[发明专利]一种用于磁控溅射工艺的电弧检测及抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，涉及一种用于磁控溅射工艺的电弧检测及抑制方法。

背景技术

磁控溅射技术作为一种沉积镀膜方法，在工业生产及科学研究领域被广泛应用，如微电子、光学薄膜以及材料表面处理等。溅射过程中由于负载及环境存在大范围的不断变化，因而对电源的输出性能有很高的要求，电源装置的稳定性和可靠性能否适应以上变化而提供良好的溅射条件，严重影响薄膜的质量。

尤其是溅射过程中由于阴极上电荷的积累，不可避免地在靶（即“阴极”）和阳极之间形成电弧，形成后的电弧如果不能及时得到抑制，容易造成膜层缺陷，影响膜层均匀性，并在表面出现斑点针孔等，严重时将被迫中断生产甚至损坏电源。因此，为保证镀膜质量，就必须尽快检测并及时消除弧光。

目前已经存在许多电弧的检测方法，使用最多的是电流或（和）电压的电弧检测判别方法，待检测到的电流或（和）电压超过所设定判别值，即认为电弧产生，该方法虽然理论上可行，但在实际中对于轻微放电的微型电弧的检测，由于其产生往往伴随着较大电压降落和较小的电流上升，故采用电流检测方法易导致漏检测，造成被溅射材料表面出现瑕疵，往往微型电弧的出现预示着大型电弧的产生；对于一些对设备和工艺危害大的大型电弧，会伴随着瞬间电流的突升产生，采用电压检测方法不能及时检测到电弧的产生，延迟保护动作，造成对工艺及设备的严重影响。这些方法的不足之处，直接影响了镀膜的效率和质量。

在公开号为CN1987490的专利公开的方法中：在每个周期固定时间点采样信号（电压或电流）与参考值进行比较，当采样信号超过参考值时，即认为电弧产生，该方法虽然可以提高检测精度，但是主要针对交流溅射的电弧检测，且需要专门的硬件电路配合，不适用于直流和脉冲多种输出的溅射电源的检测。

在公开号为CN101983255A的专利公开的方法中：通过对磁控溅射工艺中等离子体负载阻抗或导纳等电特性的监控来进行电弧检测，该方法虽然可以准确地检测到电弧，避免使用dU/dt和dI/dt检测时带来的影响，但是由于溅射工艺的多样性使得等离子体阻抗或导纳的变化范围较大，难以界定阻抗或导纳值的范围，适应性较差。

对于检测到的电弧，一类方法是简单地通过关闭电源来实现，直到电弧消失后再重新上电。如在公开号为CN102315073A的专利公开的方法中：电源在识别到电弧时，暂时中断到靶的交流以抑制从靶延伸的电弧，之后再重新施加交流到靶，虽然该方法可以有效抑制持续产生的电弧，但是简单地关闭电源的同时也丧失了工艺区间，严重地影响了镀膜速率。

另一类方法是通过增加硬件电路，比如在电路输出端加上灭弧装置电路，该类灭弧装置多是利用电感在冲激源产生瞬间，相当于开路来抑制其对直流供电电源的干扰，以及电容在冲激源产生瞬间相当于短路来吸收冲激电流以达到及时灭弧的效果。如在公开号为CN102315073A的专利公开中：通过所述的脉冲电路，包括一个储能电容和一个通过开关装置串联的电感，在检测到电弧现象出现时，将脉冲电路与等离子体负载断开以及将高峰值功率脉冲存储的电感能量循环回到储能电容，从而将电弧导致的危害最小化，使用该方法需要强调的是，对于不同的靶材，虽然电路原理和结构是一致的，但所匹配的电感和电容却是不一样的，不合理的匹配甚至会起到反作用；因此，需要通过实验手段得到匹配数据从而建立灭弧装置，不适用于经常更换靶材或在未知特性的靶材的溅射中使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于磁控溅射工艺的电弧检测及抑制方法，解决了现有技术条件下各个检测方法局限性大，适应性不足的问题。

本发明采用的技术方案是，一种用于磁控溅射工艺的电弧检测及抑制方法，按照以下步骤具体实施：

步骤1：由电压霍尔传感器和电流霍尔传感器实施对磁控溅射电源负载电压和负载电流的采样，采用电压电流共同变化阈值检测方法作为电弧检测判定依据，如果判定没有电弧，则维持当前状态；当检测到电弧时，进入步骤2中进行灭弧处理；

步骤2：由磁控溅射电源控制器对步骤1中所检测到的电弧进行抑制。

本发明的有益效果是：将电压电流共同变化阈值作为电弧检测判定依据，能够对微型电弧和大型电弧进行监控和检测，更可靠、更高效、更全面地检测电弧的出现，弥补现有电弧检测方法低效率、容易漏检测的缺陷；根据对检测到的电弧数目的统计，选择通过降低输出电压幅值或强行对靶（“阴极”）进行清洗来进行电弧抑制处理。

附图说明

图1是本发明电弧检测及抑制方法的工作流程框图；