真空设备讲义ppt课件

1、真空設備維護與保養真空設備維護與保養NLVC-TY PVD廠廠2021.05.20目目 录录 几个镀膜参数分析几个镀膜参数分析 真空设备常见故障与处理真空设备常见故障与处理 设备定期维护设备定期维护 配件管理配件管理月球月球世界最低人造地球卫星世界最低人造地球卫星(近地点近地点) 150我国第一颗人造地球卫星我国第一颗人造地球卫星(近地点近地点) 438我国第一颗人造地球卫星我国第一颗人造地球卫星(远地点远地点) 2384珠穆朗玛峰珠穆朗玛峰 8.848 壓力壓力 Torr Torr地球半径地球半径637063701Atm=7601Atm=7602362361451457.7x10-37.7x

2、10-34.0 x10-84.0 x10-84.6x10-124.6x10-127.5x10-147.5x10-14对流层对流层电离层电离层外大气层外大气层平流层平流层星际空间星际空间121280803803803844003844000 0大气压力随海拔高度的变化大气压力随海拔高度的变化10-15 10-2010-15 10-20地球地球高度高度Km一一.几个镀膜参数分析几个镀膜参数分析 就是对功率(电压/电流) 流量压力时间温度间隔形状等制成参数的整合. 分類 項目單位设定值 RF 功率W600 RF 清潔時間0.1秒200 RF 抽氣時間0.1秒200 RF MFC3-02 流量SCCM

3、200 RF-XG 壓 力UNIT595 DC鍍膜前 靜置時間0.1秒200 DC-01 鍍膜功率KW改变 移動延遲 ON時間0.1秒 移動延遲 OFF時間0.1秒 CAMFC1-Ar 流量SCCM150 CA-XG 壓力UNIT0 鍍膜時間 單靶秒改变 1.1 溅射率与离子入射角的关系溅射率与离子入射角的关系00 90 1mSm 对Au,Ag,Cu,Pt影响小.; 对Al,Fe,Ti,Ta影响大.结 论: 入射角6080时,级联碰撞深度/范围合适, 阻挡作用最小,轰击效果最佳,溅射率最大.ArAl靶靶溅射率 入射角 1.2 沉积速率工作气压的关系沉积速率工作气压的关系343638404244

4、464850320.150.200.250.300.350.40 0.450.50工作气压Pa沉积速率(um/min)结结 论论 : 工作气压有一最佳值工作气压有一最佳值,可用溅射可用溅射率为依据来选择工作气压值率为依据来选择工作气压值. 1.3 温度温度-200020040060080010000.51GeAuCuAgZnBi温度 溅射率 S溅射率与靶温度的关系v 溅射率与靶温度有关系溅射率与靶温度有关系. 靶温超过靶材升华温度靶温超过靶材升华温度,就会是就会是“溅射与靶原子的蒸发复合作用溅射与靶原子的蒸发复合作用, 溅射率陡溅射率陡增增, 沉積速率将急剧增加沉積速率将急剧增加,膜層厚度無法

5、控制膜層厚度無法控制. 溅射时注溅射时注意控制靶的温度意控制靶的温度,防止溅射率急剧增加现象防止溅射率急剧增加现象. 溅射时靶始终处于高能粒子的轰击溅射时靶始终处于高能粒子的轰击中中, ,粒子入射到靶后粒子入射到靶后1%1%的能量被交给的能量被交给了溅射出来的原子了溅射出来的原子, ,其中其中75%75%的能量使靶的能量使靶加热加热. .其余消耗在次级电子轰击工件等其余消耗在次级电子轰击工件等. . 溅射出靶原子溅射出靶原子 其它其它 加热靶加热靶 v 轰击靶的粒子動能大部分轉換成熱能轰击靶的粒子動能大部分轉換成熱能, ,使靶加热使靶加热. .热量的来源热量的来源冷却水进冷却水进冷却水出冷却水

6、出绝缘板绝缘板背板背板阴极架阴极架屏蔽环屏蔽环温感线温感线DCDC电源线电源线冷却水進出管冷却水進出管间接冷却示意图间接冷却示意图靶座靶座靶冷却方式靶冷却方式靶材靶材v 直接冷却直接冷却-水直接通到背板背面水直接通到背板背面. .v 间接冷却间接冷却-水通入靶座水通入靶座, ,靠靶与背板靶座的良靠靶与背板靶座的良好接触来冷却好接触来冷却. .v v控制措施控制措施v 冷却水的温度和流量必须严格控制冷却水的温度和流量必须严格控制, ,机器应设置机器应设置相应的报警系统相应的报警系统. .嚴禁無水進行鍍膜作業嚴禁無水進行鍍膜作業. .v靶应设置温度感应装置靶应设置温度感应装置, ,超过设定温度超过

7、设定温度, ,机器自动机器自动停止溅射停止溅射. . Eg:Veeco Ion millingEg:Veeco Ion milling工件冷却方式工件冷却方式 蒸发镀膜,温度越高,蒸发速率越快.一定程度上,提高基 片温度,可提高附着力. 卷绕式蒸发镀膜机,对于经得住高温的材料,辊筒采用水冷即可,否则,得单独用制冷机冷缺. 基片温度直接影响膜层的生长及特性. 如:淀积钽膜时,基片温度700 时,钽膜呈四方晶格 ; 700 时,钽膜呈体心立方晶格 . 反应离子镀,基片加热温度低,由于电离增加了反应物活性,故可在较低的温度下获得附着性能良好的碳化物,氮化物.若采用CVD,要加热到本基1000 左右.

8、 作ITO,基片要加热到450550 结 论: 是否加热或冷缺由实际情况而定. 1.4 功率与膜厚的关系功率与膜厚的关系半透膜: PMMA镀Ni;时间3s.T1T2T3Tave12.52.529.80629.80929.81029.80829.80823.03.024.01224.00324.00424.00624.00633.53.519.53419.53919.53919.53719.53744.04.014.98214.97714.97714.97914.97954.54.511.97311.97011.97011.97111.97165.05.09.5749.5729.5729.573

9、9.57375.55.57.4577.4517.5417.4837.48386.06.06.1476.1496.1486.1486.14896.56.55.4085.3995.4005.4025.402107.07.03.9963.9993.9993.9983.998117.57.53.2363.2203.2203.2253.225128.08.02.5442.5382.5392.5402.540138.58.52.1672.1672.1672.1672.167149.09.02.0822.0812.0812.0812.081序號序號功率功率透過率透過率(T%)结结 论：论：DC Power功

10、率越大功率越大,薄膜越厚薄膜越厚,透过透过率越小率越小;镀膜时间越长镀膜时间越长,薄膜越厚薄膜越厚,透过率越小透过率越小.不同功率下透过率走勢圖010203040012345678910濺射功率值（KW）透过率值（T%） 1.5 基片偏压对薄膜的影响基片偏压对薄膜的影响结结 论论: 偏压溅射可提高薄膜的纯度偏压溅射可提高薄膜的纯度;增加薄增加薄膜附着力膜附着力;改变薄膜的结构改变薄膜的结构.-10-0.104080120-1000+100160200TaTaTa电阻率(u .cm)基片偏压(V)16kv100200v工件靶-100+10Ta直流偏压溅射 靶 材: Ta基片温度基片温度700 时

11、时,钽膜呈四方晶格钽膜呈四方晶格(Ta),700 时时,钽膜呈体心立方晶格钽膜呈体心立方晶格(Ta).0-100-200-3000102103104105剩余0.25%O20.9%O2基片偏压(V)Ta电阻率(u .cm)溅射气体中杂质溅射气体中杂质O2含量不同时含量不同时,Ta 膜与偏压的关系膜与偏压的关系 在负偏压大于在负偏压大于20V时时 ,Ta 膜电阻率迅速下降膜电阻率迅速下降,表表明杂质明杂质(O2)已从已从Ta 膜中被溅射出来膜中被溅射出来.而负偏压较高而负偏压较高时时, Ta 膜电阻率逐渐上升膜电阻率逐渐上升,这是由于这是由于Ar+渗入渗入Ta 膜膜的浓度增加的结果的浓度增加的结

12、果.-20 1.6 反应气体分压影响膜的特性反应气体分压影响膜的特性0101001000100200300400TaTaTa2N+TaTaN+Ta2NTaNN2的分压Ta电阻率(u .cm)Ta膜特性与摻入N2量的关系镀膜方式: 反应溅射 靶 材: Ta工作气体: Ar 反应气体: N2结 论: 改变反应气体N2和 惰性 气体Ar的比例,就可改变薄膜的性质. 如:可使薄膜由金属变成半导体或非金属.可以用监控反应气体分压强来获得稳定膜层.0416O2(sccm)100400200300128I=2APa=1.3Pa01040N2(sccm)1004002003003020I=2APa=1.0Pa

13、20反应气体流量对电压的影响反应气体流量对电压的影响铝靶与O2反应溅射特性铝靶与N2反应溅射特性 反应气体到达某一阈反应气体到达某一阈值值,靶上化合物的形成速靶上化合物的形成速度超过被溅射速度度超过被溅射速度,对金对金属来讲属来讲,保持电流不变时保持电流不变时,伴随有电压的陡峭变化伴随有电压的陡峭变化. 电压随电压随N2量的变化缓量的变化缓慢下降慢下降,之后基本保持不变之后基本保持不变,具有这种放电特性的反应具有这种放电特性的反应可以获得光电性能渐变可以获得光电性能渐变的膜系的膜系.放电电压U(v)放电电压U(v)金属性介质性 1.7 磁控溅射的优点磁控溅射的优点匹配器RF发生器电源溅射气体真

14、空泵工件靶NSNSSN工件靶EAr+ Be 靶原子 Ar e 射频溅射装置磁控溅射工作原理 射频溅射几乎可以溅射导体半导体和绝缘体在内的所有材料. 但溅射速率低,基片温升厉害.10020030040050000.20.40.60.8TiAlCuAuTiAuCu沉积速率(um/min)基片温升 射频溅射与磁控溅射基片温升比较结结 论论: 磁控溅射引入了正交电磁场磁控溅射引入了正交电磁场,气体离化气体离化率由率由0.30.5%提高到提高到56%,使沉积速率提高使沉积速率提高10倍倍;二次电子对工件轰击很少二次电子对工件轰击很少,工件发热较少工件发热较少. 具有具有“低温低温”,“高速两大特点高速两

15、大特点.二二.常见故障与处理常见故障与处理 2.1 真空设备常见故障真空设备常见故障方法方法: 看看.听听.闻闻.问问.想想现现象象可能原因可能原因解解决决方法方法密封圈脏/坏/未装好清洁/调整/换密封圈抽气管道松/裂检查抽气管阀接頭漏检查阀chamber门未关好 检查chamber门chamber漏水检查chamber水管密封圈坏检查密封圈抽气管道裂检查抽气管2chamber掉灰工件针孔/脏污chamber脏清洁chamber3真空计故障真空计不亮/不稳真空计坏调校/换真空计检查Power supplychamber漏气检查工件,靶及相对位置检查绝缘状况泵控制系统故障真空状态下chamber

16、严重漏气至泵严重坏泵油不够/变质冷泵吸附饱和机械磨损5泵不能起动泵故障抽气能力降低加油/维护/再生/维修;换泵机器参数不稳膜厚不稳定成膜速率不稳4设备设备常常见见故障故障微漏: 不能达到通常高真空;真空计跳动大漏:无法抽到粗/中真空漏气1水管积垢清洁水管冷冻机制冷能力不够冷冻机加制冷剂/维修7控制元器件故障:RF/DC Power异常,感应器坏,Motor坏,Motor驱动器坏,控制器坏,电路接头松脱.相应执行部件无动作分别而论加油/维护/维修8机械故障:齿轮坏,蜗轮坏,气缸坏,阀门坏,轴承坏.运动嘈音,走行,无动作分别而论加油/维护/维修误操作破真空/停机先关高阀高阀漏气维修高阀泵结构设计不

17、合理泵加冷阱10Cryo泵温度升高温度不断上升,抽气能力降低泵吸附达到饱和 再生regenerate* 若有报警,可按提示处理泵油进入chamber返油(扩散泵)9冷冻水温升高冷却系统故障6 2.2 真空镀膜常见的失效模式真空镀膜常见的失效模式可能原因可能原因解解决决方法方法负偏压不够调节负偏压工件基材表面脏污提高清洗/静电除尘效果预溅射清洗/活化不够增加预溅射电压/时间(必要时对工件加热)膜层工艺不合理考虑底漆/中间膜层设计(相邻膜层的原子间亲和力好)chamber真空度不够提高chamber真空度工件基材表面脏污提高清洗/静电除尘效果靶材预溅射清洗换靶材chamber脏清洁chamberc

18、hamber残余气体太多,混入膜内提高chamber真空度靶材有杂质/气孔/表面氧化物常常见见的失效模式的失效模式1附着力差2针孔工件与靶相对位置不合理重新设计工件与靶相对位置旋转机构运转不匀速/不合理检查旋转机构,增加工件自转机器参数不稳保持机器参数稳定制程气体布局&抽气系统设计不合理修正设计工件表面粗糙度不均匀工件表面研磨,提高粗糙度均匀性镀膜方式不合理尝试溅镀代替蒸镀膜层设计不合理重新设计膜层针孔/附着力差的影响解决针孔/附着力问题膜层设计不合理重新设计膜层,增加面层保护chamber真空度不够至膜层光泽差提高chamber真空度电源功率太大至工件发黄调电源功率工件冷却不好按SO

19、P装工件清洁水管冷冻机加制冷剂/维修3均一性差(色差)4硬度差冷却系统故障5盐雾性差6工件变色/烧焦三三.定期维护定期维护 3.1 日点检日点检項目規格氣瓶壓力1.0MPa輸出壓力0.2MPa內部溫度20K氣體吸附量靶材消耗量 kW.min壓縮空氣壓力0.5-0.7MPa溫度10-15壓力0.2-0.3MPa流量15L/MIN水、氣、油不能有泄漏現象,若有請立即知會維修人員製程氣體:Ar,O2,N2(C2H4,NH3压力要求不同）Cryo-pump冰水 3.2 Chamber的定期维护的定期维护PM维护依据维护依据: 镀膜时间镀膜时间usage time 使用工具使用工具&辅料辅料:

20、吸尘器吸尘器 ,万用表万用表,六角匙六角匙,扳手扳手,起子起子 无尘布无尘布,酒精酒精(IPA,ACE) 作业流程作业流程:试运行试运行破真空破真空打开打开Chamber门门拆卸防护板拆卸防护板清洁清洁Chamber清洁防护板清洁防护板装防护板装防护板关闭关闭Chamber门门 抽真空抽真空检测检测/检查检查检漏检漏 3.3 防护板的喷砂处理防护板的喷砂处理使用设备使用设备&资料资料: 喷喷 砂砂 机机: 压缩空气压力压缩空气压力36kg/cm2. 干干 燥燥 炉炉: 温度温度100120. 石英砂粒度石英砂粒度: 60120目目.作业步骤作业步骤:投防护板投防护板喷砂处理喷砂处理DI水清洁水清洁吹干水份吹干水份干燥干燥20分钟分钟装箱备用装箱备用3.4 维护保养计划维护保养计划名