PVD、ALD: 控制真空鍍膜系統內的流量和壓力

      真空鍍膜腔體內的壓力波動將導致鍍膜不均勻以及重復性欠佳。質量流量控制器控制反應氣體的同時，采用壓力控制器控制腔體內惰性氣體的壓力，從而提升最終等離子氣相沉積(PVD)的結果.

      真空鍍膜腔體內 快速、精確、穩(wěn)定的壓力控制

      用戶痛點：真空腔體內壓力的波動起伏造成 鍍膜不均勻、重復性欠佳 

      問題描述: 真空鍍膜的過程通常在一個負壓 的密閉腔體內進行。之所以抽成真 空是因為環(huán)境氣體會對參與鍍膜 的各物質間的反應過程造成干擾， 而在真空環(huán)境下，汽化了的金屬、 電離分子、等離子反應化合物等鍍 層就能與其它材料的被鍍表面融合了。

      簡單點來說，真空鍍膜系統通常包 含兩個主要部分：首先是與真空泵 連接的真空室，通常用節(jié)流閥調節(jié) 真空程度并控制關斷以防止泄漏。 另一部分則是氣源，氣體經過質量 流量控制器后輸入到真空腔內，形 成適宜鍍膜的氣體密度等級。其中 的一些為非反應類的惰性氣體，僅 用于維持真空腔體的負壓環(huán)境，不 會對參與反應的化學物質的濃度 造成任何影響。接下來就是反應氣 體了，比如氧化涂層過程中用的氧 氣。有些真空鍍膜過程會將非反應 類氣體作為載氣或對反應氣體進 行稀釋。鍍膜材料可以是經過融化 和電場裝置后被電離的汽化了的 金屬。一些系統中還會有一部分 “凈化氣體”用于對反應結束的過 程腔體進行“清潔”。

      鍍膜原理也是五花八門。有些相對 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，又或者通過對被鍍 物體充電的方式使其對目標離子 產生吸附力。

      在這類空氣稀薄的環(huán)境中，壓力的 波動會被放大化，一個十分微弱的 起伏可能引起一系列的蝴蝶效應。 隨著各類惰性氣體、反應氣體的引 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 同時段的反應，所有這些都將影響 整個過程系統的壓力和平衡。

      更細致些來講，由于真空泵啟停操 作不當引起的短暫壓力波動、或者 控制進氣量的質量流量控制器到 達控制點所用時間過長，這些因素 都將使得真空反應腔內微妙的化 學平衡失效，從而影響鍍層的均勻 性、黏附力及厚度。根據不同的鍍 膜應用，氣體流量的控制響應時間 是否在100毫秒以內將從本質上影 響膜層的厚度、均勻一致性以及整 個鍍膜過程的重復性。

      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 空腔體內充入的惰性氣體的壓力 以營造一個控制良好的鍍膜環(huán)境。 與反應腔體直接連接的外置真空 計測量持續(xù)的過程壓力，該壓力讀 數通過模擬信號傳輸到壓力控制 器并顯示。

      進入腔體內的參與反應的氣體的 流量由質量流量控制器控制。因為 上述的壓力控制器可以測得腔體 內的壓力、并通過調節(jié)非反應類氣 體的含量實時調節(jié)過程壓力，從而 使腔體內形成最利于沉積的鍍膜 環(huán)境。

       快速的控制響應速度是在減少腔 體內壓力波動起伏、形成最佳沉積 環(huán)境的至關重要的因素。根據不同 應用中各不相同的過程條件定制化地調節(jié)質量流量控制器和壓力 控制器的 PID 值，有效消除過充、 縮短到達設定值的時間、將控制響 應時間控制在 20~30 毫秒內，從而 形成腔體內穩(wěn)定的壓力和氣體交 換。

      壓力控制器和質量流量控制器均 采用常規(guī)的控制界面、標準化的命 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、簡易地切換質量流量控制 器的氣體，無需耗 K 系數換算，且 切換氣體后仍保持出廠時的 NIST 可溯源精度，無需重新校準。

      小流量和微流量的(滿量程 0.5sccm) 的質量流量控制器設計獨特，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：

      一般來說，真空鍍膜過程中反應氣 體流量的變化會擾亂反應腔體內 的壓力，最終導致鍍膜不均及前后 不一致。

      質量流量控制器分別控制腔體內 各種參與反應的氣體的同時，壓力 控制器將腔體內的壓力精密地控 制在指定范圍內。

      質量流量控制器分別控制腔體內 各種參與反應的氣體的同時，壓力 控制器將腔體內的壓力精密地控 制在指定范圍內。

      據采用上述方案的真空鍍膜系統 集成商反饋，響應速度極快的艾里 卡特質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 結果的質量和重復性。

      另一個性能優(yōu)勢是整套真空鍍膜 系統的高精度且極易進行介質切換。

      主要參數：

      壓力控制器： 

      重復性：±0.08% F.S. 

      量程可調比：0.5%~100% F.S. 

      典型響應時間：100 毫秒(可調節(jié)) 

      質量流量控制器 21V 和 21E 系列： 

      調零后精度：±(0.4% Rd + 0.2% F.S) NIST 可溯源 

      重復性：±0.2% F.S. 

      量程可調比：0.5%~100% F.S. 

      典型響應時間：50~100 毫秒(可調節(jié)) 

      兼容 98 種常用氣體，可隨時切換 

      有條件的終身質保

      備注： 

      1. 如需更詳細的設備參數，請聯系北京朗潤達科貿有限公司

      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)，質量流量控制器 21V-100SCCM， 質量流量控制器 21E-100SCCM。