[发明专利]电机闭环控制磁控溅射平面阴极装置

说明书

技术领域

本发明涉及磁控溅射平面阴极装置，特别是涉及一种电机闭环控制磁控溅射平面阴极装置。

背景技术

磁控溅射技术是目前最重要的几种真空镀膜物理气相沉积PVD（Physical Vapor Deposition，真空离子电镀）技术之一。磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜。

磁控溅射阴极作为磁控溅射装置的核心器件，主要有圆筒结构和平面结构两种结构。其中典型的平面阴极基本原理都是利用磁场与电场交互作用，使电子在靶表面附近成螺旋状运行，从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。所产生的离子在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材。

随着溅射靶材的刻蚀，溅射阴极内磁钢表面离靶材实际表面的距离逐渐减小，因此靶面磁场也随之逐渐改变，随即影响溅射辉光等离子体，导致溅射电压、电流也随着时间缓慢变化，影响薄膜的结构性能。这种在靶材溅射寿命周期内的工艺参数漂移变化一方面影响了生产中镀膜工艺的稳定性和重复性，另一方面在工艺调试研发中导致很难分清不同工艺参数对薄膜结构性能的独立影响。

目前，已有的闭环控制磁控阴极系统，主要是应用于反应溅射系统，采用靶电压、氧分压或者辉光光谱信号作为输入信号，接入闭环控制，然后反馈给气体流量计，通过自动调节反应气体来稳定磁控溅射辉光状态，比如使靶电压稳定在某一恒定电压等，但本质上也无法根除因为靶材刻蚀带来的漂移，即使保持恒定电压，但实质上反应气体初始气氛状态已经改变。此外，此方法对非反应溅射无效。

发明内容

基于此，有必要提供一种结构简单、成本低的电机闭环控制磁控溅射平面阴极装置。

一种电机闭环控制磁控溅射平面阴极装置，包括平面磁控阴极模块、控制电机模块及闭环控制模块；

所述平面磁控阴极模块包括磁路模块、靶材；所述控制电机模块包括电机、电机驱动模块及编码模块；所述电机驱动模块分别连接所述电机及所述编码模块，所述闭环控制模块分别连接所述控制电机模块和所述平面磁控阴极模块；所述电机通过螺杆与所述磁路模块连接，所述电机驱动模块控制所述电机的转向和转速，使与所述电机连接的所述磁路模块沿所述靶材法线方向移动；所述闭环控制模块采集所述平面磁控阴极模块的溅射阴极的溅射电源信号作为反馈信号，控制所述编码模块将反馈信号编码为所述电机驱动模块驱动所述电机转速和转向的控制信号，所述电机驱动模块按所述控制信号驱动所述电机，使与所述电机连接的所述磁路模块与所述靶材表面的距离在所述靶材寿命周期内保持动态不变。

在其中一个实施例中，所述平面磁控阴极模块包括圆形平面磁控阴极模块和矩形平面磁控阴极模块。

在其中一个实施例中，所述电机为步进电机或伺服电机。

在其中一个实施例中，所述电机驱动所述磁路模块沿所述靶材法线方向前后移动。

在其中一个实施例中，所述闭环控制模块采集所述平面磁控阴极模块的溅射阴极的溅射电源的电压或电流信号。

上述电机闭环控制磁控溅射平面阴极装置通过闭环控制模块采集平面磁控阴极模块的溅射阴极的溅射电源信号作为反馈信号，而编码模块则将反馈信号编码为电机驱动模块驱动电机转动的控制信号，因而能够控制电机的转速和转向，使得与电机连接的磁路模块与靶材表面的距离在靶材寿命周期内保持动态不变。从而能够克服现有磁控溅射平面阴极在靶材溅射寿命周期内因靶材刻蚀导致的工艺参数漂移，以排除其工艺调试研发中对薄膜结构性能的影响。

附图说明

图1为电机闭环控制磁控溅射平面阴极装置的模块图；

图2为平面磁控阴极模块的结构示意图；

图3为磁路模块向下移动距离与靶电压关系图；

图4为溅射电压与溅射时间的关系图。

具体实施方式

如图1所示，为电机闭环控制磁控溅射平面阴极装置的模块图。

一种电机闭环控制磁控溅射平面阴极装置，包括平面磁控阴极模块20、控制电机模块30及闭环控制模块10。