磁控溅射设备操作规程

操作规程
项目名称：JGP-450型双室磁控溅射沉积系统
项目号：K08-084
1、开机前准备工作
⏹开动水阀，接通冷却水，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。

⏹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，将各电源的旋钮打到停止位置或关闭位置。

⏹检查分子泵、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。

⏹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。

提示：
注意保持洁净的预真空环境，严禁杂物和灰尘落入真空室内或粘在胶圈上；对真空室内零部件的操作要带无尘手套。

样品和靶材需严格清洗后放入真空室内。

2、开机（大气状态下泵抽真空）
确认所有电源开关都在关闭状态后，按下总电源开关，此时电源三相指示灯全亮，供电正常。

提示:
如果电源三相指示灯没有全亮，应检查供电电源是否缺相。

在确认电源正常之后方可进行下一步工作。

将“断水报警”拨扭拨到“报警”，给分子泵提供冷却水。

（此时冷却水已经
循环流动，无论分子泵是否运转。

当启动分子泵运转时，如果“断水报警”
无翁鸣，说明供水正常；若翁鸣，则需要检查水路是否连接正常，直至翁鸣消失方可启动分子泵。

）
大气状态下溅射室泵抽真空：
✓启动溅射室复合真空计，将其电源开关拨到“开”位置，电阻规开始工作并显示相应真空度。

✓按下机械泵R1开关，机械泵指示灯亮，此时机械泵工作，打开旁抽阀V1,粗抽真空。

观察真空度是否有变化，当真空有继续上升的趋势时，
进行下一步操作。

✓打开电磁阀DF1，机械泵R1预抽分子泵T1，并在闸板阀G2两端形成相同气压。

✓当真空计显示的真空度高于20Pa时，关闭旁抽阀V1，打开闸板阀G2。

✓打开分子泵T1电源开关，打开启动按钮，其加速指示灯亮，电源控制面板上显示频率，约8分钟，加速指示灯灭，正常灯亮，分子泵进入正
常工作状态。

此时机械泵R1只充当分子泵T1的前级泵。

✓当真空度达到1.0×10-1Pa时真空计自动转换为电离规测量，读数自动跳转电离显示屏显示。

✓经烘烤后，磁控溅射室的真空度可达到极限真空度6.67×10-5Pa指标，大约需要24小时左右。

如果系统不清洁，抽极限真空时间会比较长。

在系统漏率低于10-7Pa．L/S，抽真空时间越长真空度越高，则系统越清
洁，对工作气体的纯度影响会越小，成膜的均匀性会越好。

提示:
打开闸板阀时，先用手轮摇柄逆时针旋转，当阻力较大时，需要双手握住手轮均匀用力转动，当听到“喀”一声响，才算打开闸板阀，当阻力较小时，换用摇柄摇动数圈完全打开闸板阀。

关闭时操作类同，同样也需要听到“喀”响声。

大气状态下进样室泵抽真空：
✓启动进样室复合真空计，将其电源开关拨到“开”位置，电阻规开始工作并显示相应真空度。

✓按下机械泵R2开关，机械泵指示灯亮，此时机械泵工作，打开旁抽阀V7,
粗抽真空。

观察真空度是否有变化，当真空有继续上升的趋势时，进行下一步操作。

✓打开电磁阀DF2，机械泵R2预抽分子泵T2，并在闸板阀G3两端形成相同气
压。

✓当真空计显示的真空度高于20Pa时，关闭旁抽阀V7，打开闸板阀G3。

✓打开分子泵T2电源开关，打开启动按钮，其加速指示灯亮，电源控制面板
上显示频率，约8分钟，加速指示灯灭，正常灯亮，分子泵进入正常工作状态。

此时机械泵R2只充当分子泵T2的前级泵。

✓当真空度达到1.0×10-1Pa时真空计自动转换为电离规测量，读数自动跳转
电离显示屏显示。

✓经烘烤后，进样室的真空度可达到极限真空度6.67×10-4Pa指标。

提示：
抽极限真空时，带玻璃的观察窗法兰用螺栓带轻微紧就可以，如果太紧容易在高真空环境胀裂。

烘烤除气：
当系统长时间抽不到极限真空时，排除漏气的原因后，可能是由于气体潮湿引起，或长时间暴露大气后真空室内吸附过多气体所致，可采用烘烤的方法除气。

烘烤除气是在系统抽极限真空的过程中进行，设备停机时需待系统冷却到室温方可。

按下控制电源单元中“烘烤照明”的绿色“开”按钮，用碘钨灯烘烤四小时以上。

提示：烘烤过程中必须有人员在设备旁看守，检查线路是否有过热现象，防止失火。

并且定时做好实验记录。

3、真空腔体在暴露大气状态，而分子泵仍然在运转的情况下泵抽真空：
溅射室：
关闭电磁阀DF1，打开旁抽角阀V1、此时机械泵R1对溅射室抽气。

当真
空计读数达到20Pa时，关闭旁抽V1，打开电磁阀DF1、闸板阀G2，即可用分子泵T1对溅射室抽气。

※进行此操作前，一定要特别注意必须先关闭电磁阀DF1。

进样室：
关闭电磁阀DF2，打开旁抽角阀V7、此时机械泵R2对溅射室抽气。

当真空计读数达到20Pa时，关闭旁抽阀V7，打开电磁阀DF2、闸板阀G3，即可用分子泵T2对进样室抽气。

※进行此操作前，一定要特别注意必须先关闭电磁阀DF2。

4、溅射室或进样室处于真空状态时抽真空：
■首先,打开两个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大气状态下溅射室泵抽真空或进样室泵抽真空中的操作步骤进行系统抽气；
■如果真空度在3～5Pa时，即可依次开启机械泵R1或R2、电磁阀DF1或DF2、分子泵T1或T2，闸板阀G2或G3，然后进行系统抽真空，待真空度达到实验溅射室或进样室要求的本底真空即可。

5、工作流程：
装入样品：
■进样室暴露大气：※关闭进样室闸板阀G3，把磁力传递杆退到最后端，确认隔离闸板阀G1和旁抽阀V7、充气阀V5确实关闭，然后打开放气阀V6，向进样室内充入干燥氮气。

■装入样品：进样室内氮气压力与大气压力平衡后即可打开进样室的带窗活开门旋钮，将清洗好的样品放入衬底托内，并将其托逐次放入样品库内，一次可放置4片样品。

然后再将活开门锁紧，关闭放气阀V6，按上面所说的大气状态下进样室泵抽真空中的操作步骤进行系统抽气；
在进样室内交接样品与处理样品：
❑用磁力传递杆从样品库上取下一片衬底托：
拉动磁力送样机构的拉杆，旋转样品库组件上的手轮，使样品库移动至样品
托杆达到磁力送样机构传递杆同高度，即可用手拉动拉杆，使之交接叉管孔直接插入样品托杆中，待完全进入后旋转传递杆，使样品托杆的小销锁在交接叉管内，再下调样品库3mm左右，即可退回传递杆，就将衬底托从样品库内取下。

之后升起样品库，以便磁力传递杆通过。

❑样品反溅清洗或加热退火：
在进样室内，退火炉在上，反溅靶在下，上下调整反溅靶，用磁力送样机构将已取下的样品托直接送至反溅靶的圆形槽内，反向旋转传递杆并确认样品托上的小销已退出，向后拉动传递杆，即可将样品托放置在反溅靶的表面了。

此时稍关闭闸板阀G3，打开截止阀V5，再打流量阀MFC2调节进入Ar量，当复合计显示真空到3～5Pa左右时，即可打开射频电源，调节匹配电容CI、CII，将反射功率调至最小，就能观察到反溅靶表面已经起辉，对样品已经开始反溅清洗。

反溅功率与清洗时间随用户所用样品材质不同而不尽相同，用户根据实验情况自行掌握。

（射频电源使用详见射频电源使用说明书）
反溅清洗完，关闭进气阀V5、及质量流量计MFC2，全打开闸板阀G3。

清洗过的样品也可以加热处理：将磁力送样机构向前推进，使其样品托杆正好插入拔套的槽内，旋转传递杆90度使样品托卡住，向下旋动反溅靶，既将样品托取下，然后将退火炉下降至可以交接的高度，把样品托放入退火炉托座的槽内，反方向旋转传递杆90度后拉出传递杆即可。

之后，把退火炉升高，退至屏蔽罩内开始加热。

退火炉温度由电源柜内控温表控制，事先设置温度即可对样品加热处理。

提示：
（注：在样品加热过程中，真空度要下降，如下降太多，应暂时关闭电离规。

）
样品送入溅射室：
■当进样室真空度在10-4Pa左右时，打开闸板阀G1。

关闭闸板阀G3。

■将反溅清洗过或加热处理过的样品用磁力送样机构交接叉管取下后，将反溅靶或退火炉退回以便磁控传递杆通过，将样品翻转180°，使样品朝下，送入溅射真空室。

■可以手动转动溅射真空室上盖上面的步进电机VRDM3913的手轮或者计算机控制转盘转动，从观察窗观看到转盘上一个工位转到交接位置，推动传递杆并保
持其水平前进，将样品托送到转盘定好的位置，如交接困难请用溅射室侧壁上的样品叉帮助交接，然后旋转传递杆并确认：样品托上的小销已退出交接筒止退口，抽出传递杆，交接完毕。

转盘可以连续送进4片样品，置于基片水冷加热转盘的3个水冷工位，和一个加热工位。

磁控溅射镀膜：
■关闭空气锁闸板阀G1，用分子泵T1＋机械泵R1对溅射室抽真空，真空计监测，待本底真空达到本次实验所预期要求后，稍关闭闸板阀G2（不要关死）。

■向溅射室充气：
✓充气前先确定气瓶有工作气体，并有0.5MPa以上的气压。

打开气瓶总阀门，并关闭减压阀待用；
✓再根据需要将工作气体接入流量控制器保证气路接好不漏。

✓将流量显示仪电源开关打到“0”开位置，电源预热后将面板表调零。

✓打开V8或V9，缓慢打开V4，根据工作需要选择角阀，可以充混合气体也可单独充一种气体。

对这些段的管路抽真空，若真空很快恢复至
10-4Pa，并且无波动，说明此管路不漏，并已达到本底真空要求。

✓将质量流量计打到清洗挡，此时是对质量流量控制器到外接气瓶之间的管路进行抽真空，真空计显示10-4Pa即可，将质量流量计打到关闭挡；
✓打开减压阀，将减压表读数设在0.2MPa。

（流量控制器准确控制压力为
0.05 MPa～0.3MPa，最高可耐压3 MPa，超出3 MPa将会损坏。

）
✓将流量显示仪流量调节旋钮归零，控制拨扭打到“阀控”档，让气体流入真空室，随后调节控制气体流量，并且通过适当调节闸板阀G2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。

※注：停止工作气体时，先关闭气瓶总阀，后关闭减压阀，将流量调节旋钮归零，将阀开关置于“关闭”位，关闭流量显示仪的电源，之后关闭相应的进气阀。

提示:
充气过程中需用真空计监测真空度不低于20Pa。

■射频溅射：
设备上有两台500W射频电源，可接在溅射室的任意一个靶上，打开电源开关预热5分钟即可工作。

如果起辉不当或未起辉，可调节一下匹配即可。

※注：靶挡板关闭时，磁控靶有时也不起辉。

靶材表面至样品表面距离可在真空条件下调节40～80mm。

起辉压强：在设定进气量恒定情况下，调节闸板阀G2使溅射室真空度维持在0.4～10Pa，可保证磁控靶正常起辉。

溅射工作压强：根据工艺需要，适当调节进气量，使溅射室真空度维持在0.5Pa以下，此时磁控靶应能稳定工作而不熄弧。

射频电源和匹配器的使用详见射频电源使用说明书
■直流溅射：（详见直流溅射电源使用说明书）
■计算机控制镀膜：
通过程序控制，可对转盘上样片的位置进行控制，使样品按所设定模式进行工作，镀制单层膜或多层膜，镀多层膜的靶位可任意组合，在每个靶下停留时间任意设置。

程序运行结束后将自动保存结束前的状态，并保存计算机文件中，下次运行时，这些状态将自动读入以恢复以前状态，所以在程序未运行期间，不建议使用手动操作转盘，以免再次运行时造成样品位置错误。

■停止溅射镀膜:
①首先关闭样品转盘挡板，再关上各靶挡板，通过计算机关闭步进电机电
源，再关闭计算机电源。

②关闭射频与直流电源，关闭MFC质量流量计电源等各控制单元，将各个控制按钮打到初始位置。

③关闭溅射室进气截止阀V3、V4、V8、V9 ，全开闸板阀G2，使溅射室用
分子泵T1直接抽气，进入高真空状态。

使用真空计监测溅射室真空度，
进入10-5Pa或10-4Pa。

■取出样品:
①打开空气锁闸板阀G1。

②参照样品送入溅射室的操作步骤，取出镀好的样品托。

③旋转样品库手轮至适当高度，将传递杆叉子取回的样品托送至样品库上，
这样可以连续取出4片镀好的样品。

④关闭空气锁闸板阀G1，溅射室与进样室分别由各自的泵抽系统带动抽真
空。

⑤进样室暴露大气：被镀好的样品全部置入样品库后，将闸板阀G3关闭，
再将真空计电源关闭或者关闭电离规管。

检查阀V5、V7是否处于关闭状
态，然后打开接钢瓶的放气阀V6，向进样室充入干燥氮气。

打开进样室
门，戴上洁净手套，伸入进样室内，从样品库上取出镀好的各块样品。

⑥马上装入新的样品，重复以前各项工作。

6、靶材的取出和更换:
磁控靶的靶材溅射一段时间后由于损耗，需要更换，或者由于用户镀膜工艺需要，也需要更换靶材。

溅射室可以在停分子泵暴露大气的情况下取出或更换靶材，也可以在分子泵工作的时候操作。

在分子泵工作的时候更换靶材步骤如下：
■在分子泵T1单独对溅射室抽气工作时，先将闸板阀G1 、G2关闭，检查V3、V4是否处于关闭状态。

然后关闭真空计，打开放气阀V2使溅射室充入干燥氮气；
■当溅射室内氮气压力与大气压力平衡后，使用升降机将溅射室的上盖提起，之后拆下基片样品挡板，电动打开需要更换靶材的永磁靶挡板，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，结束后再用升降机将上盖落下；
提示：
①靶屏蔽盖和靶材之间的距离建议控制在2～3mm之间。

②如发现上盖压偏，需要重新升起上盖，找正后再落下。

■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。

7、停机：
✓关闭系统内所有阀门，尤其注意关闭闸板阀G1、G2、G3和旁抽阀V1、V7,进气阀V3、V4、V5，放气阀V2、V6，使系统保持真空。

✓关闭各路电源，先关各路仪表电源，将各个控制旋钮打到初始位置，
✓按下分子泵T1、T2电源停止按钮，切断分子泵供电，
✓当频率数显为“200”以下后关闭电磁阀DF1、DF2，隔断分子泵与机械泵之间的通导，防止机械泵油的反扩散。

✓当分子泵频率降到0.0时，关闭机械泵R1、R2，，并关闭分子泵电源。

✓关闭总电源
✓关闭分子泵水冷总闸，防止分子泵中凝结水蒸汽。

提示：
1：实验完成后，如果真空室内非常热，这时，要通过分子泵对系统进行较长的时间抽气，等到系统内部温度降到100℃左右时才能关闭系统。

2：停机后，如果需要解除系统真空，应该先松开活开门上的关紧钮，以免充入气压太高，损坏玻璃和其他易损零件。