RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 163335 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 289562 Urząd Patentowy (22) Data zgłoszenia: 21. 03. 1991 Rzeczypospolitej Polskiej (51) IntCl5: C23C 14/56 ( 5 4 ) Urządzenie do nanoszenia cienkich warstw metalicznych i/lub ceramicznych na dowolne podłoża (43) Zgłoszenie ogłoszono: 05. 10. 1992 BUP 20/92 (73) Uprawniony z patentu: Politechnika Łódzka, Łódź, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31. 03. 1994 WUP 03/94 (72) Twórcy wynalazku: Adam Rylski, Łódź, PL Waldemar Żak, Łódź, PL P L 1 6 3 3 3 5 B 1 (57)Urządzenie do nanoszenia cienkich warstw metalicznych i/lub ceramicznych na dowolne podłoża, wyposażone w ekranow aną w ew nętrznie kom orę pracy wyposażoną w elektrody i tygiel z wsadem materiałowym, zamocowane w płycie dolnej tej komory oraz w komorę próżniową z działem elektronowym, połączone przewodem o osi symetrii wspólnej z osią symetrii obydwu komór, przy czym katodę stanowią trzy czasze zamocowane z możliwością wykonywania wewnątrz komory p racy ru ch u planetarnego, znamienne tym, że j e s t wyposażone w nieruchomy pierścień (10) o średnicy odpowiadającej 0, 8-0, 9 średnicy komory pracy (4), z wyprofilowaną na jego górnej powierzchni bieżnią (11), osadzony na wspornikach (9) przymocowanych do dolnej płyty (8) komory pracy (4), na której są wsparte krawędzie czasz (22) przymocowanych za pomocą dwuczęściowych łączników do ułożyskowanego na płycie dolnej (8) komory pracy (4) koła zębatego (12) sprzężonego z kołem napędzającym (13) osadzonym n a przepuście obrotowym (14) rzekładni, przy czym na płycie dolnej (8) komory pracy p(4) są zamocowane także co najmniej dwa koła prowadzące (15) do prowadzenie koła zębatego (12), zaś czasze (22) są połączone z górnymi częściami (18) łączników za pośrednictwem łożysk ślizgowych (21), części górne (18) i dolne (16) łączników są połączone przegubami (17), a części dolne (16) wszystkich łączników są połączone ze sobą co najmniej jednym pierścieniem (19, 20) o osi symetrii pokrywającej się z osią symetrii komory pracy (4), nadto na zewnętrznej ścianie komory pracy (4) są korzystnie umieszczone cewki magnetyczne (23) w układzie Helmholtza, Fig. 1
Urządzenie do nanoszenia cienkich warstw metalicznych i/lub ceramicznych na dowolne podłoża Zastrzeżenie patentowe Urządzenie do nanoszenia cienkich warstw metalicznych i/lub ceramicznych na dowolne podłoża, wyposażone w ekranowaną wewnętrznie komorę pracy wyposażoną w elektrody i tygiel z wsadem materiałowym, zamocowane w płycie dolnej tej komory oraz w komorę próżniową z działem elektronowym, połączone przewodem o osi symetrii wspólnej z osią symetrii obydwu komór, przy czym katodę stanowią trzy czasze zamocowane z możliwością wykonywania wewnątrz komory pracy ruchu planetarnego, znamienne tym, że jest wyposażone w nieruchomy pierścień (10) o średnicy odpowiadającej 0, 8-0, 9 średnicy komory pracy (4), z wyprofilowaną na jego górnej powierzchni bieżnią (11), osadzony na wspornikach (9) przymocowanych do dolnej płyty (8) komory pracy (4), na której są wsparte krawędzie czasz (22) przymocowanych za pomocą dwuczęściowych łączników do ułożyskowanego na płycie dolnej (8) komory pracy (4) koła zębatego (12) sprzężonego z kołem napędzającym (13) osadzonym na przepuście obrotowym (14) przekładni, przy czym na płycie dolnej (8) komory pracy (4) są zamocowane także co najmniej dwa koła prowadzące (15) do prowadzenie koła zębatego (12), zaś czasze (22) są połączone z górnymi częściami (18) łączników za pośrednictwem łożysk ślizgowych (21), części górne (18) i dolne (16) łączników są połączone przegubami (17), a części dolne (16) wszystkich łączników są połączone ze sobą co najmniej jednym pierścieniem (19, 20) o osi symetrii pokrywającej się z osią symetrii komory pracy (4), nadto na zewnętrznej ścianie komory pracy (4) są korzystnie umieszczone cewki magnetyczne (23) w układzie Helmholtza. * * * Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do nanoszenia cienkich warstw metalicznych i/lub ceramicznych na dowolne podłoża. Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 143 823 urządzenie do nanoszenia cienkich warstw metalicznych i/lub ceramicznych na dowolne podłoża, złożone z ekranowanej wewnętrznie komory pracy wyposażonej w elektrody i tygiel z wsadem materiałowym oraz komory próżniowej z działem elektronowym, wyposażonych w odrębne układy odpompowujące, połączonych przewodem o osi symetrii wspólnej z osią symetrii obydwu komór, wyposażonym w zawór odcinający, układ ogniskujący wiązkę elektronów oraz od strony komory pracy, w układ kierujący wiązkę elektronów. Na ściankach komory pracy, wyposażonych we wzierniki są zamocowane cewki magnetyczne o osiach symetrii wspólnych z osią symetrii komory pracy. Ruchoma przesłona umieszczona w komorze pracy, oddzielająca przestrzeń tej komory zawierającą tygiel i umieszczoną nad nim elektrodę o potencjale dodatnim od przestrzeni tej komory wyposażonej w katodę, ewentualnie spolaryzowaną potencjałem ujemnym, jest zaopatrzona w przelotowy otwór o osi symetrii wspólnej z osią symetrii działa elektronowego. Katoda jest wyposażona w napęd mechaniczny. Urządzenie to nie zapewnia dostatecznie efektywnego wykorzystania przestrzeni komory roboczej. Znane są także urządzenia do nanoszenia cienkich warstw metalicznych i/lub ceramicznych, wyposażone w jedną komorę, w której płycie dolnej są osadzone zarówno tygiel z wsadem materiałowym jak i działo elektronowe lub magnetron, zaś w górnej części tej komory są umiejscowione tarcze lub czasze poruszające się ruchem planetarnym, pełniące rolę katod, w których są osadzone elementy przeznaczone do naniesienia warstw. Niekiedy czasze tych urządzeń są wyposażone w koła umieszczone w ich środkach symetrii, między dwoma pierścieniami, z których dolny mocowany do płyty dolnej komory stanowi bieżnię dla kół czasz, zaś
163 335 3 górny jest połączony z układem napędzającym i nierozłącznie z kołem czaszy, dzięki czemu po uruchomieniu napędu czasze przemieszczają się wewnątrz komory ruchem planetarnym. Jeśli w urządzeniach tych proces nanoszenia prowadzi się przy użyciu działa elektronowego, które nie posiada niezależnego układu odpompowującego, parametry procesu nanoszenia są uzależnione głównie od warunków pracy działa elektronowego. Urządzenie do nanoszenia cienkich warstw metalicznych i/lub ceramicznych na dowolne podłoża, wyposażone w ekranowaną wewnętrznie komorę pracy wyposażoną w elektrody i tygiel z wsadem materiałowym, zamocowane w płycie dolnej tej komory oraz w komorę próżniową z działem elektronowym, połączone przewodem o osi symetrii wspólnej z osią symetrii obydwu komór, przy czym katodę stanowią trzy czasze zamocowane z możliwością wykonywania ruchu planetarnego wewnątrz komory, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jest wyposażone w nieruchomy pierścień o średnicy odpowiadającej 0, 8-0, 9 średnicy komory pracy, z wyprofilowaną na jego górnej powierzchni bieżnią, osadzony na wspornikach przymocowanych do dolnej płyty komory pracy, na którym są wsparte krawędzie czasz przymocowanych za pomocą dwuczęściowych łączników do ułożyskowanego na płycie dolnej komory pracy koła zębatego sprzężonego z kołem napędzającym osadzonym na przepuście obrotowym przekładni, przy czym na płycie dolnej komory pracy są zamocowane także co najmniej dwa koła prowadzące do prowadzenia koła zębatego, zaś czasze są połączone z górnymi częściami łączników za pośrednictwem łożysk ślizgowych, części górne i dolne łączników są połączone przegubami, a części dolne wszystkich łączników są połączone ze sobą co najmniej jednym pierścieniem o osi symetrii pokrywającej się z osią symetrii komory pracy. Nadto na zewnętrznej ścianie komory pracy są korzystnie umieszczone cewki magnetyczne w układzie Helmholtza. Elementy przeznaczone do pokrywania mocuje się w czaszach, po czym po uprzednim wytworzeniu próżni i wprowadzeniu do komory pracy gazu obojętnego, poddaje się je wstępnemu podgrzaniu i oczyszczaniu metodą rozpylania jonowego przez spolaryzowanie czasz potencjałem ujemnym 10 000 V. Następnie uruchamia się, przy otwartym przewodzie, działo elektronowe oraz przekładnię obracającą koło napędzające, które wprawia w ruch koło zębate wraz z połączonymi z nim czaszami, których krawędzie toczą się po bieżni nieruchomego pierścienia. Obrót czasz wokół ich środków symetrii w łożyskach ślizgowych powoduje, iż odpowiadające sobie powierzchnie pokrywanych elementów, pozostające w ciągu takiego samego czasu w jednakowej odległości od środka symetrii tygla z wsadem materiałowym, uzyskują w procesie nanoszenia identyczne warstwy, przy czym grubość tych warstw jest zależna od czasu prowadzenia procesu. W celu skrócenia czasu wstępnego podgrzewania i czyszczenia powierzchni elementów poddawanych obróbce, elementy te można, przed rozpoczęciem procesu nanoszenia, poddać działaniu stałego lub zmiennego pola magnetycznego, wytwarzanego przez cewki magnetyczne w układzie Helmholtza, zamocowane do ścianek zewnętrznych komory pracy. Urządzenie według wynalazku umożliwia zarówno optymalne wykorzystanie przestrzeni komory pracy jak i dzięki planetarnemu ruchowi czasz względem tygla z wsadem materiałowym, nanoszenie identycznych warstw na odpowiadające sobie powierzchnie elementów pokrywanych. Ruch krawędzi czasz po bieżni wykonanej w pierścieniu osadzonym na stałe w dolnej płycie komory i połączenie czasz z kołem zębatym za pomocą łączników wyposażonych w przeguby, o dolnych częściach połączonych ze sobą co najmniej jednym pierścieniem współosiowym z komorą pracy, zapewnia stabilność i równomierność przemieszczania się pokrywanych elementów względem źródła par. Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie w półprzekroju wzdłużnym i w półwidoku z przodu, zaś fig. 2 - urządzenie w przekroju poprzecznym wzdłuż linii A-A na fig. 1. Urządzenie jest wyposażone w komorę próżniową 1z działem elektronowym 2, połączoną przewodem 3 z komorą pracy 4 wyposażoną w tygiel 6 z wsadem materiałowym i elektrodę dodatnią 7, zamocowane w płycie dolnej 8 tej komory oraz wewnętrzny ekran 5. Oś symetrii przewodu 3 pokrywa się z osią symetrii komór 1 i 4. Do płyty dolnej 8 komory 4 jest przymocowany, za pomocą wsporników 9, nieruchomy pierścień 10 o średnicy odpowiadającej 0, 87 średnicy komory pracy 4, z wyprofilowaną w jego górnej powierzchni bieżnią 11, na której
4 163 335 są wsparte krawędzie trzech czasz 22 stanowiących katodę, których długość cięciw jest równa 1/3 promienia pierścienia 10. Czasze 22 są przymocowane do płyty dolnej 8 komory 4 za pomocą dwuczęściowych łączników. Części górne 18 łączników, połączone ze środkami geometrycznymi czasz 22 za pośrednictwem łożysk ślizgowych 21 są złączone z dolnymi częściami 16 za pomocą przegubów 17, zaś części dolne 16 wszystkich łączników są połączone ze sobą dwoma pierścieniami 19 i 20 o osiach symetrii pokrywających się z osią symetrii komory pracy 4. W płycie dolnej 8 komory 4 jest ułożyskowane koło zębate 12 sprzężone z kołem napędzającym 13 osadzonym na przepuście obrotowym 14 przekładni. Na płycie dolnej 8 komory 4 są zamocowane dwa koła prowadzące 15 do prowadzenia koła zębatego 12. Do zewnętrznej ścianki komory 4 są zamocowane cewki magnetyczne 23 w układzie Helmholtza. W czaszach 22 są zamocowane elementy 24 przeznaczone do pokrywania. Elementy 24 mocuje się w czaszach 22 i po uprzednim wytworzeniu próżni i wprowadzeniu do komory pracy 4 gazu obojętnego, poddaje się te elementy wstępnemu podgrzaniu i oczyszczeniu metodą rozpylenia jonowego przez spolaryzowanie czasz 22 potencjałem ujemnym 10 000 V. Następnie uruchamia się, przy otwartym przewodzie 3, działo elektronowe 2 oraz przekładnię obracającą koło napędzające 13, które wprawia w ruch koło zębate 12 wraz z połączonymi z nim czaszami 22, których krawędzie toczą się po bieżni 11 pierścienia 10. Obrót czasz 22 wokół ich środków symetrii w łożyskach ślizgowych 21 powoduje, iż odpowiadające sobie powierzchnie pokrywanych elementów 24, pozostające w ciągu takiego samego czasu w jednakowej odległości od środka symetrii tygla 6 z wsadem materiałowym, uzyskują w procesie nanoszenia identyczne warstwy, przy czym grubość tych warstw jest zależna od czasu prowadzenia procesu. W celu skrócenia czasu wstępnego podgrzewania i czyszczenia powierzchni elementów 24, elementy te, przed rozpoczęciem procesu nanoszenia, poddano działaniu stałego pola magnetycznego wytwarzanego przez cewki magnetyczne 23 w układzie Helmholtza.
163 335 Fig. 2
163 335 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł