III. 系统考虑因素
要设计一套能满足特定性能指标的现代镀膜系统，需要考虑的问题如此繁多而复杂，以至于不知从何入手。我们建议最好首先考虑膜层的预期性能要求和被镀基片的本质特性，然后根据以上两个问题的结论展开设计工作。首先，镀膜设计包括预期薄膜应具有的光学和机械特性，这些特性是选择膜材、蒸发源的类型以及镀膜条件的基础；其次，要保证生产的一致性，程度控制(对光学膜厚的控制)是关键，它往往决定膜厚监控仪、基片转速以及蒸发源布局的选择。同时，基片本身对选择过程的影响是不可忽视的，因为有些材料无法加热，且基片的尺寸和形状又往往决定旋转系统的类型和均匀屏蔽保护。
抽气系统
真空机组的组成部件必须认真选择，以便在要求时间内达到预期的真空度。有效抽速可以根据真空泵的规格和真空室的流导计算出来，但由于被抽气体中大部分都是水蒸汽，真空泵的停机就会受到系统对水汽抽速的限制。所以在预见到被抽气体中含大量水汽时，一般会采用迈斯纳挡板来作为辅助的低温装置，用以提高系统对水汽的抽速。低温泵具有高效，快速和清洁无油的特点，因而成为中小系统中高真空泵的理想选择。大型真空室一般会有较大的热负载，这些热量来源于过程气体和热辐射，这会造成低温泵在冷却方面的困难。低温冷却挡板与扩散泵的传统组合目前依然是最灵活的真空抽气机组，在大型系统中经常使用，特别是涉及到热处理工艺的时候。对于粗真空泵的考虑也不能仅限于简单的抽速方面。对于扩散泵机组来说，扩散泵的排气压强与机械泵的有效抽气压强之间存在空档，需要另外的抽气设备进行弥补。而低温泵可以承受更高的压差，因此其前级采用机械泵就足够了，只是在水汽较重时应选用双级机械泵。
蒸发源
蒸发材料最简单的方法就是将其放在筐状或舟状电阻式蒸发源内进行加热。这些低压蒸发源简单、经济、可*，可以做成各种各样的大小、形状并具有不同的电特性，例如用来沉积金属薄膜的小线圈也许只需要50安培的电流，而沉积红外线滤波膜时，其膜层的厚度远大于可见光膜层，就需要用到高达1000安培的大容量蒸发舟。
很多材料不能用加热的形式蒸发，包括大多数常用于可见光和近红外（NIR）镀膜的绝缘材料，这种情况下，必须采用电子束枪。电子枪有多种尺寸和类型可供选择，多坩埚电子枪可采用一个源对多种材料进行蒸发，这种枪在镀制多层膜且膜层较薄的工艺中应用效果很好。当复杂的设计需要每种材料用量较大，或每个源都需要占用不同的位置时，可以选用单坩埚电子枪。电源的大小更多地取决于蒸发材料的导热性，而不是其蒸发温度。电源功率一般在4KW到10KW之间，对于大多数的绝缘材料，4KW就足够了；而如果想达到很高的沉积率，或在一个很大的真空室内对导热材料进行蒸发时，也许需要10KW甚至更大功率的电源。要保持电子枪蒸发绝缘材料的稳定性，最重要的是要拥有一个高品质的束流扫射控制器。传统的束流扫射控制器基本采用模拟波形，它可以从横纵双向驱动电磁束，还可以调节振幅和频率。最近有一种新的方法刚刚问世，它是将坩埚分成象素，并允许在每一点上停留的时间有所不同。不管是哪种方法，扫射控制器必须拥有多种供控制程序进行选择的预设模式，才能成为全自动控制系统的有机组成部分。
预期的沉积条件显然对于多数真空室部件的选择起着重要作用，包括加热器，离子源，辉光放电器，压强计/流量计，残余气体分析仪（RGA），甚至抽气系统本身的选择也会受到工艺温度、反应气体的加入以及离子束辅助沉积（IBAD）的应用等因素的影响。提高基片温度有助于薄膜性能的优化，但会使工艺更加复杂，也更加耗费工时，而且对如塑料等基体材料完全不适用。直流辉光放电和离子源具有一些相同的功能，比如对于简单的基片预清洁，辉光放电就足以胜任；如果采用离子源进行离子束辅助沉积（IBAD）, 它同时可以有效地完成基片的预清洁，而辉光放电就多余了。辉光放电需在10-2 Torr压强范围内工作，因此需要流量控制器和一个低流导高真空旁路阀将高真空泵与进口高压隔开。相反，离子源工作所需要的气流量和压强则低得多，因此在进行离子束沉积的过程中就需用大抽速来维持尽可能低的压力。有些工艺对污染很敏感，此时一台残余气体分析仪就非常有价值，因为它可以揭示出远低于室内总压强的不良气体或蒸汽的存在。
基片及工卡具
在决定如何支撑及旋转基片时，基片的尺寸，数量，日产量，允许的卡具标记，热膨胀系数，装卡方式，热冲击阻抗，除气特性，厚度均匀性及特殊的操作要求都是很重要的考虑因素。如果处理过程中需要加热，就要同时考虑卡具和基片的热膨胀及空间公差，以避免在加热过程中基片跌落或变形。为了保证膜厚的均匀性，工件架的旋转采用公自转或行星运动是最好的解决方案，尤其对于那些曲面形状的基片。实际上，对于表面曲率很大的工件来讲，只有这种方法才能最大限度地降低基片自身的各个位置以及同一轮的各个基片之间的膜厚差。可惜的是，行星式工件架系统限制了真空室的装载量，因此，这种追求质量的方式的代价是容量和工作效率的损失。假如只采用公转就可以达到设定的均匀度，那么采用球面帽罩型工件架就会使真空室内空间得到有效的利用。无论采用哪种方式，都需要某种均匀屏蔽来修正几何学中所固有的膜厚差异。理论计算可以为这些屏蔽提供一个很好的出发点，但它们的最终形状是由几何学决定的。
膜厚的测量及监控
最直接的镀膜控制方法是石英晶体微量平衡法（QCM）。这种仪器可以直接驱动蒸发源，操作斜面及浸泡步骤，通过PID控制循环驱动挡板，保持蒸发速率。只要将仪器与系统控制软件相连接，它就可以控制整个的镀膜过程。我们还可以选用相互隔离的双重传感器探头，它既提供了安全备份，而且还可用来进行多层厚膜的镀制。但是，QCM的精确度是有限的，部分原因是由于它监控的是被镀膜的质量而不是其光学厚度。此外，虽然QCM在较低温度下非常稳定，但温度较高时它会变得对温度非常敏感。在长时间的加热过程中，很难阻止传感器跌入这个敏感区域，从而对膜层造成重大误差。
光学监控是高精密镀膜的首选监控方式，这是因为它可以更精确地控制膜层厚度（如果运用得当）。精确度的改进源于很多因素，但最根本的原因是对光学厚度的监控。光学厚度可以采用直接测控，即在基片上进行测控，也可以在单独的监控片上进行间接测控，间接监控的优点是灵活性强，但我们在应用时必须能够容忍监控片与基片间的差异。多年来，人们发展了很多有效提高光学反应对膜厚变化灵敏度的理论和方法来减少终极误差，典型的光学监控软件提供了反馈或传输的选择模式和大范围的监测波长。波长可以利用窄带滤波器或单色仪进行选择。虽然单色仪的价格相对昂贵，但它可以在很宽的范围内提供连续可选的波长。另外，我们还可采用带多重光栅的单色仪来选择波长。紫外区，可见光区和红外区都有其与众不同的特性，因此必须认真选择光源及检波器，使之与监控仪的工作波长相匹配。
系统
真空室内的大部分部件都可依据前面的讨论进行选择。
真空室的规格，大多数的制造商都能提供全范围的标准规格，但有时特殊的应用需要有非标准设计。在设计中，考虑操作者如何接触到那些需要定期检测的部件是很重要的，如蒸发源，监控片，当然还包括工件架。同时，电器维护，冷却水用量，特殊用途要求，工作流程及专门的辅助设备都应设计阶段加以考虑。在系统控制方面，至少应该有监控及数据获得（SCADA）局部应用程序。在用户现场，也许会有其他的界面连接方式，例如与用户的局域网连接。最高级别的设置应是通过国际互联网与设备制造商进行连接，这样制造商就可以对系统的性能进行监控，并提供远程工艺诊断服务。
