RU222196U1 - System for precision automatic positioning of substrates for vacuum magnetron sputtering installation - Google Patents
System for precision automatic positioning of substrates for vacuum magnetron sputtering installation Download PDFInfo
- Publication number
- RU222196U1 RU222196U1 RU2023124272U RU2023124272U RU222196U1 RU 222196 U1 RU222196 U1 RU 222196U1 RU 2023124272 U RU2023124272 U RU 2023124272U RU 2023124272 U RU2023124272 U RU 2023124272U RU 222196 U1 RU222196 U1 RU 222196U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrates
- stepper motor
- magnetron sputtering
- magnetron
- vacuum
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000009501 film coating Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к плазменной технике и предназначена для получения тонкопленочных покрытий с различными характеристиками на различных подложках. Полезная модель может быть использована в электронике, оптике, нанотехнологиях, машиностроении. Задачей разработанной полезной модели является автоматическое прецизионное позиционирование подложек с малым углом поворота в вакуумной камере магнетронной распылительной установки, для повышения точности напыления и возможности физического изменения текстуры и свойств тонких пленок за счет изменения угла наклона подложки относительно магнетрона. Технический результат достигается тем, что в установку магнетронного распыления, содержащую вакуумную камеру, магнетронную распылительную систему и распыляемую мишень установлен через вакуумный ввод, состоящий из вала, подшипников и уплотнительных сальников, привод шагового двигателя с редуктором, управляемый через драйвер шагового двигателя, особенностью является то, что драйвер шагового двигателя управляется с компьютера через промышленный помехозащищенный интерфейс Modbus RTU, при этом на компьютере выполняется программа, которая математически вычисляет текущее положение двигателя относительно нуля и дает управляющие команды драйверу шагового двигателя, позволяет пользователю через графический интерфейс программы задать любое положение выбранной подложки относительно выбранного магнетрона с высокой точностью. Предложенная система прецизионного автоматического позиционирования подложек позволяет с точностью 0,0055° позиционировать подложки и изменять угол наклона относительно магнетронов автоматически из окна программы.The utility model relates to plasma technology and is intended for producing thin-film coatings with different characteristics on different substrates. The utility model can be used in electronics, optics, nanotechnology, and mechanical engineering. The purpose of the developed utility model is the automatic precision positioning of substrates with a small angle of rotation in the vacuum chamber of a magnetron sputtering installation, to increase the accuracy of deposition and the possibility of physically changing the texture and properties of thin films by changing the angle of inclination of the substrate relative to the magnetron. The technical result is achieved by the fact that in a magnetron sputtering installation containing a vacuum chamber, a magnetron sputtering system and a sputtering target, a stepper motor drive with a gearbox, controlled through a stepper motor driver, is installed through a vacuum input consisting of a shaft, bearings and sealing seals. that the stepper motor driver is controlled from a computer via an industrial noise-proof Modbus RTU interface, while the computer runs a program that mathematically calculates the current position of the motor relative to zero and gives control commands to the stepper motor driver, allowing the user to set any position of the selected substrate relative to selected magnetron with high accuracy. The proposed system for precision automatic positioning of substrates allows you to position the substrates with an accuracy of 0.0055° and change the angle of inclination relative to the magnetrons automatically from the program window.
Description
Полезная модель относится к плазменной технике и предназначена для получения тонкопленочных покрытий с различными характеристиками на различных подложках. Полезная модель может быть использована в электронике, оптике, нанотехнологиях, машиностроении.The utility model relates to plasma technology and is intended for producing thin-film coatings with different characteristics on different substrates. The utility model can be used in electronics, optics, nanotechnology, and mechanical engineering.
Известно, что метод магнетронного распыления широко применяется в научных исследованиях из-за своей способности создавать пленки с высокой степенью контроля над их структурой и свойствами. В электронике метод магнетронного распыления позволяет создавать тонкие пленки полупроводников, которые используются в производстве микрочипов и транзисторов. В оптике метод используется для создания оптических покрытий, зеркал, пленок с особыми спектрами и других оптических элементов. В нанотехнологиях магнетронное распыление применяется для создания наноструктур, наноматериалов, которые имеют новые характеристики и широкий спектр применения, включая медицину, электронику и т.д. В машиностроении метод позволяет получать покрытия для электродов, создавать катализаторы и инициаторы реакций, использоваться в качестве защитных покрытий и покрытий специального назначения.Magnetron sputtering is known to be widely used in scientific research due to its ability to create films with a high degree of control over their structure and properties. In electronics, magnetron sputtering makes it possible to create thin films of semiconductors that are used in the production of microchips and transistors. In optics, the method is used to create optical coatings, mirrors, films with special spectra and other optical elements. In nanotechnology, magnetron sputtering is used to create nanostructures and nanomaterials that have new characteristics and a wide range of applications, including medicine, electronics, etc. In mechanical engineering, the method allows one to obtain coatings for electrodes, create catalysts and reaction initiators, and use them as protective coatings and special-purpose coatings.
Известен способ получения фотокаталитических пленок оксида титана и установка для его осуществления, содержащая вакуумную камеру, магнетронную распылительную систему и распыляемую мишень (патент на изобретение №2794659, C23C 14/35, опубл. 24.04.2023г.). Недостатком аналога является то, что установка магнетронного распыления не имеет автоматизированного прецизионного контроля положения подложек в вакуумной камере, вследствие чего возможно попадание распыляемых частиц мишени на соседние подложки и невозможно изменять структуру тонкой пленки путем изменения угла наклона подложки, относительно магнетрона.There is a known method for producing photocatalytic films of titanium oxide and an installation for its implementation, containing a vacuum chamber, a magnetron sputtering system and a sputtering target (patent for invention No. 2794659, C23C 14/35, published 04/24/2023). The disadvantage of the analogue is that the magnetron sputtering installation does not have automated precision control of the position of the substrates in the vacuum chamber, as a result of which sputtered target particles may fall on adjacent substrates and it is impossible to change the structure of the thin film by changing the angle of inclination of the substrate relative to the magnetron.
Задачей разработанной полезной модели является автоматическое прецизионное позиционирование подложек с малым углом поворота в вакуумной камере магнетронной распылительной установки.The purpose of the developed utility model is the automatic precision positioning of substrates with a small angle of rotation in the vacuum chamber of a magnetron sputtering installation.
Техническим результатом полезной модели является возможность изменения кристаллического строения и физических свойств тонких пленок за счет изменения угла наклона подложки относительно магнетрона.The technical result of the utility model is the ability to change the crystal structure and physical properties of thin films by changing the angle of inclination of the substrate relative to the magnetron.
Технический результат достигается тем, что в установку магнетронного распыления, содержащую вакуумную камеру, магнетронную распылительную систему и распыляемую мишень установлен через вакуумный ввод, состоящий из вала, подшипников и уплотнительных сальников, привод шагового двигателя с редуктором, управляемый через драйвер шагового двигателя, особенностью является то, что драйвер шагового двигателя управляется с компьютера через промышленный помехозащищенный протокол Modbus RTU, при этом на компьютере выполняется программа, которая математически вычисляет текущее положение двигателя относительно нуля и дает управляющие команды драйверу шагового двигателя, позволяет пользователю через графический интерфейс программы задать любое положение выбранной подложки относительно выбранного магнетрона с высокой точностью.The technical result is achieved by the fact that in a magnetron sputtering installation containing a vacuum chamber, a magnetron sputtering system and a sputtering target, a stepper motor drive with a gearbox, controlled through a stepper motor driver, is installed through a vacuum input consisting of a shaft, bearings and sealing seals. that the stepper motor driver is controlled from a computer via the industrial noise-proof Modbus RTU protocol, while the computer runs a program that mathematically calculates the current position of the motor relative to zero and gives control commands to the stepper motor driver, allowing the user to set any position of the selected substrate relative to selected magnetron with high accuracy.
Сущность данной системы прецизионного автоматического позиционирования подложек для вакуумной установки магнетронного распыления поясняется чертежами: на фиг. 1 (а) показан общий вид системы, на фиг. 1 (б) показан разрез герметичного ввода привода в вакуумную камеру магнетронной установки, на фиг. 2 показан графический интерфейс программы управления.The essence of this system for precision automatic positioning of substrates for a vacuum installation of magnetron sputtering is illustrated by drawings: Fig. 1 (a) shows a general view of the system, Fig. 1 (b) shows a section of the sealed input of the drive into the vacuum chamber of the magnetron installation; Fig. Figure 2 shows the graphical interface of the control program.
Система прецизионного автоматического позиционирования подложек содержит: магнетроны 1, шаговый двигатель 2 с редуктором 3, к которому жестко закреплен барабан, с находящимися на них подложками 4, помещенный в вакуумную камеру 5. Шаговый двигатель приводится в движение при помощи драйвера шагового двигателя 6, управление которым производится удаленно и автоматически из программы на компьютере 7 через промышленный протокол связи Modbus RTU. Вакуумный ввод привода содержит зубчатое колесо 8, соединенное с редуктором 3 и валом 9, установленным на двух подшипниках 10 в корпус саркофага 11 вакуумной камеры через уплотнительные резинки 12.The system for precision automatic positioning of substrates contains: magnetrons 1, a stepper motor 2 with a gearbox 3, to which a drum is rigidly attached, with the substrates 4 located on them, placed in a vacuum chamber 5. The stepper motor is driven using a stepper motor driver 6, which is controlled performed remotely and automatically from a program on computer 7 via the industrial communication protocol Modbus RTU. The vacuum input of the drive contains a gear 8 connected to a gearbox 3 and a shaft 9 mounted on two bearings 10 into the sarcophagus body 11 of the vacuum chamber through rubber seals 12.
Работа системы прецизионного автоматического позиционирования подложек происходит следующим образом. Очищенные подложки, на которые будут напыляться тонкие пленки, закрепляются на барабане внутри вакуумной камеры. Далее вакуумная камера закрывается и внутри нее создается вакуум. С помощью графического интерфейса программы пользователь задает необходимый угол поворота определенной подложки относительно определенного магнетрона. Текущее положение подложки относительно магнетрона вычисляется математическими методами, относительно нулевой калибровочной точки. По нажатию кнопки «Старт» в окне графического интерфейса пользователя происходит перемещение барабана с подложками на заданный угол относительно заданной подложки и магнетрона с высокой точностью. Далее происходит стандартный режим распыления мишени с последующим осаждением частиц на закрепленной подложке, в ходе которого пользователь может изменять угол наклона подложки таким же образом из окна программы, тем самым физически изменяя структуру тонкой пленки, получая новые свойства за счет изменения текстуры формируемых волокон.The system of precision automatic positioning of substrates operates as follows. The cleaned substrates on which thin films will be deposited are secured to a drum inside a vacuum chamber. Next, the vacuum chamber is closed and a vacuum is created inside it. Using the program's graphical interface, the user sets the required rotation angle of a specific substrate relative to a specific magnetron. The current position of the substrate relative to the magnetron is calculated using mathematical methods, relative to the zero calibration point. By clicking the “Start” button in the graphical user interface window, the drum with substrates moves to a given angle relative to a given substrate and magnetron with high accuracy. Next, the standard mode of target sputtering occurs, followed by the deposition of particles on a fixed substrate, during which the user can change the angle of inclination of the substrate in the same way from the program window, thereby physically changing the structure of the thin film, obtaining new properties by changing the texture of the formed fibers.
С учетом коэффициента редукции 1:20 на один полный оборот в 360° барабана с подложками приходится 65000 шагов двигателя, что составляет около 180 шагов на 1° или поворот на 0,0055° на каждый шаг двигателя. Это позволяет с высокой точностью позиционировать подложки относительно магнетрона, изменяя угол осаждения распыленных частиц.Taking into account the reduction ratio of 1:20, for one full 360° revolution of the drum with substrates there are 65,000 motor steps, which is about 180 steps per 1° or a rotation of 0.0055° for each motor step. This makes it possible to position the substrates relative to the magnetron with high precision, changing the deposition angle of the sputtered particles.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU222196U1 true RU222196U1 (en) | 2023-12-14 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU344032A1 (en) * | DEVICE FOR DOWNLOADING EVAPORATORS | |||
| RU2297988C1 (en) * | 2005-11-16 | 2007-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Method and the device for deposition of the multilayered coatings on the sheet glass |
| RU2312170C2 (en) * | 2005-08-17 | 2007-12-10 | Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук | Device for deposition of the multilayered optical coatings |
| RU92015U1 (en) * | 2009-12-17 | 2010-03-10 | Государственное учреждение "Научно-исследовательский институт микроэлектроники и информационно-измерительной техники Московского государственного института электроники и математики (технического унивесритета)" | DEVICE FOR FORMING THIN FILM COATINGS |
| CN203625462U (en) * | 2013-12-23 | 2014-06-04 | 山东禹城汉能光伏有限公司 | Device for automatically clearing surface of planar target of magnetron sputtering equipment |
| RU2762082C1 (en) * | 2020-12-14 | 2021-12-15 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Unit for applying composite materials on the surface of parts by plasma spraying |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU344032A1 (en) * | DEVICE FOR DOWNLOADING EVAPORATORS | |||
| RU2312170C2 (en) * | 2005-08-17 | 2007-12-10 | Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук | Device for deposition of the multilayered optical coatings |
| RU2297988C1 (en) * | 2005-11-16 | 2007-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Method and the device for deposition of the multilayered coatings on the sheet glass |
| RU92015U1 (en) * | 2009-12-17 | 2010-03-10 | Государственное учреждение "Научно-исследовательский институт микроэлектроники и информационно-измерительной техники Московского государственного института электроники и математики (технического унивесритета)" | DEVICE FOR FORMING THIN FILM COATINGS |
| CN203625462U (en) * | 2013-12-23 | 2014-06-04 | 山东禹城汉能光伏有限公司 | Device for automatically clearing surface of planar target of magnetron sputtering equipment |
| RU2762082C1 (en) * | 2020-12-14 | 2021-12-15 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Unit for applying composite materials on the surface of parts by plasma spraying |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6649208B2 (en) | Apparatus and method for thin film deposition onto substrates | |
| JP5993974B2 (en) | Method and coater for coating a substrate | |
| JP4728143B2 (en) | Thin film forming equipment | |
| RU222196U1 (en) | System for precision automatic positioning of substrates for vacuum magnetron sputtering installation | |
| CN102534527A (en) | Magnetron sputtering source and magnetron sputtering equipment | |
| CN213388868U (en) | Infrared optical film coating machine | |
| US8647437B2 (en) | Apparatus, tool and methods for depositing annular or circular wedge coatings | |
| EP0982604A2 (en) | Method for manufacturing optical filter | |
| CN101634012A (en) | Ion beam assisting magnetic control sputtering deposition device and method for surface protection | |
| CN101376964B (en) | Sputtering type film coating apparatus and film coating method | |
| US20180037983A1 (en) | Sputtering device | |
| EP2360290A1 (en) | Method for producing an ITO layer and sputtering system | |
| CN107815659A (en) | A kind of optical fiber cylindrical side uniform coated devices and methods therefor | |
| CN105671489B (en) | A kind of device of preparation structure controllable function film | |
| Cheng et al. | Preparation and structural investigation of ultra-uniform Mo films on a Si/SiO2 wafer by the direct-current magnetron sputtering method | |
| JPS627265B2 (en) | ||
| CN108277468B (en) | A kind of magnetron sputtering optical coating apparatus and film plating process with vacuum machine arm | |
| CN110894590B (en) | Magnetron sputtering method, control module and equipment for magnetron sputtering equipment | |
| CN115652417B (en) | Device and method for optimizing epitaxial growth uniformity of thin film and epitaxial growth equipment | |
| TWI739243B (en) | Film forming method | |
| RU2817684C1 (en) | Device for sputtering of thin-film coatings | |
| CN112251720B (en) | Plastic substrate hard antireflection film and film coating method thereof | |
| CN1389590A (en) | Pulsed laser deposition method and apparatus for preparing smooth film material | |
| CN101736298A (en) | Film coating device | |
| Cheng et al. | Realizing Ultrauniform Films at Wafer Scale through the Magnetron Sputtering Method |