離子束濺射筋膜的原理及控制

離子束濺射筋膜的原理及控制

由于成膜質(zhì)量高、膜層致密、缺陷少等優(yōu)點(diǎn)，已成為廣泛應(yīng)用于薄膜制備的方法。特別是在對薄膜質(zhì)量要求較高的領(lǐng)域，如薄膜傳感器、光學(xué)薄膜等。1束擊穿靶材表面材料的薄膜離子束濺射鍍膜的基本原理在一定真空條件下，濺射離子源產(chǎn)生離子束轟擊靶材，當(dāng)離子束轟擊靶材能量超過靶材表面材料的原子結(jié)合能時(shí)，靶材表面材料的原子（或分子）被濺射出來；這些被濺射出來的靶材材料逐層沉積在放置于靶材附近的基片上而形成薄膜。在薄膜淀積過程中，采用另一低能量的離子束直接轟擊基片，則可改變淀積薄膜的機(jī)械和電性能。2系統(tǒng)組成系統(tǒng)主要由濺射室、雙離子源、濺射靶、基片臺(tái)、真空氣路系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等部分組成，如圖2所示。2.1薄膜沉積結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)濺射室采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼制造，前開門結(jié)構(gòu)，清洗、維修方便；外表面噴砂處理，水冷結(jié)構(gòu)，保證真空室壁的溫度一致，從而使濺射室環(huán)境溫度基本保持不變，保證鍍膜工藝穩(wěn)定；前門及后部側(cè)壁上有觀察窗，方便了解真空室內(nèi)薄膜沉積情況；濺射室內(nèi)配置活動(dòng)隔板，便于腔體清掃。2.2離子束散射污染濺射離子源采用進(jìn)口的射頻聚焦型離子源，束徑12cm；聚焦型濺射離子源一方面可以增加束流密度，提高濺射率，另一方面減小離子束的散射面積，減少散射的離子濺射在靶材以外的地方引起污染。輔助離子源采用進(jìn)口的直流發(fā)散型離子源，束徑11cm；發(fā)散型輔助離子源可以增大濺射面積，提高工作效率2.3材料薄膜的鍍面濺射靶為三面水冷靶面結(jié)構(gòu)，互成60°垂直吊裝在濺射室頂部，在一次裝夾狀態(tài)下可鍍3種不同材料的薄膜。工作時(shí)經(jīng)伺服電機(jī)帶動(dòng)磁流體密封可實(shí)現(xiàn)靶面自動(dòng)換位，并且為了提高成膜均勻性，靶面還可以在初始位置進(jìn)行小角度往復(fù)擺動(dòng)。2.4動(dòng)密封體的密封基片臺(tái)通過調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸密封采用磁流密封體進(jìn)行動(dòng)密封，使密封更可靠?；捎眉t外加熱，紅外光直接輻射到載片盤背面，基片溫度由熱偶檢測，反饋至工控機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫。2.5插板閥最可靠真空系統(tǒng)采用分子泵+直聯(lián)機(jī)械泵系統(tǒng)，主閥采用插板閥，使隔斷更可靠，漏氣率更小。氣路系統(tǒng)采用質(zhì)量流量控制器和電動(dòng)隔膜閥，保證送氣量精確穩(wěn)定，隔斷可靠。2.6plc控制核心整機(jī)采用“上位機(jī)+PLC”控制方式，以PLC作為系統(tǒng)控制核心。所有閥門的動(dòng)作、真空泵的啟動(dòng)、離子源電源的開啟、工藝氣體流量控制全部通過PLC來控制實(shí)現(xiàn)。3工藝實(shí)驗(yàn)3.1輔助離子源設(shè)計(jì)基片為光滑表面的不銹鋼條，主濺射源為出口束徑12cm的射頻離子源，射頻頻率為13.56MHz，離子束能量、離子束流的調(diào)整范圍為0～1500eV和0～500mA；輔助離子源僅用于清洗基片；靶材采用高純度的SiO3.2累積速率測試3.2.1薄膜沉積速率的測試在離子束濺射技術(shù)中，可調(diào)整的工藝參數(shù)如離子束能量、離子束流、氧氣流量、靶基距、基板溫度等，均能夠影響薄膜的沉積速率。本文研究SiO每一次實(shí)驗(yàn)僅改變一個(gè)參數(shù)，研究該參數(shù)對SiO測試膜厚時(shí)從長度方向中心線開始取點(diǎn)，每隔10mm測一個(gè)點(diǎn)，共測10個(gè)點(diǎn)，采用紅外測厚儀測量各點(diǎn)的薄膜厚度，最后進(jìn)行歸一化處理。離子束能量、離子束流、氧氣流量的取值如表1所示。3.2.2結(jié)果分析由圖3(a）可以看出，SiO由圖3(b）可以看出，SiO由圖3(c）可以看出，SiO3.3分辨率修正實(shí)驗(yàn)3.3.1基于靶材粒子的修正板本文采用在基片附近增加一塊適當(dāng)?shù)男拚澹苟嘤嗟陌胁牧Ｗ映练e在修正板上，而不沉積在基片上，從而改善基片的膜厚均勻性。初始情況下，修正板采用橢圓形或菱形等規(guī)則形狀3.3.2修正板形狀的調(diào)整由表2結(jié)果可知，在未加修正板的情況下，薄膜厚度在基片臺(tái)徑向均勻性較差。薄膜厚度在中心位置最大，沿著徑向逐漸減小，并且隨著半徑越大薄膜厚度減小幅度越大。增加修正板，并對修正板形狀經(jīng)過兩次修剪后，均勻性明顯得到提高。鍍膜過程中，修正板形狀需要根據(jù)薄膜厚度分布的情況進(jìn)行調(diào)整。在薄膜較厚的位置需要加大修正板的寬度；在薄膜較薄的位置則減小修正板的寬度，加寬或是變窄多少根據(jù)薄膜的不均勻性而定。如：如果某點(diǎn)薄膜厚度變厚2%，那么就需要加大修正板的寬度，使