雙真空室結(jié)構(gòu)磁控濺射臺(tái)的研制
１設(shè)計(jì)原理：
本文設(shè)計(jì)的磁控濺射臺(tái)使用陰極濺射的方法淀積薄膜，將電壓的負(fù)極應(yīng)用于靶材，正極接于基架地，基片裝在基片架上，從而在靶材和基片之間形成一個(gè)負(fù)的電場(chǎng)。在電場(chǎng)中通人工藝氣體，在一定的真空條件下，工藝氣體原子就會(huì)電離出帶正電荷的離子和帶負(fù)電荷的電子，如果工藝氣體是氬氣，則有：Ａｒ→Ａｒ+＋ｅ-。電場(chǎng)的存在使氬離子加速向陰極移動(dòng)，自由電子則移向正極。這個(gè)過程中，加速電子跟更多的氬原子發(fā)生碰撞，電子的動(dòng)能使得受到碰撞的氬原子發(fā)生電離。上述過程持續(xù)重復(fù)，就能產(chǎn)生巨大數(shù)量的氬離子和電子，在靶材和基片之間形成等離子區(qū)。等離子區(qū)中大量帶正電的氬離子飛向靶材，因氬離子具有較大的質(zhì)量，能量較大，碰撞靶材后引起靶材原子逸出并沉積在基片上。圖１顯示了本設(shè)備的濺射成膜原理。
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如果在陰極靶材背面合理地安裝一塊永久磁鐵。磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)迫自由電子作額外的螺旋運(yùn)動(dòng)，就可以延長(zhǎng)電子的移動(dòng)路徑，產(chǎn)生更高等級(jí)的分裂，并使得等離子區(qū)具有更好的同質(zhì)性，能夠更好的利用靶材，減少由濺射粒子引起的靶材再沉積的數(shù)量，避免弧光放電現(xiàn)象。如果陰極是由非導(dǎo)體材料組成，則轟擊靶材的工藝氣體離子就不能被傳導(dǎo)電子中和，濺射過程就會(huì)熄火，所以絕緣靶材或電介質(zhì)靶材不能使用直流源濺射，而需要采用射頻濺射。射頻濺射使用射頻電源（典型１３．６５ＭＨｚ）來點(diǎn)燃等離子區(qū)。在射頻濺射的情況下，靶材交替地被帶正電的離子和帶負(fù)電的電子轟擊，靶材粒子逸出后淀積于基片，離子轟擊靶材后被電子中和。射頻濺射需要一個(gè)匹配器根據(jù)等離子區(qū)的阻抗自動(dòng)調(diào)節(jié)射頻電源，使射頻電源的反射功率最小。
２總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
基于上節(jié)所述設(shè)計(jì)原理，本文的磁控濺射臺(tái)采用雙真空室結(jié)構(gòu)，一個(gè)預(yù)處理室，一個(gè)濺射鍍膜室。在預(yù)備室設(shè)計(jì)一個(gè)射頻刻蝕靶，可以在鍍膜前對(duì)基片表面進(jìn)行刻蝕清洗。為了滿足批量生產(chǎn)的要求，設(shè)計(jì)一個(gè)基片架來裝載基片。通過調(diào)整基片架，一次能夠裝載６４片４英寸基片或３０片８英寸基片。濺射鍍膜過程中，通過基片架的均勻旋轉(zhuǎn)，濺射材料在基片上均勻成膜。由于裝卸基片時(shí)預(yù)備室處于大氣狀態(tài)，所以使用二個(gè)高真空隔離閥將濺射室與預(yù)備室隔離。當(dāng)基片裝卸完畢，將預(yù)備室抽真空達(dá)到接近濺射室的真空度時(shí)，才打開高真空隔離閥，將基片送人濺射室。濺射鍍膜過程中，高真空隔離閥同樣
關(guān)閉。通過這樣的雙室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就能讓濺射室始終維持在高真空和高潔凈狀態(tài)，提高鍍膜質(zhì)量，同時(shí)可以減少淀積多層薄膜時(shí)濺射室抽高真空的時(shí)問，提高生產(chǎn)效率。環(huán)繞濺射室設(shè)計(jì)四個(gè)靶位，三個(gè)直流靶、一個(gè)射頻靶?？芍苽涑砂胁牡母鞣N材料均可作為
薄膜材料安裝到四個(gè)靶上。在適當(dāng)條件下同時(shí)打開兩個(gè)以上的濺射靶，就可以進(jìn)行多元靶材共濺射。在濺射的放電氣氛中加入氧、氮或其它活性氣體，就可沉積靶材物質(zhì)與氣體分子的化合物薄膜。
該磁控濺射臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖２所示。
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３工藝控制設(shè)計(jì)：
本文設(shè)計(jì)的磁控濺射臺(tái)大致可分為以下幾個(gè)工藝子系統(tǒng)：
（１）真空控制系統(tǒng)。包括真空閥控制系統(tǒng)，真空泵控制系統(tǒng)，真空測(cè)量系統(tǒng)。
（２）濺射電源控制系統(tǒng)。包括直流濺射及直流電源分配系統(tǒng)，射頻濺射及射頻匹配系統(tǒng)。
（３１基片運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。包括基片架的傳送控制，基片架的旋轉(zhuǎn)控制及定位控制。
（４）濺射室溫控系統(tǒng)。
（５）膜厚測(cè)量和控制系統(tǒng)。
（６）濺射工藝控制系統(tǒng)。包括光欄控制，靶的使用控制，共濺射和反應(yīng)濺射等。
（７）水路、氣路控制系統(tǒng)。包括各路工藝氣體的傳送和流量控制，各路冷卻水和溫水流量的測(cè)量和控制，壓縮空氣的供應(yīng)和控制等。系統(tǒng)的組成原理如下圖３所示。
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由圖３可見，磁控濺射臺(tái)的工藝控制系統(tǒng)涉及多路開關(guān)量控制、多路模擬量控制、多路串行通信控制，以及多路驅(qū)動(dòng)控制，系統(tǒng)較為復(fù)雜。
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