磁控溅射设备说明书教材

磁控溅射沉积系统用户手册
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前言：
首先感谢购买我们的设备，本着对您负责的精神，并为了确保给您提供最优质的售后服务，特别为您准备了本手册，请您耐心读取相关信息。

您的义务
请您在使用过程中，将发生故障的操作步骤填写在用户反馈问题清单中，我们将参考此表内容尽我们最大的能力在最短的时间内完成维修。

如何使用本手册
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本手册涉及的字体及符号说明：
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符号指示性说明代表意义
➢描述性说明没有先后顺序之分，是比❑和■高一级目录
❑详细描述性说明没有先后顺序之分
■详细描述性说明有先后顺序之分
提示性说明有利于深刻认识系统，并且可以避免不
必要的故障发生
警告性说明
必须严格遵守的内容，否则会发生严重
事故
目录
绪言 (1)
一、系统简介 (1)
1、概述 (1)
2、工作原理以及技术指标 (2)
工作原理： (2)
技术指标： (2)
3、系统主要组成 (3)
溅射真空室组件： (3)
上盖组件： (4)
真空获得和工作气路组件： (5)
安装机台架组件： (7)
4、设备安装 (7)
安装尺寸： (7)
配套设施： (7)
二、系统主要机械机构简介 (8)
1、磁控溅射靶组件 (8)
2、单基片加热台组件 (9)
3、基片加热公自转台组件 (10)
4、基片挡板组件 (11)
三、操作规程： (11)
1、开机前准备工作 (11)
2、开机（大气状态下泵抽真空） (12)
启动总电源： (12)
大气状态下溅射室泵抽真空： (12)
3、溅射室处于真空状态时抽真空： (13)
4、工作流程： (13)
➢装入样品： (13)
➢磁控溅射镀膜： (14)
5、靶材的取出和更换: (15)
6、停机： (16)
四、电源及控制 (16)
分类： (17)
供电要求： (17)
使用说明 (18)
电控单元使用说明： (19)
五、注意事项 (20)
1、安全用电操作注意事项: (20)
2、操作注意事项： (21)
六、常见故障及排除 (22)
七、紧急状况应对方法 (23)
1、突然断电 (23)
2、突然断水 (24)
3、出现严重漏气 (24)
八、用户反馈问题清单 (25)
九、维护与维修 (26)
绪言
磁控溅射沉积系统是高真空多功能磁控溅射镀膜设备。

它可用于在高真空背景下，充入高纯氩气，采用磁控溅射方式制备各种金属膜、介质膜、半导体膜，而且又可以较好地溅射铁磁材料（Fe、Co、Ni），制备磁性薄膜。

在镀膜工艺条件下，采用微机控制样品转盘和靶挡板，既可以制备单层膜，又可以制备各种多层膜，为新材料和薄膜科学研究领域提供了十分理想的研制手段。

一、系统简介
1、概述
本系统主要由溅射真空室、磁控溅射靶、单基片加热样品台、基片加热公自转台组件、基片挡板组件、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。

附设备总图如下。

2、工作原理以及技术指标
➢工作原理：
❑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。

➢技术指标：
极限真空度（Pa）（经烘烤除气后）系统真空检漏漏率
（Pa.L/S）
系统经大气抽气，
40分钟可以达到（Pa）
停泵关机12小时
后真空度（Pa）
溅射室 4.0×10-55×10-7 6.6×10-4≤1Pa
3、系统主要组成
➢溅射真空室组件：
圆筒型真空室尺寸Φ450X350mm，电动上掀盖结构，可内烘烤100～150℃，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如下：
序号接口大小接口密封方式数量联接部件名称
1.1 CF100 无氧铜圈 1 观察窗口
1.2 CF63 无氧铜圈 1 观察窗口
1.3 CF16 无氧铜圈 3 进气管路和放气阀
1.4 CF150 无氧铜圈 1 （600升/秒）分子泵
1.5 CF100 无氧铜圈 3 3个磁控溅射靶接口
1.6 CF35 无氧铜圈 6 1个高真空电离规管
1个旁抽角阀
1个四芯陶封引线法兰接口
3个备用口
1.7 RF25 氟橡胶圈 1 基片挡板组件接口
1.8 CF16 无氧铜圈 1 1个备用接口
1.9 CF16 无氧铜圈 1 电阻规接口
➢上盖组件：
上盖组件上有一个CF35的法兰接口和一个CF16的法兰接口，侧面还焊有帮助上盖升降时定位的挡片。

上盖组件上可以安装电动提升机构组件，中间安装单基片加热样品台。

➢真空获得和工作气路组件：
❑溅射真空室选用分子泵T+机械泵R通过一个超高真空闸板阀G主抽，并
通过一个旁抽角阀V1进行旁路抽气；通过两路MFC质量流量控制器充工作气体，每路配有角阀V5、V6，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200SCCM、一路100SCCM。

通过V4阀充入干燥氮气放气。

代号名称联接方式安装位置用途厂家V1 CF35角阀双刀口溅射真空室侧壁、旁路抽气沈科仪V2、V3 Dg16角阀一刀一卡溅射真空室侧壁充入工作气体沈科仪V4 Dg16角阀一刀一卡溅射真空室侧壁放气/充干燥氮气沈科仪V5、V6 Dg16角阀双卡套机架前面的气路面板
上
充气七星华创
G CC-150-B超高真空闸
板阀双刀溅射真空室侧面伸出
的弯管上
主抽阀沈科仪
T 分子泵（抽速600L/S）CF150刀口主抽泵北京科仪
R 机械泵（9升/秒）KF40 前级泵北京DF KF40电磁隔断阀KF40 分子泵和机械泵之间防止机械泵返油，并
能在分子泵前级真空
度不够的情况下进行
隔断，来保护分子泵
川北
R-DF 高真空电磁压差式带
充气阀KF40 机械泵R1 和机械泵联锁，停机械
泵时，此阀断开，向机
械泵充气，避免返油
上海
西马特
MFC1、MFC2 质量流量控制器卡套控制气体流量北京混气室（两进一出）卡套混气沈科仪
液压波纹管两段快卸卡箍连接管路沈科仪KF40三通一个快卸卡箍川北KF40快卸卡箍若干川北
φ6X1气路管若干外购
气路卡套若干外购
➢安装机台架组件：
采用优质方钢型材（50mmX50mmX4mm）焊接成，前面和两侧面安装快卸围板，表面喷塑处理；机台表面用不锈钢蒙皮装饰；底面安装四只脚轮，可固定，可移动；安装机架尺寸：L1115×W860×H1000mm,。

4、设备安装
➢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：L1115×W1000mm2 （包括伸出的闸板阀手轮），电控柜平面尺寸：610×650 mm2×2台。

➢配套设施：
❑整机配电要求：接三相电源380V±6%，50Hz，三火线一零线，功率＞15KW，配置多路接线插座。

❑联接地线要求：本设备需要配备良好的接地，对地电阻＜2欧姆。

❑接冷却水系统，具有民用自来水或循环冷却水，水温＜25℃，水压＜2.5×105 Pa，流量达到12L/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总电源。

❑安装场地面积＞25㎡，高度要求高于2.4m。

❑要求安装场地的标准温度为20～24℃，标准相对湿度为50％～60％。

❑要求有普通氮气，工作气体，压强要在2～3个大气压之间。

❑要求有外排废气管道。

！！！注意：接通电源后，首先确认机械泵旋转方向，如果发现反转，则应调相。

二、系统主要机械机构简介
1、磁控溅射靶组件
磁控溅射靶组件主要组件包括靶头、可折弯靶支杆、CF100无氧铜圈密封的靶法兰、齿轮减速异步电动机带动的靶挡板系统和螺旋升降机构等组成。

溅射真空室采用多靶溅射结构，靶在下，基片在上，向上溅射成膜，溅射真空室下底盘上有三个靶位；靶材尺寸φ60mm（其中一个可以溅射磁性材料）；永磁靶RF、DC兼容；靶内有水冷（每个靶单独水路冷却）；三个靶可共同折向上面的样品中心，靶与样品距离90～110mm可调；每个靶配有单独的屏蔽罩，以避免
靶间交叉污染（非共溅时安装使用）；每个靶配有单独的电动挡板，计算机控制挡板开合。

提示:
以后磁控靶需要寄给我们进行维修时，靶头和支杆可以直接从真空室内拆下，不用拆卸靶法兰部分。

拆卸前请事先联系设计人员，我们会提供一个盲堵，保证您其余的工作不受影响。

2、单基片加热台组件
单基片加热台组件安装在真空室上盖组件上，可以放置直径Φ50mm的基片。

基片加热最高温度600℃±1℃，由热电偶闭环反馈控制。

在步进电机带动下，实现连续回转，转速5～10转/分，配有手动控制挡板。

基片可加负偏压-200V。

3、基片加热公自转台组件
基片加热公自转台组件安装在真空室上盖组件上，转盘上可以同时放置6个基片，可放置Φ50mm的基片。

六个工位中，其中两个工位安装加热炉（切换加热），基片加热最高温度600℃±1℃，由热电偶闭环反馈控制。

在伺服电机+减速器+同步带带轮传动机构带动下，实现0～360°公转（当拆掉加热炉后可连续回转），并通过光栅编码器机构实现基片准确定位，计算机控制公转到位及镀膜过程。

基片可加负偏压-200V。

4、基片挡板组件
基片挡板组件的挡板上开一个孔，对准一个基片，该基片挡板与基片加热公自转台组件都用计算机控制转动，仅对一片基片在不同靶位下溅射镀膜。

该片工艺完成后，可计算机控制转至第二片基片继续镀膜。

当需要共溅时，需要拆下该基片挡板组件的上半部分即可，不用全部拆下。

三、操作规程：
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。

⏹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。

2、开机（大气状态下泵抽真空）
➢启动总电源：
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。

➢大气状态下溅射室泵抽真空：
■打开旁抽阀V1
■启动机械泵R
按下机械泵R开关，机械泵指示灯亮，此时机械泵工作，再打开分子泵T口处的电磁阀DF开关，指示灯亮，打开复合计，测量真空。

（复合真空计ZDF-5227使用详见说明书）
■启动分子泵T（FF-160/620C）
先打开分子泵T电源开关，当真空计显示的真空度高于20Pa时，关闭旁抽阀V1，并迅速打开闸板阀G,然后打开分子泵启动按钮，其加速指示灯亮，电源控制面板上显示频率，分子泵开始正常工作，约8分钟，加速指示灯灭，正常灯亮，频率显示为600时，分子泵进入正常工作状态。

再用分子泵连续抽气，经烘烤后，磁控溅射室的真空度可达到极限真空度4×10-5Pa指标。

提示:
设备中的闸板阀设有开关指示功能，闸板阀门开关时手感轻松，在阀门关闭时可听到一声响动，同时力量减小、有明显的空程，这时阀门已经关闭到位，不要继续硬性旋动手柄，以免阀门传动机构受到损坏。

开启时也有一声响动，行程指示到位后阀门也开启到位。

警告:
阀门开启前，必须平衡阀门两侧的压力（阀门两侧必须同时是真空或大气）阀板两侧压力差必须小于3000Pa，如果压力大于3000Pa硬性开启阀门会造成密封圈及传动机构的损坏，造成阀门无法使用（此项要特别注意，阀门开启时一定要注意观察阀门两侧的压差）。

警告:
在阀门使用过程中如发现异样的声音或者开关阀门时力量异常，首先应该观察阀门前后真空系统的压力是否平衡，如果有压差必须停止强行开启，待压力平衡后再进行开启，以免损坏机构。

3、溅射室处于真空状态时抽真空：
■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；
■如果真空度在3～5Pa时，即可直接开启闸板阀G，然后依次开启机械泵R、电磁阀DF、分子泵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：
➢装入样品：
■溅射室暴露大气：关闭闸板阀G，确认旁抽阀V1和角阀V2、V3处于关闭状态，然后打开放气阀V4，向溅射室内充入干燥氮气。

■装入样品：溅射室内氮气压力与大气压力平衡后即可利用升降机提升溅射室上盖，靶基距调到合理值，然后将清洗好的样品放入衬底托内，将其放入样品转台内，然后再将溅射室上盖落下，关闭放气阀V4，对溅射室泵抽真空（按前面所说的步骤进行操作）至实验要求的本底真空度。

➢磁控溅射镀膜：
■待本底真空达到本次实验所预期要求后，稍关闭闸板阀G（不要关死），用真空计监测真空度。

■向溅射室充气：
充气前将气瓶关死，打开V5、V6，缓慢打开V3。

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 ，此时抽取管路中的气体，达到预期真空后，关闭这些截止阀，进行充气工作。

若所充气体需经混气后进入真空室，则打开V3及机架前面板上的进气阀V5或V6（根据需要选择）；若需单路直接进气，则打开V2。

然后打开MFC质量流量计电源，通过流量计充入工作气体。

通过适当调节闸板阀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，再将电源开关关闭即可。

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：
起辉压强：在设定进气量恒定情况下，调节闸板阀G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MFC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。

射频电源可切换对应靶，可现场根据要求设置控制各个靶接射频电源。

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：
直流电源有两台可根据要求切换对应靶。

（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，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首先关闭基片挡板，再关上各磁控靶挡板，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、直流和励磁电源，关闭MFC质量流量计电源。

③关闭溅射室进气截止阀V2、V3、V5、V6，全开闸板阀G，使溅射室用分
子泵T直接抽气，进入高真空状态。

使用ZDF-5227监测溅射室真空度，进入10-4Pa或0-5Pa。

■取出样品:
镀膜完成后，将闸板阀G关闭，再将电离规关闭。

然后打开接钢瓶的放气阀V4，向溅射室充入干燥氮气。

电动提升真空室上盖，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:
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T单独对溅射室抽气工作时，先将闸板阀G关闭，检查V2、V3是否处于关闭状态。

然后关闭真空计，打开放气阀V4使溅射室充入大气（最好充入干燥氮气）；
■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。

6、停机：
■ 首先，关闭系统内所有阀门，尤其注意关闭闸板阀G 和旁抽阀V1,进气阀
V2、V3，放气阀V4，使系统保持真空。

■ 其次，关闭各路电源，先关各路仪表电源，然后关分子泵T 电源，当频率
数显为“200”以下后关闭电磁阀DF ，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。

四、电源及控制
标牌标牌
盲板
盲板
真空计控制电源靶挡板控制电源
分子泵电源
供电电源
偏压电源直流电源直流电源射频电源
供电电源
质量流量计加热电源
➢分类：
❑真空测量部分：
⏹真空计：复合真空计
⏹供电电源
❑真空获得部分：
⏹控制电源
⏹分子泵电源
⏹供电电源
❑材料制备部分包括：
⏹流量显示仪
⏹加热控温电源
⏹直流电源
⏹直流电源
⏹偏压电源
⏹射频电源
⏹样品转动控制电源
⏹靶挡板控制电源
⏹供电电源
⏹供电电源
➢供电要求：
真空获得部分与溅射镀膜部分供电需3相380V（50Hz）工业动力电，总功率约15KW。

供电要求分为以下六部分：
❑供电电源（1）：
⏹电压：3相380V（50Hz）容量： 7.5KVA
⏹要求：由3P20A 空气开关供电，连接电缆采用四芯橡套：2.5mm2×3
＋1.5 mm2×1 （空气开关采用工业用动力型，以下均同样要求，从
略。

）
❑供电电源（2）：
⏹电压：3相380V（50Hz）容量： 7.5KVA
⏹要求：由3P20A 空气开关供电，连接电缆采用四芯橡套：2.5mm2×3
＋1 5mm2×1
➢使用说明
❑注意事项：
⏹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。

⏹严禁带电拆卸接线端子、焊片、接插件等电气连接件！
⏹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。

⏹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（包括主机真空设备及电源机柜）。

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。

⏹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。

❑使用前的准备和检查
按照本说明书的“供电要求”，可靠连接各部分电控装置，将各部分装置及主机外壳可靠接“地”。

检查供电电源电压、容量是否符合要求，有无缺相等故障。

检查电控装置与主机设备的电气连接，确保连接正确可靠。

检查有无漏电、绝缘老化情况。

检查各部分电控单元的开关状态，应能正常工作，并均设置为初始状态；
检查各电源负载是否产生短路或断路，所有电控单元应能正常工作。

➢电控单元使用说明：
❑真空计：
⏹系统采用ZDF－5227型数显复合真空计测量真空室的真空度，量程1
×105Pa～1×10－5Pa。

⏹真空计由供电电源（1）提供AC 220V 电源插座供电，具体使用方法
及注意事项详见“附件”中的（ZDF－5227型数显复合真空计）使用
说明书。

❑控制电源：该电源为真空获得控制电源的主要单元：
控制如下单元：
✧机械泵：控制机械泵的启动和停止，按钮“开”按下灯亮，继电器
吸合，机械泵工作；按钮“关”按下灯灭，继电器断开，机械泵停
止工作；
✧电磁阀：控制电磁阀的启动和停止，按钮按下灯亮，继电器吸合，
电磁阀工作；
✧照明：控制照明的启动和停止，按钮按下灯亮，继电器吸合，照明
工作；
✧烘烤：控制烘烤的启动和停止，按钮按下灯亮，继电器吸合，烘烤
工作，旋转功率调节旋钮可以改变烘烤功率；
✧上盖升、降：控制真空室上盖的升降，按下“升”或将“降”后，
真空室盖即上升或下降；松开按钮，真空室盖停止升降；到达限位
位置，真空室盖同样停止升降。

提示
控制电源照明、烘烤按钮均为带锁按钮，按下后自锁，动作后指示灯亮。

再按按钮，按纽抬起时，工作停止。

烘烤按钮按下后，调节烘烤旋钮，烘烤灯逐渐加大功率。

由供电电源通过双头四芯航插连接电缆提供3相380V 电源。

提示
输出电缆必须按照接头附近所做标记正确连接！
❑加热温控电源：
加热温控电源由日本公司生产的温度控制器、移相触发模块、可控硅以及外电路构成。

样品加热温度可控。

需要控温时首先接好控温电源的电源线、输出加热线和热电偶的连接线。

连接时，要注意热电偶的正负极。

按照控温表说明书将控温表的各项指标设置好，然后按相应的按钮开关“加热”，控温电源开始工作。

顺时针调节“功率限制”电位器旋钮，使加热炉正常升温。

当温度升到控温表所设定的温度时，由系统控制加热炉开始恒温。

当试验作完后，将“功率限制”电位器旋钮反时针调到“0”，然后按按钮开关“停止”，控温电源停止工作。

❑靶档板控制电源：
打开电源开关，按一下相应的靶档板“开”按钮，可打开档板，按一下“关”按钮可关闭档板。

❑分子泵电源
FF160/620型（北京科仪）分子泵的驱动控制电源，具有过载和过热保护功能。

使用方法及注意事项详见“附件”中的“系列复合分子泵交流变频器电机驱动电源”使用说明书。

五、注意事项
1、安全用电操作注意事项:
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！
❑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。