金属反射层溅镀机的基本结构.docx

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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

型号作解说

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

1。

金属反射层溅镀机的基本结构和溅镀原理

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氩气流量调节阀

OM-Driveforswivelarm腔内手臂驱动器

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

图2UnaxisSwivel2000及溅镀源

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

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。

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腔外手臂PA

Eorigin位置感应器

FPA手掌（Loadlock上）

G气缸及感应器（Loadlock上）

A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

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及驱动马达

ASA手掌

B连接块

C转轴

DSA马达

E压缩风口

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。

ABCOEF

图11控制电箱

APLC:

CPU

BPLC:

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

PROFIBUS与PLC相连。

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

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C^a.EX.■!

2mlkai

Dodd

E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。

图13AEPinnacle电源

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

Sputtering

Vaintloadlock

Transport（RA）

Disc-Handling

Pumptoadlock

Transport（SA）

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

GSA手掌（Loadlock方向）

H载锁腔Loadlock

IPA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

b.溅镀流程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load_lock上的PA手掌吸住load_lock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load_lock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。

Load_lock将没溅镀的碟片抽真空至~10E-1mbar。

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（RF_sputtering）。

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ZnS_Si02，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。

於靶材下的磁场会提高等离子体的一致性，因而改善溅镀层的厚度均匀性。

ABGDEF

图16阴极溅镀原理

A阴极

B靶材

C氩离子

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：

ARQ900

Sputteringrate

8nm/kWs

12nm/kW$

20nm/kW&

Masks

Cu/Stainless

Serviceablelufe

330kWh

150kWh

100kWh

Sputtervoltage

450-530V

400-500V

500-650V

Sputterpower

5-13kW

<25kW

<8kW

Pressure（argon）

1x10'3rrbar

1x10*2mba「

35x103mbar

Ramptime

1-1.3s

Diskholder

2balls

2or3balls

注：

用ARQ900镀银必须安装ARQ900S升级套装配件

ARQ920*G

Sputteringrate

7-8nm/kWs

18nm/kWs

17^18nm/kWs

Masks

Cu/Stainless

Serviceablelife

—

2x20kWh

2x15kWh

Sputtervoltage

450-500V

400-500V

Sputterpower

Approx2kW

Approx.1.5kW

Approx2kW

Pressure（argon）

1.2x103mbar

1.2x102mbar

5x103mbar

ARQ930S

Targetmaterial

Alu

Targetlife

400kWh

175kWh

Magnetsystem

102103621

102103622

Maskmaterial

Cu/INOX

Usedfor

CD,DVD5/10/9layer1

CD-R,DVD-R

Uniformity+/-

Sputterratenewtarget

7,5nm/kWs

21,5nm/kWs

Sputterrateusedtarget

4,7nm/kWs

14nm/kWs

SputterVoltage

450-510V

540-600V

Sputterpower

dependingonthickness

Approx.3.6kW

Argonpressure

9.0x10E-4mbar

1.0-2.0x10E-3mbar

Processwaittime

0.1sec

Ramptime

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手掌上的密圭寸圈

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

检杳或调节

冷却水压力，温度

客户端:

每周一次:

PROD

检杳或调节

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

检杳或较准

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

每两至二年一次

OFF

更换

机械帮/分子帮

帮

每两至二年一次

OFF

彻底检修

SA手臂波纹管，密封圈及轴封

SA手臂

每两至二年一次

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

PAnotin07180°position

1。

07180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:

liftsensorerrorathandlingside

1。

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:

liftnotupathandlingside

1。

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:

liftnotdownathandlingside

1。

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:

liftnotupatloadlockside

1。

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:

liftnotdownatloadlockside

1。

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:

disknotloaded

1。

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:

disknotunioaded

1。

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

Disklostathandlingside

1。

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

Disklostatloadlockside

1。

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/Oaddress

PLC信号输入/出模块故障

更换模块

Powersupply:

startupnotok

1。

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。

检杳终端设定

PS:

timeoutdatareceive

1。

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

Cathodeshortcircuit

1。

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

Plasmavoltagetoolow

1。

氩气供应不稳定

2。

氩气流里过冋

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

Plasmavoltagetoohigh

1。

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:

outputenablemissing

AE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:

Joulesnotreached

1。

系统泄漏（空气或水）

2。

Mask没放好

3。

靶材用完

4。

氩器流量太咼或太低

1。

检漏并排除

2。

检查mask

3。

更换靶材

4。

调节氩气流量

Arcalarm

1。

溅镀物料从mask或靶材掉进电极中间

2。

氩气流量太咼或太低

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

Presputteringnotok

1。

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

Disklostinloadlock

1。

碟片掉进loadlock

2。

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.airmissing

1。

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。

调较或更换感应器

1。

07180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^positionnotok

0°/180感应器调整不良或损坏

检查，调整或更换感应器

SA180°positionnotok

07180感应器调整不良或损坏

检查，调整或更换感应器

1。

07180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^positionnotok

07180感应器调整不良或损坏

检查，调整或更换感应器

PA180°positionnotok

07180感应器调整不良或损坏

检查，调整或更换感应器

PA:

coateddisklostduringtransport

1。

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-sputtereddisklostduringtransport

1。

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

Errorhandlingidentification

1。

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

Handlingnotready

1。

空白碟片送至PA低下但溅镀机准备卸碟

2。

没有”handlingatload/unioad

position信号

1。

拿走空白片

2。

检查信号

Diskloadexecutedmissing

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