Установка для нанесения покрытий на подложки путем электронно-лучевого физического осаждения из паровой фазы
Изобретение относится к установке для нанесения покрытий на подложки путем электронно-лучевого физического осаждения из паровой фазы. Установка содержит тигельное устройство, содержащее по меньшей мере два тигля, расположенных со смещением друг относительно друга в горизонтальной плоскости. Упомянутое тигельное устройство расположено в раме (1), выполненной с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости. В упомянутой раме под каждым тиглем расположена по меньшей мере одна доставочная шахта (13) для размещения в ней прутка из материала для формирования покрытия, содержащая по меньшей мере одно подъемное устройство (21), выполненное с возможностью введения упомянутого прутка, расположенного в доставочной шахте (13), через основание тигля в тигель для осуществления там испарения упомянутого прутка при бомбардировке его электронным лучом от генератора электронов. Каждый тигель снабжен подъемным устройством (21), расположенным в раме (1), при этом рама (1) выполнена с возможностью линейного перемещения в направлении упомянутого смещения тиглей. Обеспечивается бесперебойная работа установки при большой загрузке материалом для испарения. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к установке для нанесения покрытий на подложки путем электронно-лучевого физического осаждения из паровой фазы EB/PVD (аббревиатура от electron-beam physical vapor deposition - электронно-лучевое физическое осаждение из паровой фазы), включающей тигельное устройство, содержащее по меньшей мере два тигля, которые расположены со смещением друг относительно друга в горизонтальной плоскости, при этом упомянутое тигельное устройство расположено в раме, выполненной с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, причем в упомянутой раме под каждым тиглем расположена по меньшей мере одна доставочная шахта для размещения в ней прутка из материала для формирования покрытия, и включающей по меньшей мере одно подъемное устройство, выполненное с возможностью введения упомянутого прутка, расположенного в доставочной шахте, через основание тигля в тигель для того, чтобы пруток был подвергнут там испарению под действием бомбардировки его электронным лучом от генератора электронов (электронной пушки).
Предпосылки создания предлагаемого изобретения
Такие установки известны в данной области техники. Две пары тиглей располагаются симметрично на головке вращающегося основания таким образом, что при повороте упомянутого основания на 180° тигли одной пары меняются местами с тиглями другой пары перекрестным образом. Под каждым тиглем расположена карусель, имеющая несколько доставочных шахт, в которых штабелированы прутки из материала для формирования покрытия. Каждый пруток выполнен из нескольких коротких цилиндрических сегментов. Как только пруток оказывается израсходованным так, что остается только последний сегмент, этот последний сегмент прилипает в тигле, так что карусель под тиглем получает возможность продолжать вращение беспрепятственно до тех пор, пока под тигельной каруселью снова не окажется наполненная доставочная шахта. Упомянутое подъемное устройство толкает новый пруток в сегмент, оставшийся в тигле, тем самым освобождая последний от прилипания. Толкаемый материал должен соответствовать материалу оставшегося сегмента, поэтому карусель нагружена прутками из одного и того же материала.
В известных установках подъемное устройство выполнено из подъемных винтов, прикрепленных к стенке вакуумной камеры, в которой находится установка.
При расположении тиглей, общее количество которых четыре, с соответствующими связанными с ними каруселями на раме обеспечивается создание устройства, которое, в частности, в случае большой загрузки материалом может быть установлено с возможностью вращения только вокруг вертикальной оси, требуя обширного установочного пространства. Подъемные устройства, расположенные снаружи вокруг рамы, требуют еще большего расширения установочного пространства, так что для обеспечения работы установки требуется обширная вакуумная камера.
Краткое описание предлагаемого изобретения
Целью предлагаемого изобретения является создание компактной системы, обеспечивающей бесперебойную работу даже при большой загрузке материалом.
Поэтому для решения проблемы предлагаемым изобретением предусматривается решение, согласно которому каждому тиглю назначено подъемное устройство, которое расположено в раме, и упомянутая рама выполнена с возможностью линейного перемещения в направлении смещения тигля.
Преимущество установки согласно предлагаемому изобретению состоит в том, что линейное перемещение при той же точности требует меньшего установочного пространства, чем в случае расположения для вращательного движения, так что становится возможным разместить на раме также подъемные устройства. Тем самым они находятся в фиксированном пространственном положении с каруселями, так что обеспечивается точное взаимодействие подъемного устройства с соответствующей связанной с ним каруселью.
Теперь карусели могут заполняться разными материалами, предназначенными для разных слоев покрытия, наносимого на подложки. Отдельные слои покрытия наносятся последовательно один за другим, так как рама перемещается линейно, так что соответствующий тигель с материалом, который в данное время должен подвергаться испарению, находится в рабочем положении, в котором на него попадает электронный луч. Размещение рабочего положения, т.е. рабочей позиции, ограничено, потому что большие детали верхней стороны рамы с тиглями находятся в тени подложек и их держателей.
Эта проблема затенения возникает потому, что генератор электронов (электронная пушка) может быть расположен только выше зоны нанесения покрытия, которая находится выше тиглей и в которой находятся подложки, на которые должно быть нанесено покрытие. Подложки и их держатели в значительной степени заполняют зону нанесения покрытия, и для наведения электронного луча на тигли остается только ограниченное пространство. Вместилище для подложек выполнено, например, в виде двух продолговатых горизонтальных держателей, на которых одна около другой удерживаются несколько подложек. Поэтому электронный луч имеет возможность перемещаться только в вертикальной плоскости, которая расположена между двумя держателями. Области в стороны от этой плоскости находятся в тени вместилищ подложек. По этой причине, для того чтобы стать доступными для электронного луча, отдельные тигли для прибытия в рабочее положение должны проталкиваться в вертикальной плоскости.
Если рама перемещается линейно от одного конечного положения до другого конечного положения на расстояние, соответствующее смещению тиглей тигельного устройства, то один из тиглей занимает рабочее положение другого тигля, так что этот упомянутый тигель теперь становится доступным для электронного луча от генератора электронов (электронной пушки). Тигельное устройство - это предпочтительно одно из двух тигельных устройств, при этом тигли обоих тигельных устройств имеют одно и то же смещение, так что в рабочем положении обеспечена возможность испарения материала из каждого из двух тиглей.
Для того чтобы обеспечить достаточное количество расходуемого материала без необходимости открывания вакуумной камеры, каждому тиглю назначена карусель, имеющая несколько доставочных шахт, при этом каждая карусель установлена в раме с возможностью вращения вокруг вертикальной оси.
Удается создать простую и компактную конструкцию, если установка расположена в вакуумной камере, при этом приводные валы для подъемных устройств получают мощность сквозь стенку вакуумной камеры без нарушения герметичности, при этом двигатели для привода отдельных подъемных устройств расположены за пределами вакуумной камеры.
Двигатели неподвижно прикреплены к вакуумной камере таким образом, что обеспечивается возможность передачи крутящего момента к подъемному устройству в любом положении рамы, при этом каждое соединение между двигателем и связанным с ним подъемным устройством, которое передает крутящий момент, имеет телескопически удлиняемую секцию.
В простейшем случае доставочные шахты образованы расположенными по кругу вертикальными прутьями, которые простираются между верхним и нижним вращающимися дисками.
Для обеспечения возможности переключения между доставочными шахтами рамы на верхней стороне рамы для каждого тигля имеется питающая манжета, через которую через основание тигля в тигель может быть введен пруток из материала для формирования покрытия. Каждая питающая манжета снабжена зажимным средством, предназначенным для удержания прутка в питающей манжете.
Далее предлагаемое изобретение будет описано более подробно на иллюстративном варианте его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.
Краткое описание прилагаемых чертежей
На фиг.1 представлен общий вид установки согласно предлагаемому изобретению, при этом рама с тиглями находится в переднем положении.
На фиг.2 представлен общий вид той же установки, при этом рама с тиглями находится в заднем положении.
Подробное описание предлагаемого изобретения
Установка согласно предлагаемому изобретению содержит раму 1, которая имеет прямоугольное рамное строение и расположена между двумя рамными конструкциями 2, так что обеспечена возможность ее линейного перемещения в направлении, обозначенном двойной стрелкой. Каждая из упомянутых рамных конструкций содержит вертикальную стойку 3, которая прикреплена по своей длине к двери (на прилагаемых чертежах не показана) вакуумной камеры 4, поперечную балку 5, которая отходит от двери горизонтально, и опорную стойку 6, которая расположена по диагонали, соединяя упомянутые вертикальную стойку 3 и поперечную балку 5. Над поперечной балкой 5 проходит направляющий рельс 7.
К раме 1 сверху привинчены две пластины 8 и 9, на каждой из которых закреплены направляющие манжеты 10 и 11. На этих направляющих манжетах 10 и 11 расположены передний и задний тигли (на прилагаемых чертежах не показаны), предназначенные для размещения материала, подлежащего испарению. Упомянутый материал, подлежащий испарению, вводится в тигли в виде прутков через направляющие манжеты 10 и 11 и через основание связанных с ними тиглей снизу. Передний и задний тигли образуют тигельное устройство, в котором принадлежащие ему тигли могут загружаться разными материалами.
Над тиглями имеется конденсационный козырек (на прилагаемых чертежах не показан), который сходным образом прикреплен к двери (на прилагаемых чертежах не показана) вакуумной камеры. Упомянутый конденсационный козырек охватывает зону покрытия, в которой на поворотных держателях (на прилагаемых чертежах также не показаны) расположены подложки. Упомянутые поворотные держатели обеспечивают для подложек возможность поворачиваться в паровом облаке таким образом, чтобы обеспечивалось нанесение покрытия со всех сторон.
Внутри рамы 1, которая ясно показана на фиг.1, под каждой из направляющих манжет 10 и 11 расположена карусель 12, имеющая несколько доставочных шахт 13, в которых материал, подлежащий испарению, штабелирован в виде прутков. Упомянутые доставочные шахты 13 расположены концентрично относительно вертикальной оси 14, так что шахта 13 рамы 1 всегда может быть помещена под соответствующей направляющей манжетой 10 или 11 тиглей. Каждая из каруселей 12 содержит верхний вращающийся диск 15 и нижний вращающийся диск 16, между которыми простираются вертикальные прутья 17, образующие границы доставочных шахт 13.
Каждая из направляющих манжет 10 и 11 имеет боковое отверстие 18, выполненное с возможностью введения в него зажимного средства 19 с помощью линейного ввода 20. Благодаря такому решению обеспечивается возможность зажатия прутка из материала для формирования покрытия в направляющей манжете 10, 11.
В боковых областях рамы 1 расположены четыре подъемных устройства 21 (по два с каждой стороны), которые выполнены с возможностью перемещения вместе с рамой 1 и каждое из которых соотносится с соответствующей каруселью 12. И карусели 12, и подъемные устройства 21 расположены на раме 1, поэтому их пространственное расположение остается неизменным, так что для подъемных устройств 21 обеспечена возможность точного взаимодействия с доставочными шахтами 13 для подъема прутков из материала для формирования покрытия.
Для обеспечения возможности перемещения рамы 1 туда и обратно она снабжена роликами на ее верхних краях (на прилагаемых чертежах не показаны), которые взаимодействуют с направляющими рельсами 7. Сила, необходимая для перемещения рамы 1, обеспечивает двигатель 22, который закреплен с наружной стороны двери вакуумной камеры 4 и соединен с подъемным винтом 23, который прикреплен к раме 1.
Подъемные устройства также представляют собой подъемные винты, привод которых индивидуально осуществляется другими двигателями 24. Эти двигатели 24 сходным образом прикреплены к двери вакуумной камеры снаружи и соединены с подъемными устройствами 21 через посредство нескольких приводных валов 25 и дивертеров 26, так что для рамы 1 обеспечивается возможность перемещения относительно зафиксированных двигателей 24, при этом приводные валы выполнены в виде телескопических валов 27, которые соединены с соответствующими двигателями 24 через посредство универсальных шарниров (карданов) 28.
На фиг.1 рама 1 показана в заднем положении, то есть вдалеке от двери, а на фиг.2 рама 1 показана в переднем положении, то есть вблизи (со стороны) двери. В положении, показанном на фиг.1, две задних направляющих манжеты 11 и, поэтому, связанные с ними задние тигли находятся в рабочих положениях.
В положении, когда рама находится вблизи двери, которое изображено на фиг.2, в том же рабочем положении находятся передние тигли.
Тигли, которые находятся в соответствующих рабочих положениях, доступны для электронных лучей от генераторов электронов (электронных пушек), которые расположены над рамной конструкцией.
Теперь обеспечивается возможность послойного нанесения на подложки покрытия из двух разных материалов, которые штабелированы в каруселях 12 для передних или задних тиглей. При переходе к следующему слою, который состоит из материала, отличающегося от материала предыдущего слоя, рама 1 перемещается из одного крайнего положения в другое крайнее положение, так что в рабочем положении находятся тигли с тем материалом, который в данный момент требуется.
Решение, предусматривающее две пары тиглей, необходимо для создания экстенсивного парового облака в зоне покрытия, в которой обеспечивается возможность нанесения покрытия на некоторую совокупность мелких подложек, например, турбинных лопаток.
Перечень ссылочных обозначений
| 1 | рама |
| 2 | рамная структура |
| 3 | вертикальная стойка |
| 4 | вакуумная камера |
| 5 | поперечная балка |
| 6 | опорная стойка |
| 7 | направляющий рельс |
| 8 | пластина |
| 9 | пластина |
| 10 | передние направляющие манжеты |
| 11 | задние направляющие манжеты |
| 12 | карусель |
| 13 | доставочные шахты |
| 14 | вертикальная ось |
| 15 | верхний вращающийся диск |
| 16 | нижний вращающийся диск |
| 17 | вертикальные прутья |
| 18 | отверстия |
| 19 | зажимное средство |
| 20 | линейный ввод |
| 21 | подъемные устройства |
| 22 | двигатель |
| 23 | подъемный винт |
| 24 | двигатели |
| 25 | приводные валы |
| 26 | дивертер |
| 27 | телескопические валы |
| 28 | универсальные шарниры (карданы). |
1. Установка для нанесения на подложки покрытий путем электронно-лучевого физического осаждения из паровой фазы, включающая тигельное устройство, содержащее по меньшей мере два тигля, расположенных со смещением друг относительно друга в горизонтальной плоскости, при этом упомянутое тигельное устройство расположено в раме (1), выполненной с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, при этом в упомянутой раме под каждым тиглем расположена по меньшей мере одна доставочная шахта (13) для размещения в ней прутка из материала для формирования покрытия, и включающая по меньшей мере одно подъемное устройство (21), выполненное с возможностью введения упомянутого прутка, расположенного в доставочной шахте (13), через основание тигля в тигель для осуществления там его испарения под действием бомбардировки его электронным лучом от генератора электронов, характеризующаяся тем, что каждый тигель снабжен подъемным устройством (21), расположенным в раме (1), при этом рама (1) выполнена с возможностью линейного перемещения в направлении упомянутого смещения тиглей.
2. Установка по п.1, характеризующаяся тем, что она содержит два тигельных устройства, при этом тигли обоих тигельных устройств имеют одно и то же смещение.
3. Установка по п.2, характеризующаяся тем, что каждый тигель снабжен каруселью (12), содержащей несколько доставочных шахт (13) и установленной с возможностью вращения вокруг вертикальной оси (14) в раме (1).
4. Установка по любому из пп.1-3, характеризующаяся тем, что она расположена в вакуумной камере (4), при этом передача мощности на приводные валы (25) для подъемных устройств (21) осуществлена сквозь стенку вакуумной камеры (4) без нарушения герметичности и двигатели (24) для привода отдельных подъемных устройств (21) расположены за пределами вакуумной камеры (4).
5. Установка по п.4, характеризующаяся тем, что каждое соединение между двигателями и подъемными устройствами, передающее крутящий момент, имеет телескопически удлиняемую секцию.
6. Установка по п.3, характеризующаяся тем, что доставочные шахты (13) образованы расположенными по кругу вертикальными прутьями (17), простирающимися между верхним вращающимся диском (16) и нижним вращающимся диском (15).
7. Установка по п.6, характеризующаяся тем, что каждое из подъемных устройств (21), выполненных в виде подъемных винтов, имеет боковой выступ, выполненный с возможностью вступления в контакт с доставочной шахтой (13), образованной вертикальными прутьями (17).
8. Установка по п.3, характеризующаяся тем, что каждый тигель снабжен питающей манжетой (10, 11), расположенной на верхней стороне рамы (1), через которую сквозь основание тигля в тигель может быть введен пруток из материала для формирования покрытия, при этом каждая питающая манжета (10, 11) снабжена зажимным средством, предназначенным для удержания прутка в питающей манжете (10, 11).
