Revêtement sous vide avec contrôle de la pression

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Note d’application: Revêtement sous vide avec contrôle de pression

Obtenir des revêtements de qualité grâce un contrôle plus rapide et plus précis de la pression

Problème:
Irrégularité de la qualité du revêtement et mauvaise reproductibilité de l’application dus aux fluctuations de la pression de la chambre à vide.

Cause et contexte:
Les ingénieurs de contrôle de processus de revêtement sous vide créent un vide (pressions en dessous des conditions atmosphériques) dans une chambre étanche. Ils éliminent ainsi les gaz atmosphériques qui pourraient interférer avec les réactions souhaitées entre les différentes substances introduites. Dans le vide, ils introduisent différents gaz et matériaux, comme par exemple des métaux vaporisés, des molécules ionisées ou encore des composés réactifs au plasma, pour les lier aux surfaces d’autres matériaux (création de films/revêtements sur un substrat).

Une description simple du système peut se résumer en deux caractéristiques principales. Tout d’abord, une chambre à vide est raccordée à plusieurs étages de pompes à vide, avec une vanne d’étranglement située entre la chambre et les pompes. La vanne d’étranglement régule la force de traction des pompes et assure l’isolation du système prévenant tout risque de fuites. Puis, dans un second temps, des sources de gaz sont introduites de manière sélective dans la chambre à vide grâce aux régulateurs de débit massique (débitmètres avec vannes de régulation de débit intégrées). Ces gaz sont utilisés afin d’assurer des niveaux de densité et des conditions de fonctionnement propices à l’environnement du revêtement.

Certains gaz sont utilisés comme des gaz «neutres» non réactifs, pour maintenir la pression de la chambre à un niveau sous-atmosphérique idéal sans affecter les concentrations de produits chimiques de traitement. D’autres gaz introduits sont quand à eux réactifs, faisant partie intégrante d’un processus, tel que l’oxygène pour un revêtement d’oxydation. Au cours de certains processus, des gaz non réactifs sont introduits comme supports pour étaler et diluer les matériaux réactifs. Comme matériaux réactifs, on peut citer le métal vaporisé, lequel a été ionisé par fusion et manipulation d’un champ électrique. Puis enfin d’autres gaz peuvent être utilisés pour “purger” ou nettoyer le système des dernières traces de substances issues d’une phase ou cycle précédent.

Les propriétés mécaniques des revêtement varient. Certains sont passifs, par exemple en permettant à la vapeur de se déposer lentement sur le substrat. D’autres assurent l’adhésion de films sur des substrats à travers le plasma qui forme le nuage de vapeur. Le processus peut également demander de charger le substrat électriquement, pour attirer des ions spécifiques. Dans de telles conditions d’air raréfié, les fluctuations de pression sont courantes et de petits changements ont beaucoup d’incidence. La pression et l’équilibre des substances en jeu sont alors affectés par plusieurs facteurs, comme l’interaction des composants de commande, le fonctionnement asynchrone de ces éléments, tant au niveau des débits de gaz non réactifs, des gaz réactifs introduits mais également des pompes à vide s’activant et se désactivant à intermittence.

L’équilibre des produits chimiques introduits est très délicat et des fluctuations transitoires dues à de mauvais réglages de mise en route/mise à l’arrêt ou encore des temps de stabilisation trop longs peuvent affecter directement l’uniformité, l’adhérence et l’épaisseur des revêtements. Tout aussi vrai, des vitesses de temps de contrôle ou de stabilisation des vannes et des régulateurs de débit qui s’avèrent être trop lentes, supérieurs à 100 ms, peuvent selon l’application, avoir un impact négatif sur la qualité, l’épaisseur et l’uniformité du film, ainsi que sur la reproductibilité du processus à grande échelle.

Pression de revêtement sous vide

Pression de revêtement sous vide

Solution:
Vous gagnerez en contrôle sur les conditions de l’environnement de revêtement, en utilisant un régulateur de pression ALICAT muni d’un capteur externe (PC-EXTSEN-D) pour contrôler la pression de la chambre à vide via l’introduction contrôlée d’argon. La pression du processus en cours est mesurée par une jauge de vide externe directement connectée à la chambre de traitement. La mesure de la pression est relevée par le régulateur de pression grâce à une connexion analogique. Les gaz réactifs sont introduits dans la chambre de traitement au moyen des régulateurs de débit massique ALICAT. Alors que le régulateur de pression ALICAT détecte les changements de pression dans la chambre à partir du débit entrant, cet appareil ajuste en temps réel le niveau de gaz non réactif introduit pour réguler la pression du processus et créer des conditions de dépôt optimales.

La vitesse de contrôle est primordiale afin de maintenir des résultats de dépôt de qualité, en réduisant notamment les fluctuations. En personnalisant l’accord de boucle PID pour des conditions de processus spécifiques, la vitesse du temps de réponse de contrôle sur toute la plage peut atteindre 20-30 ms, réduisant ainsi drastiquement le temps de stabilisation et les pics aléatoires, ce qui signifie le maintien d’une pression homogène et des échanges de gaz stables. Les deux appareils de contrôle, celui de la pression et celui du débit, bénéficient d’une interface de contrôle commune, standardisant ainsi les commandes et la programmation. Des communications de série ou analogiques sont disponibles pour contrôler les appareils. Grâce aux interfaces à distance ou embarquées, les régulateurs de débit massique peuvent être réinitialisés afin de faire circuler de nouveaux gaz sans altérer les spécifications de précision homologuées par le NIST sur les appareils ALICAT. Pour changer de gaz il suffit de le sélectionner, et vous économiserez de longues heures de calculs du facteur K tout en bénéficiant d’une précision de pointe.

Les appareils conçus pour les débits faibles et micro-débits (aussi bas que 0,5 sccm à pleine échelle) sont une proposition de flexibilité unique tandis que nos pièces de remplacements et mises à jour pour les régulateurs de débit massique compétitifs vous feront gagner du temps, amortir vos coûts tout en assurant les mêmes fonctionnalités.

Avantages:
En temps normal, des changements du débit des gaz réactifs perturbent la pression du système, ce qui affecte les revêtements, alors sujet aux irrégularités.

Le régulateur de pression ALICAT s’attache à maintenir précisément la pression de la chambre selon le niveau souhaité, tandis que le contrôle du système régule les gaz réactifs de manière indépendante. Les clients ayant adoptés ces systèmes pour leur application de revêtement sous vide ont pu observer que la vitesse des temps de réponse de contrôle des appareils ALICAT améliore considérablement leurs résultats, notamment en bénéficiant d’un environnement de revêtement mieux contrôlé et de résultats reproductibles.

La précision et la simplification du changement de fluides sont également des arguments en faveur de l’intégration des appareils ALICAT dans ce type d’application.

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