Способ контроля плотности пара в процессе вакуумного нанесения покрытий при нагреве испарителя электрическим током

 

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ ПАРА В ПРОЦЕССЕ ВАКУУМНОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ПРИ НАГРЕВЕ ИСПАРИТЕЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ, основанньй на облучении потока пара электромагнитньм излучением видимого или ультрафиолетового диапазона, измерений интенсивности прошедшего через пар излучения и сравнении измеренного значения с зталонньм, о т л и ч акнц и и с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля путем устранения влияния собственного свечения пара, в процессе облучения потока пара электрический ток, нагревающий испаритель, импульсно модулируют , а интенсивность прошедшего излучения измеряют в паузах, причем частоту модуляции и паузу мбжду импульсами выбирают 7{з выражения fj,, где f - частота модуляции, Гц; Т - пауса, с; , - постоянная времени остьтания испарителя, cj о - постоянная времени затухания свечения пара, с.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ОЭФ

РЕСПУБЛИК

4(st) С 23 С 14/52

ГОСУДАРСТЖННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТЯЪФТЬФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ где f

Т— л

4 л с<(21) 3622599/24-21 (22) 13.07.83 (46) 23.04.85. Бюл. ш 15 (72) В.Н.Устименко, И.К.Майборода, А.С.Коваленко, Ю.К.Белов и А.И.Плышевский (71) Украинский научно-исследовательский институт специальных сталей, сплавов и ферросплавов (53) 538.245(088.8) (56) 1. Патент ФРГ В 2700979, кл. С 23 С 13/08, 1979.

2. Патент Франции 0- 2109887, кл. С 23 С 13/00, 1973 (прототип). (54)(57) спосов контРОПЯ плотности

ПАРА В ПРОЦЕССЕ ВАКУУМНОГО НАНЕСЕНИЯ

Н0КРНТНА ПРИ НАГРЕВЕ ИСПАРИТЕЛЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ, основанный на облучении потока пара электромагнитным излучением видимого или ультрафиолетового диапазона, измерений интенсивности прошедшего через лар излучения и сравнении измеренного значения с эталонным, о т л и ч аюшийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля путем устранения влияния собственного свечения пара, в процессе облучения потока пара электрический ток, нагревающий испаритель, импульсно модулируют, а интенсивность прошедшего излучения измеряют в паузах, причем частоту модуляции и паузу между импульсами выбирают из выражения (/(, « f < 1/Т 1/ О частота модуляции, Гц; пауса, с; постоянная времени остывания испарителя, с постоянная времени затухания свечения пара, с.

1151592

Изобретение относится к области нанесения покрытий путем вакуумного осаждения паров металлов на подложку, в частности к способам контроля параметров процесса вакуумного нанесения покрытий, и может быть исгользовано для контроля плотности паров в процессе вакуумной металлизации при нагреве источника паров электрическим

1О током.

Известен селективный способ контроля плотности паров наносимого материала путем пропускания паров наносимого материала через зону, в которой пары облучают световым потоком, а в качестве сигнала, информирующего о плотности пара, используют возникающее при этом излучение (1j .

Недостатком этого способа является низкая чувствительность контроля, обусловленная частичным поглощением возникающего излучения окружающими измерительную зону анализирумыми атомами.

Наиболее близким по техническои 25 сущности к изобретению является способ контроля плотности пара в процессе нанесения покрытий в вакууме при нагреве испарителя электрическим током, основанный на облуче- ЗО нии потока пара электромагнитным излучением видимого или ультрафиолетового диапазона, измерении интенсивности прошедшего через пар излучения и сравнении измеренного значения с З5 эталонным. При этом световой поток модулируют с последующим выделением из измеряемого сигнала переменной составляющей (21 .

Недостатком известного способа 4О является низкая достоверность контроля, обусловленная тем, что при нагреве источника пара электрическим током, например электронным лучом или световым излучением нагревателей,45 по которым проходит электрический ток, возникает характерное интенсивное излучение наносимых паров и остаточных газов, измерение поглощения света на фоне которого приво- 5р дит к ошибкам. Излучение наносимых паров и остаточных газов возникает из-за увеличения энергии и вероятности соударений вторичных электронов, имитируемых электронной пушкой, 55 испарителеМ или нагревателями, термоэлектронами, приходящими в спиралеобразное движение при появлении электрического и магнитного полей электрического тока, нагревающего испаритель, с парами наносимого материала и остаточными газами.Использо. вание модуляции светового потока с последующим выделением переменной составляющей не позволяет избавиться от помех, поскольку последняя также имеет переменный компонент.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля путем устранения влияния собственного свечения пара.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля плотности пара в процессе вакуумного нанесения покрытий при нагреве испарителя электрическим током, основанном на облучении потока пара электромагнитным излучением видимого или ультрафиолетового диапазона, измерении интенсивности прошедшего через пар излучения и сравнении измеренного значения с эталонным, в процессе облучения потока пара электрический ток, нагревающий испаритель импульсно модулируют, а интенсивность прошедmern излучения измеряют в паузах, причем частоту модуляции и паузу между импульсами выбирают из выражения

11 «1 1/т < )1 g, где à — ча т та модуляции Гцу

Т вЂ” пауза, с; постоянная времени остывания испарителя, с; - постоянная времени затухания свечения пара, с.

Положительный эффект достигается за счет выбора таких характеристик импульсов модуляции, при которых мешающее контролю собственное свечение успевало бы затухать в паузе между импульсами тока, вызывающего .нагрев испарителя. Это достигается тогда, когда пауза между импульсами больше, чем постоянная затухания свечения, конкретная величина которой определяется конкретными параметрами процесса нанесения и физическими свойствами наносимого материала. Для большинства материалов она составляет 10 с. Кроме того, -Э необходимо, чтобы испаритель не остывал в паузах между импульсами, что может привести к нежелательной модуляции плотности осаждаемого кара и, соответственно, толщины покрытия.

1151592

Составитель И. Щербаков

Редактор П. Коссей Техред О.Ващишина Корректор М. Максимишинец

Заказ 2263/19 Тираж 900 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб °, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Следовательно, пауза между импульсами должна быть намного меньше, чем постоянная времени остывания испарителя.

Пример. Испаритель, в которой помещен кусковой хром общей массой около 50 кг, нагревают до температуры примерно 1700 К в вакууме при остаточном давлении О, 1-1 Па излучением графитового нагревателя, по 1О ,которому пропускают электрический ток силой 5 кА. Пары хрома осаждают на стальную ленту.

Электрический ток через нагреватель модулируют частотой 100 Гц при 15 длительности между импульсами

10 с Тсс 10с.

При длительности между импульсами менее 10- с не происходит полного затухания свечения паров хрома, поэтому применение более коротких импульсов нецелесообразно.

При Т 10 наблюдается модуляция плотности осаждаемого на ленту пара, что приводит к неравномерности по- 25 верхностной плотности конденсата на ленте.

С одной стороны пар облучают эталонным электромагнитным излучением видимого диапазона (световым потоком) б с интенсивностью .Хо..Пля этого используют излучение тлеющего разряда с катодом, изготовленным иэ хрома.

С другой стороны пара наблюдают, например, при помощи фоточувствительного устройства и осциллоскона временные характеристики силы света.

В паузах между импульсами модулированного тока измеряют силу света, прошедшего через пар Т, по отклонению I от I контролируют плотность пара.

По данным опытной проверки предлагаемого способа установлено, что контроль плотности пара по известному способу обладает низкой точностью из-sa сильного влияния свечения наносимых паров на процесс измерения поглощения света. Предлагаемый способ, в отличие от известного, позволяет устранить это влияние и, таким образом, повысить точность контроля плотности пара и уменьшить неравномерность нанесения покрытия.

Использование способа в вакуумных установках нанесения покрытий позволяет повысить равномерность покрытий за счет уменьшения ошибки при контроле плотности пара и тем самым повысить качество наносимых покрытий.