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改进的过程气体控制优化反应溅射

点击次数:153发布时间:2020-03-23

流量控制器中定制的阀门响应算法产生更好的薄膜,可以更好地控制目标的过渡状态。

1、反应溅射

反应溅射是一种物理气相沉积工艺,用于真空镀膜

 

该工艺通过将反应气体(如O2或N2)引入惰性气体(如氩气)产生的等离子体中,在基板上沉积复合材料涂层。

活性气体被等离子体激活,然后与“目标”(通常由金属、合金或陶瓷组成)发生化学反应,生成沉积在基材上的涂层材料。所得到的氧化物、氮化物或碳化物涂层赋予涂层低发射率、耐久性等特点。

反应溅射沉积是制造和研发常用的方法,例如:

  • 电视和手机的平板显示器

  • 太阳能电池上的光伏涂层

  • 太阳镜上的光学涂层

  • 五金和汽车零部件的装饰涂料

  • 建筑玻璃隔热涂料

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Alicat气体质量流量控制器与常见的活性气体兼容。这些气体以及一些典型的化合物:

  • 氧(O2) -生成诸如Al2O3、SiO2、TiO2、ITO(铟锡氧化物)等氧化物

  • 氮(N2)产生氮化物,如锡,ZrN, CrN

  • 乙炔(C2H2)或甲烷(CH4) -用于类金刚石薄膜

 

2、控制溅射过程

 

通过控制反应气体流量和时间,可以在一定程度上调整沉积速率和薄膜性能。使用流量控制不需要主动反馈,但与闭环控制相比,沉积速率较低,薄膜性能可能会较低。

与流量控制相比,分压闭环控制提供了更高的沉积速率,改善了薄膜性能。但是闭环控制需要主动反馈控制,增加了工艺的复杂性和成本。

同样重要的是,闭环控制系统对反馈做出快速而准确的响应,以确保良好的涂层。

由于反应是电化学的,可能在目标暴露于气体或基板暴露于等离子体云的毫秒内发生,因此控制要求非常严格。

闭环控制系统通过反馈信号实时测量工艺条件。常用的反馈信号包括:

  • 目标电压

  • 等离子体的光学发射,通常称为等离子体发射监测或PEM

  • 反应气体的分压,用残余气体分析仪或RGA测量

 

3、避免目标中毒

决定沉积质量的另一个重要变量是溅射过程中目标的状态。增加的活性气体流量,加速了化学反应,但也会引起“目标中毒”。

当目标中毒发生时,沉积速率降低,真空和电压水平的不良变化,都会对目标和基质造成损害。闭环控制系统可以维持目标的“过渡”状态,避免中毒。

闭环控制也比流量控制涂层更灵活,允许多气体和多区域的过程控制。Alicat 质量流量控制器为涂层专家提供现场可调的PID,以达到任何质量流量控制器快的响应速度,改善工艺稳定性和涂层室条件。

PID和PDF+算法通过改变响应控制命令的速率和方式来优化控制。有多种PID算法,允许用户对任何过程控制信号产生好的流量控制响应。

 

Alicat 质量流量控制器与现有溅射工具上的机械和电气连接兼容,通常用于升级或更新过程控制。有许多数字和模拟接口,包括RS-232和RS-485。它们可以与诸如DeviceNet和EtherNet/IP之类的协议相结合。

Alicat质量流量控制器包括Gas Select™功能。有了它,您可以轻松地切换气体,而无需进行K系数计算或其他补偿,因为每个质量流量控制器都包含一个气体特性数据库,涵盖整个工作压力和温度范围。

结合气体选择和扩大的200:1控制范围,客户大大减少了不同质量流量控制器的数量,以满足反应溅射的需要。

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