金属反射层溅镀机的基本结构

金属反射层溅镀机的基本结构

及主要工艺参数和故障排除苏立诚注：因Unaxis溅镀机型号繁多，本文主要针对现时市场上流行的Swivel2000型号作解说1。金属反射层溅镀机的基本结构和溅镀原理a基本结构图1图1UnaxisSwivel2000正面及背面APivotarm腔外手臂BInnermaskholder（只适用於Cube系列溅镀机）CProtectivecoverforsputtersource溅镀源保护盖DTurbopumpwithcontrolunit分子帮连控制器ECatch固定装置FRoughingPump机械帮GFrame框架HMediabattery水，气管路IControlbox控制电箱JOperatorterminal操作面板LSwivelarmdrive腔内手臂马达MM-Driveforpivotarm腔外手臂驱动器NGasdosingunit氯气流量调节阀OM-Driveforswivelarm腔内手臂驱动器图2UnaxisSwivel2000及溅镀源APivotarm腔外手臂APivotarm腔外手臂BInnermaskholder（只适用於Cube系列溅镀机）KPKRvacuumgauge高真空探头MM-Driveforpivotarm腔外手臂驱动器NGasdosingunit氯气流量调节阀OM-Driveforswivelarm腔内手臂驱动器PAdaptorflange冷却法兰QOutermask（只适用於Cube系列溅镀机）RTarget（只适用於Cube系列溅镀机）SSputtersourceARQ190（只适用於Cube系列溅镀机）真空腔-载锁腔LoadLockchamber,主真空腔Mainchamber,溅镀腔Sputterchamber-载锁腔是腔外手臂PA与溅镀机主体的碟片传送界面。在这腔内碟片会被抽真空至预真空forevacuum~10E-2mbar范围。-主真空腔含腔内手臂SA，此手臂将碟片来回传送於载锁腔与溅镀腔之间。在这腔内碟片会被抽真空至高真空highvacuum~10E-4mbar范围。-溅镀腔含溅镀源。在这腔内利用溅镀原理（氩气作工艺气体），碟片会被镀上反光薄膜。真空帮-含一机械帮（二级旋叶式）及一分子帮。机械帮为载锁腔产生预真空，并作为分子帮的前置帮。分子帮固定在主真空腔上，用於产生高真空。图3机械帮 图4分子帮A旋叶式机械帮B油雾分隔器AProfibusA旋叶式机械帮B油雾分隔器AProfibus模块 C分子帮B电子驱动单元 D水冷部件真空探头-PKR探头测量主真空腔内的真空度。TPR探头测量机械帮进气口的真空度。水，气管路-含电磁阀，单向阀，冷却水流量计等，为溅镀机输送冷却水，压缩风及氩气。图5水，气管路溅镀源-含溅镀靶材。在溅镀过程中，靶材表面的物质会被转移并覆盖於碟片上。图6最新型号ARQ930S/ARQ931溅镀源及银靶材（已溅镀180，000张60nm的CD-R）腔外手臂PA-将碟片来回传送於溅镀机（载锁腔）与主生产线（输送带）之间。PA由驱动器M-Drive控制及带动。PA手掌含吸盘把碟片吸住。图7图7腔外手臂PAA气缸及感应器（主生产线运输带上）BPA手掌（主生产线运输带上）CPA驱动轴D0/180位置感应器Eorigin位置感应器FPA手掌（Loadlock上）G气缸及感应器（Loadlock上）图8PA手掌A气缸 C密封圈BPA手掌 D吸盘

腔内手臂SA-将碟片来回传送於载锁腔与溅镀腔之间。SA由驱动器M-Drive控制及带动。图9腔内手臂SA图9腔内手臂SA及驱动马达ASA手掌B连接块C转轴DSA马达Forigin位置感应器G0/180位置感应器图10马达控制及驱动器M-Drive控制电箱-含所有用以运作溅镀机的电及电子元件：可编程逻辑控制器PLC,变压电源，保险丝，继电器等。图11图11控制电箱APLC：CPUBPLC：I/O模块C风扇DHandling信号连接口E保险丝F锁G电源接触器H电缆挡板I48V分子帮变压电源J24V变压电源操作面板-图像化操作界面用以控制及操作溅镀机。操作面板通过PROFIBUS与PLC相连。DDDDDraGEE数字按键F操作模式按键G操作模式指示灯图12操作面板A显示屏B指示灯C按键D功能按键AE溅镀电源-为溅镀源提供电流，可被放置於主生产线内。L气动阀L气动阀（bypass）M分子帮N电磁阀O电磁阀P电磁阀QTPR真空探头R机械帮S机械帮排气T油雾分隔器U回油阀图13AEPinnacle电源图14真空部局图A空气过滤器B电磁阀（loadlock放气）CLoadlock腔D氯气供应E氯气调压阀F电磁阀（氯气）G溅镀腔H主真空腔IPKR高真空探头J空气过滤器K电磁阀（溅镀腔放气）Spott@riing图15运作示意图A溅镀源B靶材C等离子体DSA手掌（溅镀腔方向）ESA马达F主真空腔b.溅镀流程GSA手掌（Loadlock方向）H载锁腔LoadlockIPA手掌（Loadlock方向）JPA手臂及马达KPA手掌（Handling方向）L主生产线上气缸1。 SA手臂伸出，在溅镀腔的手掌（碟片）开始溅镀，在loadlock的手掌把loadlock及主真空腔分隔。2。 Loadlock开始放气（泄真空）。3。 於loadlock上的PA手掌吸住loadlock内已溅镀的碟片，并升起；同时，於handling（主生产线输送带）上的PA手掌吸住输送带上没溅镀的碟片并升起。PA手臂旋转180度。4。 於loadlock上的PA手掌放下并将没溅镀的碟片交到SA手掌；同时，於handling的PA手掌放下并将已溅镀的碟片交到输送带。5。 Loadlock将没溅镀的碟片抽真空至~10E1mbar。同一时间，溅镀腔内的碟片已被溅镀。6。 SA手臂缩下并旋转180度。7。 SA手臂伸出，下一溅镀周期开始。

c.溅镀原理溅镀是通过离子碰撞而获得薄膜的一种工艺，主要分为两类：阴极溅镀(Cathode|sputtering)和射频溅镀(RFsputtering)。阴极溅镀一般用于溅镀导体如铝(Alu)，银(Ag)或半导体如硅(Si)。射频溅镀一般用于溅镀非导体如ZnJSiO2,GeSbTe(RW格式用镀层)。要实行阴极溅镀所须的环境：-高真空以减少氧化物的产生-惰性工艺气体，通常为氩气-电场一通常靶材为阴极，碟片为阳极-冷却水用以带走溅镀时所产生的高热・磁场溅镀过程将溅镀腔抽真空至~10E-4mbar范围・注入氩气到溅镀腔至~10E-3mbar范围・於靶材和碟片之间施以几百伏特的直流电压-氩气原子於电场中被离子化，产生氩离子及自由电子因电场关系，氩离子向阴极(靶材)加速，自由电子向阳极加速被加速的氩离子和自由电子撞向其他氩原子，因动能传移，使更多的氩原子被离子化。・这过程一直持续，最后产生雪崩现象，等离子体持续自行放电。・大量氩离子撞击靶材表面，氩离子的动能转移至靶材原子，一部份转化成靶材原子的动能，一部份转化为热。因此靶材必须用冷却水冷却。・当靶材原子获得足够动能，它们会脱离靶材表面并自由地於溅镀腔内移动，最后覆盖於碟片及其他表面。图16阴极溅镀原理A阴极B图16阴极溅镀原理A阴极B靶材C氯离子D靶材游离分子E自由电子F镀层G碟片H碟片输送部件(阳极)2。金属反射层溅镀机的主要工艺参数因应不同的溅镀源型号，工艺参数亦有所不同。以下列出市场上较常见的几种溅镀源及其参考参数:ARQ900TargetmaterialAlCDgoldAgSputteringrate8nm/kWs12nrn/KWs20nm/KWsMasksCuCu/StainlessCu/StainlessServiceablelife330kWh150kWh100kWhSputtervoltage450-530V400-500V500-650VSputterpower5-13kW<2.5kW<8kWPressure(argon)1x10'3mbar1x10'2mbar3.5x10^3mbarRamptimeOs0s1-1.3sDiskholder2balls2or3balls2or3balls注：用ARQ900镀银必须安装ARQ900S升级套装配件ARQ920-GTargetmaterialAlAuAgSputteringrate7-8nm/kWs18nm/kWs17-18nm/kWsMasksCu/Stainless□□^StainlessCu/StainlessServiceablelife—2x20kWh2x15kWhSputtervoltage450-500V400-500V400-500VSputterpowerApprox.2kWApprox.1.5kWApprox.2kWPressure(argon)1.2x10'3mbar1.2x1Q'2mbar5'：：、10'3mbar

ARQ930STargetmaterialAluAgTargetlife400kWh175kWhMagnetsystem102103621102103622MaskmaterialCu/INOXCu/INOXUsedforCD,DVD5/10/9layer1CD-R,DVD-RUniformity+/-6%7%Sputterratenewtarget7,5nm/kWs21,5nm/kWsSoutterrateusedtarget4,7nm/kWs14nm/kWsSputterVoltage450-510V540-600VSoutterpowerdependingonthicknessApprox.3.6kWArgonpressure9.0x10E-4mbar1.0-2.0x10E-3mbarProcesswaittime/0.1secRamptime/0.2sec注：因应不同硬件/环境条件，如真空泄漏，氩气纯度过低，冷却水品质不理想，以上工艺参数须作相应调整。另外，因应不同工艺，如所需镀层较厚，工艺参数亦须作相应调整。

3。金属反射层溅镀机的故障排除因溅镀工艺相对比较复杂，故必须对溅镀机进行定期维护，以确保其运作稳定。以下是些日常维护项目：须作维护的部件位置维护频率维护时的模式维护项目Innerandoutermask溅镀源每天数次（按溅镀厚度及mask装况而定）TMC更换及清洗，喷沙靶材溅镀源每天一次TMC检查或更换靶材固定圈溅镀源每次更换mask时TMC更换及清洗冷却水柱金属圈（ARQ900）溅镀源每次更换mask时TMC更换及清洗PA及SA手掌上的密封圈PA及SA手掌每天一次OFF清洁或更换机械帮油机械帮每周一次PROD/OFF检查或更换氩气供应压力客户端每周一次PROD检查或更换压缩风压力客户端每周一次PROD检查或调节冷却水压力，温度客户端每周一次PROD检查或调节冷却水过滤器客户端每周一次PROD检查或更换溅镀源开合装置溅镀源每周一次TMC/OFF检查或调较溅镀源冷却钢片（ARQ900，ARQ930S）溅镀源每周一次TMC检查或更换PKR/TPR真空探头主真空腔/机械帮每周一次OFF/PUMP检查，清洁及较准碟片感应器（Swivel98或更前型号）Loadlock每周一次OFF/PUMP检查，清洁及较准吸碟片感应器电磁阀每周一次OFF/PUMP检查或较准PA手掌吸盘PA手掌每周一次OFF/PUMP检查或更换Loadlock放气阀过滤器Loadlock每周一次OFF/PUMP检查或更换冷却水流量计水，气管路每周一次OFF/PUMP检查堵塞PA缓冲胶粒PA手掌每月一次OFF/PUMP检查或更换冷却水过滤网水，气管路每月一次或数次（视乎冷却水洁净度）OFF清洁冷却水喉及接头所有每月一次OFF/PUMP检查泄漏堵塞，或老化冷却盆溅镀源每季或半年一次（视乎冷却水洁净度）OFF检查堵塞或清洁机械帮油机械帮每季一次OFF更换SA手掌碟片固定珠手掌每季一次OFF清洁或更换油雾分隔器机械帮每年一次OFF更换分子帮油瓶分子帮每年一次OFF更换密封圈所有每年一次OFF更换PLC备用电池PLC每两至三年一次OFF更换机械帮/分子帮帮每两至三年一次OFF彻底检修SA手臂波纹管，密封圈及轴封SA手臂每两至三年一次OFF更换注：跟据不同的溅镀机型号，溅镀源型号，所须的维护会有所不同。维护频率亦因使用情况，环境因数而有所不同。以上列表只供参考，用户须查看随机使用手册以获得更详尽及合适资料（如具体维护步骤等）。

以下是溅镀机常见的故障及排除:故障报警可能原因排除建议PAnotin0°/180°position1。 0。/180。感应器调整不良或损坏2。 PA手臂offset位置不准1。 检查，调整或更换感应器2。 较准(Teach)PA驱动器PA：liftsensorerrorathandlingside1。 PA手掌气缸损坏2。 PA气缸感应器调整不良或损坏3。 碟片卡住1。 更换气缸2。 检查，调整或更换感应器3。 拿走碟片，手动操作检查气缸动作PA：liftnotupathandlingside1。 PA气缸感应器调整不良或损坏2。 压缩风没供应或压力不足3。 电磁阀损坏1。 检查，调整或更换感应器2。 检查压缩风供应3。 检查或更换电磁阀PA：liftnotdownathandlingside1。 PA气缸感应器调整不良或损坏2。 压缩风没供应或压力不足3。 电磁阀损坏1。 检查，调整或更换感应器2。 检查压缩风供应3。 检查或更换电磁阀PA：liftnotupatloadlockside1。 PA气缸感应器调整不良或损坏2。 压缩风没供应或压力不足3。 电磁阀损坏1。 检查，调整或更换感应器2。 检查压缩风供应3。 检查或更换电磁阀PA：liftnotdownatloadlockside1。 PA气缸感应器调整不良或损坏2。 压缩风没供应或压力不足3。 电磁阀损坏1。 检查，调整或更换感应器2。 检查压缩风供应3。 检查或更换电磁阀PAhandlingside：disknotloaded1。 吸盘损坏或弄脏2。 吸碟感应器没调好或损坏3。 没有碟片4。 吸碟真空管路不紧5。 吸碟真空帮没油或故障1。 检查，清洁或更换吸盘2。 检查，调较或更换感应器3。 重放碟片4。 检查真空管路泄漏5。 检查真空帮PAhandlingside：disknotunloaded1。 吸盘损坏或弄脏2。 吸碟感应器没调好或损坏3。 没有碟片4。 吸碟真空管路不紧5。 吸碟真空帮没油或故障1。 检查，清洁或更换吸盘2。 检查，调较或更换感应器3。 重放碟片4。 检查真空管路泄漏5。 检查真空帮Disklostathandlingside1。 吸盘损坏或弄脏2。 吸碟感应器没调好或损坏3。 没有碟片4。 吸碟真空管路不紧5。 吸碟真空帮没油或故障1。 检查，清洁或更换吸盘2。 检查，调较或更换感应器3。 重放碟片4。 检查真空管路泄漏5。 检查真空帮Disklostatloadlockside1。 吸盘损坏或弄脏2。 吸碟感应器没调好或损坏3。 没有碟片4。 吸碟真空管路不紧5。 吸碟真空帮没油或故障1。 检查，清洁或更换吸盘2。 检查，调较或更换感应器3。 重放碟片4。 检查真空管路泄漏5。 检查真空帮ErrorI/OaddressPLC信号输入/出模块故障更换模块Powersupply：startupnotok1。 输入电源开关没开2。 PLC及AE溅镀电源之间的通讯没起动3。 PROFIBUS电缆故障4。 PROFIBUS电缆终端设定错误1。 检查电源开关2。 选择PUMP，再选择PROD模式3。 检查电缆及接头4。 检查终端设定

PS：timeoutdatareceive1。 AE溅镀电源没确定数据接收2。 PLC与AE溅镀电源连接中断3。 PROFIBUS通讯中断1。 打开AE溅镀电源输出开关2。 检查PROFIBUS电缆3。 检查PLC上BUSF指示灯

故障报警可能原因排除建议Cathodeshortcircuit1。 溅镀物料从mask或靶材掉进电极中间2。 AE溅镀电源故障1。 清理溅镀源2。 更换AE溅镀电源Plasmavoltagetoolow1。 氩气供应不稳定2。 氩气流量过高3。 系统真空泄漏1。 检查氩气供应2。 调节氩气流量3。 真空检漏Plasmavoltagetoohigh1。 氩气供应不稳定2。 氩气流量过低3。 系统真空泄漏1。 检查氩气供应2。 调节氩气流量3。 真空检漏并排除Pinnacle：outputenablemissingAE溅镀电源上高电压输出没促发检查AE溅镀电源上OUTPUT指示灯（在输出时必须亮）Pinnacle：Joulesnotreached1。 系统泄漏（空气或水）2。 Mask没放好3。 靶材用完4。 氩器流量太高或太低1。 检漏并排除2。 检查mask3。 更换靶材4。 调节氩气流量Arcalarm1。 溅镀物料从mask或靶材掉进电极中间2。 氩气流量太高或太低3。 系统泄漏（空气或水）1。 清理溅镀源2。 调节氩气流量3。 检漏并排除Presputteringnotok1。 预溅镀没於设定时间内完成2。 靶材表面氧化，不良3。 系统泄漏（空气或水）1。 重选PROD模式2。 检查靶材3。 检漏并排除Cathodeopen溅镀源没关好关好溅镀源Transportationstop主生产线上安全门没关好关好安全门Disklostinloadlock1。 碟片掉进loadlock2。 碟片感应器没调好或损坏1。 查看并拿走碟片2。 调较或更换感应器SAliftnotdowncomp.airmissing1。 压缩风没供应或压力过低2。 压力感应器没调好或损坏1。 检查压缩风供应2。 调牧或更换感应器SA0°positionafteroriginnotok1。 0°/180°感应器调整不良或损坏2。 SA手臂offset位置不准1。 检查，调整或更换感应器2。 较准（Teach）SA驱动器SA0°positionnotok0°/180°感应器调整不良或损坏检查，调整或更换感应器SA180°positionnotok0°/180°感应器调整不良或损坏检查，调整或更换感应器PA0°positionafteroriginnotok1。 0°/180°感应器调整不良或损坏2。 PA手臂offset位置不准1。 检查，调整或更换感应器2。 较准（Teach）PA驱动器PA0°positionnotok0°/180°感应器调整不良或损坏检查，调整或更换感应器PA180°positionnotok0°/180°感应器调整不良或损坏检查，调整或更换感应器PA：coateddisklostduringtransport1。 吸盘损坏或弄脏2。 吸碟感应器没调好或损坏3。 吸碟真空管路不紧4。 吸碟真空帮没油或故障1。 检查，清洁或更换吸盘2。 检查，调较或更换感应器3。 检查真空管路泄漏4。 检查真空帮PA：non-sputtereddisklostduringtransport1。 吸盘损坏或弄脏2。 吸碟感应器没调好或损坏3。 吸碟真空管路不紧4。 吸碟真空帮没油或故障1。 检查，清洁或更换吸盘2。 检查，调较或更换感应器3。 检查真空管路泄漏4。 检查真空帮Errorhandlingidentification1。 主生产线handling信号错误2。 Handling信号接触不良1。 检查信号2。 检查信号接头

故障报警可能原因排除建议Handlingnotready1。 空白碟片送至PA低下但溅镀机准备卸碟2。 没有”handlingatload/unloadposition“信号1。 拿走空白片2。 检查信号Diskloadexecutedmissing1。 没有”diskloadexecuted"信号2。 碟片没被PA拿起1。 检查信号2。 检查溅镀机与主生产线间的定位Diskunloadexecutedmissing1。 没有”diskunloadexecuted“信号2。 碟片没被主生产线卸走1。 检查信号2。 检查溅镀机与主生产线间的定位Diskconfirmedexecutedmissing1。 没有主生产线至溅镀及的反馈信号2。 吸盘损坏或弄脏3。 吸碟感应器没调好或损坏1。 检查信号2。 检查，清洁或更换吸盘3。 检查，调较或更换感应器Errorpowerturbopump1。 分子帮电源中断2。 分子帮断电器促发1。 检查电源线2。 重开断电器Turbospeednotok1。 真空泄漏2。 分子帮故障3。 前置帮故障1。 真空检漏2。 更换分子帮3。 换油或更换前置帮Noturbowater1。 分子帮没冷却水2。 冷却水流量计错误1。 检查冷却水供应2。 检查堵塞，清洁或更换流量计Cathodewaternotok1。 溅镀源没冷却水2。 冷却水流量计错误3。 电磁阀故障1。 检查冷却水供应2。 检查堵塞，清洁或更换流量计3。 清洁或更换电磁阀Waterleakincathode溅镀腔冷却钢片漏水更换钢片M_CHsetpointSP1notreached1。 真空泄漏2。 真空设点SP1设定错误3。 真空帮不正常1。 真空检漏2。 检查设点3。 检查或更换真空帮Forevacu