一種自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備及其鍍膜方法
【專利摘要】本發(fā)明所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，相鄰所述永磁鐵之間設(shè)置有通電線圈，在所述通電線圈和所述磁軛之間設(shè)置有霍爾傳感器，所述通電線圈的長(zhǎng)度方向與所述永磁鐵磁極方向垂直；所述霍爾傳感器外接磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)，用于磁場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；所述通電線圈外接電路控制模塊，所述電路控制模塊與所述磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)電連接，根據(jù)所述磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)整流經(jīng)通電線圈的電流，以改變磁場(chǎng)分布，使得磁場(chǎng)一直處于最優(yōu)化的狀態(tài)，即磁力線盡量與靶面處于同一平面，以達(dá)到靶材利用率最大的效果；而且，鍍膜過(guò)程中，磁場(chǎng)強(qiáng)度可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)行調(diào)整，無(wú)需間斷鍍膜過(guò)程，生產(chǎn)效率高。
【專利說(shuō)明】一種自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備及其鍍膜方法【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及磁控濺射鍍膜領(lǐng)域，具體涉及一種自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】[0002]磁控濺射鍍膜技術(shù)具有濺射速率高、沉積速率高、沉積溫度低、薄膜質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，是目前鍍膜工業(yè)化生產(chǎn)中最主要的技術(shù)之一。[0003]電子在電場(chǎng)的作用下加速飛向基片的過(guò)程中與氬原子發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子和電子，電子飛向基片，氬離子在電場(chǎng)作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子或分子，呈中性的靶材原子或分子沉積在基片上成膜。[0004]磁控濺射鍍膜設(shè)備中的靶材通常由高純的貴金屬或者合金制成，價(jià)格昂貴，是否能最大限度的使用靶材，成為影響磁控濺射鍍膜技術(shù)成本和利潤(rùn)的重要因素。靶材可分為平面靶材和柱形靶材,其中，柱形靶材的結(jié)構(gòu)緊湊,利用率高,但是濺射時(shí),整個(gè)靶材表面上形成多個(gè)輝光環(huán)，不能形成連續(xù)的條形輝光，在鍍制大面積膜層時(shí)，均勻性差，很難滿足生產(chǎn)要求。而平面靶材的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鍍膜均勻性和重復(fù)性好，因此實(shí)際生產(chǎn)中以平面靶材為主。如圖1a和Ib所示，由于磁控濺射鍍膜設(shè)備中永磁鐵的位置固定，施加在平面靶材上的磁力線上的分布位置也是固定的，隨著長(zhǎng)時(shí)間的濺射，平面靶材的磁力線分布區(qū)域會(huì)形成深淺不規(guī)則的條形凹坑(如圖1c所示)，使得靶材周圍的磁力線與靶材表面的平行度變差， 嚴(yán)重影響鍍膜的均勻性；而且，當(dāng)凹坑深度達(dá)到一定程度時(shí)，靶材無(wú)法繼續(xù)使用，因此，平面靶材的利用率極低，僅為20~30%。[0005]專利文獻(xiàn)CN102453880A公開(kāi)了一種改善磁控濺射薄膜均勻性的方法，具體在真空腔內(nèi)基片和等離子體區(qū)域之間附件一個(gè)平行的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，即:基片與靶材位于同一軸線上，在基片和靶材之間設(shè)置兩塊外加磁鐵，并設(shè)定兩塊磁鐵產(chǎn)生65~150安/米的磁場(chǎng)。[0006]上述專利文件中，一旦所述外加磁鐵的磁力大小和位置被固定，則平行磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)方向也被固定，無(wú)法做到根據(jù)濺射動(dòng)態(tài)隨時(shí)變換磁場(chǎng)強(qiáng)度大小及方向。而且， 為了達(dá)到調(diào)整鍍膜的均勻性的目的，需要根據(jù)濺射動(dòng)態(tài)更換磁鐵以及調(diào)整磁鐵位置，生產(chǎn)的連續(xù)性差，不但影響生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本，而且重復(fù)性差；更重要的是，無(wú)法解決平面靶材的利用率極低的問(wèn)題。[0007]平面靶的磁場(chǎng)強(qiáng)度直接影響到鍍膜均勻性，當(dāng)靶材消耗一定程度時(shí)，需要對(duì)靶材上的磁場(chǎng)變化進(jìn)行測(cè)量，以調(diào)整磁場(chǎng)。中國(guó)專利CN202548307U公開(kāi)了一種平面靶磁場(chǎng)強(qiáng)度的檢測(cè)裝置，包括檢測(cè)機(jī)構(gòu)、機(jī)架及其平臺(tái)，平面靶放置在機(jī)架的平臺(tái)上，所述機(jī)架設(shè)有移動(dòng)裝置，檢測(cè)機(jī)構(gòu)安裝在移動(dòng)裝置的滑動(dòng)架上，滑動(dòng)架帶動(dòng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)做X向和Y向運(yùn)動(dòng)。上述專利文件中，平面靶材需放置在平臺(tái)上，由定位塊限定位置，測(cè)量時(shí)需要將磁控濺射鍍膜設(shè)備中的靶材連同磁鐵部分一起完整的拆卸下來(lái)，固定在所述平面靶磁 場(chǎng)強(qiáng)度的檢測(cè)裝置中的平臺(tái)上再做測(cè)量。鍍膜過(guò)程中需要對(duì)靶材進(jìn)行多次測(cè)量，這就必須重復(fù)拆裝靶材和磁鐵多次，不但生產(chǎn)效率低下、生產(chǎn)成本高；而且，靶材規(guī)格多樣化，再加上人為因素誤差，很難保證第一次測(cè)量與后續(xù)測(cè)量都在同一位置，所測(cè)量的數(shù)據(jù)可靠性差。同時(shí)，在測(cè)量的過(guò)程中，靶材暴露在空氣中，易受到灰塵和空氣中的水汽影響；加上探頭與靶面的接觸摩擦等其他因素，會(huì)造成靶材的污染和浪費(fèi)，不利于提高鍍膜質(zhì)量和提高靶材利用率。[0008]另外，上述專利中所用的檢測(cè)機(jī)構(gòu)為磁強(qiáng)計(jì)，其端部的探頭具有一定的彈性，測(cè)量時(shí)，將探頭與平面靶的靶面恰好接觸，前后左右移動(dòng)來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度。探頭與平面靶的接觸恰好接觸很難控制，如果探頭過(guò)多接觸靶面，不但易對(duì)探頭造成損傷，也容易污染靶面，一旦探頭損壞，就必須重新更換探頭以及重新定標(biāo)，工序繁雜；若探頭跟靶面存在間隔，則無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)得磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。綜上，專利文件CN202548307U公開(kāi)的平面靶磁場(chǎng)強(qiáng)度的檢測(cè)裝置， 檢測(cè)方法復(fù)雜，生產(chǎn)的連續(xù)性差，不但影響鍍膜效率和生產(chǎn)成本，而且重復(fù)性差，也未能無(wú)法解決平面靶材的利用率低的問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]為此，本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有技術(shù)中磁控濺射鍍膜設(shè)備生產(chǎn)連續(xù)性差和平面靶材利用率低的技術(shù)問(wèn)題，提供一種能實(shí)時(shí)偵測(cè)磁場(chǎng)并作出調(diào)整，生產(chǎn)效率高、平面靶材利用率高的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備及其鍍膜方法。[0010]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:[0011]本發(fā)明所述的一種自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，包括腔室，平行且依次設(shè)置在腔室內(nèi)的基片、靶材和磁軛，以及靠近靶材且直接設(shè)置在磁軛上的若干永磁鐵，相鄰永磁鐵的磁極方向相反，永磁鐵的磁極方向垂直于祀材；其特征在于，[0012]相鄰所述永磁鐵之間還設(shè)置有通電線圈，以及固定設(shè)置在所述通電線圈和所述磁軛之間的霍爾傳感器，所述通電線圈的長(zhǎng)度方向與所述永磁鐵磁極方向垂直；[0013]所述霍爾傳感器外接磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)，用于磁場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；[0014]所述通電線圈外接電路控制模塊，所述電路控制模塊與所述磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)電連接，根據(jù)所述磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)整流經(jīng)通電線圈的電流，以改變磁場(chǎng)分布。[0015]所述通電線圈靠近所述靶材設(shè)置。[0016]所述磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)包括磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊將處理得到數(shù)據(jù)傳輸至所述電路控制模塊。[0017]所述霍爾傳感器為薄片式霍爾傳感器；所述薄片式霍爾傳感器所在平面垂直于所述靶材所在平面。[0018]所述通電線圈在相鄰所述永磁鐵之間居中設(shè)置；所述霍爾傳感器相對(duì)于所述通電線圈居中設(shè)置。[0019]所述霍爾傳感器與所述磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)之間還電連接設(shè)置有信號(hào)放大器。[0020]所述永磁鐵在所述磁軛上等距設(shè)置。[0021]所述基片、所述靶材和所述磁軛的中心位于同一軸線上。[0022]本發(fā)明所述的一種自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備的鍍膜方法，包括如下步驟:[0023]S1、在所述自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備的腔室內(nèi)通入起輝氣體氬氣，調(diào)節(jié)氣體流量并控制壓強(qiáng)為0.5Pa~0.8Pa ；[0024]S2、在基片與靶材之間施加電壓，生成等離子體，從而產(chǎn)生Ar+離子，Ar+離子轟擊靶材使，得材料被濺射出來(lái)沉積在基片上。[0025]步驟SI之前還包括:進(jìn)行鍍膜測(cè)試，得到電流大小、磁場(chǎng)強(qiáng)度和靶材利用率之間的關(guān)系，計(jì)算出理想曲線，并輸入到磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)中，用于在鍍膜過(guò)程中與所述霍爾傳感器偵測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)。[0026]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):[0027]1、本發(fā)明所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，相鄰所述永磁鐵之間設(shè)置有通電線圈，在所述通電線圈和所述磁軛之間設(shè)置有霍爾傳感器，所述通電線圈的長(zhǎng)度方向與所述永磁鐵磁極方向垂直；所述霍爾傳感器外接磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)，用于磁場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。[0028]工作時(shí)，霍爾傳感器將實(shí)時(shí)檢測(cè)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)通過(guò)信號(hào)放大器傳輸至磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)模塊和后期數(shù)據(jù)處理模塊，通過(guò)建立磁場(chǎng)強(qiáng)度與流經(jīng)通電導(dǎo)線內(nèi)電流之間的函數(shù)關(guān)系，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理并通過(guò)曲線的方式呈現(xiàn)出來(lái)。在數(shù)學(xué)模型中設(shè)計(jì)理想數(shù)據(jù)曲線，將這兩條曲線進(jìn)行比對(duì)，所述磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)與電路控制模塊電連接，所述通電電路控制模塊來(lái)控制流經(jīng)通電線圈的電流方向和大小，從而改變通電線圈周圍磁場(chǎng)的分布情況，使得靶材周邊磁場(chǎng)一直處于最優(yōu)化狀態(tài)，靶材截面的磁通量最大化，即磁力線盡量與靶面處于同一平面。受制于該磁場(chǎng)周圍的等離子體濃度變高，等離子體積變大，靶材被濺射的時(shí)間和機(jī)會(huì)也就越多，使得靶材上被濺射出凹槽寬度變寬，以達(dá)到靶材利用率最大化的效果；而且，鍍膜過(guò)程中，磁場(chǎng)強(qiáng)度可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)行調(diào)整，無(wú)需間斷鍍膜過(guò)程，生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)，而且操作方便，生產(chǎn)效率高。[0029]其中，理想數(shù)據(jù)曲線可通過(guò)以下方法獲得:[0030]定量控制流過(guò)通電線圈的電流大小和方向，同時(shí)定量控制靶材使用的千瓦時(shí)數(shù)， 分別在濺射限定千瓦時(shí)數(shù)的靶材過(guò)程中定量控制流經(jīng)通電線圈的電流大小和方向，觀察靶材濺射前后的外觀差異，測(cè)量凹槽位置，并計(jì)算靶材利用率，分別畫出對(duì)應(yīng)控制電流大小與靶材利用率的實(shí)際曲線圖。由此可以得出在濺射相同千瓦時(shí)靶材的前提下，不同的電流值與所計(jì)算出的靶材利用率之間的關(guān)系曲線。在此過(guò)程中霍爾傳感器可同時(shí)測(cè)得在限定靶材千瓦時(shí)數(shù)與流經(jīng)導(dǎo)線電流值得情況下通電線圈周邊的磁感應(yīng)強(qiáng)度。因?yàn)榘胁牡睦寐手苯优c靶材周圍磁場(chǎng)分布相關(guān)，當(dāng)通電線圈中的電流值給定，通電線圈周邊的磁場(chǎng)環(huán)境也將是一個(gè)穩(wěn)態(tài)，靶材周邊的磁場(chǎng)環(huán)境也是一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，此時(shí)霍爾傳感器所測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度也是穩(wěn)定的數(shù)值，即一但電流值給定，霍爾傳感器所測(cè)得磁場(chǎng)強(qiáng)度的值也一定。因此還可以得出在不同的給定電流值大小所對(duì)應(yīng)測(cè)得的磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線。[0031]由上述曲線可知在濺射不同千瓦時(shí)數(shù)的靶材時(shí)，不同的電流大小得出的靶材利用率也不一樣，但是可以根據(jù)曲線求得靶材利用率最高點(diǎn)時(shí)的電流值得大小。而電流固`定，霍爾傳感器所測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度也一定。由此即可得出在消耗一定量千瓦時(shí)數(shù)的靶材的時(shí)候， 靶材利用率最大情況下通電線圈中電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小關(guān)系。由此可以在數(shù)學(xué)模型中建立理想狀態(tài)(即靶材利用率最大化狀態(tài))下，電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線模型。[0032]2、本發(fā)明所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，所述通電線圈設(shè)置于所述靶材與所述磁軛之間，并且靠近所述靶材設(shè)置，不但可以增強(qiáng)磁場(chǎng)中等離子體區(qū)域的面積， 還可以將等離子體區(qū)域向靶材方向拉近，縮短等離子區(qū)域距離靶材的距離，增加有效等離子體數(shù)量，從而提高實(shí)際的濺射效率，提高靶材的利用率。[0033]3、本發(fā)明所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，所述通電線圈設(shè)置于所述靶材與所述磁軛之間，并且靠近所述靶材設(shè)置，不影響從所述靶材到所述基片濺射過(guò)程，只需控制流經(jīng)通電線圈的電流大小及方向即可實(shí)現(xiàn)對(duì)靶材周圍磁場(chǎng)環(huán)境的實(shí)時(shí)調(diào)控，而無(wú)需另外更換不同規(guī)格永磁鐵等步驟，實(shí)施方便。[0034]4、本發(fā)明所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，所述霍爾傳感器固定設(shè)置在所述通電線圈與所述磁軛之間，不管通電線圈中電流方向和電流大小如何變化，通過(guò)霍爾傳感器檢測(cè)出來(lái)的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)是同一點(diǎn)在不同的流經(jīng)通電線圈電流的環(huán)境下檢測(cè)出的數(shù)據(jù)，不存在人為因素的干擾，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性高、可重復(fù)性強(qiáng)。[0035]5、本發(fā)明所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，對(duì)靶材和基片的規(guī)格無(wú)設(shè)計(jì)要求，也無(wú)需更改制程參數(shù)，適用范圍廣，可操作性能好，易于實(shí)施。[0036]6、本發(fā)明所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備的鍍膜方法，鍍膜過(guò)程中， 磁場(chǎng)強(qiáng)度可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)行調(diào)整，無(wú)需間斷鍍膜過(guò)程，生產(chǎn)效率高，可有效降低成本?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】[0037]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中[0038]圖1a是現(xiàn)有技術(shù)中磁控濺射鍍膜設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；[0039]圖1b是圖1a所示磁控濺射鍍膜設(shè)備中磁感應(yīng)線分布示意圖；[0040]圖1c是圖1a中使用后的靶材表面示意圖；[0041]圖2a是本發(fā)明所述自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；[0042]圖2b是圖2a中永磁鐵與通電線圈相對(duì)位置的俯視圖；[0043]圖2c是圖2a中所示自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備工作時(shí)磁感應(yīng)線分布示意圖。[0044]圖3a是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中所述自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備在不同的電流值與所計(jì)算出的靶材利用率之間的關(guān)系曲線；[0045]圖3b是與圖3a 對(duì)應(yīng)的在不同的給定電流值大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線。[0046]圖中附圖標(biāo)記表示為:1-基片、2-靶材、21-凹槽、3-永磁鐵、4-磁軛、5-磁力線、 6-通電線圈、7-霍爾傳感器、8-信號(hào)放大器、9-磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)模塊、10-數(shù)據(jù)處理模塊、 11-電路控制模塊?！揪唧w實(shí)施方式】[0047]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。[0048]本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)該被理解為限于在此闡述的實(shí)施例。 相反，提供這些實(shí)施例，使得本公開(kāi)將是徹底和完整的，并且將把本發(fā)明的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員，本發(fā)明將僅由權(quán)利要求來(lái)限定。在附圖中，為了清晰起見(jiàn)，會(huì)夸大層和區(qū)域的尺寸和相對(duì)尺寸。[0049]實(shí)施例1[0050]本實(shí)施例提供一種自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，如圖2a和圖2b所示，包括平行且依次設(shè)置的基片1、靶材2和磁軛4，以及靠近靶材2且直接設(shè)置在磁軛4上的3 個(gè)永磁鐵3,相鄰永磁鐵3的磁極方向相反,永磁鐵3的磁極方向垂直于祀材2。[0051]所述永磁鐵3在所述磁軛4上等距設(shè)置，所述基片1、所述靶材2和所述磁軛4的中心位于同一軸線上。[0052]作為本發(fā)明的其他實(shí)施例，所述永磁鐵3的數(shù)量可以為大于等于3的奇數(shù)，均能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。[0053]相鄰所述永磁鐵3之間還設(shè)置有通電線圈6，以及設(shè)置在所述通電線圈6和所述磁軛4之間的霍爾傳感器7,所述通電線圈6的長(zhǎng)度方向與所述永磁鐵3磁極方向垂直,即與所述靶材2所在平面平行。所述薄片式霍爾傳感器所在平面垂直于所述靶材2所在平面； 所述通電線圈6在相鄰所述永磁鐵3之間居中設(shè)置。[0054]所述霍爾傳感器7外接磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)，用于磁場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。[0055]所述自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備工作時(shí)，霍爾傳感器7將實(shí)時(shí)檢測(cè)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)傳輸至磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)模塊9和后期數(shù)據(jù)處理模塊10，通過(guò)建立磁場(chǎng)強(qiáng)度與流經(jīng)通電導(dǎo)線內(nèi)電流之間的函數(shù)關(guān)系，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理并通過(guò)曲線的方式呈現(xiàn)出來(lái)。在數(shù)學(xué)模型中設(shè)計(jì)理想數(shù)據(jù)曲線，將這兩條曲線進(jìn)行比對(duì)。 所述磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)與電路控制模塊11電連接，所述通電電路控制模塊11來(lái)控制流經(jīng)通電線圈6的電流方向和大小,從而改變通電線圈6周圍磁場(chǎng)的分布情況,使得磁場(chǎng)一直處于最優(yōu)化的狀態(tài)，即磁力線5盡量與靶材2的靶面處于同一平面，如圖2c所示。受制于該磁場(chǎng)周圍的等離子體濃度變高，等離子體積變大，靶材2被濺射的時(shí)間和機(jī)會(huì)也就越多，使得靶材2上被濺射出凹槽21寬度變寬，以達(dá)到靶材2利用率最大化的效果；而且，鍍膜過(guò)程中，磁場(chǎng)強(qiáng)度可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)行調(diào)整，無(wú)需間斷鍍膜過(guò)程，生產(chǎn)連續(xù)性好，而且操作方便，生產(chǎn)效率高。[0056]其中，理想數(shù)據(jù)曲線可通過(guò)以下方法獲得:[0057]定量控制流過(guò)通電線圈6的電流大小和方向，同時(shí)定量控制靶材2使用的千瓦時(shí)數(shù)，分別在濺射限定千瓦時(shí)數(shù)的靶材2過(guò)程中定量控制流經(jīng)通電線圈6的電流大小和方向。 觀察靶材2濺射前后的外觀差異，測(cè)量靶材2上所形成的凹槽21的位置，并計(jì)算靶材2的利用率，分別畫出對(duì)應(yīng)控制電流大小與靶材2利用率的實(shí)際曲線圖。由此可以得出在濺射相同千瓦時(shí)靶材2的前提下，不同的電流值與所計(jì)算出的靶材2的利用率之間的關(guān)系曲線。 在此過(guò)程中霍爾傳感器7可同時(shí)測(cè)得在限定靶材2的千瓦時(shí)數(shù)與流經(jīng)導(dǎo)線電流值得情況下通電線圈6周邊的磁感應(yīng)強(qiáng)度。因?yàn)榘胁?的利用率直接與靶材2周圍磁場(chǎng)分布相關(guān)，當(dāng)通電線圈6中的電流值給定，通電線圈6周邊的磁場(chǎng)環(huán)境也將是一個(gè)穩(wěn)態(tài)，靶材2周邊的磁場(chǎng)環(huán)境也是一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，此時(shí)霍爾傳感器6所測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度也是穩(wěn)定的數(shù)值，即一但電流值給定，霍爾傳感器6所測(cè)得磁場(chǎng)強(qiáng)度的值也一定。因此還可以得出在不同的給定電流值大小所對(duì)應(yīng)測(cè)得的磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線。[0058]由上述曲線可知在濺射不同千瓦時(shí)數(shù)的靶材2時(shí)，不同的電流大小得出的靶材利用率也不一樣，但是可以根據(jù)曲線求得靶材利用率最高點(diǎn)時(shí)的電流值`得大小。而電流固定， 霍爾傳感器6所測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度也一定。由此即可得出在消耗一定量千瓦時(shí)數(shù)的靶材2的時(shí)候，靶材利用率最大情況下通電線圈中電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小關(guān)系。由此可以在數(shù)學(xué)模型中建立理想狀態(tài)(即靶材利用率最大化狀態(tài))下，電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線模型。[0059]在鍍制相同規(guī)模的膜時(shí)，可以使用同一理想曲線，不但能有效提高靶材利用率、降低生產(chǎn)成本；而且，鍍膜過(guò)程中，磁場(chǎng)強(qiáng)度可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)行調(diào)整，無(wú)需間斷鍍膜過(guò)程，生產(chǎn)效率高，從而進(jìn)一步降低成本。[0060]本發(fā)明中，所述通電線圈6靠近所述靶材2設(shè)置，不但可以增強(qiáng)磁場(chǎng)中等離子體區(qū)域的面積，還可以將等離子體區(qū)域向靶材方向拉近，縮短等離子區(qū)域距離靶材的距離，增加有效等尚子體數(shù)量，從而提聞實(shí)際的灘射效率，提聞革G材的利用率。[0061]所述霍爾傳感器7為薄片式霍爾傳感器，分辨率高，提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。所述霍爾傳感器7相對(duì)于所述通電線圈6居中固定設(shè)置，不管通電線圈6中電流方向和電流大小如何變化，通過(guò)霍爾傳感器7檢測(cè)出來(lái)的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)是同一點(diǎn)在不同的流經(jīng)通電線圈6電流的環(huán)境下檢測(cè)出的數(shù)據(jù)，不存在人為因素的干擾，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性高、可重復(fù)性強(qiáng)。[0062]所述霍爾傳感器7與所述磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)之間還電連接設(shè)置有信號(hào)放大器8， 可將所述霍爾傳感器7所偵測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行去噪放大，以提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。[0063]本發(fā)明所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，對(duì)靶材2和基片I的規(guī)格無(wú)設(shè)計(jì)要求，也無(wú)需更改制程參數(shù)，適用范圍廣、操作性能好、易于實(shí)施，生產(chǎn)連續(xù)性和生產(chǎn)效率高，靶材利用率可達(dá)65%。[0064]實(shí)施例2[0065]本實(shí)施例提供一種自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，如圖2a和圖2b所示，包括平行且依次設(shè)置在腔室內(nèi)的基片1、靶材2和磁軛4，以及靠近靶材2且直接設(shè)置在磁軛 4上的3個(gè)永磁鐵3，相鄰永磁鐵3的磁極方向相反，永磁鐵3的磁極方向垂直于靶材2。[0066]所述基片I的規(guī)格為2IOmmX 260mm,所述祀材2的規(guī)格為200mmX 250mmX 9mm,所述磁軛4的規(guī)格為25mmX 200mm,所述永磁鐵3的規(guī)格為20mmX 25mmX 70mm。[0067]所述基片I與所述靶材2的間距為68mm，所述靶材2和所述磁軛4的間距為86mm。[0068]本實(shí)施例中，所述永磁鐵3為3個(gè)，所述永磁鐵3在所述磁軛4上等距設(shè)置，間距為70mm，所述基片1、所述靶材2和所述磁軛4的中心位于同一軸線上。[0069]相鄰所述永磁鐵3之間還設(shè)置有通電線圈6,以及設(shè)置在所述通電線圈6和所述磁軛4之間的霍爾傳感器7,所述通電線圈6的長(zhǎng)度方向與所述永磁鐵3磁極方向垂直,即與所述靶材2所在平面平行。[0070]所述通電線圈6的規(guī)格為Φ IOmmX 50mm,所述通電線圈6的線圈軸線與所述革巴材 2和所述磁軛4的間距分別為21mm、65mm。[0071]所述薄片式霍爾傳感器所在平面垂直于所述靶材2所在平面；所述通電線圈6在相鄰所述永磁鐵3之間居中設(shè)置。[0072]所述薄片式霍爾傳感器的規(guī)格為1.2_X3_X20mm，所述薄片式霍爾傳感器的頂端與所述通電線圈6的間距為21mm。
[0073]所述霍爾傳感器7外接磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)，用于磁場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。[0074]所述自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備工作時(shí)，霍爾傳感器7將實(shí)時(shí)檢測(cè)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)傳輸至磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)模塊9和后期數(shù)據(jù)處理模塊10，通過(guò)建立磁場(chǎng)強(qiáng)度與流經(jīng)通電導(dǎo)線內(nèi)電流之間的函數(shù)關(guān)系，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理并通過(guò)曲線的方式呈現(xiàn)出來(lái)。[0075]在數(shù)學(xué)模型中設(shè)計(jì)理想數(shù)據(jù)曲線，將這兩條曲線進(jìn)行比對(duì)。所述磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)與電路控制模塊11電連接，所述通電電路控制模塊11來(lái)控制流經(jīng)通電線圈6的電流方向和大小，從而改變通電線圈6周圍磁場(chǎng)的分布情況，使得磁場(chǎng)一直處于最優(yōu)化的狀態(tài)，即磁力線5盡量與靶材2的靶面處于同一平面，如圖2c所示。受制于該磁場(chǎng)周圍的等離子體濃度變高，等離子體積變大，靶材2被濺射的時(shí)間和機(jī)會(huì)也就越多，使得靶材2上被濺射出凹槽21寬度變寬，以達(dá)到靶材2利用率最大化的效果；而且，鍍膜過(guò)程中，磁場(chǎng)強(qiáng)度可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)行調(diào)整，無(wú)需間斷鍍膜過(guò)程，生產(chǎn)連續(xù)性好，而且操作方便，生產(chǎn)效率高。[0076]其中，理想數(shù)據(jù)曲線可通過(guò)以下方法獲得:[0077]將所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備的腔室抽真空至本底真空 lX10_4Pa，然后再通入氬氣(Ar)，流量為170sCCm，使得濺射制程過(guò)程中的壓強(qiáng)處在0.5Pa-0.8Pa之間，用工藝要求的80Kw的濺射功率濺射。定量控制流過(guò)通電線圈6的電流大小和方向，同時(shí)定量控制靶材2使用的千瓦時(shí)數(shù)，分別在濺射限定千瓦時(shí)數(shù)的靶材2過(guò)程中定量控制流經(jīng)通電線圈6的電流大小和方向。本實(shí)施例中，分別設(shè)定通電線圈中電流值為 0.1Α、0.2Α、0.3Α、0.4Α、0.5Α 濺射限定值為 10KWH、20KWH、30KWH 的靶材，如圖 2a 所示， 兩個(gè)通電線圈電流方向均為沿線圈自左向右方向。觀察靶材2濺射前后的外觀差異，測(cè)量靶材2上所形成的凹槽21的位置、凹槽的寬度和深度等參數(shù)并計(jì)算靶材2的利用率，分別畫出對(duì)應(yīng)控制電流大小與靶材2利用率的實(shí)際曲線圖。以濺射30KWH為例，在0.1A、0.2k、0.3Α、0.4Α、0.5Α情況下靶材跑道深度為2.1mm,被濺射的體積分別為31.5cm2,49.24cm2、 61.48cm2、68.25cm2、39.9cm2，由此可計(jì)算的到靶材利用率分別為 30%、46.9%,58.9%、65%、 38%。所以，在濺射30KWH的靶材時(shí)，設(shè)定電流值為0.4A，得到靶材利用率最大為65%。同樣可以得出在濺射相同千瓦時(shí)靶材2的前提下，不同的電流值與所計(jì)算出的靶材2的利用率之間的關(guān)系曲線，如圖3a所示。[0078]在此過(guò)程中霍爾傳感器7可同時(shí)測(cè)得在限定靶材2的千瓦時(shí)數(shù)與流經(jīng)導(dǎo)線電流值得情況下通電線圈6周邊的磁感應(yīng)強(qiáng)度。本實(shí)施例中，在濺射靶材的過(guò)程中，設(shè)定通電線圈中流經(jīng)的電流值分別為0.1A、0.2A、0.3A、0.4A、0.5A，當(dāng)電流值確定，周邊磁場(chǎng)環(huán)境也確定， 此時(shí)分別在流經(jīng)電流值為0.1A、0.2A、0.3A、0.4A、0.5A時(shí)記錄下霍爾傳感器檢測(cè)到的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.18mT、0.26mT、0.35mT、0.39mT、0.36mT。因?yàn)榘胁?的利用率直接與靶材2周圍磁場(chǎng)分布相關(guān)，當(dāng)通電線圈6中的電流值給定，通電線圈6周邊的磁場(chǎng)環(huán)境也將是一個(gè)穩(wěn)態(tài)，靶材2周邊的磁場(chǎng)環(huán)境也是一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，此時(shí)霍爾傳感器6所測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度也是穩(wěn)定的數(shù)值，即一但電流值給定，霍爾傳感器6所測(cè)得磁場(chǎng)強(qiáng)度的值也一定。因此還可以得出在不同的給定電流值大小所對(duì)應(yīng)測(cè)得的磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線，如圖3b所示。[0079]由上述曲線可知在濺射不同千瓦時(shí)數(shù)的靶材2時(shí)，不同的電流大小得出的靶材利用率也不一樣，但是可以根據(jù)曲線求得靶材利用率最高點(diǎn)65% 時(shí)的電流值得大小。而電流固定，霍爾傳感器6所測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度也一定。由此即可得出在消耗一定量千瓦時(shí)數(shù)的靶材2的時(shí)候，靶材利用率最大情況下通電線圈中電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小關(guān)系。由此可以在數(shù)學(xué)模型中建立理想狀態(tài)(即靶材利用率最大化狀態(tài))下，電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線模型。[0080]在鍍制相同規(guī)模的膜時(shí)，可以使用同一理想曲線，不但能有效提高靶材利用率、降低生產(chǎn)成本；而且，鍍膜過(guò)程中，磁場(chǎng)強(qiáng)度可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)行調(diào)整，無(wú)需間斷鍍膜過(guò)程，生產(chǎn)效率高，從而進(jìn)一步降低成本。[0081]本發(fā)明中，所述通電線圈6靠近所述靶材2設(shè)置，不但可以增強(qiáng)磁場(chǎng)中等離子體區(qū)域的面積，還可以將等離子體區(qū)域向靶材方向拉近，縮短等離子區(qū)域距離靶材的距離，增加有效等尚子體數(shù)量，從而提聞實(shí)際的灘射效率，提聞革G材的利用率。[0082]所述霍爾傳感器7為薄片式霍爾傳感器，分辨率高，提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。所述霍爾傳感器7相對(duì)于所述通電線圈6居中固定設(shè)置，不管通電線圈6中電流方向和電流大小如何變化，通過(guò)霍爾傳感器7檢測(cè)出來(lái)的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)是同一點(diǎn)在不同的流經(jīng)通電線圈6電流的環(huán)境下檢測(cè)出的數(shù)據(jù)，不存在人為因素的干擾，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性高、可重復(fù)性強(qiáng)。[0083]所述霍爾傳感器7與所述磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)之間還電連接設(shè)置有信號(hào)放大器8， 可將所述霍爾傳感器7所偵測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行去噪放大，以提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。[0084]本發(fā)明所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，對(duì)靶材2和基片I的規(guī)格無(wú)設(shè)計(jì)要求，也無(wú)需更改制程參數(shù)，適用范圍廣、操作性能好、易于實(shí)施，生產(chǎn)連續(xù)性和生產(chǎn)效率高。[0085]使用所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備生產(chǎn)厚度為300nm的鋁膜，具體步驟為:[0086]S1、將所述理想曲線輸入到磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)中，用于在鍍膜過(guò)程中與所述霍爾傳感器偵測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)；在所述自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備的腔室內(nèi)通入起輝氣體氬氣，調(diào)節(jié)氣體流量并控制壓強(qiáng)為0.6Pa ；[0087]S2、在基片與靶材之間施加電壓，生成等離子體，從而產(chǎn)生Ar+離子，Ar+離子轟擊靶材使，得靶材中的材料被濺射出來(lái)沉積在基片上。[0088]上述鍍膜過(guò)程中，靶材利用率為65%，有效降低了生產(chǎn)成本。[0089]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予 以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，包括腔室，平行且依次設(shè)置在腔室內(nèi)的基片、祀材和磁軛，以及靠近祀材且直接設(shè)置在磁軛上的若干永磁鐵，相鄰永磁鐵的磁極方向相反，永磁鐵的磁極方向垂直于靶材；其特征在于，相鄰所述永磁鐵之間還設(shè)置有通電線圈，以及固定設(shè)置在所述通電線圈和所述磁軛之間的霍爾傳感器，所述通電線圈的長(zhǎng)度方向與所述永磁鐵磁極方向垂直；所述霍爾傳感器外接磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)，用于磁場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；所述通電線圈外接電路控制模塊，所述電路控制模塊與所述磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)電連接，根據(jù)所述磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)整流經(jīng)通電線圈的電流，以改變磁場(chǎng)分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，其特征在于，所述通電線圈靠近所述靶材設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，其特征在于，所述磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)包括磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊將處理得到數(shù)據(jù)傳輸至所述電路控制模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，其特征在于， 所述霍爾傳感器為薄片式霍爾傳感器；所述薄片式霍爾傳感器所在平面垂直于所述靶材所在平面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，其特征在于， 所述通電線圈在相鄰所述永磁鐵之間居中設(shè)置；所述霍爾傳感器相對(duì)于所述通電線圈居中設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，其特征在于， 所述霍爾傳感器與所述磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)之間還電連接設(shè)置有信號(hào)放大器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，其特征在于， 所述永磁鐵在所述磁軛上等距設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備，其特征在于， 所述基片、所述靶材和所述磁軛的中心位于同一軸線上。
9.一種權(quán)利要求1-8任一所述的自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控派射鍍膜設(shè)備的鍍膜方法,其特征在于，包括如下步驟:51、在所述自適應(yīng)磁場(chǎng)調(diào)整型磁控濺射鍍膜設(shè)備的腔室內(nèi)通入起輝氣體氬氣，調(diào)節(jié)氣體流量并控制壓強(qiáng)為0.5Pa~0.8Pa ；52、在基片與靶材之間施加電壓，生成等離子體，從而產(chǎn)生Ar+離子，Ar+離子轟擊靶材使，得材料被濺射出來(lái)沉積在基片上。
10.根據(jù)權(quán)利要求 9所述的鍍膜方法，其特征在于，步驟SI之前還包括:進(jìn)行鍍膜測(cè)試，得到電流大小、磁場(chǎng)強(qiáng)度和靶材利用率之間的關(guān)系，計(jì)算出理想曲線的步驟；將所述理想曲線輸入到磁場(chǎng)強(qiáng)度偵測(cè)系統(tǒng)中，用于在鍍膜過(guò)程中與所述霍爾傳感器偵測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)。
【文檔編號(hào)】C23C14/35GK103556122SQ201310503683
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】馬棟梁, 崔德國(guó) 申請(qǐng)人:蘇州矩陣光電有限公司