双真空室结构磁控溅射台的研制

１设计原理：

本文设计的磁控溅射台使用阴极溅射的方法淀积薄膜，将电压的负极应用于靶材，正极接于基架地，基片装在基片架上，从而在靶材和基片之间形成一个负的电场。在电场中通人工艺气体，在一定的真空条件下，工艺气体原子就会电离出带正电荷的离子和带负电荷的电子，如果工艺气体是氩气，则有：Ａｒ→Ａｒ+＋ｅ-。电场的存在使氩离子加速向阴极移动，自由电子则移向正极。这个过程中，加速电子跟更多的氩原子发生碰撞，电子的动能使得受到碰撞的氩原子发生电离。上述过程持续重复，就能产生巨大数量的氩离子和电子，在靶材和基片之间形成等离子区。等离子区中大量带正电的氩离子飞向靶材，因氩离子具有较大的质量，能量较大，碰撞靶材后引起靶材原子逸出并沉积在基片上。图１显示了本设备的溅射成膜原理。

如果在阴极靶材背面合理地安装一块永久磁铁。磁铁的磁场强迫自由电子作额外的螺旋运动，就可以延长电子的移动路径，产生更高等级的分裂，并使得等离子区具有更好的同质性，能够更好的利用靶材，减少由溅射粒子引起的靶材再沉积的数量，避免弧光放电现象。如果阴极是由非导体材料组成，则轰击靶材的工艺气体离子就不能被传导电子中和，溅射过程就会熄火，所以绝缘靶材或电介质靶材不能使用直流源溅射，而需要采用射频溅射。射频溅射使用射频电源（典型１３．６５ＭＨｚ）来点燃等离子区。在射频溅射的情况下，靶材交替地被带正电的离子和带负电的电子轰击，靶材粒子逸出后淀积于基片，离子轰击靶材后被电子中和。射频溅射需要一个匹配器根据等离子区的阻抗自动调节射频电源，使射频电源的反射功率最小。

２总体结构设计：

基于上节所述设计原理，本文的磁控溅射台采用双真空室结构，一个预处理室，一个溅射镀膜室。在预备室设计一个射频刻蚀靶，可以在镀膜前对基片表面进行刻蚀清洗。为了满足批量生产的要求，设计一个基片架来装载基片。通过调整基片架，一次能够装载６４片４英寸基片或３０片８英寸基片。溅射镀膜过程中，通过基片架的均匀旋转，溅射材料在基片上均匀成膜。由于装卸基片时预备室处于大气状态，所以使用二个高真空隔离阀将溅射室与预备室隔离。当基片装卸完毕，将预备室抽真空达到接近溅射室的真空度时，才打开高真空隔离阀，将基片送人溅射室。溅射镀膜过程中，高真空隔离阀同样

关闭。通过这样的双室结构设计，就能让溅射室始终维持在高真空和高洁净状态，提高镀膜质量，同时可以减少淀积多层薄膜时溅射室抽高真空的时问，提高生产效率。环绕溅射室设计四个靶位，三个直流靶、一个射频靶。可制备成靶材的各种材料均可作为

薄膜材料安装到四个靶上。在适当条件下同时打开两个以上的溅射靶，就可以进行多元靶材共溅射。在溅射的放电气氛中加入氧、氮或其它活性气体，就可沉积靶材物质与气体分子的化合物薄膜。

该磁控溅射台的结构示意图如下图２所示。

３工艺控制设计：

本文设计的磁控溅射台大致可分为以下几个工艺子系统：

（１）真空控制系统。包括真空阀控制系统，真空泵控制系统，真空测量系统。

（２）溅射电源控制系统。包括直流溅射及直流电源分配系统，射频溅射及射频匹配系统。

（３１基片运动控制系统。包括基片架的传送控制，基片架的旋转控制及定位控制。

（４）溅射室温控系统。

（５）膜厚测量和控制系统。

（６）溅射工艺控制系统。包括光栏控制，靶的使用控制，共溅射和反应溅射等。

（７）水路、气路控制系统。包括各路工艺气体的传送和流量控制，各路冷却水和温水流量的测量和控制，压缩空气的供应和控制等。系统的组成原理如下图３所示。

由图３可见，磁控溅射台的工艺控制系统涉及多路开关量控制、多路模拟量控制、多路串行通信控制，以及多路驱动控制，系统较为复杂。

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