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GTDM-2 直流磁控溅射镀膜装置使用说明书 |
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概述 本系统主要由溅射真空室、磁控溅射靶、单基片加热台、工作气路、抽气系统、安装机台、真空测量及电控系统等部分组成。 |
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工作原理及技术 磁控溅射定义：在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场,借助于靶表面上形成的正交电磁场,把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率,增加离子密度和能量,从而实现高速率溅射的过程 工作原理 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,而产生的二次电子会受到电场和磁场作用,产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移,简称E×B漂移,其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场,则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动,它们的运动路径不仅很长,而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内,并且在该区域中电离出大量的Ar 来轰击靶ω材,从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加,二次电子的能量消耗殆尽,逐渐远离靶表面,并在电场E的作⌒用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低,传递给基片的能量很小,致使基片温升较低。 基本原理 磁控溅射镀膜的基本原理是以磁场改变电子运动方向,束缚和延长电子的运动路径,提高电子的电离概率和有效地利用了电子的能量。因此,在形成高密度等离子的异常辉光放电中,正离子对靶材轰击所引起的靶材溅射更加有效。 |
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技术指标 1、真空室 真空室内腔√尺寸：Φ250×360（mm）玻璃真空ω 室 极限真空度：≤8×10-4 Pa(系统经烘烤) 恢复真空： 从大气抽至2×10-3 Pa ≤（45分钟） 真空室材料：整个真空室采用 SUS304 不锈钢材料▃制造 内表面抛光,外表面喷丸处理 真空室结构：可内烘烤100～150℃； 各法兰口均按高真空系统设计 屏蔽板(防污板)：采用 304不锈钢◆材料制造,方便拆卸、互换 2、溅射组件： 磁控溅射靶：靶在下,基片在上,向上溅射成膜 靶材尺寸：Φ50mm； 永磁靶：射频溅射与直流溅射兼容靶内◣有水冷；配有屏蔽〓罩。 挡板组件：一套靶手动↓挡板； 衬底盘：衬底盘尺寸：Φ50mm； 衬底盘可以加热； |
整机示意图 |
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可以对基片进行传感器直接接触基片的温度测量,测量温度可达到300℃ 3、抽气系统 机械泵：直联旋片泵一台,抽速4升/秒 （上海富斯特） 扩散泵：配K-150扩散泵一台,抽速300L/S 挡板：LB-150 管道、阀门：扩散泵与真空室连接采用高真空手动蝶阀连接 机械泵和扩散∞泵连接采用金属波纹管 全部电︾动控制阀门,操作简便、可靠性高 4、工作气路 两路工作气路 配质量流量控制器控制进气（七星华创）, 两气路最高流量分别可达100SCCM、500SCCM,质量流量控制器前端配截至阀； 有混气室实现两路工作气体混合；100SCCM亦可以直接进入工作室 5、电源 直流磁控溅射电源 电源功率：功率1000W,数量：1套 加热控温电源：高品质温度控制器进行加热控温 6、复合数显真空计 热偶规：（KF16快卸法兰） 1.0x103Pa ---1.0x10-1Pa 电离规：（KF16快卸法兰） 1.0x10-1Pa ---1.0x10-5Pa 7、设备控制 供电：220V/50Hz供电系统。设备和电器控制柜接地线」（要求设备现场地线对地电阻小于4欧姆）； 配置1台国际标准电源柜,其上装有：总控制电源1台、数显复合真※空计1台、加热温♀控电源1台、扩散泵控制电源1台,直流磁 控电源；2路质量流量控制器； 整机配有水流报警系统,在水压不够或断水时报警,并切断溅射电源、机械泵电源等； 采用独立式电控柜,带独立滚轮,方便维修。 |
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系统主要组成 |
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溅射真空室组件： 钟罩式玻璃真空室尺寸：Φ250×360mm,手动上掀玻璃钟罩结构Ψ,底板选用不锈钢材█料制造,氩弧焊接,表面进行化学抛光处理,接口采用金属垫圈密封或氟橡胶圈密封。真空室组件上焊有各种规格的法兰接口。 真空获得和工作气路组件： 溅射真空室： 选用扩散泵T+机械泵R通过一个超高真空蝶阀G主抽,并通过一个旁抽角阀V1进行旁路抽气；通过二路MFC质量流量控制器充入工作气体,每路配有︽角阀V3、V4,配有混气室,还可以不走混气室从角阀V2单独进气。MFC流量范围：一路100SCCM、一路500SCCM。通过V5阀充入干燥氮气（或空气）。 设备安装 1、安装尺寸： 将设备安装机架移到指定位置,拧动脚轮升降【,调节机架成水平位置.安装机架平面尺寸L1200×W1050mm2（包括伸出的蝶阀手轮）。 2、配套设施： 整机配电要求：单相电源AC220V±5%,50Hz,功率＞5KW,配置多路接线插座。 |
气路原理图 |
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3、地线要求：本设备〖需要配备良好的接地,对地电阻＜2欧姆。 4、接冷却水系统,具有民用自来水或循环冷却水,水温＜25℃,水压＜0.25Mpa,流量达到5L/min,及回水通道。各水路均安装水流控制器, 发生断水时将自动切∩断设备相关电源。 5、安装场地面积＞6㎡,高度要求高于2.5m。 6、要求安装场地的标准温度为20～24℃,标准相对湿度为50％～60％。 7、要求有普通氮气,工作气体,压强要在2～3个大气压之间。 8、工作气体：高纯氩气（99.99%） 9、要求有外排废气管道。 1、磁控溅射靶组件 溅射真空室采用单靶溅射结构,靶在下,基片在上,向上溅射成膜,靶材2英寸； RF、DC兼容；靶内◣有水冷；直接向上溅射时,靶材表 面与基片表面间距离为40～80mm连续可调；靶配有单独的屏蔽罩,以避免◆污染；配有☆手动挡板,手动控制挡板开合。 2、基片加热组件 基片加热组件安装在真空室内,可以同时放置2个70×20玻璃基片,可放置Φ70mm的圆基片。基片加热组件包括加热碘钨灯、加热 接线柱等；基片加热最高温度300℃；程序控温,采用AI-208可控可调,采用热电偶闭环反馈∴控制。 真空室烘烤加热最高温度300℃,程序控温,采用宇电公司的AI-208可控可调,采用热电偶闭环反馈控制。 |
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操作规程： 1）开动水阀,接通ω冷却水,检查水压是否足够¤大,水压控制器是否起作用,保护各水路畅通。 2）检查总供电电源配线是否完好,地线是否接好,所有仪表电源开关全部处于关闭状态。 3）检查扩散泵、机械泵油是否标注到刻线处,如没有达到刻线标记应及时加油。 4）检查系统所有阀门是否全部处于关闭状态,确定溅射室完全处在抽真空前为封闭状态。 启动总电源： 确认所有电源开关都在关闭状态后,接通总电源开关,此时电源指示灯点亮,总电源电压表指示当前电ω 压（220V）,供电正常。 大气状态下溅射室泵抽真空： 1、启动机械泵R 按下机械泵开关,指示灯亮,此时机械泵工作,再按下前级阀开关（旁抽角阀V1）,抽气约3分钟后,打开复合计,测量真空,（复合真空计ZDF- = 1 \* ROMAN IB使用详见说明书）当真空计复合单元显示的真空度优于5Pa时,启动扩散泵； 2、启动扩散泵T（K-200T） 按下精抽阀开※关（启动电◥磁阀DF）,指示灯亮,同时关闭前级阀V1,当真空计热偶单元2显示的真空度优于5Pa时,按下扩散泵按钮,连续工作约20分钟后,扩散泵进入正常工作状态。打开蝶阀开关（高真空蝶阀G）用扩散泵连续抽气,经烘烤后,磁控溅射室的真空╱度可达到极限真空度8×10-4Pa指标。 3、溅射室处于真↑空状态时抽真空： 1）首先,打开复合真空计观察系统真空度.如果长时间的(10天以上)未开机,真空度高于30-40Pa,这时应该按上面所说的溅射室泵抽真空中的操作步骤】进行系统抽气； 2）如果真空度在3-5Pa时,即可直接开启蝶阀G,然后依次开启机械泵R、扩散泵T,进行系统抽真空,待真空度达到实验溅射室要求的本底真空即可。 4、工作流程： A、装入样品： 1）溅射室暴露大气：关闭蝶阀G（确认关到位）,确认旁抽阀V1和角阀V2、V3、V4处于关闭状态,然后打开放气阀V5,向溅射室内充入干燥氮气或空气。当压㊣力达到平衡后,关闭充气阀V5。 2）装入样品：溅射室内氮气压力与大气压力平衡后即可手动提升溅射室钟罩,靶基距调到合理值,然后将清洗好的样品放入衬底托内,将其放入基片台内,然后再将溅射室钟罩落下,对溅射室抽真空（按前面所说的步骤进行操作）至实∑ 验要求的本底真空度。 B、磁控溅射镀膜： 1）待本底真空达到本次实验所预期要求后,用真空计监测真空度。 2）向溅射室充气（单路气体进气）： 充气前将气瓶关死,缓慢打开V2。打开质量流量计电源,预热3分钟,将质量流量计打到“清洗”挡,抽空气路后关闭各阀,将质量流量计打到“关闭”挡；缓慢打开进气截止阀V2,达到预期真空后,进行充◎气工作。将气瓶打开,稍微打开减压阀的进气开关,将流量计打到“阀控”档充入工作气体。通过适当调节△蝶阀G关闭的大小来调节溅射工作压强。 注：打开质量流量计电源,在MFC质量流量计电源的阀开关处于“关闭”位,将设定流量调到零,再开气瓶给气,待零点稳定后,转“阀控”位,并将流量调至所需值,则实际流量跟踪设定值而改变。 关闭质量流量计时,将阀开关置于“关闭”位,再将电源开关关①闭即可。 提示:充气过程中需〗用真空计监测真空度不低于（2×10-1-15）Pa。 C、直流溅射：设备上有一台1000W直流磁控制溅射电源,打开电源开关预热5分钟即可工作,缓慢调节溅射电流即可。 D、起辉压强：在设定进气量恒定情况下,调节蝶阀G使溅射室真空度维持在0.4～5Pa,可保证磁控靶正常起辉。 E、溅射工作压强：根据工艺需要,适当调节MFC进气量,使溅射室真空度维持在1Pa以下,此◤时磁控靶应能稳定工作而不熄弧。 |
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F、停止溅射镀膜: ① 首先关闭基片挡板； ② 将直流溅射电源调到最小,关闭直流溅射电源,将MFC打到“关闭”将“阀控”调节逆时◣针旋到最小,将关闭MFC质量流量计电源。 ③ 关闭溅射室进气截止阀V2,全开蝶阀G,使溅射室用扩散泵T直接抽气,进入高真空状态。使用ZDF- = 1 \* ROMAN IB监测溅射室真空度,进入10-3Pa或10-4Pa。待真空室温度降到60℃以下。 G、取出样品: 镀膜完成后,将蝶阀G关闭,再将真空计关闭。然后打开接钢瓶的放气阀V5（或空气）,向溅射室充入干燥氮气（或空气）。手∴动提升真空室钟罩,戴上洁净手套◣,从样品台上取出镀好的样品。之后,马上装入新的样品,重复上述各项工作。 5、靶材的取出和更换: 1）溅射室可以在停扩散泵暴露大气的情况下取出或更换靶材,也可以在扩散泵工作的时候操作。 在扩散泵工作的时候更换靶材步骤如下： 2） 在扩散泵T单独对溅射室抽气工作时,先将蝶阀G关闭,检查V2、V3、V4是否处于关闭状态,检查旁抽阀V1（前级阀）是否关闭。然后关闭真ㄨ空计,再打开放气阀V5（充气阀）使溅射室充入大气（最好充入干燥氮气）； 3）当溅射室内氮气压力与大气压力平衡后,手动将溅射室的钟≡罩提起√,将衬底加热盒拆卸下来,手动打开基片样品挡板,拧下靶屏蔽盖,并卸下靶压盖,即可对真空室内的靶材进行取出或更换,然后再将靶压盖及靶屏蔽盖装上,将衬底加热盒安装好,结束后手动将真空室钟罩落下； 4）参照前面溅射室泵抽真空的步骤,对系统抽真空,重复前面所做的工作流程。 6、停机： 1）首先,关闭系统内所有阀门,尤其注意关闭蝶阀G和旁抽阀V1（前级阀）,进气阀V2、V3、V4,放气阀V5,使系统保持真空。 2） 其次,关闭各路电源,先关各路仪表电源,然后关扩散泵T电源,当扩散泵泵体温度降到50℃左右后（时间约45分钟左右）,关闭机械泵R,最后关闭总电源及所有水路。 提示：实验完成后,如果真空室内非常热,这时,要通过扩散泵对系统进行较长的时间抽气,等到系→统内部温度降到60℃左右时才能关闭系统。 |
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供电要求 1、电压：单相220V（50Hz） 总功率：约5KW 2、要求：由2P32A 空气开关供电,连接电缆采用3芯橡套：2.5mm2×2＋1.5mm2×1(空气开关采用工业用动力型,以下均同样要求,从略）. 3、设备操作人员必须高度重视电气安全问题,严格遵守用电安全规程,防止电气事故造成人身伤害或设备损坏。 4、严禁带电拆卸接线端子、焊片、接插件等电气连接件！ 5、严禁带电打开电源机箱,接触任何电器元件！禁止无电气技术资格和相关经验者从事本说明书允许的故障排除工作。 |
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6、设备必须可靠接地。本系统中所〗有设备装置的金属外壳都应＠可靠接地。各部分电控装置按要求实行单闸（空气开关）供电,不允许一闸多用。 7、经常对设备进行安全检查,确保电控单元绝缘良好,有可靠的接地或接零保护,检查有无漏电、绝缘老化情况；定期进行电气设备和保护装置的检查、检修、试验及清扫,防止造成设备电气事故和误动作。 必须注意：检修设备务必事先断开所有电气设备的电源！！ 1）设备操作人员必须高度重视电气安全问题,严格遵守用电安全规程,防止电气事故造成人身伤害！ 2）使用动力电时,应先检】查电源开关、电机和设备各部份是否良好。如有故障,应先排除后,方可接通电源。 3）启动或关闭电器设备时,必须将开关扣严或拉妥,防止似接非接状况。 4）人员较长时间离开房间或电源中断时,要切断电源开关,尤其是要注意切断加热电器设备的电源开关。 5）电源或电器设备的保险烧断时,应先查明烧断原◎因,排除故障后,再按原负荷选用适宜的保险丝进行更换,不得随意加大或用其它金属线代用。 6）没有掌握电器安全操作的人员不得擅自更改电器设施,或随意拆修电器设备。 7）若要打开电源柜后盖,必须先断开设备总控电源。 |
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1、磁控靶、扩散泵工作时,一定要通水冷却。 2、在使用机械泵旁抽前保证扩散泵抽口与电磁阀处∮于关闭状态,特别是扩散泵不停真空室暴露大气后粗抽时,否则大气从扩散泵排气口进入泵体,急剧加大负载,造成泵油氧化损坏泵。 3、打开机械泵抽大气〗时,且抽气时间不要过长,在几帕时开扩散泵,否则容易造成油污染。 4、系统由大气抽到低真空的过程中禁止开烘烤灯和照明灯。溅射室烘烤时,真空室钟罩壁面不得超过100℃。 5、在室体内溅射完毕或加热炉工作完毕之后,样品可随炉冷却,真空室内温度≤60℃以下时再◤暴露大气。 6、溅射室暴露大气前一定要关闭蝶阀,以免损坏扩散泵,同时要关紧气路截止阀,以免气路受污染。 7、当上盖处于打开状态时,要时刻注意保护真空室上端密封面。 8、在取出或更换样品、靶材时,要注意真空室的清洁；同时要保证屏蔽罩与靶材之间的距离小于3mm。 9、严禁蝶阀一端是大端是真空的条件下打开蝶阀。 10、扩散泵加热工作过程中,严禁用手去触摸泵体高温区,否则后果自负。 1、突然断电 1）首先关闭进气阀和气源及旁抽管道（如果此时用旁抽） 2）及时手动关闭蝶阀,保持真空状态 3）关掉总供电电源和其他电源 |
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4）将各电源操作按钮拨回到初始位置,保证设备下次实验的正常启动和运行。 2、突然断水 本设备主要采用冷却水冷却扩散泵,冷却水的通断由水流继电器控制,并且在总供电电源中设置了断水报警保护,如果遇到突然断水的情况,设备会自动鸣笛报警。 3、出现严重漏气 1）首先ㄨ实验室应该保证空气流动畅通的环境,具备排气及尾气处理设施。 2）一旦出现严重漏气的情况时,请及时关掉气源,打开排气设施。如果工作气体中含有与空气结合易燃易爆的气体,还应该远离明火。 3） 如果工作气体中含有对人身体有毒有害气体,所有人员应立即撤离,报请专业人员处理。 4） 一般情况下,发现设备有漏气现←象时,及时关闭各』控制单元,并且保持系统原有真空状态。停止扩散泵和机械泵对系统抽真空后,检查漏气。 |
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