Способ нанесения покрытий в вакууме

 

Изобретение относится к области вакуумно - плазменной технологии и может найти применение в электронной промышленности. Целью изобретения является повышение качества покрытий путем повышения равномерности по толщине. Способ состоит в том, что в процессе осаждения плазменного потока изменяют напряженность встречного магнитного поля, что обеспечивает сканирование потока заряженных частиц до поверхности подложкодержателя, величина напряженности магнитного поля изменяется в зависимости от размеров подложкодержателя и его расположения относительно используемых магнитных систем. 6 ил.

Изобретение относится к области вакуумно-плазменной технологии и может быть использовано в электронной промышленности. Целью изобретения является повышение качества покрытий путем повышения равномерности по толщине. На фиг. 1 изображено устройство для осуществления предложенного способа; на фиг. 2-6 представлены графики зависимости распределения плотности ионного тока на поверхности подложкодержателя в зависимости от встречного магнитного поля. Магнитное поле, в котором осуществляется транспортировка заряженной компоненты плазмы, создается магнитной системой источника плазмы и магнитной катушкой. Магнитная система источника плазмы выполнена в виде соленоида 1, который расположен на аноде 2. Соленоид создает в области экрана 3 расходящееся аксиально-симметричное магнитное поле. Магнитная катушка 4 расположена в вакуумной камере 5 и включена встречно магнитной системе источника плазмы. За счет встречного включения магнитных систем 1 и 4 силовые линии магнитного поля соленоида отклоняются в направлении подложкодержателя 6, соосно размещенного в камере. Подложкодержатель выполнен так, что исключена возможность осаждения на его поверхности капельной фракции, генерируемой с рабочего торца расходуемого катода 7. После откачки вакуумной камеры 5 возбуждается дуговой разряд между анодом 2 и расходуемым катодом 7, при этом пары материала катода осаждаются на подложке, размещенной на подложкодержателе 6. Транспортирование заряженной компоненты плазмы осуществляется в магнитном поле, которое создается магнитной системой источника плазмы (соленоид 1) и встречно включенной магнитной катушкой 4, расположенной на пути плазменного потока за экраном 3. За счет использования встречно включенной магнитной катушки силовые линии магнитной системы источника плазмы направлены к подложкодержателю 6, который выполнен в виде кольца и размещен между соленоидом 1 и катушкой 4. Заряженная компонента плазмы, двигаясь по искривлению силовым линиям магнитного поля, отклоняется в направлении подложкодержателя 6, а нейтральные частицы и капли, двигающиеся прямолинейно, на подложкодержатель не попадают. Концентрация заряженных частиц на входе в вакуумную камеру имеет неравномерное распределение. За счет изменения встречного магнитного поля удается управлять движением заряженной компоненты плазмы и осуществлять сканирование потока по поверхности подложкодержателя, что обеспечивает выравнивание числа осаждаемых частиц в каждой точке и позволяет повысить равномерность наносимого покрытия. Для исследования возможности повышения равномерности формируемого покрытия на поверхности подложкодержателя использовались электростатические зонды, которые были выполнены из вольфрамовой проволоки и установлены на месте подложкодержателя по его длине. На фиг. 2-6 представлено распределение плотности ионного тока по поверхности подложкодержателя в зависимости от величины встречного магнитного поля. За начало координат выбрана крайняя точка поверхности подложкодержателя, обращенная к соленоиду 1. При отсутствии встречного магнитного поля заряженная компонента плазмы выводится в вакуумную камеру. Зона максимума концентрации заряженных частиц находится на оси системы, но за счет расхождения силовых линий магнитных полей часть потока движется в направлении подложкодержателя. Распределение плотности ионного тока для этого случая представлено на фиг. 2. Встречное магнитное поле, создаваемое магнитной катушкой 4, искривляет силовые линии магнитного поля соленоида 1 в направлении подложкодержателя 6. При определенных условиях встречное магнитное поле искривляет силовые линии поля соленоида 1, проходящие вблизи оси системы и участвующие в переносе основной массы заряженных частиц так, что они попадают на край подложкодержателя, обеспечивая тем самым максимально возможную плотность ионного тока для данной точки поверхности подложки (см. фиг. 3). Дальнейшее увеличение встречного магнитного поля приводит к сканированию потока по подложке, обеспечивая максимально возможную плотность ионного тока для других точек обрабатываемой поверхности (см. фиг. 4-5). Толщина формируемого покрытия зависит от плотности ионного тока на изделие и времени обработки. Осуществляя любой из приведенных вариантов и считая, что время формирования покрытия одинаково, для фиг. 3 и 5 неравномерность полученного покрытия по толщине составляет 75% а для фиг. 4 45% Увеличение размеров обрабатываемой поверхности в рассмотренных условиях приводит к росту неравномерности формируемого покрытия по толщине. Сканирование потока заряженной компоненты плазмы по поверхности подложкодержателя позволяет повысить равномерность формируемого покрытия по толщине за счет суммарного выравнивания числа осаждаемых частиц в каждой точке. Величина встречного магнитного поля катушки изменяется от минимального значения, при котором обеспечивается максимально возможная плотность ионного тока на краю подложки, обращенного к магнитной катушке 4, до значения, способствующего перемещению потока к противоположному краю подложки. На фиг. 6 приведена кривая распределения плотности ионного тока при сканировании потока по поверхности подложкодержателя. Неравномерность в этом случае не превышает 15% Величина встречного магнитного поля зависит от параметров соленоида 1 и магнитной катушки 4, их расположения, размеров подложкодержателя 6 и его положения относительно магнитных систем. Практическая реализация предлагаемого способа проведена с помощью экспериментальной установки, изготовленной на базе УРМ 3.279.029. Способ получения покрытий осуществляется следующим образом. Подается постоянное напряжение между катодом 7 и анодом 2. Задается отрицательное относительно анода напряжение на подложкодержатель 6 внутренним диаметром 250 мм и длиной 100 мм. Подается напряжение на соленоид 1, на оси которого создается напряженность 180000 А/м. Питание магнитной катушки 4 осуществляется пилообразным током. Катушка выполнена проводом ПЭТВ-2 диаметром 0,56 мм на каркасе с внутренним диаметром 50 мм и длиной 60 мм. Число витков выбрано таким, чтобы при токе 1А в центре ее создавалось поле напряженностью 15000 А/м. Расстояние между подложкодержателем 6 и катушкой 4 20 мм, между ними расположен экран 5, который выполнен из немагнитного материала и электрически изолирован от других электродов. Формирование дугового разряда осуществляется после подачи поджигающего импульса между поджигающим электродом 8 и катодом 7. Поток эрозионной плазмы материала катода направляется в вакуумную камеру. Встречное магнитное поле катушки 4 изменяется во времени и создаются условия, обеспечивающие сканирование потока по поверхности подложки. Пилообразные импульсы, ток которых изменяется по линейному закону своим начальным уровнем (ток катушки 1А, напряженность в центре катушки 15000 А/м) обеспечивают такую величину встречного магнитного поля, при котором на краю подложки, обращенной к магнитной катушке 4, наблюдается максимально возможная плотность ионного тока. Амплитуда импульса выбрана такой, чтобы при условиях эксперимента встречное магнитное поле обеспечивало перемещение потока заряженной компоненты плазмы к противоположному краю подложкодержателя (ток катушки 5А), напряженность магнитного поля в центре катушки 75000 А/м). Предлагаемый способ нанесения покрытий на основе вакуумно-дугового разряда позволяет получить покрытие, равномерное по толщине, увеличить длину обрабатываемой детали и обеспечить заданную толщину в любой точке поверхности. Неравномерность получаемых покрытий по толщине не превышает 20%

Формула изобретения

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ, включающий генерацию плазменного потока наносимого материала в вакуумной дуге, отклонение ионной компоненты плазменного потока встречным магнитным полем и конденсацию потока ионов наносимого на подложку материала, отличающийся тем, что, с целью повышения качества покрытий за счет повышения равномерности по толщине, напряженность встречного магнитного поля изменяют путем регулирования тока катушки по линейному закону, обеспечивающего сканирование максимума плотности ионного тока по поверхности подложки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2