CN110592542A - 一种磁控溅射镀膜系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁控溅射镀膜系统,包括真空泵和进气管;及安装于内的真空舱室内侧的极板、磁体、铜背板和靶材,及与靶材正对设置的基板,还包括设置于进气管上的流量阀,及设置于真空舱室内侧,用于特定光谱检测的光纤探头;所述光纤探头电连接到光谱仪;所述光谱仪通信连接到西门子PLC;所述流量阀电连接到西门子PLC;所述磁体为多组子磁体构成阵列;每组所述子磁体包括至少一永磁体和一电磁体;其中所述方法具体如下:第一步,磁控平面调整,第二步,镀膜启动,第三步,电磁体关闭,第四步,磁控溅射监控;本发明的磁控溅射镀膜控制方法,能够完成镀膜反应状态监测和控制,另外能够根据工艺要求,选择磁强等强或某一区域加强功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁控溅射镀膜设备,具体涉及一种磁控溅射镀膜系统及其控制方法,属于磁控溅射镀膜设备技术领域。
背景技术
溅射镀膜就是在真空中利用荷能粒子轰击靶表面,使被轰击出的粒子沉积在基片上的技术;通常,利用低压惰性气体辉光放电来产生入射离子;阴极靶由镀膜材料制成,基片作为阳极,真空室中通入0.1-10Pa的氩气或其它惰性气体,在阴极(靶)1-3KV直流负高压或13.56MHz的射频电压作用下产生辉光放电;电离出的氩离子轰击靶表面,使得靶原子溅出并沉积在基片上,形成薄膜;磁控溅射通过在靶阴极表面引入磁场,利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率;现有的磁控溅射镀膜装置一般是将磁铁设置于靶材阴极表面的下方,这样在靶材阴极表面的上方形成磁场,该磁场的方向与电场E正交;当磁控溅射镀膜装置的真空室内充入氩气后,便被电离出大量的氩离子和电子,放电产生的氩离子轰击阴极(靶材)的表面,电子受磁场的洛仑兹力作用,沿垂直于磁力线B方向在磁场的区域A内运动(如图所示,电子沿着路径L运动),这些电子运动路径长,增加了气体分子磁撞的机会,使气体的电离几率增加,进而增大了磁场的区域A处的溅射速率,但现有的磁场均为等强度控制,其无法实现对特定区域进行优先级和厚度层镀膜,另外,现有的磁控溅射镀膜过程中,其无法监测反应气体工作状态。
发明内容
为解决上述问题,本发明提出了一种磁控溅射镀膜系统及其控制方法,对特定光谱进行检测,从而完成反应气体在工作系统中的监控,实现镀膜反应状态监测和控制,另外能够根据工艺要求,选择磁强等强或某一区域加强功能。
本发明的磁控溅射镀膜系统,及用于将真空舱室抽真空的真空泵,及给真空舱室内打入工作气体的进气管;及安装于内的真空舱室内侧的极板,及安装于极板上的磁体,及安装于磁体上的铜背板,及安装于铜背板上的靶材,及与靶材正对设置的基板,还包括设置于进气管上的流量阀,及设置于真空舱室内侧,用于特定光谱检测的光纤探头;所述光纤探头电连接到光谱仪;所述光谱仪通信连接到西门子PLC;所述流量阀电连接到西门子PLC;所述磁体为多组子磁体构成阵列;每组所述子磁体包括至少一永磁体和一电磁体;阵列中的所述永磁体构成一磁场强度相同的平面。
进一步地,所述永磁体和电磁体交错排列布置。
进一步地,所述电磁体固定于永磁体正下方。
一种磁控溅射镀膜系统控制方法,所述方法具体如下:
第一步,磁控平面调整,当沉积没有优先级时,关闭电磁体,通过永磁体形成一磁场等强工作面;对于端部、尖角部或需要预先沉积点,根据工艺需求,进行独立定义局部磁强;并通过给电磁体电流方向和电流大小完成永磁体局部磁强大小调整;调整过程中,通过霍尔传感器进行实时检测调整后整个磁场工作面其磁强强度,完成后,将电磁体电流大小和电流方向存入PLC中;并与工艺件基板类型绑定;
第二步,镀膜启动,根据磁控溅射镀膜机工序依次将靶材和基材送入到真空舱室内,并对真空舱室依次进行抽真空和打入工作气体;
第三步,电磁体关闭,当电磁体工作工序达到预设阈值后,电磁体停止工作,永磁体进行全面等强工作;
第四步,磁控溅射监控;根据检测光谱需求,选择相应滤光片进行特定波长检测;光纤探头将光谱传递给光谱仪,完成光电检测,PLC获取检测数据后,与预设值进行PID运算,从而控制流量阀流速;完成磁控溅射检测和控制。
进一步地,所述PID运算过程为:光纤探头采集数据送入到PLC;反复调试PLC的FB41块的微分、积分比例;从而通过PID计算当前光谱与预设值差值,并控制煤气流量阀流速。
本发明与现有技术相比较,本发明的磁控溅射镀膜系统及其控制方法,对特定光谱进行检测,从而完成反应气体在工作系统中的监控,实现镀膜反应状态监测和控制,另外能够根据工艺要求,选择磁强等强或某一区域加强功能。
附图说明
图1是本发明的实施例1结构示意图。
图2是本发明的实施例2结构示意图。
具体实施方式
实施例1:
如图1所示的磁控溅射镀膜系统,及用于将真空舱室A抽真空的真空泵1,及给真空舱室内打入工作气体的进气管2;及安装于内的真空舱室内侧的极板3,及安装于极板上的磁体4,及安装于磁体上的铜背板5,及安装于铜背板5上的靶材6,及与靶材正对设置的基板7,还包括设置于进气管上的流量阀8,及设置于真空舱室内侧,用于特定光谱检测的光纤探9头;所述光纤探头9电连接到光谱仪10;所述光谱仪10通信连接到西门子PLC11;所述流量阀8电连接到西门子PLC11;所述磁体4为多组子磁体构成阵列;每组所述子磁体包括至少一永磁体41和一电磁体42;阵列中的所述永磁体41构成一磁场强度相同的平面。
其中,所述永磁体41和电磁体42交错排列布置。
如图2所示,所述电磁体42固定于永磁体41正下方。
一种磁控溅射镀膜系统控制方法,所述方法具体如下:
第一步,磁控平面调整,当沉积没有优先级时,关闭电磁体,通过永磁体形成一磁场等强工作面;对于端部、尖角部或需要预先沉积点,根据工艺需求,进行独立定义局部磁强;并通过给电磁体电流方向和电流大小完成永磁体局部磁强大小调整;调整过程中,通过霍尔传感器进行实时检测调整后整个磁场工作面其磁强强度,完成后,将电磁体电流大小和电流方向存入PLC中;并与工艺件基板类型绑定;
第二步,镀膜启动,根据磁控溅射镀膜机工序依次将靶材和基材送入到真空舱室内,并对真空舱室依次进行抽真空和打入工作气体;
第三步,电磁体关闭,当电磁体工作工序达到预设阈值后,电磁体停止工作,永磁体进行全面等强工作;
第四步,磁控溅射监控;根据检测光谱需求,选择相应滤光片进行特定波长检测;光纤探头将光谱传递给光谱仪,完成光电检测,PLC获取检测数据后,与预设值进行PID运算,从而控制流量阀流速;完成磁控溅射检测和控制。
其中,所述PID运算过程为:光纤探头采集数据送入到PLC;反复调试PLC的FB41块的微分、积分比例;从而通过PID计算当前光谱与预设值差值,并控制煤气流量阀流速。
上述实施例,仅是本发明的较佳实施方式,故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰,均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (5)
1.一种磁控溅射镀膜系统包括真空舱室,及用于将真空舱室抽真空的真空泵,及给真空舱室内打入工作气体的进气管;及安装于内的真空舱室内侧的极板,及安装于极板上的磁体,及安装于磁体上的铜背板,及安装于铜背板上的靶材,及与靶材正对设置的基板,其特征在于:还包括设置于进气管上的流量阀,及设置于真空舱室内侧,用于特定光谱检测的光纤探头;所述光纤探头电连接到光谱仪;所述光谱仪通信连接到西门子PLC;所述流量阀电连接到西门子PLC;所述磁体为多组子磁体构成阵列;每组所述子磁体包括至少一永磁体和一电磁体;阵列中的所述永磁体构成一磁场强度相同的平面。
2.根据权利要求1所述的磁控溅射镀膜系统,其特征在于:所述永磁体和电磁体交错排列布置。
3.根据权利要求1所述的磁控溅射镀膜系统,其特征在于:所述电磁体固定于永磁体正下方。
4.一种磁控溅射镀膜系统控制方法,其特征在于,所述方法具体如下:
第一步,磁控平面调整,当沉积没有优先级时,关闭电磁体,通过永磁体形成一磁场等强工作面;对于端部、尖角部或需要预先沉积点,根据工艺需求,进行独立定义局部磁强;并通过给电磁体电流方向和电流大小完成永磁体局部磁强大小调整;调整过程中,通过霍尔传感器进行实时检测调整后整个磁场工作面其磁强强度,完成后,将电磁体电流大小和电流方向存入PLC中;并与工艺件基板类型绑定;
第二步,镀膜启动,根据磁控溅射镀膜机工序依次将靶材和基材送入到真空舱室内,并对真空舱室依次进行抽真空和打入工作气体;
第三步,电磁体关闭,当电磁体工作工序达到预设阈值后,电磁体停止工作,永磁体进行全面等强工作;
第四步,磁控溅射监控;根据检测光谱需求,选择相应滤光片进行特定波长检测;光纤探头将光谱传递给光谱仪,完成光电检测,PLC获取检测数据后,与预设值进行PID运算,从而控制流量阀流速;完成磁控溅射检测和控制。
5.根据权利要求4所述的磁控溅射镀膜系统控制方法,其特征在于:所述PID运算过程为:光纤探头采集数据送入到PLC;反复调试PLC的FB41块的微分、积分比例;从而通过PID计算当前光谱与预设值差值,并控制煤气流量阀流速。
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