3 (фиг. 1, 2). Во фланце имеются концентрические пазы 4, предназначенные для установки пластин 5, в которые устанавливаются стойки 6, посредством которых закрепляется подложкодержатель 7 через втулки 8. Подложкодержатель 7 выполнен в виде пластины, с двух противоположных сторон которой установлены проушины 9 в виде полудисков. По внешнему радиусу полудисков расположены отверстия 10 для закрепления стоек 6 фиксирующими болтами 11. Фиксирующие болты 11 предназначены для фиксации подложкодержателя 7 в определенном положении. Фиксируя подложкодержатель 7 за различные отверстия 10, можно изменять угол его наклона относительно потолка или дна вакуумной камеры (фиг. 3, траектория в). Таким образом, изменяется угол наклона вращения детали относительно горизонта. Концентрические пазы 4 позволяют разворачивать устройство относительно оси вакуумной камеры (траектория а). Изменение длины стоек 6 позволяет изменять расположение поворотного устройства относительно потолка вакуумной камеры (траектория б). В пластине подложкодержателя 7 выполнен паз 12 для установки подшипникового узла 13, который крепится к пластине подложкодержателя 7 болтами 14 в отверстия 15, которые выполнены параллельными рядами. Устанавливая подшипниковый узел 13 в различные отверстия 15, можно изменять положение оси вращения покрываемой детали относительно подложкодержателя (траектория г). Подшипниковый узел 13 состоит из корпуса 16, в который устанавливаются подшипники 17 и фиксируются крышкой 18 (фиг. 4). В подшипниковый узел 13 устанавливается вал 19, вращение которому передается через гибкую передачу (подвижный элемент) 20 от привода вращения 21. На вал 19 крепится втулка 22 с помощью быстросъемных фиксаторов 23. К втулке 22 крепится второй подложкодержатель 24 с покрываемой деталью 25. Таким образом, второй подложкодержатель 24 соединен с приводом вращения 21 подвижным элементом.
Изменяя положение стоек 6 в концентрических пазах 4, изменяя длину стоек 6, изменяя угол наклона кронштейна 7 (за счет фиксации в отверстиях 10) и перемещая подшипниковый узел 13 в пазе 12 подложкодержателя 7, добиваются оптимального расположения покрываемой детали относительно источника 26 испаряемого материала при сохранении вращения детали относительно своей оси. При этом добиваются увеличение равномерности покрытия по толщине за счет оптимального расположения детали относительно источника распыляемого материала с сохранением вращения детали относительно своей оси.
Пример. При нанесении покрытий электроннолучевым методом подложка, полусферическая деталь диаметром 300 мм и высотой 150 мм, размещалась на вращателе, имеющем вертикальную ось вращения. При этом, толщина покрытия на наружной поверхности полусферы составляла от 8 мкм у торца детали до 140 мкм в средней части полусферы. После применения данного устройства толщина покрытия по всей поверхности стала в диапазоне от 100 мкм до 140 мкм.
Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в различных отраслях промышленности для нанесения металлических покрытий вакууме, в частности, на изделия типа тел вращения сложной геометрии, например, полусфер или сегментов шара;
- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».