一、概述

多功能高真空鍍膜系統(tǒng)由磁控濺射室、離子束濺射室、放樣室組成。整個系統(tǒng)具備離子束、磁控直流和射頻濺射方式，具備制備各種薄膜、多層膜的全部功能，可用于鍍制金屬膜、半導體膜、非金屬膜及介質膜等研究工作，能制備氧化物、氮化物等薄膜;同時又可以對樣品進行等離子體清洗、反濺清洗。結構布局：離子束室、放樣室、磁控濺射室成L字形分布;離子束室、磁控濺射室分別通過一個CF100超高真空閘板閥與預處理室連接，它們之間的樣品傳遞由兩個送樣桿實現(xiàn)。設備具體包括真空腔室、樣品加熱轉盤、樣品傳遞機構、泵抽系統(tǒng)、真空測量系統(tǒng)、水路系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和微機控制鍍層系統(tǒng)等組成。

二、主要技術性能指標及基本結構

1. 磁控濺射室 Ф550×約H 360(mm)，為筒形立式全不銹鋼結構。上蓋電動提升，其上裝有可升降旋轉加熱樣品轉盤。側面安裝有封接觀察窗并配擋板, CF35照明法蘭，進氣截止閥，放氣閥，側面裝有抽氣管道等。在真空室下半部分布四只磁控靶，每個靶材裝有擋板，能上下移動、旋轉，擋板旋轉采用氣動控制，由計算機控制鍍膜。該室通過一個CF100閘板閥與放樣室相連，樣品通過齒輪齒條傳遞機構從預處理室傳入到磁控濺射室，實現(xiàn)跨室交接

1.1磁控靶:四個磁控靶，其中兩個可做鐵磁材料，兩個做非鐵磁材料，兩類靶材相對放置，靶材直徑為Ф60mm。每個靶材射頻(RF)和直流(DC)兼容，射頻源為13.56MHz;其中兩個靶材可實現(xiàn)共濺射;每個磁控靶安裝擋板計算機控制。

1.2樣品臺: 在磁控濺射室的上蓋裝有一個樣品轉盤，轉盤上有六個樣品位，用于存放樣品;能上下移動、旋轉，樣品可以由傳遞桿安放交接每一個位置，其中樣品轉盤中安裝有一固定石墨加熱爐，在鍍膜過程中能對樣品加熱自轉由調速電機控制，可計算機控制轉臺;樣品可加熱溫度為：室溫~1200 ℃。控溫精度小于± 2 ℃。轉速可調(10-30轉/分)，樣品加負偏壓(-300 V)。有效鍍膜區(qū)內的均勻性在鍍200nm時≤±5%(2英寸范圍內)。

1.3真空獲得及測量：采用FF-200/1200型分子泵+2XZ-8機械泵通過一個CF200超高真空閘板閥對磁控濺射室進行抽氣實現(xiàn)主抽。真空規(guī)管均安放在主抽氣管道上，實現(xiàn)對系統(tǒng)真空度的測量。真空測量采用ZDF5201數(shù)顯超高真空復合計。系統(tǒng)極限真空：經48小時烘烤后連續(xù)抽氣，可好與6.67×10-6Pa;抽速：充入干燥氮氣并短時間暴露大氣后開始抽氣，40分鐘可達≤10-4 Pa。。系統(tǒng)漏率：停泵關機12小時后保持真空度≤5Pa。

2.離子束濺射室 Ф500×約H560(mm)，為筒形立式雙層水冷全不銹鋼結構。上蓋電動提升，其上裝有可升降旋轉加熱樣品轉盤。上部側面還裝有帶水冷膜厚測試儀探頭，并可調節(jié)探頭距樣品的距離。側面安裝有封接觀察窗并配擋板, CF35照明法蘭，進氣截止閥，放氣閥，底部裝有抽氣管道等。在真空室側面裝有一個四工位轉靶，可實現(xiàn)電動旋轉，靶材擋板采用手動控制，側面裝有Kaufman離子槍兩套。該室通過一個CF100閘板閥與放樣室相連，樣品通過齒輪齒條機構從預處理室傳入到離子束濺射室，實現(xiàn)跨室交接。

2.1濺射靶:四工位轉靶，每個工位可以安裝一個靶材，靶材平面與濺射離子槍呈45°，計算機控制換靶位;轉靶有水冷，靶材尺寸80×80mm。

2.2離子槍: Kaufman離子槍兩套。主離子槍與靶材平面呈45°，離子束直徑為5 - 7 cm，能量為1.5 - 3 keV。輔離子槍與樣品臺平面呈45°，離子束直徑為5 - 7 cm，能量為0.5 – 1.5 keV。兩個離子槍連續(xù)工作時間不低于20小時(取決于燈絲壽命)。具體使用請詳見離子槍使用說明書。

2.3樣品臺：在離子束濺射室的上蓋裝有一個樣品轉盤，轉盤上有六個樣品位，用于存放樣品;能上下移動、旋轉，樣品可以由傳遞桿安放交接每一個位置，其中樣品轉盤中安裝有一固定石墨加熱爐，在鍍膜過程中能對樣品加熱自轉由調速電機控制，可計算機控制轉臺;樣品可加熱溫度為：室溫~1200 ℃。控溫精度小于± 2 ℃。轉速可調(10-30轉/分)，樣品加負偏壓(-300 V)。有效鍍膜區(qū)內的均勻性在鍍200nm時≤±5%(2英寸范圍內)。

2.3真空獲得及測量：采用FF-200/1200型分子泵+2XZ-8機械泵通過一個CF200超高真空閘板閥對離子束濺射室進行抽氣實現(xiàn)主抽;真空規(guī)管均安放在主抽氣管道上，實現(xiàn)對系統(tǒng)真空度的測量;真空測量采用ZDF5201數(shù)顯超高真空復合計。系統(tǒng)極限真空：經48小時烘烤后連續(xù)抽氣，高于6.67×10-6Pa;抽速：充入干燥氮氣并短時間暴露大氣后開始抽氣，40分鐘可達≤10-4 Pa。。系統(tǒng)漏率：停泵關機12小時后保持真空度≤5Pa。

3. 真空放樣室Φ280×H500(mm)，為筒形立式全不銹鋼結構，在磁控濺射室與離子束室中間通過兩個CF100超高真空閘板閥相連接，上蓋裝有可升降樣品架、固定加熱爐(室溫~800 ℃);可以存放6個樣品。下部側面裝有射頻等離子體啟輝電離裝置，可加脈沖直流負偏壓，對樣品進行等離子體刻蝕處理和真空退火處理。放樣室正前方裝有一通導為φ150的活門觀察窗。真空室活門兩側各裝有一傳遞機構用于完成樣品在本室與其他兩室實現(xiàn)三室的樣品傳遞交接;CF35照明法蘭，進氣截止閥，放氣閥，旁抽角閥;真空室底部還裝抽氣管道等。

3.1真空獲得及測量：采用FF-160/620C型分子泵+2XZ-8機械泵通過一個CF150超高真空閘板閥對放樣室進行抽氣實現(xiàn)主抽;通過一個CF35角閥實現(xiàn)旁路抽氣;真空規(guī)管均安放在主抽氣管道上，實現(xiàn)對系統(tǒng)真空度的測量;真空測量采用ZDF5227數(shù)顯超高真空復合計。系統(tǒng)極限真空：經48小時烘烤后連續(xù)抽氣, 高于6.67×10-6Pa;抽速：充入干燥氮氣并短時間暴露大氣后開始抽氣，40分鐘可達≤10-4 Pa。。系統(tǒng)漏率：停泵關機12小時后保持真空度≤5Pa。

除上蓋大法蘭密封口、轉盤動密封、轉靶動密封、放樣室活門石英玻璃窗密封等采用氟橡膠圈密封外，其余各法蘭口均按超高真空系統(tǒng)設計，采用金屬密封。除上述密封法蘭口外，在真空室的四周共留有八個CF35、四個CF16的法蘭口，并配以相應的盲板。

4. 計算機控制鍍膜系統(tǒng)：

4.1 泵閥等開關量的控制

系統(tǒng)中所有泵、閥、照明等開關量的控制，都是手動控制實現(xiàn)的，采用一個按鈕來控制，例如機械泵：如果當前機械泵的狀態(tài)為停止，按下機械泵的按鈕，機械泵啟動，啟動后的狀態(tài)為綠色，再次按下此按鈕，機械泵停止，顏色為灰色。

4.2 加熱電源的控制

滿足加熱工藝條件下，先按下“加熱電源”按鈕，啟動加熱電源接觸器電路，然后可通過自動和手動兩種方式控制加熱電源。自動控溫是通過電腦軟件遠程設定溫度值實現(xiàn)自動加溫，在電腦軟件上的“設定溫度”窗口輸入要達到的目標溫度即可;手動控溫是通過SR93溫控表手動調節(jié)溫度輸出。注意：這里實現(xiàn)的自動控溫必須在遠程通訊狀態(tài)為ON時操作，手動控溫在通訊狀態(tài)為OFF下操作。按鈕操作都采用一鍵式操作方式控制。

4.3 流量計控制

流量計的操作采用遠程電腦軟件控制，想要修改閥狀態(tài)，點擊“閥狀態(tài)”顯示框，可一次切換閥狀態(tài)，從閥控——清洗——關閉——閥控依次循環(huán)，修改完閥狀態(tài)后，請切記點擊“設定閥狀態(tài)”按鈕，來完成閥狀態(tài)的設定。閥流量的設定方式同閥狀態(tài)的設定方式相同，先輸入閥的流量值，然后點擊“設定閥流量”按鈕。

4.4 工位旋轉控制

每次重新上電前，先點擊“回零”按鈕，讓電機回到原點，消除運行誤差，如果不啟動回位按鈕，系統(tǒng)無法啟動。回到零位后，可依次點擊相應的位置按鈕，電機會按鈕預先設定好為位置來運行。如果想修改各個工位的位置，或者旋轉速度，或者實現(xiàn)手動控制轉盤的轉動，可點擊“設定”按鈕，彈出設定窗口，在設定窗口中進行調節(jié)。

4.5 直流電源和射頻電源控制

每個真空室都有其對應的直流電源或者射頻電源，每個直流電源和射頻電源都有唯一的操作窗口，實現(xiàn)手段操作功能。

4.6膜厚儀的控制

啟動電源后，點擊離子束式窗口中的膜厚儀上的“啟動”按鈕，可啟動膜厚儀，實現(xiàn)膜厚儀數(shù)據(jù)采集功能，點擊“清零”按鈕，清空當前數(shù)值，停止數(shù)據(jù)采集功能。點擊“設定”按鈕，彈出設定窗口，在設定窗口上可設定相關的參數(shù)如材料密度、聲阻比率、比例因子。

4.7 濺射電源自動控制程序

濺射電源根據(jù)不同的真空室，設置了相應的靶，每個靶都可以獨立工作，根據(jù)不同的工位要求，可以分別選擇不同的工位和靶位相組合，而且可以獨立的設置其相應的濺射時間和鍍膜時間，如果需要循環(huán)控制的話，還可以設置循環(huán)次數(shù)實現(xiàn)循環(huán)控制。設置完參數(shù)后，按下“啟動”后，實現(xiàn)程序自動運行，程序按照預先設定好的工藝過程和工藝時間完成相應電源和工位的動作。如果程序工作過程中，需要停止工藝過程，按下“停止”按鈕即可。

5. 電源

1、RF射頻電源：N=500W f=13.56MHz 3臺

2、DC直流電源：N=1000W 2臺

3、直流偏壓電源：0-600V 1臺

4、樣品加熱溫控電源： 3臺

5、膜厚監(jiān)測儀： 1臺

6、總控制電源： 1臺

7、離子源電源： 2臺

8、分子泵電源： 3臺

9、流量顯示儀： 2臺

10、復合真空計： 3臺

11、計算機電源： 1臺

6.氣路系統(tǒng)：采用七路MFC質量流量控制器控制進氣，具體見系統(tǒng)真空示意圖。

7.水冷卻及水壓報警系統(tǒng)：系統(tǒng)配有水冷卻系統(tǒng)，用來對分子泵、磁控靶、四工位轉靶、腔體、膜厚儀等進行冷卻。在水路上安裝有水流繼電器，一旦缺水或水壓不足，將進行報警并切斷相應電源，以防止損壞設備。