I sistemi criogenici sono fondamentali per migliorare la deposizione in vuoto, riducendo la contaminazione da umidità e ottimizzando le prestazioni delle camere di vuoto.
Obiettivo dei sistemi a vuoto
Nei sistemi a vuoto, l’obiettivo è ridurre la quantità di molecole di gas libere nella camera, abbassando la pressione e creando condizioni ottimali per la deposizione di film sottili. Una pressione più bassa allunga il cammino libero medio delle molecole di gas, riducendo la probabilità di collisioni con i materiali, il che è fondamentale per evitare reazioni come l’ossidazione.
Comportamento dei gas nel regime di flusso molecolare
I vari gas, come H₂O, N₂ e O₂, hanno masse e velocità differenti, muovendosi indipendentemente l’uno dall’altro nel regime di flusso molecolare (al di sotto di ~3 mTorr). In questo regime, le molecole di gas viaggiano senza interagire tra loro, e qualsiasi contatto con una superficie fredda, come la “trappola” criogenica, avviene in modo casuale, dipendendo esclusivamente dall’esposizione alla superficie stessa.
Contaminazione da vapore acqueo
Il vapore acqueo è il contaminante più problematico in un ambiente a vuoto, in particolare a pressioni inferiori a 10⁻³ Torr. L’umidità è nemica del vuoto: non solo aggredisce le pareti della camera ma si trova anche gli stessi substrati plastici da trattare oppure sui porta substrati con o senza maschere. Per evitare che le parti assorbano umidità dall’atmosfera, si consiglia di fare il rivestimento sottovuoto immediatamente dopo lo stampaggio, riducendo l’esposizione all’umidità ambientale.
Importanza della pompa criogenica
È qui che entra in gioco la pompa criogenica. Quando si inizia a generare vuoto nella camera di processo, si espone la trappola criogenica, nella quale circola un gas a -130°C, all’interno della camera di processo (opzione possibile solo in caso di trappola in camera, ideata da Arzuffi), così da condensare rapidamente e intrappolare il vapore acqueo generando il suo beneficio. Questo migliora le prestazioni del sistema di vuoto aumentando la velocità di pompaggio, riducendo il tempo di ciclo dal 25% al 75% e mantenendo prestazioni costanti nel tempo.
Operazioni di defrost e ottimizzazione del sistema
Durante il processo di deposizione, il chiller criogenico rimane attivo in modalità “cool”, riducendo al minimo la contaminazione da vapore acqueo e aumentando la resa del prodotto. Dopo un determinato numero di cicli, il chiller criogenico effettua un’operazione di defrost, rigenerando la trappola criogenica in modo automatico. L’operazione prevede il riscaldamento rapido della serpentina, scongelando e sublimando il vapore acqueo intrappolato e riportando il sistema nelle condizioni ottimali per il ciclo successivo.
A seconda del modello di criopompa e della dimensione della trappola criogenica, la velocità di pompaggio del vapore acqueo dalla trappola può raggiungere fino a 400.000 litri al secondo, migliorando significativamente la qualità del vuoto.
Da decenni, Arzuffi utilizza criopompe nei suoi impianti, in particolare l’unità Polycold® MaxCool di Edwards. L’integrazione delle unità Polycold riduce e stabilizza i tempi di ciclo, aumenta la produttività e migliora l’efficienza complessiva del sistema.
