۱- مقدمه:

در عملیات درون سیستم های خلاء، مشاهده مستقیم فرآیند، ابزار قدرتمندی برای کنترل کیفیت و درک فیزیکی فرآیند در حال اجراست. در اغلب دستگاه های موجود در بازار، محفظه مورد استفاده از جنس فلز است و برای مشاهده فقط پنجره کوچکی از شیشه در نظر گرفته می شود. وزن زیاد و محدودیت دید، حتی برای یک نفر، از جمله مشکلات محفظه از جنس فلز است. محفظه های شیشه ای نیز گزینه ای مناسب برای محفظه خلاء نیستند، چرا که علاوه بر وزن زیاد، شکننده بوده و در صورت شکست تحت خلاء می توانند خطرناک باشند. سامانه لایه نشانی به روش تبخیر حرارتی با محفظه خلاء از جنس پلیمر شفاف که برای اولین بار در شرکت هزاره سوم طراحی شده، مشاهده ی کامل فرایند لایه نشانی لایه های مختلف به روش تبخیر حرارتی را کاملا ممکن می سازد. در ساخت این دستگاه، از پلیمر شفاف به عنوان محفظه خلاء سامانه استفاده شده است که به مراتب از استیل و شیشه سبک تر می باشد و امکان مشاهده درون دستگاه را برای تمام افرادی که دور دستگاه حاضرند میسر می سازد.

توضیح مهم: این دستگاه با محفظه استیل نیز قابل استفاده می باشد. در صورت نیاز، محفظه استیل بصورت وسیله ی جانبی به همراه دستگاه قابل خرید است. به دلیل عمر طولانی تر، استفاده از محفظه استیل برای کارهای رویتی (غیرتجربی) پیشنهاد می شود. استفاده از محفظه پلیمری برای کارهای پژوهشی (تک کاری) توصیه می گردد. سامانه ی حاضر حتی در صورت استفاده از بدنه ی استیل نیز به دلیل وجود قاعده ی فوقانی شفاف، از نظر دید داخل محفظه عالی است. قاعده ی فوقانی، بدلیل ضخامت زیاد پلیمر، عمر به مراتب طولانی تری دارد.

۲- آشنایی با فرآیند لایه نشانی:

لایه نشانی به روش تبخیر حرارتی فرآیندی است که در خلاء بهتر از ۱۰-۴ torr، با گرمایش الکتریکی بوته ی حاوی مورد نظر صورت می گیرد. هدایت و انتقال ماده تبخیر شده به سمت زیرلایه بر اساس اختلاف فشار محلی بین بوته و زیرلایه اتفاق می افتد. به بوته ی تبخیر در خلاء، به دلیل شکل هندسی خاص آن قایقک گفته می شود. این روش لایه نشانی یکی از رایج ترین انواع لایه نشانی ها برای ساخت لایه های نازک به شمار می رود. پارامترهایی که در این نوع لایه نشانی بایستی کنترل شوند، فشار محفظه و دمای قایقک تبخیر است. در این روش، ماده موردنظر (مثلا طلا) در یک قایقک از جنس فلز دیرگداز، اکثرا تنگستن، قرار می گیرد. با عبور جریان الکتریکی از قایقک و داغ شدن آن ماده مورد نظر، تبخیر آن در محیط خلاء آغاز می شود. با ادامه تبخیر، لایه نازکی از ماده تبخیر شده بر روی زیر پایه، که در ارتفاع مناسبی بالای قایقک مستقر است، شکل می گیرد. در شکل ۱ تصویر قسمت های مختلف درون محفظه ارائه شده است.

 

شکل ۱ : درون محفظه خلأ

۳- مشخصات فنی سامانه:

  • محفظه خلأ استوانه ای شکل با حجم مفید ۳۰ lit می باشد.
  • تمام بدنه محفظه بجز قاعده تحتانی محفظه از پلیمر شفاف است و فرآیندهای اجرا شده در خلاء قابل مشاهده می باشد.در شکل ۲ تصویر دستگاه در حال اجرای فرایند لایه نشانی طلا نمایش داده شده است.
  • خلأ توسط یک دستگاه پمپ چرخشی با قدرت تخلیه ۸ m3/h و یک دستگاه پمپ نفوذی تامین می گردد. در شکل ۳ تصویر پمپ های درون دستگاه نمایش داده شده است.
  • این سامانه مخصوص نشانش لایه های نازک به روش تبخیر حرارتی طراحی گردیده است و کاربرد آن برای مصارف دیگر توصیه نمی گردد. هزاره سوم سامانه های دیگری با ویژگی های متفاوت برای سایر کاربرد ها مثلا (sputtering یا electron) تولید می کند.

شکل ۲ : در حال لایه نشانی

شکل ۳ : الف)پمپ چرخشی

شکل ۳ : ب)پمپ نفوذی

  • مشاهده درون دستگاه برای تمام افرادی که دور دستگاه حاضر باشند میسر است. بنابراین دستگاه از نظر آموزشی ارزش ویژه ای دارد. به شکل ۲ توجه فرمایید.
  • دستگاه مجهز به حسگر خلأ پیرانی (Pirani) می باشد. تصویر این حسگر درون دستگاه و تصویر نشانگر آن بیرون دستگاه در شکل ۵ (الف-ب) ارائه شده است.
  • در صورت سفارش مشتری، حسگر خلأ کاتد سرد (Penning) نیز بر روی دستگاه قابل نصب است.
  • در صورت سفارش مشتری، اندازه گیر ضخامت لایه بر روی دستگاه قابل نصب است.
  • دستگاه شامل یک قایقک تنگستن برای تبخیر می باشد که به راحتی توسط کاربر قابل تعویض است.انواع قایقک از شرکت هزاره سوم قابل خرید است. در شکل ۶ تصویر قایقک و محل استقرار آن درون دستگاه ارائه شده است.
  • دستگاه مجهز به ترانسفورماتور جریان گرمایش قایقک تبخیر با توان ۵ kVA می باشد. در شکل ۷ (الف-ب) تصویر ترانسفورماتور درون دستگاه و محل تغییر توان آن روی دستگاه نمایش داده شده است.
  • جریان گرم گننده قایقک به طور دستی به راحتی قابل تغییر و تنظیم است. به شکل ۷-ب توجه شود.
  • روغن مورد نیاز پمپ نفوذی فقط ۰٫۲ لیتر است.محل بازدید مقدار روغن پمپ در شکل ۸ ملاحظه می شود.

شکل ۵ : الف) پیرانی

شکل ۵ : ب) نمایشگر بیرونی پیرانی

شکل ۶ : قایقک

  • دستگاه مجهز به نگهدارنده زیرلایه ها می باشد.
  • دیواره اصلی محفظه دستگاه کمتر از ۴ kg وزن دارد و به بالابر مکانیکی نیازی نیست.
  • محفظه از دو تکه سبک تشکیل شده است و تمیز کردن آن آسان است.
  • دستگاه مجهز به شیر خلأ شکن می باشد.
  • سامانه ۸۰ دقیقه پس از روشن شدن آماده نشانش لایه ها به روش تبخیر حرارتی است.
  • سامانه به صورت تک فاز و سه فاز قابل سفارش است.
  • مکان اشغال شده توسط دستگاه ۱۰۰ cm ×۷۰ cm می باشد. ارتفاع دستگاه از زمین تا بالای محفظه ۱۳۵ cm می باشد.
  • سامانه مجهز به شیر اتوماتیک جریان آب پمپ نفوذی می باشد. در صورت قطع جریان آب، گرمایش پمپ به طور اتوماتیک قطع می گردد.
  • سامانه مجهز به آمپرمتر دیجیتالی برای نمایش جریان عبوری از قایقک تبخیر حرارتی می باشد.
  • سامانه مجهز به ولت متر دیجیتالی برای نمایش ولتاژ خط ورودی است.

۴- معرفی سامانه:

دستگاه دارای جعبه ای به ابعاد ۹۵×۶۰×۹۰ سانتی متر مکعب (ارتفاع × عرض × طول) است که مجموعه تجهیزات الکتریکی و مکانیکی درون آن و محفظه خلاء سامانه روی آن قرار می گیرد. محفظه دستگاه، در ساده ترین شکل خود، متشکل از سه تکه ی مجزا شامل استوانه ای با حجم ۳۰ لیتر، درپوش فوقانی استوانه و قاعده تحتانی آن می باشد. یک، یا دو، یا همه این اجزای اصلی از جنس پلیمر شفاف ساخته شده اند. برای آب بندی، محل های اتصال بین این قسمت ها از واشر لاستیکی استفاده شده است. درپوش تحتانی (قاعده پایین) وظیفه نگهداری اجزاء ارتباط دهنده بین داخل محفظه با محیط خارج را نیز برعهده دارد. این بخش، به دلیل داشتن سوراخ های متعدد و تحمل بار قطعات متصل به آن، و اینکه از نظر دید محفظه نقشی را ایفا نمی کند، از فلز ساخته شده است. حسگرهای فشار، الکترودهای متصل به قایقک تبخیر حرارتی، شیر فشارشکن و سایر اتصال های الکتریکی به داخل محفظه از طریق سوراخ های تعبیه شده روی این صفحه با بیرون تماس دارند. به دلیل سبکی، دستگاه لایه نشانی ساخته شده نیازمند جرثقیل (بالابر) برای باز و بسته کردن محفظه نیست و محفظه پلیمری به سادگی با دست گذاشت و برداشت می شود. عملیات تخلیه هوای داخل محفظه با استفاده از یک دستگاه پمپ چرخشی به همراه یک دستگاه پمپ نفوذی صورت می گیرد. این دستگاه قابلیت نگهداری خلأ، از فشار اتمسفر تا ۱۰را داراست و شرایط نشانش انواع لایه های فلزی عایق ها و نیمه هادی های مختلف را تامین می کند. این دستگاه به جز کاربردهای مربوط به لایه نشانی، می تواند برای اندازه گیری های مختلف در اتمسفرهای کنترل شده نیز به کار رود. در مورد کاربرد های اخیر شرکت هزاره سوم تجارب طولانی دارد که در صورت نیاز مورد استفاده کاربر می تواند قرار بگیرد.

۵- روش لایه نشانی:

۱- قبل از انجام هر نوع عملیات لایه نشانی یا اندازه گیری، از تمیز بودن محفظه دستگاه اطمینان حاصل شود. برای تمیز کردن محفظه از دستکش یکبار مصرف، دستمال کاغذی نرم و اتانول استفاده نمایید. در شکل ۱۵ تصویر کاربری در حال تمیز کردن سطح جانبی محفظه ملاحظه می شود.

۲- زیرپایه ها را روی نگهدارنده مربوط در محفظه قرار دهید.

۳- از صحت استقرار قایقک تبخیر حرارتی و اتصالات الکتریکی آن اطمینان حاصل کنید. سپس مقدار مورد نظر از فلز مورد لایه نشانی را در قایقک قرار دهید.

۴- محفظه استوانه ای و درپوش را پس از قرار دادن واشرهای لاستیکی در جایگاه خود قرار دهید.

۵- استفاده از هیچ گونه گریس برای آب بندی واشرها لازم نیست و سطح صفحه زیرین و واشر اصلی باید کاملا عاری از مواد روغنی (حتی سیلیکانی) باشد. عدم دقت به این نکته می تواند خطرساز باشد. توضیح بیشتر به هنگام نصب دستگاه ارائه می شود.

۶- از بسته بودن تمام شیرهای هوادهی متصل به محفظه اطمینان حاصل کنید.

۷- دوشاخه برق سیستم را به پریز متصل نمایید و کلید قدرت روی تابلو را از حالت صفر به حالت یک تغییر وضعیت دهید. روشن شدن لامپ های سیگنال روی تابلو و نمایشگر ولت متر دیجیتالی، نمایانگر اتصال سیستم به برق است. این نمایشگر، ولتاژ ورودی سامانه را نمایش می دهد.

۸- نمایشگر حسگر خلأ پیرانی را روشن کنید. در این حالت، نمایشگر عبارت At یعنی فشار محیط (یک اتمسفر، معادل با ۷۶۰ × ۱۰۰ torr) را نمایش می دهد.

۹- شاسی استارت پمپ روتاری را فشار دهید. با این عمل، پمپ شروع به تخلیه هوای داخل محفظه می کند. بعد از حدود یک دقیقه، تغییرات فشار داخل محفظه روی نمایشگر حسگر خلاء نمایان می شود. قابل ذکر است که نمایشگر مقدار فشار را بر حسب torr نمایش می دهد.

۱۰- پس از گذشت حدود ۱۵ دقیقه، فشار داخل محفظه به مقدار ۸ × ۱۰ torr می رسد. در این حالت، شیر آب رادیاتور پمپ نفوذی را باز کنید.

۱۱- ورود به مرحله ی بعدی مستلزم اطمینان از کاهش فشار محفظه تا سطح ۸ × ۱۰ torr می باشد. برای روشن کردن پمپ دیفیوژن حتما بایدp< 8 × ۱۰ torr برقرار باشد. عدم توجه به این نکته می تواند کیفیت روغن پمپ دیفیوژن را کاهش دهد.

۱۲- شاسی استارت پمپ دیفیوژن را فشار دهید تا هیتر پمپ نفوذی روشن گردد. خاموش بودن چراغ سیگنال مربوط به سیستم خنک کننده پمپ دیفیوژن، صحت گردش جریان آب در رادیاتور پمپ نفوذی را نشان می دهد. در صورت کم شدن جریان آب یا قطع آن، سیستم به صورت اتوماتیک هیتر پمپ نفوذی را خاموش می کند.

۱۳- حدود ۲۵ دقیقه پس از روشن شدن پمپ دیفیوژن، نشانگر پیرانی علامت Low را نشان می دهد این به معنی این است که فشار محفظه از محدوده ی عملکرد پیرانی (At- 1×۱۰ Torr) خارج شده است و فشار محفظه کمتر از Torr 1×۱۰  می باشد. اگر دستگاه شما مجهز به فشارسنج دیگری باشد، مثلا فشارسنج از نوع کاتد سرد، می توانید فشار را از نشانگر آن ثبت نمایید. در غیر اینصورت از طریق بند ۱۳ کار را ادامه می دهید که مبتنی به فرض صحت کار پمپ دیفیوژن و تجارب قبلی می باشد.

۱۴- حدود ۶۰ دقیقه پس از روشن کردن پمپ نفوذی، فشار داخل محفظه به torr 7 × ۱۰ رسیده است و سامانه آماده لایه نشانی با تبخیر حرارتی است.

۱۵- دستگیره گردان واقع در سمت راست جعبه دستگاه، مربوط به کنترل ولتاژ دو سر قایقک تبخیر حرارتی، را آرام در جهت ساعتگرد بچرخانید. با افزایش جریان عبوری از قایقک تبخیر حرارتی، دمای آن افزایش می یابد. ولتاژ ورودی را تا رسیدن به دمای تبخیر فلز مورد نشانش افزایش دهید. در این مرحله، برای جلوگیری از صدمات ناشی از تشعشعات گداخت فلز از عینک مخصوص استفاده کنید.

۱۶- بلافاصله بعد از تبخیر، دستگیره گردان مربوط به ولتاژ قایقک را به وضعیت صفر برگردانید. کل مدت زمان تبخیر نباید از حدود ۶۰ ثانیه بیشتر شود. طولانی تر شدن این فرایند اولا لزومی ندارد و ثانیا می تواند باعث تخریب پایه های نگه دارنده قایقک و کیفیت دیواره محفظه بشود.

۱۷- با اتمام لایه نشانی، شاسی خاموش کننده پمپ نفوذی را فشار دهید تا هیتر مربوط به آن خاموش گردد. حال منتظر بمانید تا روغن پمپ نفوذی با گردش جریان آب در رادیاتور آن سرد شود. در تمام این مراحل، هنوز پمپ چرخشی در حال کار و تخلیه محفظه است. عدم دقت به این نکات باعث مجاورت روغن داغ پمپ دیفیوژن با هوا می گردد که می تواند سوختن و بلا استفاده شدن روغن را را در پی داشته باشد.

۱۸- پس از گذشت حدود ۴۵ دقیقه، روغن پمپ نفوذی سرد می شود. شاسی خاموش کننده پمپ روتاری را فشار دهید تا پمپ چرخشی نیز خاموش گردد.

۱۹- توسط شیر خلاء شکن، هوا را به آرامی وارد محفظه کنید تا به فشار اتمسفر برسد.

۲۰- شیر آب مربوط به رادیاتور پمپ نفوذی را ببندید. کلید قدرت جعبه سیستم را از حالت یک به صفر تغییر وضعیت داده و دوشاخه آن را از پریز جدا نمایید.

۲۱- از کاربر محترم اکیدا استدعا می شود که مراحل فوق را چندین بار قرائت نموده و حتما بکار بگیرد.

۶- عیب یابی دستگاه:

قبل از ورود به مراحل زیر، ابتدا اطمینان حاصل شود که مراحل کار با دستگاه مطابق مراحل ذکر شده در قسمت های قبل بوده است.

الف- با قرار دادن کلید قدرت در حالت یک سیستم روشن نمی شود:

۱- از اتصال دستگاه به پریز برق اطمینان حاصل کنید.

۲- فیوزهای مینیاتوری داخل جعبه راچک کنید باید در حالت ON باشند.

۳- در صورت انجام مراحل بالا و روشن نشدن سیستم با شرکت هزاره سوم تماس بگیرید.

ب- پمپ روتاری روشن نمی شود یا به صورت لحظه ای روشن و خاموش می شود:

۱- کلید قدرت را چک کنید و از اتصال دستگاه به برق اطمینان حاصل کنید.

۲- ولتاژ هر خط و خط به خط در سامانه های سه فاز سیستم را روی نمایشگر ولت متر دیجیتالی چک کنید و از صحت مقدار آن ها اطمینان حاصل کنید.

۳- در صورت انجام مراحل بالا و روشن نشدن پمپ روتاری با شرکت هزاره سوم تماس بگیرید.

پ- پمپ روتاری کار می کند ولی فشار محفظه پایین نمی رود:

۱- معمولا آخرین تغییرات ایجاد شده در سیستم پس از نشانش آخر دلیل نشتی است.

۲- از صحت نحوه ی استقرار مناسب واشرهای آب بند و محفظه اطمینان حاصل کنید.

۳- از بسته بودن تمام شیرهای متصل به داخل سیستم اطمینان حاصل کنید.

۴- از عدم وجود هرگونه شیء خارجی بین واشرهای لاستیکی و محفظه و درپوش آن مطمئن شوید.

۵- شیر فشارشکن را به خوبی ببندید و از فشار بیش از حد به آن اجتناب کنید.

۶- از سالم بودن و ترک نداشتن واشرهای لاستیکی اطمینان حاصل کنید.

۷- در صورت انجام مراحل بالا و عدم رفع نشتی با شرکت هزاره سوم تماس بگیرید.

د- المنت پمپ دیفیوژن روشن نمی شود:

۱- از باز بودن شیر آب رادیاتور پمپ نفوذی و روشن شدن لامپ سیگنال مربوط به آن اطمینان حاصل کنید. در صورت عدم جریان آب در رادیاتور پمپ نفوذی، هیتر پمپ نفوذی روشن نمی شود.

۲- از روشن بودن پمپ روتاری اطمینان حاصل کنید، در صورت خاموش بودن پمپ روتاری، پمپ نفوذی روشن نمی شود.

۳- در صورت انجام مراحل بالا و عدم روشن شدن پمپ نفوذی با شرکت هزاره سوم تماس بگیرید.

ه- فشار محفظه نوسان دارد:

۱- داخل محفظه کثیف است و سیستم به زمان بیشتری برای عملکرد مطلوب احتیاج دارد.

۲- سطح روغن پمپ روتاری از حد مجاز پایین تر است یا به دلیل ورود آب و آلودگی کیفیت نامناسب دارد در صورت قطعیت روغن پمپ روتاری تعویض می شود این کار توسط کارشناس شرکت هزاره سوم یا کاربر آموزش دیده توسط شرکت اجرا می شود.

۳- روغن دیفیوژن با گذشت زمان یا به دلیل مجاورت با هوا در حالت گرم آسیب دیده و باید عوض شود. این کار فقط توسط کارشناس شرکت هزاره سوم یا کاربر آموزش دیده توسط شرکت قابل اجراست.

۴- در صورت عدم رفع اشکال، با شرکت هزاره سوم تماس بگیرید.

7- شرایط گارانتی دستگاه:

تامین قطعات یدکی دستگاه به مدت ۵ سال به قیمت روز تضمین می گردد.

ضمانت دستگاه به مدت یک سال از روز فروش است. این ضمانت شامل تعمیر یا سرویس دستگاه می باشد. این ضمانتنامه موارد زیر را شامل نمی شود:

۱- صدمات ناشی از حمل و نقل، نوسانات برق، آتش سوزی، ضربه، مواد شیمیایی، استفاده غلط و بی توجهی به دستورالعمل های ذکر شده در دفترچه راهنمای دستگاه.

۲- دستگاه هایی که توسط اشخاصی بجز نمایندگان شرکت هزاره سوم تعمیر یا کالیبره شده باشند.

۳- تمیز کردن محفظه با تمیزکننده هایی که توصیه نشده باشد.

۴- مواد مصرفی شامل قایقک تبخیر حرارتی، روغن پمپ نفوذی، واشرهای لاستیکی و روغن پمپ چرخشی.

۵- حداکثر مسئولیت سازنده دستگاه در محدوده هزینه ی تعمیر دستگاه می باشد. شرکت هزاره سوم در قبال خطرات جانی و مالی استفاده از سامانه لایه نشانی مانند (مسمومیت، صدمات انفجاری، آتش سوزی، برق گرفتگی و …) مسئول نیست.