PVD、ALD: 控制真空鍍膜系統(tǒng)內(nèi)的流量和壓力

      真空鍍膜腔體內(nèi)的壓力波動(dòng)將導(dǎo)致鍍膜不均勻以及重復(fù)性欠佳。質(zhì)量流量控制器控制反應(yīng)氣體的同時(shí)，采用壓力控制器控制腔體內(nèi)惰性氣體的壓力，從而提升最終等離子氣相沉積(PVD)的結(jié)果.

      真空鍍膜腔體內(nèi) 快速、精確、穩(wěn)定的壓力控制

      用戶痛點(diǎn)：真空腔體內(nèi)壓力的波動(dòng)起伏造成 鍍膜不均勻、重復(fù)性欠佳 

      問題描述: 真空鍍膜的過程通常在一個(gè)負(fù)壓 的密閉腔體內(nèi)進(jìn)行。之所以抽成真 空是因?yàn)榄h(huán)境氣體會(huì)對(duì)參與鍍膜 的各物質(zhì)間的反應(yīng)過程造成干擾， 而在真空環(huán)境下，汽化了的金屬、 電離分子、等離子反應(yīng)化合物等鍍 層就能與其它材料的被鍍表面融合了。

      簡(jiǎn)單點(diǎn)來說，真空鍍膜系統(tǒng)通常包 含兩個(gè)主要部分：首先是與真空泵 連接的真空室，通常用節(jié)流閥調(diào)節(jié) 真空程度并控制關(guān)斷以防止泄漏。 另一部分則是氣源，氣體經(jīng)過質(zhì)量 流量控制器后輸入到真空腔內(nèi)，形 成適宜鍍膜的氣體密度等級(jí)。其中 的一些為非反應(yīng)類的惰性氣體，僅 用于維持真空腔體的負(fù)壓環(huán)境，不 會(huì)對(duì)參與反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)的濃度 造成任何影響。接下來就是反應(yīng)氣 體了，比如氧化涂層過程中用的氧 氣。有些真空鍍膜過程會(huì)將非反應(yīng) 類氣體作為載氣或?qū)Ψ磻?yīng)氣體進(jìn) 行稀釋。鍍膜材料可以是經(jīng)過融化 和電場(chǎng)裝置后被電離的汽化了的 金屬。一些系統(tǒng)中還會(huì)有一部分 “凈化氣體”用于對(duì)反應(yīng)結(jié)束的過 程腔體進(jìn)行“清潔”。

      鍍膜原理也是五花八門。有些相對(duì) 保守的比如讓汽化了的金屬在被 鍍表面緩慢沉淀，還有一些則包含 溶膠，通過形成等離子蒸汽云弧與 被鍍表面融合，又或者通過對(duì)被鍍 物體充電的方式使其對(duì)目標(biāo)離子 產(chǎn)生吸附力。

      在這類空氣稀薄的環(huán)境中，壓力的 波動(dòng)會(huì)被放大化，一個(gè)十分微弱的 起伏可能引起一系列的蝴蝶效應(yīng)。 隨著各類惰性氣體、反應(yīng)氣體的引 入，再加上真空泵的啟停，各種控 制部件之間的相互作用并參與不 同時(shí)段的反應(yīng)，所有這些都將影響 整個(gè)過程系統(tǒng)的壓力和平衡。

      更細(xì)致些來講，由于真空泵啟停操 作不當(dāng)引起的短暫壓力波動(dòng)、或者 控制進(jìn)氣量的質(zhì)量流量控制器到 達(dá)控制點(diǎn)所用時(shí)間過長，這些因素 都將使得真空反應(yīng)腔內(nèi)微妙的化 學(xué)平衡失效，從而影響鍍層的均勻 性、黏附力及厚度。根據(jù)不同的鍍 膜應(yīng)用，氣體流量的控制響應(yīng)時(shí)間 是否在100毫秒以內(nèi)將從本質(zhì)上影 響膜層的厚度、均勻一致性以及整 個(gè)鍍膜過程的重復(fù)性。

      解決方案:

      采用ALICAT壓力控制器(外部傳感器31-EXTSEN-D 系列)控制往真 空腔體內(nèi)充入的惰性氣體的壓力 以營造一個(gè)控制良好的鍍膜環(huán)境。 與反應(yīng)腔體直接連接的外置真空 計(jì)測(cè)量持續(xù)的過程壓力，該壓力讀 數(shù)通過模擬信號(hào)傳輸?shù)綁毫刂?器并顯示。

      進(jìn)入腔體內(nèi)的參與反應(yīng)的氣體的 流量由質(zhì)量流量控制器控制。因?yàn)?上述的壓力控制器可以測(cè)得腔體 內(nèi)的壓力、并通過調(diào)節(jié)非反應(yīng)類氣 體的含量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)過程壓力，從而 使腔體內(nèi)形成最利于沉積的鍍膜 環(huán)境。

       快速的控制響應(yīng)速度是在減少腔 體內(nèi)壓力波動(dòng)起伏、形成最佳沉積 環(huán)境的至關(guān)重要的因素。根據(jù)不同 應(yīng)用中各不相同的過程條件定制化地調(diào)節(jié)質(zhì)量流量控制器和壓力 控制器的 PID 值，有效消除過充、 縮短到達(dá)設(shè)定值的時(shí)間、將控制響 應(yīng)時(shí)間控制在 20~30 毫秒內(nèi)，從而 形成腔體內(nèi)穩(wěn)定的壓力和氣體交 換。

      壓力控制器和質(zhì)量流量控制器均 采用常規(guī)的控制界面、標(biāo)準(zhǔn)化的命 令和程序，支持串口通訊和模擬通 訊。

      可通過串口命令或顯示屏面板操 作快速、簡(jiǎn)易地切換質(zhì)量流量控制 器的氣體，無需耗 K 系數(shù)換算，且 切換氣體后仍保持出廠時(shí)的 NIST 可溯源精度，無需重新校準(zhǔn)。

      小流量和微流量的(滿量程 0.5sccm) 的質(zhì)量流量控制器設(shè)計(jì)獨(dú)特，具有 最大的靈活性，并提供定制化的管 路接口及功能。

      方案優(yōu)勢(shì)：

      一般來說，真空鍍膜過程中反應(yīng)氣 體流量的變化會(huì)擾亂反應(yīng)腔體內(nèi) 的壓力，最終導(dǎo)致鍍膜不均及前后 不一致。

      質(zhì)量流量控制器分別控制腔體內(nèi) 各種參與反應(yīng)的氣體的同時(shí)，壓力 控制器將腔體內(nèi)的壓力精密地控 制在指定范圍內(nèi)。

      質(zhì)量流量控制器分別控制腔體內(nèi) 各種參與反應(yīng)的氣體的同時(shí)，壓力 控制器將腔體內(nèi)的壓力精密地控 制在指定范圍內(nèi)。

      據(jù)采用上述方案的真空鍍膜系統(tǒng) 集成商反饋，響應(yīng)速度極快的艾里 卡特質(zhì)量流量控制器和壓力控制 器通過精密穩(wěn)定的控制而形成的 良好的鍍膜環(huán)境，大大提升了鍍膜 結(jié)果的質(zhì)量和重復(fù)性。

      另一個(gè)性能優(yōu)勢(shì)是整套真空鍍膜 系統(tǒng)的高精度且極易進(jìn)行介質(zhì)切換。

      主要參數(shù)：

      壓力控制器： 

      重復(fù)性：±0.08% F.S. 

      量程可調(diào)比：0.5%~100% F.S. 

      典型響應(yīng)時(shí)間：100 毫秒(可調(diào)節(jié)) 

      質(zhì)量流量控制器 21V 和 21E 系列： 

      調(diào)零后精度：±(0.4% Rd + 0.2% F.S) NIST 可溯源 

      重復(fù)性：±0.2% F.S. 

      量程可調(diào)比：0.5%~100% F.S. 

      典型響應(yīng)時(shí)間：50~100 毫秒(可調(diào)節(jié)) 

      兼容 98 種常用氣體，可隨時(shí)切換 

      有條件的終身質(zhì)保

      備注： 

      1. 如需更詳細(xì)的設(shè)備參數(shù)，請(qǐng)聯(lián)系北京朗潤達(dá)科貿(mào)有限公司

      2. 21V 系列與 MKS 2179A 接口形式、功能均相同；21E 系列與 MKS 1179A 接口形式、功能均相同。

上圖從左至右依次為：壓力控制器(31-EXTSEN-D)，質(zhì)量流量控制器 21V-100SCCM， 質(zhì)量流量控制器 21E-100SCCM。