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1、,INFICON公司的膜厚控制仪系列：,Update:18/11/2005,1,膜厚控制仪培训,IC/5 XTC/2，XTC/C XTC/3 XTM CYGNUS,2,如何使用本培训资料一,本培训资料仅用于内部工程师培训， 也可用于Agent培训 可选择性用于客户，销售人员培训,3,如何使用本培训资料二,本培训包括： 膜厚仪原理（突出Modelock) IC/5 膜控仪 * IC/5 性能指标 * IC/5 编程 * IC/5 维修 附件（探头，法兰，晶片） * 如何正确选择 * 如何正确使用 * 维护与维修,4,膜厚控制仪组成,5,Inficon 膜厚控制仪产品历史,6,膜厚控制仪是利用石英
2、晶体的压电效应，通过测量 石英晶体的震荡频率的变化转换出膜的厚度 电场加到石英晶体上可使晶体产生振荡 最低的振荡频率叫做基准频率 本公司的晶片的基准频率是 6 MHz,膜厚测量原理,7,简单的镀膜机,8,测量原理,石英晶体的频率飘移与附加上的质量的关系： 附加上的质量增加，振荡频率降低 质量 = 密度 X 面积 X 厚度,9,膜的厚度 (Lu and Lewis) :Tf = (Nq dq / p df fc Z) arctan (Z tanp (fq - fc)/f q)(accurate for 2MHz frequency shift)Z 比率:Z = ( d q mq / d f mf
3、 ) Tf = 膜厚Nq = 166,100 Hz cm for AT cut quartzdq = 石英密度 df = 膜的密度fc = 镀膜后的频率. fq = 未镀膜前的频率mq = 石英的切变模量 mf = 膜的切变模量,测量原理,10,有源振荡器在振荡器电路中晶片是有源元件 晶片振荡需要吸收能量, 随着镀上的质量的增加，振荡所需的能量也要增加，最终电路提供的最大能量也不能使晶片震荡，就会出现晶片失效的报警。 但晶片振荡频率会跳跃到某频率，在该频率下其振荡所需的能量降低（即晶片在基准频率以外的频率处振荡） 不同的振荡频率质量与频率的关系是不同的 所以“频率跳跃”会导致镀膜速率与厚度的偏
4、差。,传统测量技术,11,ModelockTM 专利技术 晶片在电路中是无源元件 数字合成频率施加给晶片 测量晶片（电路）对施加的该能量的反应 如果反应是电感性的，说明施加的频率比晶片的基准频率高如果反应是电容性的，说明施加的频率比晶片的基准频率低如果反应是纯电阻性的，说明施加的频率与晶片的基准频率一致,INFICON 专利测量技术 ModelockTM,12,我们连续调整施加的频率，使其跟踪晶片的基准频率，该频率 由于晶片质量增加而降低。 这使我们可以连续锁定在基准频率，排除了“频率跳跃及其造成 的误差。 我们设计的测量演算系统可以检测到非常低的能量水平，因此 延长了晶片使用寿命，提高了灵敏
5、度 我们也可测量两种不同的测量频率，基准频率和某非谐振频率 这样就可实现自动测量Z比率 = AUTO Z,专利技术 ModelockTM,13,消除频率跳跃 对高阻尼的晶片延长了寿命(200%) 0.005 Hz 测量精度 测量速率 10 Hz 可自动检测声阻抗率: -“Auto Z”,ModelockTM 优点,14,频率跳跃-测量误差,15,晶片寿命-耗材成本,16,Z 比率-测量误差,17,AUTO Z 的优点,18,基本控制功能 - 控制源的功率 - 控制坩埚转位 - 控制挡板开关扩展控制功能 - 提供继电器控制信号 - 可控：真空计，真空泵，计时器，,膜厚控制仪的控制功能,19,电源
6、功率,时间,镀膜前 镀膜中 镀膜后,膜控仪的工作流程,预熔2,预熔1,功率提升2,功率提升1,镀膜,速率提升1,镀膜,功率降低1,功率降低2,功率保持,20,性能卓越的IC/5 膜厚控制仪,21,使用ModelockTM 技术 晶振片频率可使用范围比传统技术提高50% - 达到1.5MHz（6.0-4.5 MHz） 高的测量分辨率：0.006 埃/秒/每次测量 （D=1.0,Z=1.0,F=6Mhz) 典型膜厚精度：0.5% 可实现 自动 Z参数及自动调整功能 - 用于复合材料/混合材料等材料参数不确认时 - 大大提高测量精度 auto-z.bmp,IC/5 性能参数及突出特点高精度,22,可
7、同时控制两个蒸发源或电子枪实现共镀膜 - 利用仪器自动交互式校准，实现精确控制两种材料 的比例 可同时连接6个源，可控坩埚位64位 - 控制电压0至+/-10V 或+/-5V或+/-2.5V 可同时连接测量8个探头，同时显示各探头工作信息 可单独设定六探头各个工作位置针对不同材料,IC/5 性能参数及突出特点特殊功能,23,TTL/CMOS输入：标准14个，可选至28个 继电器输出：标准8个，可选至24个，可编程（30V,2.5A) 可选的DAC记录仪输出 ,可选的14位TTL输出功能强大的逻辑编程语句控制 - 可执行100 条 IF / THEN 逻辑语句 - 各系统可通过逻辑编程语句自动控
8、制 - 可控制镀膜过程 - 可控制外部输出状态 - 可控制计时器或计数器 - 可控制显示信息,IC/5 性能参数及突出特点-强大的I/O功能,24,一次可执行50 工艺过程 一次可完成250 膜层 仪器自带材料库（255 种）可供选择 - 可同时对24种材料进行编辑,IC/5 性能参数及突出特点-复杂的工艺控制,25,屏幕可打印 数据可自动存储至计算机，记录仪，软驱等 可利用计算机编程，利用软盘转存至仪器,IC/5性能参数及突出特点-可选择的存储,26,IC/5的编程,27,前面板,28,后面板,RS 232,I I I,IEEE,CH2CH1,CH4CH3,CH6CH5,CH8CH7,REL
9、AYOUTPUT,SENSOR,8/14/0 8/14/0 8/0/14,PRINTER,CH1CH2CH3CH4CH5CH6,+24VDC,RELAYINPUT,RELAYINPUT,29,工作显示屏,30,电源功率,时间,镀膜前 镀膜中 镀膜后,源与探头挡板打开,源与探头挡板关闭,源与探头挡板关闭,镀膜过程,源挡板关闭，探头挡板打开,预熔2,预熔1,功率提升2,功率提升1,镀膜,速率提升1,镀膜,功率降低1,功率降低2,功率保持,31,READY （待机） 2. SOURCE SWITCH （源转换） 3.RISE TIME 1 （上升时间1）4.SOAK TIME 1 （预熔时间1）5.
10、 RISE TIME 2 （上升时间2）6. SOAK TIME 2 （预熔时间2） 7. SOAK HOLD 1-2（预熔维持1-2）8. SHUTTER DELAY （挡板延迟） 9. CONTROL DELAY（控制延迟）10. DEPOSIT （镀膜） 11. Rate Ramp Time 1（速率斜台时间1）,镀膜过程状态及术语,32,12. Rate Ramp Time 2 （速率斜台时间2）13. RW SAMPLE （速率监测采样）14. RW HOLD （速率监测维持） 15. MANUAL（手动控制）16. TIME-POWER （时间-功率控制）17. FEED RAMP
11、 （供给斜台） 18. FEED（供给） 19. IDLE RAMP （空闲斜台） 20. IDLE POWER （空闲功率） 21. STOP （停止）,镀膜过程状态及术语,33,编程,34,源/探头编程,35,进入探头编程,36,探头编程,37,进入源的编程,38,源的编程,39,坩埚选择,最多可编码 64 位坩埚位继电器动作是由二进制编码触发即 : 四位的源需用2个继电器, 八位的源需用2个继电器仅需选择第一个继电器（继电器n） ,作为最低位，仪器会自动定义其他的继电器.坩埚 继电器 n+2 继电器 n+1继电器 n 二进制1开开开0002开开关0013开关开0104开关关0115关开开
12、100,40,进入材料编程,41,材料编程,42,选择材料,43,定义材料,44,材料编程,45,材料编程,46,PROCESS GAIN:工艺增益定义给定速率变化情况下所需的功率变化率.该值越大，所需的功率变化越小.计算方法：速率的变化值除以功率的变化值（d Rate/ d Power)范围： 0.01 到 100.SYSTEM DEAD TIME系统延迟时间(仅对PI 及 PID ):功率变化与其导致的速率开始变化的时间差.范围： 0.01 到to 50 秒. PRIMARY TIME CONSTANT 主时间参数 (仅对PI 及 PID ) :速率开始变化与到达设定变化幅度的63%所需的
13、时间范围： 0.01 到200 秒,控制回路参数,47,速率,20100,功率,埃/秒,百分比,20190,速率变化 = 10,功率变化 = 1,CONTROL GAIN = 速率变化值/功率变化值 = 10 / 1 = 10,PROCESS GAIN工艺增益,48,时间,提高功率,速率上升,系统延迟时间,速率,功率,SYSTEM DEAD TIME系统延迟时间,49,速率开始上升,63% 点,主时间常数,时间,速率,功率,PRIMARY TIME CONSTANT主时间常数,50,Master tooling 及Sensor tooling 系统及探头系数,系数直接显示了显示厚度与实际厚度的
14、比例关系.例如.: 基片上的实际测量厚度比IC/5 显示的厚度多10%，则提高该系数10%。 系数范围： 10% 到 400%.（ 密度与显示的速率及厚度成反比）,51,1. 安装测试基片到系统的基片架上.2. 执行镀膜，测量实际厚度.3. 利用下面的关系式计算系数: Tooling (%) = TF I * ( T M / T x )其中TF I = 初始系数T M = 基片上的实际厚度T x = 仪器显示的厚度读数.,获得系数值,52,可用来监测速率的不稳定性 Q 参数 速率偏移界限9 2.5%8 5.0%7 7.5%610.0%512.5%415.0%320.0%225.0%130.0%
15、0Disabled偏移界限值时计数器加1，偏移界限值时计数器减1; 如果计数器=100，则显示晶片失效,晶片质量参数Q,53,用来监测晶片的振荡频率的正向跳跃 S 参数 累计界限 (HZ)9 258 100 (最大单次飘移 50)7 100 6 200 (最大单次飘移 100)5 2004 4003 5002 10001 5000 (最大单次飘移 1250)0 Disabled频率的正向变化被累计，若达到界限或单次飘移达到最大值，显示晶片失效。,晶片稳定性参数,54,进入工艺过程编程,55,工艺编程,56,工艺编程,57,第一种膜料为主膜料，第二种膜料为次料 若主膜料先到达最终厚度，则双膜均中
16、止 若次膜料先到达最终厚度，则主膜料将继续到最终厚度 RATIO CONTROL:比率控制 - 设定次要膜料的速率与主膜料速率的百分比 (次膜料速率 不能为0) CAL STATUS and CROSS TALK:校准状态与交互式校准 显示校准厚度值是否由用户输入或者有交互式对华校准过程 获得,共镀膜参数,58,工艺编程,59,复制/删除工艺,60,进入应用编程,61,应用编程,62,应用编程,63,进入输入输出编程,64,I/O编程,65,I/O编程,66,I/O编程,67,定义客户信息,68,定义客户信息,69,软盘应用,70,软盘应用,71,进入外部通讯,72,外部通讯,73,进入逻辑编
17、程,74,逻辑编程,75,逻辑编程,76,逻辑编程,77,在逻辑编程语句“IF” 后插入条件: Events 事件(输入) 为: 膜厚控制仪状态或工艺参数值外部条件输入 计时器或计数器的状态 事件可以: 用And, Or and On 连接 用括弧分组 Negated 非 在逻辑编程语句“THEN”后插入动作: Actions 动作(输出)可用来: 控制镀膜过程 设置外部输出状态 控制计时器或计数器 显示信息 Actions 自动由 AND串联.注意: 一旦激活，输出一直保持到下一个逻辑编程语句让其关闭为止.,逻辑编程语句,78,通过 I/O 让外部设备控制IC/5 或让 IC/5 控制外部设
18、备.IF EXTRNL INPUT 1THEN START IF THICK LIMIT ON LAYER 1THEN START -当膜1的THICKLIMIT 达到编程的厚度时产生一个 Start命令.,逻辑编程语句实例,79,定义逻辑编程语句使 IC/5的工艺过程满足特殊应用. IF PROCESS END ALL and LAYER END ALLTHEN START-自动产生一个开始下一层的 START 命令.IF RISE 1 on LAYER 1THEN START and SOAK HOLD 2 ON 2IF LAYER END 1THEN SOAK HOLD 2 OFF 2-
19、对于源2打开进入 Soak 2 直到第一层膜结束。 第二条语句关闭 Soak 2 Hold .,逻辑编程语句实例,80,用一个计时器 “延时” 已打开继电器. IF THICK LIMITTHEN EXTERN OUT ON 2 and TMR-SECS 1 3.0IF TIMR EXPIRED 1 THEN EXTERN OUT OFF 2 and CANCEL TIMER 1-当厚度限定值达到时打开继电器2. 保持继电器2打开3秒钟。 继电器可以打开并保持一定的延时时间.延时时间有计时器设定. 打开后，继电器会保持打开状态直到下一个逻辑编程语句关闭。,逻辑编程语句实例,81,IC/5 的维
20、修,82,IC/5 故障处理,判断是镀膜系统问题还是膜厚控制仪问题 判断应用保养问题还是硬件问题 判断主机问题还是附件问题 主机问题可以用探头模拟器检查确认 附件可以通过IC/5自检功能检测,83,IC/5 常见故障,电源板 电源灯亮，却无任何显示 电源灯不亮，或保险丝一直烧毁 自动重新启动,84,IC/5 常见故障,主板 一直显示晶片失效 无显示，按键功能反馈正常 自检失败 面板按键功能紊乱,85,IC/5 常见故障,显示器 电源灯亮，按键功能反馈正常，却无 任何显示 工作中显示消失或偏移,86,RS232 自测 (安装回馈连接头) 系统状态 (显示启动屏，版本信息) 源检测:转换坩埚测试探
21、头及源的挡板 探头屏检查寿命，活性，速率等.,自动诊断功能,87,进入IC/5自检功能,88,源的检测,89,源的测试,90,自动调谐过程,从操作屏选择 AUTOTUNE设定材料，测设速率及最大速率，选择快速调整或全调3. 按 START AUTOTUNE.用手动控制器提升功率到设定的速率。5. 速率稳定后，按“ START TUNING”. 快调是指测试对功率提升的反应，一般需要2-10分钟. 全调一般需要6-30分钟，速率变化范围为设定速率的1/2到2倍。,91,系统状态,92,系统状态,93,RS232 测试,94,震荡包测试,95,诊断注意事项,XIU 测试:从探头显示屏进入移动光标到
22、 XIU 测试从连接法兰处断开 6” 电缆若XIU 坏，或短路或输出电路断路则测试失败 RS-232 测试:从 MAINTENANCE/DIAGNOSTICS屏进入插上回路连接器,96,附件,附件包括： 晶振片 探头 真空连接电缆 法兰 振荡包 空气控制阀,97,晶振片,98,晶片结构,99,晶片尺寸,100,晶振片选择,008-010-G10 6M 金片008-009-G10 6M 银片 镀金晶振片： 1）不易氧化 2）易于库存 镀银晶振片： 1）更好的导热性 2）对不导电材料有更好的粘附性,101,晶振片使用要点,无尘储存 安装时晶片不能有划伤，不能接触油脂等 保证合适的稳定的使用温度,1
23、02,晶振片的温度曲线,103,探头,104,探头,105,探头选择,需要挡板吗？-压缩空气控制阀 需要“备用”晶片吗? -控制阀，双/六探头 真空室或探头烘烤温度130度吗？ -烘烤性探头 有电子束影响吗？- 溅射型探头,106,溅射型探头 （105 C) 探头挡板（400C） 标准探头(130 C) 带挡板的标准探头(130 C) 紧凑型探头(130 C) 带挡板的紧凑型探头(130 C) 双探头 (带挡板)(130 C) 六探头(130 C) 烘烤型探头 12”, 20”, 30”(450 C) 特别长度 - min. 4”, max. 40” 带挡板的烘烤型探头 12”, 20”, 3
24、0”(450 C) 特别长度 - min. 6 11/16”, max. 40”,探头选择,107,挡板,108,探头安装,探头安装: 安装及屏蔽探头要减少来自源及加热器的热负荷到最小，通常情况下，探头到源的距离至少10英寸。探头定位：晶片中心与源中心连线，晶片的切线应与该线垂直。 源的连接: 使用合适长度的标准 BNC 同轴电缆连接仪器的源 DAC输出接口。使用合适的转换器连接蒸发电源，该电缆要远离高压及高电流的源的电源线。,109,温度影响,110,探头维护,常见故障： 新晶片失效 晶片寿命很低 六探头定位不准 双探头挡板移位,111,标准探头,112,探头维护,清洁该表面，不许有镀膜残渣
25、,113,簧片调整,114,簧片调整,115,接地:要确认使用接地线的交流电源，保证从机器后壳单独接地线而且接地良好，使用仪器时保证所有的面板及外壳正常安装。 接口电缆:使用屏蔽电缆及屏蔽接口以减小噪音干扰。 电缆布线:仪器的所有电缆要远离电源线及高频电源或导线以减小噪音干扰.,安装指导,116,真空连接电缆,117,真空连接电缆,常见故障：高温烘烤原因造成的断裂两端接头接触不良,118,法兰,119,-1 英寸螺纹孔安装（O-圈） A 002-042 一个电缆连接口，两个水管连接口 B 750-030-G1 一个电缆连接口，两个水管一个气管连接口-2.75英寸NW35CF 法兰安装(铜垫）
26、C 002-043 一个电缆连接口，两个水管连接口 D 002-080 二个电缆连接口，两个水管一个气管连接口 溅射型探头 1A 1C 标准探头 1A 1C 紧凑型探头 1A 1C 双探头 2A 2C 1D 六探头 1B 1D 烘烤型探头 ?,连接法兰选择,120,法兰尺寸,121,法兰尺寸,122,法兰尺寸,123,法兰尺寸,124,法兰常见故障,漏气 原因：连接真空电缆的电接头受力过度 晶片失效 原因：法兰内进水 诊断：用万用表测量电接头对壳电阻2 兆欧,125,振荡包,126,振荡包常见故障,常见故障： 表现：晶片失效 原因：振荡包损坏IC/5 的振荡包可用于XTC上，但XTC 的振荡包
27、不能用于IC/5上,127,压缩空气调节阀,128,探头模拟器,129,速率信号不稳定:晶片失效 更换晶片信号电路损坏, (识别活性 400), 检查晶片与支持架的 接触表面是否干净镀膜造成的表面应力 更换晶片探头冷却不充分 提高流量,降低水温,屏蔽探头 速率控制不良:速率信号不稳定控制回路参数没优化电子枪10HZ 测量速率扫描 改变扫描速率,常见故障诊断,130,常见故障诊断,厚度控制不良：热不稳定性：源加热时显示厚度减小，镀膜结束后显 示厚度增加。 探头冷却不充分 提高流量,降低水温，屏蔽探头,131,晶片处理-不能用手接触晶片，用镊子。 电气系统接地 - 要保证良好接地，信号电缆远离电源. 探头维护- 定期仔细检查弹簧片及接触面 - 确保冷却水满足工作需要。 温度影响- 温度变化可引起晶片频率变化- 金晶片电极比银晶片薄，所以金晶片的热梯度比银晶片大 应力- 应力是工作噪音的另一来源，可造成晶片过早失效。应力 大多发生在不导电材料上如： SiO2, TiO2, MgF2, and AL2O3.,膜厚控制仪要点,
