Вакуумдық жабындарда атмосфераны бақылау пленка сапасы мен процестің тұрақтылығына әсер ететін ең негізгі факторлардың бірі болып табылады. Жабын камерасы вакуумда жұмыс істегенімен, тұндыру ортасы толығымен «газсыз» кеңістік емес. Қалдық газдар, технологиялық газдар, реактивті газдар, газ ағыны, жұмыс қысымы және айдау жағдайлары плазма мен тұндыру түрлерімен үздіксіз өзара әрекеттеседі.
Нақты өндірісте нысанаға, катодқа, субстратқа немесе қуат көзіне байланысты болып көрінетін көптеген жабын ақаулары сайып келгенде тұрақсыз атмосфераны бақылауға байланысты болуы мүмкін. Тұрақсыз пленка түсі, нашар адгезия, пленка кедергісінің қалыптан тыс болуы, шамадан тыс доғалануы, пленка қалыңдығының біркелкі болмауы, түйреуіштер және партиядан партияға ауытқу сияқты мәселелер көбінесе процесс атмосферасындағы өзгерістермен тығыз байланысты.
Сондықтан, өнеркәсіптік PVD жүйелері үшін атмосфераны бақылауды жай ғана газ ағынын өлшегішті реттеу деп қарастырмау керек. Бұл базалық қысымды, қалдық газ құрамын, технологиялық газ ағынын, жұмыс қысымын, газдың парциалды қысымын, сорғы өткізгіштігін, плазма жағдайларын және реактивті газбен кері байланысты қамтитын үйлестірілген процесс.
1. Бірінші қадам - газ бүрку емес, негізгі шаңсорғышты басқару
Өндірістегі жиі кездесетін қателік - вакуумдық камераның өзінің жағдайын ескермей, процесс-газ параметрлеріне назар аудару.
Процесс газдарын енгізбес бұрын, жабын камерасы тиісті негізгі қысымға жетуі керек. Негізгі қысымның жеткілікті төмен болуы қалдық оттегіні, су буын, көмірсутектерді және басқа да ластаушы заттарды азайтуға көмектеседі. Бұл қалдық газдар тұндыру процесіне қатысып, өсіп келе жатқан пленкаға еніп, пленка құрамына, микроқұрылымына, адгезиясына және оптикалық немесе электрлік қасиеттеріне әсер етуі мүмкін.
Бұл әсіресе реактивті PVD процестері үшін маңызды. Мысалы, нитридтерді немесе оксидтерді тұндыру кезінде мақсатты реактивті газды камерада қалған бақыланбайтын оттегіден немесе су буынан ажырату керек. Әйтпесе, масса ағынын реттегіш қалыпты жұмыс істеп тұрса да, нақты реактивті атмосфера процесс рецептінен айтарлықтай ауытқуы мүмкін.
Іс жүзінде өндірісте, егер бірдей рецепт кенеттен әртүрлі жабын нәтижелерін берсе, бірінші сұрақ әрқашан мақсатты қуат өзгерді ме деген сұрақ болмауы керек. Сондай-ақ, негізгі қысымның, сорғы уақытының, камераның тазалығының және қалдық газ жағдайларының өзгергенін тексеру қажет.
2. Сорғымен жұмыс істеу әрекеті маңызды процесс көрсеткіші болып табылады
Сау вакуумдық жүйе салыстырмалы түрде тұрақты және қайталанатын сорғылау сипаттамаларына ие болуы керек.
Егер камера қажетті негізгі қысымға жету үшін әдеттегіден айтарлықтай ұзағырақ уақыт алса, бұл газдың көп бөлінуін, ластануды, вакуумның ағуын, сорғының жұмысының нашарлауын немесе камера ішіндегі шамадан тыс ылғалдылықты көрсетуі мүмкін.
Газданудың типтік көздеріне субстрат материалдары, арматуралар, полимер қалдықтары, вакуумдық май, ластанған камера беттері және сіңірілген ылғал жатады. Кейбір материалдар камера қолайлы қысымға жеткеннен кейін де газдарды шығаруды жалғастыруы мүмкін, бұл тұндыру кезінде тұрақсыз технологиялық жағдайларға әкеледі.
Сондықтан, сорғының тоқтау уақыты, шекті қысым, қысымның көтерілу жылдамдығы және процестің тұрақтылығы арасындағы байланыс вакуум жүйесінің жағдайы туралы құнды ақпарат бере алады.
Өндірістік жабдықтар үшін сорғы жүйесінен оқшаулағаннан кейін қысымның көтерілуін бақылау шынайы ағып кету мен қалыпты газдың шығуын ажыратуға көмектеседі. Бұл әсіресе ақаулықтарды жою кезінде пайдалы.
3. Жұмыс қысымы тасымалдау ортасын анықтайды
Тиісті базалық вакуумға қол жеткізгеннен кейін, технологиялық газ енгізіледі және камера жұмыс қысымы режиміне өтеді.
Жұмыс қысымы шашыраған атомдардың, иондардың және электрондардың орташа еркін жолына тікелей әсер етеді. Сондықтан ол плазма сипаттамаларына, тұндыру жылдамдығына, иондануына, бөлшектердің шашырауына және тұндыру ағынының бұрыштық таралуына әсер етеді.
Салыстырмалы түрде төмен қысымда шашыраған түрлер камера арқылы аз соқтығысумен қозғала алады, бұл бағыттағы тұндыру ағынына әкеледі. Бұл белгілі бір қолданбалар үшін пайдалы болуы мүмкін, бірақ күрделі үш өлшемді компоненттерге көлеңке әсерін арттыруы мүмкін.
Қысым артқан сайын тұндыру түрлері мен газ молекулалары арасындағы соқтығысулар жиілей түседі. Тұндыру ағыны шашыраңқы болады, бұл ойық беттердегі жабынды жақсартуы мүмкін, бірақ сонымен бірге тұндыру тиімділігін төмендетіп, қабықша морфологиясын өзгертуі мүмкін.
Демек, жұмыс қысымын жай ғана «дұрыс орнатылуы» керек мән ретінде қарастыруға болмайды. Бұл тұндыру түрінің тасымалдау кинетикасына тікелей әсер ететін процесс айнымалысы.
4. Газ ағыны мен қысым бірдей емес
Практикалық PVD жұмысында газ ағыны әдетте масса ағынын реттегіш (MFC) арқылы басқарылады, ал камерадағы қысым газ кірісі мен айдау қуаты арасындағы тепе-теңдікпен анықталады.
Бұл айырмашылық өте маңызды.
Әртүрлі вакуумдық жүйе жағдайларында бірдей газ ағынының жылдамдығы міндетті түрде бірдей жұмыс қысымын тудырмайды. Егер айдау жылдамдығы, дроссель клапанының орналасуы, камераның өткізгіштігі немесе ішкі газ ағынының жолы өзгерсе, нәтижесінде пайда болатын қысым да өзгеруі мүмкін.
Мысалы, егер дроссель клапаны немесе сорғы жүйесі қалыптан тыс жұмыс істеп тұрса, оператор қысымның ауытқуын өтеу үшін газ ағынын арттыруы мүмкін. Қысым уақытша мақсатты мәнге оралуы мүмкін болса да, нақты газ ағыны мен плазма жағдайлары өзгерген болуы мүмкін.
Сондықтан, тәжірибелі технологиялық инженерлер, әдетте, екі параметрді де жалғыз технологиялық анықтама ретінде жеке пайдаланбай, газ ағыны мен камера қысымын бірге бақылайды.
5. Реактивті газды басқару сезімталырақ
TiN, CrN, TiAlN, Al₂O₃, SiO₂ және басқа да қосылыс жабындары сияқты реактивті PVD процестері үшін атмосфераны бақылау айтарлықтай күрделі болады.
Реактивті газ қабықшаның түзілуіне тікелей қатысады. Азот, оттегі, ацетилен, метан немесе басқа реактивті газдар қабықшаның соңғы құрамын анықтау үшін буланған немесе шашыраған түрлермен әрекеттесуі мүмкін.
Сондықтан реактивті газдың парциалды қысымының шамалы өзгеруі қабықша қасиеттерінде айтарлықтай өзгеріс тудыруы мүмкін.
Мысалы, азот ағынының жеткіліксіздігі толық емес нитрленуге әкелуі мүмкін, ал шамадан тыс азот тұндыру жылдамдығына, плазма сипаттамаларына, нысананың мінез-құлқына және қабықша құрамына әсер етуі мүмкін. Реактивті магнетронды тозаңдату кезінде реактивті газдың шамадан тыс енгізілуі нысанамен улануға әкелуі мүмкін, онда нысана бетінде қосылыс қабаты пайда болады және тозаңдату сипаттамаларын өзгертеді.
Міне, сондықтан реактивті тозаңдату көбінесе дәстүрлі металл тұндырумен салыстырғанда күрделі процесті басқаруды қажет етеді.
6. Нысанамен улану - атмосфераны бақылаудың типтік мәселесі
Реактивті магнетронды тозаңдату кезінде нысанамен улану атмосфераны бақылаумен байланысты ең көп таралған мәселелердің бірі болып табылады.
Реактивті газдың парциалды қысымы белгілі бір диапазоннан асып кеткенде, нысана беті қосылыс қабатымен жабылуы мүмкін. Содан кейін нысана металл тозаңдану күйінен уланған күйге ауысады.
Бұл ауысу шашыраңқылық жылдамдығының, разряд кернеуінің, разряд тогының, екінші реттік электрондардың эмиссиясының, тұндыру жылдамдығының және қабықша құрамының өзгеруіне әкелуі мүмкін.
Мәселе реактивті газ ағыны мен нысана жағдайы арасындағы байланыс көбінесе сызықтық емес болғандықтан күрделене түседі. Газ ағынының аздаған өзгерісі процесс күйінде пропорционалды емес үлкен өзгеріске әкелуі мүмкін.
Сондықтан, жоғары көлемді өндіріс үшін тек бекітілген реактивті газ ағынына ғана сүйену жеткіліксіз болуы мүмкін. Одан да дамыған жүйелер реактивті тұндыру терезесін тұрақтандыру үшін оптикалық эмиссияға, разряд сипаттамаларына, парциалды қысымды өлшеуге немесе басқа процесс сигналдарына негізделген тұйықталған циклді басқаруды пайдалана алады.
7. Камераның тазалығы атмосфераның тұрақтылығына тікелей әсер етеді
Атмосфераны бақылау тек газбен жабдықтау жүйесіне ғана тәуелді емес. Жабын камерасының ішкі жағдайы да маңызды.
Қайталанатын өндіріс циклдері кезінде жабын материалы камера қабырғаларында, қалқандарда, негіз бекіткіштерінде және басқа да ішкі компоненттерде біртіндеп жиналады. Бұл шөгінділер бөлшектердің ластану немесе газдану көздеріне айналуы мүмкін. Кейбір шөгінділер технологиялық газдармен әрекеттесуі немесе кейінгі қыздыру және плазмалық жұмыс кезінде бұрын сіңірілген газдарды шығаруы мүмкін.
Бұл процесс рецепті өзгеріссіз қалғанның өзінде камераның нақты атмосферасын біртіндеп өзгертуі мүмкін.
Осы себепті, камераны үнемі тазалау, қалқанды ауыстыру, арматураны күтіп ұстау және вакуумдық тығыздағышты тексеру атмосфераны басқарудың маңызды бөліктері болып табылады.
Тұрақты PVD процесі тек тұрақты рецепттің нәтижесі емес. Ол камераның ішінде салыстырмалы түрде тұрақты физикалық ортаны сақтауға байланысты.
8. Газды тарату газ мөлшері сияқты маңызды
Тағы бір практикалық мәселе - камераға түсетін газдың жалпы мөлшері біркелкі процесс атмосферасын қамтамасыз етпейді.
Газ кірісінің, душ басының, дефлектордың, сорғы портының, дроссель клапанының және негіз ұстағышының дизайны мен орналасуы газдың камера ішінде қалай таралатынын анықтайды.
Газдың нашар таралуы реактивті газ концентрациясында немесе плазма тығыздығында жергілікті ауытқуларды тудыруы мүмкін. Нәтижесінде субстраттың әртүрлі позицияларында әртүрлі қабықша құрамы немесе қалыңдығы болуы мүмкін.
Бұл әсіресе үлкен аумақты жабын жүйелері мен жоғары жүктеме сыйымдылығы бар өндірістік жабдықтар үшін маңызды.
Сондықтан, вакуумдық жабын машинасын оңтайландыру кезінде газ ағынының дизайнын плазма көзінің конфигурациясымен, субстраттың айналуымен, айдау геометриясымен және камера құрылымымен бірге қарастыру керек.
9. Қаптама кенеттен өзгерген кезде, алдымен атмосфераны тексеріңіз
Нақты өндірісте жабын проблемалары көбінесе түстің, қаттылықтың, адгезияның, пленка қалыңдығының немесе электрлік сипаттаманың кенеттен өзгеруі ретінде пайда болады.
Мұндай жағдай орын алған кезде, тұндыру қуатын, субстраттың ығысуын немесе тұндыру уақытын дереу реттеуге азғырылады. Дегенмен, алдымен атмосфераға байланысты айнымалыларды тексеру керек.
Ақаулықтарды жоюдың практикалық тізбегі ағымдағы өндірістік деректерді қалыпты технологиялық жағдаймен салыстыру болып табылады: негізгі қысым, сорғыны тоқтату уақыты, жұмыс қысымы, технологиялық газ ағыны, реактивті газ ағыны, дроссель клапанының орналасуы, разряд кернеуі/тогы, негіз температурасы және тұндыру жылдамдығы.
Егер осы параметрлердің бірі өзгерсе, бұл жабын рецептін өзгертуден гөрі тікелей түсініктеме бере алады.
Атап айтқанда, егер газ ағынының параметрі өзгермесе, бірақ камерадағы қысым өзгерсе, мәселе жабын материалының өзінде емес, сорғы жүйесінде, қысымды басқару клапанында, газбен жабдықтауда, камераның өткізгіштігінде немесе ағып кету жағдайында болуы мүмкін.
10. Атмосфераны бақылау - бұл жүйені басқару мәселесі
Өнеркәсіптік вакуумдық жабындарды қолданудан жинақталған практикалық тәжірибе атмосфераны басқаруды жалпы вакуумдық жүйеден бөліп қарауға болмайтынын көрсетеді.
Вакуумдық сорғылар камераның айдау мүмкіндігін анықтайды. Газ беру жүйесі газдың кірісін анықтайды. Дроссель клапаны газ ағыны мен камера қысымы арасындағы байланысты реттейді. Плазма көзі газдың қалай иондалатынын және тұндыру түрімен әрекеттесетінін анықтайды. Негіз жүйесі дайындаманың плазмамен қалай әрекеттесетінін анықтайды.
Бұл жүйелер бір уақытта жұмыс істейді, және бір параметрдің өзгеруі бірнеше басқаларына әсер етуі мүмкін.
Сондықтан, жетілген PVD процесі бір ғана бекітілген параметрге сүйенудің орнына тұрақты процесс терезесін құруы керек. Мақсат - өндіріс барысында вакуум қысымының, газ ағынының, плазма сипаттамаларының, субстрат жағдайларының және тұндыру параметрлерінің бақыланатын диапазонда қалуын қамтамасыз ету.
Қорытынды
Атмосфераны бақылау тұрақты вакуумдық жабынның негізгі элементтерінің бірі болып табылады. Негізгі қысым мен қалдық газды басқарудан бастап жұмыс қысымына, газ ағынына, реактивті газдың парциалды қысымына, нысанамен улануға және камераның тазалығына дейін әрбір фактор соңғы жабынға әсер етуі мүмкін.
Дәстүрлі PVD тұндыру үшін тұрақты атмосфера жағдайлары қайталанатын қабықша өсуіне негіз болады. Реактивті тозаңдату және басқа плазма көмегімен жүзеге асырылатын процестер үшін атмосфераны дәл бақылау одан да маңызды болып табылады, себебі газ құрамы қабықшаның пайда болуына тікелей қатысады.
Сондықтан атмосфераны бақылаудың нақты мақсаты белгілі бір қысымды немесе газ ағынының мәнін ұстап тұру ғана емес. Ол плазма, тұндыру түрлері, субстрат және реактивті атмосфера бақыланатын күйде қалатын тұрақты және қайталанатын тұндыру ортасын құру болып табылады.
Өнеркәсіптік вакуумдық жабын жабдықтары үшін бұл вакуумдық сорғы жүйесін, газ жеткізу жүйесін, қысымды басқару жүйесін, плазма көзінің, камера құрылымының және процесті басқару бағдарламалық жасақтамасын үйлесімді жобалауды қажет етеді.
- Бұл мақаланы жариялағанвакуумдық жабын жабдықтарын өндірушіЧжэньхуа шаңсорғышы
Жарияланған уақыты: 2026 жылғы 8 тамыз