ВАКУУМНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ПОДЛОЖКУ

Полезная модель относится к области технологического оборудования для нанесения покрытий, а именно к вакуумному технологическому оборудованию, предназначенному для нанесения тонкопленочных покрытий с заданными оптическими, электрическими и другими характеристиками.
Из уровня техники известны различные устройства для нанесения тонкопленочных покрытий на обрабатываемые изделия.
Наиболее близким прототипом заявляемой полезной модели является вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий, описанная в международной заявке WO2017/156614 (опубл. 21.09.2017), включающая по меньшей мере одну технологическую камеру, установленную на каркасе и снабженную технологическими устройствами, и по меньшей мере одну шлюзовую камеру, установленную на транспортной системе, выполненной с возможностью обеспечения перемещения шлюзовой камеры из позиции загрузки/выгрузки в рабочую позицию под технологической камерой, подложкодержатель для размещения на нем подложки для нанесения тонкопленочного покрытия, выполненный с возможностью вращения вокруг своей оси, устройство подачи для перемещения подложкодержателя из шлюзовой камеры в технологическую камеру, вакуумный затвор, расположенный между камерами и выполненный с возможностью разделения внутреннего объема шлюзовой и технологической камер. При этом устройство подачи обеспечивает перемещение подложкодержателя в технологическую камеру до его стыковки с приводом вращения, после чего устройство подачи во время последующего вращения подложкодержателя не возвращается обратно в шлюзовую камеру, а вакуумный затвор между шлюзовой и технологической камерами остается открытым.
К недостаткам описанной конструкции можно отнести увеличение времени осуществления технологического процесса, что обусловлено необходимостью обеспечить вакуум как в технологической камере, так и в шлюзовой камере во время осуществления технологического процесса, поскольку внутренний объем камер остается неразделенным. Кроме того, присутствие устройства подачи в технологической камере во время осуществления технологического процесса нанесения тонкопленочного покрытия на подложку приводит к ухудшению качества покрытия.
В основу полезной модели поставлена задача разработать вакуумную установку для нанесения тонкопленочных покрытий, конструкция которой позволит обеспечить достижение технического результата, заключающегося в сокращении времени осуществления технологического процесса, а также в повышении качества получаемого тонкопленочного покрытия.
Поставленная задача решается тем, что разработана вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий, включающая, по меньшей мере, одну технологическую камеру, установленную на каркасе и снабженную технологическими устройствами, и, по меньшей мере, одну шлюзовую камеру, установленную на транспортной системе, выполненной с возможностью обеспечения перемещения шлюзовой камеры из позиции загрузки/выгрузки в рабочую позицию под технологической камерой, подложкодержатель для размещения на нем подложки для нанесения тонкопленочного покрытия, выполненный с возможностью вращения вокруг своей оси, устройство подачи для перемещения подложкодержателя из шлюзовой камеры в технологическую камеру, вакуумный затвор, расположенный между камерами и выполненный с возможностью разделения внутреннего объема шлюзовой и технологической камер, устройство стыковки технологической и шлюзовой камер, при этом в верхней части технологической камеры установлен захват, выполненный с возможностью обеспечения фиксации подложкодержателя во внутреннем объеме технологической камеры и его вращения вокруг своей оси во время обработки поверхности подложки.
За счет описанного конструктивного исполнения, а именно за счет наличия захвата, обеспечивается возможность разделения внутреннего объема технологической и шлюзовой камер во время осуществления технологического процесса посредством закрытия вакуумного затвора и дальнейшего вращения подложкодержателя для обеспечения обработки поверхности подложки. Таким образом, сокращается время осуществления технологического процесса, поскольку уменьшается объем, в котором требуется обеспечить вакуум, а также повышается качество получаемого тонкопленочного покрытия, поскольку в технологической камере во время его получения отсутствуют незадействованные непосредственно в технологическом процессе конструктивные элементы, которые могут приводить к загрязнению рабочего пространства.
В возможном исполнении захват, установленный в верхней части технологической камеры, содержит плиту, соединенное посредством подвижного соединения с плитой основание, снабженное набором зажимных механизмов, выполненных с возможностью фиксации подложкодержателя, пневматический привод, выполненный с возможностью передачи усилия на плиту для приведения в действие зажимных механизмов.
Предпочтительно подложкодержатель выполнен полым, в целом, в форме правильной n-угольной призмы, и оснащен сменными приемными устройствами для крепления подложек различного типоразмера.
Одним из примеров выполнения является подложкодержатель барабанного типа с цилиндрической поверхностью, имеющей возможность закрепления на ней гибких подложек.
Устройство подачи расположено снаружи шлюзовой и технологической камер. Это позволяет избежать загрязнения рабочего пространства внутри камер, что, в свою очередь, обуславливает высокое качество получаемых тонкопленочных покрытий.
Для уменьшения объема откачки в заявляемой установке шлюзовая камера выполнена по форме, соответствующей внутренней форме подложкодержателя.
В частном случае исполнения транспортная система представляет собой поворотную транспортную систему. Такая конструкция обеспечивает возможность использования заявляемой установки в массовом производстве за счет сокращения времени технологического цикла.
Описанная вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий на подложки различных типоразмеров применима для сложных и длительных технологических процессов с возможностью использования широкого круга технологий и технологических устройств.
Заявляемая полезная модель описывается с помощью следующих графических материалов.
Фиг. 1 - общий вид вакуумной установки для нанесения тонкопленочных покрытий.
Фиг. 2 - общий вид захвата вакуумной установки для нанесения тонкопленочных покрытий с приводом вращения.
На фиг. 1 в качестве примера реализации заявляемой полезной модели представлен общий вид вакуумной установки для нанесения тонкопленочных покрытий, которая включает, по меньшей мере, одну технологическую камеру 1, установленную на каркасе 2 и снабженную технологическими устройствами 3, и, по меньшей мере, одну шлюзовую камеру 4, установленную на транспортной системе (на рисунках не показана), выполненной с возможностью обеспечения перемещения шлюзовой камеры 4 из позиции загрузки/выгрузки в рабочую позицию под технологической камерой 1. Установка содержит подложкодержатель 5 для размещения на нем подложки для нанесения тонкопленочного покрытия, выполненный с возможностью вращения вокруг своей оси, устройство подачи 6 для перемещения подложкодержателя 5 из шлюзовой камеры 4 в технологическую камеру 1, вакуумный затвор 7, расположенный между камерами и выполненный с возможностью разделения внутреннего объема камер 1 и 4. В верхней части технологической камеры 1 установлен захват 8, выполненный с возможностью обеспечения фиксации подложкодержателя 5 во внутреннем объеме технологической камеры 1 во время обработки поверхности подложки и вращения подложкодержателя 5 вокруг своей оси посредством привода вращения 9. Также на фиг. 1 показаны устройство стыковки 10 и ограничители 11 объема.
На фиг. 2 в качестве примера реализации заявляемой полезной модели представлен общий вид захвата 8 вакуумной установки для нанесения тонкопленочных покрытий, содержащий подвижную плиту 12, соединенную с основанием 13, снабженным набором зажимных механизмов 14, выполненных с возможностью фиксации подложкодержателя 5. Также на фигуре показаны пневматический привод 19, включающий пневмоцилиндр 15, вакуумный ввод 16, толкатель 17, возвратные пружины 18, выполненный с возможностью передачи усилия на подвижную плиту 12 для приведения в действие зажимных механизмов 14.
Предпочтительно подложкодержатель 5 выполнен полым в форме правильной n-угольной призмы. Подложкодержатель 5 характеризуется наличием сменных приемных устройств для крепления подложек различного типоразмера. В наиболее предпочтительном варианте реализации подложкодержатель в форме правильной призмы имеет шесть боковых прямоугольных граней и на каждой грани смонтировано сменное приемное устройство для крепления подложек.
В патентуемой установке может быть использован подложкодержатель 5 барабанного типа с цилиндрической поверхностью, выполненной с возможностью закрепления на ней гибких подложек.
В позиции загрузки/выгрузки шлюзовой камеры 4 на подложкодержателе 5 может быть произведена замена подложек, замена приемных устройств вместе с подложками либо замена самого подложкодержателя, что обеспечивает сокращение времени технологического процесса. Описанное конструктивное исполнение обеспечивает возможность обработки на вакуумной установке как гибких (фольга, стекло, металл), так и твердых плоских (ниобат лития, танталат лития, стекло, кремний, сапфир, ситалл и др.) подложек различных типоразмеров.
Во время выполнения технологических операций подложкодержатель 5 находится внутри технологической камеры 1, а технологические устройства 3 расположены по периметру технологической камеры 1 вокруг вертикальной оси вращения подлождкодержателя 5. Вместе с захватом 8 подложкодержатель 5 приводится во вращение с помощью привода вращения 9 после его загрузки в технологическую камеру и фиксации в захвате 8.
Патентуемая установка в качестве технологических устройств 3 может содержать системы генерации плазмы, ионные источники очистки или травления, испарительные системы, магнетроны и т.д.
Привод вращения 9 для обеспечения вращения подложкодержателя 5 вокруг своей оси и устройство 6 его подачи в технологическую камеру 1 расположены вне технологической 1 и шлюзовой 4 камер, что позволяет избежать загрязнения рабочего пространства внутри камер и, в свою очередь, обуславливает высокое качество получаемых тонкопленочных покрытий.
Для уменьшения объема откачки в заявляемой вакуумной установке шлюзовая камера 4 выполнена по форме, соответствующей внутренней форме подложкодержателя 5 и может быть установлена на линейные направляющие транспортной системы с возможностью осуществления возвратно-поступательного движения с позиции загрузки/выгрузки на рабочую позицию под технологической камерой 1 и наоборот.
В другом возможном исполнении транспортная система представляет собой поворотную транспортную систему, включающую, например, поворотный механизм со штоком, на котором установлены две шлюзовые камеры 4. В то время, как одна шлюзовая камера пристыкована к технологической камере, вторая шлюзовая камера находится в положении загрузки/выгрузки. Описанная конструкция транспортной системы обеспечивает возможность использования заявляемой установки в массовом производстве за счет сокращения времени технологического цикла.
Для уменьшения объема откачки в заявляемой установке шлюзовая камера 4 выполнена с обеспечением соответствия форме внутренней поверхности подложкодержателя 5. Кроме того, для уменьшения «паразитного» объема откачки в шлюзовой камере 4 могут быть используются ограничители 11 объема, которые предпочтительно представляют собой вкладыши из нейтрального материала, установленные в шлюзовой камере 4.
Заявляемая вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий работает следующим образом.
Подложки предварительно закрепляют на подложкодержателе 5 вне шлюзовой камеры 4, после чего с помощью устройства подачи 6 подложкодержатель 5 в вертикальном положении автоматически опускают в шлюзовую камеру 4, установленную на транспортной системе. Далее транспортной системой перемещают шлюзовую камеру 4 с подложкодержателем 5 внутри из позиции загрузки в рабочую позицию - под технологическую камеру 1. С помощью устройства стыковки 10 герметично прижимают шлюзовую камеру 4 к вакуумному затвору 7, после чего с использование средств откачки (на рисунках не показаны), производят вначале низковакуумную затем высоковакуумную откачку шлюзовой камеры 4 при закрытом вакуумном затворе 7. При достижении требуемого вакуума открывают вакуумный затвор 7 и с помощью устройства подачи 6 перемещают подложкодержатель 5 в технологическую камеру 1 в зону захвата 8. Приводят в действие пневматический привод 19, при этом усилие от пневмоцилиндра 15 через вакуумный ввод 16 с помощью толкателя 17 передают на подвижную плиту 12, которая посредством шарнирного механизма соединена с основанием 13, снабженным, по меньшей мере, тремя зажимными механизмами 14. Указанные зажимные механизмы 14 разжимаются и подложкодержатель 5 соприкасается с основанием 13 захвата 8, после чего толкатель 17 возвращается в исходное положение и под воздействием возвратных пружин 18 зажимные механизмы 14 закрываются, захватывая и фиксируя таким образом подложкодержатель 5. После этого устройство подачи 6 опускают в шлюзовую камеру 4 и закрывают вакуумный затвор 7. Откачивают технологическую камеру 1 до требуемого рабочего давления, приводом вращения 9 осуществляют вращение захвата 8 с подложкодержателем 5, включают технологические устройства 3 и производят соответствующую обработку поверхности подложки, закрепленной на подложкодержателе 5, с нанесением на нее тонкопленочного покрытия с заданными свойствами.
После нанесения тонкопленочного покрытия с заданными свойствами останавливают вращение подложкодержателя 5, открывают вакуумный затвор 7 и вводят в технологическую камеру 1 устройство подачи 6. После стыковки устройства подачи 6 с подложкодержателем 5 осуществляют освобождение подложкодержателя 5 из захвата 8, при этом пневматическим приводом 19 с помощью толкателя 17 снова передают усилие на подвижную плиту 12, которая посредством шарнирного механизма соединена с основанием 13, обеспечивая, таким образом, разжимание зажимных механизмов 14 и, соответственно, освобождение подложкодердателя 5. Далее устройство подачи 6 перемещает подложкодержатель 5 в шлюзовую камеру 4. Производят закрытие вакуумного затвора 7 и напуск в шлюзовую камеру 4 воздуха. Выравнивают давление, после чего шлюзовую камеру 4 с подложкодержателем 5 отсоединяют от технологической камеры 1 с использованием устройства стыковки 10 и с помощью транспортной системы перемещают в зону загрузки/выгрузки, где происходит замена подложек.
Таким образом, разработана вакуумная установка для нанесения тонкопленочных покрытий, конструкция которой позволяет обеспечить достижение технического результата, заключающегося в сокращении времени осуществления технологического процесса, а также в повышении качества получаемого тонкопленочного покрытия.