Естественные и технические науки, № 6, 2015
Технология приборостроения
Сагателян Г.Р., доктор технических наук, профессор Демидов П. С. Шишлов А.В., аспирант (Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана)
РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЯ ПРИ МАГНЕТРОННОМ НАПЫЛЕНИИ
Рассмотрена задача расчета распределения покрытий методом магнетронного напыления. Создана компьютерная программа для расчета распределения слоя и равномерности его нанесения.
Ключевые слова: магнетронное напыление, вакуумные установки, компьютерное моделирование, программирование.
CALCULATION OF THE COATING DISTRIBUTION BY MAGNETRON SPUTTERING
The problem of calculation the coating distribution by magnetron sputtering is considered. Computer program for calculation the distribution of the layer and uniformity of its distribution.
Keywords: magnetron sputtering, vacuum systems, computer simulation, programming.
Целью выполнения операции нанесения покрытий методом магнетронного напыления является не только получение тонкой пленки, но также и обеспечение равномерности её толщины по подвергаемой напылению поверхности подложки.
Для анализа неравномерности распределения толщины покрытия рассмотрена дуальная магнетронная распылительная система, состоящая из двух расположенных рядом под некоторым углом друг к другу магнетронов [1, 2]. Магнетроны оснащаются мишенями, которые могут быть выполнены из различных материалов, что позволяет формировать сфокусированные на изделии потоки атомов и ионов тех материалов, из которых формируется покрытие. Данная система снабжена механизмом карусели для обеспечения планетарного движения подложки, что позволяет варьировать кинематические факторы процесса. По закону Ламберта-Кнудсена, скорость роста ^ толщины покрытия определяется величиной в произвольной точке A поверхности детали [3, 4]:
h
г- , "-т
t = k • — •cos ф•cos г, Р2
где к - коэффициент пропорциональности, зависящий от размеров частиц напыляемого материала и стехиометрии формируемого покрытия, мкм мм2/частицу, , hm - максимум диаграммы направленности распыления, частиц/с, р - расстояние от рассматриваемой точки A на поверхности детали до точки на распыляемой поверхности мишени, мм,
ф - угол направленности, соответствующий рассматриваемой точке A (угол распыления),
г - угол падения для точки A (угол конденсации).
Зная величины р, ф, г, характеристики материала к и режима распыления hm, можно найти скорость нанесения покрытия Выполняя расчет для различных точек хА напыляемой поверхности, можно получить эпюру распределения напыляемого материала на поверхности детали.
Естественные и технические науки, № 6, 2015
В качестве характеристики неравномерности нанесения покрытия примем величину ст, равную отношению разности между максимальной и минимальной толщиной покрытия к средней толщине покрытия.
На основе приведенной математической модели была разработана компьютерная программа, входными данными которой являются: расстояние от центра карусели до начала координат, радиус расположения деталей на сателлите планетарного механизма, радиус водила планетарного механизма, соотношение между частотами вращения сателлитов и карусели, углы наклона магнетронов к фронтальной плоскости камеры, расстояния от точечных источников напыляемого материала до оси симметрии установки, коэффициенты распыляемого материала и интенсивности распыления. Программа позволяет построить эпюру распределения толщины тонкопленочного покрытия от левого и правого магнетронов и суммарного слоя (рис. 1). В верхней части окна результатов отображаются численные значения соответствующих слоев: минимальная, максимальная и средняя толщина, характеристика неравномерности ст.
Рис. 1. Эпюра распределения толщины тонкопленочного покрытия.
Таким образом, с помощью программы можно спрогнозировать распределение толщины покрытия для различных режимов напыления и параметров установке, что позволяет провести оптимизацию геометрических и кинематических параметров установки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сагателян Г.Р., Шишлов А.В. Анализ распределения толщины тонкопленочного покрытия при магнетронном напылении на установках с планетарным перемещением подложки // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 11. DOI: 10.7463/1114.0733662.
2. Федотов А.В., Агабеков Ю.А., Мачкин В.П. Многофункциональные нанокомпозитные покрытия. // Наноиндустрия. 2008. №1. С. 24-26.
3. Никоненко В.А. Математическое моделирование технологических процессов: Моделирование в среде MathCAD. Практикум / под ред. Г.Д. Кузнецова. М.: МИСИС, 2001. 48 с.
4. Данилин Б.С., Сырчин В.К. Магнетронные распылительные системы. М.: Радио и связь, 1982. 72 с.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.