Способ нанесения молибденового покрытия в вакууме

 

Использование: изобретение относится к техно в гии нанесения пикрытий в вакууме . Сущность изобретения: процесс нанесения покрытия осуществляют в вакууме при давлении (2,5-3,0) 101 Па и температуре испаряемого материала (0,7-0,8)1™, где Тпл - температура плавления молибдена. Подложку располагают на расстоянии 1-5 мм от испаряемого материала, а температура ее не должна превышать 1000 К. Предлагаемый способ позволяет увеличить производительность , снизить энергозатраты и наносить слои на внутренние поверхности различных полостей. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 23 С 14/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4913061/21 (22) 11.01.91 (46) 23.05.93. Бюл. М 19 (71) Пермский политехнический институт (72) Я.В.Лямин и P.À.Ìóñèí (56) Авторское свидетельство СССР

f+ 1321116, кл. С 23 С 14/26, 1988. (54) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ МОЛИБДЕНОВОГО ПОКРЫТИЯ В ВАКУУМЕ (57) Исг ..льзование: изобретение относится к технс.;,гии нанесения г :мрытий в вакууме. Сущность изобретения." процесс нанесеИзобретение относится к способам нанесения покрытий в вакууме и может быть использовано в различных отраслях приборотстроения.

Целью изобретения является повышение производительности и снижение энергозатрат при нанесении молибденового покрытия на подложку в вакууме путем повышения давления остаточных газов в вакуумной камере во время формирования молибденового покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу нанесения покрытий в вакууме; включающему размещение в рабочей камере подложки напротив материала покрытия, откачку рабочей камеры, нагрев с последующим испарением и конденсацией пара материала покрытия на подложке, подложку размещают на расстоянии 1-5 мм от испаряемого материала, откачку камеры осуществляют до давления 6,6 10 — 5 104 Па испаряемый материал нагревают до температуры (0,7 — 0,8)ТПЛ, где T» — температура

„„„ Ц „„1816801 А1 ния покрытия осуществляют в вакууме при давлении {2,5 — 3,0) . 101 Па и температуре испаряемого материала (0,7 — 0,8)Тпл, где Тпл — температура плавления молибдена. Подложку располагают на расстоянии 1 — 5 мм от испаряемого материала, а температура ее не должна превышать 1000 К, Предлагаемый способ позволяет увеличить производительность, снизить энергозэтраты и наносить слои на внутренние поверхности различных полостей. 1 ил. плавления молибдена, выдерживают в течение 1,5-5 мин, затем давление в камере повышают до (2,5 — 3) . 10 Па, осуществляют выдержку до получения требуемой толщины покрытия, затем давление понижают до первоначального, выдерживают в течение 1,5 — 3 мин и прекращают нагрев материала испаряемого на подложку, температура которой в процессе испарения находится в пределах 473 — 1000 К, Сущность способа заключается в создании необходимых условий для окисления нагретого до высокой температуры молибдена с образованием диоксида молибдена (Мо02 г), который имеет высокое значение давления пара при данной температуре, Непосредственно до формирования покрытия и после давление в рабочей камере поддерживают на уровне 6,6 10 — 5 10

Па. Создание такого давления в камере необходимо в первом случае для очистки поверхности испаряемого материала от различных загрязнений и предотвращения

1816801 неконтролируемого окисления, а во втором случае для прекращения контролируемого окисления и нанесения покрытия на подложку и подготовки материала покрытия к последующим циклам нанесения покрытия, например нэ другие подложки.

Перевод высокотемпературных материалов, обладающих низким давлением насыще нного""пара вплоть" до температур плавления, непосредственно из конденсированного состояние в парообразное с последующим конденсированием пара на подложке, т.е. нанесение покрытия, является очень длительным процессом и поэтому малоэффективным и непроизводительным.

Испарение же молибдена через его диоксид (MoOz г) позволяет интенсифицировать процесс испарения ввиду высокого парциального давления пара диоксида, который, соприкасаясь с более холодной подложкой диспропорционирует с образованием молибдена, который в свою очередь конденсируется на подложке. Так, например, пэрциэльное давление пара MoOz г при темпеоэтчое пооцесса 2026 — 2316 К составляет

10 — 10 5 Па„, что и обуславливает увеличе. ние скорбсти процесса нанесения молибдена на подложку. При этом нет необходимости нагревать материал покры-. тия (Mo) до температуры его плавления, что позволяетснизитьэнергозатраты, Первона- а чальная откачка камера до5 10 Па необходима для того, чтобы во время нагрева лспэряемого материала и последующей эыдор>кки не происходило его окисление, т.е, образование диоксида молибдена, который начнет диспропорционировать на подложке, температура которой еще ниже 473 К, что приведет к образованию некачественного покрытия Выдержка до процесса нанесения покрытия, при нагретом испаряемом материале, позволяет произвести подогрев подложки, что также предотвращает образование некачественного покрытия.

Величинэдавления5 10 Па при первоначальной откачке и повторном снижении давления приводится KBK частный конкрет ный пример, и в данном случае, является верхней границей. Давление может быть и ниже, если позволяют используемые средства откачки. Нижний предел давления должен быть таким, чтобы при нагреве молибдена и последующей выдержке не происходило окисление Мо, Величина этого давления составляет 6,6 10 Па. При давлении несколько выше, например (8 — 9) 10 Пэ, молибден при нагреве начинает заметно окисляться.

Повторное снижение давления (после процесса испарения и конденсации Мо на подложк ) до первоначального значения (6,6 . 10 — 5 10 Па), выдержка в течении

1,5 — 3 мин при нагретом испаряемом материале необходимы для того, чтобы прекратить процесс окисления молибдена и произвести возгонку оставшейся части диоксида с поверхности нагретого молибдена.

"0 Удаление оксида с поверхности нагретого молибдена на заключительной стадии предотвращает при последующих циклах нане- сения покрытий неконтролируемое осаждение молибдена на не подогретую

15 подложку, Нагрев подложки осуществляется за счет теплоизлучения от нагретого испаряемого материала. Поскольку нагрев подложки осуществляется за счет теплоизлучения, 20 то нагрев ее начинается в тот момент, когда температура испаряемого материала равна (0,7-0,8)Тпл (циклограмма представлена нэ, чертеже), При строгом соблюдении технологических и геометрических (расстояние от

25 подложки до испаряемого материала) параметров за весь цикл нанесения покрытия подложка не нагревается выше 1000 К.

Нижним пределом температуры подложки является температура 473 К, Данное

30 значение температуры определялось экспериментально и с учетом того, что адгезионная прочность (или прочность сцепления) между покрытием и подложкой зависит от температуры подложки. Для обеспечения

35 хорошей прочности покрытия с подложкой последнюю необходимо подогревать до несколько сотен градусов.

Пример 1. Молибденовое покрытие наносили на кварцевую подложку. Подлож40 ку устанавливали на расстоянии 3 мм от испаряемого материала, камеру герметизировали, производили откачку до давления

5 10 Па. Затем испаряемый материал (Mo) нагревали до 2316К и при этой темпе45 ратуре и давлении производили выдержку в течении 1,5 мин. За это время подложка прогрелась до 473 К. Затем давление в камере повышали до 3 10 Па и производили выдер>;ку в течении 5 мин. В это время происходит осаждение покрытия на подложку.

Далее давление в камере понижали до первоначального (5 . 10 Пэ) и выдержива55 ли еще 3 мин, после чего нагрев испаряемого материала прекращали, После охлаждения подложки камеру открывали и подложку извлекали из камеры, Толщина молибденового покрытия на подложке со1816801

35 крытия с подложкой, обусловленной низкой температурой последней, приводят к отсло- 40 ению покрытия.

55 ставляла 6 мкм, качество покрытия хорошее и равномерное, Пример 2. Подложку размещали над испаряемым материалом (Мо) на расстоянии 5 мм. Камеру герметезировали и пооизводили откачку до давления 5 10 Па, осуществляли нагрев испаряемого материа-. ла до 2316 К и после 1 мин выдержки давление в камере повышали до 3 10 Па. С этого момента идет процесс нанесения молибдена на подложку. Температура подложки в это время 380 К. Далее осуществляли выдержку в течении 5 мин. Затем давление в камере понижали до первоначального (5 . 104 Па), выдерживали 3 мин и нагрев испаряемого материала прекращали. После охлаждения подложки камеру открывали и подложку извлекали. Толщина покрытия составляла 7 мкм, однако покрытие имело чешуйчатый вид и отставало от подложки, т.е. качество покрытия плохое.

Таким образом получить качественное молибденовое покрытие на подложке, температура которой ниже 473К (и при предварительной выдержке менее 1,5 мин) не представляется возможным, Это объясняется след; .ощим: процесс диспропорционирования газообразного диоксида молибдена (МоО газ), т.е. его разложение на чистый Мо и газообразный триоксид (МоСэ}, наиболее эффективно прстекает при его контакте с подложкой, имеющей более низкую температуру. В то же время, при интенсивном росте слоя молибдена на подложке, на границе Мо кварц возникают и развиваются остаточные напряжения, которые, при малой адгезионной прочности поПример 3. Нанесение молибденового покрытия осуществляли на кварцевую подложку.. Подложку размещали над испаряемым материалом на расстоянии 1 мм, камеру герметезировали и откачивали до

6,7 10 Па, испаряемый материал нагревали до 2026К, выдерживали 1,5 мин, повышали давление до 2,5 10 Па (подложка в это время имела температуру 473К), осуществляли выдержку в течении 5 мин. По истечении этого времени давление в камере понижали до первоначального, выдерживали 1,5 мин, затем нагрев прекращали. Подложка охлаждалась, камеру разгерметезировывали и подложку извлекали из камеры. Толщина молибденового слоя на подложке 7 мкм, качество хорошее, покрытие равномерное.

Пример 4. Нанесение молибденового покрытия осуществляли на кварцевую подложку. Подложку размещали над испаряемым материалом на расстоянии 5 мм, камеру герметизировали и откачивали до

5 10 Па, испаряемый материал нагревали до 2316К, выдерживали 5 мин, повышали давление до 3 10 Па (подложка в это время имела температуру 1000К), осуществляли выдержку в течении 5 мин. По истечении этого времени давление в камере понижали до первоначального, выдерживали 3 мин, затем нагрев прекращали, Подложка охлаждалась, камеру разгерметезировывали и подложку извлекали из камеры, Толщина молибденового слоя на подложке 6 мкм, качестве хорошее, покрытие равномерное.

Пример 5. Как и в предыдущих примерах, осуществляли нанесение молибденового покрытия на кварцевую подложку.

Подложку размещали над испаряемым материалом на расстоянии 5 мм, камеру герметизировали и откачивали до 8,5 . 10 Па, испаряемый материал нагревали до 2316К, выдерживали 3 мин, повышали давление до

3 10" Па (подложка в это время имела температуру 773К), осуществляли выдержку в течении 5 мин. По истечении этого времени давление в камере понижали до первоначального, выдерживали 3 мин, затем нагрев прекращали. Подложка охлаждалась, камеру открывали и подложку извлекали из камеры, Качество покрытия плохое, отделяется от подложки и имеет чешуйчатый вид.

Это подтвержуает то, что при давлении в камере 8,5 . 10 Па Мо с момента начала нагрева окисляется и происходит диспропорционирование диоксида на недостаточно подогретой подложке.

Преимущества предлагаемого технического решения состоят в увеличении производительности процесса нанесения молибденового покрытия на подложку, снижение энергозатрат роцесса, а также в возможности наносить покрытия на внутренние поверхности полостей.

Формула изобретения

Способ нанесения молибденового покрытия в вакууме, включающий размещение в вакуумной камере подложки напротив испаряемого материала, откачку вакуумной камеры, нагрев материала покрытия с последующим испарением и конденсацией на подложке, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности процесса, повышения качества и снижения

1816801

V,11а

-5

10 — 4

10 (О "r-0 8)тпл

-г

10

1000

1

10 т нин

Составитель Г. Гафарова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М,Ткач

Редактор

Заказ 1709 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 энергозатрат, подложку размещают на расстоянии 1-5,мм от испаряемого материала, откачку камеры осуществляют до давления

6,6 ° 10 2 — 5 ° 10 Tla, испэряемый материал нагревают до (0,7-0,8)Тпл, где Тпл температура плавления молибдена, выдерживают в течение 1,5-5.0 мин, затем давление в камере повышают до (2,5-3) 10 Па, осуществляют выдержку до получения требуемой толщины покрытия, затем давление понижают до первоначальной величины 6,7 ° 102 — 5 ° 10"

5 Пэ, выдерживают 1,5-3,0 мин и прекращают нагрев материала, испаряемого на подложку, температура которой в процессе испарения находится в пределах 473-1000 К.