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1、镀膜设备原理及工艺 一．镀膜设备原理1．磁控溅射：磁控溅射系统在阴极靶材的背后放置100～1000Gauss强力磁铁,真空室充入011～10Pa压力的惰性气体(Ar),作为气体放电的载体。在高压作用下Ar原子电离成为Ar+离子和电子,,电子在加速飞向基片的过程中,受到垂直于电场的磁场影响,使电子产生偏转,被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内,电子以摆线的方式沿着靶表面前进,在运动过程中不断与Ar原子发生碰撞,电离出大量的Ar+离子，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低,摆脱磁力线的束缚,最终落在基片、真空室内壁及靶源阳极上。而Ar+离子
2、在高压电场加速作用下,与靶材的撞击并释放出能量,导致靶材表面的原子吸收Ar+离子的动能而脱离原晶格束缚,呈中性的靶原子逸出靶材的表面飞向基片,并在基片上沉积形成薄膜。简单说：真空溅镀室先由高真空泵抽至一定压力之后，通过恒压仪器或质量流量计向溅镀室内充入惰性气体（如氩气）至一恒定压力（如2×10-1Pa或5×10-1Pa）后，在磁控阴极靶上施加一定功率的直流电源或中频电源，在正负电极高压的作用下，阴极靶前方与阳极之间的气体原子被大量电离，产生辉光放电，电离的过程使氩原子电离为Ar+离子和可以独立运动的电子，在高压电场的作用下，电子飞
3、向阳极，而带正电荷的Ar+离子则高速飞向作为阴极的靶材，并在与靶材的撞击过程中释放出其能量，获得相当高能量的靶材原子脱离其靶材的束缚而飞向基体，于是靶材粒子沉积在靶对面的基体上形成薄膜。溅射产额随入射离子能量变化的简单示意图，简称溅射曲线。从该图可以看出溅射产额随入射离子能量的变化有如下特征：存在一个溅射阈值，阈值能量一般为20~100eV。当入射离子的能量小于这个阈值时，没有原子被溅射出来。通常当入射离子的能量为1~10keV时，溅射产额可以达到一个最大值。当入射离子的能量超过10keV时，溅射产额开始随入射离子的能量增加而下降
4、。Y3最大值21阈值10102103104105106入射离子的能量E（eV）图6.1溅射产额随入射离子能量变化的示意图。2.主要溅射方式：反应溅射是在溅射的惰性气体气氛中,通入一定比例的反应气体,通常用作反应气体的主要是氧气和氮气。直流溅射(DCMagnetronSputtering)、射频溅射(RFMagnetronSputtering)、脉冲溅射(PulsedMagnetronSputtering)和中频溅射(MediumFre2quencyMagnetronSputtering)直流溅射方法用于被溅射材料为导电材料的溅射和
5、反应溅射镀膜中,其工艺设备简单,有较高的溅射速率。中频交流磁控溅射在单个阴极靶系统中,与脉冲磁控溅射有同样的释放电荷、防止打弧作用。中频交流溅射技术还应用于孪生靶(Twin2Mag)溅射系统中,中频交流孪生靶溅射是将中频交流电源的两个输出端,分别接到闭合磁场非平衡溅射双靶的各自阴极上,因而在双靶上分别获得相位相反的交流电压,一对磁控溅射靶则交替成为阴极和阳极。孪生靶溅射技术大大提高磁控溅射运行的稳定性,可避免被毒化的靶面产生电荷积累,引起靶面电弧打火以及阳极消失的问题,溅射速率高,为化合物薄膜的工业化大规模生产奠定基础。连续式的磁
6、控溅射生产线总体上可以分为三个部分:前处理,溅射镀膜,后处理。2.1 前处理（清洗工序）要获得结合牢固、致密、无针孔缺陷的膜层,必须使膜层沉积在清洁、具有一定温度甚至是激活的基片上。为此前处理的过程包括机械清洗(打磨、毛刷水洗、去离子水冲洗、冷热风刀吹净)、烘烤、辉光等离子体轰击等。机械清洗的目的是去除基片表面的灰尘和可能残留的油渍等异物,并且不含活性离子,必要时还可采用超声清洗。烘烤的目的是彻底清除基片表面残余的水份,并使基片加热到一定的温度,很多材质在较高的基片温度下可以增强结合力和膜层的致密性。基片的烘烤可以在真空室外进行,
7、也可以在真空室内继续进行,以获得更好的效果。但在真空室内作为提供热源的电源应有较低的电压,否则易于引起放电。辉光等离子体轰击清洗可以进一步除去基片表面残留的不利于膜层沉积的成份,同时可以提高基片表面原子的活性,更有利于基片与沉积的材质原子产生牢固的结合。使用中频电源会取得比直流放电更明显的效果。2.2 溅射镀膜这部分应是生产线的主体,而且是处在真空状态下的一个系统,是由不锈钢或碳钢做成的一个个独立的室体连接组成。它的两端为了反复地使清洗过的玻璃基片进入和让镀制好的基片输出,而处在一个特殊的状态,称为真空锁室。每个锁室的两端都有阀门
8、并配置抽气能力强大的真空机组,可以容易地完成真空和大气的转换。与真空锁室相连的真空室体称之为过渡室。它的作用是停留由锁室输入的待镀基片,或让沉积好的基片停留于此,等待输出锁室,起到调配基片运行的作用。过渡室亦应配置真空机组,并要保持较高的真空度。输
