RU2485212C1 - Simulation methods of vacuum ion-beam treatment processes (versions), and specimen for their implementation - Google Patents
Simulation methods of vacuum ion-beam treatment processes (versions), and specimen for their implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485212C1 RU2485212C1 RU2011142643/02A RU2011142643A RU2485212C1 RU 2485212 C1 RU2485212 C1 RU 2485212C1 RU 2011142643/02 A RU2011142643/02 A RU 2011142643/02A RU 2011142643 A RU2011142643 A RU 2011142643A RU 2485212 C1 RU2485212 C1 RU 2485212C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- charged particles
- coating
- flow
- prism
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к средствам и методам исследования свойств потоков заряженных частиц, применяемых в технологических процессах ионной обработки для нанесения покрытий, ионного травления и модификации поверхностных свойств обрабатываемых деталей и изделий.The group of inventions relates to means and methods for studying the properties of charged particle streams used in ion processing processes for coating, ion etching and surface modification of workpieces and products.
В связи со сложностью теоретического описания комплексных процессов, происходящих при формировании и распространении потоков заряженных частиц, наиболее простым и информативным является экспериментальный метод исследования. Для реализации экспериментального метода применяются контрольные образы (образцы-свидетели). С помощью приборного оборудования производится измерение различных параметров, включая измерение толщины наносимого покрытия или удаляемого материала, а также определение химического состава наносимого покрытия. Полнота получаемой в результате измерений информации зависит от конструкции и формы применяемого контрольного образца или комплекта контрольных образцов.Due to the complexity of the theoretical description of complex processes that occur during the formation and propagation of charged particle flows, the experimental method is the simplest and most informative. To implement the experimental method, control images (witness samples) are used. Using instrumentation, various parameters are measured, including measuring the thickness of the applied coating or material to be removed, as well as determining the chemical composition of the applied coating. The completeness of the information obtained as a result of measurements depends on the design and form of the applied control sample or a set of control samples.
Известен способ исследования потоков заряженных частиц и свойств покрытий, наносимых в процессе ионной обработки, который описан в заявке DE3812020A1 (МПК: С23С 14/52, С23С 8/36, G01J 5/52, опубликована 26.10.1989). Определение параметров потоков заряженных частиц согласно данному способу осуществляется с помощью контрольного образца, установленного в вакуумной камере. В процессе ионной обработки производится сравнение температуры в генерируемом потоке, который направляется на обрабатываемые образцы, с температурой нагреваемого контрольного образца, расположенного в области распространения плазменного потока.A known method of studying the flow of charged particles and the properties of the coatings applied during the ion treatment, which is described in the application DE3812020A1 (IPC: C23C 14/52,
Наиболее близким аналогом изобретений является способ определения характеристик заряженных частиц с помощью контрольных образцов, раскрытый в заявке JP61227170 (МПК: С23С 14/52, С23С 14/54, опубликована 09.10.1986). Устройство, предназначенное для осуществления способа, содержит приемник потока заряженных частиц, который используется для нанесения покрытий на обрабатываемый образец.The closest analogue of the invention is a method for determining the characteristics of charged particles using control samples, disclosed in the application JP61227170 (IPC: C23C 14/52, C23C 14/54, published 09.10.1986). A device for implementing the method includes a receiver for the flow of charged particles, which is used for coating the processed sample.
В вакуумной камере вокруг обрабатываемого образца, закрепленного на держателе, расположены контрольные образцы. Данные образцы установлены на вращаемом держателе в одной плоскости с обрабатываемым образцом. Поверхность контрольных образцов отделена экраном от направленных потоков заряженных частиц. При перемещении окна, выполненного в экране, относительно потока заряженных частиц происходит осаждение одного из слоев многослойного покрытия на выбранный контрольный образец. В процессе нанесения многослойного покрытия на обрабатываемый образец с помощью контрольных образцов определяются параметры каждого слоя покрытия, которые, в свою очередь, характеризуют параметры потока заряженных частиц заданного состава. Однако данный метод не позволяет оперативно контролировать пространственные характеристики потоков заряженных частиц. Поскольку контрольные образцы имеют плоскую форму и фиксированную пространственную ориентацию, невозможно определить характеристики исследуемого потока в различных направлениях, определяемых траекториями движения заряженных частиц.In the vacuum chamber around the processed sample mounted on the holder, control samples are located. These samples are mounted on a rotatable holder in the same plane with the processed sample. The surface of the control samples is separated by a screen from the directed flows of charged particles. When moving the window, made in the screen, relative to the flow of charged particles, one of the layers of the multilayer coating is deposited on the selected control sample. In the process of applying a multilayer coating to the processed sample using the control samples, the parameters of each coating layer are determined, which, in turn, characterize the parameters of the flow of charged particles of a given composition. However, this method does not allow to quickly control the spatial characteristics of the flows of charged particles. Since the control samples have a flat shape and a fixed spatial orientation, it is impossible to determine the characteristics of the studied flow in different directions, determined by the trajectories of charged particles.
Группа изобретений направлена на обеспечение возможности оперативного контроля пространственных характеристик потоков заряженных частиц и свойств обрабатываемых поверхностей в различных направлениях (в зависимости от траекторий движения заряженных частиц). Решение данных технических задач позволяет повысить информативность и оперативность контроля характеристик потоков заряженных частиц при моделировании процессов ионной обработки.The group of inventions is aimed at providing the possibility of operational control of the spatial characteristics of the flows of charged particles and the properties of the treated surfaces in various directions (depending on the trajectories of movement of the charged particles). The solution of these technical problems allows us to increase the information content and efficiency of controlling the characteristics of the flows of charged particles in the simulation of ion processing.
Достижение технических результатов обеспечивается при осуществлении способа определения характеристик потоков заряженных частиц в процессе моделирования различных видов ионной обработки.The achievement of technical results is provided by the implementation of the method for determining the characteristics of the flows of charged particles in the process of modeling various types of ion processing.
Первый вариант способа связан с моделированием процессов ионной обработки, при которых производится напыление покрытий на боковую поверхность контрольного образца. Способ включает размещение, по меньшей мере, одного контрольного образца, по крайней мере, часть которого выполнена в форме призмы, в вакуумной камере. Контрольный образец ориентируют так, чтобы поверхность, по меньшей мере, одной из его боковых граней была обращена к потоку заряженных частиц. Затем осуществляют направленное воздействие потоком заряженных частиц на боковую поверхность контрольного образца с образованием покрытия.The first variant of the method is associated with the modeling of ion processing processes in which coatings are sprayed onto the lateral surface of a control sample. The method includes placing at least one control sample, at least part of which is made in the form of a prism, in a vacuum chamber. The control sample is oriented so that the surface of at least one of its lateral faces faces the flow of charged particles. Then carry out a directed action by the flow of charged particles on the side surface of the control sample with the formation of the coating.
После завершения процесса ионной обработки (напыления покрытия) определяют, по меньшей мере, одну из следующих характеристик граней боковой поверхности контрольного образца: элементный состав покрытия, толщину покрытия, твердость, величину поверхностного потенциала, границы зоны нанесенного покрытия. По полученным данным определяют, по меньшей мере, одну из следующих характеристик потока заряженных частиц: пространственную структуру потока, распределение заряженных частиц в потоке, направление движения заряженных частиц, интенсивность процесса массопереноса в потоке, границы зоны воздействия потока, угол падения заряженных частиц.After completion of the ion treatment process (coating spraying), at least one of the following characteristics of the faces of the side surface of the control sample is determined: elemental composition of the coating, coating thickness, hardness, surface potential, boundary of the applied coating zone. From the data obtained, at least one of the following characteristics of the flow of charged particles is determined: the spatial structure of the flow, distribution of charged particles in the flow, direction of movement of charged particles, the intensity of the mass transfer process in the flow, the boundaries of the flow zone, the angle of incidence of charged particles.
Применение контрольных образцов, выполненных в форме прямой призмы, позволяет получить полную информацию о характеристиках потока для любой технологической операции ионной обработки. Количество боковых граней контрольного образца, их размеры, пространственное расположение контрольных образцов и расстояние между ними выбираются в зависимости от конкретных условий и задач, решаемых при исследовании потоков заряженных частиц, а также в зависимости от требований по объему получаемой информации.The use of control samples made in the form of a direct prism allows to obtain complete information about the flow characteristics for any technological operation of ion processing. The number of lateral faces of the control sample, their sizes, the spatial location of the control samples and the distance between them are selected depending on the specific conditions and problems to be solved when studying the flows of charged particles, as well as depending on the requirements for the amount of information received.
Плоские грани боковой поверхности контрольного образца позволяют оперативно определять характеристики поверхностного слоя образца с помощью обычных средств измерений. При этом полученная информация отражает свойства потока заряженных частиц в зависимости от направления, определяемого нормалью к поверхности грани образца. Зная параметры потока заряженных частиц по различным направлениям в соответствии с ориентацией граней контрольного образца, можно определить пространственную структуру потока заряженных частиц.The flat faces of the lateral surface of the control sample allow you to quickly determine the characteristics of the surface layer of the sample using conventional measuring instruments. In this case, the obtained information reflects the properties of the flow of charged particles depending on the direction determined by the normal to the surface of the sample face. Knowing the parameters of the flow of charged particles in various directions in accordance with the orientation of the faces of the control sample, it is possible to determine the spatial structure of the flow of charged particles.
Для повышения информативности процесса измерений направленное воздействие потоком заряженных частиц осуществляют на боковую поверхность контрольного образца, часть которого выполнена в форме цилиндра, в частности в форме прямого круглого цилиндра. При этом основной участок контрольного образца может быть выполнен в форме прямой призмы. Участок контрольного образца, выполненный в форме прямой призмы, и участок контрольного образца, выполненный в форме прямого круглого цилиндра, соосны и сопряжены по своим основаниям.To increase the informational content of the measurement process, a directed action by the flow of charged particles is carried out on the lateral surface of the control sample, part of which is made in the form of a cylinder, in particular in the form of a straight round cylinder. In this case, the main portion of the control sample can be made in the form of a direct prism. The plot of the control sample, made in the form of a direct prism, and the plot of the control sample, made in the form of a straight round cylinder, are coaxial and conjugate at its bases.
Для определения направления движения потока заряженных частиц относительно обрабатываемой поверхности контрольный образец ориентируют относительно стенок вакуумной камеры, которые используются в качестве базовой поверхности. Ориентация контрольного образца может производиться с помощью маркировки, нанесенной на торцевую поверхность образца.To determine the direction of movement of the flow of charged particles relative to the surface to be treated, the control sample is oriented relative to the walls of the vacuum chamber, which are used as the base surface. The orientation of the control sample can be done using markings on the end surface of the sample.
Оперативность контроля характеристик исследуемых потоков для данного варианта способа обеспечивается также за счет использования контрольных образцов, выполненных из материала, который отличается по цвету от наносимого покрытия.The efficiency of monitoring the characteristics of the studied flows for this variant of the method is also ensured by the use of control samples made of a material that differs in color from the applied coating.
Второй вариант способа определения характеристик потоков заряженных частиц связан с моделированием процессов ионной обработки, при реализации которых происходит удаление (распыление) поверхностного слоя с боковой поверхности контрольного образца. Данный вариант способа также включает размещение, по меньшей мере, одного контрольного образца, по крайней мере, часть которого выполнена в форме призмы, в вакуумной камере. Контрольный образец ориентируют так, чтобы поверхность, по меньшей мере, одной из его боковых граней была обращена к потоку заряженных частиц. Затем осуществляют направленное воздействие потоком заряженных частиц на боковую поверхность контрольного образца с удалением (распылением) поверхностного слоя на его боковой поверхности.The second version of the method for determining the characteristics of charged particle fluxes is associated with the modeling of ion processing processes, during the implementation of which the surface layer is removed (sprayed) from the side surface of the control sample. This variant of the method also includes placing at least one control sample, at least part of which is made in the form of a prism, in a vacuum chamber. The control sample is oriented so that the surface of at least one of its lateral faces faces the flow of charged particles. Then carry out a directed action by the flow of charged particles on the side surface of the control sample with the removal (spraying) of the surface layer on its side surface.
После завершения процесса ионного травления определяют, по меньшей мере, одну из следующих характеристик граней боковой поверхности контрольного образца: твердость, толщину удаляемого слоя, величину поверхностного потенциала, границы удаляемого поверхностного слоя. По полученным данным определяют, по меньшей мере, одну из следующих характеристик потока заряженных частиц: пространственную структуру потока, распределение заряженных частиц в потоке, направление движения заряженных частиц, интенсивность процесса массопереноса в потоке, границы зоны воздействия потока, угол падения заряженных частиц.After completion of the ion etching process, at least one of the following characteristics of the faces of the lateral surface of the control sample is determined: hardness, thickness of the removed layer, value of the surface potential, boundaries of the removed surface layer. From the data obtained, at least one of the following characteristics of the flow of charged particles is determined: the spatial structure of the flow, distribution of charged particles in the flow, direction of movement of charged particles, the intensity of the mass transfer process in the flow, the boundaries of the flow zone, the angle of incidence of charged particles.
При осуществлении данного варианта способа, как и для первого варианта способа, могут использоваться контрольные образцы с дополнительным участком цилиндрической формы, сопряженным с участком в форме призмы. Для ориентации контрольного образца относительно стенок вакуумной камеры могут использоваться контрольные образцы с маркировкой, нанесенной на их торцевую поверхность.When implementing this variant of the method, as well as for the first variant of the method, control samples can be used with an additional section of a cylindrical shape, paired with a section in the form of a prism. To orient the control sample relative to the walls of the vacuum chamber, control samples with markings applied to their end surface can be used.
Оперативность контроля характеристик исследуемых потоков для второго варианта способа достигается также за счет направленного воздействия потоком заряженных частиц на боковую поверхность контрольного образца, на которую нанесено технологическое покрытие, отличающееся по цвету от материала, из которого выполнен образец.The efficiency of monitoring the characteristics of the studied flows for the second variant of the method is also achieved due to the directed action by the flow of charged particles on the lateral surface of the control sample, which is coated with a technological coating that differs in color from the material from which the sample is made.
Технические результаты достигаются при использовании для осуществления способов определения характеристик потоков заряженных частиц одного или нескольких контрольных образцов, имеющих определенную форму боковой поверхности. Каждый контрольный образец должен содержать участок, выполненный в форме призмы. При этом поверхность боковых граней образца предназначена для воздействия потоком заряженных частиц. Боковая поверхность контрольного образца может быть выполнена в форме прямой призмы. На торцевую поверхность контрольного образца наносится маркировка с целью ориентации образца относительно поверхности стенок вакуумной камеры.Technical results are achieved when one or more control samples having a certain shape of the side surface are used to implement methods for determining the characteristics of charged particle flows. Each control sample should contain a section made in the form of a prism. Moreover, the surface of the side faces of the sample is intended to be affected by the flow of charged particles. The lateral surface of the control sample can be made in the form of a direct prism. Marking is applied to the end surface of the control sample in order to orient the sample relative to the surface of the walls of the vacuum chamber.
Для повышения информативности проводимых измерений контрольный образец выполняется с дополнительным участком, имеющим форму цилиндра, в частности форму прямого круглого цилиндра. Контрольный образец может содержать первый участок, выполненный в форме прямой призмы, и второй участок, выполненный в форме прямого круглого цилиндра. При этом первый и второй участки сосны и сопряжены по своим основаниям. Диаметр цилиндрической части контрольного образца может быть равен, больше либо меньше диаметра окружности, описанной вокруг правильного многоугольника, служащего основанием первого участка в форме прямой призмы.To increase the information content of the measurements, the control sample is performed with an additional section having the shape of a cylinder, in particular the shape of a straight round cylinder. The control sample may contain a first section made in the form of a direct prism and a second section made in the form of a straight round cylinder. In this case, the first and second sections of pine are conjugated on their bases. The diameter of the cylindrical part of the control sample can be equal to, greater or less than the diameter of the circle circumscribed around a regular polygon, which serves as the base of the first section in the form of a direct prism.
Далее группа изобретений поясняется описанием примеров осуществления вариантов способа определения характеристик потоков заряженных частиц с помощью контрольных образцов при моделировании различных процессов ионной обработки.Further, the group of inventions is illustrated by a description of examples of embodiments of a method for determining the characteristics of charged particle fluxes using control samples in modeling various ion processing processes.
На прилагаемых чертежах изображено следующее:The accompanying drawings show the following:
на фиг.1 - вид сбоку на контрольный образец;figure 1 is a side view of a control sample;
на фиг.2 - вид сверху (вид А) на контрольный образец;figure 2 is a top view (view A) of a control sample;
на фиг.3 - поперечный разрез (Б-Б) контрольного образца;figure 3 is a transverse section (BB) of the control sample;
на фиг.4 - схема размещения контрольных образцов в вакуумной камере с круглым поперечным сечением;figure 4 - layout of control samples in a vacuum chamber with a circular cross-section;
на фиг.5 - схема размещения контрольных образцов в вакуумной камере с квадратным поперечным сечением.figure 5 - layout of control samples in a vacuum chamber with a square cross-section.
Установка, предназначенная для осуществления способов определения характеристик потоков заряженных частиц, содержит вакуумную камеру и генератор потока заряженных частиц. В полости вакуумной камеры устанавливается комплектThe installation, designed to implement methods for determining the characteristics of the flows of charged particles, contains a vacuum chamber and a generator of a stream of charged particles. A kit is installed in the cavity of the vacuum chamber
контрольных образцов. В рассматриваемых примерах используются 9 и 12 контрольных образцов (см. фиг.5 и 4 соответственно).control samples. In the considered examples, 9 and 12 control samples are used (see FIGS. 5 and 4, respectively).
Контрольные образцы устанавливаются в узлах крепления стойки, предназначенной для крепления и перемещения контрольных образцов. Стойка выполнена с возможностью вращения относительно стенок вакуумной камеры для исследования трехмерных потоков заряженных частиц.Control samples are installed in the attachment points of the rack, designed for mounting and moving control samples. The stand is made to rotate relative to the walls of the vacuum chamber to study the three-dimensional flows of charged particles.
Каждый контрольный образец содержит участок 1, выполненный в форме прямой призмы с восемью боковыми гранями (см. фиг.1 и 2). Второй участок 2 выполнен в форме прямого круглого цилиндра. Участки 1 и 2 соосны и сопряжены друг с другом по своим основаниям, одно из которых имеет форму круга (участок 2), а другое - форму правильного восьмиугольника (участок 1). При этом участки 1 и 2 имеют общую ось симметрии, проходящую через центры оснований участков.Each control sample contains a
Для оперативного контроля характеристик потока в процессе ионного травления на боковую поверхность участков 1 и 2 предварительно наносится покрытие, отличающееся по цвету от материала, из которого изготовлен контрольный образец. Контрольный образец снабжен держателем 3, который предназначен для установки образца в узле крепления на стойке.For operational control of the flow characteristics during ion etching, a coating that is different in color from the material of the control sample is preliminarily applied to the lateral surface of
Ориентация контрольного образца относительно стенок вакуумной камеры обеспечивается с помощью маркировки 4, нанесенной на торцевую поверхность образца в виде прямой риски. Каждый контрольный образец устанавливается в полости вакуумной камеры с помощью узла крепления стойки таким образом, чтобы одна из боковых граней участка 1 была обращена к исследуемому потоку заряженных частиц (см. фиг.2 и 3). В качестве генератора потока заряженных частиц используется вакуумно-дуговой источник ионов (для генерации потоков, содержащих ионы металлов) или газоразрядный источник ионов (для генерации потоков, содержащих ионы газов).The orientation of the control sample relative to the walls of the vacuum chamber is ensured by marking 4, applied to the end surface of the sample in the form of direct risks. Each control sample is installed in the cavity of the vacuum chamber using the rack mount in such a way that one of the side faces of
С целью визуализации границы раздела зоны наносимого покрытия материал контрольного образца отличается по цвету от покрытия, которое наносится на его боковую поверхность при воздействии потоком заряженных частиц. В случае образования на боковой поверхности контрольного образца покрытий, имеющих светло- и темно-серые (стальные) цвета, в качестве материала образца применяются материалы, имеющие желтый цвет, например латунь. Если цвет наносимого покрытия имеет желтый оттенок, материал образца выбирается светло- или темно-серого (стального) цвета. На участке 2 контрольного образца изменение цвета зоны 5 воздействия исследуемым потоком оценивается по сравнению с теневой зоной 6, которая не изменяет своего цвета после воздействия (см. фиг.3).In order to visualize the interface of the coating zone, the material of the control sample differs in color from the coating that is applied to its side surface when exposed to a stream of charged particles. In the case of the formation on the side surface of the control sample of coatings having light and dark gray (steel) colors, materials having a yellow color, for example brass, are used as the sample material. If the color of the applied coating has a yellow tint, the sample material is selected in light or dark gray (steel) color. In
При исследовании потоков заряженных частиц, обеспечивающих ионное травление поверхностного слоя контрольного образца, для визуализации границ удаляемого поверхностного слоя на боковую поверхность образца предварительно наносится технологическое покрытие, которое отличается по цвету от материала образца. Так, например, если образец выполнен из материала, имеющего светло- и темно-серые (стальные) цвета, в качестве материала покрытия применяются материалы, имеющие желтый цвет.When studying flows of charged particles providing ion etching of the surface layer of a control sample, a technological coating that is different in color from the material of the sample is preliminarily applied to visualize the boundaries of the removed surface layer. So, for example, if the sample is made of a material having light and dark gray (steel) colors, materials having a yellow color are used as the coating material.
Определение характеристик потоков заряженных частиц осуществляется с помощью контрольных образцов, изображенных на фиг.1-5, следующим образом.Characterization of the flows of charged particles is carried out using the control samples shown in figures 1-5, as follows.
В зависимости от типа воздействия потоком заряженных частиц на поверхность контрольного образца (нанесение покрытия или удаление поверхностного слоя) выбирается материал образца. При реализации первого варианта способа определения характеристик потоков заряженных частиц, при котором происходит нанесение покрытий на боковую поверхность образца, материал образца должен отличаться по цвету от материала наносимого покрытия.Depending on the type of exposure to the flow of charged particles on the surface of the control sample (coating or removal of the surface layer), the sample material is selected. When implementing the first variant of the method for determining the characteristics of the flows of charged particles, in which the coating is applied to the side surface of the sample, the material of the sample should differ in color from the material of the applied coating.
Держатели 3 контрольных образцов устанавливаются в узлах крепления стойки, расположенной в вакуумной камере. Контрольные образцы ориентируются относительно стенок вакуумной камеры, которые используются в качестве базовой поверхности. Ориентация образцов осуществляется с помощью маркировки 4, нанесенной на их торцевую поверхность. В зависимости от формы вакуумной камеры выбирается соответствующая схема ориентации контрольных образцов. В вакуумных камерах, имеющих круглое поперечное сечение, применяется полярная схема размещения образцов (см. фиг.4). В вакуумных камерах с квадратным поперечным сечением используется осевая схема размещения образцов (см. фиг.5). Каждый контрольный образец для любой из используемых схем размещения устанавливается в вакуумной камере таким образом, чтобы одна или несколько боковых граней призматического участка 1 были обращены к потоку заряженных частиц.The holders 3 of the control samples are installed in the attachment points of the rack located in the vacuum chamber. Control samples are oriented relative to the walls of the vacuum chamber, which are used as the base surface. The orientation of the samples is carried out using marking 4, applied to their end surface. Depending on the shape of the vacuum chamber, the appropriate orientation pattern of the control samples is selected. In vacuum chambers having a circular cross-section, a polar pattern of sample placement is used (see FIG. 4). In vacuum chambers with a square cross section, an axial layout of the samples is used (see FIG. 5). Each control sample for any of the used layouts is installed in a vacuum chamber so that one or more side faces of the
После установки контрольных образцов производится откачка внутреннего объема вакуумной камеры до требуемого уровня остаточного давления, который определяется условиями работы применяемого генератора потока заряженных частиц. При включении генератора осуществляется направленное воздействие потоком заряженных частиц на боковую поверхность контрольных образцов. Воздействие проводится в течение времени, необходимого для нанесения на боковую поверхность образцов покрытия требуемой толщины. В некоторых случаях, например при исследовании потоков в процессе нанесения покрытий на движущиеся образцы, производится вращение стойки, на которой закреплены контрольные образцы.After installing the control samples, the internal volume of the vacuum chamber is pumped out to the required level of residual pressure, which is determined by the operating conditions of the charged particle flow generator used. When the generator is turned on, a directed action is carried out by a stream of charged particles on the lateral surface of the control samples. The exposure is carried out for the time necessary for applying the required thickness to the side surface of the coating samples. In some cases, for example, when studying flows during the coating process on moving samples, the rack is rotated, on which control samples are fixed.
После завершения процесса направленного воздействия потоком заряженных частиц производится отключение генератора и открытие вакуумной камеры. Контрольные образцы извлекаются из узлов крепления, при этом учитывается место их расположения и их ориентация относительно стенок вакуумной камеры. Для определения свойств и характеристик исследуемого потока проводятся комплексные измерения параметров поверхностного слоя контрольных образцов.After completion of the process of directed exposure to the flow of charged particles, the generator is turned off and the vacuum chamber is opened. Control samples are removed from the attachment points, taking into account their location and their orientation relative to the walls of the vacuum chamber. To determine the properties and characteristics of the studied stream, complex measurements of the surface layer parameters of control samples are carried out.
Первоначально осуществляется визуальный осмотр боковой поверхности каждого контрольного образца. По изменению цвета поверхности образца определяют границы зоны воздействия потока заряженных частиц. Оперативная информация о границах данной зоны может быть получена в результате сравнения цветовой окраски всех граней призматического участка 1 контрольного образца. На основании полученных сравнительных данных визуального контроля определяется угол падения плазменного потока и направления движения (вектор скорости 
Более детальная информация о границах зоны воздействия может быть получена с помощью цилиндрического участка 2 контрольного образца. Зона 5 воздействия исследуемым потоком определяется по изменению цвета поверхности по сравнению с теневой зоной 6, которая сохраняет свой цвет после воздействия потока (см. фиг.3). Так, например, если контрольный образец был выполнен из латуни и после воздействия на поверхности образца образовалось покрытие, имеющее темно-серый цвет, то по границе раздела зон 5 и 6 можно определить угловой сектор, в пределах которого осуществлялось воздействие заряженных частиц на поверхность образца и осаждение покрытия.More detailed information on the boundaries of the impact zone can be obtained using the
На каждой плоской грани призматического участка 1 измеряют толщину покрытия, образуемого после воздействия исследуемого потока. Измерения толщины покрытия могут проводиться по методу сферической выемки с помощью прибора "CALOTEST".On each flat face of the
Кроме того, на каждой плоской грани участка 1 определяют элементный состав напыляемого покрытия, например, с помощью переносного рентгенофлуоресцентного спектрометра "INNOV-X2.1". На гранях участка 1 измеряют микротвердость поверхности по шкале Виккерса. Для этого может использоваться прибор "MicroMet S101" с интегрированным микроскопом и цветной цифровой камерой. Величина поверхностного потенциала материала на боковой поверхности участка 1 измеряется с помощью анализатора энергетического состояния поверхности.In addition, the elemental composition of the sprayed coating is determined on each flat face of
На основании полученных данных о состоянии поверхностного слоя боковой поверхности контрольного образца определяют, по меньшей мере, одну из следующих характеристик потока заряженных частиц: пространственную структуру потока, распределение заряженных частиц в потоке, направление движения заряженных частиц, интенсивность процесса массопереноса в потоке, границы зоны воздействия потока, угол падения заряженных частиц.Based on the data obtained on the state of the surface layer of the lateral surface of the control sample, at least one of the following characteristics of the flow of charged particles is determined: spatial structure of the flow, distribution of charged particles in the flow, direction of movement of charged particles, intensity of mass transfer in the flow, boundaries of the exposure zone flow, angle of incidence of charged particles.
При осуществлении второго варианта способа определения характеристик потока заряженных частиц, который связан с реализацией процессов ионного травления, применяются контрольные образцы с предварительно нанесенным на боковую поверхность технологическим покрытием. Материал данного покрытия отличается по цвету от материала, из которого выполнен образец.When implementing the second variant of the method for determining the characteristics of the flow of charged particles, which is associated with the implementation of ion etching processes, control samples with a technological coating previously applied on the side surface are used. The material of this coating differs in color from the material of which the sample is made.
В процессе осуществления второго варианта способа контрольные образцы также устанавливаются в вакуумной камере и ориентируются относительно стенок камеры. При ионном травлении происходит удаление предварительно нанесенного на боковую поверхность контрольного образца технологического покрытия со стороны воздействия заряженных частиц. Границы удаленного покрытия определяются на основании визуального контроля и сравнения цвета граней призматического участка 1, а также зон 5 и 6 цилиндрического участка 2. По интенсивности удаления технологического покрытия определяются характеристики потока заряженных частиц и оценивают эффективность технологической операции. Одновременно с визуальным контролем удаленного покрытия проводится измерение толщины удаленного поверхностного слоя.In the process of implementing the second variant of the method, control samples are also installed in a vacuum chamber and are oriented relative to the walls of the chamber. During ion etching, the technological coating previously applied to the lateral surface of the control sample is removed from the influence of charged particles. The boundaries of the remote coating are determined on the basis of visual control and color comparison of the faces of the
С помощью стандартного измерительного оборудования определяется микротвердость боковой поверхности контрольного образца и величина поверхностного потенциала материала поверхностного слоя после воздействия потоком заряженных частиц.Using standard measuring equipment, the microhardness of the lateral surface of the control sample and the surface potential of the material of the surface layer after exposure to a stream of charged particles are determined.
По полученным данным определяют, по меньшей мере, одну из следующих характеристик потока заряженных частиц: пространственную структуру потока, распределение заряженных частиц в потоке, направление движения заряженных частиц, интенсивность процесса массопереноса в потоке, границы зоны воздействия потока, угол падения заряженных частиц.From the data obtained, at least one of the following characteristics of the flow of charged particles is determined: the spatial structure of the flow, distribution of charged particles in the flow, direction of movement of charged particles, the intensity of the mass transfer process in the flow, the boundaries of the flow zone, the angle of incidence of charged particles.
Использование контрольного образца с участком 1, выполненным в форме прямой призмы, позволяет применять стандартное оборудование для измерения параметров поверхности на каждой плоской грани боковой поверхности образца. Вследствие того, что каждая грань призматического участка расположена под определенным углом по отношению к соседним граням и имеет плоскую форму, измеренные параметры характеризуют пространственное распределение заряженных частиц в потоке, направление движения частиц и интенсивность процесса массопереноса в исследуемом потоке.The use of a control sample with
Сочетание плоской формы участков (граней) боковой поверхности контрольного образца и различной пространственной ориентации плоских участков относительно направления движения потока заряженных частиц позволяет с помощью обычных средств измерений оперативно определять параметры поверхностного слоя образца в зависимости от направления, которое определяется нормалью к плоскости выбранной грани образца. Информация о свойствах поверхностного слоя каждого плоского участка образца характеризует пространственную структуру и свойства потока заряженных частиц в определенном направлении.The combination of the flat shape of the sections (faces) of the lateral surface of the control sample and the different spatial orientation of the flat sections relative to the direction of motion of the charged particle stream allows using conventional measuring instruments to quickly determine the parameters of the surface layer of the sample depending on the direction determined by the normal to the plane of the selected sample face. Information on the properties of the surface layer of each flat portion of the sample characterizes the spatial structure and properties of the flow of charged particles in a certain direction.
Описанные выше примеры основаны на использовании для исследования потока заряженных частиц контрольных образцов, включающих в свой состав два участка: первый участок, выполненный в форме прямой призмы, предназначен для оперативного контроля параметров поверхности образца и пространственных свойств потока заряженных частиц; второй участок, выполненный в форме прямого круглого цилиндра, предназначен для получения дополнительной информации о направлении движения потока заряженных частиц. Данные примеры не исключают возможности использования контрольного образца, вся боковая поверхность которого (за исключением поверхности держателя) имеет форму прямой призмы. Количество боковых граней контрольного образца, их размеры, пространственное расположение контрольных образцов и расстояние между ними определяются для каждого конкретного случая реализации способа определения характеристик потока заряженных частиц.The examples described above are based on the use of control samples for studying the flow of charged particles, which include two sections: the first section, made in the form of a direct prism, is designed for operational control of the surface parameters of the sample and the spatial properties of the stream of charged particles; the second section, made in the form of a straight circular cylinder, is designed to obtain additional information about the direction of motion of the flow of charged particles. These examples do not exclude the possibility of using a control sample, the entire lateral surface of which (with the exception of the holder surface) is in the form of a direct prism. The number of lateral faces of the control sample, their sizes, the spatial location of the control samples and the distance between them are determined for each specific case of the implementation of the method for determining the characteristics of the flow of charged particles.
Однако во всех случаях осуществления изобретений необходимо использовать контрольный образец, по крайней мере, часть которого выполнена в форме прямой призмы. При этом образец ориентируется таким образом, что, по меньшей мере, одна из его боковых граней обращена к исследуемому потоку заряженных частиц. Данные условия обеспечивают возможность оперативного контроля пространственных характеристик исследуемого потока и свойств обрабатываемых поверхностей в зависимости от направления движения заряженных частиц. За счет этого повышается информативность и оперативность контроля параметров.However, in all cases of the invention, it is necessary to use a control sample, at least part of which is made in the form of a direct prism. In this case, the sample is oriented in such a way that at least one of its lateral faces faces the studied flow of charged particles. These conditions provide the possibility of operational control of the spatial characteristics of the studied stream and the properties of the treated surfaces, depending on the direction of movement of the charged particles. Due to this, the information content and efficiency of parameter monitoring are increased.
Возможны варианты реализации изобретений, для которых могут не использоваться описанные выше частные случаи выполнения контрольных образцов. Например, может применяться контрольный образец без дополнительного технологического покрытия, служащего для визуализации границ зоны воздействия. В некоторых случаях реализации изобретений могут выборочно применяться отдельные средства измерений с целью определения конкретных характеристик исследуемого потока. Наряду с маркировкой, наносимой на торцевую поверхность контрольного образца, могут применяться иные средства ориентации образца относительно стенок вакуумной камеры либо относительно других базовых поверхностей.Embodiments of inventions are possible for which the above particular cases of control samples described above may not be used. For example, a control sample can be used without additional technological coating, which serves to visualize the boundaries of the impact zone. In some cases, the implementation of the invention can be selectively applied to individual measuring instruments in order to determine the specific characteristics of the studied stream. Along with the marking applied to the end surface of the control sample, other means of orientation of the sample relative to the walls of the vacuum chamber or relative to other base surfaces can be used.
Изобретения могут найти широкое применение при моделировании технологических процессов ионной обработки, включая напыление покрытий и ионное травление, а также при проведении исследований с целью изучения влияния потоков заряженных частиц на свойства материалов и покрытий.The inventions can be widely used in the modeling of ion processing processes, including coating deposition and ion etching, as well as in studies to study the effect of charged particle flows on the properties of materials and coatings.
Claims (20)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011142643/02A RU2485212C1 (en) | 2011-10-24 | 2011-10-24 | Simulation methods of vacuum ion-beam treatment processes (versions), and specimen for their implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011142643/02A RU2485212C1 (en) | 2011-10-24 | 2011-10-24 | Simulation methods of vacuum ion-beam treatment processes (versions), and specimen for their implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011142643A RU2011142643A (en) | 2013-05-20 |
| RU2485212C1 true RU2485212C1 (en) | 2013-06-20 |
Family
ID=48786309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011142643/02A RU2485212C1 (en) | 2011-10-24 | 2011-10-24 | Simulation methods of vacuum ion-beam treatment processes (versions), and specimen for their implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2485212C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU931018A1 (en) * | 1980-12-17 | 1983-08-07 | Предприятие П/Я В-8851 | Device for measuring density of distribution of accelerated particles in phase space |
| JPS61227170A (en) * | 1985-03-29 | 1986-10-09 | Fujitsu Ltd | Sputtering device |
| US6508990B1 (en) * | 1998-07-16 | 2003-01-21 | Advantest Corp. | Substrate treating method and apparatus |
| RU2214477C2 (en) * | 2001-07-18 | 2003-10-20 | Дочернее государственное предприятие "Институт ядерной физики" Национального ядерного центра Республики Казахстан | Installation for coating deposition |
| RU2344902C1 (en) * | 2007-03-29 | 2009-01-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Device used for applying coatings to powders |
| RU2362990C2 (en) * | 2007-08-08 | 2009-07-27 | Открытое акционерное общество "Инфотэк Груп" | Method and device to verify substance availability and chemical composition |
-
2011
- 2011-10-24 RU RU2011142643/02A patent/RU2485212C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU931018A1 (en) * | 1980-12-17 | 1983-08-07 | Предприятие П/Я В-8851 | Device for measuring density of distribution of accelerated particles in phase space |
| JPS61227170A (en) * | 1985-03-29 | 1986-10-09 | Fujitsu Ltd | Sputtering device |
| US6508990B1 (en) * | 1998-07-16 | 2003-01-21 | Advantest Corp. | Substrate treating method and apparatus |
| RU2214477C2 (en) * | 2001-07-18 | 2003-10-20 | Дочернее государственное предприятие "Институт ядерной физики" Национального ядерного центра Республики Казахстан | Installation for coating deposition |
| RU2344902C1 (en) * | 2007-03-29 | 2009-01-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Device used for applying coatings to powders |
| RU2362990C2 (en) * | 2007-08-08 | 2009-07-27 | Открытое акционерное общество "Инфотэк Груп" | Method and device to verify substance availability and chemical composition |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011142643A (en) | 2013-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5099291B2 (en) | Focused ion beam apparatus and sample cross-section processing and observation method | |
| CN102732844B (en) | Design method of coating uniformity correction baffle plate of spherical optical element on planetary rotating fixture of vacuum coating machine | |
| Gelfi et al. | X-ray diffraction Debye Ring Analysis for STress measurement (DRAST): a new method to evaluate residual stresses | |
| Ripoll et al. | Evaluation of Thin Film Microextraction for trace elemental analysis of liquid samples using LIBS detection | |
| Yin et al. | Investigation of ancient wall paintings in Mogao Grottoes at Dunhuang using laser-induced breakdown spectroscopy | |
| Casillas-Trujillo et al. | Experimental and theoretical evidence of charge transfer in multi-component alloys–how chemical interactions reduce atomic size mismatch | |
| Weeks et al. | Defining optimal morphology of the bond coat–thermal barrier coating interface of air-plasma sprayed thermal barrier coating systems | |
| RU2485212C1 (en) | Simulation methods of vacuum ion-beam treatment processes (versions), and specimen for their implementation | |
| Vurpillot et al. | Advanced volume reconstruction and data mining methods in atom probe tomography | |
| Dearg et al. | Frame-by-frame observations of structure fluctuations in single mass-selected Au clusters using aberration-corrected electron microscopy | |
| Galmed et al. | Three dimensional characterization of laser ablation craters using high resolution X-ray computed tomography | |
| Siano et al. | Spatially calibrated elemental depth profiling using LIPS and 3D digital microscopy | |
| Sakiew et al. | Influence of ion beam parameters onto two-dimensional optical thin film thickness distributions deposited by ion beam sputtering | |
| Liu et al. | A novel method to evaluate the densification of abradable seal coatings | |
| Seah et al. | Method to determine the analysis area of x‐ray photoelectron spectrometers—illustrated by a Perkin–Elmer PHI 550 ESCA/SAM | |
| Salhi et al. | Sputter deposition of Titanium and Nickel thin films in radio frequency magnetron discharge characterized by optical emission spectroscopy and by Rutherford backscattering spectrometry | |
| RU2581734C1 (en) | Device for contactless broadband optical control of thickness of films | |
| Berthou et al. | Characterization of lithium phosphorus oxide thin film libraries by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy imaging: A step towards high-throughput quantitative analyses | |
| CN105865861A (en) | Method for preparing sample for failure analysis | |
| Lanzutti et al. | Rf‐GDOES analysis of composite metal/ceramic electroplated coatings with nano‐to microceramic particles' size: issues in plasma sputtering of Ni/micro‐SiC coatings | |
| McIntyre et al. | Applications of rotational manipulators in the manufacture and characterization of highly curved thin films | |
| JP2008076341A (en) | Surface analysis method and secondary ion mass spectrometry | |
| Konz et al. | P, S and Cl trace detection by laser ablation double-focusing sector field ICP-MS to identify local defects in coated glasses | |
| Chiavari et al. | Outdoor bronze corrosion: nanoscale XPS investigation of silane-based protective coatings | |
| Herrera-Basurto et al. | Evaluation of destructive and non-destructive measurement methods to determine the thickness of a titanium coating deposited by physical evaporation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171025 |