Технологическое обеспечение равномерности покрытий для деталей гироскопических приборов на установках магнетронного напыления, страница 5

1.11.Покрытиемагнетроновраспыляется(НМ),которыесдвуходинаковыхрасположенынесбалансированныхсимметричноотносительновертикальной плоскости планетарного механизма. Их взаимная ориентациявыставляется углом, который можно регулировать. Подключением по особойсхеме к импульсным источникам питания задается работа магнетронов вдуальном режиме.27Блокиработаютнесимметричномврежиме:периодическомподачаимпульсномотрицательногоимпульсабиполярномразрядногонапряжения происходит попеременно на каждый из двух магнетронов. Такимобразом, на тот из магнетронов, на который поступает это напряжение, работает вданный полупериод в режиме распыления, в то время как второй магнетронявляется по отношению к нему анодом. В следующий полупериод работымагнетроны меняются ролями.Магнитные системы магнетронов выполнены на постоянных магнитах,взаимно согласованы и обеспечивают протяженную эффективную зону высокойионизации плазмы, необходимую для нанесения ионных покрытий.Для очистки и активации поверхности полимерных материалов переднанесением покрытия используется ионный источник (ИИ).Дуальный режим магнетронного распыления, в отличие от импульсного,обладает следующими преимуществами:1.

Во время работы магнетрона на поверхностном слое материала мишениобразуется низкопроводящее соединение, на поверхности которого из-за ионнойбомбардировки скапливается положительный заряд, формируемый ионамиаргона. При образовании величины напряжения пробоя, вследствие разностипотенциалов между положительно заряженным низкопроводящим соединением иотрицательным потенциалом мишени, на мишени появляется микродуговойразряд. Это приводит к срыву магнетронного разряда и генерации микрочастицкомпаунда, имеющие возможность включиться в состав наносимой пленки,приводя к дефектам в её структуре, которые приводят к снижению её свойств.Кроме того, положительно заряженное низкопроводящее соединениеснижает энергию ионов аргона, осуществляющих его удаление с мишени, из-зачего возрастает степень «отравления» материала мишени, снижается потокраспыляемого металла и, тем самым, уменьшает скорость роста слоя пленки.Зарядположительныхионов,сформировавшийсянанизкопроводящемсоединении мишени в один из полупериодов дуального распыления, полностьюаннигилируется электронами разрядного тока во второй полупериод, что28приводит к значительному снижению числа микродуг (вплоть до их полногоотсутствия) и увеличению скорости роста покрытия.2.

Уровень насыщения ионами плазмы, генерируемой разрядом НМ, зависитот плотности потока электронов в этой области. Анодом для импульсного режимаработы магнетрона являются стенки камеры, а при работе магнетронов вдуальном режиме анодом является мишень рядом размещенного магнетрона.Таким образом, весь электронный ток разрядного импульса протекает черезобласть магнетронного разряда, что значительно повышает степень ионизации нетолько распыляемых металлических атомов, но и атомов и молекул рабочих газов,что в свою очередь приводит к увеличению отношения потока ионов,бомбардирующих поверхность наносимого покрытия, к потоку осаждаемыхатомов.

Результатом этого процесса является получение более плотной структурыпокрытия и появляется возможность для синтеза тонких пленок.При увеличении частоты следования импульсов, существенно сокращаетсяколичество микродуг на отравленной части мишени НМ, т. к. за кратковременныйпериодимпульсагенерируемыемикродуговыеразрядынеуспеваютсформировываться и исчезают за время переключения между магнетронами.Результатом гашения микродуг приводит к снижению числа микродефектов втонкопленочном покрытии.1.5.

Средства технологического оснащения магнетронного напыления длядеталей гироскопических приборовАктуальностью данной работы является то, что увеличение равномерностираспределения толщины тонкопленочных покрытий приводит к улучшениюэксплуатационных характеристик гироскопических приборов. Несмотря наисключительную важность обеспечения равномерности свойств функциональныхпокрытий, вопросам разработки методик расчета распределения толщиныпокрытий по всей напыляемой поверхности детали не уделялось достаточноговнимания.

Целью выполнения операции напыления является не только получениепокрытия, но также и обеспечение равномерности его толщины по подвергаемойнапылению поверхности подложки.29Основнымипричинамивозникновениянеравномерноститолщиныпокрытия на подложке являются следующие [53]:1. Различныеточкиповерхностиподложкинаходятсянаразличныхрасстояниях от источника напыляемого материала, а поскольку рассеиваниераспыленныхсповерхностимишеничастицнапыляемогоматериалаувеличивается с увеличением расстояния от источника до точки на поверхностиподложки, то, при прочих равных условиях, в точках подложки, расположенныхна большем удалении от источника, толщина формируемого покрытия окажетсяменьше.2.

При магнетронном распылении мишени поток распыленных частиц източки распыления наиболее интенсивен в направлении, перпендикулярном кплоскости мишени, а в направлениях, отличающихся от перпендикулярного кплоскости мишени, интенсивность потока распыленных частиц уменьшается всоответствии с особенностями конфигурации, доходя до нуля в направлении,параллельном плоскости мишени.3.

Приформированиипокрытиянаподложке,засчетконденсациираспыленных частиц мишени наибольшая толщина покрытия соответствуетпопаданию частиц на подложку под прямым углом к напыляемой поверхности, а сувеличениемотклоненияотперпендикулярностипопаданиячастицнанапыляемую поверхность, толщина формируемого покрытия уменьшаетсявследствиевозрастанияколичествачастиц,отражаемыхотнапыляемойповерхности подложки.Таким образом, важной задачей в современном цикле производства высокоточных ВОГ и МА для обеспечения равномерности нанесения покрытийнеобходимо совершенствовать технологию, а поскольку существенным свойствомуказанных выше и ряда других покрытий является их равнотолщинность, то основноевнимание должно быть уделено технологии их нанесения.На сегодняшний день существует множество различных конструкцийустановокмагнетронногоперечисленныхвышенапыления,факторов.позволяющихДляуменьшитьуменьшениявлияниеотклоненийот30равнотолщинности тонкопленочных покрытий в основном наиболее эффективноиспользуют такие технологические решения, как мультимагнетронное напыление(С.В.

Тимаков, Ю.В. Панфилов, Д.В. Духопельников, В.А. Васильев, S. Yasushi,J. Musil, P.J. Kelly, R.D. Arnell), варьирование формами магнетронов (В.В.Одиноков, Г.Я. Павлов, E. Shidoji), перемещение источника испаряемогоматериала по заданному закону (В.А. Васин, Е.Н. Ивашов, С.В. Степанчиков),перемещение напыляемых деталей относительно системы распыления материалапо круговой (Е.В.

Берлин, Е.Н. Котликов, Г.В. Качалин, N. Koji, Y. Kimisumi, ShaoKai Pei) и сложной траекториям (А.В. Федотов, Ю.А. Агабеков, А.М. Сутырин,Н.С. Сочугов, К. Матл).При этом возможности обеспечения равнотолщинного покрытия за счетподбора кинематических режимов при напылении до сих пор не уделялосьдостаточного внимания. Наиболее универсальным перемещением подложки вустановках с магнетронным распылением металла в настоящее время являетсякинематика планетарного движения.Поскольку для создания каждого из покрытий требуется применениенесколькихфункциональныхматериалов,целесообразнойпредставляетсядуальная схема напыления при сложной траектории движения напыляемыхподложек –с применением технологической оснастки карусельного типа.Предпочтительно вертикальное расположение напыляемой поверхности детали,поскольку при этом минимизируется загрязнение напыляемого покрытия прииспользовании магнетронов протяженной конструкции.Для обеспечения равномерности покрытия, наносимого с применениемтехнологической системы, видится решение задачи нахождения наиболеерациональной кинематики движения подложек относительно мишеней, посколькуей уделено мало внимания и исследования, позволяющих прогнозировать форму итолщинураспределенияпокрытияпонапыляемойповерхности,носятограниченный характер.Для начала рассмотрим конструкцию установки магнетронного распыления,описанную в патенте US6863785 [54], предполагает вращение держателей31подложек вокруг центральной оси (Рис.

1.12). Подложки расположены напериферии многоугольного или круглого барабана (Рис. 1.13). Источникимагнетронного напыления располагаются внутри стенок камеры параллельно осивращения барабана.Для обеспечения равномерного нанесения покрытия, помимо вращенияподложек (Рис. 1.14, а, б), используется V-образная форма магнетрона, уголнаклона мишеней которого к воображаемой горизонтальной плоскости зависит отпараметров сечения барабана, размеров подложек, среднего расстояния отподложки до мишени.Аналогичное устройство магнетронного напыления (Рис.