НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o481.Pdf (1621.25Кб)

УДК 621.793

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Предметом статьи является операция нанесения тонкопленочных покрытий методом ионно-плазменного напыления, выполняемая на установках с магнетронным распылением мишеней. Для повышения равномерности толщины наносимого покрытия различные изготовители снабжают свои установки механизмами перемещения напыляемой детали, а иногда и магнетронов. Более конкретно предметом статьи являются операции ионно-плазменного напыления, выполняемые на установках, снабженных механизмом  планетарного перемещения напыляемой детали в плоскости, перпендикулярной к плоскостям двух распыляемых мишеней.
Целью работы являлось повышение равномерности распределения толщины покрытия по напыляемой поверхности детали за счет подбора наилучших сочетаний кинематических и геометрических факторов, характеризующих конкретную операцию напыления в зависимости от размеров и расположения напыляемой поверхности. К этим факторам относятся: соотношение между направлениями и частотами собственного вращения сателлита планетарного механизма, несущего заготовку-подложку, и переносного  движения – вращения водила, несущего сателлит; углы наклонов плоскостей правого и левого магнетронов по отношению к фронтальной плоскости установки. Поскольку математические модели для соответствующих расчетов для рассматриваемого типа конструкций установок практически отсутствуют, более конкретно целью представленной статьи являлась разработка методики для оценки неравномерности толщины покрытий, наносимых на установках рассматриваемого типа.
Для достижения поставленной более конкретной цели использовали аналитический метод исследования, применяя положения аналитической геометрии и теоретической механики.
Основными результатами исследования, изложенными в представленной статье, являются:
- математические модели зависимостей изменяющихся в процессе напыления геометрических и кинематических параметров, характеризующих каждую рассматриваемую точку на поверхности заготовки, от текущего положения заготовки в составе планетарного механизма;
- методика и алгоритм компьютерного расчета распределения толщины тонкопленочного покрытия по поверхности подложки. Методика основана на предложенной модели зависимости скорости роста толщины покрытия в каждой рассматриваемой точке напыляемой поверхности от изменяющихся в процессе напыления геометрических и кинематических параметров, характеризующих эту точку.
В качестве геометрических и кинематических параметров,  характеризующих каждую рассматриваемую точку на поверхности заготовки, рассмотрены изменяющиеся в процессе напыления: расстояния от рассматриваемой точки до точечных источников напыляемого материала, каковыми представлены зоны эрозии на мишенях магнетронов; углы направленности от точечных источников напыляемого материала на рассматриваемую точку поверхности заготовки; углы падения в рассматриваемую точку на поверхности заготовки напыляемого материала, эмитированного из указанных точечных источников.
Предложенные методика и алгоритм расчета толщины покрытия позволяют учитывать работу только тех источников напыляемого материала, для которых угол падения напыляемого материала на напыляемую поверхность по абсолютной величине не более прямого.
По сравнению с другими, близкими по теме публикациями материал представленной статьи вводит в обращение возможность расчета неравномерности тонкопленочного покрытия для нового, не рассматривавшегося ранее,  класса механизмов технологической оснастки к установкам магнетронного напыления. 
Возможными областями применения полученных результатов являются технология точного приборостроения и микроэлектроники в части обеспечения равнотолщинности функциональных покрытий, а также технология оптических покрытий. Отдельно следует отметить возможности применения результатов при нанесении двухкомпонентных покрытий.
Предложенная методика расчета распределения толщины тонкопленочных покрытий расширяет технологические возможности установок магнетронного напыления с планетарным механизмом перемещения подложки. Статья может быть рекомендована для инженеров-технологов приборостроительных предприятий, работающих с напылительными установками. В перспективе развитие данных исследований должно быть направлено на экспериментальное уточнение численных значений технологических коэффициентов, применяемых в расчетах скорости роста толщины покрытия.

1. Берлин Е.В., Сейдман Л.А. Ионно-плазменные процессы в тонко-пленочной технологии. М .: Изд - во « Техносфера », 2010. С . 457-488.
2. Коновалов С.Ф., Пономарев Ю.А., Майоров Д.В., Подчезерцев В.П., Сидоров А.Г. Гибридные микроэлектромеханические гироскопы и акселерометры // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2011. № 10. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/219257.html (дата обращения 01.10.2014) .
3. Богданович В.И., Барвинок В.А., Кирилин А.Н. Тонкопленочные электронагреватели с наноструктурным резистивным слоем для терморегулирования бортовой аппаратуры космических аппаратов // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2010. № 3. С . 111-117 .
4. Odinokov S.B., Sagatelyan H.R. The design and manufacturing of diffraction optical elements to form a dot-composed etalon image within the optical systems // Optics and Photonics Journal. 2013. Vol . 3, no . 1. P . 102 - 111. DOI:10.4236/opj.2013.31017
5. Сагателян Г.Р., Новоселов К.Л., Шишлов А.В., Щукин С.А. Совершенствование технологического процесса изготовления пластины маятникового акселерометра // Естественные и технические науки. 2012. № 6. С. 369-376.
6. Савуков В.В. Уточнение аксиоматических принципов статистической физики (теоретическое обоснование поискового проекта “ Pitch Fleck ”). СПб.: Балтийский государственный технический университет «Военмех» им. Д.Ф. Устинова, 2010. С. 36-42.
7. Данилин Б.С., Сырчин В.К. Магнетронные распылительные системы. М.: Радио и связь, 1982. С. 88-89.
8. Костржицкий А.И., Карпов В.Ф., Кабанченко М.П., Соловьева О.Н. Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме. М.: Машиностроение, 1991. С. 98-104.
9. Никоненко В.А. Математическое моделирование технологических процессов: Моделирование в среде MathCAD . Практикум / под ред. Г.Д. Кузнецова. М.: МИСИС, 2001. 48 с.
10. Мансуров Г.Н., Петрий О.А. Электрохимия тонких металлических пленок: монография. М.: МГОУ, 2011. 351 с.
11. Беляев С.Н. Технологические особенности выбора материалов и методов напыления узлов гироприборов // Известия ВУЗов. Приборостроение. 2009. Т. 52, № 3. С. 73-79.
12. Одиноков В.В., Павлов Г.Я. Вакуумная установка магнетронного нанесения металлических и диэлектрических нанопленок «Магна ТМ-200-01» // Наноиндустрия. 2008. № 4. С. 10-12.
13. Берлин Е.В., Двинин С.А., Сейдман Л.А. Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких пленок. М.: Техносфера, 2007. 176 с.
14. Агабеков Ю.В., Сутырин А.М. Несбалансированные магнетронные распылительные системы с усиленной ионизацией плазмы // Постоянно действующий научно-технический семинар “Электровакуумная техника и технология”: тр. Т. 1. М., 1999. С. 102-108.
15. Федотов А.В., Агабеков Ю.А., Мачикин В.П. Многофункциональные нанокомпозитные покрытия // Наноиндустрия. 2008. № 1. С. 24-26.