СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ТЕРМИЧЕСКОГО ВАКУУМНОГО ОСАЖДЕНИЯ СПЛАВОВ МЕТОДОМ ЭМИССИОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
PROCEDURE FOR DETERMINATION OF RATE OF THERMAL VACUUM SEDIMENTATION OF ALLOYS BY METHOD OF EMISSION SPECTROSCOPY

Предлагаемое изобретение относится к средствам наблюдения за процессом нанесения покрытий в вакууме и может быть использовано в приборостроении, электронной промышленности и машиностроении для определения скорости нанесения компонентов сплава при термическом вакуумном испарении и последующем осаждении материалов.
Известен способ определения скорости термического вакуумного осаждения и анализа состава осажденных сплавов методом эмиссионной спектроскопии при возбуждении электронным ударом (Lu С., Lightner M. J., Gogol С.A. Rate controlling and composition analysis of alloy deposition processes by electron impact emission spectroscopy (EIES).- "J. Vac. Sci. Technol.", 1977, vol.14, №1, pp.103-107). Способ заключается в возбуждении потока пара сплава пучком электронов низкой энергии, разложении излучения в спектр и регистрации эмиссионных спектров. По величине интенсивности спектральных линий компонентов парового потока определяется плотность вещества в паровом потоке и рассчитывается скорость его осаждения.
Описанный способ определения скорости осаждения реализуется устройством (Chin-shun Lu, U. S. Patent no 4036167 APPARATUS FOR MONITORING VACUUM DEPOSITION PROCESSES, filed Jan. 30, 1976), которое содержит накальный катод, анод, два фокусирующих электрода.
Описанный выше способ определения скорости осаждения является наиболее близкими к заявляемому способу. Недостаток этого способа заключается в недолговечности накального катода системы возбуждения эмиссионных спектров и наличии шумов в видимой области регистрируемого эмиссионного спектра, создаваемых излучением нити катода.
Известно устройство для эмиссионного спектрального анализа атомизированного вещества, содержащее источник высоковольтного напряжения, блок регистрации излучения, электроды с длиной разрядного промежутка D, подключенные к искровому генератору (патент RU 2223471). В данном изобретении эмиссионное излучение возникает из-за возбуждения атомов вещества искровым разрядом, а для предионизации вещества используется кратковременное действие высокочастотных гармоник импульса искры. Однако целью известного изобретения является определение состава вещества, а не его скорости осаждения, и, по этой причине, в нем применяется искровой разряд, импульсный ток которого трудно контролируется и, по этой причине, не позволяет однозначно определять скорость осаждения.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение надежности системы возбуждения и расширение диапазона регистрируемых эмиссионных спектров и скоростей осаждения путем устранения шумов излучения нити накала в видимой части спектра.
Технический результат достигается тем, что возбуждение осуществляют с помощью системы возбуждения в виде двух плоскопараллельных металлических пластин, экранированных диэлектрической обкладкой, расположенных друг против друга параллельно пути следования паров испаряемого сплава, и подключенных к выводам высокочастотного генератора.
Конструкция предлагаемой системы возбуждения показана на фигуре 1. В вакуумной камере на пути движения парового потока атомов 1 испаряемого сплава располагается металлический корпус 3 с окном 2. Через окно 2 поток атомов попадает в пространство между металлическими электродами 4, на которые подается переменное высокочастотное напряжение (частота 27,12 МГц, мощность от 10 до 80 Вт). Система электродов представляет собой вакуумный конденсатор. В объеме между электродами происходит возбуждение атомов пара под действием электронов, колеблющихся в высокочастотном электрическом поле. Внутренняя сторона электродов экранирована диэлектрическими (стеклянными) обкладками с целью сохранения электронного облака в разрядном промежутке. Электроды крепятся диэлектрическими держателями к корпусу и не касаются его. Эмиссионное излучение 7, возникающее при возбуждении атомов, поступает в телескопическую трубу 6 через окно 5. В конце телескопической трубы располагается приемник излучения 8: линза, фокусирующая излучение на вход световода 9, и стекло, защищающее линзу от запыления. Телескопическая труба служит для защиты приемника излучения от запыления.
Реализация описанного способа возбуждения оптической эмиссии, в составе системы определения скорости осаждения сплавов, показана на фигуре 2. Система включает в себя предлагаемую систему возбуждения оптической эмиссии 11, располагающуюся в вакуумной камере 14 вблизи подложки 10, на которую происходит осаждение паров 1 наносимого сплава из тигля 18. Через вакуумно-плотный переходник 13 к системе возбуждения подводится оптоволоконный кабель 9 и высокочастотное напряжение от генератора 15 по кабелю 12. В систему контроля входит спектрометр 17, выполненный с применением линейного ПЗС в качестве средства регистрации интенсивности, и персональный компьютер 16. Эмиссионное излучение, выводимое из вакуумной камеры по кабелю 9, поступает в спектрометр и раскладывается в спектр, который регистрируется линейным ПЗС. Оцифрованный сигнал с ПЗС спектрометра поступает в компьютер, где на основе полученных данных происходит расчет скорости осаждения компонент испаряемого сплава и визуализация динамики изменения скоростей.