1．概漏的基本概念

真空檢漏就是檢測真空系統(tǒng)的漏氣部位及其大小的過程。

漏氣也叫實漏，是氣體通過系統(tǒng)上的漏孔或間隙從高壓側流到低壓側的現(xiàn)象。
虛漏，是相對實漏而言的一種物理現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是由于材料放氣、解吸、凝結氣體的再蒸發(fā)、氣體通過器壁的滲透及系統(tǒng)內死空間中氣體的流出等原因引起真空系統(tǒng)中氣體壓力升高的現(xiàn)象。

氣密性是表征真空系統(tǒng)器壁防止氣體滲透的性能，它包括通過漏孔(或間隙)的漏氣和材質的滲氣。

小可檢漏率是指某種檢漏方法能夠檢測出的漏率的小值。
佳靈敏度是指檢漏儀器或檢漏方法在佳條件下所能檢測出的小漏率。對于檢漏儀器來講，佳靈敏度又稱作儀器靈敏度。

檢漏靈敏度是指在具體條件下，某種檢漏方法所能檢測出的小漏率。檢漏靈敏度又稱作有效靈敏度。

反應時間，即從檢漏方法開始實施(如開始噴吹示漏氣體)到指示方法(如儀表)做出反應的時間。

消除時間，即從檢漏方法停止(如停止噴吹且開始抽出示漏氣體)到指示方法的指示消失的時間。

漏率，即單位時間內流過漏孔(包括間隙)的氣體量。

2．漏孔、漏率及其單位

真空技術中所指的漏孔，由于尺寸微小、形狀復雜、形式多樣(如圖1所示)，無法用幾何尺寸表示其大小。所以一般用等效流導或漏氣速率(簡稱為漏率)表示漏孔的大小。

用漏率表示漏孔大小時，如果不加特殊說明，則是指在漏孔入口壓力為1.01×105Pa，出口壓力低于1.33×103Pa，溫度為296士3K的標準條件下，單位時間內流過漏孔的溫度低于248K的空氣的氣體量。

漏率的單位是帕斯卡×立方米／秒，記為Pam3／s。為了方便，有時用帕斯卡×升／秒，記為PaL／s。

3．大容許漏率

真空系統(tǒng)不漏氣是相對的在真空檢漏技術中所指的“漏”是和大容許漏率的概念聯(lián)系在一起的。

對于動態(tài)真空系統(tǒng)，只要其平衡壓力能夠達到所要求的真空度，這時即使存在著漏孔，也可以認為該系統(tǒng)的漏率是容許的，該情況下系統(tǒng)的漏率稱為大容許漏率。動態(tài)真空系統(tǒng)的大容許漏率qLmax應滿足

qLmax≤1/10PwS        (1)

式中Pw----系統(tǒng)工作壓力

S----系統(tǒng)的有效抽速

對于靜態(tài)真空系統(tǒng)，要求在一定時間內，其壓力維持在容許的壓力以下，這時即使存在著漏孔，同樣叮以認為該系統(tǒng)的漏率是容許的。如果要求在時間t內,容積為V的系統(tǒng)的壓力由p升至pt，則其上限容許漏率qLmax應滿足

qLmax≤(pt-p)V/t        (2)
各種真空設備的大容許漏率可參考表：



 4．漏孔的氣流特性

 氣體流經(jīng)漏孔的過程是很復雜的，可能包含有粘滯流、過渡流及分子流三種流動狀態(tài)。主導流動狀態(tài)與漏孔的幾何尺寸、氣體的種類、漏孔兩端的壓力及環(huán)境溫度有關。設環(huán)境溫度T=296K，入口壓力p2=1.01×105Pa，出口壓力p1《p2，漏孔長L，直徑d的均勻圓截面導管型漏孔，其對空氣的漏率及可視流動狀態(tài)見表2：



   

5．檢漏方法的分類

檢漏方法很多，根據(jù)被檢件所處的狀態(tài)可分為充壓檢漏法、真空檢漏法及其它檢漏法。
充壓檢漏法：在被檢件內部充入一定壓力的示漏物質，如果被檢件上有漏孔，示漏物質便從漏孔漏出，用一定的方法或儀器在被檢件外部檢測出從漏孔漏出的示漏物質，從而判定漏孔的存在、位置及漏率的大小，此即充壓檢漏法。
真空檢漏法：被檢件和檢漏器的敏感元件處于真空狀態(tài)，在被檢件的外部施加示漏物質，如果有漏孔，示漏物質就會通過漏孔進入被檢件和敏感元件的空間，由敏感元件檢測出示漏物質，從而可以判定漏孔的存在、位置利漏率的大小，這就是真空檢漏法。
其它檢漏法：被檢件既不充壓也不抽真空，或其外部受壓等方法歸入其它檢漏法。背壓法就是其中主要方法之一。

所謂“背壓檢漏法”是利用背壓室先將示漏氣體由漏孔充入被檢件，然后在真空狀態(tài)下使示漏氣體再從被檢件中漏出．以某種方法(或檢漏儀)檢測漏出的示漏氣體，判定被檢件的總漏率的方法。



影響磁控濺射均勻性的因素



磁控濺射生成的薄膜厚度的均勻性是成膜性質的一項重要指標，因此有必要研究影響磁控濺射均勻性的因素，以更好的實現(xiàn)磁控濺射均勻鍍膜。簡單的說磁控濺射就是在正交的電磁場中，閉合的磁場束縛電子圍繞靶面做螺線運動，在運動過程中不斷撞擊工作氣體氬氣電離出大量的氬離子，氬離子在電場作用下加速轟擊靶材，濺射出呈中性的靶原子（或分子）沉積在基片上成膜。所以要實現(xiàn)均勻的鍍膜，就需要均勻的濺射出靶原子（或分子），這就要求轟擊靶材的氬離子是均勻的且是均勻的轟擊的。由于氬離子在電場作用下加速轟擊靶材，所以均勻轟擊很大程度上依賴電場的均勻。而氬離子來源于被閉合的磁場束縛的電子在運動中不斷撞擊的工作氣體氬氣，這就要求磁場均勻和工作氣體氬氣均勻。但是實際的磁控濺射裝置中，這些因素都是不均勻的，這就有必要研究他們不均勻對成膜均勻性的影響。

磁場不均勻的影響
由于實際的磁控濺射裝置中電場和磁場不是處處均勻的，也不是處處正交的，都是空間的函數(shù)。寫出的三維運動方程表達式是不可解的，至少沒有初等函數(shù)的解。所以磁場的不均勻性對離子的影響，也即對成膜不均勻性的影響是難以計算的，方法就是配合實驗具體分析。圖1是用中頻孿生靶柔性卷繞磁控濺射鍍膜裝置實驗得出的靶磁場均勻性和成膜厚度均勻性的對應關系。

圖片

圖1中，磁場的均勻性計算方法為（Bi—Ba）/ Ba ，其中Bi為實際測量的靶的長度方向各點沿靶的寬度方向的磁場，Ba為實際測量的所有Bi平均；薄膜的厚度相對偏差由公式(kdi-kda)/kda計算，其中k為膜層對波長550nm的光的吸收系數(shù)，di分別為不同點的厚度，da為所有di的平均厚度。kdi由公式T=T0(1-R)exp(-kdi)計算，其中，T為樣品對波長550nm的光的透光率，T0為PET聚酯基材對波長550nm的光的透光率，R為鈦薄膜和基材接觸界面對波長550nm的光的反射率,可以認為和鈦薄膜和空氣界面的反射率相等。T、T0、R由島津的UV-3600分光光度計測量。

從圖中可以看出，磁場和成膜的相對偏差有大致的對應關系，磁場強的位置，膜相對比較厚，反之就較薄。但是這種對應關系卻是不嚴格的。首先，磁場均勻性波動比較頻繁，膜厚均勻性波動較少；第二，不均勻性大小也沒有確切的比例關系；第三，有的位置磁場大小和膜的厚薄甚至相反。

產生磁場強的位置，膜相對比較厚，反之就較薄的現(xiàn)象很容易理解。因為在磁場強的地方，束縛的電子多，激發(fā)的離子就多，當然被濺射出的靶材就多，膜就厚，反之則相反。產生種現(xiàn)象的原因是靶面上的每個點都對應基材上的一個面，即，從靶面上的一個點上被濺射出的原子(或分子)，不是被對應的鍍到基材上的某一個點上，而是以一定的幾率被鍍到基材上的一個小面內的任意一點兒上。反過來，基材上某處被鍍上的膜，是靶上的一個小面共同作用的結果。這樣，相近靶磁場的疊加作用對鍍膜起作用，很多距離很近的靶磁場的波動被疊加后當然就顯示不出來了。

解釋第二、第三種現(xiàn)象就要用到磁鏡理論了。理想情況下，磁鏡只存在于靶的寬度方向，靶的長度方向是沒有磁場分量的，也就沒有磁鏡。但是，實際情況下，靶的長度方向也存在磁場，存在磁鏡，這就使得電子沿著靶的長度方向運動不再順暢。在某些位置，由于磁鏡的阻擋電子會比較多，相反一些位置會由于磁鏡的阻擋電子比較少。這樣就導致一些位置膜較厚一些位置膜較薄，形成膜厚不均勻。而這些靶的長度方向的磁鏡，主要在靶的寬度方向磁場變化比較大的位置，例如圖中100cm附近，大約在95cm到100cm之間，靶的寬度方向磁場變化較大，靶的長度方向磁場分量不為零且存在梯度，這樣就形成了磁鏡阻擋部分電子穿過此區(qū)域到達100cm以后的位置。同樣的，在100cm到130cm之間，靶的長度方向也存在磁場且有梯度，這樣，在此區(qū)域電子會受到力的作用被排斥，此區(qū)域電子就急劇減少，所以濺射速率也急劇減小，膜層就很快變薄?？偟膩碚f，靶的寬度方向磁場束縛電子，靶的長度方向也會有一定的磁場對電子有作用力。所以總的效果是，膜厚大體上和靶的寬度方向磁場對應，但又不是完全對應。

氣體不均勻性的影響
一般來說氣體不均勻可以由兩種情況產生，一種是送氣不均勻，另一種就是抽氣不均勻。

圖2是均勻抽氣不同送氣方式下膜厚的變化情況：

圖片

其2中，銅管送氣是氣體從銅管的一端進入，從銅管上均勻開的多個小孔流出進入真空室，由于從進氣端到末端氣體被小孔流出形成壓強漸小，小孔流出的氣體也逐漸減少，形成不均勻送氣；二進制送氣是將氣體均勻的一路分為二路，二路均分為四路，如此均分為多路后送入真空室，可認為是均勻送氣。觀察對比圖中曲線可知二進制送氣情況下，影響膜厚不均勻的主要是磁場，銅管送氣的情況下，膜厚的分布，在磁場影響的基礎上，疊加了一個斜率。這個斜率，正好和銅管送氣產生的壓強梯度相符。壓強大的地方，膜較厚，相反較薄。根據(jù)形成不均勻送氣的原理可以推知，膜層厚度的變化斜率可能和小孔的密度，大小和送氣壓力有關，基本關系大概是和小孔密度、大小成正比，和送氣壓力成反比。

圖3是均勻送氣不同抽氣情況下膜厚的變化情況：

圖片

其中，正常抽氣情況指的是真空室內的孿生靶兩端對稱抽氣，可認為是均勻抽氣；而前分子泵關和后分子泵關則是一端抽氣，屬于不均勻抽氣。由于都是均勻送氣不均勻抽氣，真空室內的氣體就不均勻了。很顯然前分子泵關只開后分子泵時，氣壓從前到后逐漸減小，而后分子泵關只開前分子泵時，氣壓從后到前逐漸減小。實驗得到的膜厚考慮磁場的影響后也正與氣壓變化相符。

另外還可以發(fā)現(xiàn)，某些位置本來受磁場的影響均勻性較差，但是加上抽氣引起的氣體不均勻影響后，均勻性反而變好了。這就給我們一個啟示，也許可以通過特意使氣體在某處有特定的不均勻來補償磁鐵不均勻產生的影響。

靶基距、氣壓的影響
靶基距也是影響磁控濺射薄膜厚度均勻性的重要工藝參數(shù)，薄膜厚度均勻性在一定范圍內隨著靶基距的增大有提高的趨勢，濺射工作氣壓也是影響薄膜厚度均勻性重要因素 。但是，這種均勻是在小范圍內的，因為增大靶基距產生的均勻性是增加靶上的一點對應的基材上的面積產生的，而增加工作氣壓是由于增加粒子散射產生的，顯然，這些因素只能在小面積范圍內起作用。

結論：

磁場的均勻性和工作氣體的均勻性是影響成膜均勻性的主要因素。磁場大的位置膜厚，反之膜薄，靶的長度方向的磁場分量也會對鍍膜厚度均勻性產生影響；氣壓大的位置膜厚，反之膜薄。由于磁場不可能是理想的，那么就存在不均勻，而膜層厚度和氣壓的關系使調節(jié)氣壓不均勻來補償磁場不均勻成為可能。另外，還可以配合調整靶基距和工作氣體壓強的方法在一定程度上使膜層均勻。


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