Napylarka próżniowa NA-501P – opis, parametry, eksploatacja, modernizacja

Pytanie

Napylarka próżniowa NA-501P

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• NA-501P to starsza, polskiej produkcji napylarka próżniowa do nanoszenia cienkich warstw metali. Realizuje osadzanie metodą elektronowiązkową (e‑beam, pojedynczy tygiel), a dla chromu – metodą rezystancyjną; typowe grubości warstw do ok. 1 µm. Urządzenie jest funkcjonalnie zbliżone do nowszych komór DENTON (ale starszej generacji). (arch-bip.imif.lukasiewicz.gov.pl)
• Zastosowania: badawcze i technologiczne PVD (elektronika, optyka, SEM-prep), wielomateriałowe sekwencje metaliczne. (arch-bip.imif.lukasiewicz.gov.pl)

Kluczowe punkty:

• Źródła: e‑beam (1 tygiel) + parownik rezystancyjny (Cr). (arch-bip.imif.lukasiewicz.gov.pl)
• Zakres grubości osadzania: do ~1 µm (zależny od materiału i parametrów). (arch-bip.imif.lukasiewicz.gov.pl)
• Urządzenie klasy „starszej generacji”, nadal spotykane w laboratoriach jako zapasowa/robocza komora do prostych procesów PVD. (arch-bip.imif.lukasiewicz.gov.pl)

Szczegółowa analiza problemu

• Architektura typowa dla tej klasy:

  • Komora próżniowa z przepustami WN/WC, żaluzją (shutter) i uchwytem próbek.
  • Zespół pomp: w tych rocznikach najczęściej pompa wstępna (łopatkowa/rotacyjna) + pompa dyfuzyjna olejowa z chłodzeniem wodnym; w części egzemplarzy modernizowanych – turbomolekularna. (Uwaga: dokładna konfiguracja zależy od konkretnego egzemplarza.)
  • Źródła parowania: działo e‑beam (pojedynczy tygiel) do Au, Al, Ag, Pt, Pd, Ni, itp.; parownik rezystancyjny – preferowany dla Cr w tej instalacji. (arch-bip.imif.lukasiewicz.gov.pl)
  • Sterowanie: tryb manualny/automatyczny podstawowy; w nowszych systemach (np. DENTON) spotykane wielotygielkowe działa 3 kW, dodatkowe działo jonowe i sterowanie komputerowe – NA‑501P jest rozwiązaniem prostszym. (arch-bip.imif.lukasiewicz.gov.pl)

• Dlaczego w tym układzie Cr bywa odparzany rezystancyjnie?

  • W praktyce laboratoryjnej Cr potrafi „strzelać” i wykazywać słabą zwilżalność tyglów przy e‑beam bez odpowiedniej procedury przetopu; parowanie rezystancyjne (łódki/spirale) bywa stabilniejsze w małych dawkach adhezyjnych (Cr jako warstwa podkładowa pod Au/Al).

• Sekwencja bezpiecznego uruchomienia (dla konfiguracji z pompą dyfuzyjną – typowa dla epoki):

  1. Woda chłodząca: włączyć i sprawdzić przepływ (pompa dyfuzyjna, płaszcz komory, ewentualne chłodnice).
  2. O‑ringi i klosz/kołnierz: oczyścić, cienko posmarować smarem próżniowym; zamknąć komorę.
  3. Uruchomić pompę wstępną; zejść do ~10⁻² mbar (orientacyjnie).
  4. Start grzałki pompy dyfuzyjnej; utrzymać właściwe podciśnienie na linii wstępnej i chłodzenie; poczekać na ustabilizowanie pracy (kilkadziesiąt minut).
  5. Po osiągnięciu próżni roboczej włączyć zasilanie e‑beam; przy zamkniętym shutterze przetopić wsad i ustabilizować plamkę, następnie otworzyć shutter i prowadzić depozycję z kontrolą szybkości/grubości (jeśli dostępny QCM – zalecany retrofit).
  6. Wyłączenie: zamknąć shutter, zredukować emisję do zera, wyłączyć e‑beam; wygasić grzałkę pompy dyfuzyjnej, pozostawić chłodzenie wodą do zejścia temperatury; dopiero potem wyłączyć pompę wstępną i napuścić suchy gaz (N₂).

• Diagnostyka typowych usterek:

  • Nie schodzi do HV: nieszczelności (O‑ringi, przepusty), stary/zwilgocony olej w rotacyjnej, backstreaming oleju z dyfuzyjnej, brak chłodzenia dyfuzyjnej, zanieczyszczone głowice Piraniego/Penninga.
  • Niestabilny strumień e‑beam: zabrudzona katoda/filament, niestabilny zasilacz, zanieczyszczony tygiel, brak „przetopu” i kondycjonowania wsadu.
  • Słaba adhezja warstw: zbyt niska próżnia (zanieczyszczenia), brak przygotowania podłoża (rozpuszczalniki/UV‑ozon/IBD), zbyt wysoka szybkość depozycji, temperatura podłoża niewystarczająca.

• Konserwacja (praktyka warsztatowa):

  • Olej w rotacyjnej: regularne wymiany; monitorować kolor i zapach.
  • Olej dyfuzyjny: DC‑704/705 lub równoważny; wymiana/filtracja w cyklach rocznych lub po epizodach backstreamingu.
  • Chłodzenie: okresowe odkamienianie, kontrola szczelności.
  • Komora: czyszczenie ekranów (shroud), antypylenie, bake‑out okresowy.
  • Głowice próżniowe: czyszczenie/kalibracja.

Aktualne informacje i trendy

• Łukasiewicz – IMiF w swojej ofercie usług PVD wymienia trzy platformy: DENTON (e‑beam 3 kW, multi‑crucible, jonowe wspomaganie), ULVAC (sputtering) oraz NA‑501P (e‑beam 1 tygiel + rezystancyjny Cr), z typowym zakresem grubości do ok. 1 µm. NA‑501P jest wskazana jako starsza, polskiej produkcji komora, funkcjonalnie skromniejsza od DENTON. Stan tej informacji potwierdzony w dostępnym serwisie instytutu (strona archiwalna BIP). (arch-bip.imif.lukasiewicz.gov.pl)
• Trend rynkowy: w nowych systemach dominuje sputtering magnetronowy i e‑beam z wielotygielkową karuzelą, QCM/optical monitor, opcjonalny IAD/IBAD; NA‑501P można sensownie „odmłodzić” przez retrofit (QCM, nowy miernik próżni, modernizację zasilacza, wymianę dyfuzyjnej na turbo).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Dobór materiałów:
  • Warstwy adhezyjne: Cr/Ti (5–20 nm) pod Au/Ag/Al.
  • Metale wysoko­temperaturowe (Pt, W) – wymagają poprawnej procedury przetopu i doboru tygla (grafit/Mo, odpowiednie wkładki).
• Kontrola grubości: jeśli brak QCM, rekomendowana kalibracja ex‑situ (profilometr/stylus, elipsometria) i wyznaczenie krzywych „czas–grubość” dla danej geometrii.

Aspekty etyczne i prawne

• BHP: wysokie napięcia (e‑beam), wysokie temperatury, ryzyko implozji komory; bezwzględnie stosować blokady, uziemienia, ekrany.
• Gospodarka odpadami: zużyte oleje próżniowe i skażone czyściwa – odpady niebezpieczne (karty charakterystyki, odbiór przez uprawniony podmiot).
• Zgodność: po modernizacjach warto wykonać przegląd elektryczny (odpowiednik NFPA/OSHA w USA) i ocenić zgodność osłon/wyłączników bezpieczeństwa.

Praktyczne wskazówki

• Procedura przetopu: przy e‑beam najpierw stopić wsad przy zamkniętym shutterze i ustabilizować „kałużę”; dopiero potem regulować szybkość depozycji.
• Minimalizacja „spittingu”: mniejsze porcje wsadu, wstępne prażenie, dobór tygla, łagodne rampy mocy.
• Adhezja: wprowadzić etap aktywnego oczyszczania (plazma Ar lub IAD) i/lub grzanie podłoża, jeśli komora na to pozwala.
• Retrofit „must‑have”: nowy kontroler próżni (z głowicą Piraniego + Penninga), QCM z automatyczną kontrolą szybkości, rejestracja danych procesu.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Parametry i wyposażenie NA‑501P mogą się różnić między egzemplarzami (modernizacje, wymiany pomp/źródeł). Powyższy opis opiera się na dostępnej ofercie instytutowej i typowej praktyce PVD dla tej klasy urządzeń. (arch-bip.imif.lukasiewicz.gov.pl)

Sugestie dalszych badań

• Weryfikacja konkretnej konfiguracji Państwa egzemplarza (typ pomp, rodzaj działa e‑beam, sterowanie).
• Sprawdzenie możliwości integracji QCM oraz modernizacji układu próżni (turbo + scroll) pod docelowe materiały.
• Kontakt z Łukasiewicz – IMiF/innym serwisem PVD w sprawie części eksploatacyjnych (tygle, łódki, filtry) i kalibracji głowic próżniowych. (arch-bip.imif.lukasiewicz.gov.pl)

Krótkie podsumowanie

• NA‑501P to sprawdzona, starsza napylarka PVD: e‑beam (1 tygiel) + rezystancyjne parowanie Cr, zwykle do warstw metalicznych do ok. 1 µm; nadaje się do prostych, powtarzalnych procesów i SEM‑prep. Modernizacja (QCM, nowsze pompy/sterowanie) znacząco poprawia parametry i bezpieczeństwo. (arch-bip.imif.lukasiewicz.gov.pl)

Aby pomóc precyzyjniej: proszę o doprecyzowanie, czy potrzebują Państwo instrukcji/parametrów, wsparcia serwisowego, czy rozwiązania konkretnej usterki (proszę opisać objawy, osiągane ciśnienia, używane materiały i konfigurację źródeł).