Устройство для формирования многослойного покрытия с ионным ассистированием

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ С ИОННЫМ АССИСТИРОВАНИЕМ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Андреев Михаил Анатольевич Макаревич Евгений Петрович Суворов Анатолий Николаевич Мойсейчик Анатолий Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Устройство для формирования многослойного покрытия с ионным ассистированием,содержащее вакуумную камеру, распылительный ионный источник, мишень для распыления, представляющую собой вращающийся вокруг вертикальной оси узел с пластинамимишенями из металла или диэлектрика, или композиционного материала, нижний поворотный стол с предметным столиком с подложкой, снабженный защитным кожухом полукруглой формы с пластиной, расположенной вертикально по отношению к нижнему поворотному столу и на его оси для защиты предметного столика с подложкой в момент очистки пластины-мишени, отличающееся тем, что пластины-мишени закреплены на подвижных шарнирах, позволяющих изменять угол наклона относительно оси ионного источника, а предметный столик с подложкой снабжен механизмом позиционирования по вертикали. Полезная модель относится к области нанесения тонкопленочных покрытий в вакууме и может быть использована в радиоэлектронной промышленности для нанесения многослойных функциональных покрытий, а также в машиностроении для нанесения защитных покрытий. Известно устройство для нанесения многослойных покрытий - вакуумная камера установки ННВ-6,6-И 1 с тремя источниками генерации плазменных потоков 1. Одним из недостатков устройства является возможность формирования многослойного покрытия на основе лишь трех различных немагнитных металлов, поскольку установка оснащена тремя электродуговыми источниками генерации плазменных потоков. Вторым недостатком устройства является невозможность формирования с его помощью многослойного покрытия типа металл - диэлектрик, т.к. устройство, оснащенное электродуговыми источниками генерации плазменных потоков, в качестве катодов (расходный материал) может использовать только электропроводный материал. Третьим недостатком устройства является невозможность формировать покрытия из композиционных материалов сложного состава. Известно устройство для формирования покрытия методом ионно-лучевого распыления, содержащее вакуумную камеру, ионный распылительный источник и мишень для распыления 2, способное формировать покрытия как из электропроводящих, так и из диэлектрических материалов. Недостатком такого устройства является необходимость разгерметизации вакуумной камеры и замены мишени для распыления при необходимости формирования каждого функционального слоя многослойного покрытия. Наиболее близким по конструкции и технической сущности является устройство 3 для формирования многослойного покрытия методом ионно-лучевого распыления, содержащее вакуумную камеру, распылительный ионный источник, мишень для распыления,представляющую собой вращающийся вокруг вертикальной оси, закрепленной на верхнем поворотном столе, узел с пластинами-мишенями, изготовленными из металла или диэлектрического материала, или композиционного материала, и нижний поворотный стол с предметным столиком с подложкой, снабженный неподвижным защитным кожухом полукруглой формы с пластиной, расположенной вертикально по отношению к нижнему поворотному столу и на его оси для защиты предметного столика с подложкой в момент очистки пластины-мишени. Недостатком такого устройства является слабая адгезия сформированного покрытия. Задача полезной модели - повышение качества формируемого многослойного покрытия (повышение адгезионных характеристик покрытия). Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для формирования многослойного покрытия, содержащем вакуумную камеру, распылительный ионный источник, мишень для распыления, представляющую собой вращающийся вокруг вертикальной оси, закрепленной на верхнем поворотном столе, узел с пластинами-мишенями, изготовленными из металла или диэлектрического материала, или композиционного материала,нижний поворотный стол с предметным столиком с подложкой, снабженный неподвижным защитным кожухом полукруглой формы с пластиной, расположенной вертикально по отношению к нижнему поворотному столу и на его оси для защиты предметного столика с подложкой в момент очистки пластины-мишени, пластины-мишени закреплены на под 2 62852010.06.30 вижных шарнирах, позволяющих изменять угол относительно оси ионного источника, а предметный столик с подложкой снабжен механизмом позиционирования по вертикали. Сущность технического решения поясняется чертежами на фигуре. В вакуумной камере 1 установки вакуумного напыления размещены источник ионов 2 с управляемым посредством электродвигателя 4 фокусирующим катодом 3. К верхнему поворотному столу 14 прикреплен мульти-пластинный узел, состоящий из симметрично расположенных распыляемых пластин-мишеней 9, связанных при помощи подвижных шарниров 5 с валом 13 верхнего поворотного стола 14 установки. Верхний поворотный стол 14 с мульти-пластинным узлом, закрепленным на валу 13, приводится во вращательное движение электродвигателем 11 с датчиком перемещения 10 через редуктор 12. Подложка 6, на которой формируется многослойное покрытие, установлена на предметном столике 7 нижнего поворотного стола 8, который может перемещаться (позиционироваться) в вертикальном направлении, изменяя свое местоположение по отношению к оси ионного источника 2. Нижний поворотный стол 8 снабжен неподвижным защитным кожухом 19 и защитной пластиной 18, закрепленной на оси нижнего поворотного стола 8. Нижний поворотный стол 8 приводится во вращение с помощью двигателя 16 с датчиком перемещения 17 через редуктор 15. Устройство работает следующим образом. Перед нанесением покрытия в вакуумной камере 1 с помощью двигателя 16 с датчиком перемещения 17 через редуктор 15 нижний поворотный стол 8 поворачивается на 180 градусов и предметный столик 7 с подложкой 6 помещается в защитный кожух 19. Защитная пластина 18, поворачиваясь вместе с нижним поворотным столом 8, закрывает кожух 19 с предметным столиком 7 и подложкой 6 со стороны ионного источника 2. Сфокусированный с помощью электродвигателя 4 ионный поток из источника ионов 2 падает на одну из выбранных пластин-мишеней 9 и распыляет ее верхний слой, очищая от оксидной пленки, а также всевозможных остатков загрязнений. Предметный столик 7 с подложкой 6 в это время находится в защитном кожухе 19, и продукты распыления пластины-мишени 9 во время ее очистки не попадают на подложку 6. После очистки пластины-мишени 9 ионный источник 2 выключается, и нижний поворотный стол 8 с предметным столиком 7 и подложкой 6 посредством электродвигателя 16 поворачиваются на 180 градусов, и предметный столик 7 с подложкой 6 оказывается под очищенной пластиной-мишенью 9. Угол наклона пластины-мишени 9 по отношению к оси ионного источника 2, регулируемый с помощью подвижных шарниров 5, и расстояние по вертикали от подложки 6,размещенной на поверхности предметного столика 7, до оси ионного источника 2 выбираются таким образом, чтобы ионы, исходящие из ионного источника 2, одновременно и попадали на пластину-мишень 9, распыляя ее материал, и попадали на подложку 6, осуществляя ионное ассистирование процессу формирования покрытия. После этого включается ионный источник 2 и начинается процесс нанесения покрытия распылением очищенной пластины-мишени 9 на подложку 6. После нанесения очередного слоя ионный источник 2 выключается, предметный столик 7 с подложкой 6 убираются в защитный кожух 19. Затем поворотом верхнего поворотного стола 14 очередная пластина-мишень 9 поворачивается к ионному источнику 2. Включается ионный источник 2, и процесс очистки пластины-мишени 9 повторяется. Процесс очистки пластины-мишени 9 необходим лишь для пластин, которые используются в цикле формирования многослойного покрытия первый раз. Пластины-мишени 9, уже участвовавшие в процессе нанесения многослойного покрытия, в очистке не нуждаются. Количествопластинмишеней 9 и материал пластин-мишеней 9 выбираются исходя из требований, предъявляемых к формируемому функциональному многослойному покрытию. Выбор очередности распыления пластины-мишени 9 осуществляется автоматически по заданной 3 62852010.06.30 программе. Это реализуется поворотом вала 13 электродвигателем 11 с датчиком перемещения 10 через редуктор 12 верхнего поворотного стола 14 установки, связанного с мульти- пластинным узлом, имеющимпластин, на угол 2/ радиан. В рабочей зоне ионного источника 2 постоянно находится одна из необходимых по технологическому процессу распыляемых пластин-мишеней 9. Под действием ионного потока происходит распыление материала выбранной пластины-мишени 9. Продукты распыления конденсируются на подложке 6, установленной на предметном столике 7 нижнего поворотного стола 8 установки вакуумного напыления. Таким образом, для обеспечения высоких адгезионных характеристик многослойного покрытия, обусловленных ассистирующим воздействием части отклоненного пучка ионов, достигающих подложки 6, расстояние от поверхности подложки 6 до оси симметрии источника ионов 2 регулируется механизмом позиционирования по вертикали предметного столика 7 и должно приблизительно соответствовать диаметру рабочей зоны источника ионов. Для источника ионов данного типа это значение находится в диапазоне 10020 мм. Это расстояние можно незначительно увеличить изменением апертуры потока ионов, перемещая с помощью электродвигателя 4 фокусирующий катод 3 источника ионов 2. Изменение угла наклона пластины-мишени 9 с помощью шарнира 5 относительно оси ионного источника 2 позволяет направить поток распыляемого материала пластинымишени 9 непосредственно на подложку 6. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4