阴极电弧和磁控溅射镀膜设备改造前、后对比

1分子增压泵磁控溅射镀膜设备储继国1，龚建华21.深圳大学物理科学与技术学院，2.深圳市摩尔真空技术有限公司（广东省产学研基金项目）一、背景传统大型磁控溅射镀膜设备采用扩散泵抽气，能耗高，油蒸汽污染严重，影响产品质量。最近，越来越多的设备改用分子泵抽气，镀膜阶段的油蒸汽污染基本消除，能耗也有所降低，取得了较好的经济效益。然而，仍然存在如下问题：1．粗抽阶段，油蒸汽污染严重。粗抽通常采用旋片泵+罗茨泵机组（其油蒸汽本底为10-1~10-2Pa），粗抽压强通常为1~3Pa，此压强是返油率最高的区段，不到1秒钟，尚未镀膜的工件表面，就会形成几个分子厚的油分子薄层，严重影响镀膜产品的结合力和其它质量指标。在待镀件不能高温烘烤的场合，其危害更大。2．有效抽速低。在磁控溅射镀膜最关键的磁控放电阶段（约0.3~0.8Pa），分子泵的抽速仅为标称值的50%，即分子泵的抽速利用率仅50%，一台泵只能作半台泵使用，浪费抽气资源。3．能耗高。分子泵的能耗较低，但前级泵能耗很高，Φ1200×1000镀膜设备的标称抽气功率达14kW，总能耗仍然很高。4．开、停泵时间长，影响生产效率。主泵通常采用2台F-400分子泵，开、停泵时间约50分钟。5．分子泵易发生打片损坏。二、分子增压泵—磁控溅射设备的最佳选择最近，深圳大学的原创性成果分子增压泵实现了产业化1。该泵具有如下特点：■兼有中、高真空双重性能，高真空设备从此不再需要罗茨泵。■抽气量大，磁控溅射和阴极电弧（0.5~2Pa）压强范围，抽速达最大值，3台1,000L/s分子增压泵的抽速已超过2台3,500L/s涡轮分子泵的抽速。■消除中真空油蒸汽污染，显著提高产品质量。■能耗低，仅为相同抽速分子泵机组的40%，扩散泵机组的20%。■费用低，仅为分子泵抽气机组的80%。■结构简单，转子全部由平圆盘组成。■运行可靠，能承受大气冲击，消除分子泵转子易打片的一大缺陷。三、分子增压泵磁控溅射镀膜设备（Φ1400×1000）分子泵磁控溅射镀膜设备通常采用如下机组：粗抽：2X-70泵精抽：2台F-400分子泵+ZJ-300泵+2X-30泵。分子增压泵溅射镀膜设备采用如下机组：粗抽：2X-70旋片泵精抽：3台MB-200分子增压泵+2X-15（详见图3）抽速/LS-110-410-310-210-1100101102020040060080010001200图1分子增压泵转子的示意图压强/Pa图2分子增压泵的抽速2四、分子增压泵磁控溅射镀膜设备的经济效益1．设备费用低。MB-200分子增压泵的价格仅为F-400分子泵50%，加上节省一台罗茨泵，精抽泵机组费用节省30%。2．消除中真空油蒸汽污染，提高膜层结合力，提高镀膜产品质量。3．能耗高。抽气能耗节省60%，节电5kW，年节电4万度/台。4．开、停泵时间短，仅5分钟，每抽气周期，比分子泵机组节省时间1.5小时。5．简化真空系统，节省费用和占地空间。6．能承受大流量气体冲击，攻克分子泵转子易发生打片损坏的一大缺陷。五、讨论本项技术还有很大的潜能和发展空间。现有抽气、镀膜工艺，是在扩散泵和分子泵抽气能力的制约下总结出来的。连续工作压强达100Pa的分子增压泵的问世，将为阴极电弧和磁控溅射镀膜提供更加宽广的工艺选择空间，有必要对抽气工艺和镀膜工艺进行重新调整和优化，例如：1．进一步提高辉光放电的压强和Ar流量，有望获得更佳的清洗效果3。2．适当提高磁控溅射压强可以改变膜层的细微结构和色泽3，提高沉积速率。附件：分子增压泵磁控溅射镀膜设备与分子泵设备比较（Φ1200×1000）真空泵型号数量标称能耗kW实际能耗kW分子增压泵设备旋片泵2X-7015.5/100.4旋片泵2X-1511.81.0分子增压泵MB40031.01.0合计2.4分子泵设备旋片泵2X-7015.5/100.4旋片泵2X-3013.01.8分子泵MB40042.03.0罗茨泵ZJ-30014.02.4合计14.0.7.6联系人：褚小姐，电话：[phone]，Fax：[phone]图3分子增压泵磁控溅射镀膜设备