Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время большое число технологических процессов производства изделий элекгронной техники осуществляются в условиях ВЫСОКОГО И СЗ'.'рХ-высокого вакуума при жестких требованиях к спектру газовыделения и потокам мнкродис-персных частиц (МДЧ). Одним из путей решения возникающих при этом проблем является создание многокамерных вакуумных технологических установок кластерного типа, в которых осуществляется шлюзовая загрузка и выгрузка кассеты с полупроводниковыми пластинами из атмосферы в вакуумный'шлюз и обратно, операции индивидуальной обработки пластин з рабочих камерах и передача каждой пластины из кассеты в вакуумную транспортную систему с дальнейшим распределением пластин по рабочим камерам. Реализация столь сложных манипуляций в условиях вакуума іребует значительного числа механизмов в транспортных системах и в приводах различных исполнительных устройств, содержащих всевозможные пары трения.
Эффективное использование такого оборудования связано с повышением надежности функционирования механизмов, расположенных в вакууме. Разработанный Панфиловым Ю.В. новый критерий проектирования вакуумного технологического оборудования (ВТО) -"минимум привносимой дефектности обрабатываемых изделий" служит мерой, определяющей параметрическую надежность ВТО и связан с учетом влития потоков МДЧ на качество и выход годной продукции. Так, распространяющиеся в вакуумных объемах потоки час-
i тиц, осаждаясь на формируемые структуры сверхбольших интегральных схем (СВИС) приводят к значительному браку (70-90%) уже при плотности привносимой дефектности порядка 3-5 шт/смг с размерами МДЧ 0,2 мкм.
Большинство используемых в ВТО механизмов не соответствуют новым требованиям по потоку генерируемых микрочастиц. Как показывает практика, используемые в механизмах пары трения при работе выделяют в вакуумную среду значительные потоки части износа, достигающие 2000 шт/с и более. А получившие в последнее время распространение твердосмазочные покрытия (ТСП) на основе дисульфида молибдена, имеющие хорошие антифрикционные характеристики в условиях вакуума, зачастую не удовлетворяют предъявляемым требованиям по газовыделению и потоку МДЧ. Однако, появившийся в послел время метод нанесения M0S2 путем ионного распыления в вакууме, который был реали юи.ы в ИМАШ под руководством Семенова А.П., обладает некоторыми преимуществами н сравнении с другими покрытиями из твердосмазочного материала.
Псслл доааниям nap трения вакуумных механизмов посвящены работы Александровой A.'l , Деулнна ПА., К'овалсьа Л.К., Вагина II.С, Смирнова П.Д., Кужмана А.Г., Сииодеева НІ'.., Сіепанчикова СВ. и др. Ими исследованы процессы и определены характерноїпкн фрикционного взаимодействия поверхностей бет покрышп в условиях вак\\ма, разрлбоїаньї іребоваїїня, регла.меиінруюіцие состав и потоки газовыделения из вакуумных механизмов, построены физико-сгашетические модели потоков . азовьідел<чіня из ГСП "Димолит-4" дли различных механизмов, а также аналпшческие зависимости для расчета линейного износа іакою иокрышя.
(Однако, в этих работах не решены вопросы выбора метода нанесения твердосмазочно-го покрьпия на лары ірешія и проектирования механизмов с ТСII для ВТО в соответствии с новым критерием - минимумом привносимой дефектности обрабатываемых изделий. 11с-интаючпо изучены процессы, возникающие при фрикционном кон газировании детален с I'll, вопросы изнашивания такого покрытия. Не исследованы вакуумные и фрикционные хар.ікіернсіики покрытия, получаемого ношю-плазменным нанесением и нет ориентированной на промышленное использование технологии получения такого покрытия. Не разра- і .нісіді.і регулирования потоков МДЧ из пар трения вакуумных механизмов.
Кн.им образом, существует необходимое!і. разработки научно-обоснованного подхода к выбору и ііроекіированню пар трения механизмов для современного вакуумного техноло-шческою оборудования с заданными иак> умными и фрикционными характеристиками, уипывающнми фамор привносимой дефектности обрабатываемых изделий.
Поиому целого данной работы явилось создание научных основ формирования заданных I'vciuyaianHoiiiiLix свойств поверхностного сдоя деталей с твердосмазочным покрытием на основе дисульфида молибдена, используемых в механизмах вакуумного технологическо-U) оборудования.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
разрабоиша модель процессов трения и изнашивания тонкопленочного ГСП на основе MoSi и создана методика расчета параметров износа в парах трения механизмов ВТО, опирающаяся па разработанную модель;
выбраны методы, средства и разработана пригодная для промышленного использования технология нанесения 'ГСП на основе MoSj на детали пьр трения вакуумных механизмов:
исследованы вакуумные и фрикционные характеристики пар трения с ГСП на основе V.oSj (ч. .ov мнкроднеперсныч частиц, интенсивность изнашивания и др.);
разрабоїана мего;;пка проектирования вакуумных механизмов с ГСП на основе MoS; с заданными вакуумными и фрикционными свойствами.
На чащи ту пынося гея: . Физическая и математическая модель процессов трения и изнашивания тонкопленочнот иердосмазочної о покрытия;
. Результаты экспериментальных исследований вакуумных и фрикционных характеристик ар ірения с "ГСП, получаемым нонно-плазменным нанесением;
. Методика проектирования пар трения вакуумных механизмов с заданными вакуумными фрикционными характеристиками.
Научная понизив работ сосюит в следующем: На основании теоретических и экспериментальных исследований обоснованы выб 'р и елесообразноеть использования твердосмазочного покрытия на основе MoS:, формируемо-о методом нонмо-плазменного нанесения в вакууме, в узлах трения механизмов содремен-ого вакуумного технологического оборудования.
. Впервые разработана модеть изнашивания тонкопленочною твердосмазочпою покрытия а основе MoSj, позволяющая рассчитывать параметры износа пар ірения механизмов с СП с учетом предварительно формируемого микрорельефа ("микрокарманов") и пр >гно-ировать показатели надежности механизмов.
. Обоснован Принцип построения технологического процесса на основе магнетронної! !$Ч аспылителыюй системы и нонно-лучевого источника с использованием операции форми-ования микрорельефа для создания пар трения с заданными вакуумными и фрикционными арактерис чсами.
. Разработан метод регулирования потока частиц износа из механизмов путем изменения оотношения площади мпкрокарманов к общей площади покрытия.
Ирактическая значимоеть работы заключается в следующем: . Разработаны стенд и методика для определения вакуумных и фрикционных характеристик пар трения механизмов вакуумного оборудования с низкой интеїісііипосіьіо изнэшива-ия непосредственно в условиях вакуума в реальном маенпабе времени. . Создана технологическая установка, реализующая в едином вакуумном цикле нічию-учевое формирование микрорельефа и ионно-плазменное нанесение твертосмазочнот по-рьпня с требуемыми вакуумными и фрикционными свойствами для мех чппмов гакуумно-о технологического оборудования.
-
Разработана оригинальная методика выбора параметров технологического процесса нанесения ТСП на осноье M0S2 на элементы пар трения с помощью информационно-поисковой системы но технологии тонких пленок.
-
Создана база данных твердосмазочных покрытий и разработаны рекомендации по выбору покрытий для проектируемых механизмов вакуумного оборудования.
Me годы исслелокишй. Теоретические исследок ния базировались на положениях теории контактирования твердых тел Крате іьского И.В., работах Дроздова Ю.Н., Добычина М.Н , Комбалона B.C. и др. в области математического моделирования процессов трения и износа, теории распространения дислокаций при трении, разработанной Sub N.P., теории прочности и устойчивости, современных представлениях по вопросам трения, изнашивания и взаимодействия контактирующих поверхностей. Использовались исследования Слепцова В.В. по изучению поверхности, работы Семенова А.П., Воронина Н.А., Григорова А.И., Ду-ховского Е.А., Ноженкова М.В. и других по нанесению и исследованию твердосмазочных покрытий.
Экспериментальные исследования вакуумньгч и фрикциокаых характеристик (потоки частиц износа, интенсивность изнашивания) пар трения с ТСП на основе MoSj, получаемого ионно-плазменным методом, проводились на специально разработанном стенде для исследования дар трения в условиях вакуума, оснащенном современной контрольно-измерительной аппаратурой. Покрытие наносилось на вакуумной установке, оснащенной специальными технологическими средствами. Обработка результатов экспериментов проводилась с использованием вычислительной техники, оценка их точности и достоверности выполнялась на основа положений теории вероятности и математической статистики.
Апробация работы. Основные положена», работы докладывались и обсуждались на
заседаниях кафедры "Электронное машиностроение" МГТУ им.Н.Э.Баумаиа, на двух Меж
дународных Симпозиумах 'Тонкие пленки в электронике", на Российское конференции
"EIijcokhc технологии и промышленности Рогсин". .' ..
Публикации. Основное содержание рг.боты отражено в четырех печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выт *-дев и прнложени». Содержит 204 страниг<ы машинописного текста, 45 рисунков, 6 таблиц и синеок литературы из 112 наименований.