濺鍍,通常指的是磁控濺鍍,屬于高速低溫濺鍍法。該工藝使用磁控濺射鍍膜系統要求真空度在1×10-3Torr左右,即1.3×10-3Pa的真空狀態充入惰性氣體氬氣(Ar),并在塑膠基材(陽極)和金屬靶材(陰極)之間加上高壓直流電,由于輝光放電(glow discharge)產生的電子激發惰性氣體,產生等離子體,等離子體將金屬靶材的原子轟出,沉積在塑膠基材上。
原理
以幾(ji)十(shi)電子伏特(te)或更高(gao)(gao)動能的(de)(de)荷電粒子轟擊材(cai)料(liao)表面,使(shi)其濺射(she)出(chu)進入(ru)氣相(xiang),可用來刻蝕和鍍膜。入(ru)射(she)一個(ge)離(li)子所濺射(she)出(chu)的(de)(de)原子個(ge)數稱為濺射(she)產額(e)(e)(Yield)產額(e)(e)越(yue)高(gao)(gao)濺射(she)速度越(yue)快,以Cu,Au,Ag等(deng)*高(gao)(gao),Ti,Mo,Ta,W等(deng)*低。一般在0.1-10原子/離(li)子。
離子可以直流輝光(guang)放電(dian)(glow discharge)產(chan)生(sheng),在10-1—10 Pa真空度,在兩(liang)極間(jian)加高(gao)壓產(chan)生(sheng)放電(dian),正(zheng)離子會(hui)轟擊負電(dian)之靶材而濺射也靶材,而鍍(du)至被鍍(du)物上。
正常輝光放電(dian)(glow discharge)的電(dian)流密度與陰(yin)極物質與形狀(zhuang)、氣體種類壓力等有關。濺鍍時應(ying)盡可(ke)能維持(chi)其穩定。
任何材料皆可濺射鍍膜,即使高熔點材料也容易濺鍍,但對非導體靶材須以射頻(RF)或脈沖(pulse)濺射;且因導電性較差,濺鍍功率及速度較低。金屬濺鍍功率可達10W/cm2,非金屬<5W/cm2。
二極濺鍍射:
靶(ba)材為陰極,被鍍工件(jian)及(ji)工件(jian)架為陽極,氣體(氬氣Ar)壓力約幾Pa或更高方(fang)可(ke)得較高鍍率。
磁控濺射:
在陰(yin)極靶(ba)表面形成一正(zheng)交電磁(ci)場,在此(ci)區(qu)電子(zi)密(mi)(mi)度高(gao),進而(er)提高(gao)離子(zi)密(mi)(mi)度,使得濺鍍(du)率提高(gao)(一個數量級),濺射速度可達(da)0.1—1 um/min膜(mo)層附著力較蒸鍍(du)佳,是目前(qian)*實(shi)用的鍍(du)膜(mo)技術之一。
其它有偏壓濺射、反應濺射、離子束濺射等鍍膜技術
濺(jian)鍍機設備(bei)與工藝(磁控濺(jian)鍍)
濺(jian)鍍機由真(zhen)空室,排氣(qi)系統,濺(jian)射源(yuan)(yuan)和(he)控制(zhi)系統組成。濺(jian)射源(yuan)(yuan)又(you)分為電源(yuan)(yuan)和(he)濺(jian)射槍(sputter gun)
磁控濺射槍分(fen)為平面(mian)型(xing)(xing)和(he)圓柱型(xing)(xing),其中平面(mian)型(xing)(xing)分(fen)為矩(ju)型(xing)(xing)和(he)圓型(xing)(xing),靶材料利用率30- 40%,圓柱型(xing)(xing)靶材料利用率>50%
濺射電源分(fen)為:直流(DC)、射頻(RF)、脈沖(pulse),
直(zhi)流:800-1000V(Max)導體(ti)用(yong),須可災弧。
射(she)頻(pin):13.56MHZ,非(fei)導體用。
脈沖:泛用,*新(xin)發展出
濺鍍時須控制參數有(you)濺射(she)電流,電壓或功率(lv),以及濺鍍壓力(5×10-1—1.0Pa),若各(ge)參數皆穩定,膜厚可以鍍膜時間估計出來。
靶材(cai)的選擇與處(chu)理十(shi)分(fen)重要,純(chun)度(du)要佳(jia),質地(di)均勻,沒有氣泡、缺陷(xian),表面應(ying)平整(zheng)光潔。
對于直接(jie)冷卻靶,須注(zhu)意(yi)其在濺射后靶材變薄,有可能破裂特(te)別是(shi)非(fei)金屬靶。一(yi)般靶材*薄處不可小于原靶厚(hou)之一(yi)半或5mm。
磁控濺鍍(du)操作(zuo)方式和一般蒸(zheng)鍍(du)相似,先(xian)將真(zhen)空抽至1×10-2Pa,再通入氬(ya)氣(Ar)離子轟(hong)擊(ji)靶材,在(zai)5×10-1—1.0Pa的壓力下進(jin)行濺鍍(du)其間須(xu)注意(yi)電流(liu)、電壓及壓力。開始時濺鍍(du)若有打火,可緩慢調升電壓,待穩定放電后(hou)再關shutter.
在這個過(guo)程中,離子化(hua)的惰性氣體(Ar)清洗和(he)暴露該塑膠基(ji)材表(biao)面(mian)上數個毛(mao)細微(wei)空,并(bing)通過(guo)該電子與(yu)自塑膠基(ji)材表(biao)面(mian)被(bei)清潔而產(chan)生一(yi)自由基(ji),并(bing)維(wei)持真空狀態下 施(shi)以(yi)濺鍍形成表(biao)面(mian)締結(jie)構,使表(biao)面(mian)締結(jie)構與(yu)自由基(ji)產(chan)生填補和(he)高附著(zhu)性的化(hua)學性和(he)物理性的結(jie)合狀態,以(yi)在表(biao)面(mian)外穩固地形成薄膜.
其中,薄(bo)膜(mo)(mo)是(shi)先通過(guo)把(ba)表面締造物大致(zhi)地填滿該塑(su)膠毛細微孔后并(bing)作鏈(lian)接而(er)形成。濺(jian)(jian)鍍(du)(du)與常(chang)用的(de)蒸發鍍(du)(du)相比,濺(jian)(jian)鍍(du)(du)具有(you)電鍍(du)(du)層與基(ji)材(cai)的(de)結(jie)合(he)(he)力(li)(li)強(qiang)-附著力(li)(li)比蒸發鍍(du)(du)高過(guo)10倍以(yi)上,電鍍(du)(du)層致(zhi)密,均勻等優點。真(zhen)空蒸鍍(du)(du)需要(yao)使金屬(shu)或金屬(shu)氧化(hua)物蒸發汽化(hua),而(er)加熱的(de)溫度(du)不能太高,否(fou)則,金屬(shu)氣體沉(chen)積在(zai)塑(su)膠基(ji)材(cai)放熱而(er)燒壞塑(su)膠基(ji)材(cai)。濺(jian)(jian)射粒子(zi)幾不受重力(li)(li)影(ying)響,靶(ba)(ba)材(cai)與基(ji)板位(wei)置可(ke)(ke)自由安排(pai),薄(bo)膜(mo)(mo)形成初期成核密度(du)高,可(ke)(ke)生產(chan)10nm以(yi)下(xia)的(de)極(ji)薄(bo)連續膜(mo)(mo),靶(ba)(ba)材(cai)的(de)壽命長(chang),可(ke)(ke)長(chang)時間自動化(hua)連續生產(chan)。靶(ba)(ba)材(cai)可(ke)(ke)制作成各(ge)種形狀,配合(he)(he)機臺(tai)的(de)特殊設計做更好(hao)的(de)控制及*有(you)效率的(de)生產(chan)。
濺鍍(du)利用高(gao)壓電(dian)(dian)場做發生等離子(zi)鍍(du)膜物(wu)質,使用幾乎(hu)所有高(gao)熔點金(jin)屬,合金(jin)和金(jin)屬氧化(hua)物(wu),如:鉻,鉬,鎢,鈦,銀,金(jin)等。而且(qie),它是一個(ge)強制沉積(ji)的(de)過(guo)程,采用這種工藝獲得的(de)電(dian)(dian)鍍(du)層與(yu)塑膠基材附著力遠遠高(gao)于真空蒸鍍(du)法。但,加工成本(ben)相對較高(gao)。