PL B1. Mechanizm regulacyjny położenia anody odporny na temperaturę i oddziaływanie próżni

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. C23C 14/58 ( ) C23C 14/35 ( ) H01J 37/34 ( ) (54) Mechanizm regulacyjny położenia anody odporny na temperaturę i oddziaływanie próżni (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 13/14 (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT TECHNOLOGII EKSPLOATACJI PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY, Radom, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 09/15 (72) Twórca(y) wynalazku: RAFAŁ BRUDNIAS, Radom, PL ANDRZEJ ZBROWSKI, Radom, PL JAN WIEJAK, Radom, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest mechanizm regulacyjny położenia anody odporny na temperaturę i oddziaływanie próżni, zwłaszcza w magnetronach do pracy w komorach PVD (Physikal Vapour Deposition). Znane są różne rozwiązania układów regulacji w podobnych urządzeniach i tak z opisu patentowego PL znana jest anoda przeznaczona do wykorzystania w elektrolizerach przeponowych i sposób jej wykorzystania. Anoda zawiera pręt przewodzący w postaci rdzenia miedzianego z powłoką tytanową zaopatrzonego w zamocowane do niego pary ekspanderów, pierwszą i drugą. Punkty spawania drugiej pary ekspanderów rozmieszczone są ortogonalnie względem punktów spawania pierwszej pary na obwodzie pręta przewodzącego. Z parami ekspanderów połączone są punktami spawania również powierzchnie anodowe. Anoda może być zarówno anodą nową, jak i konwencjonalną anodą mającą tylko pierwszą parę ekspanderów, do której mocuje się drugą parę ekspanderów. W przypadku urządzenia omowy spadek między prętem przewodzącym a powierzchnią anodową jest znacznie zredukowany i poza tym nie występuje ryzyko uszkodzenia przejścia między prętem mi e- dzianym a pokryciem tytanowym w wyniku nadmiernych naprężeń termicznych powstałych przy spawaniu. Znany z opisu patentowego PL układ zasilacza magnetronu fali ciągłej ma sieciowy transformator wysokiego napięcia, którego wtórne uzwojenie jest połączone poprzez kondensator z katodą magnetronu, która jednocześnie jest połączona z anodą wysokonapięciowej diody. Katoda wysokonapięciowej diody jest połączona z masą układu poprzez tyrystorowe pojemnościowy układ, który jest utworzony z tyrystora, którego anoda jest połączona z katodą dodatkowym kondensatorem lub też układ ten jest utworzony z szeregowego połączenia co najmniej dwóch tyrystorów jednocześnie wyzwalanych i sterowanych przez sterujący układ, z których każdy tyrystor ma katodę połączoną z anodą poprzez przynależny mu dodatkowy kondensator. Znany z opisu patentowego PL sposób sterowania magnetronu stałoprądowego znajduje zastosowanie w technologii nanoszenia cienkich warstw materiału na różnorodne podłoża metodą katodowego rozpylania i polega na zasilaniu magnetronu z zasilacza o charakterze źródła prądu, utrzymywaniu stałej wartości prądu zasilającego magnetron za pomocą układu regulacji prądu, stanowiącego integralną część zasilacza na podstawie sygnału będącego różnicą prądu zasilającego magnetron i sygnału prądu zdanego oraz kontroli ciśnienia gazu roboczego. Sposób charakteryzuje się tym, że dodatkowo mierzy się ciśnienie gazu roboczego w komorze magnetronu i porównuje z ustaloną wartością zadaną za pomocą układu komparatora ciśnienia z histerezą, a gdy wartość ciśnienia gazu roboczego przekroczy wartość zadaną o więcej niż 10%, wówczas za pomocą sygnału przekroczenia ciśnienia uzyskanego z układu komparatora wymusza się zmniejszenie prądu zasilającego magnetron do zera, a po osiągnięciu przez prąd zasilający wartości zerowej utrzymuje jego wartość na tym poziomie za pomocą układu regulacji prądu i równocześnie koryguje się, za pomocą znanego układu regulacji ciśnienia, ciśnienie do wartości zdanej, po czym za pomocą sygnału uzyskanego z komparatora zwiększa się prąd zasilający magnetron z określoną dla danego procesu szybkością od wartości zadanej, którą utrzymuje się w znany sposób za pomocą układu regulacji prądu zasilacza do momentu wystąpienia ponownej zmiany ciśnienia w komorze magnetronu. Celem wynalazku było opracowanie sposobu i mechanizmu regulacji odległości anody od katody w magnetronie komory PVD. Zadaniem technicznym było opracowanie konstrukcji układu regulacji anody odpornego na działanie atmosfery panującej w komorze PVD, wysoka temperatura i próżnia. Mechanizm regulacyjny położenia anody odporny na temperaturę i oddziaływanie próżni zwłaszcza w magnetronach wyposażonych w prowadnice anody według wynalazku charakteryzuje się tym, że wykonana w kształcie pierścienia anoda, ma trzy zamocowane od czoła co 120 wkrętami wałeczkowe prowadnice a każda z wałeczkowych prowadnic ma spłaszczenie, w kryzie magnetronu od czoła są wbudowane prowadzące kieszenie-tuleje, których rozstawienie odpowiada rozstawieniu wałeczkowych prowadnic anody, a na części wewnętrznej każdej kieszeni prostopadle do spłaszczenia wałeczkowej prowadnicy wykonany jest gwintowany otwór z wkręconym ustalającym wkrętem, z kontrującą nakrętką. Zaletą tego wynalazku jest możliwość precyzyjnej regulacji odległości pomiędzy anodą i katodą magnetronu oraz zachowanie trwałości ustawienia w warunkach pracy komór PVD, co skutkuje dużą powtarzalnością procesów.

3 PL B1 3 Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia mechanizm regulacyjny położenia anody odporny na temperaturę i oddziaływanie próżni w przekroju wzdłużnym magnetronu wyposażonego w mechanizm regulacji anody, fig. 2 przekrój poprzeczny układu prowadnic anody, fig. 3 widok ukośny z przodu magnetronu z mechanizmem regulacji, fig. 4 widok ukośny z tyłu magnetronu z mechanizmem regulacji. Wykonana w kształcie pierścienia anoda (4), ma trzy zamocowane od czoła co 120 wkrętami (9), wałeczkowe prowadnice (3). Każda z wałeczkowych prowadnic (3) ma spłaszczenia (8). W kryzie (1) magnetronu od czoła są wbudowane prowadzące kieszenie tuleje (2), których rozstawienie odpowiada rozstawieniu wałeczkowych prowadnic (3) anody (4). Na części wewnętrznej każdej kieszeni prostopadle do spłaszczenia (8) wałeczkowej prowadnicy (3) wykonany jest gwintowany otwór z wkręconym ustalającym wkrętem (6), z kontrującą nakrętką (7). Wykonane na wałeczkowych prowadnicach (3) spłaszczenie (8) spełnia podwójne zadanie: jest powierzchnią płaską zapewniającą pewność unieruchomienia wałeczkowej prowadnicy (3) w kieszeni (2), w warunkach panujących w komorze PVD i umożliwia odsysanie powietrza z kieszeni (2), podczas tworzenia próżni. Po ustawieniu optymalnej odległości anody (4) i katody (5) śrubami (6) należy unieruchomić wszystkie prowadnice (3) i skontrować nakrętką (7). W wyładowaniu w układzie magnotronowym, na skutek występowania w przestrzeni przykatodowej obszaru silnego pola elektrycznego, dodatnio naładowane jony są przyspieszane w kierunku powierzchni katody. Pole magnetyczne powoduje dryf elektronów wzdłuż powierzchni katody w obszarze, gdzie pole jest do niej równoległe, przez co znacznie zwiększa się prawdopodobieństwo zderzeń jonizujących. Wytworzone w tym obszarze jony bombardują katodę i powodują wybijanie cząsteczek atomów i elektronów z jej powierzchni. Każdy elektron wychodzący z katody magnetronu porusza się w kierunku anody i uczestniczy w pewnej ilości zderzeń jonizacyjnych. Znalezienie optymalnej odległości pomiędzy anodą i katodą pozwala na zwiększenie intensywności procesu wyładowania i odparowywania danego materiału. Optymalna odległość pomiędzy anodą i katodą jest różna dla różnych odparowywanych materiałów. Anoda (4) ma trzy zamocowane od czoła co 120 wkrętami (9), wałeczkowe prowadnice (3). Każda z wałeczkowych prowadnic (3) ma spłaszczenie (8). W kryzie (1), magnetronu od czoła są wbudowane prowadzące kieszenie tuleje (2), których rozstawienie odpowiada rozstawieniu wałeczkowych prowadnic (3) anody (4). Na części wewnętrznej każdej kieszeni (2) prostopadle do spłaszczenia (8) wałeczkowej prowadnicy (3) wykonany jest gwintowany otwór z wkręconym ustalającym wkrętem (6) z kontrującą nakrętką (7). Zastrzeżenie patentowe Mechanizm regulacyjny położenia anody odporny na temperaturę i oddziaływanie próżni, zwłaszcza w magnetronach wyposażonych w prowadnice anody, znamienny tym, że wykonana w kształcie pierścienia anoda (4), ma trzy zamocowane od czoła co 120 wkrętami (9) wałeczkowe prowadnice (3), każda z wałeczkowych prowadnic (3) ma spłaszczenie (8), a w kryzie (1) magnetronu od czoła są wbudowane prowadzące kieszenie tuleje (2), których rozstawienie odpowiada rozstawieniu wałeczkowych prowadnic (3) anody (4), a na części wewnętrznej każdej kieszeni (2), prostopadle do spłaszczenia (8) wałeczkowej prowadnicy (3), wykonany jest gwintowany otwór z wkręconym ustalającym wkrętem (6) z kontrującą nakrętką (7).

4 4 PL B1 Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)