[發明專利]矩形樣品磁控濺射儀運動控制裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 200710158573.7
• 申請日: 2007-11-28
• 公開（公告）號: CN101451233A
• 公開（公告）日: 2009-06-10
• 發明（設計）人: 耿達;戚暉;張軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽科學儀器研制中心有限公司
• 主分類號: C23C14/54
• 分類號: C23C14/54;G05B19/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 許宗富

技術領域

本發明涉及一種材料科學領域中的磁控濺射運動控制系統，具體地說 是一種矩形樣品磁控濺射儀運動控制裝置及其控制方法。

背景技術

磁控濺射技術是在物理科學、材料科學領域中已廣泛使用的實驗和生 產的表面改性技術。所謂“濺射”就是用荷能粒子(通常用氣體正離子). 轟擊物體，引起物體表面原子從母體中溢出的現象。磁控濺射，是在建設 的環境中加入磁場，利用磁場的洛倫茲力束縛陰極靶表面電子運動，導致 轟擊靶材的高能離子增多和轟擊基片的高能電子減少，使鍍膜過程具有低 溫、高速等特點。但因為實驗環境的苛刻，工藝的摸索和實現人工調控復 雜繁瑣，效率低，尤其是矩形樣品成膜的均勻性，更是難以控制，僅憑經 驗粗略地對濺射時間和基片運動進行控制同樣是不科學的。另外，現在的 運動控制板卡均為PCI接口或者ISA接口，安裝和攜帶都很不靈活。

發明內容

為了克服以上不足，本發明要解決的技術問題是提供一種均勻性好、 安裝和攜帶靈活的矩形樣品磁控濺射儀運動控制裝置及其控制方法。

為解決上述問題，本發明采用的技術方案是：

本發明裝置具有工業控制計算機及運動執行機構，在工業控制計算機 及運動執行機構之間設有運動控制卡，其接收運動執行機構的反饋信號， 并向運動執行機構發送控制信號，運動控制卡通過USB接口與工業控制計 算機進行通訊連接，運動控制卡中存有運動控制的基本函數；工業控制計 算機存有控制程序。

所述運動控制卡包括單片機及運動控制模塊，單片機的讀寫信號、數 據信號、地址信號及片選信號與運動控制模塊相連，運動控制模塊通過驅 動電路或光電隔離電路與運動執行機構相連；單片機通過USB接口與工業 控制計算機進行數據通訊；所述運動執行機構包括樣品轉盤自轉步進電機、 樣品轉盤公轉步進電機以及樣品轉盤提升步進電機。

本發明方法包括以下步驟：

開始，進行初始化操作；進入等待及狀態顯示界面，同時開線程進行 報警檢測；用戶在顯示界面上手動設置系統狀態參數；控制代碼的設定， 將用戶設置的代碼轉換成運動控制卡能夠識別的運動函數；控制程序是否 按控制代碼自動運行以及運行結束后樣品狀態設定；選擇是，則開線程運 行系統并實時顯示；程序結束運行。

當選擇控制程序不按控制代碼自動運行時，回到等待及狀態顯示步驟。

所述用戶在顯示界面上手動設置系統狀態參數包括系統狀態設置以及 自動運行代碼設置，其中系統狀態設置包括樣品位置、樣品在運行中位置 偏差的修正、樣品名稱、形狀、樣品轉盤提升速度、樣品轉盤公轉速度、 樣品轉盤自轉速度、樣品需要鍍膜部分的長度以及某樣品對應的某靶位； 自動運行代碼設置包括樣品在各靶位的停留時間T、樣品在該靶位前的動作 級狀態；

運行結束后狀態設定包括：本次實驗要操作的樣品，實驗結束后該樣 品停留的位置。

所述將用戶設置的代碼轉換成運動控制卡能夠識別的運動函數具體 為：

樣品轉盤提升步進電機驅動器的脈沖頻率F_1Plus由以下公式轉換：

F_1Plus＝N₁×V₁×I₁/(L×60)+η₁

其中N₁為樣品轉盤提升步進電機完成一轉所需要的脈沖數，V₁為用 戶設定的樣品轉盤提升速度，I₁為升降機構的減速比，L為步進電機完成 一轉機構提升或降低的行程，η₁為升降裝置的誤差補償；

樣品轉盤公轉步進電機驅動器的脈沖頻率F_2Plus由以下公式轉換：

F_2Plus＝N₂×V₂×I₂/60+η₂

其中N₂為樣品轉盤公轉步進電機完成一轉所需要的脈沖數，V₂為樣 品轉盤公轉速度，I₂為公轉機構的減速比，η₂為公轉機構的誤差補償；

樣品轉盤提升步進電機驅動器的脈沖頻率F_3Plus由以下公式轉換：