SU1405361A1 - Устройство дл ионно-плазменной обработки подложек в вакууме - Google Patents

Description

(46) 30,08.92. Бюл. N 32

(21)3995461/21

(22)27.12.85

(72) В.А.Помазенко, В.М.СавостикоВ, Ю.А.Глушко, В.Л.Пушных, В.П.Кричков и С.М.Сергеев

(53)621.793,7(088.8)

(56)Патент США № 3988955, кл. С 23 С 15/00, 1976.

За вка ФРГ № 2058921, кл. С 23 С 15/00, 1970.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИОННО-ПЛАЗМЕИНОЙ ОБРАБОТКИ ПОДЛОЖЕК В ВАКУУМЕ

(57)Изобретение относитс  к нанесению покрытий в вакууме. Цепь изобретени  - повышение надежности за счет исключени  пробоев между токоведупими част ми, корпусом и арматурой. Вакуумна  камера установки содержит несколько кольцеобразно расположенных зон обработки. Кажда  зона снабжена двум  автономными источниками ионов со сменными катодами, расположенных во взаимно перпендикул рных плоскост х . Узел подачи электрического потенциала на издели  совмещен с приводом перемещени  их из одной зоны в другую и выполнен в виде высоковольтного кабел , проложенного через полый металлический вал. На изол торе, размещенном на высоковольтном кабеле, .крепитс  металлическа  плита со сменными кассетами дл  изделий. Приводы вращени  кассет изолированы от плиты опорными изол торами, что позвол ет подавать рабочее напр жение на издели  в процессе их вращательного движени . Конструкци  кассеты дл  изделий цилиндрической формы позвол ет реализовать вращение изделий вокруг собственной оси без введени  дополнительных шестереночных передач. З ста- новка позвол ет реализовать за один вакуумный цикл как Ионную имплантацию изделий, так и нанесение многослойного покрыти  при повышении качества обработки всех видимых поверхностей. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

йЖ1 %Ьк га

О

ел

00

О5

Изобретение относитс  к нанесению покрытий в вакууме, и может быть использовано в устройствах ионно-плаз- менного нанесени  покрытий и ионной имплантации металлов и сплавов в ма- пиностроении, приборостроении и радиоэлектронике .

Целью изобретени   вл етс  noBbtme- ние надежности за счет исключени 

пробоев между токоведуп ми част ми и корпусом и арматурой.

На фиг. 1 приведен общий вид устройства; на фиг, 2 - карусель подлож- кодержател , вид сверху; на фиг. 3 - система ускор ющего напр жени , разрез иа фиг. i - спираль между каруселью и кабелем; на фиг. 5 - вариант исполнени  подложкодержат.ел ; на фиг. 6 - подложкодержатель, вид

сверху.

Устройство имеет далиндрическую вакуумную камеру 1, разделенную перегородкой 2 на позиции 3 и 4 обработки , В позиции 3 размещены автономные ИСТОЧНИКИ 5 и 6 ионов на основе разр да в полом катоде. Источник 5 ионов закреплен на верхней плите вакуумной камеры 1 над обрабатываемыми подпожка;«€ 7, источник 6 иоиов за- креплен на боковой стенке камеры, 1 таким.образом, что центральна  ось ионного пучка 8 проецируетс  на боковую поверхность подложек 7 и составл ет с центральной осью 9 ионного пучка верхнего источника угол 90 . В позиции 4 обработки размещены аналогичным образом автономные источники 10 и 11 ионов,основанные на дуговом разр де. Рабочие катЪды всех ион- ных источников (распыл емые материалы )  вл ютс  сменными.

Система 12 напуска газов обеспечивает автономную подачу рабочего газа (инертного или химически активного) к каждому ионному источнику. Высоковольтный кабель 13 проложен через полый вал в виде втулки 14 и изол тор 15, на котором расположена металлическа  плита 16 со сменными подлож- кодержатеп м -лассетами 17 (по две в каждой зон обработки). Четыре при- ,водд 18 вращени  кассет 17 изолированы от напр жени , подайаемого на подложки 7 опорными изол торами 19.

Кабель 13 сцентрирован во втулке 14 .карусели диэлектрическим стаканом 20, (им подвижную посадку во втулке 14 и заполненным жидким ди

, ю

|5 20

25 30 5 0

5

0

5

электриком 21 (например трансформаторным маслом) до уровн , обеспечивающего перекрытие внутреннего ци- ливдрического вьютупа 22 изол тора 15. Подвижное электрическое соединение жилы кабел  23 с плитой 16 обеспечено за счет спирального токопровода 24, концы которого соединены с ними.

Кассета 17 дл  подложек 7 цилиндрической формы имеет привод 25 вращени  ка)сдой подложки 7 вокруг собственной оси. На двух параллельных пластинах 26 кассеты 17 расположены два р да отверстий 27, под ними расположены два плоских кольца 28. Привод 25 вращени  выполнен в виде кольцевого выступа на плите 16 с двум  рабочими рифле ными поверхност ми 29 и 30,. составл ю1131ми с осью вращени  изделий угол 45°. Кассета 17 кинематически соединена с приводом 25 через вал 31.

Устройство работает следующим образом .

Подложка 7 ставитс  вне рабочей камеры 1 в кассету 17 и упираетс  частью нижней торцовой поверхности в плоское кольцо 28. Кассета 17 подложками 7 надеваетс  на вал-31 привода 25 вращени  кассет, при этом свободна  часть торцовой поверхности подложки 7 опираетс  на рифленую по- верхность кольцевого вьютупа привода 25, плоское кольцо 28 при этом еще опускаетс  на 2...3 мм, высвобожда  другую часть нижней торцовой поверхности . Таким образом, подложка 7 опираетс  только на рифленую поверхность кольцевого выступа. При необходимости обрабатывать издели  нецилиндричес-. кой формы (в том числе крупногабаритные - например, щтампы) можно устанавливать их непосредственно на верхнюю пластину кассеты.

В камере I создаетс  разрежение. Затем через источш1ки ионов подаетс  рабочий газ (инертный или химически активньп1 - в зависимости от требований техпроцесса) до необходимого рабочего давлени . После этого производитс  включение ROHHIJIX источников.

Вращение кассеты 17 в зоне обработки осуществл етс  через привод 18. Увлекаемые по кругу кассетой 17 подложки 7 за счет сил трени  части нижней торцовой поверхности с рифленой поверхностью выступа прихол т но вра- 1дательное движение вокруг собственной оси и проход т через зону обработки ионным пучком как от верхнего, так и от бокового источгшка ионов. Таким образом, обработке подвергают- с  верхн   торцова  и бокова  поверхности подложек 7. При необходимости на вращающиес  подложки 7 можно подать регулируемый (от 200 до 70000 В эдектрический потенциал и, не снима  его, переместить подложки 7 из одной позиции обработки в другую.

Во второй позиции 4 обработка осуществл етс  аналогичным образом (со сменой вида рабочего лещества .- ионо в зависимости от требований техпроцесса ).

В позиции 3 обработки можно осуществить процесс очистки поверхности подложек ионами (ионное травление); процесс ионной имплантации подложки ионами с энергией до 70 кэВ; процесс нанесени  тонких пленок на подложки (до 1 мкм).

В позиции А обработки можно осу- ществить процесс ионной очистки изделий и процесс нанесени  покрьп-ий толщиной 1 ... 7 мкм.

Устройство позвол ет проводить поверхностную обработку самых разнооб- разных подложек с применением различных технологических процессов.

Пример 1. На установке с предлагаемым устройством провод т упрочн ющую обработку матриц и пуан- соков вырубных штампов из стали Х12М методом ионной имплантации. В качестве материалов рабочих катодов (имплантантов ) примен ют: графит (ионы С), титан (ионы Т) и диборид тита- на Tifi. За один вакуумный цикл обрабатываетс  не менее двух комплектов матриц и пуаисоно в. Дл  пуансонов проводитс  упрочнение как верхней (торцовой) поверхности с применением источника 5 ионов, так и боковых поверхностей с применением боко.вого источника 6 ионов при непрерывном вращении пуансона, установленного на кассете 17. Ускор ющее напр жение

40 кВ, доза имплантации не менее 2х10 .

Производственные испьп-ани  штампов показывают повышение их износостойкости от 1,3 до 2 раз.

При мер 2. На установке с устройством упрочрс ют фрезы из быстрорежущей стали Р6М5 и неперетачиваемые режу1цпе пластины из твердого

спланл ВК8 с применением техн(,чоги- ческого процпсса нзнесени  двуслойного покрьгги  из боросилнцид 1 и нитрида титана. Фрезы уста па пливагот в кассеты дл  цилиндрических изделий и загружают в рабочую камеру. В камере создаетс  предельное разрежение, а затем через источники 5 и 6 ионов подаетс  аргон до давлени  2,..4х xlO Тор. После включений источников ионов в позиции 3 без подачи эЛект- рического потентщала на катоды вклкг- чаетс  привод вращени  кассет и на инстру ент подаетс  смер;аюгпкй потенциал 5...7 кВ. После ионной очистки инструмента в течение 10-15 мин сме- щак ций потенциал убираетс  и подаетс  потенциал из катоды (выполненные из боросилицида титана) ионных источников 5 и 6. При этоН происходи распыпение катода и нанесеигие равномерного бороснлицидного покрыти  как на торцовую, так и на полузакрытую боковую поверхность инстрзт-{ента. После окончани  процесса нанесени  бо- .росилицидного сло  кассеты с фрезами перевод тс  в позицию 4, включаютс  там автономные источники 10 и 11 ионов с титановыми катодами; в камеру 1 подаетс  азот, и при непрерьгоном вращении инструмента осуществл етс  нанесение второго сло  покрьп и  из нитрида титана..

За один вакуумный цикл обрабать - ваетс  таким образом четыре кассеты с инструментом.

Аналогичным образом осуществл етс нанесение двуслойного покрьгги  на неперетачиваемые твердосплавные резцы (пластины). В этом случае дл  равномерного нанесени , покрьгги  на все рабочие поверхности используетс  приспособление в виде цилиндрического стержн , на котором крепитс  пластина . Производственные испьп-ани  инструмента с таким покрьп-ием показывают повышение его износостойкости не менее чем в 2,5 раза.

ПримерЗ. В устройстве отрабатываютс  технологические процессы упрочнени  инструмента путем комплексного применени  ионной имплантации и осаждени  покрьп-ий. При этом в позиции 3 осзтцествл етс  ионна  имплантаци  поверхности, а в позиции 4 осаждение покрьгги . Устройство позвол ет вначале сформировать износостойкий приповерхностный слой ин5

струментальной оснбвы имплант -цией ионов самого различного вида, а затем нанести на него дополнительное износостойкое покрытие. Реализаци  такого процесса за один вакуумный цикл обеспечивает качественную подгтовку поверхности основы за счет ионой бомбардировки5 способствует актвизации процессов диффузии элементов покрыти  в инструментальную основу , т.е„ улучшает его адгезию, и, в конечном счете повышает эффективность упрочн ющей обработки.

Кроме того, путем многократного перевода обрабатываемого издели  из позиции 3 в позицию 4 и обратно возможно за один вакуумный цикл реали- зоаать процесс последовательного ос

дени  тонких слоев с промежуточным облут-гением потоком высокоэнергетических ионов выбранного вида, что улучшает качество самого покрьп-и .

Claims (2)

1. Формула изобретени 25

   30

   to Устройство дл  ионно-плазмен- ной обработки подложек в вакууме, содержащее рабочую камеру, разделенную перегородкой на несколько позиций

   обработки, расположенных по OKP T CHOC- ти, карусель планетарных подложкодер- жателей с валом, кинематически соединенным с приводом вращени , источники ионов, установленные на пози11;и х обработки, систему подачи ускор ющего напр жени  на подложкодержател х и систему откачки и напуска рабочих га-г зов, отличающеес  тем, что, с целью повьтени  надежности, система подачи ускор ющего напр жени  выполнена в виде высоковольтного кабел  и спирали из электропроводного материала, один конец которой электрически соединен с жилой кабел , а другой - с каруселью, при этом вал карусели вьшолнен в виде втулки и стакана из диэлектрического материала , заполненного диэлектрической жидкостью и установленного во втулке, причем кабель размещен в стакане со- осно с втулкой.
2. 2. Устройство по п. 1,0 т л и- чающеес  тем, что между втулкой и подложкодержателем установлен изол тор с внутренней полостью, выступом и развитой внешней поверхностью , причем выступ размещен в ди- ) электрической жидкости.

   LA

   18

   Фие.2

   7J

   Фиг.З

   tt

   bSNXN S

   te S831

   ff ff

   29

   zT

   т