Измерение вакуума

Для нанесения пленок термическим испарением требуется разряжение 10^-5-10^-7 мм.рт.ст. В таком диапазоне давлений вакуум измеряется только косвенными методами. В технологических установках нашли применение 2 основных типа манометров - вакууметров: термопарный и ионизационный.

Принцип действия термопарного вакуумметра основан на зависимости теплопроводности газа от его плотности, т.е давления. Эта зависимость наиболее сильно наблюдается для давлений 10-10^-4 мм.рт.ст. Измерительным элементом является манометрическая лампа типа ЛМ. В ней расположен спай термопары и подогреватель. При нагрева слоя, на холодных концах термопары появляется Э.Д.С, которая зависит от температуры спая. Если давление газа уменьшается, то ухудшается теплообмен между газом и подогревателем, температура его увеличивается и, следовательно, увеличивается термо ЭДС.

Марка термодинамического вакуумметра – ВТ-2. Измеряет давление от 1 до 10^-3 мм.рт.ст. Лампы манометрические: ЛТ-2(стеклянный баллон) ЛТ-4М (металлический баллон).

Принцип действия ионизационного вакуумметра основан на ионизации молекул газов электронами, эмитируемыми нагретым катодом, и измерении ионизационного тока, величина которого зависит от давления газа. Чем меньше молекул газа, тем реже электроны с ним сталкиваются, тем меньше ионный ток I_i = кI_eP, где I_э-ток эмиссии.

Марки ионизационнных вакуумметров: ВИТ-2,3, ВИТ-1, ВИ-12. В них стоят ионизационные манометрические лампы ЛМ-2, МИ-12. ВИТ-1 позволяет измерять давление от 10^-3 до 10^-7 мм.рт.ст, ВИ-12 даже более низкие давления: до 10^-10 мм.рт.ст.

Изменение толщины и скорости нанесения пленки

1. Резистивный метод. Данным методом измеряется не толщина, а омическое сопротивление участка пленки. Используется пропорциональная зависимость  . Метод применяется, как правило, для металлических пленок. Промышленный прибор КС-1. Диапазон рабочих R: от 0 до 50 кОм. Точность 5%. Максимальная толщина δ ~ 1мкм.

2. Резонансо - частотный метод или метод кварцевого резонатора. В основу метода свойство Si-кристалла изменять частоту колебаний при изменении напыленной на него массы пленки. Измеряемые толщины = 0,01÷5 мкм. Чувствительность 1 /Гц, 1 /см² . Прибор - КИТ-1.

3. Ионизационный метод. В основе метода измерение ионизационного тока, возникшего за счет ионизации части потока паров осаждаемого материала. Ионизация осуществляется в специальном ионизационном преобразователе, соединенном с вакуумной камерой. Предельная измеряемая толщина неограниченна. Чувствительность - 1 /сек. Точность 1-5% . Промышленный прибор ИСТИ - 1. Он может измерять так же и скорость осаждения. Нельзя использовать при катодном и ионно-плазменном распылении.

4. Оптические методы.

– по расчету кривой интерференции пленки. При этом необходимо знать показатель преломления материала. Точность 30%. Измеряемые толщины 0,3÷5 мкм (МИИ - 4).

- по измерению оптической плотности материала пленки δ ≤ 1 мкм.

Вакуумные установки термического напыления

Классифицируются:

- по величине предельного вакуума (высоковакуумные и сверхвысоковакуумные);

- по числу операций осаждения пленок за один вакуумный цикл (однооперационные и многооперационные);

- по типу испарителя и другим конструктивным особенностям.

Установки серии УВН.

1) Однооперационная установка УВН-2М-2

- предельное разряжение, Па - 1,3∙10^-4

- время достижения Р_пред – 90 мин

- максимальная температура испарителя 1500°С

- мощность испарителей - 2 кВт (5шт)

- температурный диапазон нагрева подложек 100 - 400°С

- частота вращения карусели – 50-150 об/мин

- количество позиций подложек и масок – 8 шт.

- имеется ионная отчистка подложек

- вакуум создается форвакуумным механическим насосом ВНМ-7Г и паромасляным насосом Н-2Т

- масса 700 кг

2) УВН-2М-1- многооперационная

- дополнительно имеет еще 1 электролучевой испаритель

- 2 карусели по 6 позиций каждая

3) УВН-2М-3

- 2 электронно - лучевых испарителя

- максимальная температура испарителя 3000°С

Преимущества метода термического напыления:

• простота и универсальность метода - практически для всех элементарных материалов и ряда соединений;

• из-за относительно высокого вакуума (10^-6-10^-9 мм.рт.ст) можно получать пленки практически не загрязненные остаточными газами.

Недостатки метода:

• неоднородный химический состав пленок;

• недостаточная стабильность характеристик пленок.