[發(fā)明專利]一種用于磁控濺射工藝的電弧檢測(cè)及抑制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410012623.0
• 申請(qǐng)日: 2014-01-10
• 公開（公告）號(hào): CN103774105A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫強(qiáng);寧波;陳桂濤;黃西平;孫向東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/35
• 分類號(hào): C23C14/35;C23C14/54
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 李娜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于磁控濺射工藝的電弧檢測(cè)及抑制方法。

背景技術(shù)

磁控濺射技術(shù)作為一種沉積鍍膜方法，在工業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，如微電子、光學(xué)薄膜以及材料表面處理等。濺射過程中由于負(fù)載及環(huán)境存在大范圍的不斷變化，因而對(duì)電源的輸出性能有很高的要求，電源裝置的穩(wěn)定性和可靠性能否適應(yīng)以上變化而提供良好的濺射條件，嚴(yán)重影響薄膜的質(zhì)量。

尤其是濺射過程中由于陰極上電荷的積累，不可避免地在靶（即“陰極”）和陽極之間形成電弧，形成后的電弧如果不能及時(shí)得到抑制，容易造成膜層缺陷，影響膜層均勻性，并在表面出現(xiàn)斑點(diǎn)針孔等，嚴(yán)重時(shí)將被迫中斷生產(chǎn)甚至損壞電源。因此，為保證鍍膜質(zhì)量，就必須盡快檢測(cè)并及時(shí)消除弧光。

目前已經(jīng)存在許多電弧的檢測(cè)方法，使用最多的是電流或（和）電壓的電弧檢測(cè)判別方法，待檢測(cè)到的電流或（和）電壓超過所設(shè)定判別值，即認(rèn)為電弧產(chǎn)生，該方法雖然理論上可行，但在實(shí)際中對(duì)于輕微放電的微型電弧的檢測(cè)，由于其產(chǎn)生往往伴隨著較大電壓降落和較小的電流上升，故采用電流檢測(cè)方法易導(dǎo)致漏檢測(cè)，造成被濺射材料表面出現(xiàn)瑕疵，往往微型電弧的出現(xiàn)預(yù)示著大型電弧的產(chǎn)生；對(duì)于一些對(duì)設(shè)備和工藝危害大的大型電弧，會(huì)伴隨著瞬間電流的突升產(chǎn)生，采用電壓檢測(cè)方法不能及時(shí)檢測(cè)到電弧的產(chǎn)生，延遲保護(hù)動(dòng)作，造成對(duì)工藝及設(shè)備的嚴(yán)重影響。這些方法的不足之處，直接影響了鍍膜的效率和質(zhì)量。

在公開號(hào)為CN1987490的專利公開的方法中：在每個(gè)周期固定時(shí)間點(diǎn)采樣信號(hào)（電壓或電流）與參考值進(jìn)行比較，當(dāng)采樣信號(hào)超過參考值時(shí)，即認(rèn)為電弧產(chǎn)生，該方法雖然可以提高檢測(cè)精度，但是主要針對(duì)交流濺射的電弧檢測(cè)，且需要專門的硬件電路配合，不適用于直流和脈沖多種輸出的濺射電源的檢測(cè)。

在公開號(hào)為CN101983255A的專利公開的方法中：通過對(duì)磁控濺射工藝中等離子體負(fù)載阻抗或?qū)Ъ{等電特性的監(jiān)控來進(jìn)行電弧檢測(cè)，該方法雖然可以準(zhǔn)確地檢測(cè)到電弧，避免使用dU/dt和dI/dt檢測(cè)時(shí)帶來的影響，但是由于濺射工藝的多樣性使得等離子體阻抗或?qū)Ъ{的變化范圍較大，難以界定阻抗或?qū)Ъ{值的范圍，適應(yīng)性較差。

對(duì)于檢測(cè)到的電弧，一類方法是簡(jiǎn)單地通過關(guān)閉電源來實(shí)現(xiàn)，直到電弧消失后再重新上電。如在公開號(hào)為CN102315073A的專利公開的方法中：電源在識(shí)別到電弧時(shí)，暫時(shí)中斷到靶的交流以抑制從靶延伸的電弧，之后再重新施加交流到靶，雖然該方法可以有效抑制持續(xù)產(chǎn)生的電弧，但是簡(jiǎn)單地關(guān)閉電源的同時(shí)也喪失了工藝區(qū)間，嚴(yán)重地影響了鍍膜速率。

另一類方法是通過增加硬件電路，比如在電路輸出端加上滅弧裝置電路，該類滅弧裝置多是利用電感在沖激源產(chǎn)生瞬間，相當(dāng)于開路來抑制其對(duì)直流供電電源的干擾，以及電容在沖激源產(chǎn)生瞬間相當(dāng)于短路來吸收沖激電流以達(dá)到及時(shí)滅弧的效果。如在公開號(hào)為CN102315073A的專利公開中：通過所述的脈沖電路，包括一個(gè)儲(chǔ)能電容和一個(gè)通過開關(guān)裝置串聯(lián)的電感，在檢測(cè)到電弧現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，將脈沖電路與等離子體負(fù)載斷開以及將高峰值功率脈沖存儲(chǔ)的電感能量循環(huán)回到儲(chǔ)能電容，從而將電弧導(dǎo)致的危害最小化，使用該方法需要強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)于不同的靶材，雖然電路原理和結(jié)構(gòu)是一致的，但所匹配的電感和電容卻是不一樣的，不合理的匹配甚至?xí)鸬椒醋饔茫灰虼耍枰ㄟ^實(shí)驗(yàn)手段得到匹配數(shù)據(jù)從而建立滅弧裝置，不適用于經(jīng)常更換靶材或在未知特性的靶材的濺射中使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于磁控濺射工藝的電弧檢測(cè)及抑制方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)條件下各個(gè)檢測(cè)方法局限性大，適應(yīng)性不足的問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種用于磁控濺射工藝的電弧檢測(cè)及抑制方法，按照以下步驟具體實(shí)施：

步驟1：由電壓霍爾傳感器和電流霍爾傳感器實(shí)施對(duì)磁控濺射電源負(fù)載電壓和負(fù)載電流的采樣，采用電壓電流共同變化閾值檢測(cè)方法作為電弧檢測(cè)判定依據(jù)，如果判定沒有電弧，則維持當(dāng)前狀態(tài)；當(dāng)檢測(cè)到電弧時(shí)，進(jìn)入步驟2中進(jìn)行滅弧處理；

步驟2：由磁控濺射電源控制器對(duì)步驟1中所檢測(cè)到的電弧進(jìn)行抑制。

本發(fā)明的有益效果是：將電壓電流共同變化閾值作為電弧檢測(cè)判定依據(jù)，能夠?qū)ξ⑿碗娀『痛笮碗娀∵M(jìn)行監(jiān)控和檢測(cè)，更可靠、更高效、更全面地檢測(cè)電弧的出現(xiàn)，彌補(bǔ)現(xiàn)有電弧檢測(cè)方法低效率、容易漏檢測(cè)的缺陷；根據(jù)對(duì)檢測(cè)到的電弧數(shù)目的統(tǒng)計(jì)，選擇通過降低輸出電壓幅值或強(qiáng)行對(duì)靶（“陰極”）進(jìn)行清洗來進(jìn)行電弧抑制處理。

附圖說明

圖1是本發(fā)明電弧檢測(cè)及抑制方法的工作流程框圖；