Zpráva o aplikaci regulátoru hmotnostního toku MFC pro zařízení pro vakuové nanášení magnetronovým naprašováním

1. Přehled

Základní součástí integrovaného modulu okruhu plynu znázorněného na obrázku je regulátor hmotnostního průtoku tepelného typu (MFC). V kombinaci s vysoce čistým kompresním potrubím z nerezové oceli 316, ručními izolačními kulovými ventily, obtokovými rotametry a předními tlakovými stabilizačními jednotkami slouží jako hlavní řídicí jednotka procesního plynu pro různá zařízení pro magnetronové naprašování.

MFC realizuje vysoce přesnou regulaci hmotnostního toku procesních plynů včetně argonu (Ar), kyslíku (O₂), dusíku (N₂) a vodíku (H2) v uzavřené smyčce. Jeho výkon je odolný vůči kolísání teploty, tlaku vstupního plynu a vakua v komoře. Dokáže stabilně regulovat stav plazmy a přesně řídit poměr plynů pro reaktivní naprašování, čímž zajišťuje rovnoměrnost filmu, stabilitu složení a také elektrické a optické vlastnosti.

Je široce kompatibilní s celou řadou magnetronových naprašovacích zařízení, od laboratorních výzkumných a vývojových systémů až po rozsáhlé kontinuální výrobní naprašovací linky, pokrývající různé průmyslové řetězce, jako je fotovoltaika, displej, funkční sklo, polovodiče, optické tenké filmy, spotřební elektronika a přesné řezné nástroje.

2. Princip práce

Díky technologii snímání tepelného průtoku MFC detekuje hmotnostní průtok plynu v reálném čase a provádí regulaci v uzavřené smyčce prostřednictvím svého vestavěného regulačního ventilu.

Řídicí systém zařízení odešle cílovou požadovanou hodnotu průtoku. MFC nepřetržitě porovnává naměřený průtok s nastavenou hodnotou, dynamicky upravuje otevření ventilu a zpětně vysílá signály průtoku v reálném čase, aby bylo možné automatické a digitální řízení procesu.

Funkce každé součásti v integrovaném plynovém modulu:

MFC: Vysoce přesné automatické řízení průtoku pro hlavní cestu plynu;

Bypass rotametr: Vizuální reference na místě a kalibrace během uvádění zařízení do provozu;

Ruční kulový ventil: Izolace jednotlivých plynových vedení pro offline údržbu a výměnu MFC;

Sestava stabilizující tlak: Potlačuje kolísání tlaku přiváděného plynu a zaručuje stabilní řízení průtoku.

Běžné rotametry zobrazují pouze objemový průtok bez automatické regulace. Jejich chyba měření je značná za měnících se podmínek vakua a teploty. Naproti tomu MFC podporuje elektrické ovládací propojení, ukládání receptur a dálkové nastavení, což z něj činí standardní vybavení pro automatizované hromadné lakovací linky.

3. Pět segmentovaných aplikačních scénářů a odpovídající naprašovací zařízení

Scénář 1: Fotovoltaický průmysl, průmysl displejů a nízkoenergetického funkčního skla – velkokapacitní kontinuální výrobní linky

Odpovídající zařízení: Vertikální výrobní linky pro kontinuální naprašování, linky na naprašování typu roll-to-roll, velké horizontální linky na nanášení skla

Popis aplikace

Tento sektor zahrnuje fotovoltaické vodivé fólie, substráty OLED/LCD displejů, energeticky úsporná architektonická skla Low-E a krycí skla pro automobily. Tato zařízení pro nepřetržitou hromadnou výrobu se vyznačují nadrozměrnými vakuovými komorami a nepřetržitým provozem. Více kanálů procesního plynu vyžaduje dlouhodobě stabilní dodávku plynu. Procesy běžně používají Ar jako rozprašovací plyn smíchaný s O2 a N2 jako reaktivní plyny. Pro velkoplošné tenké filmy je vyžadována extrémně vysoká rovnoměrnost atmosféry komory.

Základní hodnota MFC

Desítky MFC pracují synchronně podél celé výrobní linky, aby udržely konstantní poměry plynů během dlouhých provozních cyklů a zajistily konzistentní tloušťku filmu a optické parametry na velkoplošných substrátech. Systém podporuje centralizovanou správu prostřednictvím řídicích systémů výrobní linky a přepínání receptur jedním kliknutím pro kontinuální velkoobjemovou výrobu. Tento trh také zaznamenává největší hodnotu nákupu na jednu zakázku napříč všemi segmenty.

Typické procesy: PV AZO transparentní vodivé fólie, nízkoemisivní Low-E povlaky na bázi Ag, pasivační fólie pro zobrazovací substráty.

Scénář 2: Polovodiče a komponenty snímačů – zařízení na naprašování klastrového typu střední až vyšší třídy

Odpovídající vybavení: Clusterové vícekomorové magnetronové naprašovací systémy, waferové naprašovací platformy, povlakovací zařízení pro čipy a senzory

Popis aplikace

Tato oblast, zaměřená na polovodičové wafery, MEMS senzory, optické senzorové čipy, napájecí zařízení a další přesné součástky, představuje špičkové výrobní procesy. Zařízení využívá seskupenou architekturu vakuové komory s přísnými požadavky na čistotu plynu, přesnost řízení průtoku, čistotu plynu a prevenci kontaminace. Malé odchylky v poměru reaktivních plynů přímo ovlivňují výtěžnost produktu.

Základní hodnota MFC

Vysoce čisté antikorozní vysoce přesné MFC poskytují stabilní průtok při nízkých rozsazích průtoku a potlačují drift průtoku. Podporují úplnou sledovatelnost dat pro splnění standardů kvality v polovodičovém průmyslu. Přesné dávkování plynu umožňuje nanášení bariérových vrstev, vrstev kovových vodičů a dielektrických pasivačních filmů, čímž se snižuje riziko úniku a selhání elektronických zařízení.

Typické procesy: metalizace plátků naprašováním, tenké vrstvy elektrod pro senzory, bariérové ​​vrstvy polovodičů.

Scénář 3: Výrobci optických komponent a funkčních materiálů — Středně objemové jedno/víckomorové naprašovací stroje

Odpovídající vybavení: Středně velké jednokomorové a tandemové vícekomorové magnetronové naprašovací stroje

Popis aplikace

Zákazníci vyrábějí optické čočky, optické filtry, infračervená okna, součásti optických povlaků a flexibilní optické tenké filmy. Produkty jsou vysoce citlivé na index lomu, propustnost a barevné rozdíly. Reaktivní naprašování se široce používá k výrobě oxidových a nitridových optických filmů. Výroba se skládá ze středních až malých sérií s častým střídáním receptur potahování.

Základní hodnota MFC

MFC rychle reaguje na změny procesních parametrů a stabilizuje směšovací poměr Ar s O₂/N2, čímž zabraňuje otravě cíle a odchylce ve složení tenkých vrstev. Zajišťuje konzistentní barevný rozdíl a optický výkon napříč šaržemi a usnadňuje rychlé opakování návrhů svazků optických filmů.

Typické procesy: Vícevrstvé optické povlaky Ti02, Si02 a Si3N4, infračervené antireflexní filmy.

Scénář 4: Dekorace spotřební elektroniky 3C, řezné nástroje, formy a přesné stroje – zařízení pro střední a malé dávky

Odpovídající vybavení: Střední a malé jednokomorové / dvoukomorové magnetronové naprašovací stroje

Popis aplikace

Dva hlavní dílčí segmenty:

① Spotřební elektronika: Dekorativní nátěry rámů mobilních telefonů, krytů notebooků a nositelných zařízení;

② Průmyslové aplikace: Tvrdé povlaky odolné proti opotřebení pro řezné nástroje, lisovací formy a přesné mechanické díly.

Výroba využívá přerušovanou dávkovou výrobu. Zákazníci upřednostňují konzistentní barvu filmu a stabilní odolnost proti opotřebení.

Základní hodnota MFC

Stabilně reguluje směsné plyny, jako je Ar N2 a Ar C2H2 pro nanášení CrN, TiN, DLC tvrdých povlaků a barevných dekorativních filmů. Eliminuje barevné odchylky a nekonzistentní odolnost proti opotřebení způsobenou tradičním ručním nastavením tlaku, čímž se snižuje rychlost přepracování produktu.

Typické procesy: Otěruvzdorné povlaky z nitridu chromu, kovové dekorativní filmy, povlaky z uhlíku podobného diamantu (DLC).

Scénář 5: Univerzity, výzkumné ústavy a podniková výzkumná a vývojová centra — výzkumné a vývojové naprašovací systémy v laboratorním měřítku

Odpovídající zařízení: Malé jednokomorové magnetronové naprašovací zařízení pro výzkum a vývoj, multifunkční experimentální lakovací stroje

Popis aplikace

Používá se pro vývoj nových materiálů, výzkum mechanismů tenkých vrstev a předvývoj nových procesů. Experimentální receptury jsou často aktualizovány s častým přepínáním plynu se zaměřením na výzkum víceprvkových tenkých vrstev a nových funkčních materiálů. Každá šarže obsahuje omezené vzorky, přesto je vyžadována široká nastavitelnost parametrů a vysoká přesnost řízení.

Základní hodnota MFC

Flexibilní konfigurace rozsahu podporuje přepínání parametrů pro více druhů plynů. Jednotka podporuje manuální nezávislé nastavení nebo automatické ovládání prostřednictvím hostitelského softwaru, což pomáhá výzkumníkům optimalizovat parametry poměru plynů. Zaznamenává experimentální data na podporu výzkumných projektů a akademických publikací.

Typické procesy: Výzkum 2D materiálů, katalytických tenkých vrstev a nových funkčních tenkých vrstev.

4. Závěr

Mass Flow Controller (MFC) jako základní nástroj pro regulaci plynu pro magnetronové naprašovací zařízení nabízí vysoce přesné řízení toku s uzavřenou smyčkou a lze jej použít pro zařízení s plným spektrem, od prototypů výzkumu a vývoje v laboratorním měřítku až po velké kontinuální výrobní linky naprašování.

Velké kontinuální výrobní linky pro fotovoltaiku, displeje a sklo Low-E tvoří největší segment trhu. Polovodičová a senzorová zařízení vyžadují ultra vysokou přesnost a vysokou čistotu. Výrobci optických tenkých vrstev upřednostňují flexibilní přepínání procesů. Výroba dekorativních povlaků 3C a povlaků nástrojů se zaměřuje na stabilitu výroby, zatímco univerzitní výzkumné platformy vyžadují univerzální výzkumné a vývojové kapacity.

Sladění řešení integrovaných plynových okruhů MFC s vhodnými specifikacemi a přesnými třídami podle umístění zařízení v různých průmyslových segmentech stabilizuje procesy v tenké vrstvě, zlepšuje výtěžnost výroby a umožňuje digitální reprodukci procesů. MFC jsou nepostradatelné základní komponenty pro stabilní průmyslový provoz všech typů výrobních linek pro magnetronové naprašování.