金属反射层溅镀机的基本结构.docx

1、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 Swivel20001。金属反射层溅镀机的基本结构和溅镀原理H Media battery 水，气管路I Control box控制电箱J Operator terminal 操作面板L Swivel arm drive 腔内手臂马达M M-Drive for pivot arm 腔外手臂驱动器 N Gas dosing unit氩气流量调节阀O M-Drive for swivel arm 腔内手臂驱动器图1 Unaxis Swive

2、l2000 正面及背面A Pivot arm腔外手臂B Inner mask holder （只适用於Cube系列溅镀机） C Protective cover for sputter source 溅镀源保护盖D Turbo pump with control unit 分子帮连控制器E Catch固定装置F Roughing Pump 机械帮G Frame框架A图 2 Unaxis Swivel2000 及溅镀源真空腔 -载锁腔 Load Lock chamber, 主真空腔 Main chamber, 溅镀腔 Sputter chamber载锁腔是腔外手臂 PA与溅镀机主体的碟片传送界面

3、。在这腔内碟片会被抽真空至预真空 fore vacuum 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 high vacuum 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A Profibus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

4、。 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PAE origin位置感应器F PA 手掌（Load lock 上）G气缸及感应器（Load lock上）A气缸及感应器（主生产线运输带上） B PA手掌（主生产线运输带上）C PA驱动轴D 0/180位置感应器图8 PA手掌A气缸 C密封

5、圈B PA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A SA手掌B连接块C转轴D SA马达E压缩风口F origin位置感应器G 0/180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。HGA B CO E F图11控制电箱A PLC : CPUB PLC : I/O 模块C风扇D Handling信号连接口E保险丝F锁G电源接触器H电缆挡板I 48V分子帮变压电源J 24V变压电源PROFIBUS 与 PLC

6、 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Vr I 111 lpi l-n jVrivoMia-i lion 屮Bl 丄響0A BDa aClI UFTSWIVELI I fl iim j I I -： m Pi五 iTkni : 1 * 白1 2 niw iBMii ! Ca. E X . ! 2 mlkaiDoddE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 13 AE Pinnacle 电源L气动阀（bypass）M分子帮N电磁阀O电磁阀P电磁阀Q TPR真空探头R机

7、械帮S机械帮排气T油雾分隔器U回油阀SputteringVaint load lockTransport (RA)Disc-HandlingPump toad lockTransport (SA)图15运作示意图A溅镀源B靶材C等离子体D SA手掌（溅镀腔方向）E SA马达F主真空腔G SA 手掌（Load lock 方向）H载锁腔Load lockI PA 手掌（Load lock 方向）J PA手臂及马达K PA 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load lock的手掌把load lock及主真空 腔分隔。

8、2。 Load lock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

9、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

10、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。Av?Av?idAB G DEF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

11、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：ARQ900Sputtering rate8 nm/kWs12 nm/kW$20 nm/kW&MasksCuCu/StainlessCu/StainlessServiceable lufe330 kWh150 kWh100 kWhSputter voltage450-530V400-500 V500-650 VSputter power5-13 kW 2 5 kW 8kWPressure (argon)1 x 103 rrbar1 x 10*2 mba3

12、5 x 10 3 mbarRamp time0 $0 $1-1.3sDisk holder2 balls2 or 3 balls2 or 3 balls注：用ARQ900镀银必须安装 ARQ900S升级套装配件ARQ 920*GSputtering rate7-8 nm/kWs18 nm/kWs1718 nm/kWsMasksCu/StainlessCu/StainlessCu/StainlessServiceable life2 x20 kWh2 x 15 kWhSputter voltage450-500V400-500 V400-500VSputter powerApprox 2 kWA

13、pprox. 1.5 kWApprox 2 kWPressure (argon)1.2 x 10 3 mbar1.2 x 10 2 mbar5 x 10 3 mbarARQ930STarget materialAluAgTarget life400 kWh175 kWhMagnet system102103621102103622Mask materialCu /INOXCu / INOXUsed forCD, DVD 5 / 10 / 9 layer 1CD-R, DVD-RUniformity +/-6%7%Sputter rate new target7,5 nm/kWs21,5 nm/

14、kWsSputter rate used target4,7 nm/kWs14 nm/kWsSputter Voltage450 -510V540 -600VSputter powerdepending on thicknessApprox. 3.6 kWArgon pressure9.0x10E-4 mbar1.0 -2.0x10E-3 mbarProcess wait time/0.1 secRamp time/0.2 sec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

15、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Inner and outer mask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

16、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）Load lock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Load lock放气阀过滤 器L

17、oad lock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

18、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PA not in 0 7180 positi on1。 0 7180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 : lift sensor error at han dli ng side

19、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 : lift not up at han dli ng side1。 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 : lift not down at han dli ng side1。 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

20、: lift not up at load lock side1。 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 : lift not down at load lock side1。 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 han dli ng side : disk not loaded1。 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

21、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PA han dli ng side : disk not uni oaded1。 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Disk lost at han dli ng side1。 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

22、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Disk lost at load lock side1。 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Error I/O addressPLC信号输入/出模块故障更换模块Power supply : startup not ok1。 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。 PROFIB

23、US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 : time out data receive1。 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Cathode short circuit1。 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Plasma voltage too low1。 氩气供应不稳定2

24、。 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Plasma voltage too high1。 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 : output en able miss ingAE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 : Joules not reached1。 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mask3。 更换靶材4。 调节氩气流

25、量Arc alarm1。 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Presputtering not ok1。 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Cathode ope n溅镀源没关好关好溅镀源Tran sportati on stop主生产线上安全门没关好关好安全门Disk lost i n load lock1。 碟片掉进load lock2。 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

26、感应器SA lift not down comp. air miss ing1。 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SA 0 position after origi n not ok1。 0 7180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SA 0 position not ok0/180感应器调整不良或损坏检查，调整或更换感应器SA 180 position not ok0 7180感应器调整不良或损坏检查，调整或更换感应器PA 0 position aft

27、er origi n not ok1。 0 7180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 0 position not ok0 7180感应器调整不良或损坏检查，调整或更换感应器PA 180 position not ok0 7180感应器调整不良或损坏检查，调整或更换感应器PA : coated disk lost duri ng tran sport1。 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

28、真空管路泄漏4。 检查真空帮PA : non-sputtered disk lost duri ng tran sport1。 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Error han dli ng ide ntificati on1。 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Han dli ng not ready1。 空白碟片送至 PA低下但溅镀 机准备卸碟2。 没有” han dli ng at load/uni oadpositi on 信号1。 拿走空白片2。 检查信号Disk load executed missi ng