УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ИЗДЕЛИЯ
DEVICE FOR APPLICATION OF MULTI-LAYERED COATINGS ONTO PRODUCTS

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.