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磁控溅射镀膜原理和工艺专题培训课件.ppt

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磁控溅射镀膜原理和工艺摘要绪论通常将欲沉积的材料制成板材-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（10～1） 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磁控溅射原理磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用 下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使 其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞 向基片，Ar正离子在电场作用下加速飞向阴极 靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。 在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基 片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场 和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指 的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似 于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形 式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径 不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等 离子体区域内，并且在该区域中电离出大 量的Ar正离子来轰击靶材，从而实现了高 的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次 电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面， 并在电场E的作用下最终沉积在基片上。 由于该电子的能量很低，传递给基片的 能量很小，致使基片温升较低。磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。入射 粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰 撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其 他靶原子碰撞，形成级联过程。在这种级联过 程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足 够动量，离开靶被溅射出来。1.1磁控溅射种类1.1.1技术分类三种分类的主要对比如下表： 2磁控溅射工艺研究 2.1溅射变量 2.1.1电压和功率 在气体可以电离的压强范围内如果改变 施加的电压，电路中等离子体的阻抗会随 之改变，引起气体中的电流发生变化。改 变气体中的电流可以产生更多或更少的离 子，这些离子碰撞靶体就可以控制溅射速 率。一般来说：提高电压可以提高离化率。这样 电流会增加，所以会引起阻抗的下降。提高电 压时，阻抗的降低会大幅度地提高电流，即大 幅度提高了功率。如果气体压强不变，溅射源 下的基片的移动速度也是恒定的，那么沉积到 基片上的材料的量则决定于施加在电路上的功 率。在VONARDENNE镀膜产品中所采用的范围 内，功率的提高与溅射速率的提高是一种线性 的关系。 2.1.2气体环境2.1.3气体压强2.1.4传动速度2.1.5距离与速度及附着力2.2系统参数2.2.1靶结构同样，靶材块的晶体结构、颗粒结构、硬 度、应力以及杂质等参数也会影响到溅射速 率，而这些则可能会在产品上形成条状的缺 陷。这也需要在镀膜期间加以注意。不过， 这种情况只有通过更换靶材才能得到解决。 靶材损耗区自身也会造成比较低下的溅射速 率。这时候，为了得到优良的膜层，必须重 新调整功率或传动速度。因为速度对于产品 是至关重要的，所以标准而且适当的调整方 法是提高功率。2.2.2磁场2.3可变参数2.3.1功率2.3.2速度2.3.3气体2.3.4阴极/基片之间的关系3试验 3.1试验目的 ①熟悉真空镀膜的操作过程和方法。 ②了解磁控溅射镀膜的原理及方法。 ③学会使用磁控溅射镀膜技术。 ④研究不同工作气压对镀膜影响。 3.2试验设备3.3试验原理在高压作用下Ar原子电离成为Ar+离子和电 子，产生等离子辉光放电，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，与没有磁控管的 结构的溅射相比，离化率迅速增加10～100 倍，因此该区域内等离子体密度很高。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。3.4试验过程 3.4.1准备过程 （1）动手操作前认真学习讲操作规程及有 关资料，熟悉镀膜机和有关仪器的结构及功能、 操作程序与注意事项，保证安全操作。 （2）清洗基片。用无水酒精清洗基片，使 基片镀膜面清洁无脏污后用擦镜纸包好，放