《真空设备讲义》PPT课件.ppt

1、真空設備維護與保養,NLVC-TY PVD廠 2009.05.20,目 录,几个镀膜参数分析 真空设备常见故障与处理 设备定期维护 配件管理,月球,世界最低人造地球卫星(近地点) 150,我国第一颗人造地球卫星(近地点) 438,我国第一颗人造地球卫星(远地点) 2384,珠穆朗玛峰 8.848,壓力 Torr,地球半径,6370,1Atm=760,236,145,7.7x10-3,4.0 x10-8,4.6x10-12,7.5x10-14,对流层,电离层,外大气层,平流层,星际空间,12,80,380,384400,0,大气压力随海拔高度的变化,10-15 10-20,地球,高度Km,一.几

2、个镀膜参数分析,就是对功率(电压/电流) 流量压力时间温度距离形状等制成参数的整合.,1.1 溅射率与离子入射角的关系,0,0,90,1,m,S,m,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.,Ar,Al,靶,溅射率,入射角,1.2 沉积速率工作气压的关系,34,36,38,40,42,44,46,48,50,32,0.15,0.20,0.25,0.30,0.35,0.40,0.45,0.50,工作气压Pa,沉积速率(um/min),结 论 : 工作气压有一最佳值,可用溅射

3、率为依据来选择工作气压值.,1.3 温度,-200,0,200,400,600,800,1000,0.5,1,Ge,Au,Cu,Ag,Zn,Bi,温度 ,溅射率 S,溅射率与靶温度的关系,溅射率与靶温度有关系. 靶温超过靶材升华温度,就会是“溅射与靶原子的蒸发”复合作用, 溅射率陡增, 沉積速率将急剧增加,膜層厚度無法控制. 溅射时注意控制靶的温度,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中,粒子入射到靶后1%的能量被交给了溅射出来的原子,其中75%的能量使靶加热.其余消耗在次级电子轰击工件等.,溅射出靶原子,其它,加热靶,轰击靶的粒子動能大部分轉換成熱能,使靶加热.,热量的来

4、源,冷却水进,冷却水出,绝缘板,背板,阴极架,屏蔽环,温感线,DC电源线,冷却水進出管,间接冷却示意图,靶座,靶冷却方式,靶材,直接冷却-水直接通到背板背面. 间接冷却-水通入靶座,靠靶与背板靶座的良好接触来冷却. 控制措施 冷却水的温度和流量必须严格控制,机器应设置相应的报警系统.嚴禁無水進行鍍膜作業. 靶应设置温度感应装置,超过设定温度,机器自动停止溅射.,Eg:Veeco Ion milling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

5、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. 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,半透膜: PMMA镀Ni;时间3s.,结 论：DC Power功率越大,薄膜越厚,透过率越小;镀膜时间越长,薄膜越厚,透过率越小.,1.5 基片偏压对薄膜的影响,结 论: 偏压溅射可提高薄膜的纯度;增加薄膜附着力;改变薄膜的结构.,-1

6、0,-0.1,0,40,80,120,-1000,+100,160,200,Ta,Ta,Ta电阻率(u .cm),基片偏压(V),16kv,100200v,工件,靶,-100,+10,Ta,直流偏压溅射 靶 材: Ta,基片温度 700 时,钽膜呈四方晶格(Ta), 700 时,钽膜呈体心立方晶格(Ta).,0,-100,-200,-300,0,102,103,104,105,剩余,0.25%O2,0.9%O2,基片偏压(V),Ta电阻率(u .cm),溅射气体中杂质O2含量不同时,Ta 膜与偏压的关系,在负偏压大于20V时 ,Ta 膜电阻率迅速下降,表明杂质(O2)已从Ta 膜中被溅射出来.

7、而负偏压较高时, Ta 膜电阻率逐渐上升,这是由于Ar+渗入Ta 膜的浓度增加的结果.,-20,1.6 反应气体分压影响膜的特性,0,10,100,1000,100,200,300,400,Ta,Ta,Ta2N+Ta,TaN+Ta2N,TaN,N2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.,0,4,16,O2(sccm),100,400,200,30

8、0,12,8,I=2A,Pa=1.3Pa,0,10,40,N2(sccm),100,400,200,300,30,20,I=2A,Pa=1.0Pa,20,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值,靶上化合物的形成速度超过被溅射速度,对金属来讲,保持电流不变时,伴随有电压的陡峭变化.,电压随N2量的变化缓慢下降,之后基本保持不变,具有这种放电特性的反应可以获得光电性能渐变的膜系.,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,匹配器,RF发生器,电源,溅射气体,真空泵,工件,靶,N S,N S,S N,工件,靶,

9、E,Ar+,B,e,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.,100,200,300,400,500,0,0.2,0.4,0.6,0.8,Ti,Al,Cu,Au,Ti,Au,Cu,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 论: 磁控溅射引入了正交电磁场,气体离化率由0.30.5%提高到56%,使沉积速率提高10倍;二次电子对工件轰击很少,工件发热较少. 具有“低温”,“高速”两大特点.,二.常见故障与处理,2.1 真空设备常见故障,方法: 看.听.闻.问.想,2.2 真空

10、镀膜常见的失效模式,三.定期维护,3.1 日点检,3.2 Chamber的定期维护PM,维护依据: 镀膜时间usage time 使用工具&辅料: 吸尘器 ,万用表,六角匙,扳手,起子 无尘布,酒精(IPA,ACE) 作业流程:,试运行,破真空,打开Chamber门,拆卸防护板,清洁Chamber,清洁防护板,装防护板,关闭Chamber门,抽真空,检测/检查,检漏,3.3 防护板的喷砂处理,使用设备&材料: 喷 砂 机: 压缩空气压力36kg/cm2. 干 燥 炉: 温度100120. 石英砂粒度: 60120目. 作业步骤:,投防护板,喷砂处理,DI水清洁,吹干水份,干燥20分钟,装箱备用,3.4 维护保养计划,四.配件管理,清