本發明涉及反應磁控濺射鍍膜領域，特別是涉及一種磁控濺射反應氣氛自反饋控制系統及其使用方法。

背景技術：

隨著現代工業技術的發展，化合物薄膜的應用領域越來越廣泛，薄膜的質量要求也愈加嚴苛。相對于化學氣相沉積法(CVD)制備化合物薄膜工藝，反應磁控濺射法因具備可操控性好、鍍膜溫度低、鍍膜質量穩定可靠等優點，已被廣泛應用于各類鍍膜領域。而反應磁控濺射中出現的遲滯效應(提高反應氣體流量，濺射速率大幅下降，原因是由于靶面形成了化合物層，即靶中毒)是該技術工藝運行不穩定的主要現象。所以，如何使靶面處于接近金屬模式的濺射狀態，從而保持高的濺射率，而在基片上又能夠獲得所要求化學配比的化合物薄膜并有較高沉積速率是反應磁控濺射技術需要解決的關鍵問題。由于反應濺射過程滯后效應的滯后區域非常窄，且易隨靶材和真空爐腔壁的表面狀態的變化而變化，因此，實際的最佳反應磁控濺射鍍膜工藝的確定及穩定仍非易事。多年來研究人員在這方面做了大量研究與嘗試，目前比較切實可行的解決方法主要有以下四種：1)阻塞反應氣體到達靶面；2)反應氣體的脈沖進氣；3)改變供電模式抑制靶中毒；4)反應濺射過程的閉環控制。以上前三種方法都有一定的局限性，而采用反應濺射過程的閉環控制相對更可靠和實用，因為當靶的工作狀態由金屬模式變為反應模式時，有許多工藝參數都將發生明顯的變化，因此，原則上許多工藝過程參數都可以用做反饋信號，例如靶電壓、靶電流、反應氣體分壓、濺射氣體總壓力、沉積速率、沉積膜的特性以及放電空間的等離子體發射光譜等，因為這些參數在遲滯曲線的拐點都會有明顯的變化。但實際上并不是上述所有參數都可以用來實現過程的精確控制，目前用的比較廣泛的是靶電壓反饋控制法和檢測反應氣體分壓的質譜法，采用放電空間特定的等離子體發射光譜強弱變化來對反應氣體進行控制的方法，即光發射監控法(optical emission monitor，OEM)，國內僅個別研究機構做過相關基礎研究，遠不具備生產應用條件。

技術實現要素：

本發明的目的在于，提供一種磁控濺射反應氣氛自反饋控制系統，通過對等離子體區中反應成分的控制，能夠控制所制備薄膜的成分、厚度以及均勻性等參數，從而提高鍍膜產品質量。

為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：

一種磁控濺射反應氣氛自反饋控制系統，由磁控濺射裝置和反饋控制裝置組成，磁控濺射裝置包括反應氣體存儲裝置和真空室，反應氣體存儲裝置通過導氣管和真空室連通，真空室內設有磁電管，磁電管上設有放電等離子體；反饋控制裝置由光探頭、光譜儀、控制器和電磁閥組成，光探頭位于所述真空室內，光譜儀通過光纖和光探頭相連，控制器和光譜儀電連接，控制器和電磁閥電連接。

前述的一種磁控濺射反應氣氛自反饋控制系統中，光譜儀包括單色儀和光電倍增器，光探頭和單色儀通過光纖相連，單色儀和光電倍增器通過光纖相連，光電倍增器和所述控制器電連接。具體的，所述電磁閥的型號為：ZCK。

作為其中一種較佳的實施方式，所述色譜儀具有顯示屏，通過顯示屏顯示所述采集到的光線的光強信號設定值、實際值、光電倍增器高壓輸出電壓值以及設定值與實際值的偏差，操作人員可以更加直觀的觀察到采集到的光線的相關參數、數據。

前述的一種磁控濺射反應氣氛自反饋控制系統中，所述控制器上具備串口RS232/485的通訊接口，以便于與計算機相連，通過計算機對控制器進行編程、控制等。

本發明還公開了前述一種磁控濺射反應氣氛自反饋控制系統的使用方法，用于控制反應磁控濺射法鍍膜時反應氣體的噴射速率，包括下述方法：通過光探頭采集真空室內濺射過程中發出的光線，光探頭將采集到的光線導向單色儀，單色儀將采集到的光線過濾成單色光；通過光電倍增器將單色光轉換放大為電信號，然后將所述電信號發送給控制器；控制器根據收到的電信號控制電磁閥開啟、關閉、增大開度或減小開度。

前述的一種磁控濺射反應氣氛自反饋控制系統的使用方法中，通過光譜儀的顯示屏顯示所述采集到的光線的光強信號設定值、實際值、光電倍增器高壓輸出電壓值以及設定值與實際值的偏差。

與現有技術相比，本發明通過對等離子體區中反應成分的控制，能夠控制所制備薄膜的成分、厚度以及均勻性等參數，提高鍍膜產品質量。能夠使反應濺射化合物薄膜的工藝維持在一個相對穩定的工作點上，工藝穩定性得到了大大改善，沉積速率也得到了提高。

附圖說明

圖1是本發明的一種實施例的結構示意圖；

圖2是控制器的前面板示意圖；

圖3是控制器的后面板示意圖；

圖4是顯示屏的示意圖。

附圖標記：1-反應氣體存儲裝置，2-電磁閥，3-放電等離子體，4-真空室，5-光纖，6-單色儀，7-光電倍增器，8-磁電管，9-控制器，10-光譜儀，11-光探頭。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的說明。

具體實施方式

本發明的實施例1：如圖1所示，一種磁控濺射反應氣氛自反饋控制系統，由磁控濺射裝置和反饋控制裝置組成，磁控濺射裝置包括反應氣體存儲裝置1和真空室4，反應氣體存儲裝置1通過導氣管和真空室4連通，真空室4內設有磁電管8，磁電管8上設有放電等離子體3；反饋控制裝置由光探頭11、光譜儀10、控制器9和電磁閥2組成，光探頭11位于所述真空室4內，光譜儀10通過光纖5和光探頭11相連，控制器9和光譜儀10電連接，控制器9和電磁閥2電連接。

光譜儀10包括單色儀6和光電倍增器7，光探頭11和單色儀6通過光纖5相連，單色儀6和光電倍增器7通過光纖5相連，光電倍增器7和所述控制器9電連接。

控制反應磁控濺射法鍍膜時反應氣體的噴射速率要求時間先對準確，如果延時過長則不會達到預期的效果，本實施例中，所述電磁閥2的型號為：ZCK。型號為ZCK的電磁閥反應時間夠快，所以產生的效果也相對較好。

如圖4所示，所述光譜儀10具有顯示屏，通過顯示屏顯示所述采集到的光線的光強信號設定值、實際值、光電倍增器高壓輸出電壓值以及設定值與實際值的偏差，操作人員可以更加直觀的觀察到采集到的光線的相關參數、數據。

顯示屏的顯示面板：SP為目標設定光強值；AP為實測光強值；高壓HV可通過HV旋鈕調節PMT增益；PV為OEM輸出到壓電閥的電壓值；RM代表計算機遠程控制；AUTO代表控制模式為自動控制；OEM裝置的Gain值用右下角“86”位置的數字表示，Reset值用右下角“133”位置的數字標示，不同OEM裝置的Gain和Reset值可能不同。液晶面板下方的圖形可顯示光強實際值與設定值的偏差方向。

所述控制器9上具備串口RS232/485的通訊接口，以便于與計算機相連，通過計算機對控制器進行編程、控制等。如圖2所示Power旋鈕：為該OEM控制器電源開關。Auto旋鈕：為控制模式選擇開關，Auto模式下正常工作，進入閉環調節。Local/Remote旋鈕：為本地/遠程模式開關，用于選擇本地手動控制還是計算機遠程控制，兩者只能選擇其中，選擇后另一種控制方式失效。SP旋鈕：本地模式下，用于手動設置光強值。HV旋鈕：用于調節光電倍增管PMT增益使得PMT輸出值，用于初始設定；Gain旋鈕：比例調節旋鈕，用于調節OEM裝置的系統偏差，一般設定好后，使用過程不可隨意調節。Reset旋鈕：積分調節旋鈕，用于改善OEM裝置的響應時間，一般設定好后，使用過程不可隨意調節。PIEZO按鈕：壓電閥發生粘滯而不能正常開啟時，可借助該按鈕產生脈沖信號，幫助粘滯壓電閥順利開啟。

如圖3所示，AC220V為帶保險絲的電源插座；RS232/485為DB9遠程通信插座，用于與計算機串口進行通信，用于OEM內部程序修改和升級；EP200為DB9光譜儀插座，用于連接光譜儀；PIZEO為TNC插座，用于連接壓電閥；Remote為DB9插座，用于與PLC控制接口連接，實現計算機遠程控制。

設計本發明的基本思路是將反應濺射作為負反饋控制回路中的一環，探測某個能夠反映濺射狀態的物理量Y，與設定為工作點的量相比較，得到的差分信號經PID電路處理后輸入控制單元，控制單元調節可以影響濺射狀態的物理量，起到控制濺射狀態的功能。

本發明還公開了一種磁控濺射反應氣氛自反饋控制系統的使用方法，用于控制反應磁控濺射法鍍膜時反應氣體的噴射速率，包括下述方法：通過光探頭11采集真空室4內濺射過程中發出的光線，光探頭11將采集到的光線導向單色儀6，單色儀6將采集到的光線過濾成單色光；通過光電倍增器7將單色光轉換放大為電信號，然后將所述電信號發送給控制器9；控制器9根據收到的電信號控制電磁閥2開啟、關閉、增大開度或減小開度。通過光譜儀10的顯示屏顯示所述采集到的光線的光強信號設定值、實際值、光電倍增器7高壓輸出電壓值以及設定值與實際值的偏差。