一种磁控溅射镀膜系统及其控制方法与流程

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。

技术实现要素：

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。

技术特征：

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。

技术总结
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。

技术研发人员：乔利杰;宋述兵;杨会生;庞晓露;王瑞俊;郑宝林
受保护的技术使用者：山东司莱美克新材料科技有限公司
技术研发日：2019.08.03
技术公布日：2019.12.20