Источник питания магнетронного распылителя

Устройство относится к источникам питания магнетронных распылительных систем и может использоваться при производстве изделий микроэлектронной техники. Полезная модель направлена на повышение качества наносимых покрытий за счет снижения вероятности возникновения дуговых разрядов и уменьшение электромагнитных помех во время контроля параметров напыляемых пленок. Источник питания магнетронных распылителей содержит управляемый ключ 1, к выходу которого подключен повышающий трансформатор 2. К выходу повышающего трансформатора 2 подключен выпрямитель 3. Выход отрицательного напряжения выпрямителя 3 является отрицательным выходом источника питания магнетронного распылителя, к которому подключают катод магнетронного распылителя. К положительному выходу выпрямителя 3 подключен датчик тока 4, выход которого является положительным выходом источника питания магнетронного распылителя, к нему подключают анод магнетронного распылителя. К входам управляемого ключа 1 подключены входы узла задержки отпирания 5, выход которого подключен к входу формирователя отпирающих импульсов 6, выход которого подключен к управляющему входу управляемого ключа 1. К информационному выходу датчика тока 4 подключен сглаживающий фильтр 7, выход которого подключен к входу узла сравнения 9 и узлу индикации 10. Ко второму входу узла сравнения 9 подключен выход узла задания тока 8. Выход узла сравнения 9 подключен к управляющему входу узла задержки отпирания 5. Питающие входы узла задержки отпирания 5, формирователя отпирающих импульсов 6, узла задания тока 8, узла сравнения 9, подключены к выходу узла питания 11. Наиболее оптимальное время задержки, вырабатываемое узлом задержки отпирания 5, находится в диапазоне от четверти до половины периода входного напряжения. Введение узла задержки отпирания с соответствующими связями и изменение схемы включения сглаживающего фильтра обеспечивает питание магнетронного распылителя импульсами тока с крутым передним фронтом и спадающей амплитуды калиброванной длительности. Спадающая амплитуда тока в импульсе снижает вероятность возникновения дуговых разрядов, наличие крутого переднего фронта обеспечивает уверенное зажигание магнетронного разряда при каждом импульсе, наличие паузы между импульсами позволяет снизить в это время электромагнитные помехи и обеспечить возможность контроля свойств наносимых пленок электрооптическими методами.

Предлагаемая полезная модель относится к источникам питания магнетронных распылительных систем и может использоваться при производстве изделий микроэлектронной техники.

Известен источник питания магнетронного распылителя, содержащий коммутатор, трехфазный повышающий трансформатор, трехфазный диодный мост, устройство дугогашения, балластный резистор и дистанционный пульт управления. (http://glass-coatings/narod.ru/site/publ ru.html). Недостатком данного устройства является его высокая сложность, обусловленная наличием специального устройства дугогашения.

Наиболее близким по технической сущности является источник питания магнетронного распылителя. (А.И.Кузьмичев, «Источник питания для магнетронных распылителей», журнал «Приборы и техника эксперимента», 1997, 2, стр.168-169.) Его принципиальная схема приведена на фиг.1. В ней можно выделить следующие функциональные элементы, показанные отдельно на фиг.2: управляемый ключ 1, повышающий трансформатор 2, переключатель режима работы 3, выпрямитель 4, сглаживающий фильтр 5, датчик тока 6, узел зажигания магнетронного разряда 7, узел задания тока 8, узел, сравнения 9, формирователь отпирающих импульсов 10, узел индикации 11, узел питания 12.

Сетевое напряжение подается на вход управляемого ключа 1. Выход управляемого ключа 1 подключен к первичной обмотке повышающего трансформатора 2. К выходам вторичной обмотки повышающего трансформатора 2 подключен выпрямитель 4. К среднему выводу вторичной обмотки повышающего трансформатора 2 подключен первый вход переключателя режима работы 3, второй вход переключателя режима работы 3 соединен с отрицательным выходом выпрямителя 4 и входом узла 7 зажигания магнетронного разряда. Выход переключателя режима работы 3 подключен к первому входу сглаживающего фильтра 5, второй вход которого подключен к положительному выходу выпрямителя 4 и первому входу узла индикации 11. Выход сглаживающего фильтра 5 подключен к выходу узла зажигания магнетронного разряда 7 и второму входу узла индикации 11, и является выходом источника питания магнетронного распылителя. К выходу узла индикации 11 подключен вход датчика тока 6, выход датчика тока 6 является положительным выходом источника питания магнетронного распылителя. К первому входу узла сравнения 9 подключен информационный выход датчика тока 6, ко второму входу узла сравнения 9 подключен выход узла задания тока 8. Выход узла сравнения 9 подключен к входу формирователя отпирающих импульсов 10, выход которого подключен к управляющему входу управляемого ключа 1. Выход узла питания 12 подключен к входам питания узла задания тока 8, узла сравнения 9, формирователя отпирающих импульсов 10

Управляемый ключ 1 выполнен в виде двух встречно-параллельно включенных тиристоров Д1 и Д2, зашунтированных цепью R1-C1, выход управляемого ключа также зашунтирован цепью R2-C2. Сглаживающий фильтр 5 содержит дроссель L, конденсатор С4, балластный резистор R6, защитный диод Д7 и резистор R7. Формирователь отпирающих импульсов 10 содержит управляемый генератор на транзисторе Т1, усилитель на транзисторе Т2 и импульсный трансформатор Тр2. Узел индикации 11 содержит амперметр А и вольтметр В. В качестве узла зажигания магнетронного разряда 7 используется резистор R5. В качестве узла сравнения используется операционный усилитель А1 с высоким коэффициентом усиления. В качестве выпрямителя 4 используются четыре диода Д3-Д6, включенные по мостовой схеме, выходная диагональ которой зашунтирована цепью R3-C3. В качестве датчика тока 6 применен токовый шунт R4.

Работает устройство следующим образом. В среднем положении переключателя режима работы 3 сетевое напряжение поступает на управляемый ключ 1, который постоянно открыт и с него на повышающий трансформатор 2 и выпрямитель 4. Выпрямленное напряжение через узел 7 зажигания магнетронного разряда поступает на нагрузку. В нагрузке возникает слаботочный разряд. Поскольку величина тока слаботочного разряда меньше заданной величины тока, определяемой узлом 8 задания тока, схема сравнения 9 разрешает формирователю отпирающих импульсов 10 формирование отпирающих импульсов для управляемого ключа 1, поддерживая его в открытом состоянии. При переводе переключателя 3 режима работы в положение I или II сглаживающий фильтр 5 подключается к выпрямителю 4, на нагрузку через него подается напряжение. В магнетронном распылителе устанавливается сильноточный разряд. Величина тока измеряется датчиком тока 6, напряжение с которого поступает на схему сравнения 9 и на узел индикации тока 11, который отображает значение тока и напряжения. Сравнивая сигнал с датчика тока 6 с сигналом с узла 8 задания тока, узел сравнения 9 регулирует ток магнетронного разряда, разрешая или запрещая формирование отпирающих импульсов управляемого ключа 1.

Однако данный источник питания не обеспечивает эффективного подавления дуговых разрядов, так как в случае формирования дуги и достижения тока дуги, превышающего заданную величину, в отсутствии отпирающих импульсов управляемого ключа, дуговой разряд поддерживается энергией, запасенной в сглаживающем фильтре. Кроме того, постоянно горящий слаботочный или сильноточный магнетронный разряд является сильным источником электромагнитных помех, создающих препятствия для контроля параметров пленок, наносимых магнетронным распылением электрическими или оптическими методами.

Целью полезной модели является повышение качества наносимых покрытий за счет снижения вероятности возникновения дуговых разрядов и уменьшение электромагнитных помех во время контроля параметров напыляемых пленок.

Поставленная цель достигается тем, что в источник питания магнетронного распылителя, содержащий повышающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к сети переменного тока через управляемый ключ, соединенный по цепи управления с.выходом формирователя отпирающих импульсов, а вторичная обмотка соединена с выпрямителем напряжения, датчик тока, включенный между положительным выходом выпрямителя напряжения и анодам магнетронного распылителя, узел задания тока, соединенный с одним из входов узла сравнения, узел питания узла сравнения, формирователя отпирающих импульсов и узла задания тока, сглаживающий фильтр и узел индикации, согласно заявляемого технического решения введен узел задержки отпирания, соединенный по цепи питания с узлом питания, по управляющему входу с выходом узла сравнения, и включенный между сетью переменного тока и входом формирователя отпирающих импульсов, а сглаживающий фильтр включен между выходом датчика тока и вторым входом узла сравнения, соединенным с узлом индикации.

Структурная схема заявляемой полезной модели представлена на фиг.3.

Источник питания магнетронных распылителей содержит управляемый ключ 1, к выходу которого подключен повышающий трансформатор 2. К выходу повышающего трансформатора 2 подключен выпрямитель 3. Выход отрицательного напряжения выпрямителя 3 является отрицательным выходом источника питания магнетронного распылителя, к которому подключают катод магнетронного распылителя. К положительному выходу выпрямителя 3 подключен датчик тока 4, выход которого является положительным выходом источника питания магнетронного распылителя, к нему подключают анод магнетронного распылителя. К входам управляемого ключа 1 подключены входы узла задержки отпирания 5, выход которого подключен к входу формирователя отпирающих импульсов 6, выход которого подключен к управляющему входу управляемого ключа 1. К информационному выходу датчика тока 4 подключен сглаживающий фильтр 7, выход которого подключен к входу узла сравнения 9 и узлу индикации 10. Ко второму входу узла сравнения 9 подключен выход узла задания тока 8. Выход узла сравнения 9 подключен к управляющему входу узла задержки отпирания 5. Питающие входы узла задержки отпирания 5, формирователя отпирающих импульсов 6, узла задания тока 8, узла сравнения 9, подключены к выходу узла питания 11. Наиболее оптимальное время задержки, вырабатываемое узлом задержки отпирания 5, находится в диапазоне от четверти до половины периода входного напряжения.

Все узлы, входящие в состав источника питания могут быть выполнены в виде отдельных функциональных узлов, как в прототипе. Так, в качестве управляемого ключа может использоваться симметричный тиристор. В качестве датчика тока - шунт с гальванически развязанной оптопарой или датчик тока на основе эффекта Холла. Узел задержки отпирания может быть выполнен на базе одновибратора с регулируемой длительностью импульса или счетчиков с изменяемым коэффициентом пересчета. В качестве узла индикации может быть применен стрелочный или цифровой индикатор. Некоторые узлы источника питания магнетронного распылителя могут быть объединены, например, в составе контроллера, с сохранением связей между ними, или реализованы программными средствами в составе микропроцессора. В этом случае, например, при наличии в составе микроконтроллера соответствующих узлов в качестве узла задержки отпирания может использоваться программируемый таймер, в качестве узла сравнения процессор микроконтроллера, в качестве сглаживающего фильтра - аналого-цифровой преобразователь.

Работает источник питания магнетронного распылителя следующим образом. Сетевое напряжение поступает на управляемый ключ 1, который находится в запертом состоянии, и на входы узла задержки отпирания 5, который при переходе сетевого напряжения через ноль начинает формировать задержку отпирания, время которой находится в диапазоне от четверти до половины периода сетевого напряжения. С выхода узла задания тока 8, сигнал, пропорциональный заданному току, поступает на узел сравнения 9. Узел сравнения 9 формирует сигнал, пропорциональный времени задержки отпирания управляемого ключа, который поступает на управляющий вход узла задержки отпирания 5. После отработки времени задержки, узел задержки отпирания 5 формирует сигнал, который поступает на вход формирователя отпирающих импульсов 6. Формирователь отпирающих импульсов 5 вырабатывает импульс напряжения необходимой амплитуды и длительности, который поступает на управляющий вход управляемого ключа 1. Управляемый ключ 1 открывается, и на повышающий трансформатор 2 поступает импульс сетевого напряжения спадающей амплитуды. С выхода повышающего трансформатора 2 импульс напряжения спадающей амплитуды через выпрямитель 3 и датчик тока 4 поступает на выход источника - магнетронный распылитель. Снимаемый с информационного выхода датчика тока 4 через сглаживающий фильтр 7 сигнал, пропорциональный выходному току, поступает на вход узла сравнения 9, в котором сравнивается с сигналом с узла задания тока 8. По результату сравнения заданного и действительного тока узел сравнения 9 пропорционально изменяет время задержки отпирания узла задержки отпирания 5.

Достижение поставленной цели обеспечивается введением узла задержки отпирания с соответствующими связями, изменением включения сглаживающего фильтра. За счет этого обеспечивается питание магнетронного распылителя импульсами тока с крутым передним фронтом и спадающей амплитуды калиброванной длительности. Спадающая амплитуда тока в импульсе снижает вероятность возникновения дуговых разрядов, наличие крутого переднего фронта обеспечивает уверенное зажигание магнетронного разряда при каждом импульсе, наличие паузы между импульсами позволяет снизить в это время электромагнитные помехи и обеспечить возможность контроля свойств наносимых пленок электрооптическими методами.

Источник питания магнетронного распылителя, содержащий повышающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к сети переменного тока через управляемый ключ, соединенный по цепи управления с выходом формирователя отпирающих импульсов, а вторичная обмотка соединена с выпрямителем напряжения, датчик тока, включенный между положительным выходом выпрямителя напряжения и анодом магнетронного распылителя, узел задания тока, соединенный с одним из входов узла сравнения, узел питания узла сравнения, формирователя отпирающих импульсов и узла задания тока, сглаживающий фильтр и узел индикации, отличающийся тем, что в него введен узел задержки отпирания, соединенный по цепи питания с узлом питания, по управляющему входу - с выходом узла сравнения и включенный между сетью переменного тока и входом формирователя отпирающих импульсов, а сглаживающий фильтр включен между выходом датчика тока и вторым входом узла сравнения, соединенным с узлом индикации.