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中频磁控溅射镀膜技术(上)

浏览:549 发表时间:2018-04-20 17:00:44

磁控溅射包括很多种类。各有不同工作原理和应用对象。但有一共同点:利用磁场与电子交互作用,使电子在靶表面附近成螺旋状运行,从而增大电子撞击氩气产生离子的概率。所产生的离子在电场作用下撞向靶面从而溅射出靶材。在近几十年的发展中,大家逐渐采用永久磁铁,很少用线圈磁铁。 
靶源分平衡和非平衡式,平衡式靶源镀膜均匀,非平衡式靶源镀膜膜层和基体结合力强。平衡靶源多用于半导体光学膜,非平衡多用于磨损装饰膜。 

不管平衡非平衡,若磁铁静止,其磁场特性决定一般靶材利用率小于30%。为增大靶材利用率,可采用旋转磁场。但旋转磁场需要旋转机构,同时溅射速率要减小。旋转磁场多用于大型或贵重靶。如半导体膜溅射。对于小型设备和一般工业设备,多用磁场静止靶源。 
用磁控靶源溅射金属和合金很容易,点火和溅射很方便。这是因为靶(阴极),等离子体,和被溅零件/真空腔体可形成回路。但若溅射绝缘体如陶瓷则回路断了。于是人们采用高频电源,回路中加入很强的电容。这样在绝缘回路中靶材成了一个电容。但高频磁控溅射电源昂贵,溅射速率很小,同时接地技术很复杂,因而难大规模采用。为解决此问题,发明了磁控反应溅射。就是用金属靶,加入氩气和反应气体如氮气或氧气。当金属靶材撞向零件时由于能量转化,与反应气体化合生成氮化物或氧化物。 
磁控反应溅射绝缘体看似容易,而实际操作困难。主要问题是反应不光发生在零件表面,也发生在阳极,真空腔体表面,以及靶源表面。从而引起灭火,靶源和工件表面起弧等。

冷却是一切源(磁控,多弧,离子)所必需,因为能量很大一部分转为热量,若无冷却或冷却不足,这种热量将使靶源温度达一千度以上从而溶化整个靶源。 
一台磁控设备往往很昂贵,但大家容易将钱花在设备其它上如真空泵,MFC, 膜厚测量上而忽略靶源。再好的磁控溅射设备若无好靶源,就像画龙而没有点睛一样。
 

采用
中频磁控溅射镀膜的优点是可得到光滑致密.膜层硬度高.膜厚可线性成长.不中毒.温升缓和,但设备的要求较高,工作压强范围很窄,各种控制要求快速精准
. 
     多弧溅射在靶材上施小电压大电流使材料离子化(带正电颗粒), 从而高速击向基片(负电)并沉积,形成致密膜坚硬膜。主要用于耐磨耐蚀膜。其缺点是正负电撞造成膜层不均匀,空穴、烧蚀。 
中频溅射的原理跟一般的直流溅射是相同的,不同的是直流溅射把筒体当阳极,而中频溅射是成对的,筒体是否参加必须视整体设计而定,与整个系统溅射过程中,阳极阴极的安排有关,参与的比率周期有很多方法,不同的方法可得到不相同的溅射产额,得到不相同的离子密度
 。


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