[发明专利]矩形样品磁控溅射仪运动控制装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料科学领域中的磁控溅射运动控制系统，具体地说 是一种矩形样品磁控溅射仪运动控制装置及其控制方法。

背景技术

磁控溅射技术是在物理科学、材料科学领域中已广泛使用的实验和生 产的表面改性技术。所谓“溅射”就是用荷能粒子(通常用气体正离子). 轰击物体，引起物体表面原子从母体中溢出的现象。磁控溅射，是在建设 的环境中加入磁场，利用磁场的洛伦兹力束缚阴极靶表面电子运动，导致 轰击靶材的高能离子增多和轰击基片的高能电子减少，使镀膜过程具有低 温、高速等特点。但因为实验环境的苛刻，工艺的摸索和实现人工调控复 杂繁琐，效率低，尤其是矩形样品成膜的均匀性，更是难以控制，仅凭经 验粗略地对溅射时间和基片运动进行控制同样是不科学的。另外，现在的 运动控制板卡均为PCI接口或者ISA接口，安装和携带都很不灵活。

发明内容

为了克服以上不足，本发明要解决的技术问题是提供一种均匀性好、 安装和携带灵活的矩形样品磁控溅射仪运动控制装置及其控制方法。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

本发明装置具有工业控制计算机及运动执行机构，在工业控制计算机 及运动执行机构之间设有运动控制卡，其接收运动执行机构的反馈信号， 并向运动执行机构发送控制信号，运动控制卡通过USB接口与工业控制计 算机进行通讯连接，运动控制卡中存有运动控制的基本函数；工业控制计 算机存有控制程序。

所述运动控制卡包括单片机及运动控制模块，单片机的读写信号、数 据信号、地址信号及片选信号与运动控制模块相连，运动控制模块通过驱 动电路或光电隔离电路与运动执行机构相连；单片机通过USB接口与工业 控制计算机进行数据通讯；所述运动执行机构包括样品转盘自转步进电机、 样品转盘公转步进电机以及样品转盘提升步进电机。

本发明方法包括以下步骤：

开始，进行初始化操作；进入等待及状态显示界面，同时开线程进行 报警检测；用户在显示界面上手动设置系统状态参数；控制代码的设定， 将用户设置的代码转换成运动控制卡能够识别的运动函数；控制程序是否 按控制代码自动运行以及运行结束后样品状态设定；选择是，则开线程运 行系统并实时显示；程序结束运行。

当选择控制程序不按控制代码自动运行时，回到等待及状态显示步骤。

所述用户在显示界面上手动设置系统状态参数包括系统状态设置以及 自动运行代码设置，其中系统状态设置包括样品位置、样品在运行中位置 偏差的修正、样品名称、形状、样品转盘提升速度、样品转盘公转速度、 样品转盘自转速度、样品需要镀膜部分的长度以及某样品对应的某靶位； 自动运行代码设置包括样品在各靶位的停留时间T、样品在该靶位前的动作 级状态；

运行结束后状态设定包括：本次实验要操作的样品，实验结束后该样 品停留的位置。

所述将用户设置的代码转换成运动控制卡能够识别的运动函数具体 为：

样品转盘提升步进电机驱动器的脉冲频率F_1Plus由以下公式转换：

F_1Plus＝N₁×V₁×I₁/(L×60)+η₁

其中N₁为样品转盘提升步进电机完成一转所需要的脉冲数，V₁为用 户设定的样品转盘提升速度，I₁为升降机构的减速比，L为步进电机完成 一转机构提升或降低的行程，η₁为升降装置的误差补偿；

样品转盘公转步进电机驱动器的脉冲频率F_2Plus由以下公式转换：

F_2Plus＝N₂×V₂×I₂/60+η₂

其中N₂为样品转盘公转步进电机完成一转所需要的脉冲数，V₂为样 品转盘公转速度，I₂为公转机构的减速比，η₂为公转机构的误差补偿；

样品转盘提升步进电机驱动器的脉冲频率F_3Plus由以下公式转换：