摘要：通过对阴极溅射靶、镀膜室以及真空系统分子泵等的设计理念进行概述，并针对某一种多靶磁控溅射镀膜设备进行了分析和研究。通过对该设备进行镀膜工艺的处理，以此来判定镀膜设备是否符合工艺要求[1]。
关键词：磁控溅射；镀膜设备；分子源；溅射靶
引言：通常采用热蒸发、电弧度以及溅射方法对磁控溅射镀膜设备进行镀膜处理，但是经常使用的镀膜方式还是溅射方法，利用磁控溅射法，可以有效的促进低温膜的生长，此外，磁控溅射还具有控制方便、靶材设计性强以及薄膜受热均匀的特性。磁控溅射成膜的离子能量小于电弧度，大于热蒸发，因此磁控溅射所形成的薄膜内应力小、密度高并且附着能力强。
随着科学技术的发展与提高，磁控溅射设备技术开始逐渐渗透到民用市场当中，被广泛应用于薄膜太阳能电池以及光学薄膜等领域。从而改变了磁控溅射设备技术只应用于军工以及航空航天等领域的局面。
目前，某公司为了满足市场各领域多材料薄膜的研发需求，从而成功研发出新的多靶共溅的磁控溅射镀膜设备。与此同时，这种镀膜设备可以满足ITO薄膜的制作需求，例如，真空溅镀技术可以被应用于薄膜大量生产的过程中；对于玻璃及这种材料进行溅镀薄膜时，可以运用连续式技术；为了在PET表层溅镀ITO薄膜层，可以利用成卷式技术。一般来说，这种成卷式ITO溅镀设备在国内并不常见，其主要是国外研发生产的，与此同时，这种镀膜设备工作速率一分钟大约为2~10平方,近年来由于国内工业飞速发展，透明导电膜设备技术将在国内开发成功，这种新型的磁控溅射镀膜设备还具有射频溅射、直流溅射设等相关的溅射功能。因此在未来会被广泛应用于薄膜器件研发当中。
一、设备工作原理
磁控溅射镀膜的工作原理为将正交电磁场附加于基片和阴极溅射靶之间，这时通入一定量的工艺气体，使靶材表面产生辉光放电以此形成等离子体区。受正交电磁场作用的影响，电子会在一定的空间之内沿着溅射靶表面以摆线的方式前进。电子在前进的过程当中会与工艺气体相碰撞，从而提高了电池的电离效率。电子被碰撞之后，会直接进入弱电厂区从而形成最终电子，再经过阳极之后，就会变成低能电子。与此同时，氩离子在电场作用的影响之下会轰击靶材表面的原子，原子被溅射沉积之后从而在基片表面形成薄膜。
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二、设备结构
磁控溅射镀膜设备是集镀膜室、工作台、辅助离子源、挡板机构、电气控制系统、阴极溅射靶、低温系统、真空气路系统、水冷系统等为一体的机电综合系统。除此之外，该设备主要采用的结构为框架封闭式结构，镀膜室设备四周的门观察窗口都是开闭式的，以此来方便对其内部零件进行维修及运作状态监视。
（一）关键尺寸设计
为了使建设沉膜能够更加均匀，我们需要对磁控靶与工作台的相对位置进行精确的调整，尤其是其中的靶机距以及溅射角度是非常重要的。这个设备当中主要配置了三套φ50毫米圆形阴极溅射靶。其中基片的尺寸为100毫米，靶机距为70毫米，溅射角为15度时，整个溅射沉膜便具有非常好的均匀性，其基片沉膜均匀性能达到0.54%。
（二）镀膜室
镀膜室主要是负责薄膜的生长，因此需要对镀膜室进行定期的清理及清扫工作，除此之外，镀膜室必须能够方便打开以及拆卸。因为在镀膜室中需要进行靶材更换以及基片的装载工作。因此，在进行镀膜室设计时，必须进行综合的考量。目前，现在的镀膜室无法满足其操作的灵活性以及密封环境的要求[3]。因此我们需要对镀膜室进行研究与分析，以此来实现其操作性与密封性的统一。我们现在所讲述的镀膜设备，便很好地满足了这一要求，本设备主要采用了金属以及O型圈对整个镀膜室四周进行密封处理，因其镀膜室要经常打开。因此在经常打开的位置可以采用O型圈进行密封，则其他位置可以直接用金属进行密封。通过这种两者相结合的密封方式，不仅使镀膜室操作方便而且还能够满足其需要进行真空密封的需求。
整个镀膜是呈现一个立体立式结构。在墙体的上方设有工作台、辅助离子源以及真空系统等其他部件的接口法兰。在镀膜室底板上主要分布的使阴极溅射靶。阴极溅射靶主要是由下而上进行溅射，离子源主要分布在镀膜室的一侧，呈现一定的角度与基片对准。
（三）工作台
在工作台上主要装载收放卷膜片材，该膜片卷绕收放主要是利用伺服电机张力系统进行控制。当原膜通过主辊牵引进行匀速旋转时，可以有效的提高溅射成膜的均匀性。除此之外，在基片的背面设有不锈钢真空加热器，可以对基片进行加热处理。在建设工艺之前对其进行加热可以将基片表面的污垢去除掉，从而使基面保持干净，以此来增强基面的沉膜附着力。
（四）阴极溅射靶
阴极溅射靶在设备当中发挥着重要的作用。沉膜的均匀性以及靶材的利用率均收到其影响。通过上述我们可以得知，配备了三套阴极溅射靶，其中靶材有金属、半导体、磁材料等各种材质。靶材主要是利用冷却的方式，将环形磁铁放置于冷却室当中，从而利用冷却式的无氧铜设计有效的提高靶材热量的传导。除此之外，靶枪必须是可以调节的而且还必须配有单独的自动挡板机构，其调节角度最大到30度，以此来方便工艺的调试工作。
为了保证阴极溅射靶的可行性以及可靠性，相关工作人员通过电磁仿真软件从而对其进行了模拟仿真实验，其实验过程为：在最佳结构当中，配置合适的磁控结构，从而使表面磁场分布均匀[4]。通过实验我们可以得知，平行磁场的区域越大，其建设的区域就更宽，因此可以有效的提高靶材的利用率。经过科研人员的努力，以仿真结果以及进口溅射靶结构为基础，从而设计出了阴极溅射靶。
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（五）分子泵
目前，PET材料在生产过程当中，对其真空系统有着较为严格的要求。该真空系统不仅真空度要高可以充入惰性气体，而且不能存在泄气漏气问题，必须要具有较好的密封性能。因此为了满足其生产需求，国内的许多厂家结合自身发展特性以及市场需求从而对真空系统进行了研发与设计。在整个真空系统当中，分子泵是系统最重要的抽气工具。我国中科科仪公司所研发的分子中分子高分子泵，其主要工作原理为：首先需要在分子泵之前安装一个可以在大气环境中运行的机械泵，在分子泵与机械泵之间还应当添加增压泵。除此之外，为了满足系统的真空度要求，可以将钛升华泵运用到系统中，以此来提高系统抽气的速度。此外，如果真空系统中的分子泵性能优越，那么也可以不用添加油扩散泵。目前真空台的前级泵为油封旋片机械泵，因机械泵成本低、价格便宜的特性，主要被应用于中真空以及粗真空中。
三、工艺测试
当多靶磁控溅射镀膜设备所有部件完成装配后，需要对真空室进行保压测试调配工作，从而对该设备的溅射镀膜工艺进行测试实验，经过实验我么可以得知，该镀膜设备工艺优良，所形成的薄膜均匀性高，密度性强，远超于传统薄膜工艺，除此之外，通过两种不同的测试材料我们可以得知，当使用SiO2 材料在100毫米的基片范围内时，该薄膜的均匀性要优于15％，再次使用NiCr合金薄时，该薄膜的均匀性要优于±3％，另外，相关科研人员再次对SiO2 膜层进行了实验，发现当功率3000W，射频溅射SiO2膜层大约120 min后可以得知膜层平均厚度1.382μm，均匀性达到0.564％。为了进一步确认薄膜质量的真实性以及准确性，工作人员利用原子力显微镜对膜层的表面进行了分析与研究，实验结果表明，该膜层结构紧密，质量完好，没有明显的缺陷存在。除此之外，靶材的利用率也是较为重要的一点，因此科研人员专门对靶材利用率进行了分析，可以得知多靶磁控溅射镀膜设备所使用的靶材刻蚀跑道与仿真结果相符合，靶材利用率可以达到 80％。
四、结论
综上所述，多靶磁控溅射镀膜设备的研制成功，可以有效地促进薄膜器件的研发与制作，目前，这种新型的镀膜设备已经开始在生产线上使用，并得到了一致的好评，从而满足了用户高质量工艺的需求，除此之外，利用这种设备可以提升射沉膜均匀性，其次，该溅射陈默紧密度好，稳定性能强，再加上设备操作简单，容易上手，因此得到了广大用户的喜爱。
参考文献：
[1]余东海,王成勇,成晓玲，等.磁控溅射镀膜技术的发展[J].真空，2009，46（02）：19-25.
[2]马建平,刘艳涛.圆形平面非平衡磁控溅射靶的优化设计[J].人工晶体学报，2008，37（03）：759-762.
[3]郝晓亮.磁控溅射镀膜的原理与故障分析[J].电子工业专用设备 ,2013(06):57-60.
[4]郭优.磁控溅射等离子体离子能量及流密度的测试研究[D].沈阳:东北大学 ,2010.