超高真空磁控溅射镀膜机的使用

超高真空磁控溅射镀膜机的使用摘要真空镀膜技术作为一种产生特定膜层的技术，在现实生产生活中 有着广泛的应用。真空镀膜技术有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜 和离子镀。这里主要讲一下由溅射镀膜技术发展来的超高真空磁控溅 射镀膜机的使用的一些注意事项。关键词：真空镀膜；真空度；磁控溅射镀膜、八 、亠前言溅射现象于 1870 年开始用于镀膜技术，1930 年以后由于提高了沉积速率而逐渐用于工业生产。常用二极溅射设备如下图。I凝射脈子saitit -2CCC V轨离F XE)輝韭放电软吒入口二槻滩射示意圈一片厂_阳aIVaW1通常将欲沉积的材料制成板材4靶，固定在阴极上。基片置于正对 靶面的阳极上，距靶一定距离。系统抽至高真空后充入（101）帕的 气体（通常为氩气），在阴极和阳极间加几千伏电压，两极间即产生辉 光放电。放电产生的正离子在电场作用下飞向阴极，与靶表面原子碰 撞，受碰撞从靶面逸出的靶原子称为溅射原子，其能量在 1 至几十电 子伏范围内。溅射原子在基片表面沉积成膜。其中磁控溅射可以被认 为是镀膜技术中最突出的成就之一。它以溅射率高、基片温升低、膜 - 基结合力好、装置性能稳定、操作控制方便等优点，成为镀膜工业应 用领域（特别是建筑镀膜玻璃、透明导电膜玻璃、柔性基材卷绕镀等对 大面积的均匀性有特别苛刻要求的连续镀膜场合）的首选方案。1 影响镀膜质量的因素一般对镀膜的质量方面的要求有：厚度、均匀性、附着强度。厚 度二沉积率X时间。其中沉积率是指单位时间内形成有效镀层的厚度， 一般用“m/h表示。沉积率的大小除与起辉电压、工作气压等主要因素 有关外，也受其他许多因素的影响。不同蒸发源在相同条件下的沉积 率也是不同的，所以沉积率是有特定条件约束的，一般与理论值有较 大差距，要通过大量试验来具体确定。镀膜方式由于镀膜原理的不同 可分为很多种类，仅仅因为都需要高真空度而拥有统一名称。所以对 于不同原理的真空镀膜，影响均匀性的因素也不尽相同。并且均匀性 这个概念本身也会随着镀膜尺度和薄膜成分而有着不同的意义。 薄膜均匀性的概念： 厚度上的均匀性，也可以理解为粗糙度，在光学薄膜的尺度上看 （也就是1/10波长作为单位，约为100入），真空镀膜的均匀性已经相当好，可以轻松将粗糙度控制在可见光波长的1/10范围内，也就是说对于 薄膜的光学特性来说，真空镀膜没有任何障碍。但是如果是指原子层 尺度上的均匀度，也就是说要实现10A甚至1入的表面平整，是现在真空 镀膜中主要的技术含量与技术瓶颈所在。 化学组分上的均匀性：就是说在薄膜中，化合物的原子组分会 由于尺度过小而很容易的产生不均匀特性，SiTiO3薄膜，如果镀膜过程 不科学，那么实际表面的组分并不是SiTiO3，而可能是其他的比例，镀 的膜并非是想要的膜的化学成分，这也是真空镀膜的技术含量所在。 晶格有序度的均匀性：这决定了薄膜是单晶，多晶，非晶，是 真空镀膜技术中的热点问题。膜的附着强度主要受膜的应力影响。按膜应力产生的原因，可分 为热应力和内应力两种。1.1靶材靶材的质量是保证镀膜质量的一个重要条件，靶材应该有相当的纯度 和均匀的密度并在使用时保证洁净。如果靶材的质量不达标将直接影响镀 膜质量。而且通过试验获得的实验参数也将失去意义，浪费时间精力。影 响生产效率。1.2基片应与靶材平行因为在与靶材不同的距离上金属蒸气的密度、温度情况、磁力强度等 镀膜条件是不相同的。如果不平行的话，不仅会使镀膜厚度不均匀，也会 使膜所受的应力不一致，有可能导致开裂、翘曲或脱落等附着强度问题。 1.3基片表面应洁净基片表面的洁净与否会直接影响镀膜的均匀性、附着强度。严重时还 会使镀膜开裂、翘曲或脱落。 以玻璃基片为例，如果基片清洗效果不达标， 表面存有灰尘、油脂或油的薄层，那么就会严重影响镀层的光学透射率、 反射率、色调均匀性等基本性质。1.4真空卫生真空卫生首先是腔内气体卫生。即腔内气体应该有足够的纯度和稳定 的比例。其次是腔体卫生。腔体应该保持相应的洁净度。不能有灰尘、废 金属屑等。由于金属蒸气和气体的部分电离会使腔体附着脏污，应及时清除。否则日积月累会更难以去除。只有保证了真空卫生才能保证镀膜的质 量。1.5稳定的真空度真空区域可划分为五类：粗真空区域1.103x105Pa-1.3x103Pa(760-10)Torr低真空区域1.3xl03Pa-1.3xl0-iPa(10-10-3)Torr高真空区域1.3x10-iPa1.3x10-6Pa(10-3i0-8)Torr超真空区域i.3xi0-6Pa-i.3xi0-i2Pa(i0-8-i0-i4)Torr极高真空区域 V1.3x10-12Pa (V10-14)Torr这种气体的量的变化也会对各类生产过程产生很大影响。对镀膜过程 也不例外。例如物质在真空中的沸点比在大气中的低，在真空条件下可以 降低物质大量蒸发所需的温度，因而在真空镀膜室内镀膜材料可以在较低 的温度下大量蒸发。在低真空区域中氧气相应少了，物质被氧化的可能性 大大的变小，因而真空镀膜时能够得到纯度较高的有实用价值的镀膜层。 所以稳定的真空度能有效保证各实验参数的进行，保证镀膜质量。 1.6稳定的流量只有稳定的流量才能保持腔内环境的稳定，才能保证维持稳定温度， 使膜所受的热应力均匀稳定，保证膜有效的附着强度。 1.7循环水能及时降温循环水的有效降温同样是维持实验条件稳定和实验参数进行的有力保 障。其主要影响设备是抽水泵。所以在确定水箱充有足够水的前提下还要 确保泵的正常工作。1.8腔内温度应自然降至室温从晶核生成开始，在急热急冷下制膜时所产生的膜应力是影响膜附着 强度的重要因素。按膜应力产生的原因，可分为热应力和内应力两种。由 于金属蒸汽在高温下和基片强制结合在一起，若膜材与基片的热膨胀系数 不同，必然导致膜与基片间不能自由伸缩，因而产生热应力。内应力就其 产生的原因可分为淀积内应力和附加内应力两种。前者是由于成膜过程中 晶核在相互合并时膜内所形成的结构缺陷和热效应而引起的。后者是由于 膜制成后暴露于大气或是将大气引入镀膜室，膜产生氧化作用而产生的。 这里就是为了避免膜在突然降温和接触大气是受热应力和内应力作用下而 开裂、翘曲或脱落，影响镀膜质量。1.9操作者镀膜的条件准备和正式镀膜一般需花费较长时间，需要操作者有一定 的耐性。尤其是在镀膜正式开始时，由于设备具有一定的不稳定性，会影 响甚至改变由试验得来的镀膜条件。其中流量是最容易发生变化的。这种 变化会直接影响辉光放电（此时辉度指示灯一般会闪烁），导致气压不稳 严重影响镀膜质量。所以要求操作者应当及时观察，保证镀膜过程的稳定 进行。2设备使用养护2.1升降机升降机在上升到可以打开密封盖时应及时停止，否则由于制动与惯性 作用，长时间使用后可能会导致脱销，造成设备损坏，影响使用。 2.2各种开关、旋（按）钮各种操作时使用的开关、旋（按）钮在使用完毕后应及时关闭或恢复 到初始状态，防止下次使用时突然加电而导致烧坏仪器。2.3润滑 轴承等需要润滑的机械部位应该及时使用润滑剂。保证设备的正常使 用，延长使用寿命，提高使用效率。3结论靶材质量应能足够保证镀膜质量。 基片应与所镀产品的镀膜表面平行。 产品表面在镀膜前应清洗干净。 真空腔应时常清洁，保持真空环境的卫生。 稳定的真空度。 稳定的气体流量。 循环水能及时降温（主要是抽水泵能正常工作）。 腔内温度应自然冷却后才可以取出产品。 I作人员应及时通过监视窗口观察真空腔内部工作状况，阳极光 线应明亮，若昏暗（此时辉度指示灯一般会闪烁）应及时查找原因。 升降机在上升到可以打开密封盖时应及时停止。各种开关、旋（按）钮使用完毕后应及时关闭或恢复到初始状态。轴承等需要润滑的机械部位应该及时使用润滑剂。参考文献1李云奇.真空镀膜技术与设备设计安装及操作维护实用手册 .化学工 业出版社，2006.5.2真空技术网. 真空镀膜课外知识.百度文库，2008.1.25.3张云涛，彭友才，徐道勇，浅谈影响镀膜玻璃质量的几个因素.百度 文库.