Способ плазменного нанесения покрытий в вакууме

ПО ДЕЛАМ ИЗ ОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕНИЯ оРБ . л о - 1 УМараЦЬнге-гы фонд Н АВТОРЫ-КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . - . 21) 3 З 9 З 085 Й 1821 ц о . генерирование встречных потоков ппаем 22) 04.02.82 е о исходных материалов, смешивание их(72) 0.3. Селизфанов, ЕВ станкевич в зоне взашюдеаствия потоков, нап и э.иточицкшг равнение электрическим полем в сто- (71) Институт электроники АН БССР року подложки н их осаждение, о т (53) ъ 21.793.14 (08813) л и чл ю щ и й с я тем, что, с(56) 1 Авторское свидетельство целъюлповышення производительности Юл 680594 к.п. 1105 1/00, 1976. - путем увеличения коэффициента исполь 2. Ашторсъфе свидетельство зевании массы исходных материалов,н- 826761 кл. 0230 15/00, 1978. о при смешивании потоки планы исходных ц У -материалов тормозят в зоне завит-подей(54) (57) СПОСОБ ПЛАЗИЕННОГО НАНЕСЕ- ствия температурным полем на времяИзобретение относится к области плазменной техники и вакуумной техи иологпн нанесения покрыти и может оыть использовано в микрозлектрони не Для нанесения тонких пленок, в 5 машиностроении для нанесения износостойких,жаропрочньщ, коррозионно стойнннхтдругих защитньш покрытий простого и сложного составов.Известен способ плазменного нане- О сепия покрытии в вакууме на поверхность обрабатываемом изделий,-заклюо тающпйсн н генерировании искодньжплазменных потоков, смешивании эти 5 ПОТОКОВ И ОСЭЖДЕНИИ исходныхматерна лов на новерхность обрабатываемых надояНедостатком известного способа двинется невозможность получения од 20 породных покрытий изза наличия микч рокапель Эродпруемого катода.Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ плазменного нанесения покрытий 35 в вакууме, включающий генерирование чсчрсчнык потоков плазм псходнык материалов смешивание их в зоне дзаимодействин потоков, направление згентрпчсскнм полем в сторону под- 30 тлшнЖШ осажденпейдПси статном указанного Способа т чвчнстсп гизкая производительность. чоонесса что обусловлено наличиемлотерь пгдзменнык потоков исходных 35 Материалов в результате рассеяния 1113145 ПИ СТОТКНОБЕНИЕТ.Целью изобретения является повышение производительности процесса гу тем увеличения коэффициента испольо до ЗОВЗННЯ ЧНТСЫ ИСХПДНЬШ материалов.тем, о в способе плазменного нанесед чин покрытий в вакууме, включающем генерирование встречных потоков плазм 45 исходных материалов, смешивание их в зоне взаимодействия потоков, направление электрическим полем в сторону подложки н их осаждение, при смешиванни потоки плазм исходных материалов 50 ГОРМОЗНТ В ЗОН ЗЭИМОДЕЙСТВНЯ гемпеоатурным полем на время 10 т 104 мкс.Сущность пособа заключается в следдугощем. 55 При помощи нескольких плазменных ускорителей генерируют встречные потоки плазм исходных материалов. Осуществляют смешивание плазменных потоков в зоне взаиодействия, находЯЩейсмешивании плазм исходных материалов производят их торможение в этой зоне. на время 10 10 мкс. Торможение плазменных ПОТОКОВ ОСУЩЭЬТВЛЯЮТ, НС пользуя эффект образования плазменной подушки, основанный на отличим от единицы коэффициента коденсации материала ИЗ ПОТОКЕ плазмы На ПОВЭРХ ности твердого тела, что приводит к ТОПМОЖЕНИЮ ПОТОКЗ ПЛЗЗМЫ перед ПО веркностью в результате чего вблизи СуЩеСТВУЮ ЩЕЕ Плазменное ОЗРВЗОБЗНИЕ, ПРИЧЕМвремя ЕГО СУЩЕСТВОВЗНИЯ УВЕЛИЧИВВЕТся при уменьшении коэффициента конденсации. Снижение коэффициента конденсации достигается нагревом поверх ности твердого тела, расположенного в зоне взаиодействия потоков, до температуры, близкой к критической температуре конденсации используемых материалов. При температуре поверхности выше критической тем пературы конденсации данного материа лакоэффициент конденсации становитч ся равньм нулю. Таким образом, при достаточно высокой температуре по-. веркности твердого тела (близкой к критической температуре конденсации или выше нее) эффект образования 4 плазменной подушки проявляется наиболее сильно.Существенность операции торможеНия потоков заключается в том, что она позволяет удержать плазмы исходных материалов в зоне взаиодействия потоковъапредотвратить утечку плазмы из зоны. Благодаря этому нсклчаются непроизводительные потерн исходньж материалов и, следовательно, возврастает коэффициент использования массы исходных материалов. что в свою очередь приводит к увеличению ресурса работы устройства и повышению производительности процесса нанесения вскрытий.Временной интервал торможения наиболее полно отвечает требованиям про ведения плазмохиических реакций (В случае нанесения покрытий сложного состава), продолитгльность которых ввиду высоких скоростей этих реакцн 5 -2 с 1 д согтавляет 10 10 секунд 10 10 микросекунд). а также для интенсивного смешивания плазменньж лото показано) ДЛЯ ПРЗКТИЧЕСКН ПОЛНОГО УСков и формирования направленного к подложкодержателю потока плазмы осаждаемого материала. АКроме того, высокоинерционные микрокапли плазменных потоков (в случае 5 использования эрозионной плазмы)при достижении поверхности, нагретой до темературы близкой к критической температуре конденсации используемого материала или выше нее, дробятся,доиспаряются и возвращаются в видеплазмы в зону взаимодействия потоков. На чертеже изображено устройстводля реализации предлагаемого способа,содержащее плазменные ускорители 1,формирующую систему 2, подложкодержа тель З, на котором закреплено изделие 4, полый электрод 5, средство для создания магнитного поля 6, вспомогательная подложка 7, нагреваемая нагревателем 8.Плазменные ускорители 1 смещены относительно оси формирующей системы 2 и расположены под углом к ней, причем оси плазменных ускорителей пересекаются в точке, лежащей на оси формирующей системы.Смешивание встречных потоков 9 плазм исходных материалов, генерируемьж ускорителями 1 в направлении наг-за ретой поверхности вспомогательной подложки 7, происходит в зоне их взанодействия 10. Поверхность вспомогательной подложки 7 может быть выполнена ребристой (на чертеже нетранения попадания отраженпьш от нее микрокапель в направленный к подложкодержателю 3 поток плазмы 11 осаж ДЗЕМОГО материала . доП р и м е р 1. ПроизводИлось.ианесение цинковых покрытий при давлении остаточных газов в вакуумной камере 6,65-О 4 Па. Плазменными ускорителями генерировались в импульсном режиме встречные потоки плазм цинка, осуществлялось и смешивание в зоне взаимодействия и формировался направлеиньй к подложкодержателю поток плазмы цинка.При смешивании встреч- 50 ньш потоков плазм цинка осуществлялось их торможение в зоне взаимодействия на время 240 мкс, для чего плазменные потоки направлялись к поверхности вспомогательной подложки,нагретой до температуры на 30006 ниже критической температуры конденсаРии цинка Тир На металлическойповерхНасти составляющей 4000 С. На плазму В зоне взаимодействия воздействовали импульсньм электрическим полем,создаваемым путем приложения к вспомогательной подложке электрического потенциала Получены цинковые покрытия с относительным содержанием микрокапель 4 ч 0252 и максимальными их размерами, не превьшающими О,3 мкм. Производительность процесса при этом повышалась в 1,4 раза.П р и м е р 2. Аналогично наносились цинковые покрытия при температуре поверхности вспомогательной подложки, превышающей Тур на 1500 С. Максимальные размерымакродефектов в полученных покрытиях не превышали 0,1 МКМ ПРИ ОТНОСИТЕЛЪНОМ СОДЕРЖАНИИ НИК рокапель менее 0,12. ПроизводительНОСТЬ процесса при этом увеличивалась более чем в 2 раза.Способ плазменного нанесения покрытий в вакууме имеет следующие пренмущества по сравнению с ранее нчпест ньти способами в результате торможения плазм исходных материалов происходит и удержание в зоне взаимодействия, т.е. предотвращается утечка ПЛНЗМЫ ИЗ ЗОНЫ, чем птскпючшотсн непроизводительные потери исходньш материалов они используются наиболее полно и рационально, т.е. возрастает коэффициент использования массы исходньж материалов, в связи с чем реСУВС работы УСТВОЙСТВЗ ПОВЬПЦЗЕТСЯ Т увеличивается производительность процессаза счет образования заторможенного плазменного потока, приводящего к увеличению плотности плазмы в зоне взаимодействия и времени взаимодейдствия встречньщ потоков исходных плазм интенсивней протекает пронес получения покрытий сложного состава,что также приводит К увеличению производительности введение в зону протекания плазмо-хиической реакции определенных СТООГО дозированных ПОР цн исходны материалов обеспечивает эффективное и наиболее полное их использованиепредлагаеми способ обеспечивает ПОЛУЧЕНИЕ высокооднородиых ПО ТОЛЩЕ не и структуре покрыти как простого,так и сложного составов, так как в результате столкновения встречныщ по ТОКОВ ПЛЗЗМ НСХОДНЫХ МЗТВРНЗЛОВ ППОНС ХОДНТ УМЕНЬШЕНИЕ КОЛИЧЕСТВЕ И ДНСПЕРСкости мнкрокапепьной фазы-Выеоконнр способй, микрокпелъные нкпчння циоиные мнкрокапли попадающие на- ропнпстью отсУтствУют.йоверкность твердого телщ, нагретую лл л д 6 высокойтемператУрНдписпаряются 5 Использование предлагаемого спо за счет Ввада В Вин дополцительной соба напрнер, в микроэлектронике,энергии, что рбечпечишает форйнрова позволит-значительно УлУчшить-качстние направленного к подпржкодертате- во пъкрытнйра 6 шнъитБдиапазон испю бескапельного потока осаждаемого пцпъзуеихнатеРйдфв и номенклатуматериала . . 10 ру выпускаемы изделий, создать вы-л в покрытиях из тугоплавки метал- Ебкойроизводитепьные установки ваку дЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ЦО ПРЕДПЯТЗВНОНУ УННОГО нападения,- д л составитель С.Мирошкнн -л Редактор А.Народная Техред З.Палнй л к 0 РРЕКТ 0 Р 1 Ъ Бескид Заказ 4 бО 6 дсп г г тираж 606 П 6 дписн 9 е - ВННМПИ Государственного комитета СССР по делам ивпбретений н открытйй 11 З 035 Москва, Ж 35 Раушская наб. дд/5