Технологическое обеспечение равномерности покрытий для деталей гироскопических приборов на установках магнетронного напыления, страница 4

В нашем случае он позволит уйти от подбора сопротивлениянагревателей(припомощиперемычек)иформироватьодинакововоспроизводимый равномерный резистивный слой с заданным сопротивлением навсей партии нагревателей (Рис. 1.6, красные блоки).Для получения упругих перемычек в пластине МА традиционно применяютжидкостное травление во фтористоводородной кислоте через пицеиновуюмаску [15], показанную на Рис. 1.7. Основными параметрами данноготехнологического процесса, от которых зависят как его скорость травления, так ивоспроизводимость размеров получаемой геометрии, являются: концентрациятравителя, время травления и температура.

Скорость травления возрастает сувеличением концентрации травильного состава и температуры. Увеличениетемпературы и времени травления создаёт боковое подтравливание под маской(Рис. 1.8, а). Концентрация травителя и химический состав в раствореподбирается из того условия, чтобы поверхностный слой растворялся активно, анижележащий не растворялся.Конечный результат травления определяется: качеством маски (вязкость,чистота, качество нанесения и т. д.); адгезией материала маски к поверхностиподложки; геометрией вытравливаемых элементов.

Применение травителей, из-закоторых идёт образование летучих соединений в процессе реакции, нерекомендуется, вследствие образования пузырьков газа, приводящих или кместному непротраву слоя маски, или к её отрыву от подложки. Длякачественного травления следует подбирать оптимальное сочетание материаловмаски, травителя и подложки.20Рис. 1.6. Блок-схема типового технологического процесса изготовления ТНЭРис. 1.7. Кварцевая пластина замаскированная пицеином под травлениеа)б)в)Рис. 1.8. Процесс формирования конструктивных элементов при жидкостном (а) иионно-плазменном (б, в) травлениях21При изготовлении элементов, размеры которых составляют нанометры,метод жидкостного травления не может быть использован из-за их недостатков.Наиболее эффективны и актуальны в этом случае так называемые «сухие»методы травления, основанные на взаимодействии газоразрядной плазмы споверхностным слоем материала подложек [16, 17, 18], а, следовательно,необходим подбор материала масок, их равномерное нанесение и исследованиережимов их травления.Съём поверхностного слоя материала при плазмохимическом травлении(ПХТ) протекает вследствие химического взаимодействия между радикалами иионами активного газа и атомами обрабатываемой подложки с образованиемлетучих соединений.

В зависимости от среды, в которую помещена подложка,ПХТ делят на:– плазменное, при котором деталь находится непосредственно в плазме,состоящей из химически активной газовой смеси;– радикальное, при котором деталь находится в вакуумной камере,разделенная магнитными и электрическими полями от активной плазмы.Плазмохимическоетравлениеможетпроходитьсбеспорядочнымвоздействием активных частиц (Рис. 1.8, б), но предпочтительнее иметьнаправленное движение частиц, при котором процесс имеет анизотропныйхарактер и фактически не возникает бокового подтравливания (Рис. 1.8, в), причемдавление в камере должно превышать 10 Па.

Кроме того, в рабочую смесь газовнапускают водород в малом количестве.Несмотря на сравнительно невысокую производительность, установки скамерой, имеющую параллельные обкладки, в настоящее время применяют всёболее широко из-за возможности выполнения анизотропного прецизионноготравления. Кроме этого, на данных установках возможно обеспечить повышеннуюселективность травления материалов и они рассчитаны на выполнение операцийпо формированию контактных окон. Недостатком плазмохимического травленияявляется трудность контроля бокового подтравливания.Ионно-химическое травление объединяет достоинства плазмохимического и22ионного травления. Сущность ионно-химического травления это одновременноевоздействие распыления ионов и протекание химической реакции.

Плюсом этогометодапосравнениюсплазмохимическимтравлениемзаключаетсяввозможности травления материалов, неспособных к образованию летучихсоединений с радикалами.Проводят ионно-химическое травление на таком же оборудовании, что иионное травление, но только в качестве основного газа применяют химическиактивный газ, а не летучий.Обладаетограниченныйобкладками;технологияразмернизкаяплазменногопартиидеталейселективностьтравлениядляустановоктравления;своимисминусами:параллельнымиповреждениеповерхностиподложек частицами плазмы.Кроме того, присутствие на подложке мелкоразмерных частиц в видезагрязнений может приводить к искажению получаемой геометрии. Химическоежидкостное травление к подобным загрязнениям менее чувствительно.Плазменное травление по сравнению с жидкостным обладает небольшимпреимуществом при более жестких нормах (2…4 мкм) и даёт возможностьпроизводить структуры и приборы, которые находятся за рамками возможностейметодов химического жидкостного травления.Плюс ко всему, методы «сухого» травления менее токсичны и обеспечиваютболее высокую чистоту подложек после процесса.Дляформированиятонкопленочноготокопроводящегопокрытиянапластине маятника МА осаждают методом вакуумного термического испарения[19] поочередно сначала слой из хрома ЭРХ-1 толщиной 0,04 мкм, затем слой иззолота толщиной 0,3…0,6 мкм с разнотолщинностью покрытия между одной идругой сторонами пластины не более 0,07 мкм.Данный процесс вакуумного испарения характеризуется рядом недостатков.Во-первых, применяется очень сложная и длительная технология подготовки какматериалов для испарения – навесок хрома и золота, так и внутрикамерногопространства, оснастки, в том числе масок (Рис.

1.9), и электродов испарителя.23Для промывки применяются растворы сильнодействующих кислот, таких каказотной, соляной, серной, фтористоводородной, и щелочных растворов на основегидроокиси натрия, причем промывку осуществляют в несколько этапов сцикличностью до трёх раз. Такая подготовка обусловлена, прежде всего, дляобеспечения чистоты осаждаемого покрытия, без каких-либо включений, которыемогут образовываться вследствие испарения наряду с основным материалов и егоокисной пленки, которая образуется на поверхности материалов, в особенности ухрома.Рис.

1.9. Конструкции масок для нанесения металлического покрытияВо-вторых, материал (в виде навесок с размером частичек 2…5 мм),осаждаемый на поверхность детали, нагревают в специальном тигле – «лодочке»,расположенной внутри вакуумной камеры, причём температура нагрева доходитдо температуры испарения материала. Здесь именно важно выбрать иподдерживать температуру испарения материала, чтобы на поверхности детали неосаждались частички распыляемого металла в чистом виде, т.е. нерасплавленныевключения или как они ещё определяется в источниках – включения из капельнойфазы [20].Плюс ко всему, в конструкции вакуумной установки применяют азотнуюловушку, останавливающую попадание водяных паров внутрь вакуумной камеры,для исключения образования несплошностей в получаемом покрытии.241.4. Вакуумное напыление функциональных покрытий на деталигироскопических приборовТехнология нанесения высококачественных тонких пленок и покрытий наразнообразные изделия важна для различных видов приборостроения и другихотраслейтехники,посколькупоказателинадежностииэффективностимеханизмов и деталей в значительной мере определяются поверхностнымисвойствами используемых материалов [21].В получении функциональных покрытий для разных назначений одним израспространенных способов является магнетронный способ нанесения [22, 23,24].

При магнетронном способе ионизированная плазма создается в результатебомбардировки мишени ионами аргона. Ионы, образующиеся в разряде, являютсяположительными и ускоряются по направлению к катоду с бомбардировкой егоповерхности, выбивая из неё частицы материала. На мишени распыляемыйматериал размещают на магните или в его близи для повышения эффективнойионизации аргона (Рис. 1.10).

Отделившиеся частицы распыляемого материала смишени осаждаются в виде тонкой плёнки на поверхности подложки, плюс ковсему оседают на внутренней поверхности рабочей камеры и оснастке, а такженекоторая часть осаждаемого материла взаимодействует с молекулами газовойсмеси.Осаждаемое на подложку покрытие формируется исключительно наатомарном уровне без каких-либо микрокапельных включений. Нанесениепокрытий магнетронным способом позволяет распылять многие виды материалов,включая металлы и сплавы, простые и сложные диэлектрики и керамику [25, 26,27, 28, 29].

Материалы для образования одно- и много- компонентных покрытиймогут сочетаться между собой в различных долях [30, 31, 32, 50]. Толщинапокрытий может составлять от десятков нанометров до десятков микрометров.В настоящее время способ магнетронного распыления интенсивноразвивается,обеспечиваяширокиетехнологическиевозможностидляавтоматизации режимов распыления, например описанных в [33, 34, 35, 36], исоздания более совершенных распылительных систем [37, 38].25а)б)Рис. 1.10. Схема магнетронного напыления (а) и выработанная пластинамагнетрона (б)1 – корпус, 2 –магнитный блок, 3 – мишень-катод, 4 – заземленный экран (анод),5 – магнитные силовые линии , 6 – зона эрозии, 7 – линии токаРис. 1.11. Эскиз установки модели UniCOAT6001 – камера, 2 – дверь камеры. 3 – магнетрон, 4 – водило карусели, 5 – сателлитпланетарного механизма, 6 – напыляемая деталь26Теоретические предпосылки по применению данного метода и егопрактического применения занимались отечественные и зарубежные ученые:Кузьмичев А.И., Данилин Б.С., Марахтанов М.К., Берлин Е.В., Двинин С.А.,Агабеков Ю.В., Musil J., Sigmund P., Thornton J.A., Belkind A.

и др. [23, 42, 43, 44,45,46].Накопленный многолетнийопыт и созданнаянаегоосновефундаментальная база позволяют грамотно проводить синтез тонкопленочныхпокрытий. Однако остается актуальной задача управления технологическимипроцессами, позволяющие проводить синтез одно- и много- компонентныхтонкопленочных функциональных покрытий и их равномерностью нанесения повсей напыляемой поверхности, как изложено, например в [39, 40, 41], а также наподложки большой площади [91].Магнетронное распыление с помощью дуального несбалансированногомагнетрона в настоящее время является одним из наиболее эффективных методовнанесения металлических покрытий [47, 48, 49, 51].По сравнению с наиболее широко распространенными ионно-плазменнымиметодами данный метод обладает некоторыми основными преимуществами:–абсолютное исключение микрочастиц распыляемого материала изкапельной фазы в структуре покрытия;–высокая степень ионизации, как газового состава плазмы, так иэмиссионных металлических атомов;–реализация синтеза тонких плёнок при достаточно не высокихтемпературах (до 100 °С).Схема данного метода, реализованного на вакуумной магнетроннойустановке модели UniCOAT600 [52, 90], показана на Рис.