2.2. Описание работы установки.

Вакуумная система предназначена для получения среднего вакуума представлена на рисунке 1. Она обеспечивает в вакуумной камере 1 давление 10^-7 торр при травлении в плазме тлеющего разряда. В самом начале работы механический низковакуумный насос 5 может выбрасывать значительное количество масла в трубопровод. Поэтому при включении низковакуумный механический насос 4 необходимо отсоединить от остальной части вакуумной системы клапаном 5. Предварительная откачка вакуумной системы с атмосферного давления 760 торр до 10^-2 торр производится низковакуумным механическим масляным насосом 4. Для этого при помощи клапана 6 включается вакуумный трубопровод, идущий в обход высоковакуумного насоса 3. Затем включается высоковакуумный турбомолекулярный насос 3, который обеспечивает откачку вакуумной системы до вакуума порядка 10^-7 торр, и дальнейшее поддержание вакуумной камеры в рабочем диапазоне давлений во время процесса травления в плазме тлеющего разряда. После окончания работы установки необходимо напустить воздух в вакуумные трубопроводы, для предотвращения попадания в них масла из низковакуумного механического насоса 4.

Для успешной эксплуатации данной вакуумной системы необходимо обеспечить стабильность разряда, обеспечить скорость распыления, исключить возникновение блуждающего разряда. Для этого необходимо обеспечить в зоне разряда вакуум с давлением не выше 10^-3Па. Однако следует учитывать, что вакуум будет значительно ухудшаться во время распыления за счет выделения остаточных газов, растворенных в металле а также за счет испарения самого металла. В связи с этим, при проектировании вакуумной системы установки необходимо обеспечить необходимое разрежение в зоне разряда, обеспечив откачку остаточных паров инертных газов, а в самой установке до начала распыления обеспечивать вакуум порядка 10^-6 Па.

После окончания работы установки необходимо напустить воздух в вакуумные трубопроводы, для предотвращения попадания в них масла из низковакуумного механического насоса 4.

Манометры 7 и 8 необходимы для проверки работоспособности насосов 3 и 4.

2.3. Принцип действия установки.

Сначала форвакуумный и турбомолекулярный насосы откачивают из камеры воздух и создают вакуума (3.10-6...5.10-6 ртутного столба).

В камеру встроены испарители с металлическими катодами и электрическими катушками вокруг них. В качестве катода используют такие металлы как Ti,Al,Cr.

После создания вакуума между катодом и кольцевым анодом испарителя зажигают дугу, которая нагревает и испаряет катод. Атомы металла катода ионизируется и, получая положительный заряд, "вытягивается" из столба дугового разряда более сильным внешним электрическим полем в направлении покрываемого инструмента. Дуговой разряд стабилизируется внешним электрическим полем катушки, расположенной коаксиально по отношению к катоду.

Тяжелые ионы металла катода (Ti), ускоренные электрическим полем, возбуждают и ионизируют молекулы газа-реагента, который напускают в камеру (N2). Под воздействием разности потенциалов частицы низкотемпературной плазмы ускоряются в направлении покрываемого инструмента, к которому подведен отрицательный потенциал Uоп=650В, и интенсивно бомбардируют его поверхность. Это приводит к ионному травлению поверхности инструмента, кристаллическая решетка его материала искажается и активируется.

При ионной бомбардировке инструмент разогревается, важно не нагреть его выше 560 С.

По окончанию ионной бомбардировки в камеру напускают газ-реагент, создавая заданное давление в камере. Молекулы N2 вступают в химическую реакцию с ионами металла катода, образуя вещества типа TiN,TiAlN, CrN, и притягиваемые потенциалом РИ, осаждаются на его поверхности. При осаждении покрытия происходит достройка кристаллической решетки инородным веществом (напр.TiN), что предопределяет адгезионную прочность соединения "покрытие-основа". Полученное осаждением в процессе покрытия вещество отличается значительно более высокой микротвердостью порядка 2100-2300.