PVD培训

1 真空的基本知识

我们所居住的地球表面包围着一层厚厚的空气层，这个包围着地球的空气层叫做大气。因为空气是有重量的，而且不停地做着无规则的运动，不断发生碰撞，因而大气对地面和空间的一切物体都有了“力”的作用。这个“力”就是大气的压力叫大气压，大气压的大小用压强表示。国际单位中压强的单位是Pascal（帕斯卡），简写为Pa（帕）。一个标准大气压的压强是101325Pa也就是1.01325×105Pa。有时也用Torr来表示，1Torr=133.322Pa。

所谓“真空”是相对的，是同大气压强相比较来说的。压强低于大气压的稀薄气体所在的空间就叫做真空空间。真空度是指处于真空状态下气体的稀薄程度，用压强的数值表示。气体的压强越低，其稀薄程度越大，真空度越高。从数字上看，Pa的数值越大，真空度越低，Pa 的数值越小，真空度越高。因数值小，用小数点表示很不方便，可以利用数学中的负指数来表示，即：

                0.1=1/10=10-1

                0.01=1/100=10-2

                0.00001=1/100000=10-5

指数的负数值越大，真空度越高，压强越小。指数的{jd1}值每差一，就是差一个数量级。当指数相同时，前面乘的数值越小，真空度越高。

真空区域可划分如下：

粗真空区域 1.013×105——1.3×103Pa

低真空区域 1.3×103——1.3×10-1Pa

高真空区域 1.3×10-1——1.3×10-6Pa

超高真空区域 1.3×10-6——1.3×10-12Pa

极高真空区域 小于1.3×10-12Pa

2 真空泵

    真空泵是能够将气体从密闭的容器中驱赶出来，从而获得真空的空间供使用的设备。

一、真空泵主要参数

1)极限真空

    极限真空又叫极限压强。所谓极限压强就是真空泵或真空系统在给定的压力下，经充分抽气后在进气口处所能达到的稳定{zd1}压强。

2)抽气速率

    所谓抽气速率就是在一定压强和温度下，单位时间内真空泵从被抽容器中抽走气体的体积，简称抽速。一般是指进气口压强在1.01325×105Pa下所具有的抽气速率。例如，某种真空泵的抽速是1L/S，就是指在大气压下，室温时该泵每秒钟能抽除1L的气体。

3){zd0}反压强

有些类型的真空泵不能够独立工作，只能依靠前级泵为它服务，创造一定真空条件才能正常工作，这样的泵叫次级泵。因为次级泵直接对容器进行抽气，故又叫主泵。主泵正常工作时，排气口所允许的{zd0}压强就是它的{zd0}反压强。油扩散泵就是次级泵的一种，常用旋片泵做它的前级泵。如果扩散泵的{zd0}反压强是399Pa(0.3Torr)当前级泵的进气口压强超过399Pa时，这个扩散泵就不能正常工作了。

二、真空泵的分类

1) 粗真空泵

    粗真空泵包括往复式真空泵、水环式真空泵，多片式真空泵等。粗真空泵适用于化学工业和油脂工业生产中酌蒸馏。浓缩等过程。它们的特点是抽速特别大而极限真空度很低，{zg}只能达到1.3×103Pa左右。

2)低真空泵

    低真空泵从大气压开始工作，极限真空度可以达到0.13Pa以上，是真空技术中应用最广泛的泵。常用的是油封式旋转机械真空泵。

3)高真空泵

    高真空泵可以获得1.3×10-5Pa以上的真空度。在真空镀膜行业常选用扩散泵。

4)超高真空泵

超高真空泵可以获得1.3×10-6Pa以上的真空度，有钛泵，冷凝真空泵，分子真空泵等。

三 真空泵

1）旋片式机械泵

    机械泵是作为分子泵的前级泵使用的，可以直接抽大气的真空泵。该泵的结构示意图及旋片式真空泵常见的故障和对策为：

2）分子泵

    FF-1600复合分子泵是用机械的方法获得清洁的高真空和超高真空的设备，驱动方式是用DFK-1000型分子泵电源将50Hz、220V交流电变频为400Hz、120V的交流电来驱动分子泵的内藏电机。复合分子泵不能单独使用，在前级泵获得足够的预真空200Pa的条件下方允许启动，另该泵不能长时间在200Pa以上的真空度下工作，也不能用该泵排出含有尘埃及腐蚀性的气体。

复合分子泵由涡轮组件、牵引级组件、泵芯、电机和电源组成。涡轮组件由涡轮转子和定子组成，转子是整体式，有九级。定子为九级，每一级有两个半圆环形叶轮构成，牵引级组建有螺旋槽转子和定子组成，轴承用低饱和蒸汽压的分子泵油润滑。它的工作原理是基于气体分子的动力现象，是靠有一定高速旋转的叶片和刚体表面来携带气体分子实现抽气的。下图是复合分子泵的一些常见故障及排除方法：

3）组合泵

    组合泵由机械泵和罗茨泵构成，整体是作为分子泵的一个前级泵，具有可以直接抽大气并且抽速很大等优点，它的一些常见的故障可以参考机械泵。

3 磁控溅射的工作原理

所谓“溅射”就是用荷能粒子（通常用气体正离子）轰击物体，从而引起物体表面原子从母体中逸出的现象。早在1842 年格罗夫 在实验室中就发现了这种现象。应用溅射原理制备薄膜是美国贝尔实验室及西屋电气公司于1877 年首先开始的。在1940年以后，由于溅射膜层的性能越来越显示其优越性，改善溅射装置，提高溅射速率的各种工艺相应地得到快速发展，使溅射工艺在某些领域中达到了实用化程度。1966年美国国际商用电子计算机公司应用高频溅射技术制成了绝缘膜。1970年磁控溅射技术及其装置出现，它以其“高速”、“低温”两大特点使薄膜工艺发生了深刻变化，不但满足薄膜工艺越来越复杂的要求，而且促进了新工艺的发展。

一、溅射理论

    被荷能粒子轰击的靶材处于负电位，所以一般称这种溅射为阴极溅射。关于阴极溅射的理论解释，主要有如下三种：

1） 蒸发论

这种理论认为溅射是由于气体正离子轰击阴极靶，使靶表面受轰击的部位产生局部高温区，该区靶材达到了蒸发温度而产生蒸发。

2） 碰撞论

    这种理论认为溅射现象是弹性碰撞的直接结果。当正离子轰击阴极靶时，直接将其能量传给靶表面上某个原子或分子，使该原子或分子脱离附近其它原子或分子的束缚而从靶表面弹射出来。

3） 混合论

    混合论认为溅射是热蒸发和弹性碰撞的综合过程。

在上述三种溅射理论中，当前倾向于混合论。

二 磁控溅射的原理

磁控溅射是在高真空充入适量的氩气，在阴极（平面靶）和阳极（镀膜室壁）之间施加几百K直流电压，在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电，使氩气发生电离。氩离子被阴极加速并轰击阴极靶表面，将靶材表面原子溅射出来沉积在基底表面上形成薄膜。通过更换不同材质的靶和控制不同的溅射时间，便可以获得不同材质和不同厚度的薄膜。磁控溅射具有镀膜层与基材的结合力强、镀膜层致密、均匀等优点。

4 操作

一、操作流程

1）打开循环水，分子泵冷却水，靶材冷却水，总电闸，压缩空气，氩气和氮气的开关，检查对应仪表，确保设备的水电气都通上;

2）打开控制柜的电源，打开分子泵电源开关，开启电脑，调用设备操作桌面;

3）打开组合泵和机械泵以及对应的前级阀，预抽前级真空;

4）预抽真空至前级阀前的真空计指示灯亮（图标颜色变蓝）时，开启分子泵（分子泵图标颜色由灰变绿交替变化）。

5）待分子泵xx开启了（图标为绿色），关闭组合泵上的前级阀，打开预抽阀，对真空室进行预抽真空，至门阀两边压力差小于200小于Pa时打开门阀，否则不能打开。

6）等到真空室里的压力在5Pa以下时，关掉预抽阀并打开组合泵上的前级阀，打开高阀和光栏阀，对真空再抽真空。

7）待真空室的真空度的读数的指数在-2以下时，关掉高阀和光栏阀，点击桌面右上角的“真空自动”，设备就会自动抽放真空，接着“工艺自动”闪动时，点击“工艺自动”，自动冲入氩气起辉，设备就可以开始正常生产了。

8）生产完毕后，点击“工艺自动”关闭至“自动关机”闪动时关闭设备，待xx停机后要及时关闭所有的水电气的开关。

二 设备维修时的操作

当设备出现故障要求对真空室充气时，操作如下：

1）退出真空自动和工艺自动；

2）关闭高阀以及光栏阀，保护分子泵；

3）观察门阀两边的压力差是否符合要求后再打开或关闭门阀，再者在开启或关闭门阀之前要确定门阀下没有玻璃，否则不能开启或关闭门阀，以免门阀受损；

4）在以上步骤确保做好后，再打开充气阀进行充气。