Система Guardian™ контроля совместного напыления (контроллеры на основе эмиссионной спектроскопии электронного возбуждения)


Система Guardian™ контроля совместного напыления - точный контроль для передовыхGiardian рис.png технологий.


Контроллер Guardian совместного напыления на основе технологии эмиссионной спектроскопии электронного возбуждения (ЭСЭВ) значительно повышает воспроизводимость качества плёнки в процессе производства плёнок из диселенид галлия-индия-меди (CIGS). Прибор Guardian обеспечивает точный контроль скорости напыления в диапазоне 0,1-9999 Ä/с. Система работает с одним или двумя датчиками, имеет до 8 оптических вводов и управляет максимум восемью источниками напыления, обеспечивая возможность одновременного напыления до восьми материалов.
Уникальный ЭСЭВ-датчик Guardian (подана заявка на получение патента) более точно измеряет скорость напыления, не испытывая воздействия фоновых газов во время мониторинга CIGS-процессов. Программа под Windows® прибора обеспечивает простые настройку и управление процессами напыления тонких плёнок из нескольких материалов. Она полностью совместима с датчиками INFICON Sentinel®, что упрощает интеграцию в существующие системы. Контроллер Guardian совместного напыления идеально подходит для контроля одновременного совместного напыления нескольких материалов в таких приложениях как CIGS для фотоэлектрической энергетики, молекулярно-пучковая эпитаксия и сверхпроводящие тонкие плёнки.

Общие сведения о системе Guardian™


В состав полностью укомплектованной системы Guardian входят, по меньшей мере: один детектор, оптический фильтр, интерфейсный блок/контроллер, ПК (поставляет пользователь) с ПО Guardian. Эмиссионная спектроскопия электронного возбуждения (ЭСЭВ) используется, как правило, для контроля напыления нескольких материалов, поэтому в состав большинства ЭСЭВ-систем входят дополнительные датчики, детекторы, оптические устройства, например делители луча, и измерители на основе кристалла кварца (QCM) для калибровки или регулирования скорости напыления некоторых материалов. На рисунке 1 схематично показана типичная конфигурация системы Guardian. В этой системе Guardian контролирует скорость напыления четырёх материалов, используя технологию ЭСЭВ для трёх материалов и измеритель на основе кристалла кварца для четвёртого (Типичная конфигурация для напыления диселенид галлия-индия-меди (CIGS) в приложениях фотоэлектрической энергетики).

Giardian 2.jpg

Преимущества системы контроля совместного напыления Guardian™


- Одновременные мониторинг и управление напылением максимум восьми материалов
- Скорость напыления в диапазоне от 0,1 до 9999 Ä/с
- Интегрированный ЭСЭВ и QCM контроль процесса напыления тонких плёнок
- Оптимально подходит для процесса напыления тонких плёнок из диселенид галлия-индия-меди (CIGS)


Конфигурация системы контроля совместного напыления Guardian для ваших нужд


Чтобы сконфигурировать систему guardian контроля совместного напыления, проанализируйте следующее: Какие длины первичной и вторичной волн эмиссии соответствуют напыляемым материалам? Если пики, соответствующие разным материалам, расположены близко один к другому, возможно потребуется мониторинг длины вторичной волны эмиссии, которая имеет меньшую интенсивность сигнала. В процессе напыления какие фоновые газы присутствуют в вакуумной камере и какие длины волн излучения соответствуют этим газам? Если излучение фоновых газов взаимодействует с напыляемыми материалами, рекомендуется использовать датчик с компенсацией влияния этих газов. ЭСЭВ – это наиболее эффективная технология с уникально определяемыми спектрами атомных частиц. Молекулярные частицы, создающие нестабильное излучение или излучающие в широком спектре, с высокой точностью измерить невозможно. Не рекомендуется применять технологию ЭСЭВ для органических материалов. Эти и другие факторы определяют оптимальную конфигурацию ЭСЭВ-системы для каждого конкретного приложения. Есть опубликованные статьи, в которых учитываемые факторы рассмотрены более подробно. При конфигурировании ЭСЭВ-системы обращайтесь к специалистам "ЭмЭсЭйч Техно" для всестороннего обсуждения вашего конкретного приложения.


Стандартный датчик имеет термоэлектронный катод, расположенный вблизи потока распыляемого материала. Испускаемое излучение передаётся по световоду детектору. Фильтр на входе детектора пропускает излучение только с конкретной, представляющей интерес, длиной волны. Такой датчик хорошо работает только в условиях высокого вакуума.


Датчик с компенсацией влияния газов имеет второй катод в дополнение к стандартному датчику. Этот второй катод расположен так, что взаимодействует только с фоновыми газами, а не потоком распыляемых материалов. Затем ПО Guardian вычитает сигнал, создаваемый фоновыми газами, из полезного сигнала, что значительно повышает стабильность измерений. Если излучение фоновых газов, например H20 или C02, искажает сигнал, создаваемый напыляемыми материалами, рекомендуется использовать датчик с компенсацией влияния этих газов.


В детекторе используется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) для преобразования оптического сигнала от датчика в дискретный сигнал высокого разрешения. Фильтр на входе детектора пропускает излучение только с длиной волны, соответствующей представляющему интерес материалу. Детектор имеет встроенный держатель стандартных фильтров диаметром 25 мм. В системе напыления одного материала блок оптического детектора можно установить прямо на вакуумном вводе. В системе напыления нескольких материалов можно использовать делитель луча для согласованной передачи оптического сигнала от одного датчика нескольким детекторам. Коэффициент усиления каждого детектора настраивается отдельно, что позволяет оптимизировать рабочие характеристики для разных материалов.


Пользователи, имеющие опыт работы с устройствами управления оптическим лучом, могут без труда конструировать и создавать свои собственные делители луча, используя стандартные компоненты, выпускаемые многими производителями. Для получения наилучших результатов рекомендуем делить основной луч не более чем на 3-4 луча. Мы предлагаем волоконно-оптический делитель луча, расщепляющий основной оптический луч датчика на 2-4 луча. Если у вас другие требования – обращайтесь к нашим специалистам.


На входе каждого детектора установлен фильтр, пропускающий излучение только с определённой длиной волны, как правило, это длина первичной или вторичной волны эмисии материала, представляющего интерес. Фильтры с узкой полосой пропускания отсекают излучение со смежными длинами волн, но пропускают лишь часть излучения с нужной длиной волны. Выпускается большое число разных оптических фильтров, наши фильтры отличает оптимальный баланс между полосой пропускания и интенсивностью излучения, пропускаемого фильтром, для большинства приложений.


Контроллер Guardian предоставляет питание для 1-2 датчиков и максимум 8 оптических детекторов, выходные сигналы управления максимум 8 источниками и функции дискретного ввода-вывода (12 реле, 12 логических входов). Контроллер также служит цифровым интерфейсом между всеми этими функциями и ПК. Выпускаются две модели контроллера: базовый контроллер (782-900-031) использует один датчик, вторая модель (782-900-050) работает с двумя датчиками. Обе модели могут работать со стандартным датчиком или с датчиком, компенсирующим влияние газов.

Giardian 3.jpg


ПО Guardian предоставляет все функции, необходимые контроллеру совместного напыления нескольких слоёв, имеющему восемь выходов и работающем с восемью датчиками. На любом этапе процесса напыления возможно отображение настроек параметров процесса, численных данных и графиков.
Последним недостающим компонентом ЭСЭВ-системы является ваш ПК и ПО Guardian, поставляемое в комплекте каждого контроллера. Эта программа предоставляет все возможности, необходимые для настройки и управления ЭСЭВ-системой с целью осуществления процесса напыления тонких плёнок из нескольких материалов.
Это ПО можно использовать с измерителем на основе кристалла кварца, например с измерительным преобразователем Q-pod или платой SQM-242, для калибровки ЭСЭВ по показаниям измерителя QCM или для контроля процесса напыления. Дополнительные платы SQM-242 и SAM-242 также можно использовать для калибровки и управления аналоговыми устройствами.


Принцип действия технологии эмиссионной спектроскопии электронного возбуждения


Работа контроллера Guardian базируется на технологии эмиссионной спектроскопии электронного возбуждения (ЭСЭВ) – очень эффективном методе контроля свойств тонких плёнок в процессе напыления многослойных плёнок. Осаждаемый материал возбуждается термоэлектронным эмиттером и испускает фотоны. Свет проходит через оптический фильтр и попадает в детектор с ФЭУ, который измеряет интенсивность излучения с определённой длиной волны. Затем Guardian формирует сигнал управления источником, распыляющим этот материал. При напылении нескольких материалов используются дополнительные детекторы с соответствующими оптическими фильтрами.


Технические характеристики


Датчики


Датчики


Датчик Guardian, патент #7719681


Рабочее давление


< 5 x 10-4 торр


Температура


макс. 450 °С во время работы и/или при прогреве


Размер (приблизительный)


19 x 32 x 45 мм


Срок службы катода (типичный)


1000 ч


Соединение датчика с вакуумным вводом


Негибкая трубка из нержавеющей стали регулируемой длины в диапазоне 175-550 мм



Детектор


Фотоэлектронный умножитель


Hamamatsu R7518 или аналогичный


Спектральная чувствительность


185-730 нм


Предел чувствительности


Мощность входного оптического излучения больше 5 фВт


Коэффициент усиления ФЭУ


103-107 (детекторы настраиваются по отдельности)


Дискретность вывода


20 бит


Устройство оптического входа


Встроенный держатель фильтров диаметром до 25 мм и толщиной до 5 мм


Размер


50 х 140 х 70 мм, монтажные отверстия с 3 сторон (имеются монтажные кронштейны – не входят в стандартный комплект)



Контроллеры


Контроллеры


782-900-031: работает с одним датчиком
782-900-050: работает с одним или двумя датчиками


Датчики


016-600-G22: стандартный датчик 22”
016-601-G22: датчик с компенсацией влияния газов 22”


Детекторы


8 каналов оптических детекторов


Управляющие выводы


8 выводов управления источниками, 0-10 В постоянного тока, задаются через программу


Дискретный ввод-вывод


12 выводов реле и 12 логических вводов


Электропитание


100-240 В, 50/60 Гц, 150 Вт


Размер


483 х 89 х 305 мм


Соответствие требованиям


CE


Интерфейс пользователя ПО:


Программа настройки под Windows® входит в комплект поставки контроллера


Отображаемые данные в ПО
скорость напыления:
толщина:


4-разрядный цифровой индикатор для всех каналов, диапазон 0,001-9999 Ä/с, графическое двухкоординатное X-Y отображение с прокруткой и выбираемым масштабом
4-разрядный цифровой индикатор с выбираемым диапазоном: 0,001-9999 кÄ



Компьютер


Поставляет пользователь:


Любой ПК под управлением ОС Windows® Vista/XP/2000 с интерфейсом Ethernet или RS-232



Рекомендации по конфигурации


Guardian использует технологию эмиссионной спектроскопии электронного возбуждения (ЭСЭВ) для обнаружения и мониторинга напыления тонких плёнок. Это особенно полезно для приложений с напылением диселенид галлия-индия-меди (CIGS). В состав полностью укомплектованной системы Guardian входят: контроллер Guardian, ЭСЭВ-датчик с соответствующим кабелем питания катода, оптический детектор с соответствующим кабелем и фильтр. Один датчик позволяет контролировать напыление до четырёх материалов (два датчика – 8 материалов), используя дополнительный делитель луча и соответствующее число детекторов. Прибор Guardian также можно подключить к измерительной системе на основе кристалла кварца, например Q-pod или SQM242, для автоматической калибровки с помощью ПО Guardian. Следующий пример поможет выбрать конфигурацию и дополнительные принадлежности для построения полностью укомплектованной системы Guardian.

Giardian 4.jpg


Информация для заказа


Контроллер Guardian (выберите один)


782-900-031


Контроллер Guardian для одного датчика (стандартного или датчика, компенсирующего влияние газов)
ЭСЭВ-контроллер Guardian с одним вводом для датчика. К этому контроллеру можно подключить стандартный датчик или датчик, компенсирующий влияние газов.


782-900-050


Контроллер Guardian для двух датчиков (стандартного или датчика, компенсирующего влияние газов)
ЭСЭВ-контроллер Guardian с двумя вводами для датчика. К каждому из двух вводов этого контроллера можно подключить стандартный датчик или датчик, компенсирующий влияние газов.



ЭСЭВ-датчик (выберите один)


016-600-G22


Вакуумный ввод с одним стандартным датчиком Guardian 4 мА в сборе, 539 мм, фланец CF40
Стандартный ЭСЭВ-датчик с одним катодом. В комплекте: вакуумный ввод CF40 (2 ¾ ConFlat) в сборе и компоненты для установки в вакууме: стандартный световод 508 мм и ЭСЭВ кабель для вакуума 539 мм. Кабели другой длины в диапазоне 159-813 мм поставляются по запросу.


016-601-G22


Вакуумный ввод со стандартным датчиком Guardian, компенсирующим влияние газов, 4 мА в сборе, 539 мм, фланец CF40
ЭСЭВ-датчик, компенсирующий влияние газов. Используется дополнительный катод для вычитания сигнала, формируемого остаточным газом, с целью получения точного начального уровня. Обнаруживает материалы, которые не может обнаружить стандартный датчик с одним катодом из-за присутствия остаточного газа. Кабели другой длины в диапазоне 229-879 мм поставляются по запросу.



Делитель луча (не входит в стандартный комплект)


782-900-034


Волоконно-оптический делитель луча Guardian (1:3) – длина 400 мм
Делит оптический луч от датчика на 3 отдельных луча. Обеспечивает возможность обнаружения трёх материалов одним и тем же датчиком. На каждом из трёх концов должен быть установлен оптический детектор с оптическим фильтром.


782-900-034-x-yyy


Волоконно-оптический делитель луча Guardian (1:х) – длина ууу мм
Модель стандартного делителя луча, соответствующая особым требованиям заказчика. Значение х определяет число лучей, на которое делится основной луч (возможный выбор: 2 или 4), а значение ууу определяет длину делителя (типичный вариант 400 мм).



Кабель катода


(выберите один для каждого датчика)
Кабель, подключающий вакуумный ввод со стандартным датчиком с одним катодом к контроллеру Guardian. Новая конструкция надёжно присоединяется к вакуумному вводу.

 

600-1406-P10


Кабель Guardian для одного катода, 3 м


600-1406-P40


Кабель Guardian для одного катода, 12 м



Кабель, подключающий вакуумный ввод с датчиком, компенсирующим влияние газов, к контроллеру Guardian.


600-1407-P10


Кабель Guardian для двух катодов, 3 м


600-1407-P40


Кабель Guardian для двух катодов, 12 м



Оптический детектор


(выберите нужное количество)


782-900-030


Блок оптического детектора Guardian Работает вместе с оптическим фильтром для выделения и обнаружения излучения от датчика, соответствующего осаждаемому материалу, представляющему интерес. Оптические фильтры приобретают отдельно.



Кабель для оптического детектора


(выберите нужное количество и длину)
Кабель, подключающий оптический детектор к контроллеру Guardian.


782-505-065


Кабель детектора Guardian, 3 м


782-505-065-40


Кабель детектора Guardian, 12 м


Оптические ЭСЭВ фильтры Guardian


(выберите нужное количество и длину волны)
Пропускает к оптическому детектору излучение только с выбранной длиной волны. Это позволяет контроллеру Guardian осуществлять мониторинг отдельного распыляемого материала. Можно заказать другие модели фильтров.


782-900-035-202


Оптический фильтр Guardian – центральная  длина волны – 202 нм (Zn)


782-900-035-241


Оптический фильтр Guardian – центральная длина волны – 241 нм (Со)


782-900-035-252


Оптический фильтр Guardian – центральная длина волны – 252 нм (Si)


782-900-035-265


Оптический фильтр Guardian – центральная длина волны – 265 нм (Ge, Pt, Ta, Ir)


782-900-035-267


Оптический фильтр Guardian – центральная длина волны – 267 нм (Au)


782-900-035-294


Оптический фильтр Guardian – центральная длина волны – 294 нм (Hf) (Ga [при использовании датчика, компенсирующего влияние газов])


782-900-035-304


Оптический фильтр Guardian – центральная длина волны – 304 нм (Ba, In [при использовании датчика, компенсирующего влияние газов])


782-900-035-325


Оптический фильтр Guardian – центральная длина волны – 325 нм (Cu, Cd, Ag)


782-900-035-358


Оптический фильтр Guardian – центральная длина волны – 358 нм (Nb, U, Cr)


782-900-035-364


Оптический фильтр Guardian – центральная длина волны – 364 нм (Ti, Pb)


782-900-035-396


Оптический фильтр Guardian – центральная длина волны – 396 нм (AI)


782-900-035-417


Оптический фильтр Guardian – центральная длина волны – 417 нм (Ga)


782-900-035-451


Оптический фильтр Guardian – центральная длина волны – 451 нм (In)


782-900-035-460


Оптический фильтр Guardian – центральная длина волны – 460 нм (Sr)


782-900-070


Монохроматор
Настраиваемый оптический фильтр, позволяющий пользователю выбирать длину волны пропускаемого излучения. Диапазон настройки: 200-800 нм.



Запасные части для новых узлов в составе вакуумного ввода и датчиков 4 мА


Номер для заказа: 016-600-Gxx и -601 –Gxx


016-400-G1


Датчик потока, 4 мА, высокая скорость для узла в составе вакуумного ввода и датчика, номер для заказа: 016-600-Gxx


016-400-G2


Датчик потока, 4 мА, стандартная скорость для узла в составе вакуумного ввода и датчика, номер для заказа: 016-600-Gxx


016-400-G5


Датчик, компенсирующий влияние газов, 4 мА, для узла в составе вакуумного ввода и датчика, номер для заказа: 016-601-Gxx


016-400-G6


Датчик потока, 4 мА, для узла в составе вакуумного ввода и датчика, номер для заказа: 016-601-Gxx


016-201-G1


Эмиттер в сборе для всех датчиков 016-400-Gx, используемых в моделях 016-600-Gxx и -601 -Gxx


782-900-038


Фотоэлектронный умножитель Guardian. Служит для замены ФЭУ в оптическом детекторе.


016-509-G22


Кабель для вакуума к ЭСЭВ датчику Guardian, 4 мА, длина 559 мм, можно заказать кабель другой длины.
Датчик, компенсирующий влияние газов, использует два кабеля. Модификация для новых датчиков 4 мА.



Запасная часть для датчиков, снятых с производства


782-530-015


Катод датчика Guardian (для снятых с производства датчиков 782-900-036 и -056) Сменные катоды для ЭСЭВ датчиков. Датчик, компенсирующий влияние газов, использует два катода.