Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ современного состояния области исследования 9
1.1 Методы осаждения покрытий в вакууме 9
1 2 Методы контроля толщины тонких пленок в вакууме 13
1.2.1 Весовой метод 17
1.2.2 Метод кварцевого резонатора 19
1.2.3 Фотометрический метод 24
1.2.4 Резистивный метод 29
1.2.5 Емкостные методы t 31
1.2.6 Вибрационный метод 35
13 Выводы по первой главе и постановка задач исследований 37
ГЛАВА 2 . Разработка и исследование емкостного датчика толщины покрытий, наносимых в вакууме 42
2.1 Емкостный метод контроля толщины покрытий, наносимых в вакууме 42
2.2 Разработка емкостного датчика , 43
2.2.1 Конструкция емкостного датчика f t 43
2.2.2 Математическая модель емкостного датчика 45
2.2.3 Чувствительность емкостного датчика 61
2.2.4 Погрешность емкостного датчика 62
2.2.5 Измерительные схемы для емкостного датчика 63
2.3 Выводы по второй главе 67
ГЛАВА 3 . Разработка и исследование автоматизированной системы контроля толщины покрытий, наносимых в вакууме 68
3.1 Классификация автоматизированных систем 69
3.2 Разработка аппаратного обеспечения АС 69
3.2 J Анализ возможных путей реализации устройства сопряжения 70
3.2.2 Связь УС с персональным компьютером - * 72
3.2 J Управление заслонкой и коммутация сигналов 72
3.3 Разработка программного обеспечения АС 73
3.4 Выводы по третьей главе 75
ГЛАВА 4 . Техническая реализация и экспериментальное исследование характеристик емкостного датчика толщины покрытий, наносимых в вакууме 76
4, 1 Опытный образец емкостного датчика толщины покрытий и устройства сопряжения 76
4-2 Оборудование и техника экспериментов 78
4-2.1 Разработка устройства ввода данных от измерительного оборудования в ПК 83
4.2.2 Разработка программного обеспечения для устройства ввода данных от измерительного оборудования в ПК 88
4.3 Результаты экспериментального исследования датчика 92
4.4 Выводы по четвертой главе 108
заключение 109
список использованных источников 111
приложение а. алгоритмы программы 122
приложение б. акты внедрения 125
приложение В,
- Методы осаждения покрытий в вакууме
- Емкостный метод контроля толщины покрытий, наносимых в вакууме
- Классификация автоматизированных систем
- 1 Опытный образец емкостного датчика толщины покрытий и устройства сопряжения
Введение к работе
Тонкие пленки, получаемые методами осаждения в вакууме, находят разнообразное применение в измерительной технике, приборостроении (в частности, в радиопромышленности), изделиях электроники и микроэлектроники.
Качество наносимых слоев оценивается путем контроля таких параметров покрытий, как толщина, химический состав, пористость, плотность, адгезия, износостойкость, твердость, шероховатость, внутренние напряжения и др. [1]. Совокупность контролируемых параметров в каждом конкретном случае зависит от назначения покрытия, однако, для любого нанесенного слоя одним из важнейших параметров является его толщина [1].
Большой вклад в развитие технологических процессов по контролю качества покрытий в процессе осаждения внесли ученые следующих российских и иностранных организаций: Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета, МАТИ-РГТУ им. К. Э. Циолковского, Рыбинской государственной авиационной технологической академии им, П. А, Соловьева, Международного центра электронно-лучевых технологий Института электро-сварки им. Е, О. Патона, НИКИ «Вакууммаш», Leybold-Vacuum, СІТ ALKATEL, Ваігегз, General Electric и др.
В ходе изучения технологического процесса контроля толщины покрытий
было выяснено, что в настоящее время не существует универсальных методов и
средств, в равной степени удовлетворяющих всем предъявляемым требованиям
к методам и датчикам оперативного технологического контроля процесса осаж
дения покрытий в вакууме. Поэтому вопрос о выборе метода измерений и при
бора должен решаться в каждом отдельном случае в зависимости от метода на
несения покрытия, свойств материала, а также от диапазона требуемых значе
ний толщины и необходимой точности измерений- В результате появляется не-
* обходимость создания универсального датчика для контроля толщины покры-
тий, наносимых в вакууме, применяемых в электронной промышленности. На-
стоящая диссертация посвящена решению данной проблемы и отражает результаты исследований, выполненных автором в период с 2003 по 2006 г.
Объектом исследования настоящей работы является технологический процесс нанесения покритий в вакууме.
Предметом исследования являются методы контроля толщины покрытий и средства построения систем автоматического контроля.
Цель работы - Повышение эффективности автоматизированного контроля процесса осаждения тонких пленок на основе емкостного метода.
Научная новизна работы заключается в следующем:
предложены и исследованы емкостные метод и датчик контроля толщины покрытий, в процессе их нанесения в вакууме;
разработана математическая модель емкостного датчика, связывающая изменение емкости с изменением толщины покрытия,
В результате проведения исследований сформулированы основные научные положения, которые выносятся на защиту:
емкостный датчик толщины покрытий;
математическая модель емкостного датчика;
принципы построения емкостного датчика толщины покрытий, позволяющее уменьшить влияние температуры на датчик.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
разработан емкостный датчик толщины покрытий, наносимых в вакууме;
разработана система автоматического контроля толщины покрытий;
исследованы чувствительность и ресурс емкостного датчика;
уменьшена температурная зависимость показаний датчика за счет применения компенсационного конденсатора.
Достоверность результатов диссертационной работы подтверждена
t корректно полученными данными теоретических расчетов и эксперименталь-
7 ных исследований датчика и системы автоматического контроля толщины покрытий в целом с опытными образцами аппаратных средств.
Материалы диссертационной работы прошли апробацию на конференциях и симпозиумах:
«Высокие технологии в промышленности России», (Москва, 2004-2006 гг.);
«Моделирование и обработка информации в технических системах», (Рыбинск, 2004 г.);
«XXIX конференции молодых ученых и студентов», (Рыбинск, 2005 г-);
«VI Всероссийской научно-практической конференции», (Ярославль, 2005 г.);
«XI Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов», (Москва, 2005 г.).
По материалам диссертации опубликовано Ї 2 печатных работ, из которых 1 патент, 8 статей и 3 тезиса в сборниках материалов конференций и симпозиумов.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и трех приложений на 129 страницах, содержит 51 рисунок, 10 таблиц, список источников из 95 наименований.
В первой главе проведен анализ методов осаждения покрытий в вакууме и сформулированы требования к технологическому процессу осаждения тонкопленочных покрытий в вакууме.
Во второй главе проведены разработка и исследование емкостного датчика толщины покрытии, рассматриваются вопросы построения измерительных схем для датчика, оценивается погрешность и чувствительность датчика.
В третьей главе проведена разработка автоматизированной системы
г контроля толщины покрытий на базе персонального компьютера класса IBM
8 PC, с использованием в качестве датчика толщины емкостного датчика, разработанного и теоретически исследованного во второй главе.
В четвертой главе рассматриваются вопросы технической реализации и программного обеспечения емкостного датчика и системы автоматического контроля толщины покрытий, приводятся результаты их экспериментального исследования.
В приложениях приведены алгоритмы работы программы и акты внедрения результатов диссертационной работы.
Диссертация выполнена на кафедре вычислительных систем Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П. А, Соловьева. Основные научные и практические результаты диссертационной работы внедрены на ООО «НГТП Тензосенсор» и ООО НТЦ «Интрофизика» (г. Рыбинск),
Методы осаждения покрытий в вакууме
Известно несколько классификаций методов и средств осаждения покрытий (тотсих пленок) в вакууме, например, по способу генерации частиц - из твердой, жидкой и газовой фазы [1]; типу осаждаемых частиц - из атомарных, ионных и плазменных потоков [2, 3, 4, 5]; энергии и массе потоков, переносимых от источника к подложке; конструктивным особенностям или областям применения источников [6] и т. д. Более полная классификация методов осаждения покрытий в вакууме приведена в [6] (рис. 1).
Осаждение тонких пленок в вакууме методом термического испарения [1, 6] осуществляется путем подведения к веществу энергии резистивным и высокочастотным нагревом, электронной бомбардировкой, электронно-лучевым нагревом и нагревом с помощью лазерного излучения- Подвергаясь термическому воздействию, частицы нагреваемого вещества покддают испаритель и переносятся в вакууме на подложку, конденсируясь на ее поверхности в виде тонкой пленки.
К достоинствам метода осаждения тонких пленок термическим испарением относятся высокая чистота осаждаемого материала (процесс проводится при высоком и сверхвысоком вакууме), универсальность (можно нанести пленки металлов, сплавов, полупроводников, диэлектриков) и относительная простота реализации. Ограничениями метода являются невоспроизводимая скорость осаждения, а также низкая, непостоянная и нерегулируемая энергия осаждаемых частиц.
Классификация методов осаждения тонкопленочных покрытий в вакууме Сущность метода осаждения тонких пленок в вакууме ионным распылением [1, 6] заключается в выбивании (распылении) атомов вещества из поверхностных слоев мишени высокоэнергетичными ионами рабочего газа {обычно инертного Аг). Ионы образуются в газовом разряде при давлении рабочего газа порядка 1 Па и ускоряются до энергии 0,7...5 кэВ вследствие приложения к мишени отрицательного постоянного или высокочастотного потенциала в 0,7---5 кВ_ Распыленные из мишени атомы осаждаются в виде тонкой пленки на поверхности подложки. Различают ионно-плазменный и ионно-лучевой методы, в которых используются тлеющий и несамостоятельный газовый разряды.
Достоинствами метода осаждения тонких пленок ионным распылением являются универсальность (можно наносить металлы, сплавы, диэлектрики, магнитные композиции), регулируемая скорость осаждения, безынерционность и относительная простота конструкции установок. К недостаткам относятся невысокая чистота осаждаемой пленки (из-за наличия рабочего газа), а также невозможность получения высоких скоростей осаждения однородных по толщине пленок па подложках большой площади.
Тонкопленочные покрытия получают также путем испарения вещества взрывом [1, 6] при импульсном воздействии на него лазерного излучения или электронного пучка, а также при пропускании мощного импульса тока через образец из наносимого материала в форме тонкой проволоки или фольги. Продукты взрыва с большой скоростью (энергия частиц может достигать 1000 эВ) переносятся к подложке (детали) и конденсируются на ее поверхности.
Достоинством метода является высокая скорость осаждения и хорошая адгезия тонкопленочного покрытия, однако его применение ограничено неуправляемостью процесса в виду его кратковременности и наличием капельной фазы в паровом потоке [1]. Осавдение тонких пленок дуговым разрядом в вакууме [6] происходит за к счет эрозии вещества в сильноточных дуговых разрядах (с холодным и горячим катодом), образования ионизированной паровой фазы, переносе ее с большой скоростью (энергия частиц - до 10 эВ) и конденсации на поверхности подложки. К достоинствам метода осаждения тонкопленочных покрытий дуговым разрядом в вакууме относятся: - практически неограниченная электрическая мощность; - высокий коэффициент ионизации испаряемых частиц; - возможность получения пленок сплавов, оксидов, нитритов, карбидов и т. п. как путем использования мишеней из этих материалов, так и реактивным методом; - отсутствие необходимости в дополнительном газе для ионизации; - максимально возможная скорость осаждения. Недостатками являются: наличие в потоке осаждаемого вещества капельной фазы, нерегулируемость энергии частиц и относительная сложность конструкции дуговых источников. В основе методов ионного осаждения тонких пленок [6] лежит сочетание двух процессов: - генерации плазмы исходного вещества с помощью одного из типов электрического разряда или ВЧ-индуктора; - ускорения ионов или всей квазинейтральной плазмы с последующей конденсацией на поверхности подложки (детали). Исходное вещество получают с помощью одного из методов термического испарения (термоионный метод); из газовой смеси, содержащей компоненты осаждаемой пленки {ионно-плазменный и ионно-лучевой методы); с помощью дугового разряда, который используется как первая ступень плазменного ускорителя (тшазмотронный метод). Основные достоинства метода ионного осаждения тонких пленок - воз можность регулирования в широких пределах энергии осаждаемых частиц (оп тимальной считается энергия, равная 100 эВ) и высокая скорость осаждения, чистота подножки благодаря присутствию разряда- Главными недостатками яв 13 ляются сложность реализации и распыление конструкционных материалов, а, следовательно, загрязнение плазмы и получаемой пленки.
Емкостный метод контроля толщины покрытий, наносимых в вакууме
Сущность емкостного метода заключается в том, что измеряется емкость конденсатора при пропускании парового потока через верхнюю обкладку конденсатора, выполненную перфорированной или в виде сетки, при осаждении на приемной обкладке [50]. При прохождении парового потока осаждаемого материала через одну из обкладок конденсатора и осаждении его на приемной обкладке происходит изменение расстояния между обкладками конденсатора и, соответственно, изменение емкости конденсатора, В настоящей работе для контроля толщины покрытий в процессе их осаждения в вакууме предлагается использовать емкостный датчик толщины покрытий, который, по предварительным оценкам, будет иметь более высокую чувствительность и точность по сравнению с планарньш и объемными емкостными датчиками (см. п. 1,2.6) и будет лишен недостатков, связанных с влиянием на показания датчика следующих факторов: - наличие плотного парового потока от испарителя (недостаток объемного датчика); - материал покрытия может быть любой (недостаток планарного датчика); - влияние температуры на элементы конструкции датчика (недостаток планарного датчика); - необходимость калибровки прибора по каждому осаждаемому материалу (недостаток планарного датчика). Разрабатываемый емкостный датчик относится к средствам наблюдения за процессом нанесения покрытий, поэтому к нему предъявляются следующие требования: - безынерционностъ; - простота в эксплуатации; - возможность быстрой замены отработавших частей; - термостойкость; возможность устранения температурной погрешности; - небольшие размеры датчика. Исходя из вышеперечисленных требований, а также основываясь на описании емкостных датчиков (см. п. L1.4) и емкостного метода контроля толщины покрытий при их нанесении в вакууме, была разработана конструкция емкостного датчика толщины покрытий. 2.2 Разработка емкостного датчика 2,2.1 Конструкция емкостного датчика Величина емкости конденсатора зависит от температуры вследствие линейного расширения металла обкладок. Зависимость емкости от температуры, как правило, отличается от линейной и нередко принимает довольно сложный вид [51]. Используя схему дифференциального емкостного датчика, можно устранить влияние температуры, поскольку линейное расширение металла обкладок обоих конденсаторов приведет к одинаковому изменению емкости, В качестве материалов, применяемых при изготовлении датчика, должны использоваться диэлектрики с малым линейным температурным коэффициентов распшрения (ТКЛР) для разделения обкладок конденсатора [52], Но при этом термостойкие пластмассы, обладающие хорошими диэлектрическими свойствами, не подходят [53, 54], так как температурные пределы их эксплуатации не достаточны для рабочих условий вакуумного напыления и они имеют большие значения ТКЛР, Приемную обкладку конденсатора выполняют сплошной и рядом с ним располагают второй конденсатор, защищенный от парового потока осаждаемого материала экраном и имеющий общую верхнюю обкладку. На рис. 11 представлена конструкция емкостного датчика толщины. Рис, 11. Конструкция емкостного датчика толщины покрытий 1 -керамическая подложка; 2,3 -медные обкладки конденсаторов; 4 - керамическая пластина; 5 - сетка; 6 - экран Основой датчика является керамическая подложка 1, на которую наносятся медные обкладки конденсаторов 2 и 3 размером АхВ. В качестве изолятора 4 между обкладками конденсаторов и сеткой используется керамическая пластина толщиной К Сетка 5, с размером ячейки CxD, натягивается под действием упругих сил /% что обусловлено необходимостью исключения ее де 45 формации во шршж эксплуатации датта&а В датчвде предусмотрен экран 6, которые предотвращаем шшжме шр г& Езшштора 4, й также жстючжт попадание ішішшшого материала та обішадду 3 шунежащюшюга вдвденгатарн. 2,2,2 Мжгетжги «ЇІЖКШІ МЩЄЙЬ ІМ№ОСЇШ»Г9 ЛШ,ЙІШШ Модель даффер ещиаггшого емкостаога датчика для шмфмияг толщину покрутмж s вжуун одна из обкладок которого вшюття т сеті, представлена марші 12. Рис І X Модель ШЇШСТШГО датчика толщины гісжрмтая 1 -верхняя обшвдра ювддагатора в виде еетга или перфорации; 2 ЇЇИЖШШ Фшшджш штщшгтьшого конденсатор, выполненная шшшной; 3 - шшвтж шт материал; 4 - «рай; 5 - тшшя оШ&шш їдамїшіеаздишшоге ковденсатора» вьшоягешш сплошной На рис. IS їіредсташюшї етеггроетатичееюе пште штаетиага датчика noctpocHHoe по методике, КШОЖОДВОЙ І 155], Существует несколько методов вгаоцкжггвшеого оир&дажшж емкости, применимых і тех случаях, когда проводники расположены в однородной ИЛЕ кусояно-однородной среде [561
Классификация автоматизированных систем
Разработка автоматизированной системы будет осуществляться на базе персонального компьютера типа IBM PC. Даннай система должна вводить в ПК данные с емкостного датчика толщины покрытий, а именно данные о емкости джчшж.
АС должна и&ргшипжт гшш& тткршшыс &мкітт ДЇШЩО ш шить шзнетшосіь ущттгмя ішюшой (CR) ш рзб«ш камеро УВ& Таким обра щ, структура р&чрабатмвашой авітшаїтнроїшшой шит&яш іфщщідает вид, згрдавдешый ма ршс. 24 v»L CR аГ сі Д»« ЙЙШГГНУЙТШМІ$ІШ ь RS-25E! Тс2 Рк& 24 Структура автодашжрйвшшой сшстым. У#ї$юйсгао тпржжттш (УС) ЙМТЇОЖЗГЄГ три оттш& фуеюрш [бб зо-аддашж, вдгдшхшвдш н іірадбра-ЮЕШши Связь с компьютером осуществляет м о помощью штерфейса еши R&-232C. Вмбор мнерфййеа RS-232C ошіяш їм ТЇШ, ЧТО ед широко ратрштр-ЇЇШ в отвршевдой шііїфатуре в лшвшшст ршіояожшь УС любой (шжтмт на небольшом раеотжіда от кояшмотера 67]. По еюросш обм щ шшрфейс RS-232C ігшжгстда удйвзгетворлет іребоюніиш разрабашвашай автоматизировавши шетшм 3 2 J АИВУІИІ &га нувд рилдаши уетроіетм сшршжшш В еужтє 2.25 бш ероведш анализ втаможвьм етем дшг мзшершш емкости, шторме были опробованы дм flwcpwm ешмгаого дяпшка толщины» одташ же они имеют дажунэ чувствдтетшость
К тому Ж необходимо 5шт хюверіть штгшттиьт схош для определения шж пограшносга. Поэтому дм гаода информации о шжосш было выбршо готовое уеірой щм шт $:шершш вм&оети ЛУ-3003 фирмы АКТАІСОМ, етторое првдсташш-ет собой шшгшшое уетройство в кщупут. дршншлешого ишоднемвд. тшшт ЖК-щстШ да отображений шст необходимой информации., а также шт ш№ возможного передает таадфетвдії дафордацш » решшшм времени в і Ж моередсшвд нооїедов&шшшго штерфейеа свтш RS-232 f6S, 69] минимальным оттервшшм йртмши 7 с. ГТІШІНИЙ щетш!жггаі кзш Ш &ІВ-реіжи 9 В тж н от нсточішжа с тшЁттщотшжж шжгаш иш вдшрзршиеы от 112 до И 5 В. Поііретшосіь мжергаш на дашшоне до 200 пф при жтотс ІО кГц со ТЖШТЗ%.
Аетощішніхтниші еиаша тод«ржит коммутатор, птмїттищй. про-юшдить переюштенш между измеряемыми конденсаторами что обусловлен огршмгаиш швдажноете» йрйбора АМ-ЗСШЗ, поашшшу дданьш гаи зірибора тажшжт арошводить измерения шкости ттто одного ювденсетора, Управление коммутатором происходит с шмошш ТПС Орупуряш схема УС, ршрабшшш&аг с прішежшш їргбора АМ-3003, пршкяета ни рже. 25, Рже. 25. Стружтурим схша УС 3JL2 Стть УС «г «ргавдтшда вдщщьщтерш Устройство да измерения ешсоещ АМ-3003 передает информацию в ре-аяьшж щшштш ш ПК поередсшш пхтятштштт одрщ RS-232. Следует отмсгатк что р щтётчшшош устройства бша предусмотрена юможвоеть бшопж."шга соедйнешя с ПК. Дш швн иеаіші& устеі сшршкшршашшй № бель, ИЗДШЭЕШШ ооішот ш ііротбршоватепь отгааш ма виходе юмфїггші да кост $ЛЗ
Ушршлшм шхшшшт т кттшутцт ттшт Заедонга і рабавдя камере YBH должна ткрмшштеш тштреитшп с началом деаодэтия покритая и здкрьвдіься нрм ДОСТЯТОІНР осаждаемым споем заданной ГЇЖЩНВД Дш упршвднш чшітж.Ш итешшауетея адша шшчтаия и шкяючения реїш, шата&гы которого тодашютаются ш зіеісгрошпіміу, вшофедстмівд ущштшщту застойной Схема мшшжвш її вшлшшша рейс состоит із КМОП ключа и самого реле. Управление КМОП ключом производится с одного из выходов LPT порта ПК [70,71,72], Для обеспечения коммутации измерительных сигналов, снимаемых с емкостного датчика толщины, используется еще одна схема включения и выключения реле [73], Далее сигнал о емкости поступает на устройство измерения АМ-3003. Функциональная схема управления заслонкой и коммутации сигналов представлена на рис. 27
1 Опытный образец емкостного датчика толщины покрытий и устройства сопряжения
Для ввода информации о толщине осаждаемой пленки с прибора МЭК-1-У-33 в персональный компьютер необходимо использовать аналогово-цифровой преобразователь. Основной тенденцией в автоматизации технологических процессов является построение распределенных систем сбора данных и управления [74,75]. В настоящее время производится огромное количество таких систем, например, семейство модулей FieldPoint фирмы National Instruments [74 79], 1-7000 фирмы ICP DAS [79], ADAM фирмы ADVANTECH [80]. Каждый модуль семейства 1-7000 фирмы ICP DAS является функционально законченным устройством, выполненным в малогабаритном (102x72x18 мм) корпусе из негорючей пластмассы. На корпусе расположены необходимые разъемы и клеммные соединители для винтовой фиксации. Установка модулей не требует специальных корзин или объединительных плат и осуществляется как на стандартную несущую 35-миллиметровую DIN-рейку, так и на любую плоскую панель (рис. 34). Соединение модулей между собой осуществляется с помощью последовательного интерфейса RS-485. В отличие от RS-232C интерфейс RS-485 обменивается сигналами по дифференциальной схеме, что обеспечивает лучшую помехозащищенность и большую дальность передачи на высоких скоростях. Интерфейс RS-485 позволяет создавать асинхронную полудуплексную двухпроводную сеть с возможностью объединения до 256 модулей в одном сегменте [81], m. 34. Модуле семействе Ї-7ШЮ фермы 1СР DAS Лмвейїга вы!туск$мы& модулей семейетщ 1-7000 штчца; - нроцвдшрные модули (товіроядарьг); - модуж ашлотоюго шеда/выжда; - модули щфроттьтя$%ьж іті - модніш шймеров/ететчижов; Сшжтго адодудей 1-7000 фирмы ICF DAS ішеет рзд преимуществ перед модуїши Fielsfifemt фирмы N&tioml Imlmmenis: здшчиївдіьщя щттт в стой-вді#ш, адіьі габариты м отаухетвде ттитыши ющмутащошшх корзт дня обьедшееж моделей. Такті образам, для передам ддамж йршйощ МЖ-І-У- З є компьютер бьши выбраны мощулм сщзшш 1 7GQ0 фермы ІСЇ1 PAS. Для СЙЯЗЙ мщулей с&рм Ь70ШЇ с кшшнютером вшадь-зуется модуль 1-7520, ііредстшмяадщїй тебрй щшшрад&щдай аргубразіователь интерфейса RS-232C в RS-422/485. Кроме фужцші пргафаміштм ртоерф йсвд модуль і-7520 жыпо$тя&$ функции передачи: - команд от ПК к модулям ввода/вывода; - данных от модулей ввода/вывода в ПК. Для ввода информации о толщине пленки используется модуль 1-7017F, представляющий собой восьмиканальньш АЦП с изолированными входами. Диапазон измерения модуля 1-7017F составляет +10 В с точностью 0,05 % [78? 79]. Установка вакуумного напыления УВН-2М-1 имеет возможность автоматического регулирования температуры на подложке при помощи прибора МСР. В связи с этим была реализована возможность контроля температуры в вакуумной камере на емкостном датчике при помощи термопары типа К и модулей ввода данных с термопары (модуль 1-7012) и вывода управляющего сигнала на вход управления МСР (модуль 1-7024). Модуль 1-7012, представляющий собой одноканальный АЦП с возможностью предупреждения об изменении сигнала на входе. Модуль 1-7012 предназначен для ввода напряжения от различных типов термопар. Точность преобразования 0,05 %, скорость измерений - 10 раз в секунду, что вполне удовлетворяет скоростным характеристикам процесса нагрева емкостного датчика [78, 79]. Модуль 1-7024, представляющий собой четырехканальный ЦАП. Диапазон модуля 1-7024 составляет ± 10 В с точностью преобразования ±0,2 % [78, 79]. В качестве цифрового регулятора температуры емкостного датчика толщины используется ПИД-регулятор. Выбор ПИД-регулятора основан на рекомендациях, приведенных в [82]. Алгоритм цифрового ПИД-регулировання описывается формулой [82]: Uj U + Krfyej+d + dye ), (4.3) где _/= 1,2, 3, .„ N- номер периода квантования; Ц - выходной сигнал ПИД-регулятора; ej — ошибка регулирования; ЛГр - коэффициент усиления; do, d\t di - коэффициенты, вычисляемые следующим образом: Й -i4.Ik.4-Zk А --\-I.TJL И -ТИ ч к к к (4.4) где Т& - период квантования; Tt - постоянная интегрирования; То - постоянная дифференцирования. Диапазон напряжения для управления схемой регулирования температуры составляет от -5 В до О В, При подаче на схему регулирования температуры напряжение в -5 В, нагреватель выключается, В табл. 6 приведены параметры цифрового ПИД-регулятора.
