PVD设备及工艺简介

PVD设备及工艺简介目录PVD设备简介泵靶真空测量真空检漏PVD工艺简介PVD相关概念定义真空度量单位磁控溅射铂阳生产线相关工艺简介合金靶的溅射金属氧化物的溅射PVD设备简介铂阳生产线PVD真空设备布局图抽空系统抽空系统一、2X泵1.概述:1.1用途:2X型旋片式真空泵(以下简称真空泵)是用已抽除特定密封容器内的气体,使该容器获得一定真空度的基本设备.可供电器、电真空、半导体、食品、原子能、编织等科研机关、大专院校、工矿企业和生产与教学之用,真空泵可直接获得1.3×10Pa以下的真空度,也可作为其它真空设备的前级使用.1.2特点及其不适用范围:真空泵是用黑色金属制造,属较精精密的设备,真空泵的主要工作部件浸在特制的真空泵油中工作,因此不适用于抽含氧过高的、有毒的、有爆炸性的、对真空泵油起化学作用或对黑色金属有腐蚀作用的气体,如必须使泵抽出前述情况的气体,应在进气管道上加装中和、冷却、过滤等有关装置配合使用,否则将影响真空泵使用性能和寿命,也不能作为压缩机和输送泵使用.常用泵为2X-30、2X-70泵两种.抽空系统抽空系统型号项目2X-302X-70极限压力不掺气分压力(Pa)6.0×10-26.0×10-2总压力(Pa)1.31.3掺气分压力(Pa)1.31.3抽气速率L/S3070噪音(声功率级)Db8286抽大气不喷油时间(min)1温升℃≦40配用电机功率kw35.5转速r/min14301400三角皮带配用型号/长短mmB/1400B/1600根数34用油牌号HFV-100数量L4.58泵主轴转速r/min430450进气口直径mm7090进气口连接方式用法兰与泵体连接冷却方式水冷冷却水最小数量L/h4802.技术要求:2.1品种规格及性能:（见右表）.热偶计测量的是各种蒸汽和永久气体的总压力,而麦化计只能测出永久气体占的分压力..几何抽速是根据几何尺寸算出的抽速在大气压力时,实际抽速与几何抽速基本相符合,在各种不同的压力时,抽速有一定下降..温升是指泵温稳定后,在排气阀门处的油的温度与室温之差.抽空系统2.2型号的组成及代表意义:2X-30表示每秒的抽气速率表示旋片式真空泵表示双级泵2.3使用环境条件:环境温度5~40℃.相对温度不大于90%。抽空系统3.结构与工作原理.3.1结构:2X系列的各种真空泵外形和结构基本相同.泵由电机经三角皮带传动转子电机和泵用螺钉卡板固定在底盘上.泵由泵体、高转子、低转子、前端板、后端板、高转片、低转片、排气阀、排气罩、视镜……等零部件组成.在泵体内压入一个中隔板,将泵体分成高低真空室,各室都有排气门.高真空室排气与低真空室进气相通.高转子前端伸出前轴,后端伸出后轴.前轴通过前端板的轴承支持,经过油密封室而伸出前端板外;后轴由中隔板上的轴承支持;而伸入低真空室内,低真空室转子则装在后轴上,故高低转子均由前轴带动,高低转子都有对开的槽子,呈“T”型的转片由弹簧支撑开而装于槽内.泵的进气口处有过滤网,而排气口处有挡油网,大泵还有挡油板,视镜左边有掺气阀,下边有放油塞。抽空系统1.皮带轮2.键3.前端板4.高转子5.高转片6.进气嘴7.密封圈8.排气罩9.过滤网10.泵体11.低转子12.弹簧13.低转片14.后端板15.密封圈16.手柄17.放油塞18.纸垫19.阀座20.阀片21.挡板22.视镜23.镜框24定位销钉抽空系统1.进气嘴2.密封圈3.过滤网4.皮带轮5.前端板6.高转片7.高转子8.轴承9.前轴10.油密封室11.弹簧12.定位销13.排气罩14.排气垫15.挡油网16.泵体17.中隔板18.后端板19.低转子20.水接头21.键22.低转片23.水盖板24.排气阀25.视镜27.掺气阀27.放油塞表示真空气格.表示低真空气路.抽空系统3.2工作原理:图3是2X系列真空泵原理图,转子3及7与高真空室1及低真空室6相切,转子3与7沿箭头方向旋转,带动转子槽内滑动的转片8旋转,由于弹簧9及离心力的作用,转片外端紧贴高低真空室的内表面滑动,把转子与高低真空室所形成的洼形空间从进气嘴2到排气阀门5和从过气管4到排气阀门10之间分隔开来,形成二或三个容积,并且周期性地大小变化,当在图标位置继续旋转时,A及C容积逐渐增大,被抽容积气体沿气嘴进入泵内,同时B及D容积逐渐减小,压力升高,随后冲开排气阀门5及10,将气体排出真空室外,气体经过油面而排于大气之中,因为油是淹住排气门的,故能防止气体返回真空室,当抽气压力较高时,高低真空室的阀门都排气,相当于单级泵;当真空度较高时,全部气体进入低真空室,再由排气阀门10排出,此时二级串联即进入双级泵工作。如被抽除的气体中含有较高的蒸汽气体时,在气体受到压缩而其蒸汽的分压强超过此蒸汽在泵内温度下的饱和压力时,此时蒸汽被压缩成为液体,真空泵无法排出而混在真空油内,使泵的性能大大降低,如果掺入适量的空气,使蒸汽在受到压缩时其分压力也低于泵温时的饱和压力,则蒸汽在变成液体前就能被排出泵外去,故本系列2X-1以上的泵都装有能放入一定量气体的掺气阀11(见下图)。抽空系统图三2X系列真空泵原理图抽空系统二.ZJP-300罗茨泵1.概述:1.1应用:罗茨真空泵也称机械增压泵,它是快速抽除密封容器中气体的一种较为理想的真空获得设备.它不能直接从大气压下抽气,须与各类前级泵(如旋片泵、液环泵、滑阀泵等)配套组成真空系统.广泛应用于冶金、化工、电子、轻纺等领域。抽空系统1.2设计特点:1.2.1送气方向垂直由上向下.1.2.2在较宽的压力范围内有较大的抽速.1.2.3起动快.1.2.4对被抽气体中含有粉尘和水蒸气不敏感.1.2.5泵腔内无油,可获得清洁真空.1.2.6驱动功率小,运转维护费用低.注意事项:不可抽除液体介质.不可抽除易燃、易爆气体.须用前级泵.被抽气体中含有固体颗粒时,进气口处应设有过滤装置.抽空系统2.工作原理:罗茨真空泵是一种旋转式变容真空泵,其泵腔内两个相互轭合的“8”字型转子,由一对齿轮带动作反向同步高速旋转,使气体不断由位于上方的进气口传输到排气口,再由前级真空泵抽走,达到抽气目的.(气体流程如下图所示).抽空系统3.结构及说明:抽空系统抽空系统注:1.齿轮箱2.端板3.泵壳4.主动转子5.从动转子6.支撑架7.主动齿轮8.从动齿轮9.压盖10.甩油盘11.活塞环12.锁紧螺线13.封套14.减压阀15.减压阀盖16.进气口托环17.排气口托环18.轴承119.轴承220.联轴节21.油杯22.电机抽空系统型号数值项目ZJP-300极限压力Pa8×10-1几何分压力Pa5×10-2几何抽速L/S300零流量压缩比30最大允许压差Pa4×103起动压力Pa1×103噪声标准83实测77进气口通径mm160排气口通径mm100电机功率kw4电机转速r/min2890油量L3.5重量kg280推荐用前级泵2X-304.技术参数及性能:抽空系统三、分子泵分子泵是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子，使之获得定向速度，从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵。这种泵具体可分为：（A）牵引分子泵气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得动量，被驱送到泵的出口。（B）涡轮分子泵靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合来实现抽气的。这种泵通常在分子流状态下工作。（C）复合分子泵它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联组合起来的一种复合型的分子真空泵。抽空系统(1).牵引分子泵分子泵的抽气机理与容积式机械泵靠泵腔容积变化进行抽气的机理不同，分子泵是在分子流区域内靠高速运动的刚体表面传递给气体分子以动量，使气体分子在刚体表面的运动方向上产生定向流动，从而达到抽气的目的。通常把用高速运动的刚体表面携带气体分子，并使其按一定方向运动的现象称为分子牵引现象。抽空系统（2）.涡轮分子泵涡轮分子泵输送气体应满足二个必要条件：1）.涡轮分子泵必须在分子流状态下工作。2）.分子泵的转子叶片必须具有与气体分子速度相近的线速度。分子泵的转速越高，对提高分子泵的抽速越有利。实践表明，对不同分子量的气体分子其速度越大，泵抽除越困难。抽空系统(3).复合分子泵复合式分子泵是涡轮分子泵与牵引分子泵的串联组合，集两种泵的优点于一体。泵在很宽的压力范围内((10-6～1Pa)具有较大的抽速和较高的压缩比，大大提高了泵的出口压力。涡轮级主要用来提高泵的抽速，一般采用有利于提高抽速的叶片形状，级数在l0级以内。牵引级主要用来增加泵的压缩比，提高泵的出口压力。复合式分子泵的形式很多，按结构分，主要有两种：一种是涡轮叶片与盘式牵引泵的串联组合。一种是涡轮叶片与筒式牵引泵的串联组合。溅射源靶溅射源一、一般术语:1.靶材:在真空溅射中用来溅射的镀膜材料.2.靶:用粒子轰击的面,标准中靶的含义就是:溅射装置中由溅射材料所组成的电极.二、磁控溅射通常使用的靶材分类1、矩形平面靶；2、圆柱靶.溅射源三、维护与保养:(一).矩形平面磁控靶的维护与保养:1、矩形平面磁控靶的日常维护与保养,其重点就是平面靶材更换作业的过程.其具体解释为:靶材寿命到期或工艺及质量要求等原因,将在用靶材拆下,安装上相同规格尺寸新靶材的过程.2、靶材安装前处理:除油→喷砂→清洗→烘烤→入PVD备用3、结构与说明:溅射源平面靶磁铁布局及说明（图）安装磁铁过程中,外围区域的磁铁磁极必须保持一致.中间区域的磁铁磁极与外围区域磁铁磁极必须保持相反.如图区磁铁磁极可为NSN,也可为SNS.可手挡一块磁铁,根据磁铁同极相斥,异极相吸的原理,逐个单一的判定磁铁极性是否安装错误)。溅射源(二).圆柱形磁控溅射靶1、结构与说明（图）：溅射源圆柱靶磁铁布局及说明（图）：a.由于相对应靶材面不一样,圆柱靶磁铁布局相对平面靶磁铁布局要紧促的多,图中宽度还不到平面靶的一半(50mm).b.由于磁铁相对紧促,区域磁铁之间(之间)安装有导磁材料,既方便安装又可有效的固定磁铁和磁路的控制.c.圆柱靶磁铁也采用了强力磁铁(4.5Kgauss),中间区域的磁铁安装为尺寸较宽的规格,外围区域的磁铁安装尺寸较窄的规格、区域之间磁铁极性必须保持相反,跟平面靶布局同等原理.如图中区域磁铁磁极可为NSN,也可为SNS(根据工艺自行决定),检查时跟平面靶一样,手持一块磁铁,根据磁铁同极相斥,异极相吸的原理,逐个单一的判定磁铁极性是否安装错误.d.相对圆柱靶靶材为管形,和平面靶材不一样,所以固定磁铁的磁铁座为凸形,如图中所示.而平面靶磁座则为平面。真空测量真空测量真空测量1.薄膜真空规:用金属弹片薄膜把规管分隔成两个小室,一侧接被测系统,另一侧作为参考压力室.当压力变化时薄膜随之而变形,其变形量可用光学方法测量,也可转换为电容或电感量的变化用电学方法来测,还可用薄膜上粘附的应度规来进行测量.电容薄膜规分为两种类型:一种将薄膜的一边密封为参考真空,成为“绝压式”电容薄膜规;另一种是薄膜的两边均通入气体,成为“差压式”电容薄膜规.电容薄膜规具有卓越的线性,较高的测量精度和分辨率.单个传感器的测量范围可覆盖5个数量级的压力区间,短期稳定性优于0.1%,长期稳定性(一年)优于0.4%.电容薄膜规的灵敏度与气体种类无关,可测蒸气和腐蚀性气体的压力,结构牢固,使用方便,还可作为粗低真空的副标准和传递标准。真空测量电容薄膜规的基本结构如下图所示.它由两个结构完全相同的固定电极和一个公用的活动电极组成.活动电极薄膜将空间分成互相密封的测量室和参考室,固定电极和活动电极薄膜构成差动电容器并作为电桥的两个桥臂.当活动电极处于中间位置时,两个电容的电容量相等,一旦活动电极由于压差作用偏离中间位置时,则一个电容器增加而另一个电容器的电容减小,由于电容变化造成电桥不平衡,因而产生输出电压,这个电压经过放大器放大后,由检波器转换成直流电压进行测量,不同的输出电压对应于不同的压力,电容薄膜现就是利用这样的原理达到测量压力的目的.真空测量2.热偶真空规:普通型热偶真空计分为长丝和短丝两种,长丝热偶的加热电流约在90mA~150mA,短丝热偶的加热电流约